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JP7750652B2 - polishing composition - Google Patents
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JP7750652B2 - polishing composition - Google Patents

polishing composition

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JP7750652B2 JP2020212807A JP2020212807A JP7750652B2 JP 7750652 B2 JP7750652 B2 JP 7750652B2 JP 2020212807 A JP2020212807 A JP 2020212807A JP 2020212807 A JP2020212807 A JP 2020212807A JP 7750652 B2 JP7750652 B2 JP 7750652B2
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Description

本発明は、Siウェーハ研磨用組成物に関する。 The present invention relates to a polishing composition for Si wafers.

半導体製品の製造において超精密加工は極めて重要な技術である。近年のLSIデバイスの微細化に伴い、精密研磨後のウェーハ表面粗さや平坦性への要求はますます厳しくなる傾向にある。精密研磨には、化学機械研磨(CMP)が採用される。CMPに用いられる研磨用組成物の砥粒として、種々のものが提案されている。 Ultra-precision processing is an extremely important technology in the manufacture of semiconductor products. With the recent trend toward miniaturization of LSI devices, the demands for wafer surface roughness and flatness after precision polishing are becoming increasingly stringent. Chemical mechanical polishing (CMP) is used for precision polishing. A variety of abrasives have been proposed for use in polishing compositions for CMP.

特開2005-262413号公報には、研磨液組成物の研磨材として、一次粒子の平均粒径が1nm以上40nm未満、ゼータ電位が-15~30mVであるコロイダルシリカを用いることが記載されている。この研磨液組成物は、ナノスクラッチを低減でき、メモリーハードディスク基板や半導体基板等の精密部品基板の研磨に好適に用いられる。 JP 2005-262413 A describes the use of colloidal silica, with an average primary particle size of 1 nm or more and less than 40 nm and a zeta potential of -15 to 30 mV, as the abrasive in a polishing composition. This polishing composition reduces nano-scratches and is suitable for polishing precision component substrates such as memory hard disk substrates and semiconductor substrates.

特開2017-197590号公報には、酸化膜と窒化膜とを備える研磨対象物を研磨する研磨用組成物が開示されている。この研磨用組成物は、pH2.0以上であり、且つ、正のゼータ電位を示すシリカを含む。この研磨用組成物は、窒化膜の研磨速度を抑制しつつ酸化膜の研磨速度を向上させうる。 JP 2017-197590 A discloses a polishing composition for polishing an object having an oxide film and a nitride film. This polishing composition has a pH of 2.0 or higher and contains silica that exhibits a positive zeta potential. This polishing composition can increase the polishing rate of an oxide film while suppressing the polishing rate of a nitride film.

特開2005-262413号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-262413 特開2017-197590号公報JP 2017-197590 A

発明者は、Siウェーハの研磨に用いられる研磨用組成物の構成について検討した。検討において、発明者は、研磨用組成物をSiウェーハの研磨に特有の構成とすることで、表面粗さを低減できることを見出した。 The inventors investigated the composition of polishing compositions used in polishing Si wafers. Through their investigations, the inventors discovered that surface roughness can be reduced by giving the polishing composition a composition specific to polishing Si wafers.

本発明の目的は、Siウェーハの研磨において表面粗さを低減できる研磨用組成物を提供することである。 The object of the present invention is to provide a polishing composition that can reduce surface roughness when polishing Si wafers.

本発明の一実施形態によるSiウェーハ研磨用組成物は、Siウェーハを研磨対象とする。前記Siウェーハ研磨用組成物は、シリカと、pH調整剤と、水とを含む。pHが、1.0~6.9であり、前記シリカの表面のシラノール基が、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基に置換されている。 A Si wafer polishing composition according to one embodiment of the present invention is used to polish Si wafers. The Si wafer polishing composition contains silica, a pH adjuster, and water. The pH is 1.0 to 6.9, and silanol groups on the surface of the silica are substituted with functional groups containing amino or carboxy groups.

本発明によれば、Siウェーハの研磨において表面粗さを低減できるSiウェーハ研磨用組成物が得られる。 The present invention provides a polishing composition for Si wafers that can reduce surface roughness during polishing of Si wafers.

図1は、表面のシラノール基がアミノ基を含む官能基に置換されたシリカの例を示す図である。FIG. 1 shows an example of silica in which the silanol groups on the surface are substituted with functional groups containing amino groups. 図2は、表面のシラノール基がカルボキシ基を含む官能基に置換されたシリカの例を示す図である。FIG. 2 shows an example of silica in which the silanol groups on the surface are substituted with functional groups containing carboxy groups.

発明者は、Siウェーハの研磨に適した研磨用組成物の構成を検討した。検討において、発明者は、砥粒にシリカを採用し、シリカの表面のシラノール基を官能基で置換する表面修飾することを試みた。発明者はさらに検討を重ねた結果、研磨用組成物を、酸性とし、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基により表面修飾されたシリカを砥粒として含むよう構成することで、表面粗さを低減できることを見出した。 The inventors investigated the composition of a polishing composition suitable for polishing Si wafers. In their investigations, the inventors used silica as the abrasive grains and attempted to modify the surface by substituting functional groups for the silanol groups on the silica surface. After further investigations, the inventors discovered that surface roughness can be reduced by making the polishing composition acidic and by configuring it so that the abrasive grains are silica that has been surface-modified with functional groups containing amino or carboxy groups.

本発明の一実施形態によるSiウェーハ研磨用組成物は、Siウェーハを研磨対象とする。前記Siウェーハ研磨用組成物は、シリカと、pH調整剤と、水とを含む。前記Siウェーハ研磨用組成物は、pHが、1.0~6.9であり、前記シリカの表面のシラノール基が、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基に置換されている。このように、研磨用組成物を酸性とし、シリカの表面のシラノール基をアミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で置換した構成とすることで、Siウェーハの表面粗さを低減することができる。 A Si wafer polishing composition according to one embodiment of the present invention is intended for polishing Si wafers. The Si wafer polishing composition contains silica, a pH adjuster, and water. The Si wafer polishing composition has a pH of 1.0 to 6.9, and silanol groups on the surface of the silica are substituted with functional groups containing amino or carboxy groups. By making the polishing composition acidic and substituting silanol groups on the surface of the silica with functional groups containing amino or carboxy groups, the surface roughness of the Si wafer can be reduced.

前記Siウェーハ研磨用組成物において、シリカの表面のシラノール基がアミノ基を含む官能基に置換されていてもよい。又は、シリカの表面のシラノール基がカルボキシ基を含む官能基に置換されていてもよい。 In the above-mentioned Si wafer polishing composition, the silanol groups on the surface of the silica may be substituted with functional groups containing amino groups. Alternatively, the silanol groups on the surface of the silica may be substituted with functional groups containing carboxy groups.

上記のSiウェーハの表面粗さを低減するメカニズムは明らかではないが、下記のように考察される。研磨用組成物を酸性とし、シリカの表面のシラノール基をアミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で置換した構成とすることで、シリカの表面のシラノール基が、酸性下において、正の電荷を帯びる官能基に置換される。これにより、シリカのゼータ電位が、表面粗さ低減の観点から適切な範囲になりやすくなると考えらえる。その結果として、Siウェーハの表面粗さが低減すると考えられる。 The mechanism by which the surface roughness of the Si wafer is reduced is not clear, but it is thought to be as follows. By making the polishing composition acidic and substituting the silanol groups on the silica surface with functional groups containing amino or carboxy groups, the silanol groups on the silica surface are substituted with functional groups that carry a positive charge under acidic conditions. This is thought to make it easier for the zeta potential of the silica to fall within an appropriate range from the perspective of reducing surface roughness. As a result, it is thought that the surface roughness of the Si wafer is reduced.

Siウェーハの研磨方法及び研磨方法を含むSiウェーハの製造方法も、本発明の実施形態に含まれる。Siウェーハの研磨方法は、前記Siウェーハと研磨パッドの間に研磨用組成物を配置した状態で前記Siウェーハを研磨する工程を有する。前記研磨用組成物は、砥粒、pH調整剤、及び水、を含み、pHが1.0~6.9の範囲である。前記砥粒は、pHが1.0~6.9の条件下において正のゼータ電位を持つ。前記砥粒のゼータ電位と、前記Siウェーハの表面ゼータ電位との積(パラメータA)が負であり(A<0)、前記砥粒のゼータ電位と前記研磨パッドの表面ゼータ電位との積(パラメータB)が-50以上である(B≧-50)。この研磨方法によれば、Siウェーハの表面粗さを低減することができる。 A method for polishing a Si wafer and a method for manufacturing a Si wafer including the polishing method are also included in embodiments of the present invention. The method for polishing a Si wafer includes a step of polishing the Si wafer with a polishing composition disposed between the Si wafer and a polishing pad. The polishing composition contains abrasive grains, a pH adjuster, and water, and has a pH in the range of 1.0 to 6.9. The abrasive grains have a positive zeta potential under conditions of a pH of 1.0 to 6.9. The product of the zeta potential of the abrasive grains and the surface zeta potential of the Si wafer (parameter A) is negative (A<0), and the product of the zeta potential of the abrasive grains and the surface zeta potential of the polishing pad (parameter B) is -50 or greater (B≧-50). This polishing method can reduce the surface roughness of the Si wafer.

上記研磨方法において、前記砥粒は、シリカであり、前記シリカの表面のシラノール基が、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基に置換されていてもよい。これにより、簡素な構成により、砥粒のゼータ電位、砥粒とSiウェーハのゼータ電位の関係(A)、及び砥粒と研磨パッドの関係(B)を上記の範囲に設定することができる。 In the above polishing method, the abrasive grains may be silica, and the silanol groups on the surface of the silica may be substituted with functional groups including amino or carboxy groups. This allows the zeta potential of the abrasive grains, the relationship between the zeta potential of the abrasive grains and the Si wafer (A), and the relationship between the abrasive grains and the polishing pad (B) to be set within the above ranges with a simple configuration.

上記研磨パッドは、ポリウレタン製であってもよい。これにより、砥粒と研磨パッドの関係(B)を上記の範囲に設定するのが容易になる。 The polishing pad may be made of polyurethane. This makes it easier to set the relationship (B) between the abrasive grains and the polishing pad within the above range.

(シリカ)
本実施形態における研磨用組成物に含まれる砥粒としてのシリカは、例えば、コロイダルシリカとしてもよい。シリカの各粒子において、表面のシラノール基の少なくとも一部が、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基に置換されている。言い換えれば、シリカは、アミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で表面修飾されている。研磨用組成物において、官能基はシリカに固定された状態である。
(silica)
The silica as abrasive grains contained in the polishing composition of this embodiment may be, for example, colloidal silica. In each silica particle, at least a portion of the silanol groups on the surface are substituted with functional groups containing amino groups or carboxy groups. In other words, the silica is surface-modified with functional groups containing amino groups or carboxy groups. In the polishing composition, the functional groups are fixed to the silica.

シリカの表面のシラノール基に置換される官能基は、酸性下すなわちpHが1.0~6.9の条件下で、正電荷を帯びる。これにより、酸性の研磨用組成物におけるシリカのゼータ電位を初めとする砥粒としての特性を、研磨性能の観点から好ましいものにすることができると考えられる。 The functional groups that are substituted onto the silanol groups on the silica surface are positively charged under acidic conditions, i.e., pH conditions of 1.0 to 6.9. This is thought to make the abrasive properties of silica, including its zeta potential, favorable from the standpoint of polishing performance in acidic polishing compositions.

図1は、表面のシラノール基がアミノ基を含む官能基に置換されたシリカの例を示す図である。図1に示す例では、シリカの表面のシラノール基の一部が、官能基10に置換されている。官能基10は、アミノ基11を含む。アミノ基11は、アンモニア、第一級アミン又は第二級アミンから水素を除去した官能基である。図1中のR1はSiとアミノ基20の間の結合鎖である。R1は、例えば、アルキレン基、若しくは、ジアルキルアミノ基又はその誘導体であってもよい。例えば、官能基10は、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピル基、又は、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチル基であってよい。R2、R3は、水素又は、アミノ基の置換基である。一例として、アミノ基11は、-NH3であってもよい。 FIG. 1 shows an example of silica in which silanol groups on the surface have been substituted with functional groups containing amino groups. In the example shown in FIG. 1, some of the silanol groups on the surface of the silica have been substituted with functional groups 10. The functional groups 10 include amino groups 11. The amino groups 11 are functional groups formed by removing hydrogen from ammonia, primary amines, or secondary amines. R1 in FIG. 1 represents the bond between Si and the amino groups 20. R1 may be, for example, an alkylene group, a dialkylamino group, or a derivative thereof. For example, the functional group 10 may be a methylamino group, an ethylamino group, a propylamino group, an N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyl group, or an N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyl group. R2 and R3 are hydrogen or substituents of the amino groups. As an example, the amino groups 11 may be -NH3 + .

図2は、表面のシラノール基がカルボキシ基を含む官能基に置換されたシリカの例を示す図である。図2に示す例では、シリカの表面のシラノール基の一部が、官能基10に置換されている。官能基10は、カルボキシ基12を含む。図2中のR4は、Siとカルボキシ基12との間の結合鎖である。R4は、例えば、プロピレン基等のアルキレン基であってもよい。例えば、官能基10は、ギ酸(メタン酸)基、酢酸基(エタン酸基)、プロピオン酸基(プロパン酸基)、又は、酪酸基(ブタン酸基)であってもよい。 Figure 2 shows an example of silica in which the silanol groups on the surface have been substituted with functional groups containing carboxy groups. In the example shown in Figure 2, some of the silanol groups on the silica surface have been substituted with functional groups 10. The functional groups 10 contain carboxy groups 12. R4 in Figure 2 is a bonding chain between Si and the carboxy groups 12. R4 may be, for example, an alkylene group such as a propylene group. For example, the functional group 10 may be a formic acid (methanoic acid) group, an acetic acid (ethanoic acid) group, a propionic acid (propanoic acid) group, or a butyric acid (butanoic acid) group.

シリカの表面のシラノール基の官能基への置換は、例えば、シランカップリング剤によって置換することができる。官能基の種類は1つ又は2つ以上でもよい。例えば、シランカップリング処理により、シラノール基を1種の官能基に置換する単層処理がシリカに施されてもよい。或いは、シランカップリングの単層処理後に、再度、シランカップリング処理を行なう複層処理により、シラノール基を官能基に置換してもよい。 The silanol groups on the silica surface can be replaced with functional groups, for example, using a silane coupling agent. The type of functional group may be one or more. For example, the silica may be subjected to a single-layer treatment by silane coupling, in which the silanol groups are replaced with one type of functional group. Alternatively, the silanol groups may be replaced with functional groups by a multi-layer treatment in which a single-layer silane coupling treatment is performed, followed by another silane coupling treatment.

砥粒であるシリカの含有量は、特に限定されないが、例えば、研磨用組成物全体の0.10~20質量%である。砥粒の含有量は、研磨後のシリコンウェーハの研磨傷や異物残りを低減するという観点からは、できるだけ少なくする方が好ましい。一方、研磨用組成物が砥粒を全く含まない場合には、例えば、シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去することができなくなる。研磨用組成物は、研磨時に10~45倍に希釈されて使用される。本実施形態による研磨用組成物は、砥粒の濃度が20~20000ppm(質量ppm。以下同じ。)になるように希釈して用いることが好ましい。砥粒の濃度が高いほど、微小欠陥やヘイズが低減する傾向がある。希釈後の砥粒の濃度の下限は、好ましくは1000ppmであり、さらに好ましくは2000ppmである。希釈後の砥粒の濃度の上限は、好ましくは15000ppmであり、さらに好ましくは10000ppmである。 The content of silica abrasive grains is not particularly limited, but is, for example, 0.10 to 20 mass% of the total polishing composition. It is preferable to keep the abrasive grain content as low as possible from the perspective of reducing polishing scratches and foreign matter remaining on the silicon wafer after polishing. On the other hand, if the polishing composition does not contain any abrasive grains, it will be unable to remove, for example, the oxide film on the silicon wafer surface. The polishing composition is diluted 10 to 45 times before use during polishing. The polishing composition of this embodiment is preferably diluted so that the abrasive grain concentration is 20 to 20,000 ppm (ppm by mass; the same applies hereinafter). A higher abrasive grain concentration tends to reduce microdefects and haze. The lower limit of the abrasive grain concentration after dilution is preferably 1,000 ppm, more preferably 2,000 ppm. The upper limit of the abrasive grain concentration after dilution is preferably 15,000 ppm, more preferably 10,000 ppm.

(pH調整剤)
研磨用組成物に含まれるpH調整剤により、研磨用組成物のpHが、1.0~6.9になるよう調整される。研磨用組成物のpHは、1.0~6.0が好ましく、1.0~5.5がより好ましい。pH調整剤は、酸性のものが用いられる。pH調整剤は、特定のものに限定されないが、例えば、無機酸、及び、有機酸から選ばれる少なくとも1種の酸であってもよい。
(pH adjuster)
The pH of the polishing composition is adjusted to 1.0 to 6.9 by the pH adjuster contained in the polishing composition. The pH of the polishing composition is preferably 1.0 to 6.0, more preferably 1.0 to 5.5. The pH adjuster used is acidic. The pH adjuster is not limited to a specific one, but may be, for example, at least one acid selected from inorganic acids and organic acids.

無機酸は、例えば、塩酸、硫酸、リン酸及び硝酸から選ばれる少なくとも1種の酸とすることができる。有機酸としては、例えば、カルボン酸、アスコルビン酸、スルホン酸、酸性リン酸エステル、ホスホン酸、アルキルアミンのエチレンオキサイド付加物、多価アルコール部分エステル、カルボン酸アミド等が挙げられる。 The inorganic acid may be, for example, at least one acid selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and nitric acid. Examples of organic acids include carboxylic acids, ascorbic acid, sulfonic acids, acidic phosphate esters, phosphonic acids, ethylene oxide adducts of alkylamines, partial esters of polyhydric alcohols, and carboxylic acid amides.

カルボン酸としては、例えば、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。 Examples of carboxylic acids include monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, tricarboxylic acids, and aromatic carboxylic acids.

カルボン酸アミドとしては、例えば、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸アンモニウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、トリエチレンテトラミン六酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸ナトリウム等が挙げられる。 Examples of carboxylic acid amides include ethylenediaminetetraacetic acid, sodium ethylenediaminetetraacetate, nitrilotriacetic acid, sodium nitrilotriacetate, ammonium nitrilotriacetate, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, sodium hydroxyethylethylenediaminetriacetate, diethylenetriaminepentaacetic acid, sodium diethylenetriaminepentaacetate, triethylenetetraminehexaacetic acid, and sodium triethylenetetraminehexaacetate.

ホスホン酸としては、例えば、2-アミノエチルホスホン酸、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、エタン-1,1,-ジホスホン酸、エタン-1,1,2-トリホスホン酸、エタン-1-ヒドロキシ-1,1-ジホスホン酸、エタン-1-ヒドロキシ-1,1,2-トリホスホン酸、エタン-1,2-ジカルボキシ-1,2-ジホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、2-ホスホノブタン-1,2-ジカルボン酸、1-ホスホノブタン-2,3,4-トリカルボン酸、α-メチルホスホノコハク酸等が挙げられる。 Examples of phosphonic acids include 2-aminoethylphosphonic acid, 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, aminotri(methylenephosphonic acid), ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid), diethylenetriaminepenta(methylenephosphonic acid), ethane-1,1-diphosphonic acid, ethane-1,1,2-triphosphonic acid, ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphonic acid, ethane-1-hydroxy-1,1,2-triphosphonic acid, ethane-1,2-dicarboxy-1,2-diphosphonic acid, methanehydroxyphosphonic acid, 2-phosphonobutane-1,2-dicarboxylic acid, 1-phosphonobutane-2,3,4-tricarboxylic acid, and α-methylphosphonosuccinic acid.

本実施形態による研磨用組成物は、上記の他、研磨用組成物の分野で一般に知られた配合剤を任意に配合することができる。例えば、研磨用組成物は、水溶性高分子、界面活性剤、及び、キレート剤の少なくとも1つをさらに含んでもよい。 The polishing composition according to this embodiment may contain any of the ingredients generally known in the field of polishing compositions, in addition to those mentioned above. For example, the polishing composition may further contain at least one of a water-soluble polymer, a surfactant, and a chelating agent.

水溶性高分子は、半導体ウェーハ等のワークの表面に吸着して、ワークの表面を改質する。これによって研磨の均一性が向上し、表面粗さを低減することができる。水溶性高分子は、これに限定されないが、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢酸セルロース、メチルセルロース等のセルロース類、ポリビニルアルコール(PVA)、変性PVA(ポリビニルアルコール誘導体)、ポリビニルピロリドン(PVP)等のビニルポリマー、配糖体(グリコシド)、その他の多価アルコール等を用いることができる。多価アルコールは、1分子中に2以上のヒドロキシ基を含むアルコールである。配糖体としては、例えば、メチルグルコシドのアルキレンオキシド誘導体等が挙げられる。メチルグルコシドのアルキレンオキシド誘導体としては、例えば、ポリオキシエチレンメチルグルコシド、ポリオキシプロピレンメチルグルコシド等が挙げられる。 Water-soluble polymers adsorb to the surface of workpieces such as semiconductor wafers, modifying the surface. This improves polishing uniformity and reduces surface roughness. Examples of water-soluble polymers that can be used include, but are not limited to, celluloses such as hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, cellulose acetate, and methyl cellulose; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol (PVA), modified PVA (polyvinyl alcohol derivative), and polyvinylpyrrolidone (PVP); glycosides; and other polyhydric alcohols. Polyhydric alcohols are alcohols containing two or more hydroxy groups per molecule. Examples of glycosides include alkylene oxide derivatives of methyl glucoside. Examples of alkylene oxide derivatives of methyl glucoside include polyoxyethylene methyl glucoside and polyoxypropylene methyl glucoside.

本実施形態による研磨用組成物は、シリカ、pH調整剤その他の配合材料を適宜混合して水を加えることによって作製される。本実施形態による研磨用組成物は、あるいは、砥粒、pH調整剤その他の配合材料を、順次、水に混合することによって作製される。これらの成分を混合する手段としては、ホモジナイザー、超音波等、研磨用組成物の技術分野において常用される手段が用いられる。 The polishing composition of this embodiment is prepared by appropriately mixing silica, pH adjuster, and other compounding ingredients and adding water. Alternatively, the polishing composition of this embodiment can be prepared by sequentially mixing abrasive grains, pH adjuster, and other compounding ingredients with water. These components can be mixed using means commonly used in the technical field of polishing compositions, such as a homogenizer or ultrasonic waves.

以上で説明した研磨用組成物は、適当な濃度となるように水で希釈した後、半導体ウェーハの研磨に用いられる。研磨用組成物は、Siウェーハ(シリコン基板)の研磨に好適に用いることができる。 The polishing composition described above is diluted with water to an appropriate concentration and then used to polish semiconductor wafers. The polishing composition can be suitably used to polish Si wafers (silicon substrates).

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. The present invention is not limited to these examples.

下記表1に示す砥粒とpH調整剤と水を含むスラリーを準備した。これらのスラリーを用いて、下記条件で研磨を行った。各スラリーの研磨について、スラリーのpH、砥粒、Siウェーハ及び研磨パッドのゼータ電位、パラメータA及びB、並びに、表面粗さSaを測定した。 Slurries containing the abrasive grains, pH adjuster, and water shown in Table 1 below were prepared. Polishing was performed using these slurries under the following conditions. For each slurry, the pH of the slurry, the abrasive grains, the zeta potential of the Si wafer and polishing pad, parameters A and B, and surface roughness Sa were measured.


(スラリー(研磨用組成物))
表1における砥粒A、B、C及びDは、下記の通りである。
砥粒Aは、表面のシラノール基を、アミノ基を含む官能基(プロピルアミノ基)で置換したコロイダルシリカ(製品名:クォートロン PL-3-C(扶桑化学工業株式会社))である。砥粒Aにおけるシラノール基を置換したプロピルアミノ基は、酸性下で正電荷を帯びる官能基である。
砥粒Bは、表面のシラノール基を官能基で置換していないコロイダルシリカ(製品名:クォートロン PL-3(扶桑化学工業株式会社))である。
砥粒Cは、表面のシラノール基をアミノ基及びカルボキシ基のいずれも含まない官能基で置換したコロイダルシリカ(製品名:クォートロン PL-3-D(扶桑化学工業株式会社))である。砥粒Cにおけるシラノール基を置換した官能基は、酸性下で負電荷を帯びる官能基である。
砥粒Dは、表面のシラノール基を、カルボキシ基を含む官能基(酢酸基)で置換したコロイダルシリカ(製品名:クォートロン PL-3-P(扶桑化学工業株式会社))である。砥粒Dにおけるシラノール基を置換した酢酸基は、酸性下で正電荷を帯びる官能基である。
(Slurry (Polishing Composition))
The abrasive grains A, B, C and D in Table 1 are as follows:
Abrasive grain A is colloidal silica (product name: Quattron PL-3-C (Fuso Chemical Co., Ltd.)) in which the silanol groups on the surface have been substituted with functional groups containing amino groups (propylamino groups). The propylamino groups that have substituted the silanol groups in Abrasive grain A are functional groups that take on a positive charge in acidic conditions.
Abrasive B is colloidal silica (product name: Quattron PL-3 (Fuso Chemical Co., Ltd.)) in which the silanol groups on the surface have not been substituted with functional groups.
Abrasive C is colloidal silica (product name: Quattron PL-3-D (Fuso Chemical Co., Ltd.)) in which the silanol groups on the surface have been substituted with functional groups that do not contain either amino or carboxyl groups. The functional groups that have substituted the silanol groups in Abrasive C are functional groups that are negatively charged in acidic conditions.
Abrasive D is colloidal silica (product name: Quattron PL-3-P (Fuso Chemical Co., Ltd.)) in which the silanol groups on the surface have been substituted with functional groups containing carboxyl groups (acetate groups). The acetate groups that have substituted the silanol groups in Abrasive D are functional groups that are positively charged in acidic conditions.

(研磨条件)
研磨装置:片面研磨機
研磨パッド:ポリウレタン製パッド(物性代表値 硬度83; JIS-A、圧縮率2.2%、密度0.40g/cm)(ニッタ・デュポン株式会社製)
流量:300mL/min
面圧:150(gf/cm2
被研磨ウェーハ: 8”シリコンウェーハ
(polishing conditions)
Polishing device: Single-sided polishing machine Polishing pad: Polyurethane pad (representative physical properties: hardness 83; JIS-A, compressibility 2.2%, density 0.40 g/cm 3 ) (manufactured by Nitta DuPont Co., Ltd.)
Flow rate: 300mL/min
Surface pressure: 150 (gf/cm 2 )
Wafer to be polished: 8" silicon wafer

(ゼータ電位の測定)
スラリーのゼータ電位測定には、測定装置として、ZETASIZER NANO(Malvern社製)を用いた。
Siウェーハ及びパッドのゼータ電位測定には、測定装置として、ELSZ-2(大塚電子社製)を用いた。
(Measurement of Zeta Potential)
The zeta potential of the slurry was measured using a ZETASIZER NANO (manufactured by Malvern) as a measuring device.
The zeta potential of the Si wafer and the pad was measured using an ELSZ-2 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) as a measuring device.

(パラメータの計算)
パラメータA:砥粒のゼータ電位×シリコンウェーハのゼータ電位
パラメータB:砥粒のゼータ電位×研磨パッドのゼータ電位
(Calculation of parameters)
Parameter A: Zeta potential of abrasive grains × Zeta potential of silicon wafer Parameter B: Zeta potential of abrasive grains × Zeta potential of polishing pad

(表面粗さSaの測定条件)
測定装置:Contour GT-X(Bruker社製)
測定視野角:177μm×133μm
Saは、算術平均高さ(ISO 25178)で算出。
(Conditions for measuring surface roughness Sa)
Measuring device: Contour GT-X (manufactured by Bruker)
Measurement field of view: 177 μm x 133 μm
Sa is calculated using the arithmetic mean height (ISO 25178).

(評価(スラリー構成))
表1に示す結果では、表面のシラノール基をアミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で置換したシリカを砥粒として有し、且つ、pHが1.0~6.9すなわち酸性である実施例1~3は、表面のシラノール基が置換されていない、又は、アミノ基又はカルボキシ基をいずれも含まない官能基で置換したシリカを砥粒とし、pHが酸性である比較例1、2に比べて、表面粗さが低減している。また、表面のシラノール基を、アミノ基を含む官能基で置換したシリカを砥粒として有するが、pHが7.0以上すなわちアルカリ性である比較例3、4に比べて、実施例1~3は、表面粗さが低減している。これらのことから、スラリーが、表面のシラノール基をアミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で置換したシリカを砥粒として有し、且つ、pHが酸性とするよう構成することで、Siウェーハの表面粗さを低減できることがわかった。また、砥粒A、及び砥粒Dは、表面のシラノール基が、酸性下で正電荷を帯びる官能基で置換されており、砥粒Cは、表面のシラノール基が、酸性下で負電荷を帯びる官能基で置換されている。このことから、スラリーが、表面のシラノール基を酸性下で正に帯電する官能基で置換したシリカを砥粒として有し、且つ、pHが酸性とするよう構成することで、Siウェーハの表面粗さを低減できることがわかった。
(Evaluation (Slurry Composition))
The results shown in Table 1 show that Examples 1 to 3, which have silica as abrasive grains in which surface silanol groups have been substituted with functional groups containing amino or carboxy groups and have an acidic pH of 1.0 to 6.9, have reduced surface roughness compared to Comparative Examples 1 and 2, which have silica as abrasive grains in which surface silanol groups have not been substituted or have been substituted with functional groups containing neither amino nor carboxy groups and have an acidic pH. Furthermore, Examples 1 to 3 also have reduced surface roughness compared to Comparative Examples 3 and 4, which have silica as abrasive grains in which surface silanol groups have been substituted with functional groups containing amino groups but have an alkaline pH of 7.0 or higher. These results demonstrate that the surface roughness of Si wafers can be reduced by configuring a slurry containing silica as abrasive grains in which surface silanol groups have been substituted with functional groups containing amino or carboxy groups and having an acidic pH. Furthermore, the silanol groups on the surface of abrasive grains A and D are substituted with functional groups that are positively charged in acidic conditions, while the silanol groups on the surface of abrasive grains C are substituted with functional groups that are negatively charged in acidic conditions. This shows that the surface roughness of Si wafers can be reduced by using silica abrasive grains whose surface silanol groups have been substituted with functional groups that are positively charged in acidic conditions in a slurry having an acidic pH.

(評価(ゼータ電位構成))
また、表1に示す結果では、表面粗さが低減している実施例1~3は、いずれも、砥粒のゼータ電位が正、A<0、且つ、B≧-50の条件を全て満たしている。これに対して、表面粗さが比較的大きい、比較例1~4は、上記の3つの条件のうち1つ以上を満たしていない。このことから、砥粒は、pHが1.0~6.9で正のゼータ電位を持ち、砥粒のゼータ電位とSiウェーハの表面ゼータ電位との積が負であり(A<0)、且つ、砥粒のゼータ電位と研磨パッドの表面ゼータ電位との積が-50以上である(B≧-50)場合に、表面粗さを低減できることがわかった。また、表面のシラノール基をアミノ基又はカルボキシ基を含む官能基で置換したシリカを砥粒として有し、pHを酸性とすることで、上記のゼータ電位の条件を満たしやすくなることがわかった。
(Evaluation (Zeta Potential Configuration))
Furthermore, in the results shown in Table 1, Examples 1 to 3, in which the surface roughness was reduced, all satisfied the conditions that the zeta potential of the abrasive grains was positive, A<0, and B≧−50. In contrast, Comparative Examples 1 to 4, in which the surface roughness was relatively large, did not satisfy one or more of the above three conditions. From this, it was found that the surface roughness can be reduced when the abrasive grains have a positive zeta potential at a pH of 1.0 to 6.9, the product of the zeta potential of the abrasive grains and the surface zeta potential of the Si wafer is negative (A<0), and the product of the zeta potential of the abrasive grains and the surface zeta potential of the polishing pad is −50 or greater (B≧−50). It was also found that the above zeta potential conditions are more easily met by using silica abrasive grains in which the surface silanol groups are substituted with functional groups containing amino or carboxy groups and by setting the pH to an acidic level.

以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 The above describes an embodiment of the present invention. The above-described embodiment is merely an example for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is possible to appropriately modify the above-described embodiment within the scope of the spirit of the present invention.

Claims (1)

Siウェーハを研磨対象とするSiウェーハ研磨用組成物であって、
シリカと、
pH調整剤と、
水とを含み、
pHが、1.0~6.9であり、
前記シリカの表面のシラノール基が、カルボキシ基を含む官能基に置換されている、Siウェーハ研磨用組成物。
A polishing composition for Si wafers to be polished, comprising:
Silica and
A pH adjuster;
and water,
pH is 1.0 to 6.9,
A polishing composition for Si wafers , wherein silanol groups on the surface of the silica are substituted with functional groups containing carboxy groups.
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