CN1290961C - 用于化学机械抛光的水分散体和半导体设备的生产方法 - Google Patents

用于化学机械抛光的水分散体和半导体设备的生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1290961C
CN1290961C CNB031514898A CN03151489A CN1290961C CN 1290961 C CN1290961 C CN 1290961C CN B031514898 A CNB031514898 A CN B031514898A CN 03151489 A CN03151489 A CN 03151489A CN 1290961 C CN1290961 C CN 1290961C
Authority
CN
China
Prior art keywords
polished
water dispersion
barrier metal
polishing
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB031514898A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1495244A (zh
Inventor
金野智久
元成正之
服部雅幸
川桥信夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JSR Corp
Original Assignee
JSR Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JSR Corp filed Critical JSR Corp
Publication of CN1495244A publication Critical patent/CN1495244A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1290961C publication Critical patent/CN1290961C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于化学机械抛光的水分散体。通过它，即使对具有低机械强度绝缘体的待抛光器件也能减少划痕，铜膜和阻挡金属膜都能得到高效抛光，并在不过度抛光绝缘体的情况下，得到具有高精确度且足够平整的精加工表面，本发明还提供了半导体设备的生产方法。用于化学机械抛光的水分散体包括磨料颗粒，其中磨料颗粒包括(A)由选自于无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的简单颗粒和(B)复合颗粒。简单颗粒(A)优选由无机颗粒组成，复合颗粒(B)优选由通过有机颗粒与无机颗粒整体结合而形成的无机有机复合颗粒组成。半导体设备的生产方法包括使用抛光用水分散体对半导体材料待抛光表面进行抛光的步骤。

Description

用于化学机械抛光的水分散体和 半导体设备的生产方法
发明背景
技术领域
本发明涉及用于化学机械抛光的水分散体和使用这一水分散体制备半导体器件的生产方法，特别是涉及在具有低介电常数内层绝缘体的半导体基片抛光处理中，在半导体器件生产中对带有布线图案的半导体基片例如晶片进行化学机械抛光(下文中可被称作“CMP”)的处理过程中，特别是在两步抛光法的第二步抛光处理步骤中或在三步抛光法的第二步抛光处理步骤中使用的化学机械抛光用的水分散体，以及使用这一水分散体制备半导体器件的生产方法。
背景技术
迄今为止，通过真空法如化学气相沉积法(CVD)形成的氧化硅膜(SiO2膜)经常被用作半导体设备或类似设备的内层绝缘体。这种SiO2膜具有较高的介电常数。
另一方面，为改善超大规模集成电路的性能，近些年来，形成具有较低介电常数的内层绝缘体受到人们的关注。为了获得这种具有较低介电常数的内层绝缘体，已经发展了由聚合物组成的内层绝缘体，这些聚合物是在氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氩气、水、臭氧、氨或类似物质的存在下，通过等离子聚合含硅化合物如烷氧基硅烷、硅烷、烷基硅烷、芳基硅烷、硅氧烷或烷基硅氧烷形成的，并且还发展了由聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚亚芳基醚、聚苯并唑，聚酰亚胺，倍半硅氧烷以及类似物质组成的内层绝缘体作为SiO2膜的替代物。
由于这些绝缘体比SiO2膜的机械强度低，软而且脆，作为要抛光器件的半导体基片，在使用包含无机颗粒的化学机械抛光用的传统水分散体时，会造成划痕和剥离。另外，由于在一些情况下会有大量不同形状的划痕产生，产品的产量也是问题。
在用于形成波纹布线的化学机械抛光中，对由高硬度金属如钽组成的阻挡金属膜很难高效抛光。另一方面，由于形成线路部分的铜膜较软并容易抛光，一些情况下会在线路部分形成凹陷，不能获得平整的抛光表面。特别是在低介电常数的多孔绝缘体中，由于绝缘体的过度抛光，一些情况下要形成好的波纹布线也许是不可能的。
虽然形成波纹布线的抛光法是多样的，但通常优先采用包括第一抛光处理步骤(其中主要是对铜膜进行抛光)和第二抛光处理步骤(其中主要是对阻挡金属膜进行抛光)的两步抛光处理。第一抛光处理步骤和第二抛光处理步骤的任一步都可以分成两个或多个操作步骤进行。在两步抛光处理的第一个抛光处理步骤中，有两种情况，一种情况是进行抛光直到铜膜几乎完全被去除，另一种情况是当通过抛光去除铜膜不完全时，对需抛光基片进行第二步抛光处理。因此，在第二抛光处理步骤中，根据应用于第一抛光处理步骤的抛光条件，可以采用水分散体的组成与第一抛光处理步骤中不同的抛光用水分散体。
上述的在不同条件下进行的抛光处理步骤中的每一个步骤一般都会采用适合于这种抛光处理步骤的抛光用水分散体，换句话说，抛光用水分散体的组成与其他的抛光处理步骤中的不同。因此，就有必要根据不同的抛光目的提供若干种用于抛光的水分散体。
另一方面，尚未提出任何一种能在由具有低机械强度和低介电常数的内层绝缘体形成的器件抛光表面上阻止划痕产生的化学机械抛光用的水分散体。
发明简介
本发明解决了现有技术中存在的上述问题，它的第一个目的是提供一种化学机械抛光用的水分散体，采用这种水分散体可以大大防止抛光表面出现划痕，甚至在对由具有低机械强度和低介电常数的内层绝缘体的半导体基片组成的待抛光器件进行抛光处理的时候，也是如此，虽然基本成分相同，但在很大程度上可以自由地且很容易地控制铜膜去除速率与阻挡金属膜去除速率的比率，进而可以高效抛光铜膜和阻挡金属膜，在不过度抛光绝缘体的情况下，就可以获得具有高精确度且足够平整的精加工表面。
本发明的第二个目的是提供一种半导体设备的生产方法，该方法包括使用上述化学机械抛光用的水分散体的抛光处理步骤。
根据本发明，提供了一种包含磨料颗粒的化学机械抛光用的水分散体，其中磨料颗粒包括：
(A)由选自于无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的简单颗粒，和
(B)复合颗粒。
在本发明的用于化学机械抛光的水分散体中，组成磨料颗粒的简单颗粒(A)优选由无机颗粒组成，复合颗粒(B)优选由通过有机颗粒与无机颗粒整体结合而得到的无机有机复合颗粒组成。
在本发明的用于化学机械抛光的水分散体中，所有磨料颗粒的总含量优选为0.11-20质量％，简单颗粒(A)的含量为0.1-19.99质量％，复合颗粒(B)的含量为0.01-19.9质量％。
在本发明的用于化学机械抛光的水分散体中，在铜膜和阻挡金属膜在同样条件下进行抛光的情况下，由阻挡金属膜的去除速率(RBM)与铜膜的去除速率(RCu)的比值表示的特定去除速率比值(RBM/RCu)可以是0.5-200。
在本发明的用于化学机械抛光的水分散体中，特定去除速率比值(RBM/RCu)可以控制为10-200。在本发明的用于化学机械抛光的水分散体中，特定去除速率比值(RBM/RCu)也可以控制为0.5-3。
根据本发明，还提供了一种半导体设备的生产方法，该方法包括使用上述化学机械抛光用的水分散体对半导体材料的待抛光表面进行抛光的步骤。
根据本发明，进一步提供了一种半导体器件的生产方法，包括主要对半导体材料的待抛光表面的铜膜进行抛光的第一步抛光处理步骤和在第一步抛光处理步骤之后进行的主要采用化学机械抛光用的特定去除速率(RBM/RCu)为10-200或0.5-3的水分散体对阻挡金属膜进行抛光的第二步抛光处理步骤。
由于采用本发明的用于化学机械抛光的水分散体，大大防止了在抛光表面出现的划痕，甚至对由具有低机械强度和低介电常数内层绝缘体的半导体基片组成的待抛光器件进行抛光处理的时候，也是如此，在很大程度上可以自由地且很容易地控制铜膜去除速率与阻挡金属膜去除速率的比率，进而可以高效抛光铜膜和阻挡金属膜，在不过度抛光绝缘体的情况下，就可以获得具有高精确度且足够平整的精加工表面。
根据本发明的半导体器件的生产方法，大大防止了在抛光处理中抛光表面出现的划痕，甚至对具有低机械强度和低介电常数内层绝缘体的半导体基片的抛光处理，也是如此，从而可以高效抛光铜膜和阻挡金属膜，在不过度抛光绝缘体的情况下，就可以获得具有高精确度且足够平整的精加工表面。
优选实施方式的具体描述
下面将具体描述本发明用于化学机械抛光的水分散体。
用于化学机械抛光的水分散体(下文中也被称作是抛光浆料)是一种包含分散于水介质中的磨料颗粒的浆料。磨料颗粒包含下面两种成分：
(A)由选自于无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的简单颗粒，和
(B)复合颗粒。
下文将描述磨料颗粒的每一种成分。
(A)简单颗粒
本发明的抛光浆料包含作为磨料颗粒成分的由选自于无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的简单颗粒，简单颗粒优选由无机颗粒组成。
用作简单颗粒的无机颗粒的实例可以是二氧化硅，氧化铝，二氧化铈，二氧化钛，氧化锆，碳化硅，氮化硅，氧化锰等的颗粒。其中，二氧化硅颗粒是优选的。
二氧化硅颗粒的具体例子包括通过热解法使氯化硅或类似物质与氧气和氢气在气相中发生反应合成的热解法二氧化硅，通过金属醇盐水解和缩合的溶胶-凝胶法合成的胶体二氧化硅，以及通过纯化去除杂质的无机胶体法合成的胶体二氧化硅。
当其颗粒的直径较小时，通过溶胶-凝胶法或通过胶体法合成的胶体二氧化硅以一种一级颗粒已经聚结或团聚的状态，即二级颗粒的状态存在于水介质中。以这种状态存在的无机颗粒，其一级颗粒的平均直径优选为1-3000nm，更优选为2-1000nm。
二级颗粒的平均直径优选为5-5000nm，更优选为5-3000nm，特别优选为10-1000nm。如果使用二级颗粒平均直径小于5nm的无机颗粒，那么在一些情况下，得到的抛光浆料不能取得足够高的去除速率。另一方面，在使用无机颗粒的抛光浆料中，如果二级颗粒的平均直径超过了5000nm，那么在一些情况下，不能有效阻止凹陷和腐蚀的发生，从而表面缺陷如划痕就容易生成。另外，抛光浆料的稳定性也会降低。
一级颗粒的平均直径可以通过测量预定颗粒的比表面积和通过观察透射型电子显微镜等的方法计算出来。二级颗粒的平均颗粒直径可以通过激光散射衍射测量仪等手段测量出来。
另一方面，无机颗粒例如通过热解法合成的二氧化硅是以二级颗粒的形式生成的，它很难以一级颗粒的状态分散在水介质中，因此，这样的颗粒以由一级颗粒的团聚得到的二级颗粒的形式出现。因此，只要对二级颗粒加以定义，就足以确定由通过热解法合成的二氧化硅组成的无机颗粒。
热解法二氧化硅形式的无机颗粒的二级颗粒平均直径优选为10-10000nm，更优选为20-7000nm，特别优选为50-5000nm。通过使用热解法二氧化硅形式的无机颗粒，并且其二级颗粒平均颗粒直径在这一范围之内，就可以获得具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蚀并具有高稳定性的抛光浆料。
本发明中用作简单颗粒的有机颗粒的实例可以是分别由(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物组成的聚合物颗粒，(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物例如聚甲基丙烯酸甲酯组成的聚合物颗粒，(3)聚氯乙烯，聚缩醛，饱和聚酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚碳酸酯和苯氧基树脂组成的聚合物颗粒，和(4)聚烯烃和烯烃共聚物如聚乙烯，聚丙烯，聚(1-丁烯)和聚(4-甲基-2-戊烯)和其他热塑性树脂组成的聚合物颗粒。
这些有机颗粒可以通过乳液聚合法，悬浮液聚合法，乳液分散液聚合法，研磨通过本体聚合法或类似方式获得的树脂，或其他方法获得。在上述聚合方法中，有机颗粒也可以是由可交联单体例如二乙烯基苯或乙二醇通过共聚作用获得的具有交联结构的共聚物颗粒。
这些用作简单颗粒的有机颗粒优选从以下树脂颗粒中选择：(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物和(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物例如上面提到的树脂中的聚甲基丙烯酸甲酯，和具有交联结构的它们的共聚物。
几乎所有上述这些有机颗粒都可以作为抛光浆料中的简单颗粒。这些有机颗粒的平均粒径优选为10-5000nm，更优选为15-3000nm，特别优选为20-1000nm。通过使用平均粒径在这一范围内的有机颗粒作为简单颗粒，可以获得具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蚀并具有高稳定性的抛光浆料。
(B)复合颗粒
根据本发明，复合颗粒(B)与简单颗粒(A)一起作为磨料颗粒存在于抛光浆料中。
在本发明中，复合颗粒的具体例子可以是通过有机颗粒与无机颗粒整体结合而获得的无机有机复合颗粒，和通过将一种改性物质结合到有机颗粒表面而获得的改性颗粒。
由无机有机复合颗粒组成的复合颗粒是那些通过有机颗粒与无机颗粒在不易分离的程度上整体结合而获得的。对这些有机颗粒和无机颗粒没有特殊的限制。例如，与上述形成简单颗粒相同的有机颗粒和无机颗粒都可以使用。
对这些复合颗粒的具体结构没有特别的限制。例如，优选使用由聚合物颗粒组成的有机颗粒与无机颗粒通过合适的方法结合而获得的复合颗粒。
更具体地说，ξ电位极性彼此不同的有机颗粒和无机颗粒通过静电力相结合，例如在水介质中形成的颗粒可以被用作复合颗粒。
有机颗粒的ξ电位在整个pH值范围内或在非低pH值范围的较宽pH值范围内常常是负的。特别是，由具有羧基，磺基，或类似基团的聚合物组成的有机颗粒一定具有负的ξ电位，由具有氨基或类似基团的聚合物组成的有机颗粒在特定的pH值范围内具有正的ξ电位。
另一方面，pH值对无机颗粒的ξ电位有很大的影响，一些无机颗粒有等电点，在特定pH值下，ξ电位为零。对这样的无机颗粒，ξ电位的极性在等电点前后是相反的。
因此，将具体种类的有机颗粒与具体种类的无机颗粒结合，两种颗粒在它们的ξ电位极性相反的pH值范围内相混合，由此，可以得到有机颗粒和无机颗粒通过静电力整体相结合的无机有机复合颗粒。
甚至当混合的有机颗粒与无机颗粒的ξ电位的极性在混合时相同的情况下，也可以通过混合后改变pH值的方法来创造二者ξ电位极性相反的环境，获得有机颗粒与无机颗粒整体结合的无机有机复合颗粒。
在本发明中，复合颗粒可以是将合适的改性物质结合到由例如聚合物颗粒组成的有机颗粒表面上而得到的改性有机颗粒。聚合物颗粒的实例可以是提到的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯颗粒。结合了改性物质的聚合物颗粒可以通过例如下面的方法获得：用于改性的反应物质，例如烷氧基硅烷，铝醇盐或钛醇盐在聚合物颗粒的存在下发生缩聚反应，在聚合物颗粒的表面上形成改性物质。
当改性物质是烷氧基硅烷时，可以得到聚合物表面上结合有聚硅氧烷的改性有机颗粒。当改性物质是铝醇盐或钛醇盐时，可以得到聚合物表面上通过硅氧烷键结合有铝原子或钛原子的改性有机颗粒。在上述方法中，聚合物颗粒的表面可以先用硅烷偶合剂或类似物质进行处理。
在本发明中，复合颗粒也可以是通过将无机颗粒如二氧化硅颗粒或氧化铝颗粒结合到由合适的聚合物颗粒组成的有机颗粒表面上而获得的无机有机复合颗粒。在这种情况下，无机颗粒可以是通过结合成分如硅氧烷经物理支撑结合在聚合物颗粒的表面上，或者通过功能团例如羟基化学结合在聚合物颗粒的表面上。
靠静电力通过上述整体结合而获得的无机有机复合颗粒在这些无机有机复合颗粒已经存在的情况下，通过例如烷氧基硅烷，铝醇盐，钛醇盐或类似物质的缩聚反应被改性物质改性的那些颗粒也可用作复合颗粒。
当复合颗粒由无机有机颗粒组成时，这些复合颗粒根据形成复合颗粒的每种无机颗粒和有机颗粒的粒径和分别的成分比例，以下面三种状态1至3的任一种形式存在，或者以这些状态的混合形式存在。
状态1：无机颗粒作为壳颗粒粘附在由有机颗粒组成的芯颗粒的表面上。
状态2：有机颗粒作为壳颗粒粘附在由无机颗粒组成的芯颗粒的表面上。
状态3：有机颗粒和无机颗粒彼此聚集在一起，没有形成清晰的芯-壳结构。
上述状态中，状态1或2是优选的。
状态1-3的每一个状态，无机颗粒可以是一级颗粒和二级颗粒中的任意一种状态，也可以是二种颗粒的混合状态。
至于形成无机有机复合颗粒的无机颗粒和有机颗粒的成分比例，按100重量份有机颗粒计，无机颗粒的比例优选为1-2000重量份，更优选为10-1000重量份。
在本发明中，复合颗粒的平均直径优选为20-20000nm，更优选为50-10000nm，特别优选为50-5000nm。
通过获得满足上述条件的复合颗粒，可以得到具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蚀并具有高稳定性的抛光浆料。
在本发明的抛光浆料中，获得的磨料颗粒的比例是由选自无机颗粒和有机颗粒中至少一种组成的简单颗粒(A)和复合颗粒(B)的总含量在100质量％抛光浆料中为0.11-20质量％。
如果磨料颗粒的比例低于0.11质量％，得到的抛光浆料不具有充分的去除速率。另一方面，如果包含的比例高于20质量％，得到的抛光浆料成本较高并在一些情况下会降低贮存稳定性。
由选自无机颗粒和有机颗粒中至少一种组成的简单颗粒(A)的含量在100质量％抛光浆料中，优选为0.1-19.99质量％，更优选为0.1-10质量％，特别优选为0.5-10质量％。
复合颗粒(B)的含量在100质量％抛光浆料中，优选为0.01-19.9质量％，更优选为0.01-10质量％，特别优选为0.01-5质量％。
由选自无机颗粒和有机颗粒中至少一种组成的简单颗粒(A)与复合颗粒(B)的相对质量比优选为1∶10-10∶1，更优选为1∶10-5∶1，特别优选为1∶5-5∶1。
当包含的磨料颗粒的比例落在上述范围内时，即使待抛光表面具有脆性的内层绝缘层，也可以得到能有效防止表面缺陷如划痕产生，并具有高去除速率的抛光浆料。
在本发明的抛光浆料中，使用该抛光浆料抛光阻挡金属膜获得的阻挡金属膜的去除速率(RBM)与同阻挡金属膜条件相同的情况下抛光铜膜的铜膜去除速率(RCu)的比值(RBM/RCu)(下文中也称作特定去除速率)等于0.5-200。
上述“铜膜”除了纯铜组成的铜膜外，包括铜含量至少达到95质量％的铜合金，例如铜-硅和铜-铝合金。
“阻挡金属膜”由具有高硬度的金属，例如钽或钛及其氮化物或氧化物或类似的物质形成。形成阻挡金属膜的金属不限于纯金属，也可以是合金，例如，钽-铌。当阻挡金属膜由氮化物形成的时候，氮化钽，氮化钛或类似的物质也没有必要是纯物质。这种阻挡金属膜的物质特别优选是钽和/或氮化钽。
阻挡金属膜通常仅由一种物质形成，例如钽或钛。但是，在一些情况下，可以在相同的基片上形成不同物质的膜，例如钽膜和氮化钽膜作为阻挡金属膜。
涉及特定去除速率的“相同条件”是指使用一种特殊型号的抛光设备，和压盘和磁头的旋转速度，抛光压力，抛光时间，所用的抛光垫的种类，每单位时间的抛光浆料的进料速度都是相同的。特定去除速率可以通过在“相同条件”下分别抛光后得到的铜膜去除速率和阻挡金属膜去除速率计算出来。这些膜的抛光可以通过使用分别涂有铜膜和阻挡金属膜的晶片来进行。
在本发明的抛光浆料中，特定去除速率比(RBM/RCu)可以任选地控制在0.5-200范围内。为控制特定去除速率比(RBM/RCu)，本发明的抛光浆料可以包含杂环化合物。
这类杂环化合物的实例可以是喹啉羧酸，中氮茚，包含5元杂环的化合物和包含6元杂环的化合物。
喹啉羧酸的例子可以是2-喹啉羧酸(喹哪啶酸)和2，3-吡啶二羧酸(喹啉酸)。
中氮茚的例子可以是7-羟基-5-甲基-1，3，4-三氮杂中氮茚。
包含5元杂环化合物的例子可以是苯并三唑，例如1，2，3-苯并三唑，1-(N，N-双(2-乙基己基)氨基甲基)-苯并三唑，羧基苯并三唑，1-(2’，3’-二羟基丙基)苯并三唑，1-(2’，3’-二羧基乙基)苯并三唑和1-(2-乙基己基氨基甲基)苯并三唑；苯并噻唑，例如2-氨基苯并噻唑，2-氨基-6-甲基苯并噻唑和2-巯基苯并噻唑；三唑，例如4-氨基-1，2，4-三唑，4-氨基-3-肼基-5-巯基-1，2，4-三唑，3-巯基-1，2，4-三唑和3-巯基-4-甲基-4H-1，2，4-三唑；四唑，例如5-氨基-1H-四唑，1-苯基-5-巯基-1H-四唑，1H-四唑，1H-四唑-1-乙酸和1-(2-二甲基氨基乙基)-5-巯基四唑；和2-巯基噻唑啉，4，5-二氰基咪唑，2-氨基-4，5-二氰基-1H-咪唑和3H-1，2，3三唑[4，5-b]吡啶-3-醇。
包含6元杂环的化合物的例子可以是三嗪例如，3-氨基-5，6-二甲基-1，2，4-三嗪，2，4-二氨基-6-二烯丙基氨基-1，3，5-三嗪3-氨基-5，6-二甲基-1，2，4-三嗪；和苯胍胺，硫氰尿酸，蜜胺，酞嗪和2，3-二氰基-5-甲基吡嗪。
包含5元杂环和6元杂环的化合物的衍生物也可作为杂环化合物。这些衍生物可以是腺嘌呤和鸟嘌呤。
这一杂环化合物的含量按100质量％抛光浆料计可以被控制在0.0001-5质量％，优选为0.001-1质量％，更优选为0.01-0.5质量％。如果杂环化合物的含量小于0.0001质量％，那么铜膜和/或阻挡金属膜的去除速率不能足够大。特别是，当使用这种抛光浆料抛光阻挡金属膜时，需要花费很长的抛光时间。另一方面，没有必要使这种杂环化合物的含量超过5质量％。
如上所述，本发明的抛光浆料的特定去除速率比(RBM/RCu)可以自由地控制在0.5-200范围内。
因此，在铜膜的化学机械抛光步骤中，特别是通过所谓的2步抛光法或3步抛光法进行的步骤中，本发明的抛光浆料作为第二或第三抛光处理的水分散体是很有用的。
在2步抛光法中，进行的第一步抛光处理步骤是通过抛光除去基片上形成的布线凹槽中充满的铜以外的其他铜物质，第二步抛光处理步骤是对因第一抛光处理步骤而暴露的阻挡金属膜进行抛光，从而形成布线。在3步抛光法中，经过上述的2步抛光后，根据需要对经第二抛光处理步骤抛光除去阻挡金属膜后而暴露的绝缘体进行第三抛光处理步骤。
更具体地说，2步抛光法是包括主要抛光铜膜的第一抛光处理步骤和主要抛光阻挡金属膜的第二抛光处理步骤的两步抛光法。两个抛光处理步骤可以相互独立的进行，两个步骤间不需要保持时间连续性和抛光设备之间的连续性。
第一抛光处理步骤和第二抛光处理步骤可以通过在相同的抛光设备中连续改变和加入抛光浆料连续的进行。在相同的抛光设备中，待抛光器件的半导体基片也可以在第一抛光处理步骤结束后取出，在替换抛光浆料后再进行第二抛光处理步骤。
第一抛光处理步骤和第二抛光处理步骤也可以在分开的设备中进行。可以用内部有几个抛光垫的抛光设备中的一个抛光垫进行第一抛光处理步骤，再用另一个抛光垫进行第二抛光处理步骤，因此，可以连续地采用第一抛光处理步骤和第二抛光处理步骤对待抛光器件进行抛光。
第一抛光处理步骤和第二抛光处理步骤中的任意一个都可以分成两个或多个的操作步骤来完成。
例如，在上述的2步抛光处理法或3步抛光处理法中的第一抛光处理步骤中，优选使用特定去除速率比(RBM/RCu)至多为0.1的抛光浆料。
作为在第一抛光处理步骤中使用的用于化学机械抛光的水分散体，可以具体使用包含磨料颗粒，氧化剂和有机酸并根据需要包含表面活性剂或类似地的物质的抛光浆料。
例如，由无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的颗粒可以用作磨料颗粒。按100质量％抛光浆料计，其比例为0.01-10质量％，优选为0.01-5质量％。
氧化剂可以是，例如，过硫酸盐(铵盐，钾盐或类似的物质)，杂多酸(例如，硅钼酸，磷钼酸，硅钨酸，磷钨酸或类似的物质)，高锰酸化合物(钾盐或类似的物质)，重铬酸化合物(钾盐或类似的物质)或过氧化氢。按100质量％抛光浆料计，其比例是0.01-10质量％，优选为0.05-5质量％，特别优选为0.1-3质量％。
有机酸可以是，例如，喹啉酸，喹啉羧酸，富马酸，邻苯二甲酸，苹果酸，酒石酸和柠檬酸中的一种或至少两种。按100质量％抛光浆料计，其比例是0.0001-7质量％，优选为0.001-5质量％，特别优选为0.01-1％。
本发明中抛光浆料的特定去除速率比(RBM/RCu)控制在10-200，优选控制在15-200，更优选控制在20-200的抛光浆料，特别适用于经第一抛光处理步骤后几乎完全除去铜膜的待抛光表面的第二抛光处理步骤，这是因为当采用抛光浆料时，阻挡金属膜的去除速率高，铜膜去除速率低的缘故。
用于提供特定去除速率(RBM/RCu)为10-200的抛光浆料的杂环化合物优选为上述杂环化合物中的苯并三唑。1，2，3-苯并三唑，羧基苯并三唑，1-(2’，3’-二羧基乙基)-苯并三唑和1-(2-乙基己基氨基甲基)苯并三唑是更优选的，其中1，2，3-苯并三唑是特别优选的。其含量的比例优选为0.001-0.1质量％，更优选为0.005-0.05质量％。
另一方面，本发明中抛光浆料的特定去除速率比(RBM/RCu)控制在0.5-3，优选控制在0.7-2，更优选控制在0.8-1.5的抛光浆料，适用于第一抛光处理步骤中铜膜没有完全抛光的待抛光器件的第二抛光处理步骤或3步抛光处理中的第二或第三抛光处理步骤，这是因为对铜膜和阻挡金属膜都具有足够的去除速率。
用于提供特定去除速率(RBM/RCu)为0.5-3的抛光浆料的杂环化合物优选为上述杂环化合物中的喹啉羧酸和中氮茚。喹哪啶酸，喹啉酸和7-羟基-5-甲基-1，3，4-三氮杂中氮茚是更优选的，其中喹哪啶酸和7-羟基-5-甲基-1，3，4-三氮杂中氮茚是特别优选的。其含量比例优选为0.001-5质量％，更优选为0.01-1质量％。
如上所述，本发明的抛光浆料包含(A)由选自于无机颗粒和有机颗粒中至少一种组成的简单颗粒和(B)复合颗粒作为磨料颗粒，还可以包含控制特定去除速率比(RBM/RCu)的合适杂环化合物。另外，本发明的抛光浆料还可以根据需要包含添加剂，例如氧化剂，表面活性剂和有机酸。
加入氧化剂是为了提高去除速率。氧化剂，例如可以是过硫酸盐，过氧化氢，无机酸，有机过氧化物，多价金属盐或类似的物质。
过硫酸盐可以是过硫酸铵和过硫酸钾。无机酸可以是硝酸和硫酸。有机过氧化物可以是过乙酸，过苯甲酸和叔丁基氢过氧化物。
多价金属盐可以是高锰酸化合物和重铬酸化合物。高锰酸化合物可包括高锰酸钾，重铬酸化合物可包括重铬酸钾。
其中，过氧化氢，过硫酸盐和无机酸是优选的氧化剂。
按100质量％抛光浆料计，包含的氧化剂的比例最多控制在10质量％，优选为0.01-10质量％，更优选是0.05-5质量％，特别优选是0.1-3质量％。氧化剂的含量没有必要超过10质量％。
添加表面活性剂的目的是控制去除速率和减少划痕，阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的任意一种都可以使用。特别优选阴离子表面活性剂。
阴离子表面活性剂可以是羧酸盐，磺酸盐，硫酸盐和磷酸盐。
羧酸盐的例子可以是脂肪酸皂和烷基醚羧酸盐。磺酸盐的例子可以是烷基苯磺酸盐，烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐。硫酸盐可以是高级醇硫酸盐，烷基醚硫酸盐和聚环氧乙烷烷基苯基醚硫酸盐。磷酸盐可以是烷基磷酸盐。
这些阴离子表面活性剂中，优选磺酸盐，更优选烷基苯磺酸盐，十二烷基苯磺酸钾是特别优选的。
按100质量％抛光浆料计，包含的表面活性剂的比例优选控制在至多5质量％，更优选控制在至多1质量％，特别优选控制在至多0.5质量％。如果这一含量超过了5质量％，那么铜膜的去除速率会大大降低。因此，包含如此高比例的表面活性剂是不可取的。
在本发明中，加入有机酸的目的是为了提高去除速率。对此，多种有机酸，象一元酸，二元酸，羟基酸，羧酸都可以采用。例如，饱和酸，不饱和酸和芳香酸值得一提。
饱和酸的例子可以是甲酸，乙酸，丁酸，草酸，丙二酸，丁二酸，戊二酸，己二酸和羟基酸。不饱和酸的例子可以是马来酸和富马酸。芳香酸的例子可以是苯甲酸和邻苯二甲酸。羟基酸的例子可以是乳酸，苹果酸，酒石酸和柠檬酸。
在这些有机酸当中，丙二酸，丁二酸，马来酸，乳酸和柠檬酸是优选的。
按100质量％抛光浆料计，包含的有机酸的比例最多控制在10质量％，优选为0.01-10质量％，更优选是0.1-5质量％，特别优选是0.3-3质量％。有机酸的含量没有必要超过5质量％。
本发明的抛光浆料通过将上述磨料颗粒，杂环化合物和添加剂分散或溶解到水介质中而获得。水介质可以是水，水和醇的混合介质和类似的物质。醇可以是甲醇和乙醇。在这些介质中，水是优选的水介质。
本发明的抛光浆料的pH值可以控制在2-12的适当范围内。pH值为3-11是特别优选的。当pH值在这一范围内时，可以得到足够的去除速率，即使对脆性的绝缘体进行抛光，都可以防止表面出现缺陷如划痕。
当在2步抛光处理中的第一步抛光处理步骤将铜膜基本完全去除后待抛光器件的第二抛光处理步骤中使用抛光浆料时，特定去除速率比(RBM/RCu)控制在10-200的抛光浆料的pH值优选为7-12，更优选为8-11。当pH值落在这一范围内时，可以得到足够的阻挡金属膜去除速率，即使对脆性的绝缘体进行抛光，都可以防止表面出现缺陷如划痕。
当在2步抛光处理的第一步抛光处理步骤没有将铜膜完全去除后的待抛光器件的第二步抛光处理步骤中，或者在3步抛光处理的第二或第三抛光处理步骤中使用抛光浆料时，特殊去除速率比(RBM/RCu)控制在0.5-3的抛光浆料的pH值优选为5-10，更优选为6-9。当pH值落在这一范围内时，阻挡金属膜和铜膜的去除速率都较高，即使对脆性的绝缘体进行抛光，都可以防止表面出现缺陷如划痕。
pH的调整可以通过加入适量的上述无机酸或有机酸的方式来进行。也可以加入适量的碱性物质。
碱性物质可以是碱金属的氢氧化物和氨。碱金属的氢氧化物可以是氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化铷或氢氧化铯。
为使用本发明的抛光浆料对半导体基片或类似物质进行化学机械抛光处理，仅需采用商业市场销售的化学机械抛光设备。例如，使用由EbaraCorporation生产的“EPO-112”或“EPO-222”，由Lap Master SFT Corp.生产的“LGP-510”或“LGP-552”型，由Applied Materials Inc.生产的“Mirra”或类似的设备，在上述条件下进行抛光处理。
抛光处理完成之后，留在抛光表面上的磨料颗粒最好去除。磨料颗粒的去除可以通过普通的清洗方法来进行。例如在刷洗之后使用包含重量比约为1∶1∶5的氨，过氧化氢和水的碱性清洗液进行清洗，从而可去除粘附在抛光表面上的磨料颗粒。
为去除吸附在抛光表面上的金属类杂质，可以使用例如柠檬酸水溶液，氢氟酸和柠檬酸的混合水溶液或氢氟酸和乙二胺四乙酸(EDTA)的混合水溶液的清洗液进行清洗。
抛光表面也可以在氧气的存在下加热至高温，从而燃烧和去除抛光表面上的有机颗粒。具体的燃烧方法的例子可以是促使氧等离子体起作用而产生的灰烬处理，或通过提供向下流动的氧基团用等离子体进行的灰烬处理。用这种方法，可以容易地去除抛光表面上残留的有机颗粒。
根据本发明，涂有铜膜和阻挡金属膜并且还带有内层绝缘体，例如低介电常数的内层绝缘体的半导体基片作为待抛光器件，使用化学机械抛光用的水分散体对预期的待抛光表面进行化学机械抛光，从而产生了半导体设备生产过程。
作为待抛光器件的半导体基片上的铜膜可以不仅限于由纯铜组成，也可以由含铜量至少95质量％的铜合金组成，例如铜-硅或铜-铝合金。
阻挡金属膜由高硬度的金属，例如钽或钛及其氮化物或氧化物或类似的物质形成。形成阻挡金属膜的金属不仅限于纯金属，也可以是合金，例如，钽-铌合金。当阻挡金属膜由氮化物形成的时候，氮化钽，氮化钛或类似的物质也不必是纯物质。这种阻挡金属膜的材料特别优选为钽和/或氮化钽。
阻挡金属膜通常仅由选自于钽或钛等中的一种形成。但是不同材料的膜，例如钽膜和氮化钽膜也可以作为阻挡金属膜在同一块基片上形成。
内层绝缘体的例子可以是SiO2膜，在SiO2中加入少量硼和磷的硅酸磷硼膜(BPSG膜)，在SiO2中掺入氟的叫做FSG(掺氟的硅酸盐玻璃)的绝缘体和低介电常数的氧化硅绝缘体。
氧化硅的例子可以是热氧化物膜，PETEOS膜(等离子体增强的TEOS膜)，HDP膜(高密度等离子体增强的TEOS膜)和通过热CVD法获得的氧化硅膜。
热氧化物膜可通过将硅加热到氧化气氛的高温使硅与氧气和水发生化学反应而制得。PETEOS膜可以通过以原硅酸四乙酯(TEOS)为原料，使用等离子体作为加速条件的化学气相外延法来获得。HDP膜可以通过以原硅酸四乙酯(TEOS)为原料，使用高密度等离子体作为加速条件的化学气相外延法来获得。
通过热CVD法获得的氧化硅膜可以通过常压CVD法(AP-CVD)或低压CVD法(LP-CVD法)得到。硅酸磷硼膜(BPSG膜)可以通过常压CVD法(AP-CVD法)或低压CVD法(LP-CVD法)得到。叫做FSG(掺氟的硅酸盐玻璃)的绝缘体可以通过使用高密度等离子体作为加速条件的化学气相外延法来获得。
低介电常数的氧化硅绝缘体可以通过例如，旋涂法将原料涂覆于基片上，然后在氧化气氛中加热的方式来获得。以这种方式获得的低介电常数的氧化硅绝缘体的例子可以是使用三乙氧基硅烷作为原料的HSQ膜(氢倍半硅氧烷膜)，使用四乙氧基硅烷和少量甲基三甲氧基硅烷作为原料的MSQ膜(甲基倍半硅氧烷膜)，使用其他硅烷化合物作为原料的低介电常数的绝缘体。通过将适当的有机聚合物颗粒与原料混合，并使用混合物在加热步骤中烧掉聚合物形成空隙，从而获得的介电常数更低的绝缘体也可以作为低介电常数绝缘体使用。使用有机聚合物例如聚亚芳基聚合物，聚丙炔醚(polyallylene ether)聚合物，聚酰亚胺聚合物或苯并环丁烯聚合物作为原料的低介电常数的绝缘体也是可以的。
实施例
下面通过实施例更详细地描述本发明。如果没有特殊注明，下面例子中出现的“份”或“份数”均是指质量份数。
(1)包含无机颗粒的水分散体DA1的制备
(1-1)包含热解法二氧化硅颗粒A1的水分散体DA1的制备
质量为2kg的热解法二氧化硅颗粒(Nippon Aerosil Co.，Ltd.的产品；商标名为“Aerosil #90”；平均一级颗粒直径为20nm)通过超声分散器的方式分散到6.7kg离子交换水中，分散体通过孔径为5μm的过滤器过滤，制得包含热解法二氧化硅颗粒A1的水分散体DA1。水分散体DA1中二氧化硅颗粒的平均二级颗粒直径为220nm。
(1-2)包含胶体二氧化硅颗粒A2的水分散体DA2的制备
在旋转型分散器中加入70份浓度为25质量％的氨水，40份离子交换水，35份乙醇和15份四乙氧基硅烷，混合物在180rpm搅拌条件下加热到60℃。在这一温度下持续搅拌混合物2小时后，冷却获得一种胶体二氧化硅颗粒的乙醇分散体。经蒸发器蒸发除去乙醇，同时在80℃下加入离子交换水，重复多次去除分散体中包含的乙醇，从而制备了包含固体浓度为8质量％胶体二氧化硅颗粒A2的水分散体DA2。水分散体DA2中胶体二氧化硅颗粒A2的平均一级颗粒直径为30nm，平均二级颗粒直径为45nm。
(2)包含复合颗粒B的水分散体的制备
(2-1)包含有机颗粒的水分散体Db1的制备
向烧瓶中加入90份甲基丙烯酸甲酯，5份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Shin-Nakamura Chemical Co.，Ltd.的产品，商标名为“NK Ester M-90G”，#400)，5份4-乙烯基吡啶，2份偶氮型聚合反应引发剂(Wako Pure ChemicalIndustries，Ltd.的产品，商标名为“V50”)和400份离子交换水，混合物在氮气条件下搅拌并加热到70℃进行聚合反应6小时，从而获得包含由聚甲基丙烯酸甲酯组成的平均直径为150nm的有机颗粒的水分散体，其中聚甲基丙烯酸甲酯具有氨基阳离子和聚乙二醇链作为官能团。用水稀释这一水分散体，从而获得有机颗粒含量调整为10质量％的水分散体。聚合反应的产率为95％。
向烧瓶中加入100份上述得到的有机颗粒比例为10质量％的水分散体，1份甲基三甲氧基硅烷，混合物在40℃下搅拌加热2小时，然后加入硝酸调节pH值到2，从而获得水分散体Db1。包含于水分散体Db1中的有机颗粒的ξ电位是+17mV。
(2-2)包含无机颗粒的水分散体Db2的制备
将胶体二氧化硅分散体(Nissan Chemical Industries，Ltd.的产品，商标名为“Snowtex 0”，平均一级颗粒直径为12nm)分散于水中，向分散体中加入氢氧化钾水溶液以调节分散体的pH值，由此获得了pH值为8，包含10质量％由胶体二氧化硅组成的无机颗粒的水分散体Db2。水分散体Db2中的二氧化硅颗粒的ξ电位为-40mV。
(2-3)复合颗粒B的制备
搅拌100份水分散体Db1的同时，在2小时内逐渐加入50份水分散体Db2，得到的混合物再搅拌2小时，获得了包含复合颗粒B的水分散体Db，复合颗粒B由二氧化硅无机颗粒结合到由聚甲基丙烯酸甲酯聚合物组成的有机颗粒表面上而得到。在水分散体Db中加入2份乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌混合物1小时。再加入1份四乙氧基硅烷，加热混合物到60℃，并连续搅拌3小时，然后冷却，从而获得包含比例为10质量％，平均颗粒直径为180nm的复合颗粒B的水分散体DB。复合颗粒B是二氧化硅颗粒粘附到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物颗粒外表面上并覆盖其80％面积的颗粒。
(3)低介电常数绝缘体的生产
(3-1)聚硅氧烷溶胶的制备
由101.5g甲基三甲氧基硅烷，276.8g甲氧基丙酸甲酯和9.7g四异丙氧基钛/乙酰乙酸乙酯络合物组成的混合溶液加热到60℃，在1小时内向混合溶液中逐滴加入92.2g的γ-丁内酯和20.1g水的混合物。滴加完成后，反应在60℃下进行1小时获得聚硅氧烷溶胶。
(3-2)聚苯乙烯颗粒的制备
向烧瓶中装入100份苯乙烯，2份偶氮型聚合反应引发剂(Wako PureChemicals Industries，Ltd.的产品，商标名为“V60”)，0.5份十二烷基苯磺酸钾和400份离子交换水，混合物在氮气条件下搅拌加热到70℃进行聚合反应6小时，获得平均颗粒直径为150nm的聚苯乙烯颗粒。
(3-3)低介电常数绝缘体的生产
将15克步骤(3-1)中制得的聚硅氧烷溶胶与步骤(3-2)中制得的聚苯乙烯颗粒混合，得到的混合物通过旋涂法涂覆在8英寸直径的热氧化物膜覆盖的硅基片上，从而形成涂层膜。然后在烤箱中在80℃下加热基片5分钟，在200℃下加热5分钟。然后基片在减压条件下在340℃下加热30分钟，在360℃下加热30分钟，在380℃下加热30分钟，再在450℃下加热1小时，从而获得厚度为2000的无色透明膜。
在扫描电镜下观察这个膜的断面。结果可以断定有大量细空隙形成。相对介电常数，弹性模量和空隙率分别是1.98，3GPa和15％。
实施例1
[抛光浆料的制备]
向聚乙烯瓶中加入固体含量为2质量份的步骤(1-1)中制备的包含热解法二氧化硅颗粒的水分散体A1和固体含量为0.5质量份的步骤(2)中制备的包含复合颗粒的水分散体B，再连续加入0.02质量份的1，2，3-苯并三唑(BTA)，1质量份的马来酸，0.05质量份的十二烷基苯磺酸钾(PDBS)和1质量份的过氧化氢，得到的混合物搅拌15分钟。加入氢氧化钾调节混合物的pH值到9，加入离子交换水以使所有成分的总质量份数为100质量份，由此调整过的混合物通过孔径为5μm的过滤器过滤，从而获得pH值为9.5的抛光浆料。这一浆料被称作“浆料1”。
[去除速率的评估]
使用上面制备的浆料1，并将涂有不同种膜的晶片放置于化学机械抛光设备(CMP设备，型号“EP0112”，由Ebara Coporation生产)上，通过由多孔聚氨酯制造的抛光垫(Rodel Nitta，Ltd.的产品，商标名为“IC1000”)在下述条件下进行抛光，以评估去除速率。
磁头旋转速度：70rpm
磁头加载：250g/cm2
工作台旋转速度：70rpm
抛光浆料加料速度：300ml/min
用于评估的待抛光器件是下列晶片。
(1)评估铜膜去除速率的晶片样品1
在具有热氧化物膜，直径为8英寸的硅基片上形成厚度为15000的铜膜而获得晶片。
(2)评估阻挡金属膜去除速率的晶片样品2
在具有热氧化物膜，直径为8英寸的硅基片上形成厚度为1500的氮化钽膜而获得晶片。
(3)评估绝缘体去除速率的晶片样品3
在直径为8英寸的硅基片上形成厚度为10000的等离子体TEOS膜而获得晶片。
(4)评估低介电常数绝缘体的去除速率的晶片样品4
在步骤(3-3)中生产的直径为8英寸的覆盖有热氧化物膜的硅基片上形成厚度为2000的低介电常数绝缘体。
通过下面的方法测量抛光处理后的膜厚度以计算出去除速率。结果列在表1中。更具体地说，铜膜和氮化钽膜的厚度通过导电型膜厚测量仪(由KLA-Tencor Co.生产，型号为“OMNIMAP RS75”)测量。TEOS膜和低介电常数绝缘体的厚度通过光干涉型膜测量仪(由SENTEC Co.生产，型号为“FPT500”)测量。
[评价]
评价抛光处理后的划痕数目和低介电常数绝缘体外围部分的剥离。更具体地，在以同步骤(3-3)相同的方式在硅基片上形成低介电常数绝缘体之后，也按与上述条件相同的情况下抛光这个基片，经过清洗和干燥后，可以通过肉眼和光学显微镜观察到外围部分的分离。
抛光表面的整个表面通过光学显微镜可以肉眼观察到，并通过无图案晶片表面灰尘颗粒观察仪(由KLA-Tencor Co.生产，型号为“Surfscann SP1”)评价划痕数目。
结果列在表1中。
实施例2-5和对比实施例1和2
按与实施例1相同的方式评价六个抛光浆料“浆料2-浆料7”，只是这六个抛光浆料如表1所显示，根据相应的配方在制备过程中改变了磨料颗粒，其他的添加剂和pH值，并分别使用。结果列在表1中。
在表1中，杂环化合物栏中的“BTA”是指1，2，3-苯并三唑，“HMT”是指7-羟基-5-甲基-1，3，4-三氮杂中氮茚，表面活性剂栏中的“PDBS”是指十二烷基苯磺酸钾。
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   对比实施例1   对比实施倒2
  用于抛光的水分散体   浆料1   浆料2   浆料3   浆料4   浆料5   浆料6   浆料7
  磨料颗粒   颗粒(1)   种类   热解法二氧化硅A1   胶体二氧化硅A2   胶体二氧化硅A2   热解法二氧化硅A1   热解法二氧化硅A1   热解法二氧化硅A1   胶体二氧化硅A2
  包含比例(份)   2.0   2.0   2.0   1.0   4.0   3.0   2.0
  颗粒(2)   种类   复合颗粒B   复合颗粒B   复合颗粒B   复合颗粒B   复合颗粒B   无   无
  包含比例(份)   0.5   0.5   0.5   1.0   1.0   --   --
  杂环化合物   种类   BTA   BTA   HMT   2-喹啉羧酸   BTA   BTA   BTA
  包含比例(份)   0.02   0.02   0.1   0.2   0.05   0.02   0.02
  有机酸   种类   马来酸   丁二酸   马来酸   丁二酸   马来酸   马来酸   马来酸
  包含比例(份)   1.0   1.0   1.0   1.5   1.0   1.0   1.0
  表面活性剂   种类   PDBS   PDBS   PDBS   PDBS   无   PDBS   PDBS
  包含比例(份)   0.05   0.05   0.05   0.05   --   0.05   0.05
  氧化剂   种类   过氧化氢   过氧化氢   过氧化氢   过氧化氢   过氧化氢   过氧化氢   过氧化氢
  包含比例(份)   1.0   1.0   1.0   1.0   1.0   1.0   1.0
  pH   9.5   9.4   7.5   7.2   9.5   9.5   9.5
  去除速率(/min)   铜膜   60   55   600   850   20   70   55
  氮化钽   1100   1300   920   800   1200   1150   1250
  TEOS膜   20   50   50   60   850   50   40
  低介电常数绝缘体   15   40   15   30   450   40   35
  去除速率比率(RBM/Rcu)   18.3   23.6   1.5   0.9   60.0   16.4   22.7
  抛光后低介电常数绝缘体的状态   外围部分的剥离   无   无   无   无   无   在一些部位发生   在一些部位发生
  划痕数   1   0   0   1   2   10或更多   10或更多
从表1的结果可以看出，仅以无机颗粒作为磨料颗粒的对比实施例1和2的抛光浆料，虽然阻挡金属膜的去除速率较高，但在低介电常数绝缘体表面上的划痕数增加，并有部分出现剥离。
另一方面，可以看到，包含复合颗粒和无机颗粒的实施例1-5的抛光浆料具有较高的阻挡金属膜去除速率，通过改变添加的杂环化合物的种类和含量可以任意地控制铜膜和阻挡金属膜的去除速率比率，低介电常数绝缘体表面的划痕也完全没有产生或极少。
实施例6-10
这些例子中，进行2步抛光处理。
[抛光浆料的制备]
(1)抛光浆料8的制备
按与实施例1相似的方法制备每100份抛光浆料中，包含1份热解法二氧化硅，1份喹啉酸，0.7份草酸，0.05份十二烷基苯磺酸钾和1份过氧化氢，并用氢氧化钾调节pH至9的抛光浆料(抛光浆料8)。
(2)抛光浆料9的制备
按与实施例1相似的方法制备每100份抛光浆料中，包含1份热解法二氧化硅，0.5份喹啉酸，0.05份十二烷基苯磺酸钾和1份过硫酸铵，并用氢氧化钾调节pH至9.5的抛光浆料(抛光浆料9)。。
带有图案的基片(831CMP001基片，International SEMATECH的产品)用作评价样品，为了通过探针型阶梯高度测量仪(由KLA-Tencor Co.生产的HRP240)测量线宽为100μm的铜制布线部分的凹陷尺寸和交替布线点的腐蚀情况，这一基片在下列条件下进行抛光处理，其交替布线点上，4.5μm宽的铜制布线和0.5μm宽的绝缘体部分交替分布。
[抛光处理]
(1)第一抛光处理步骤
使用与实施例1相同的抛光设备和抛光垫。在使用抛光浆料8处理时，在磁头旋转速度为100rpm，磁头加载为105g/cm2，工作台旋转速度为100rpm，抛光浆料进料速度为300ml/min，抛光时间为192秒的条件下进行抛光处理。
线宽为100μm的铜制布线部分的凹陷是750，交替布线点的腐蚀是380。
在使用抛光浆料9处理时，在磁头旋转速度为100rpm，磁头加载为250g/cm2，工作台旋转速度为100rpm，抛光浆料进料速度为300ml/min，抛光时间为165秒的条件下进行抛光处理。
线宽为100μm的铜制布线部分的凹陷是300，交替布线点的腐蚀是390。
(2)第二抛光处理步骤
使用与实施例1相同的抛光设备和抛光垫。分别使用抛光浆料1-5，在磁头旋转速度为70rpm，磁头加载为250g/cm2，工作台旋转速度为70rpm，抛光浆料进料速度为300ml/min，抛光时间为45或60秒的条件下进行抛光处理。
结果列于表2.
  实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  第一抛光处理步骤   抛光浆料   浆料8   浆料8   浆料9   浆料9   浆料9
  抛光时间(秒)   192   192   165   165   165
  第二抛光处理步骤   抛光浆料   浆料1   浆料2   浆料3   浆料4   浆料5
  抛光时间(秒)   45   45   60   60   60
  凹陷()   450   480   205   200   280
  腐蚀()   200   210   250   215   190
[发明效果]
采用本发明的用于化学机械抛光的水分散体，即使对由低机械强度和低介电常数绝缘体的半导体基片组成的待抛光器件进行抛光，都可以大大防止抛光表面出现划痕，可以在很大程度上容易的控制铜膜去除速率与阻挡金属膜去除速率的比率，对铜膜和阻挡金属膜都可进行高效抛光，并在不过度抛光绝缘体的情况下，获得具有高精确度且足够平整的精加工表面。
根据本发明的半导体设备的生产方法，即使在由低机械强度和低介电常数绝缘体的半导体基片上，在抛光过程中都可以大大防止抛光表面出现划痕，对铜膜和阻挡金属膜都可进行高效抛光，并在不过度抛光绝缘体的情况下，得到具有高精确度且足够平整的精加工表面。

Claims (9)

1、包含磨料颗粒的用于化学机械抛光的水分散体，该用于化学机械抛光的水分散体用在主要对阻挡金属膜进行抛光的抛光处理中，其中磨料颗粒包括：
(A)由选自于无机颗粒和有机颗粒中的至少一种组成的简单颗粒，和
(B)复合颗粒；
其中全部磨料颗粒的总含量为0.11-20质量％，简单颗粒(A)的含量为0.1-19.99质量％，复合颗粒(B)的含量为0.01-19.9质量％，
其中在相同条件下对铜膜和阻挡金属膜进行抛光的情况下，由阻挡金属膜去除速率RBM与铜膜去除速率RCu之比表示的特定去除速率比RBM/RCu为0.5-60。
2、根据权利要求1的用于化学机械抛光的水分散体，其中组成磨料颗粒的简单颗粒(A)由无机颗粒组成，复合颗粒(B)由通过有机颗粒与无机颗粒整体结合得到的无机有机复合颗粒组成。
3、根据权利要求1或2的用于化学机械抛光的水分散体，其中在相同条件下对铜膜和阻挡金属膜进行抛光的情况下，由阻挡金属膜去除速率RBM与铜膜去除速率RCu之比表示的特定去除速率比RBM/RCu为10-60。
4、根据权利要求1或2的用于化学机械抛光的水分散体，其中在相同条件下对铜膜和阻挡金属膜进行抛光的情况下，由阻挡金属膜去除速率RBM与铜膜去除速率RCu之比表示的特定去除速率比RBM/RCu为0.5-3。
5、生产半导体设备的方法，包括使用权利要求1或2所述的用于化学机械抛光的水分散体对半导体材料待抛光表面进行抛光的步骤。
6、生产半导体设备的方法，包括使用权利要求3所述的用于化学机械抛光的水分散体对半导体材料待抛光表面进行抛光的步骤。
7、生产半导体设备的方法，包括使用权利要求4所述的用于化学机械抛光的水分散体对半导体材料待抛光表面进行抛光的步骤。
8、生产半导体设备的方法，包括主要对半导体材料待抛光表面的铜膜进行抛光的第一抛光处理步骤和第一抛光处理步骤之后进行的使用权利要求3所述的用于化学机械抛光的水分散体对阻挡金属膜进行抛光的第二抛光处理步骤，其中第一抛光处理步骤之后待抛光表面的铜膜几乎完全除去。
9、生产半导体设备的方法，包括主要对半导体刺料待抛光表面的铜膜进行抛光的第一抛光处理步骤和第一抛光处理步骤之后进行的使用权利要求4所述的用于化学机械抛光的水分散体对阻挡金属膜进行抛光的第二抛光处理步骤，其中第一抛光处理步骤之后待抛光表面的铜膜没有完全抛光。
CNB031514898A 2002-08-02 2003-08-01 用于化学机械抛光的水分散体和半导体设备的生产方法 Expired - Fee Related CN1290961C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP225906/2002 2002-08-02
JP2002225906 2002-08-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1495244A CN1495244A (zh) 2004-05-12
CN1290961C true CN1290961C (zh) 2006-12-20

Family

ID=30112992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB031514898A Expired - Fee Related CN1290961C (zh) 2002-08-02 2003-08-01 用于化学机械抛光的水分散体和半导体设备的生产方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20040162011A1 (zh)
EP (1) EP1386949B1 (zh)
KR (1) KR100682420B1 (zh)
CN (1) CN1290961C (zh)
DE (1) DE60325809D1 (zh)
TW (1) TWI280902B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211306A (zh) * 2010-04-08 2011-10-12 福吉米株式会社 表面露出铜和硅的晶片的抛光方法

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004253775A (ja) * 2003-01-31 2004-09-09 Nec Electronics Corp 化学機械的研磨方法
EP1477538B1 (en) * 2003-05-12 2007-07-25 JSR Corporation Chemical mechanical polishing agent kit and chemical mechanical polishing method using the same
TWI291987B (en) * 2003-07-04 2008-01-01 Jsr Corp Chemical mechanical polishing aqueous dispersion and chemical mechanical polishing method
US20050028450A1 (en) * 2003-08-07 2005-02-10 Wen-Qing Xu CMP slurry
US7128227B2 (en) 2003-09-22 2006-10-31 Polytop Corporation Dispensing closure with stop wall for positive alignment on container
DE602004026454D1 (de) * 2003-09-30 2010-05-20 Fujimi Inc Polierzusammensetzung und polierverfahren
US7247566B2 (en) * 2003-10-23 2007-07-24 Dupont Air Products Nanomaterials Llc CMP method for copper, tungsten, titanium, polysilicon, and other substrates using organosulfonic acids as oxidizers
US7514363B2 (en) * 2003-10-23 2009-04-07 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Chemical-mechanical planarization composition having benzenesulfonic acid and per-compound oxidizing agents, and associated method for use
JP2006100538A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Fuji Photo Film Co Ltd 研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法
KR100623963B1 (ko) * 2005-01-12 2006-09-19 제일모직주식회사 금속배선 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속배선연마 방법
DE602006002900D1 (de) * 2005-03-09 2008-11-13 Jsr Corp Wässrige Dispersion zum chemisch-mechanischen Polieren, Kit zu deren Herstellung und chemisch-mechanisches Polierverfahren
US7311856B2 (en) 2005-03-30 2007-12-25 Cabot Microelectronics Corporation Polymeric inhibitors for enhanced planarization
US20060276041A1 (en) * 2005-05-17 2006-12-07 Jsr Corporation Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method, and kit for preparing chemical mechanical polishing aqueous dispersion
CN1865385B (zh) * 2005-05-17 2011-01-05 安集微电子（上海）有限公司 抛光浆料
US20080171441A1 (en) * 2005-06-28 2008-07-17 Asahi Glass Co., Ltd. Polishing compound and method for producing semiconductor integrated circuit device
CN102863943B (zh) * 2005-08-30 2015-03-25 花王株式会社 硬盘用基板用研磨液组合物、基板的研磨方法和制造方法
FR2890658B1 (fr) * 2005-09-09 2012-04-13 Kemesys Composition de polissage mecano chimique, procede de preparation et utilisation
JP4798134B2 (ja) * 2005-10-12 2011-10-19 日立化成工業株式会社 Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
KR100786949B1 (ko) 2005-12-08 2007-12-17 주식회사 엘지화학 연마 선택도 조절 보조제 및 이를 함유한 ｃｍｐ 슬러리
EP1961790A4 (en) * 2005-12-12 2009-09-02 Dainippon Ink & Chemicals AQUEOUS COATING COMPOSITION, ORGANIC / INORGANIC COMPOSITE COATING FILM, AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
JP5180185B2 (ja) * 2006-03-31 2013-04-10 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション 改良された平坦化のためのポリマー抑制剤
JP5403924B2 (ja) * 2008-02-29 2014-01-29 富士フイルム株式会社 金属用研磨液、および化学的機械的研磨方法
CN101906359A (zh) * 2009-06-08 2010-12-08 安集微电子科技(上海)有限公司 一种化学机械抛光清洗液
KR20120134105A (ko) * 2010-02-01 2012-12-11 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 이를 이용한 화학 기계 연마 방법
CN101974297A (zh) * 2010-11-12 2011-02-16 大连三达奥克化学股份有限公司 核/壳型复合纳米磨料铜化学机械抛光液
US20140248776A1 (en) * 2011-08-09 2014-09-04 Fujimi Incorporated Composition for polishing compound semiconductor
SG11201700887WA (en) 2014-08-11 2017-03-30 Basf Se Chemical-mechanical polishing composition comprising organic/inorganic composite particles
US20170183537A1 (en) * 2014-08-26 2017-06-29 K.C. Tech Co., Ltd Polishing slurry composition
SG11201704287TA (en) * 2014-12-22 2017-07-28 Basf Se Use of a chemical mechanical polishing (cmp) composition for polishing of cobalt and / or cobalt alloy comprising substrates
US20210238368A1 (en) * 2018-06-05 2021-08-05 Teijin Limited Composite particles and production method therefor
CN113122146B (zh) * 2019-12-31 2024-04-12 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其使用方法
KR102410845B1 (ko) * 2021-01-08 2022-06-22 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 공정용 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 제조방법
TW202244210A (zh) * 2021-03-24 2022-11-16 日商福吉米股份有限公司 具有氮化矽去除速率增加劑的氮化矽化學機械拋光漿料及其使用方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942015A (en) * 1997-09-16 1999-08-24 3M Innovative Properties Company Abrasive slurries and abrasive articles comprising multiple abrasive particle grades
JP4505891B2 (ja) * 1999-09-06 2010-07-21 Ｊｓｒ株式会社 半導体装置の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体
JP4075247B2 (ja) * 1999-09-30 2008-04-16 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体
DE60015479T2 (de) * 1999-11-22 2005-10-27 Jsr Corp. Verfahren zur Herstellung eines Verbundpartikels für chemisch-mechanisches Polieren
TW572980B (en) * 2000-01-12 2004-01-21 Jsr Corp Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing process
TWI296006B (zh) * 2000-02-09 2008-04-21 Jsr Corp
JP2001269859A (ja) * 2000-03-27 2001-10-02 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
JP4078787B2 (ja) * 2000-03-31 2008-04-23 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体
US6416685B1 (en) * 2000-04-11 2002-07-09 Honeywell International Inc. Chemical mechanical planarization of low dielectric constant materials
JP3837277B2 (ja) * 2000-06-30 2006-10-25 株式会社東芝 銅の研磨に用いる化学機械研磨用水系分散体及び化学機械研磨方法
JP3993369B2 (ja) * 2000-07-14 2007-10-17 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
US6645624B2 (en) * 2000-11-10 2003-11-11 3M Innovative Properties Company Composite abrasive particles and method of manufacture
US20030104770A1 (en) * 2001-04-30 2003-06-05 Arch Specialty Chemicals, Inc. Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
JP4187497B2 (ja) * 2002-01-25 2008-11-26 Ｊｓｒ株式会社 半導体基板の化学機械研磨方法
US20030168627A1 (en) * 2002-02-22 2003-09-11 Singh Rajiv K. Slurry and method for chemical mechanical polishing of metal structures including refractory metal based barrier layers
US6896591B2 (en) * 2003-02-11 2005-05-24 Cabot Microelectronics Corporation Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211306A (zh) * 2010-04-08 2011-10-12 福吉米株式会社 表面露出铜和硅的晶片的抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1495244A (zh) 2004-05-12
TWI280902B (en) 2007-05-11
EP1386949A2 (en) 2004-02-04
US20040162011A1 (en) 2004-08-19
KR100682420B1 (ko) 2007-02-15
KR20040012588A (ko) 2004-02-11
DE60325809D1 (de) 2009-03-05
TW200403131A (en) 2004-03-01
EP1386949B1 (en) 2009-01-14
EP1386949A3 (en) 2004-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1290961C (zh) 用于化学机械抛光的水分散体和半导体设备的生产方法
CN100338741C (zh) 化学机械研磨用水性分散剂及其化学机械研磨方法
CN1300828C (zh) 半导体基板的化学机械抛光方法和化学机械抛光用水分散液
CN1170903C (zh) 含有机添加剂的钽障壁浆液
CN101041769A (zh) 金属用研磨液
CN1245466C (zh) 抛光组合物及使用它的抛光方法
KR100719982B1 (ko) 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 화학 기계 연마 방법
CN1966594A (zh) 包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物
CN1572424A (zh) 用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法
CN1673306A (zh) 研磨液组合物
CN1324106C (zh) 化学机械研磨用水性分散剂以及化学机械研磨方法
CN1712506A (zh) 半导体部件清洗用组合物及半导体装置的制造方法
CN1334961A (zh) 金属研磨液材料、金属研磨液、其制造方法及使用它的研磨方法
CN1576347A (zh) 化学机械研磨用水性分散体及其化学机械研磨方法
CN1654617A (zh) 清洗用组合物和半导体基板的清洗方法及半导体装置的制造方法
CN100346451C (zh) 有机膜的化学机械抛光及制造半导体器件的方法
CN1919955A (zh) 化学机械研磨用水性分散质、配制该分散质的工具、化学机械研磨方法及半导体装置的制造方法
JP2000114211A (ja) Ｌｓｉデバイス研磨用研磨材組成物及び研磨方法
JP3849091B2 (ja) 化学機械研磨用水系分散体
CN1550538A (zh) 化学机械研磨剂组合及其化学机械研磨方法
CN1679145A (zh) 半导体集成电路用绝缘膜研磨剂组合物及半导体集成电路的制造方法
JP2004128475A (ja) 化学機械研磨用水系分散体および半導体装置の製造方法
CN1276051C (zh) 化学/机械抛光用水分散体
JP4784614B2 (ja) 化学機械研磨用水系分散体
JP4743941B2 (ja) 化学機械研磨用水系分散体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20061220

Termination date: 20180801

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee