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TWI412580B - Abrasive composition and a grinding method - Google Patents

Abrasive composition and a grinding method Download PDF

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TWI412580B
TWI412580B TW096128010A TW96128010A TWI412580B TW I412580 B TWI412580 B TW I412580B TW 096128010 A TW096128010 A TW 096128010A TW 96128010 A TW96128010 A TW 96128010A TW I412580 B TWI412580 B TW I412580B
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Description

研磨用組成物及研磨方法
本發明係關於在研磨半導體晶圓用途上，主要使用之研磨用組成物及使用其研磨用組成物之研磨方法。
一直以來，矽晶圓等半導體晶圓之研磨至少分為預備研磨與完成研磨二階段進行。其中預備研磨以更高品質化及效率化為目的，進而有再分為二階段以上進行之情形。於完成研磨，能使用之研磨用組成物方面，如，專利文獻1之研磨用組成物。專利文獻1之研磨用組成物含水、膠體二氧化矽、聚丙烯醯胺或裂褶菌多醣之水溶性高分子、及如氯化鉀之水溶性鹽類。
然而，近年來，隨著半導體裝置之設計規則細線化，關於使用研磨用組成物進行研磨後之晶圓表面觀察到之缺陷之一種LPD(light point defects)，對於半導體裝置之影響，要求其降低至目前沒問題之小尺寸。具體上，目前有問題之LPD為0.12μm以上大小者，此主因為於晶圓表面附著之粒子，而藉由提升洗淨技術可更減低。然而，比其小之LPD(>0.065μm)，主要是在預備研磨時，於晶圓表面產生之損傷，也就是研磨加工為其起因，此藉由完成研磨或洗淨有無法除去之疑慮。此點，就算使用專利文獻1之研磨用組成物進行完成研磨，亦無法使研磨加工造成之LPD數較以往減少。
〔專利文獻1〕特開平02－158684號公報
本發明之目的以提供一種研磨用組成物及使用此研磨用組成物之研磨方法，其可降低使用研磨用組成物進行研磨後之研磨對象物表面之因研磨加工引起之LPD數。
為達成該目的，申請專利範圍第1項之發明為提供含有由聚乙烯吡咯烷酮及聚N－乙烯甲醯胺所選出之至少1種水溶性高分子及鹼之研磨用組成物。
申請專利範圍第2項之發明為提供該水溶性高分子之重量平均分子量為6000~4000000之申請專利範圍第1項之研磨用組成物。
申請專利範圍第3項之發明為提供更含螯合劑之申請專利範圍第1或2項之研磨用組成物。
申請專利範圍第4項之發明為提供使用申請專利範圍第1~3項中任一項之研磨用組成物來研磨半導體晶圓表面之研磨方法。
根據本發明可提供一種研磨用組成物及使用此研磨用組成物之研磨方法，其可降低使用研磨用組成物進行研磨後之研磨對象物表面之因研磨加工引起之LPD數。
〔實施發明之最佳型態〕
以下說明本發明之一種實施型態。
本實施型態之研磨用組成物，藉由定量之水溶性高分子、鹼、砥粒與水混合而製造。而本實施型態之研磨用組成物，為由水溶性高分子、鹼、砥粒及水所組成。此研磨用組成物為用於研磨矽晶圓等半導體晶圓之用途，特別是用於分為晶圓之預備研磨、完成研磨二階段以上進行時，使用於最終階段之預備研磨者。
本實施型態之研磨用組成物所含之水溶性高分子為由聚乙烯吡咯烷酮及聚N－乙烯甲醯胺所選出之至少1種。此等水溶性高分子具有於晶圓表面形成親水膜之作用。此親水膜具有使以砥粒為首之粗大粒子給予晶圓之對於晶圓表面垂直方向力分散至水平方向之作用，故推測可抑制研磨時於晶圓表面產生缺損，減低研磨加工引起之LPD數。
研磨用組成物所含之水溶性高分子為聚乙烯吡咯烷酮時，相對於聚N－乙烯甲醯胺可減低研磨加工引起之LPD數。故，研磨用組成物所含之水溶性高分子以聚乙烯吡咯烷酮為佳。
研磨用組成物中水溶性高分子之含量，以0.0003g/L以上為佳，以0.001g/L以上更佳，以0.003g/L以上又更佳，而以0.005g/L以上最好。隨著水溶性高分子之含量增加，容易於晶圓表面形成可有效抑制缺損產生之親水膜，故可更大幅降低研磨加工引起之LPD數。因此，研磨用組成物中水溶性高分子之含量，以0.0003g/L以上為佳，以0.001g/L以上更佳，以0.003g/L以上又更佳，而以0.005g/L以上最好，可大幅降低研磨加工引起之LPD數。
且研磨用組成物中水溶性高分子之含量，以0.1g/L以下為佳，以0.02g/L以下更佳，以0.015g/L以下又更佳，而以0.01g/L以下最好。水溶性高分子所成之親水膜因研磨用組成物招致晶圓之研磨速度(除去速度)降低。因此，隨著研磨用組成物中水溶性高分子之含量降低，可更強力抑制因親水膜造成之研磨速度降低。所以，研磨用組成物中水溶性高分子之含量，以0.1g/L以下為佳，以0.02g/L以下更佳，以0.015g/L以下又更佳，而以0.01g/L以下最能強力抑制因親水膜造成之研磨速度降低。
研磨用組成物所含之水溶性高分子之重量平均分子量以6000以上為佳。隨著水溶性高分子之重量平均分子量變大，容易於晶圓表面形成可有效抑制缺損產生之親水膜，故可更大幅降低研磨加工引起之LPD數。因此，研磨用組成物中之水溶性高分子之重量平均分子量以6000以上能大幅降低研磨加工引起之LPD數。
研磨用組成物所含之水溶性高分子之重量平均分子量以4000000以下為佳，更佳為3000000以下。隨著水溶性高分子之平均分子量變小，可更強力抑制因親水膜造成之晶圓研磨速度降低。因此，研磨用組成物中之水溶性高分子之重量平均分子量以4000000以下為佳，更佳為3000000以下最能強力抑制因親水膜造成之研磨速度降低。
本實施型態之研磨用組成物所含之鹼，可為例如鹼金屬氫氧化物、氨、胺、4級銨鹽之任意者。此等鹼，具有化學研磨晶圓的作用，可提高研磨用組成物之晶圓研磨速度。
研磨用組成物所含之鹼，為鹼金屬氫氧化物或4級銨鹽時，使用其他鹼相比，大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度，同時抑制研磨後晶圓表面粗糙度之增大。因此，研磨用組成物所含之鹼，以鹼金屬氫氧化物或4級銨鹽為佳。
研磨用組成物中鹼之含量，以0.1g/L以上為佳，以0.25g/L以上更佳，以0.5g/L以上最佳。隨著鹼之含量增加，可更大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。因此，研磨用組成物中鹼之含量，以0.1g/L以上為佳，以0.25g/L以上更佳，以0.5g/L以上最能大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。
且研磨用組成物中鹼之含量，以5g/L以下為佳，以4g/L以下更佳，以3g/L以下最佳。鹼有招致研磨後晶圓表面粗糙度增加之疑慮。因此，隨著研磨用組成物中鹼之含量降低，可更強力抑制研磨後晶圓表面粗糙度之增加。所以，研磨用組成物中鹼之含量，以5g/L以下為佳，以4g/L以下更佳，以3g/L以下最能強力抑制研磨後晶圓表面粗糙度。
本實施型態之研磨用組成物所含之砥粒，如，膠體二氧化矽及氣相二氧化矽任一皆可。此等砥粒為具有使晶圓機械性研磨之作用，提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。
研磨用組成物中所含砥粒為膠體二氧化矽時，與使用其他砥粒相比，提升研磨用組成物之安定性，結果，降低研磨後晶圓表面之刮傷。故研磨用組成物中所含砥粒以膠體二氧化矽為佳。
研磨用組成物中砥粒之含量，以1g/L以上為佳，以3g/L以上更佳，以5g/L以上最佳。隨著砥粒之含量增加，可更大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。因此，研磨用組成物中鹼之含量，在1g/L以上為佳，以3g/L以上更佳，以5g/L以上最能大幅提升研磨速度。
且研磨用組成物中砥粒之含量，以45g/L以下為佳，以35g/L以下更佳，以25g/L以下最佳。隨著砥粒含量降低，可更大幅提升研磨用組成物之膠體安定性。所以，研磨用組成物中砥粒之含量，在45g/L以下為佳，以35g/L以下更佳，以25g/L以下最能大幅提升研磨用組成物之膠體安定性。
研磨用組成物中所含砥粒之平均一次粒徑，以5nm以上為佳，以10nm以上更佳，以15nm以上最佳。隨著砥粒之平均一次粒徑增大，可更加強機械研磨晶圓之砥粒的作用，更大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。因此，砥粒之平均一次粒徑，在以5nm以上為佳，以10nm以上更佳，以15nm以上最能大幅提升研磨用組成物之晶圓研磨速度。
且研磨用組成物中所含平均一次粒徑，以200nm以下為佳，以150nm以下更佳，以100nm以下最佳。平均一次粒徑大之砥粒，有招致增加研磨後晶圓表面刮傷之虞。所以，隨著砥粒之平均一次粒徑變小，可強力抑制研磨後晶圓表面刮傷的增加。因此，砥粒之平均一次粒徑，在200nm以下為佳，以150nm以下更佳，以100nm以下最能強力抑制研磨後晶圓表面刮傷的增加。
本實施型態可得到以下優點。
本實施型態之研磨用組成物含有由聚乙烯吡咯烷酮及聚N－乙烯甲醯胺所選出之至少1種水溶性高分子。藉由此等水溶性高分子於晶圓表面形成之親水膜具有降低研磨加工引起之LPD數之作用。因此，根據本實施型態之研磨用組成物，可降低使用研磨用組成物進行研磨後之晶圓表面之研磨加工引起之LPD數。
可將前述實施型態作下列變更亦可。
該實施型態之研磨用組成物，可進一步含螯合劑。螯合劑藉由捕捉與研磨用組成物中之金屬雜質形成之錯離子，有抑制金屬雜質造成之研磨對象物污染之作用。螯合劑可為胺基羧酸系螯合劑或磺酸系螯合劑，而以含乙烯二胺四醋酸、二乙烯三胺五醋酸、三乙烯四胺六醋酸、乙烯二胺四甲基磷酸、或二乙烯三胺五甲基磷酸為佳。而乙烯二胺四醋酸、二乙烯三胺五醋酸、三乙烯四胺六醋酸、乙烯二胺四甲基磷酸及二乙烯三胺五甲基磷酸之金屬雜質捕捉力特別高。
該實施型態之研磨用組成物可依必要，添加防腐劑、消泡劑等公知之添加劑。
該實施型態之研磨用組成物可於使用前由濃縮原液稀釋調製。
該實施型態之研磨用組成物使用在研磨半導體晶圓外之研磨對象物用途亦可。
接著，說明本發明之實施例及比較例。
藉由將水溶性高分子、鹼、砥粒及螯合劑適當地與水混合，調製實施例1~53及比較例1~26之研磨用組成物。各研磨用組成物中水溶性高分子、鹼、砥粒及螯合劑之詳細表示於表1。
表1及表2之『水溶性高分子』欄中，PVP＊1 為重量平均分子量10000之聚乙烯吡咯烷酮，PVP＊2 為重量平均分子量3500000之聚乙烯吡咯烷酮，PVP＊3 為重量平均分子量1600000之聚乙烯吡咯烷酮，PVP＊4 為重量平均分子量67000之聚乙烯吡咯烷酮，PNVF為重量平均分子量100000之聚N－乙烯甲醯胺，PVA為重量平均分子量62000之皂化度95%之聚乙烯醇，PVME為重量平均分子量10000之聚乙烯甲基醚，PEG為重量平均分子量26000之聚乙二醇，PEO為重量平均分子量200000之聚環氧乙烷，PPP為重量平均分子量9000之聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物，PEI為重量平均分子量10000之聚乙烯亞胺，PAA為重量平均分子量25000之聚丙烯酸，PAA－NH4 為重量平均分子量20000之聚丙烯酸銨，PAA－Na為重量平均分子量20000之聚丙烯酸鈉，PAAM為重量平均分子量1000000之聚丙烯酸醯胺，PSS－Na為重量平均分子量100000之聚苯乙烯磺酸鈉，HEC為重量平均分子量1000000之羥乙基纖維素，CMC－Na＊1 為重量平均分子量10000之羧甲基纖維素鈉，CMC－Na＊2 為重量平均分子量330000之羧甲基纖維素鈉，CMC－Na＊3 為重量平均分子量90000之羧甲基纖維素鈉，CMC－Na＊4 為重量平均分子量20000之羧甲基纖維素鈉。
表1及表2之『鹼』欄中，TMAH表示氫氧化四甲基銨、KOH表示氫氧化鉀、NaOH表示氫氧化鈉、NH3 表示氨、PIZ為無水哌嗪、IMZ表示咪唑。
表1及表2之『砥粒』欄中，CS＊1 表示平均一次粒徑為35nm之膠體二氧化矽、CS＊2 表示平均一次粒徑為200nm之膠體二氧化矽、CS＊3 表示平均一次粒徑為150nm之膠體二氧化矽、CS＊4 表示平均一次粒徑為100nm之膠體二氧化矽、CS＊5 表示平均一次粒徑為55nm之膠體二氧化矽、CS＊6 表示平均一次粒徑為15nm之膠體二氧化矽、CS＊7 表示平均一次粒徑為10nm之膠體二氧化矽、CS＊8 表示平均一次粒徑為5nm之膠體二氧化矽。
表1及表2之『螯合劑』欄中，TTHA表示三乙烯四胺六醋酸、DTPA表示二乙烯三胺五醋酸、EDTPO表示乙烯二胺四乙烯磺酸。
表1及表2之『研磨速度』欄中，表示使用實施例1~53及比較例1~26之研磨用組成物，以表3之條件研磨直徑200mm、厚730μm之矽晶圓(p－型、結晶方位<100>、COP(crystal originated particles)free)時所測得之研磨速度。研磨速度為藉由研磨前後各晶圓厚度之差除以研磨時間求得，晶圓之厚度測量，係使用黑田精工股份公司製之平坦度檢查裝置『NANOMETRO 300TT』。
表1及表2之『缺損』欄中，表示關於使用實施例1~53及比較例1~26之研磨用組成物，於研磨後矽晶圓表面測定之研磨加工引起之LPD數的評估結果。具體上，使用實施例1~53及比較例1~26之研磨用組成物，以表3之條件預備研磨直徑200mm、厚730μm之矽晶圓(p－型、結晶方位<100>、COP free)後，使用純水稀釋20倍之FUJIMI INCORPORATED公司製之『GLANZOX－3900』，以表4條件進一步進行完成研磨。對於完成研磨後之晶圓，進行SC－1洗淨(Standard Clean 1)及IPA(isopropyl alcohol)蒸汽乾燥後，首先使用KLA－Tencor公司製之『SURFSCAN SP1－TBI』進行第1次之LPD測定。之後，相對於同晶圓，再進行SC－1洗淨及IPA蒸汽乾燥後，使用『SURFSCAN SP1－TBI』進行第2次之LPD測定。定義在第1次與第2次測定中位置不變之LPD為研磨加工造成之LPD，測定每晶圓表面之研磨加工造成之LPD數。『缺損』欄中，◎(優)為每晶圓表面之研磨加工造成之LPD數未滿10個，○(良)為10個以上、未滿20個，△(可)為20個以上、未滿30個，×(不良)為30個以上。
表1及表2之『潤濕』欄中，評估因水溶性高分子作用於晶圓表面形成之親水膜，評估使用實施例1~53及比較例1~26之研磨用組成物，以表3之條件進行研磨後之矽晶圓表面之潤濕。具體上，將研磨後之矽晶圓輕輕以水洗滌，經目視確認表面潤濕狀態。『潤濕』欄中，0表示晶圓表面完全無潤濕，3表示晶圓表面30%潤濕，6表示晶圓表面60%潤濕，7表示晶圓表面70%潤濕，8表示晶圓表面80%潤濕，9表示晶圓表面90%潤濕，10表示晶圓表面100%潤濕。
又，比較例11之研磨用組成物之皂化激烈，無法用於晶圓之研磨。
如表1及表2所示般，實施例1~53之研磨用組成物，關於缺損之評估皆為△(可)以上，研磨速度也為可滿足實用性之值。相對的，比較例1~26之研磨用組成物，除了無法進行研磨之比較例11外，關於缺損之評估皆為×(不良)。
關於由該實施型態可把握之技術思想如下。
申請專利範圍1~4項中任一項之研磨用組成物，更含有至少一種選自膠體二氧化矽及氣相二氧化矽之砥粒。此時，藉由研磨用組成物可提升研磨對象物之研磨速度。

Claims (4)

  1. 一種研磨用組成物，其特徵為含有0.0003~0.1g/L由聚乙烯吡咯烷酮及聚N-乙烯甲醯胺所選出之至少1種水溶性高分子及鹼，且用於矽晶圓的預備研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中，該水溶性高分子之重量平均分子量為6000~4000000。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之研磨用組成物，其更含有螯合劑。
  4. 一種研磨方法，其特徵係使用申請專利範圍第1~3項中任一項之研磨用組成物研磨半導體晶圓之表面。
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