JPS6230333A

JPS6230333A - シリコンウエ−ハの研磨方法及び組成物

Info

Publication number: JPS6230333A
Application number: JP61113850A
Authority: JP
Inventors: チャールズ　シー．ペイン
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1987-02-09
Also published as: JPH0515302B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨する
方法、及びその方法で使用するのに有用な組成物に関す
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕米国
特許第３１７０２７３号は、コロイドシリカ及びシリカ
ゲルが、半導体デバイスの製造に最も頻繁に使用される
半導体結晶表面の研磨剤として有用であることを示す。

この特許の開示は、参照によりここに組み入れられる。

この特許のシリコン系研磨剤は、シリコン結晶ウェーハ
の表面を十分研磨するのに特に適し、それゆえに、これ
らの表面をエピタキシャル成長した結晶層を配置するの
に適したものにする。

その特許権者により使用されたゾルのコロイドシリカ及
びシリカゲルの一次粒子の粒度（ｕｌｔｉｍａｔｅｐａ
ｒｔｉｃｌｚ　５ｉｚｅ）は４〜２００ｎｍである。商
業的見地からすれば、その特許の方法における研磨剤と
して、粒度が４〜１１００ｎの範囲内の水性コロイドシ
リカゾルを使用するのが好ましい。

米国特許第４１６９３３７号は、研磨効力が米国特許第
３１７０２７３号のものを凌ぐ実質的な改良を開示する
。その開示は、参照によりここに組み入れられる。その
発明によれば、−次粒子粒度が４〜２００ｎｍ　。

好ましくは４〜１１００ｎの範囲内のコロイド形態のシ
リカあるいはシリカゲルのいずれかを水溶性アミンと組
合せたものを研磨剤として使用して、従来からのタイプ
、特にシリコンの半導体表面を効果的に研磨できること
が分った。シリカゾル又はゲル中に存在するシリカに関
するアミンの量は、ゾル又はゲルの５ｉＯｚ含有量に基
づいて０．５〜５．０％の範囲でよい。アミンの好まし
い量は１．０〜５．０％、最も好ましくは２．０〜４．
０％である。

そのアミンは、２〜８個の炭素原子を含有すべきであり
、好ましくは脂肪族の特性を有する。

米国特許第４４６２１８８号には、シリコンウェーハを
研磨するために更に改良された水性シリカ組成物が開示
されている。この特許は、特に、米国特許第４１６９３
３７号を実施するために使用する研磨剤は、０．１〜５
．０重量％、最も好ましくは２．０〜４．０重量％の水
溶性第四アンモニウム塩又は塩基をそのような組成物に
添加する場合に、実質的に改良できることを開示した。

好ましい態様では、水溶性第四アンモニウム塩又はその
水酸化物は、７個以上の炭素原子を含有すべきではない
。好ましい態様においては、１個以上のアルキル基を含
有するが、その鎖の長さは炭素原子２個を超えるべきで
ない。もちろんその化合物は、水溶性を維持するだけの
長さの１個以上の芳香族基を含有できる。それらは、モ
ルホリンその地間種類のものの第四アンモニウム塩のよ
うな複素環式の基の一部として窒素原子を含有できる。

米国特許第４４６２１８８号の発明で使用することがで
きる典型的水溶性第四アンモニウム塩及び塩基は、塩化
テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム、塩化ジメチルジエチルアンモニウム、硫酸Ｎ、
Ｎ−ジメチルモルホリニウム、及び臭化テトラブチルア
ンモニウムである。

これらの物質に関しては、塩化テトラメチルアンモニウ
ムが好ましい。

〔問題点を解決するための手段及び作用効果〕本発明は
、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨するための改
良された方法を含み、その方法は、ゾルのＳｉＯ□含有
量に基づいて０．１〜５重量％のピペラジン、又は窒素
に低級アルキル置換基がついたピペラジンと組合わされ
たコロイドシリカゾル又はゲルを、研磨剤として使用す
ることを含む。ピペラジンは、６個以下の炭・素原子を
含有する更に別の、０．１〜５重量％の水溶性第四アン
モニウム塩又は塩素と組合せることができる。

１Ｓのシ１カゾル本発明を実施するには、ここに示すように広範囲の水性
コロイドシリカ又はゲルを使用できる。

コロイドシリカが好ましい。二つのそのような原料が、
ＮＡＬＣＯＡＧ　１０５０及びＮＡＬＣＯ八Ｇ　１へ６
０という名称の下に市販されている。これらのシリカゾ
ル及びそれらの特性を下記に記載する。

ＮＡＬＣＯＡＧ　１０５０コロイドシリカ（ＳｉＯｚとして）　　５０％ｐＨ９，
０平均粒度　　　　　　　　　　　１６〜２５ｎｍ平均表
面積　　　　　　　　　１２０〜１７６ｍ”／ｇ比重（
２０℃（６８°Ｆ））　　　　　　１．３９ＯＮａ、Ｏ
含有量　　　　　　　　　　０．４％ＮＡＬＣＯＡＧ　
１０６０コロイドシリカ（Ｓｉ０２として）　　５０％ｐＨ８，
５平均粒度　　　　　　　　　　　５０〜７０ｎＩＩ＋平
均表面積　　　　　　　　　　４０〜ｂ比重（２０℃（
６８’　Ｆ　））　　　　　　１．３９０粘度（２５℃
（７７°Ｆ））　　　　　０．０１５Ｐａ　−５（１５
ｃＰ）（最大）上に記載したそれらのゾルの外に、他のシリカゾルはも
ちろんそれらの製造方法も米国特許第３９０１９９２号
に開示及び記載されており、それは参照によりここに組
み入れられる。最後に、出願人らは、ピペラジン化合物
を含有する水性媒体中にヒユームドシリカ（ｆｕｍｅｄ
　５ｉｌｉｃａ）を分散させてシリカゾル及び／又はゲ
ルを得るときに、向上した結果を得ることができること
を発見した。

ビベージン　は−ぶ」■ｌＲ土土り１五が２公だピペラ
ジンこれらのアミンは、ピペラジンそのものはもちろん、ピ
ペラジン分子の窒素部分に低級アルキル置換基を含有す
るピペラジンも含む。窒素に低級アルキル置換基がつい
たピペラジンは、１〜４個の炭素原子を含有する低級ア
ルキル基を有するピペラジンとして説明することができ
る。そのアルキル基は、水素と炭素とから構成されると
は言うものの、それらはＯＨ基、アミノ基、その地間種
のもののような他の置換基を含有できる。

本発明を実施するのに使用することができる、窒素に低
級アルキル置換基がついたピペラジンは、下記の化合物
である。

Ｎ−アミノエチルピペラジン１．４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン上記の
化合物に関しては、ピペラジンが好ましい。

使用するピペラジン、又は窒素に低級アルキル置換基が
ついたピペラジンの量は、水性シリカが含有するＳｉＯ
□の重量に基づいて０．１〜５重量％の間である。好ま
しい量は、１．０〜５％、最も好ましくは２〜４％であ
る。先に引用した米国特許第４１６９３３７号及び第４
４６２１８８号に示されたように、研磨の操作は、通常
１０より大きいアルカリ性ｐＨ領域で行なう。従って、
研磨溶液は約１１以上のｐＨに調整することが必要であ
る。これは、最終の研磨操作で達成すると考えられる特
別の効果に応じてナトリウム塩基又はカリウム塩基のい
ずれかで行なうことができる。

光里久■庶ウェーハの研磨に適用するためにシリカゾルと組合せた
ピペラジンは、ヒユームドシリカと組合せたピペラジン
が提供するように、多数の利点を提供する。それらの利
点は、次のように要約できる。

１．２％のレベルのピペラジンは、同じ研磨速度を与え
るのにアミノエチルエタノールアミンより少量のコロイ
ドシリカを必要とする。

２、　コロイドシリカの存在下におけるピペラジンは、
時間がたっても製品の変色を示さない。

３、　コロイドシリカの存在下における２％のレベルの
ピペラジンは、微生物を殺し、又はその生長を抑制する
別の化学薬品を必要としない。

４、　シリコンウェーハの研磨には高いｐＨが必要であ
る。強塩基性のピペラジンの系統は、ｐ＋＋を調整する
のに必要とする苛性アルカリが少量である。

５、　ピペラジンの存在下におけるヒユームドシリカの
水性分散液は、シリカレベルが同じ（２，４％）である
ピペラジン含有コロイドシリカに関して、又はシリカレ
ベルがより高い（３，２％）アミノエチルエタノールア
ミン含有コロイドシリカに対して、＋１０．６％〜＋１
８．２％の研磨速度の改良を示す。例えば、０．２２％
の水酸化カリウムと２．０％のピペラジンのフレークと
を含有する６７、７８ｇの水に、３０ｇのＣａｂｏｓｉ
ｌＭ−５（商品名）を分散させた。

ヒユームドシリカの分散配合物は、１部の製品を１４部
の水を加えて希釈したときに、上記の研磨結果を生じた
。

〔実施例〕

本発明の詳細な説明するため、米国特許第４１６９３３
７号に記載及び示されたように研磨試験を行なった。こ
れらの試験の結果を下記に示す。

以下に記載する試験においては、本発明の組成物を米国
特許第４１６９３３７号に記載されたタイプの、アミン
を含有する市販のシリカゾル製品と対照して比較した。

この製品は、水性のコロイドシリカゾルである。それは
、平均粒度が５０〜１１００ｎであり、ナトリウム安定
化され、５０重量％のコロイドシリカ粒子と２重量％の
アミノエチルエタノールアミンとを含有する。同様の結
果が、水酸化ナトリウム以外の塩基を加えたピペラジン
で得られる。この市販物質は以下組成物１と呼ぶ。

シリコンウェーハ研磨に使用した製品を下記に要約して
示す。

第　　　　６　　　　表組成物１の研磨速度＝　３５．６　ｐ　ｍ／１０ｍ１ｎ
（１，４０ｍｉｎ／］０ｍ１ｎ）第　　　　７　　　　表組成物１の研磨速度＝３５．６μｍ／ｍ１ｎ（１，４０
ｍｉｌ／ｍｉｎ）上記に一覧した組成物の全てにおいては特に断らない限
り、出発原料のシリカは、組成物１で使用したコロイド
シリカを４０重量％に希釈したシリカであった。更に、
一覧した試験の全てにおいて、ピペラジンを使用した。

第７表は、窒素に置換基がついたピペラジンで研磨する
ことの効果を示す。これらの物質のいくつかは、ピペラ
ジンよりも効果的でないか、あるいは既存の研磨バンド
の材料ではバンドに損傷を生ずるかのいずれかである。

Claims

【特許請求の範囲】１、ゾルのＳｉＯ＿２含有量に基づいて０．１〜５重量
％のピペラジン、又は窒素に低級アルキル置換基がつい
たピペラジンと組合わされた、水性コロイドシリカゾル
又はゲルを含んでなる研磨剤で研磨することを含む、シ
リコンウェーハ及び同様の材料の研磨方法。２、ゾルのＳｉＯ＿２含有量に基づいて０．１〜５重量
％のピペラジンと組合わされた、水性コロイドシリカゾ
ル又はゲルを含んでなる研磨剤で研磨することを含む、
特許請求の範囲第１項記載の方法。３、ゾルのＳｉＯ＿２含有量に基づいて０．１〜５重量
％の、窒素に低級アルキル置換置がついたピペラジンと
組合わされた、水性コロイドシリカゾル又はゲルを含ん
でなる研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
１項記載の方法。４、０．１〜５重量％の、６個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
１項記載の方法。５、０．１〜５重量％の、６個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
２項記載の方法。６、０．１〜５重量％の、６個以下の炭素原子を含有す
る水溶性第四アンモニウム塩又は塩基と更に組合わされ
た前記研磨剤で研磨することを含む、特許請求の範囲第
３項記載の方法。７、シリコンウェーハ及び同様の材料を研磨するのに有
用な組成物であって、水性コロイドシリカゾル又はゲル
、及び前記ゾル又はゲルのＳｉＯ＿２含有量に基づいて
０．１〜５重量％のピペラジンを含んでなる組成物。８、一次粒子の粒度（ｐｒｉｍａｒｙｐａｒｔｉｃｌｅ
ｓｉｚｅ）が５〜２００ｎｍの範囲内のヒュームドシリ
カ（ｆｕｍｅｄｓｉｌｉｃａ）の水性コロイド分散液を
含み、更に、前記ヒュームドシリカ含有量に基づいて０
．１〜５．０重量％のピペラジン、又は窒素に低級アル
キル置換基がついたピペラジンを含有する、特許請求の
範囲第７項記載の組成物。