TW201531540A - 硏磨液的製造方法及硏磨方法 - Google Patents

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Masato Fukasawa
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Abstract

本發明是關於一種研磨液的製造方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲烯丙烯酸系聚合物的步驟;及,混合甲基丙烯酸系聚合物、特定的羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;並且,研磨液的pH值為4以下。

Description

研磨液的製造方法及研磨方法
本發明是關於一種研磨液的製造方法及研磨方法。具體而言,本發明是關於一種研磨液的製造方法及使用該研磨液之研磨方法,該研磨液是使用於半導體器件(device)的線路形成步驟等的步驟中的研磨。
近年來,伴隨半導體積體電路(以下,記為「LSI」)的高積體化、高性能化,新的微細加工技術持續地被開發。化學機械研磨(以下,記載為「CMP」)也是其中之一,其是被頻繁地使用在LSI製造步驟(特別是在多層線路形成步驟中的絕緣材料的平坦化、金屬插塞形成、埋設線路形成等)中的技術。
又,最近,為了使LSI高性能化,作為線路材料,嘗試了銅、銅合金等銅系金屬(copper based-metal)的利用。但是,對於銅系金屬,藉由在先前的鋁線線路的形成時一直被頻繁地使用的乾式蝕刻法來實行微細加工是困難的。因此,大多採用一種例如在預先形成溝槽之絕緣膜上,將銅合金薄膜堆積而埋設,並將溝槽部以外的銅合金薄膜藉由CMP加以去除來形成埋設線路的技術,也就是採用金屬鑲嵌法(例如,參閱專利文獻1)。
此處,如第1圖(a)所示,在藉由銅系金屬所形成的導電性物質層5的下層,為了防止銅擴散至已形成於矽基板1上的絕緣材料2中、及為了提升絕緣材料2與導電性物質層5的密合性,有形成障壁金屬的膜(以下,稱為「障壁金屬層3」)的方法。此時,在要埋設導電性物質(線路用金屬)的線路部以外,有藉由CMP來去除露出的障壁金屬層3的必要。
此處,一般而言,是應用二段式研磨方法,其將研磨步驟區分成「第一研磨步驟」與「第二研磨步驟」,並利用各自相異的研磨液來實行研磨。該「第一研磨步驟」是將導電性物質層5由第1圖(a)所示的狀態研磨至第1圖(b)所示的狀態,該「第二研磨步驟」是將障壁金屬層3和導電性物質層5由第1圖(b)所示的狀態研磨至第1圖(c)所示的狀態。
但是,隨著設計規則的微細化,前述線路形成步驟的各層也有變薄的傾向。然而,由於前述障壁金屬層3,降低了防止例如包含選自銅、銅合金和該等的氧化物中的至少一種之導電性物質發生擴散的效果。又,因線路寬度變窄,降低了由導電性物質所產生的線路部的埋設性(埋填性),並在線路部發生被稱為空隙的空孔。進一步,有降低障壁金屬層3與導電性物質層5之間的密合性的傾向。因此,探討一種方法,該方法以包含Co(鈷)元素作為主成分之金屬(指的是包含50mol%以上鈷之金屬。以下稱為「鈷系金屬(cobalt based-metal)」)來取代使用於第1圖中的障壁金屬層3中的金屬。
又,由相同的觀點來考量,如第2圖(a)所示,也提 出一種技術,其使利用鈷系金屬所形成的中間層4位於障壁金屬層3與導電性物質層5之間。使用鈷系金屬的中間層4,藉此可抑制導電性物質的擴散。進一步,因為鈷與作為導電性物質而被廣泛使用的銅的親和性(affinity)高,可提升由銅所產生的對線路部的埋設性。進一步也能補強與銅層之間的密合性。再者,此處所稱的中間層4也是廣義的障壁金屬層。以下,為了說明方便,提到障壁金屬層時,將中間層4也包含在該範圍內。
在LSI中使用鈷系金屬來作為障壁金屬層時,其金屬用研磨液有必要能去除多餘的鈷系金屬。作為金屬用研磨液,已知雖然有各種研磨液,但另一方面,當想要使用先前的金屬用研磨液來實行研磨時,該金屬用研磨液並不一定適合去除任一種金屬。作為先前的金屬用研磨液,雖然已知有將銅、鉭、鈦、鎢、鋁等金屬當作研磨對象(作為多餘區域而被去除的對象)之金屬用研磨液,但對於將鈷系金屬當作研磨對象之研磨液則並不瞭解。
另外,鈷系金屬相較於過去作為線路用金屬來使用的銅等導電性物質,較容易被腐蝕(腐蝕性強)。因此,若直接使用過去的研磨液時,鈷系金屬會被過度地侵蝕(蝕刻)、或有在線路層產生細縫的情況。因此,鈷系金屬無法發揮作為障壁金屬層功能,且有導電性金屬離子擴散的風險。金屬離子擴散至絕緣材料中的情況,半導體器件短路的可能性會變高。另一方面,為了防止該情形,若添加防蝕作用強的防蝕劑或增加防蝕劑的添加量,則會造成全體的研磨速度降低這 樣的問題。
為了解決如此的問題,已知有下述研磨液:一種使用特定的金屬防蝕劑之研磨液,該特定的金屬防蝕劑是四員環~六員環的複數環式化合物,其包含兩個以上的雙鍵,且包含一個以上的氮原子(例如,參閱專利文獻2);一種使用鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物及二羧酸化合物之研磨液(例如,參閱專利文獻3)。
又,在上述第二研磨步驟中,當形成在金屬埋設部以外的層間絕緣膜也就是二氧化矽膜的研磨速度較快時,會發生層間絕緣膜連同線路的厚度一起變薄的現象(以下,記載為「沖蝕(erosion)」)及線路金屬部近旁的層間絕緣膜有局部地被削除的現象(以下,記載為「裂縫(seam)」),使平坦性劣化。其結果,會產生線路電阻增加等的問題,故要求盡可能地降低沖蝕和裂縫的發生。作為上述層間絕緣膜,可列舉例如:二氧化矽膜或者Low-k(低介電常數)膜也就是有機矽酸鹽玻璃、全芳香環系Low-k膜等。
作為降低上述的沖蝕和裂縫的發生之方法,已知有為了保護線路金屬(例如:銅)的表面,而使用包含下列成分之研磨液:甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物(例如,參閱專利文獻4)。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1:日本特開平2-278822號公報
專利文獻2:日本特開2011-91248號公報
所利文獻3:日本特開2013-42123號公報
專利文獻4:日本特開2013-62516號公報
然而,發明人研究後的結果,得知:包含前述甲基丙烯酸系聚合物之研磨液,對鈷系金屬的蝕刻速度會變大。若對鈷系金屬的蝕刻速度大,使用鈷系金屬來作為障壁金屬時,會因鈷系金屬被過度侵蝕,而有可能在線路層產生細縫。因此,如同上述,會有鈷系金屬無法發揮作為障壁金屬的功能這樣的問題。
本發明的問題在於提供一種研磨液的製造方法、及使用藉由該製造方法所獲得的研磨液之研磨方法,該蝕刻液對基板表面進行平坦化的能力優異,且對鈷系金屬的蝕刻速度較小。
又,本發明的問題在於提供一種研磨液的製造方法、及使用藉由該製造方法所獲得的研磨液之研磨方法,該研磨液一邊維持對層間絕緣膜的研磨速度一邊抑制沖蝕和裂縫的產生,並且,對被研磨面的平坦化能力較高。
關於鈷系金屬無法發揮作為障壁金屬層的功能這樣的問題,詳細地檢討該原因後的結果,發明人發現:改良上述甲基丙烯酸系聚合物的合成方法是解決上述問題的重要的關鍵。例如,作為合成上述聚合物時的聚合起始劑,可使用水溶性偶氮系聚合起始劑也就是2,2’-偶氮雙[2-(2-咪唑啉-2- 基)丙烷],其可溶解於酸性的水溶液中,一般使用硫酸等無機酸來實行溶解。因此,上述聚合物中會包含數莫耳的無機酸。若使用如此的包含有機酸之聚合物的先前的研磨液,已知會因鈷系金屬被過度侵蝕(蝕刻)、或在線路層產生細縫。
為了解決前述問題的具體手段,如以下的〈1〉~〈15〉所示。
〈1〉一種研磨液的製造方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在溶液中,使包含甲基丙烯酸的單體成分聚合而獲得甲基丙烯酸系聚合物的步驟;及,混合甲基丙烯酸系聚合物、特定的羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;其中,前述羧酸化合物含有選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、下述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、前述鄰苯二甲酸化合物的酸酐和下述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種;並且,研磨液的pH值為4以下,HOOC-R-COOH…(I)
上述通式(I)中,R是碳數3~10且作為構成元素僅包含碳和氫。
根據此製造方法所獲得的研磨液,對鈷系金屬保持良好的研磨速度的同時,亦能夠適當地抑制對鈷系金屬的腐蝕,而能夠降低沖蝕和裂縫的發生。
〈2〉如上述〈1〉所述的研磨液的製造方法,其中,水系溶劑由水、或水和有機酸所組成。
〈3〉如上述〈1〉或〈2〉所述的研磨液的製造方法,其中,研磨液是用以化學機械研磨(CMP)基體之研磨液,該基體包含鈷。
〈4〉如上述〈1〉~〈3〉中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,上述甲基丙烯酸系聚合物是選自由甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物所組成之群組中的至少一種。。
藉由該製造方法,可獲得一種能夠更有效地研磨層間絕緣膜之研磨液。
〈5〉如上述〈1〉~〈4〉中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,上述金屬防蝕劑含有具三唑骨架之化合物。
藉此,可獲得可更有效地抑制腐蝕性的研磨液。
〈6〉如上述〈1〉~〈5〉中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得研磨液的步驟中,進一步混合有機溶劑來獲得前述研磨液。
藉此,可獲得下述的研磨液,其在被研磨膜包含鈷系金屬以外的層的情況,由於提升對鈷系金屬以外的層的潤溼性,而能夠進一步提升研磨速度。
〈7〉如上述〈1〉~〈6〉中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得研磨液的步驟中進一步混合氧化劑來獲得前述研磨液。
藉此,可獲得下述的研磨液,其在被研磨膜包含鈷系金屬以外的層的情況,能夠進一步提升鈷系金屬以外的金 屬層的研磨速度。
〈8〉如上述〈7〉所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得研磨液的步驟中,混合第一液與包含氧化劑之第二液來獲得前述研磨液,該第一液包含甲基丙烯酸系聚合物、羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑。
〈9〉一種研磨方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲烯丙烯酸系聚合物的步驟;混合甲基丙烯酸系聚合物、羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;準備包含鈷金屬之基體的步驟;及,使用研磨液,化學機械研磨基體的步驟;其中,前述羧酸化合物,含有選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、上述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、前述鄰苯二甲酸化合物的酸酐和上述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種;並且,研磨液的pH值為4以下。
〈10〉如上述〈9〉所述的研磨方法,其中水系溶劑由水或水和有機酸所組成。
〈11〉如上述〈9〉或〈10〉所述的研磨方法,其中,前述甲基丙烯酸系聚合物是選自由甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物所組成之群組中的至少一種。
〈12〉如上述〈9〉~〈11〉中任一項所述的研磨方法,其中,金屬防蝕劑包含具三唑骨架之化合物。
〈13〉如上述〈9〉~〈12〉中任一項所述的研磨方法,其中,在獲得研磨液的步驟中,進一步混合有機溶劑來獲得前述研磨液。
〈14〉如上述〈9〉~〈13〉中任一項所述的研磨方法,其中,在獲得研磨液的步驟中,進一步混合氧化劑來獲得前述研磨液。
〈15〉如上述〈14〉所述的研磨方法,其中,在獲得研磨液的步驟中,混合第一液與包含氧化劑之第二液來獲得前述研磨液,該第一液包含甲基丙烯酸系聚合物、特定的羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑。
根據本發明的研磨方法,可以一邊抑制包含鈷元素之被研磨膜被過度地腐蝕一邊進行研磨。
根據本發明,能夠提供一種研磨液的製造方法,作為合成該研磨液時的原料,使用了不使用無機酸而獲得的甲基丙烯酸系聚合物與選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、上述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、前述鄰苯二甲酸化合物的酸酐和上述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種化合物所組成之羧酸化合物;再者,該研磨液的pH值為4以下。藉由使用該方法所獲得的研磨液,可對鈷系金屬保持良好的研磨速度的同時,亦能夠適當地抑制鈷系金屬的腐蝕,進一步可對層間絕緣膜保持良好的研磨速度的同時,亦能夠抑制沖蝕和裂縫的產生。亦即,根據本發明,能夠提供一種使被研磨面的平坦 化能力高的研磨液的製造方法、及使用藉由此製造方法所獲得的研磨液之基板的研磨方法。
1‧‧‧矽基板
2、11‧‧‧絕緣材料(層間絕緣膜)
3、13‧‧‧障壁金屬層(障壁層)
4‧‧‧中間層(鈷系金屬)
5、15‧‧‧導電性物質層(線路金屬層)
10、20、30‧‧‧基板
40‧‧‧沖蝕
50‧‧‧研磨前的狀態
60‧‧‧層間絕緣膜的線路金屬近旁
70‧‧‧裂縫
第1圖是表示先前的金屬鑲嵌製程中的線路形成過程的概要剖面圖。
第2圖是表示有鈷系金屬的中間層的情形之金屬鑲嵌製程中的線路形成過程的概要剖面圖。
第3圖是表示藉由本實施形態的研磨方法來實行研磨後的基板的一例的剖面圖。
第4圖是表示在附有銅線路之圖案基板中,線路金屬部和層間絕緣膜部交互地排列的條紋狀圖案與沖蝕的剖面概要圖。
第5圖是表示在附有銅線路之圖案基板中,線路金屬部和層間絕緣膜部交互地排列的部分與裂縫的剖面概要圖。
本說明書中的「步驟」的用語,不僅包含獨立的步驟,亦包含與其他步驟無法明確地區別的步驟,而在該步驟中可獲得達成期望的目的之步驟。又,使用「~」所表示的數值範圍是表示將「~」的前後所記載的數值分別作為最大值和最小值來包含的範圍。進一步,研磨液中的各成分的含量,當在研磨液中該當於各成分的物質存在複數種時,若無特別限定,意指存在於研磨液中的該當複數種物質的合計量。
以下,詳細地說明關於本發明的製造方法、藉由該 製造方法所獲得的研磨液(以下,僅稱為「研磨液」)、及使用研磨液之基板的研磨方法的適合的實施形態。
[研磨液的製造方法]
本實施形態的製造方法,是一種研磨液的製造方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲烯丙烯酸系聚合物的步驟;混合甲基丙烯酸系聚合物、特定的羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟。
關於分別步驟中的「溶解」、「聚合」和「混合」的操作可由該領域具有通常知識者來適當實施。從而,在接下來的「研磨液」的項目中,詳述關於各步驟中規定的化合物。
[研磨液]
藉由本實施形態的製造方法所獲得的研磨液,其特徵為是包含特定的羧酸化合物、研磨粒子、金屬防蝕劑,與水,並且,其pH值為4以下;其中,上述的研磨液,作為合成上述研磨液時的原料,使用了不使用無機酸而獲得的甲基丙烯酸系聚合物與選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、下述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類(亦即,鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、及下述通式(I)所表示的二羧酸化合物之鹽類)、鄰苯二甲酸化合物的酸酐和下述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種化合物所構成的羧酸化合物。如此的研磨液,例如,能 夠適合用於為了化學機械研磨包含鈷元素的基體的情況。
HOOC-R-COOH…(I)
上述通式(I)中,R是碳數3~10且作為構成元素僅包含碳和氫。
〈羧酸化合物〉
本實施形態的研磨液,包含選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、上述通式(I)所表示的二羧酸化合物(以下,該等化合物亦稱為「特定二羧酸化合物」)、該等的鹽類、鄰苯二甲酸化合物的酸酐和前述二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種化合物所構成的羧酸化合物物(以下,亦稱為「特定羧酸化合物」)。前述特定羧酸化合物,能夠使用單獨一種,或混合兩種以上。
羧酸和羧酸衍生物大量地存在。但是,藉由從中選擇前述特定羧酸化合物來使用,對鈷系金屬保持良好的研磨速度的同時,再者且可控制對同層的蝕刻速度。藉此,可抑制鈷系金屬的腐蝕,而能夠獲得良好的研磨面。進一步在更嚴苛的條件下(例如60℃),亦可更有效地抑制鈷系金屬的蝕刻速度,而達成優異的腐蝕抑制性。此處的腐蝕抑制性的優異是意指:可以有效地抑制被研磨面中的鈷系金屬的蝕刻,亦不產生線路層的裂縫。
獲得如此的效果的理由雖然並未清楚,但本發明人推測如以下。亦即,認為:前述特定羧酸化合物作為金屬溶解劑來作用,故有提升對鈷系金屬的研磨速度的效果。與此同時,對於鈷原子,認為:藉由前述特定羧酸化合物的兩個 羧基螯合而形成環狀結構來作用,有形成安定錯合體狀態的效果。因此,推測其可以控制鈷系金屬的蝕刻速度,而可抑制被研磨面中的腐蝕。再者,亦認為該安定的錯合體狀態的形成,對後述的金屬防蝕劑亦有所貢獻的可能性。
從對鈷層的研磨速度、蝕刻速度的控制性和腐蝕的抑制性的觀點來看,前述特定羧酸化合物可由特定羧酸化合物、其鹽類和其酸酐(限於會形成酸酐的化合物)所組成的群組來選擇。前述特定羧酸化合物以外的酸性化合物,難以兼顧對鈷層的研磨速度與鈷層的蝕刻速度的抑制。因此,認為本實施形態中如前述安定的錯合體狀態的形成是重要的,故酸性化合物的立體構造是重要的因素。又,即使包含前述特定的羧酸化合物,若再包含其以外的其他酸性化合物,也會造成鈷層的蝕刻速度顯著地上升的情形。因此,故認為其他酸性化合物造成的鈷層的蝕刻效果,會較優先於前述錯合體狀態的形成。
本實施形態的研磨液的第一的態樣中,前述羧酸化合物是選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、上述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、鄰苯二甲酸化合物的酸酐和上述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種之化合物。但是,前述羧酸化合物在不顯著損害本實施形態的效果的範圍內,亦可包含其他的羧酸化合物(包括其鹽類和其酸酐)。
但是,前述羧酸化合物較佳是由特定羧酸化合物來實質地所構成;上述特定羧酸化合物是選自由鄰苯二甲酸化 合物、異苯二甲酸化合物、上述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、鄰苯二甲酸化合物的酸酐和上述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種之堆酸化合物。此處的「實質地」意指:在不顯著損害本實施形態的研磨液的效果的程度下,研磨液中包含充分量的特定羧酸化合物,具體而言意指相對於特定羧酸化合物,前述其他的羧酸化合物的含量的總質量是10質量%以下。進一步相對於特定羧酸化合物的含量,前述其他的羧酸化合物的含量較佳是5質量%以下,更佳是1質量%以下。
前述特定二羧酸化合物中的鄰苯二甲酸化合物是包含:鄰苯二甲酸(苯-1,2-二羧酸)及苯環上至少具有一個取代基的鄰苯二甲酸衍生物的至少一種。作為前述取代基,可列舉甲基、胺基、硝基等。其中,較佳是硝基和甲基的其中之一。
作為前述鄰苯二甲酸化合物,具體而言,可列舉:鄰苯二甲酸;3-甲基鄰苯二甲酸、4-甲基鄰苯二甲酸等烷基鄰苯二甲酸;3-胺基鄰苯二甲酸、4-胺基鄰苯二甲酸等胺基鄰苯二甲酸;3-硝基鄰苯二甲酸、4-硝基鄰苯二甲酸等硝基鄰苯二甲酸。其中,較佳是具有烷基作為取代基的鄰苯二甲酸化合物(例如甲基鄰苯二甲酸),更佳是3-甲基鄰苯二甲酸和4-甲基鄰苯二甲酸中的至少一種,特別較佳是4-甲基鄰苯二甲酸。前述鄰苯二甲酸化合物,可作為酸酐來使用,亦可作為鹽類來使用。
前述異苯二甲酸化合物,包含異苯二甲酸(苯-1,3-二羧酸)及苯環上至少有一個取代基的異苯二甲酸衍生物的至 少一種。作為前述取代基,可列舉硝基、甲基、胺基、羥基等。其中,較佳的是甲基。
作為前述異苯二甲酸化合物,具體而言,可列舉異苯二甲酸、5-硝基異苯二甲酸等。前述異苯二甲酸化合物亦可作為鹽類來使用。
前述通式(I)所表示的二羧酸化合物的R部,是碳數3~10且作為構成元素僅包含碳(C)和氫(H)的二價基團。再者,前述碳數是R部的碳數,羧酸基中包含的碳原子不作為前述碳數來計算。前述R部可以是環狀、直鏈狀或分支鏈狀任一種。其中較佳的是直鏈狀。從對鈷系金屬的研磨速度、蝕刻速度的控制性和腐蝕抑制的觀點來看,碳數較佳是3~8,更佳是3~6。前述二羧酸化合物,雖然是依據碳數,但可作為酸酐來使用,亦可作為鹽類來使用。
作為碳數3~10的二羧酸化合物具體而言,可列舉:己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、亞甲基丁二酸等。其中,較佳是己二酸、庚二酸、亞甲基丁二酸,更佳是庚二酸。
前述羧酸化合物的含量,以研磨液的總質量作為基準,較佳是在0.001~10質量%的範圍內。藉由調整前述羧酸化合物的含量至前述範圍內,能夠獲得設置於鈷系金屬近旁鈷系金屬以外的層(例如,第2圖(a)所示:設置於中間層4近旁的導電性物質層5的銅等線路用金屬、障壁金屬層3等)的良好的研磨速度。
前述羧酸化合物的含量,以研磨速度的觀點來看, 更佳是0.01質量%以上,進一步較佳是0.02質量%以上。又,前述二羧酸的含量,以對鈷系金屬蝕刻抑制效果和腐蝕抑制性的觀點來看,更佳是1.0質量%以下,進一步較佳是0.5質量%以下,特別較佳是0.1質量%以下。
前述研磨液,從研磨速度的觀點來看,作為羧酸化合物,較佳是包含0.01質量%以上的選自由鄰苯二甲酸、烷基鄰苯二甲酸、胺基鄰苯二甲酸、硝基鄰苯二甲酸、異苯二甲酸、5-硝基異苯二甲酸、上述通式(I)所表示的R是碳數3~8的二羧酸化合物、及該等的鹽類和酸酐(限於會形成酸酐的化合物)所構成的群組中至少一種。
又,前述研磨液,從對鈷系金屬的蝕刻效果抑制的觀點來看,作為羧酸化合物,較佳是包含1.0質量%以下的選自由鄰苯二甲酸、烷基鄰苯二甲酸、胺基鄰苯二甲酸、硝基鄰苯二甲酸、異苯二甲酸、5-硝基異苯二甲酸、上述通式(I)所表示的R是碳數3~8的直鏈狀的二羧酸化合物、及該等的鹽類和酸酐(只限於酸酐)所構成的群組中的至少一種。
再者,作為上述羧酸化合物的鹽類並沒有特別的限制,可列舉羧酸化合物與鹼金屬、鹼土金屬、鹵化物等的鹽類。但是,例如研磨的基板是包含積體電路用元件的矽基板時,因不欲有鹼金屬、鹼土金屬、鹵化物造成的污染,作為上述羧酸化合物的鹽類,較佳是與鹼金屬、鹼土金屬或鹵化物以外的鹽類。
〈甲基丙烯酸系聚合物〉
比較使用含有無機酸之水系溶劑而獲得的甲基丙烯酸系 聚合物與後述兩個步驟中獲得的甲基丙烯酸系聚合物,推測後述兩個步驟中獲得的甲基丙烯酸系聚合物較可以抑制對鈷系金屬的腐蝕,該步驟分別是:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在前述溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲烯丙烯酸系聚合物的步驟。此處,作為水系溶劑,若是可以溶解聚合起始劑的水系溶劑就沒有特別的限制,但較佳的是水,或者由水及後述的有機酸所構成的溶劑。
在獲得本實施形態的甲基丙烯酸系聚合物的步驟中,有兩種方法:使用水溶性的聚合起始劑的情況、使用溶解於包含甲基丙烯酸的單體成分的聚合起始劑的情況。使用後者之溶解於包含甲基丙烯酸的單體成分的聚合起始劑的情況,首先在包含甲基丙烯酸的單體成分中將前述的聚合起始劑暫時溶解,之後在水系溶劑中滴入溶解了包含甲基丙烯酸的單體成分之前述聚合起始劑,便能夠獲得將聚合起始劑溶解水系溶劑的同時獲得聚合物。
作為合成上述聚合物時的聚合起始劑的偶氮系聚合起始劑,可列舉溶解於包含甲基丙烯酸的單體成分之偶氮系聚合起始劑。作為水溶性偶氮系聚合起始劑,例如可列舉:2,2’-偶氮雙[2-(2-三唑啉-2-基)丙烷]、2,2’-偶氮雙[N-(2-羧基乙基)-2-甲基戊酮脒]、2,2’-偶氮雙[N-(2-羥基乙基)-2-甲基丙酸脒]、該等化合物的鹽類等。又,作為溶解於包含甲基丙烯酸的單體成分之偶氮系聚合起始劑,可列舉:2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、該等化合物的鹽類等。
作為上述偶氮系聚合起始劑的鹽類並沒有特別的限制,但在如前述的研磨的基板是包含積體電路用元件的矽基板時,較佳是與鹼金屬、鹼土金屬或鹵化物等以外的鹽類。
又,為了在水系溶劑中溶解2,2’-偶氮雙[2-(2-三唑啉-2-基)丙烷]、2,2’-偶氮雙[N-(2-羥基乙基)-2甲基丙酸脒]等聚合起始劑,水系溶劑有調整為酸性的必要。作為為了讓水系溶劑調整為酸性而添加的酸,藉由選擇無機酸以外的酸,在對鈷系金屬保持良好的研磨速度的同時,再者且能夠抑制對同層的蝕刻速度。因此,能夠抑制同層的腐蝕,而能夠獲得良好的研磨面。進一步在更嚴苛的條件下(例如在60℃),亦可更有效地抑制鈷系金屬的蝕刻速度,達成優異的腐蝕抑制性。
聚合起始劑的使用量並沒有特別的限制,但單體成分與聚合起始劑的莫耳比,較佳是以如單體成分:聚合起始劑=100mol:0.2~4mol左右來添加。
本實施形態的研磨液中包含的聚合物,作為前述合成時的原料,需要是不使用無機酸而獲得的甲基丙烯酸系聚合物。
作為為了使水系溶劑調整為酸性而添加的酸,從能夠抑制鈷系金屬的腐蝕的觀點來看,若是無機酸以外的酸並沒有特別的限制。作為如此的酸,以調整成可以溶解2,2’-偶氮雙[2-(2-三唑啉-2-基)丙烷]、2,2’-偶氮雙[N-(2-羥基乙基)-2甲基丙酸脒]等的水系溶劑中酸度的觀點來看,可列舉例如:蟻酸、醋酸、丙酸、乙醇酸、柳酸、甘油酸、草酸、丙二酸、丁二 酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、甲磺酸、對苯酚磺酸等有機酸。其中,從能夠有效地抑制鈷系金屬的腐蝕的觀點來看,較佳是:醋酸、乙醇酸、丙二酸、對苯酚磺酸、甲磺酸、蘋果酸等。再者,酸的使用量,若是可溶解聚合起始劑在水系溶劑中的足夠量,並沒有特別的限制,較佳是調整為與聚合起始劑相等莫耳數左右。
又,上述聚合物相較於其他水溶性聚合物,對銅的吸附性較高。上述聚合物,特別因為在線路密度較高的部位中對銅的吸附性高,推測在銅的保護性能上優異,故被研磨膜在研磨時,可能降低沖蝕和裂縫的產生。作為上述甲基丙烯酸系聚合物,較佳是選自由甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可能和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物中至少一種。
甲基丙烯酸系聚合物是甲基丙烯酸與可能和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物時,相對於單體總量的甲基丙烯酸的比例,較佳是40莫耳%以上且小於100莫耳%,更佳是50莫耳%以上且小於100莫耳%,進一步較佳是60莫耳%以上且小於100莫耳%,特別較佳是70莫耳%以上且小於100莫耳%。藉由將上述甲基丙烯酸的比例設為40莫耳%以上,可有效抑制沖蝕和裂縫的產生且較易提高被研磨面的平坦性。
甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量,較佳是3000以上,更佳是5000以上。藉由將上述甲基丙烯酸系聚合 物的重量平均分子量設為3000以上,可有效地抑制沖蝕和裂縫的產生,且較易提高被研磨面的平坦性。又,上述重量平均分子量的上限並沒有特別的限制,但由溶解性的觀點來看,較佳是500萬以下;又,由合成的容易度、分子量控制的容易度等觀點來看,上述重量平均分子量較佳是100萬以下;以對水溶解性的優異、提高添加量的自由度的觀點來看,更佳是10萬以下。
甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量能夠藉由使用膠透層析術的標準聚苯乙烯的校準曲線來測定。具體而言,例如,如下述的測定條件,使用英國Polymer Laboratories股份有限公司製造的聚丙烯酸鈉標準物質所完成的校準曲線,能夠以粒徑篩析層析法(size exclusion chromatography)來測定。
管柱:日本昭合電工股份有限公司製造Shodex Asahipak GS-520 HQ+620HQ
幫浦:股份有限公司日立製作所製造L-71000
洗滌液:50mM-Na2HPO4 aq./CH3CN=90/10
流速:0.6mL/分鐘
偵測儀:股份有限公司日立製作所製造L-3300型示差折射計
數據處理:股份有限公司日立製作所製造D-2520型GPC積算器
樣品濃度:10mg/mL
注入量:5μL
作為可能與上述甲基丙烯酸共聚合的單體,可列舉 例如:丙烯酸、丁烯酸、乙烯乙酸、甲基丁烯酸、2-三氟甲基丙烯酸、亞甲基丁二酸、乙烯二甲酸、丁烯二酸、順丁烯二酸、甲基反丁烯二酸、葡萄糖酸等羧酸類;2-丙烯基醯胺-2-甲基丙烷磺酸等磺酸類;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯等丙烯酸系酯類;及該等化合物的銨鹽類、鹼金屬鹽類、烷基胺鹽類等鹽類等。適用的基板是半導體積體電路用矽基板等的情況,鹽類中較佳的是銨鹽。
如上所述,甲基丙烯酸系聚合物中甲基丙烯酸含量較多時可有效降低沖蝕和裂縫的產生。但是在另一方面,若著重在降低研磨後的被研磨面上有機殘渣的產生、刮痕的產生等的缺陷的觀點,作為上述甲基丙烯酸系聚合物,較佳是使用甲基丙烯酸與可能和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物。作為可能和上述甲基丙烯酸共聚合的單體,以有效地降低上述缺陷的觀點來看,更佳是丙烯酸和丙烯酸系酯類;進一步以降低沖蝕和裂縫的產生而取得平衡的觀點來看,更佳是丙烯酸和丙烯酸酯。
相對於研磨液的總質量,甲基丙烯酸系聚合物的含量,較佳是0.001~15質量%,更佳是0.01~5質量%。藉由將上述甲基丙烯酸系聚合物的含量設為0.001質量%以上,可有效地抑制沖蝕和裂縫的產生,並易於提高被研磨面的平坦性。又,藉由將該含量設為15質量%以下,在抑制沖蝕和裂縫的產生的同時,亦可維持研磨液中包含的研磨粒子的安定 性,並易於使研磨粒子的分散性良好。
如目前為止的說明,本實施形態的研磨液,以有效地抑制沖蝕和裂縫的產生的觀點來看,較佳是滿足下述(1)和(2)中至少一項。
(1)相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量,提高甲基丙烯酸的比例。
(2)作為與甲基丙烯酸共聚合的單體成分,使用丙烯酸或丙烯酸系酯類。
又,滿足上述(1)和(2),在抑制沖蝕和裂縫的產生的同時,較佳是可以降低刮痕、有機殘渣等缺陷。亦即,甲基丙烯酸系聚合物(同時包含均聚物和共聚物)較佳是:甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物,或者甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物。其中,以降低沖蝕和裂縫的產生的觀點來看,甲基丙烯酸系聚合物較佳是:甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物,或者甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物。
相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量,甲基丙烯酸的比例較佳是70莫耳%以上且小於100莫耳%,更佳是80莫耳%以上,進一步較佳是90莫耳%以上。又,為了有效地抑制缺陷,相對於上述單體總量,甲基丙烯酸的比例較佳是99莫耳%以下,更佳是95莫耳%以下。
本實施形態的研磨液,能夠藉由混合下述兩液來獲得:至少包含研磨粒子的漿體與至少包含甲基丙烯酸系聚合物的添加液。藉由如此的方法,能夠避免在大量地添加甲基丙烯酸系聚合物時發生的研磨粒子安定性的問題。將兩種液 體分開時,漿體中包含甲基丙烯酸系聚合物亦無礙。此時,漿體中的甲基丙烯酸系聚合物的含量設在不損失研磨粒子分散性的範圍內。
〈研磨粒子〉
本實施形態的研磨液,從獲得對隔離層和層間絕緣膜的良好研磨速度的觀點來看,較佳是含有研磨粒子。作為能夠使用的研磨粒子,可列舉選自由:矽石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦、氧化鍺和該等的修飾體所構成的群組中的至少一種。再者,上述修飾體,是以烷基修飾矽石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦、氧化鍺等研磨粒子表面的研磨粒子。
以烷基修飾研磨粒子的表面的方法,並沒有特別的限制,可列舉在研磨粒子表面存在的羥基與具有烷基的烷氧基矽烷反應的方法。作為具有烷基的烷氧基矽烷並沒有特別的限制,可列舉:單甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、三甲基單甲氧基矽烷、單乙基三甲氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷、三乙基單甲氧基矽烷、單甲基三乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、三甲基單乙氧基矽烷等。作為反應方法,並沒有特別的限制。例如將研磨粒子與包含烷氧矽烷的研磨液置於室溫中兩者亦可進行反應。但是,為了加速反應亦可加熱。
上述研磨粒子中,較佳的是在研磨液中的分散安定性良好,因CMP產生的研磨傷(刮痕)較少且平均粒徑在200nm以下的膠體氧化矽和/或膠體氧化鋁;更佳的是平均粒徑在 100nm以下的膠體氧化矽和/或膠體氧化鋁。
研磨粒子的「平均粒徑」意指研磨粒子的平均二次粒徑。前述平均粒徑是將研磨液以動態光反射粒子計數器(dynamic light scattering particle counter)(例如:COULTER Electronics股份有限公司製造,商品名:COULTER N4 SD)測定之D50的值(體積分布的中數粒徑,累積中數粒徑值)稱之。
具體而言,平均粒徑能夠藉由下述步驟來測定。首先,量取100μL左右的研磨液(L表示公升。以下相同),將該研磨液的研磨粒子含量以離子交換水稀釋到0.05質量%左右(測定時通過率(H)是60~70%左右)來獲得稀釋液。然後,將稀釋液注入動態光反射粒子計數器,藉由讀取作為D50所表示的值,便能夠測量出平均粒徑。
相對於研磨液的總質量,研磨粒子的含量較佳是0.01~50質量%,更佳是0.02~30質量%,特別較佳是0.05~20質量%。藉由將上述研磨粒子的含量設為0.01質量%以上可使研磨速度良好,設為50質量%以下則易於抑制刮痕的產生。
作為研磨粒子,亦可使用表面以陰離子或陽離子修飾的研磨粒子。藉此,因為研磨粒子的表面電位帶有負電或正電,具有容易抑制研磨粒子的凝集的傾向。作為陰離子基團的修飾,可列舉磺酸修飾、鋁酸修飾等。又,作為陽離子基團的修飾,可列舉使用胺系化合物等。
〈金屬防蝕劑〉
作為本實施形態的研磨液中包含的金屬防蝕劑並沒有特別的限制,作為對金屬有防蝕作用的化合物,可以使用先前公知的化合物的任一種。具體而言,作為金屬防蝕劑,可使用選自由:三唑化合物、吡啶化合物、吡唑化合物、嘧啶化合物、咪唑化合物、胍化合物、塞唑化合物、四唑化合物、三化合物和六亞甲四胺所構成的群組中的至少一種。此處的「某某化合物」指的是具有某某骨架的化合物的總稱,例如,三唑化合物是意指具三唑骨架之化合物。
前述金屬防蝕劑能夠使用單獨一種或混合兩種以上。從能夠獲得對包含鈷元素的被研磨膜的良好的研磨速度的觀點來看,相對於研磨液的總質量,前述金屬防蝕劑的含量較佳是0.01~10質量%。以相同的觀點來看,前述金屬防蝕劑的含量,更佳是0.01質量%以上,進一步較佳是0.02質量%以上。又,以相同觀點來看,前述金屬防蝕劑的含量更佳是5.0質量%以下,進一步更佳是0.5質量%。
前述金屬防蝕劑藉由與前述羧酸化合物組合,在嚴苛的溫度條件下(例如60℃)亦能夠顯著地抑制鈷系金屬的蝕刻速度。亦即,藉由上述的組合,以適當的速度研磨鈷系金屬的同時,也可以抑制鈷系金屬的腐蝕。這被認為是因為金屬防蝕劑和前述特定二羧酸化合物的共存下,發揮作為優異的錯合物形成劑與膜保護劑的功能。
又,前述金屬防蝕劑,對銅系金屬的線路金屬,形成保護膜,因而會抑制線路金屬的蝕刻且易於降低被研磨面的粗糙。
以如此的觀點來看,較佳是選自由:三唑化合物、吡啶化合物、嘧啶化合物、四唑化合物、三化合物和六亞甲四胺所構成的群組中的至少一種,更佳是選自由:3H-1,2,3-三唑基[4,5-b]吡啶-3-醇、1-羥基苯并三唑、1H-1,2,3-三唑[4,5-b]吡啶、苯并三唑等三唑化合物、3-羥基吡啶、苯并咪唑、5-胺基-1H-四唑、3,4-二氫基-3-羥基-4-氧-1,2,4-三和六亞甲四胺所構成的群組中的至少一種。
前述研磨劑中羧酸化合物與金屬防蝕劑的比率(羧酸化合物/金屬防蝕劑),從良好地控制蝕刻速度與研磨速度的觀點來看,質量比較佳是在10/1~1/5的範圍,更佳的是7/1~1/5的範圍,進一步更佳是5/1~1/5的範圍,特別較佳是5/1~1/1的範圍。
進一步,前述研磨液從良好地控制蝕刻速度與研磨速度的觀點來看,羧酸化合物與金屬防蝕劑的比率(羧酸化合物/金屬防蝕劑)較佳是10/1~1/5;前述羧酸化合物與選自由:三唑化合物、吡啶化合物、嘧啶化合物、四唑化合物、三化合物和六亞甲四胺所構成的群組中至少一種的金屬防蝕劑的比率,較佳是5/1~1/5;前述羧酸化合物與選自由:3H-1,2,3-三唑基[4,5-b]吡啶-3-醇、1-羥基苯并三唑、1H-1,2,3-三唑[4,5-b]吡啶、苯并三唑等三唑化合物、3-羥基吡啶、苯并咪唑、5-胺基-1H-四唑、3,4-二氫基-3-羥基-4-氧-1,2,4-三和六亞甲四胺所構成的群組中的至少一種的金屬防蝕劑的比率(羧酸化合物/金屬防蝕劑),進一步較佳是5/1~1/1。
〈氧化劑〉
前述研磨劑較佳是進一步包含至少一種的氧化劑(金屬氧化劑)。進一步包含氧化劑能夠更提升鈷系金屬以外的層的研磨速度。前述氧化劑並沒有特別的限制,可由通常使用的氧化劑中適當選擇。具體而言,可列舉:過氧化氫、過氧硫酸鹽、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸、臭氧水等,其中較佳是過氧化氫。該等氧化劑,能夠使用單獨一種或混合兩種以上。
當研磨液包含氧化劑時,相對於研磨液的總質量,氧化劑的含量較佳是設為0.01~50質量%。前述含量,從防止金屬的氧化的不充分造成研磨速度降低的觀點來看,更佳是0.02質量%以上,進一步較佳是0.05質量%以上。又,從可防止被研磨面產生粗糙的觀點來看,較佳是30質量%以下,進一步更佳是15質量%以下,再者,如過氧化氫水,一般作為水溶液能夠取得的氧化劑,在該水溶液中包含的氧化劑的含量在研磨液中亦可以設為如前述範圍來調製。
〈有機溶劑〉
前述研磨液,亦可進一步包含有機溶劑。藉由添加有機溶劑,能夠提高設置於鈷系金屬近旁的鈷系金屬以外的層的潤溼性,而能夠更提升研磨速度。作為前述有機溶劑,並沒有特別的限制,較佳是水溶性的有機溶劑。此處的水溶性被定義是作為:在25℃中相對於水100公克,可溶解0.1公克以上的性質。
作為前述有機溶劑,可列舉例如:碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙酯等碳酸酯類溶劑;丁內酯、丙內酯等內酯溶劑;乙二醇、丙二醇、 二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等二醇類溶劑;四氫呋喃、二雜蒽(dioxane)、二甲氧乙烷、聚氧化乙烯、乙二醇單甲基醋酸酯、二乙二醇單乙基醚醋酸酯、丙二醇單甲基醚醋酸酯等醚類溶劑;甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、異丙醇、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇等醇類溶劑;丙酮、甲基乙基酮等酮類溶劑;二甲基甲醯胺、N-甲基四氫吡咯酮、乙酸乙酯、乳酸乙酯、環丁碸等其他的有機溶劑。
又,有機溶劑亦可為二醇類溶劑的衍生物。可列舉例如:乙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚、二乙二醇單甲基醚、二丙二醇單甲基醚、三乙二醇單甲基醚、三丙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、丙二醇單乙基醚、二乙二醇單乙基醚、二丙二醇單乙基醚、三乙二醇單乙基醚、三丙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、丙二醇單丙基醚、二乙二醇單丙基醚、三乙二醇單丙基醚、三丙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚、丙二醇單丁基醚、二乙二醇單丁基醚、三丙二醇單丁基醚、三乙二醇單丁基醚、三丙二醇單丁基醚等的二醇單醚類溶劑;乙二醇二甲基醚、丙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、二丙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基乙基醚、三丙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、丙二醇二乙基醚、二乙二醇二乙基醚、二丙二醇二乙基醚、三乙二醇二乙基醚、三丙二醇二乙基醚、乙二醇二丙基醚、丙二醇二丙基醚、二乙二醇二丙基醚、二丙二醇二丙基醚、三乙二醇二丙基醚、三丙二醇二丙基醚、乙二醇二丁基醚、丙二醇二丁基醚、二乙二醇二丁基醚、二丙二醇二丁基醚、三乙二醇二丁基醚、三丙二醇 二丁基醚等二醇醚類溶劑。
其中,較佳是選自由:二醇類溶劑、二醇類溶劑的衍生物、醇類溶劑和碳酸酯類溶劑所構成的群組中的至少一種,更佳是選自醇類溶劑中至少一種。該等有機溶劑,能夠使用單獨一種或混合兩種以上。
研磨液包含有機溶劑時,相對研磨液的總質量,有機溶劑的含量較佳是0.1~95質量%。前述有機溶劑的含量,從防止降低研磨液對基板的潤溼性的觀點來看,更佳是0.2質量%以上,進一步較佳是0.5質量%以上。又,從容易調製研磨液、使用、廢液處理等的觀點來看,更佳是相同含量是50質量%以下,進一步較佳是10質量%以下。
〈界面活性劑〉
本實施形態的研磨液可進一步包含界面活性劑。作為界面活性劑,可列舉:十二烷基硫酸銨、聚氧乙烯基十二烷基醚硫酸銨、烷基磷酸酯鹽類、聚氧乙烯烷基醚磷酸鹽類、十二醯基肌胺酸鹽類等水溶性陰離子性界面活性劑;聚氧乙烯基十二烷基醚、聚乙二醇單十八酸鹽等水溶性非離子性界面活性劑;十六烷基三甲基銨鹽(hexadecyltrimethyl ammonium)、十四烷基三甲基銨鹽、十二烷基三甲基銨鹽、十八烷基三甲基銨鹽、十六烷基三甲基銨鹽(cetyltrimethyl ammonium)、二(十八烷基)二甲基銨鹽、烷基二苯乙二酮二甲基銨鹽、椰子胺醋酸酯(coconut amine acetate)、十八烷基胺醋酸酯等水溶性陽離子界面活性劑等。其中,作為界面活性劑,較佳是水溶性陰離子界面活性劑。特別是,更佳的是使 用作為共聚合成分使用銨鹽來獲得的高分子分散劑的水溶性陰離子界面活性劑的至少一種。亦可併用水溶性非離子性界面活性劑、水溶性陰離子性界面活性劑、水溶性陽離子性界面活性劑等。界面活性劑的含量,以研磨液的總質量為基準,例如是0.0001~0.1質量%。
〈水〉
本實施形態的研磨液包含水。研磨液的水的含量可以是除了其他組成成分的含量以外的研磨液的剩下部分。
〈研磨液的pH值〉
從可抑制鈷系金屬的觀點來看,本實施形態的研磨液的pH值為4以下。例如,pH值超過4時,包含氧化劑之研磨液會產生鈷系金屬的腐蝕。會產生如此舉動的因素雖然還不完全清楚,發明人推測如以下:當pH值超過4時,包含氧化劑之研磨液會將鈷氧化成四氧化鈷。認為因為四氧化鈷會溶解在酸性或鹼性的水溶液中,所以在研磨液中變成四氧化鈷的鈷因而溶解,該結果造成鈷的腐蝕。
另一方面,pH值為4以下的範圍中,pH值越高(pH值越接近4),越有抑制鈷系金屬的腐蝕的傾向。此被認為是因為研磨液中氫離子越多,鈷系金屬越有容易被腐蝕的傾向。亦即,因為pH值越低,研磨液中的氫離子越多,而有容易造成鈷系金屬被腐蝕的傾向,故研磨液的pH值,較佳是1以上,更佳是2以上,進一步較佳是3以上。
再者,為了調整pH值,能夠使用酸和鹼等公知的pH調整劑(例如氨水、氫氧化鉀等)。pH值定義為在液體溫度 25℃中的pH值。
研磨液的pH值,能夠用pH計(例如:電氣化學計器股份有限公司製造,商品型號:PHL-40)來測定。例如,使用標準緩衝液(鄰苯二甲酸鹽pH緩衝劑,pH:4.01(25℃);中性磷酸鹽pH緩衝劑:6.86(25℃))進行兩點校正後,將電極置入研磨液,以在25℃經過2分鐘以上安定後的值來測定,能夠測定出研磨液的pH值。
本實施形態的研磨液的組成成分,可分為複數種的液體來儲藏、搬運和使用。從而,例如,本實施形態的研磨液亦可將分別被保管的包含氧化劑的成分與氧化劑以外的組成成分混合來獲得。亦即,該研磨液,亦可將分別被保管的第一液與第二液混合而得(亦即,第一液包含:前述研磨粒子;作為前述合成時的原料之不使用無機酸來獲得的甲基丙烯酸系聚合物;選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、以前述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、鄰苯二甲酸化合物的酸酐和前述通式(I)所表示的二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種所構成的羧酸化合物成分;前述金屬防蝕劑。第二液包含前述氧化劑)。第一液亦可進一步包含有機溶劑、界面活性劑等。
本實施形態的研磨液能夠適合使用於研磨具有線路密度在50%以上的線路形成部之被研磨膜。此處的線路密度指的是:線路所形成的部位中,由層間絕緣膜部和線路金屬部(包含障壁金屬)各自的寬度所計算出來的值。例如線和空間是100μm/100μm時,該部分的線路密度是50%。
若線路密度是50%以上時,因為線路金屬部所佔的面積變大,該部分的沖蝕和裂縫的問題就有變得顯著的傾向,但使用本實施形態的研磨液實行研磨,能夠降低該等的問題。本實施形態的研磨液亦能夠適合使用在研磨具有上述線路密度是80%以上的線路形成區域的被研磨膜。
[研磨方法]
本實施形態的研磨方法是:將基板的至少一側的表面形成的包含鈷元素的被研磨膜,使用前述的研磨液來研磨,而去除包含鈷元素的多餘區域的研磨方法。亦即,本實施形態的研磨方法是一種研磨液的pH值是4以下的研磨方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲基丙烯酸系聚合物的步驟;混合甲基丙烯酸系聚合物、羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;準備包含鈷金屬之基體的步驟;及,使用研磨液來對基體進行化學機械研磨的步驟。再者,對基體進行化學機械研磨的步驟,更具體而言,在基板的至少一側的表面形成的包含鈷元素的被研磨膜與研磨轉盤上的研磨布之間,一邊供給前述的研磨液,在設置前述被研磨膜的面的該側的前述基板表面以研磨布按壓的狀態,一邊藉由該基板與研磨轉盤間相對的移動,來去除被研磨膜的至少一部分的步驟。
以下,使用本實施形態的基板的研磨方法,參閱第2圖來說明半導體器件中的線路層形成的一連串的步驟。但是,本實施形態的研磨液的用途,並不限定於下述步驟。再 者,關於獲得研磨液的步驟中所獲得的研磨液因為如同上述,此處不再詳述。
研磨前的基板10如第2圖(a)所示,在矽基板1上具有:特定圖案的凹部的絕緣材料2;障壁金屬層3,其沿著該絕緣材料2的表面的凹凸來包覆絕緣材料2;及,鈷系金屬4,其包覆障壁金屬層3,並且在鈷系金屬層4上形成有導電性物質層5。本實施形態的「基體」指的是,例如在如此的矽基板上依照順序形成特定的層的結果,特別是在本實施形態中形成至少任一包含鈷元素的層的結果。又,如前述鈷系金屬4也具有作為障壁金屬層的功能,此處為了說明,將其與障壁金屬層3區別來說明。
作為絕緣材料2,可列舉矽系絕緣材料、有機聚合物系絕緣材料等。作為矽系絕緣材料,可列舉:二氧化矽;氟矽酸鹽玻璃;以三甲基矽烷或二甲氧基二甲基矽烷作為起始原料來獲得的有機矽酸鹽玻璃;氮氧化矽、氫化矽倍半氧等矽系絕緣材料;碳化矽;氮化矽等。又,作為有機聚合物矽絕緣材料,可列舉全芳香族系低介電常數絕緣材料。其中,特別是,較佳是二氧化矽。
絕緣材料2,可藉由CVD(化學氣相沉積)法、旋塗法、浸塗法或噴霧法來成膜。作為絕緣材料2的具體例,可列舉:LSI製造步驟,特別是多層線路形成步驟中的絕緣材料等。
障壁金屬層3是為了防止導電性物質往絕緣材料2中擴散、及為了提升絕緣材料2與導電性物質層5間的密合 性而形成。作為被使用在障壁金屬層3的障壁金屬,可列舉:鉭、氮化鉭、鉭合金等鉭化合物、鈦、氮化鈦、鈦合金等的鈦化合物、鎢、氮化鎢、鎢合金等鎢化合物、釕等釕化合物等。障壁金屬層3可為由該等化合物的其中一種所構成的單層結構,亦可為由兩種以上所構成的積層結構。障壁金屬層3可藉由蒸鍍、CVD(化學氣相沉積)等來成膜。再者,作為障壁金屬層3亦可只設置鈷系金屬4。
作為使用在鈷系金屬4的鈷類,可列舉:鈷、鈷合金、鈷的氧化物、鈷合金的氧化物等。鈷系金屬,可藉由公知的濺鍍法來成膜。
作為使用在導電性物質層5的導電性物質,可列舉:銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧化物等以銅為主要成份的金屬、鎢、鎢合金等鎢金屬、銀、金等貴金屬等。該等之中,較佳的是銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧化物等以銅為主要成份的金屬。導電性物質層5可藉由公知的濺鍍法、電解電鍍法等來成膜。
對各層的厚度並沒有特別的限制,例如,較佳的是:絕緣材料2的厚度是0.01~2.0μm左右,障壁金屬層3的厚度是0.01~2.5μm左右,鈷系金屬4的厚度是0.01~2.5μm左右,導電性物質層5的厚度是0.01~2.5μm左右。
使用研磨液來化學機械研磨鈷系金屬4(包含鈷元素的基體)的步驟,例如能夠包含接下來的第一研磨步驟與第二研磨步驟。從第2圖(a)所示的狀態至第2圖(b)所示的狀態為止,研磨導電性物質層5的第一研磨步驟中,將研磨前的基 板10的表面的導電性物質層5,例如,使用導電性物質層5/鈷系金屬4的研磨速度比是充分大的導電性物質用的研磨液,藉由CMP來研磨。藉此,來獲得基板20,其基板上凸部露出鈷系金屬4的表面,且具有殘留在凹部的導電性物質層5的導體圖案。作為導電性物質層5/鈷系金屬4的研磨速度比是充分大的導電性物質用的研磨液,例如可使用日本特許第三337464號說明書中記載的研磨液。第一研磨步驟中,亦可同時研磨導電性物質層5與凸部的鈷系金屬4的一部分。
接續的第二研磨步驟中,將藉由第一研磨步驟而獲得的導體圖案,作為第二研磨步驟用的被研磨膜,使用本實施形態的研磨液來研磨。
第二研磨步驟中,在研磨轉盤的研磨部上以按壓基板20的狀態,在研磨布與基板之間,一邊供給本實施形態的研磨液,一邊藉由研磨轉盤與基板20間相對的移動,來研磨藉由第一研磨步驟露出的鈷系金屬4。
作為研磨的裝置,能夠使用:連接可以保持被研磨的基板的架與變更轉速的馬達,並且具有貼附研磨布的研磨轉盤的一般的研磨裝置。作為研磨布,能夠使用一般的不織布、發泡聚胺酯、多孔性氟樹脂等,並沒有特別的限制。
研磨條件並沒有特別的限制,如研磨轉盤的旋轉速度不會讓基板飛出,較佳是200rpm(次/分鐘)以下的低轉速。具有被研磨膜的基板向研磨布被施加的壓力,較佳是1~100kPa,為了滿足研磨速度的被研磨面內的均勻性和圖案的平坦性,更佳是5~50kPa。
在研磨期間,研磨布與被研磨膜之間,以幫浦等連續地供給本實施形態的研磨液。該供給量並沒有限制,但較佳是研磨布的表面一直有研磨液的覆蓋。研磨結束後的基板在流水中仔細洗淨後,較佳是使用旋轉乾燥等將附著在基板上的水滴甩乾再進行乾燥。
為了讓研磨布一直地保持相同的表面狀態來實行化學機械研磨,較佳是在研磨之前加入調節步驟。例如:使用附有鑽石粒子的修整器,以至少包含水的液體來實行調節,再接續實施本實施形態的研磨方法,進一步,較佳的是加入基板的清洗步驟。
第二研磨步驟中,至少研磨露出的鈷系金屬4來去除多餘的鈷的區域。第二研磨步驟中,研磨鈷系金屬4且在露出障壁金屬層3後完成研磨,另外,亦可藉由障壁金屬層研磨用的研磨液來研磨障壁金屬層3。又,從第2圖(b)至第2圖(c)所示,在第二研磨步驟中亦可由鈷系金屬4至障壁金屬層3一起研磨。進一步,亦可將被包埋在凹部的導電性物質層5與鈷系金屬4和障壁金屬層3一起研磨。
在獲得具有預期的圖案的基板30的時間點完成研磨。預期的圖案是:凸部的障壁金屬層3之下的絕緣材料2全部露出,並且在凹部則殘留構成線路層的導電性物質層5,而凸部與凹部間的界線則露出障壁金屬層3和鈷系金屬層的剖面。
為了確保研磨完成時更優異的平坦性,進一步,如第3圖所示,亦可過度研磨。例如,獲得第二研磨步驟中預 期的圖案的時間是100秒時,在該100秒的研磨再加上50秒追加的研磨就稱為過度研磨50%。過度研磨時,絕緣材料2的一部分也會因研磨被去除。
如此而形成的金屬線路上,進一步,在形成第二層的絕緣材料和金屬線路後,研磨而產生半導體基板整面皆是平滑的面。藉由反覆進行特定次數的該步驟,能夠製造出具有預期的線路層數的半導體器件。
本實施形態的研磨液,不只在如上述形成半導體基板的金屬膜的研磨,亦能夠使用在為了研磨磁頭等的基板。
[實施例]
以下,藉由實施例進一步詳細地說明本發明,但在不脫離本發明的技術思想下,本發明並不限於該等的實施例。例如:研磨液的材料的種類和該調配比率,亦可以是本實施例記載的種類和比率以外,研磨對象的組成和結構,亦可以是本實施例記載以外的組成和結構。
〈實施例和比較例〉 (甲基丙烯酸系聚合物的合成) (聚合物1~7、9~15)
表1中表示甲基丙烯酸系聚合物中各單體的莫耳比率(莫耳比%)、合成甲基丙烯酸系聚合物時使用的聚合起始劑及溶解聚合起始劑時使用的酸。將表1中表示的包含酸的水作為水系溶劑來準備,在此水系溶劑中溶解聚合起始劑。接下來,在水系溶劑中,將表1表示的單體成分藉由聚合來獲得甲基丙烯酸系聚合物。
(聚合物8)
在包含甲基丙烯酸的單體成分(莫耳比:甲基丙烯酸/丙烯酸=94/6)中,溶解作為聚合起始劑的AIBN(原料A)。之後,在水中,藉由滴下前述原料A來獲得聚合物8。再者,聚合起始劑是溶解於水中的狀態。
表1中的聚合起始劑的分子名如下述:VA-061:2,2’-偶氮雙[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]
AIBN:2,2’-偶氮雙(異丁腈)
VA-057:2,2’-偶氮雙[N-(2-羥基乙基)-2甲基丙酸脒]
再者,因VA-061可溶於酸性的水溶液,故合成聚合物時添加表1所示的酸。
(研磨液調製方法)
依照表2~表3,以特定量來混合前述甲基丙烯酸系聚合物(聚合物1~15)、羧酸化合物、研磨粒子、金屬防蝕劑等,來調製各實施例和各比較例的各研磨液。再者,作為研磨粒子,使用平均粒徑70nm的膠體氧化矽。pH值以pH計(電氣化學計器股份有限公司製造,商品型號:PHL-40)來測定。
(銅圖案基板的研磨)
使用銅膜研磨用研磨液(日立化成股份有限公司製造,商品型號:HS-H635)藉由公知的CMP法,來研磨附有銅線路之的圖案基板(Advanced Technology Development Facility Inc.製造,商品型號:854CMP圖案)的溝槽部以外的銅膜,使被研磨面上的凸部的隔離層露出。藉此,獲得如第1圖(b)所示的狀態的基板。並使用該基板做各實施例和比較例的研磨液 的研磨特性評價。再者,上述圖案基板的隔離層是由厚度250Å氮化鉭所構成。
使用上述研磨液調製方法所調製的各金屬膜用研磨液,在下述研磨條件下對上述圖案基板進行化學機械研磨60秒鐘。該步驟相當於第二研磨步驟,除了比較例9以外,大約30秒鐘時凸部的層間絕緣膜就從被研磨面露出。剩下的30秒鐘,則是在凸部研磨該露出的層間絕緣膜。
[基板研磨條件]
研磨裝置:單面金屬膜用研磨機(應用材料公司製造,商品型號:MIRRA)
研磨布:麂皮狀發泡聚氨酯樹脂製研磨布
轉盤轉速:93次/分鐘
頭轉速:87次/分鐘
研磨壓力:14kPa
研磨液的供給量:200ml/分鐘
在最初的30秒鐘讓層間絕緣膜由被研磨面露出,並藉由使用電阻計測定表面未露出金屬配線的區域的電阻率來確認。
雖然比較例9在最初的30秒的研磨中不能夠完全露出被研磨面的層間絕緣膜,但在剩下的30秒研磨中仍能夠使被研磨面的凸部的層間絕緣膜露出。
接下來,在上述基板的研磨步驟研磨的圖案基板的被研磨面上押附海綿刷(聚乙烯醇系樹脂製造),一邊供給蒸餾水到基板,一邊旋轉基板與海綿刷,清洗60秒鐘。接下來, 取下海綿刷,供給蒸餾水到基板的被研磨面60秒鐘。最後高速旋轉基板使蒸餾水飛散來乾燥基板,獲得以下的評價中使用的圖案基板。
(平坦性評價)
關於用上述基板的清洗步驟獲得的圖案基板,進行下述(1)~(3)所示的評價。
(1)層間絕緣膜研磨量:藉由光學式厚度計求得寬度100μm的線路金屬部、寬度100μm的層間絕緣膜部交互地並排的總寬度2900μm的條紋圖案的層間絕緣膜部的膜厚,作為層間絕緣膜研磨量。
(2)沖蝕量:如第4圖(a)所示,藉由探針式段差計測定寬度90μm的線路金屬部、寬度10μm的層間絕緣膜部交互地並排的總寬度2900μm的條紋圖案的表面形狀。接下來,如第4圖(b)所示,求得條紋狀圖案的層間絕緣膜部的研磨量的最大值(B)與條紋狀圖案外緣的層間絕緣膜部的研磨量(A)的差(B)-(A)作為沖蝕量。
再者,第4圖是上述附有銅線路之圖案基板的寬度90μm的線路金屬部、寬度10μm的層間絕緣膜部交互地並排的條紋狀圖案的剖面概要圖,符號11是表示層間絕緣膜,符號13是表示隔離層,符號15是表示線路金屬層,符號40是表示沖蝕,符號50是表示研磨前的狀態,符號A是表示條紋狀圖案外緣的層間絕緣膜的研磨量,符號B是表示條紋狀圖案的層間絕緣膜部的研磨量的最大值。
(3)裂縫量:如第5圖(a)所示,藉由探針式段差計來 測定寬度100μm的線路金屬部、寬度100μm的層間絕緣膜部交互地並排的總寬度2900μm的條紋圖案的表面形狀。接下來,如第5圖(b)所示,求得由線路金屬部近旁的層間絕緣膜部上端到被過度切削的層間絕緣膜部下端的距離(C)作為裂縫量。
再者,第5圖是上述附有銅線路之圖案基板的寬度100μm的線路金屬部、寬度100μm的層間絕緣膜部交互地並排的區域的剖面概要圖,符號11是表示層間絕緣膜,符號15是表示線路金屬層,符號50是表示研磨前的狀態,符號60是表示層間絕緣膜部的線路金屬的近旁,符號70是表示裂縫,符號C則是表示由線路金屬部近旁的層間絕緣膜部上端到過度地被切削的層間絕緣膜部的下端的距離。
(對鈷的蝕刻量(Co-ER)的評價)
在八吋的矽基板上以CVD法形成厚度300nm的鈷層來準備覆面基板(a)。將上述覆面基板(a)切成20mm四方型的小片來準備評價用小片(b)。
在注入前述各研磨液50公克的燒杯中分別放入前述評價用小片(b),在60℃的恆溫槽內浸漬1分鐘。取出浸漬後的評價用小片(b),以純水充分地清洗後,以氮氣吹拂小片上的水分來乾燥。以電阻計測定乾燥後的評價用小片(b)的電阻,換算成下述式(1)中浸漬後的鈷層的膜厚。
覆面基板(a)的各膜厚分別由對應的電阻值的資料的校準曲線來獲得,並藉由下述式(1),求得鈷層的膜厚。浸漬後的鈷層的膜厚[nm]=104.5×(評價用小片(b)的電阻值[m Ω]/1000)-0.893…(1)
然後,藉由下述式(2),從獲得的浸漬後的鈷層的膜厚與浸漬前的鈷層的膜厚,來求得鈷層的蝕刻速度。
鈷層的蝕刻速度(Co-ER)[nm/分鐘]=(浸漬前的鈷層的膜厚[nm]-浸漬後的鈷層的膜厚[nm])/1分鐘…(2)
以上的評價結果記錄在表2和表3。
(研磨速度的評價)
覆面基板的研磨速度的評價中,分別使用以下的基板(a)~(e)。
覆面基板(a):以CVD法形成鈷(厚度:300nm)的矽基板。
覆面基板(b):以電解電鍍法形成銅(厚度:1000nm)的矽基板。
覆面基板(c):以濺鍍法形成氮化鉭(厚度:200nm)的矽基板。
覆面基板(d):以CVD法形成二氧化矽(厚度:1000nm)的矽基板。
覆面基板(e):形成有機矽酸鹽玻璃(厚度:1000nm)的矽基板。
使用上述覆面基板(a)~(e),藉由實施例1~15,在上述基板研磨條件下實行60秒鐘的化學機械研磨。
[研磨速度的計算]
使用化學機械研磨後的覆面基板(a)~(e),以下述方法算出研磨速度。
鈷膜:使用金屬膜厚測定裝置(日立國際電氣股份有限公司製造,商品型號:VR-120/08S)來測定覆面基板(a)的研磨前後的電阻,接下來與前述的鈷層的蝕刻速度的計算相同地,使用下述(1)式,算出鈷層的研磨前後的膜厚。
膜厚[nm]=104.5×(鈷層的電阻值[mΩ]/1000)-0.893…(1)
使用(1)的計算結果所獲得的鈷層的研磨前後的膜厚,來評價鈷膜研磨時的研磨速度(Co研磨速度)[nm/分鐘]。
銅膜、氮化鉭膜:關於覆面基板(b)和(c),使用金屬膜厚測定裝置(日立國際電氣股份有限公司製造,商品型號:VR-120/08S)來測定研磨前後的膜厚差,由獲得的結果來評價銅膜研磨時的研磨速度(Cu研磨速度)[nm/分鐘]與氮化鉭膜研磨時的研磨速度(TaN研磨速度)[nm/分鐘]。
二氧化矽膜、有機矽酸鹽玻璃膜:使用膜厚測定裝置(大日本SCREEN製造股份有限公司製造,商品型號:Lambda Ace,VL-8000LS)來測定研磨前後的膜厚差,由獲得的結果來評價二氧化矽膜研磨時的研磨速度(SiO2研磨速度)[nm/分鐘]與有機矽酸鹽玻璃膜研磨時的研磨速度(SiOC研磨速度)[nm/分鐘]。
該等的結果表示於表4。
[表1]
[表2]
如表2清楚可知,在實施例1~15中,藉由同時包含特定的甲基丙烯酸系聚合物、特定的二羧酸和金屬防蝕劑可有效地抑制沖蝕和裂縫,獲得被研磨面的高平坦性。又,得知在60℃的條件下亦可顯著地抑制鈷的蝕刻速度。
另一方面,表3的比較例1~7、11中,雖然其沖蝕和裂縫與實施例有相同的值,但鈷的蝕刻速度較大。又,表3的8~9中,沖蝕是430~570Å,裂縫是260~340Å且大規模地發生,故被研磨面的平坦性較低。表3的比較例10中,因為層間絕緣膜研磨量並不充分,又pH值超過5所以鈷的蝕刻速度較快。
由表4實施例1~15,得知:對鈷、銅、氮化鉭、二氧化矽和有機矽酸鹽玻璃可以獲得良好的研磨速度。由此,認為:在包含前述甲基丙烯酸系聚合物與前述羧酸化合 物的本發明的研磨液中,使用前述特定甲基丙烯酸系聚合物來抑制沖蝕和裂縫,又使用前述甲基丙烯酸系聚合物與前述特定二羧酸化合物,並將pH值設為4以下,可抑制鈷的蝕刻。亦即,由上述的結果顯示:根據本發明的研磨液可抑制沖蝕和裂縫,在研磨包含鈷元素的層時,包含鈷元素的層會被過度地蝕刻,且能夠有效地抑制因腐蝕產生的細縫來進行研磨。

Claims (15)

  1. 一種研磨液的製造方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在前述溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲基丙烯酸系聚合物的步驟;及,混合前述甲基丙烯酸系聚合物、羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;其中,前述羧酸化合物,含有選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、下述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、前述鄰苯二甲酸化合物的酸酐和前述二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種,並且,前述研磨液的pH值為4以下,HOOC-R-COOH……(I)上述通式(I)中,R的碳數是3~10且作為構成元素僅包含碳和氫。
  2. 如請求項1所述的研磨液的製造方法,其中,前述水系溶劑由水、或水和有機酸所組成。
  3. 如請求項1或2所述的研磨液的製造方法,其中,前述研磨液是用以化學機械研磨基體之研磨液,該基體包含鈷。
  4. 如請求項1~3中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,前述甲基丙烯酸系聚合物是選自由甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物所組成之群組中的至少一種。
  5. 如請求項1~4中任一項所述的研磨液的製造方法,其 中,前述金屬防蝕劑含有具三唑骨架之化合物。
  6. 如請求項1~5中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,進一步混合有機溶劑來獲得前述研磨液。
  7. 如請求項1~6中任一項所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,進一步混合氧化劑來獲得前述研磨液。
  8. 如請求項7所述的研磨液的製造方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,混合第一液與包含前述氧化劑之第二液來獲得前述研磨液,該第一液包含前述甲基丙烯酸系聚合物、前述羧酸化合物、前述研磨粒子和前述金屬防蝕劑。
  9. 一種研磨方法,其具備:使聚合起始劑溶解於不含無機酸之水系溶劑中而獲得溶液的步驟;在前述溶液中,使至少包含甲基丙烯酸之單體成分聚合而獲得甲基丙烯酸系聚合物的步驟;混合前述甲基丙烯酸系聚合物、羧酸化合物、研磨粒子和金屬防蝕劑而獲得研磨液的步驟;準備包含鈷之基體的步驟;及,使用前述研磨液,化學機械研磨前述基體的步驟;其中,前述羧酸化合物,含有選自由鄰苯二甲酸化合物、異苯二甲酸化合物、下述通式(I)所表示的二羧酸化合物、該等的鹽類、前述鄰苯二甲酸化合物的酸酐和前述二羧酸化合物的酸酐所組成之群組中的至少一種, 並且,前述研磨液的pH值為4以下,HOOC-R-COOH……(I)上述通式(I)中,R的碳數是3~10且作為構成元素僅包含碳和氫。
  10. 如請求項9所述的研磨方法,其中,前述水系溶劑由水、或水和有機酸所組成。
  11. 如請求項9或10所述的研磨方法,其中,前述甲基丙烯酸系聚合物是選自由甲基丙烯酸的均聚物、及甲基丙烯酸與可和該甲基丙烯酸共聚合的單體之共聚物所組成之群組中的至少一種。
  12. 如請求項9~11中任一項所述的研磨方法,其中,前述金屬防蝕劑含有具三唑骨架之化合物。
  13. 如請求項9~12中任一項所述的研磨方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,進一步混合有機溶劑來獲得前述研磨液。
  14. 如請求項9~13中任一項所述的研磨方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,進一步混合氧化劑來獲得前述研磨液。
  15. 如請求項14所述的研磨方法,其中,在獲得前述研磨液的步驟中,混合第一液與包含前述氧化劑之第二液來獲得前述研磨液,該第一液包含前述甲基丙烯酸系聚合物、前述羧酸化合物、前述研磨粒子和前述金屬防蝕劑。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI630286B (zh) * 2015-10-21 2018-07-21 卡博特微電子公司 用於改善凹陷之鈷抑制劑組合
TWI756356B (zh) * 2017-02-08 2022-03-01 日商昭和電工材料股份有限公司 研磨液及研磨方法
TWI838532B (zh) * 2019-06-20 2024-04-11 日商富士軟片股份有限公司 研磨液及化學機械研磨方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10283373B2 (en) 2014-07-09 2019-05-07 Hitachi Chemical Company, Ltd. CMP polishing liquid and polishing method
JP6900366B2 (ja) * 2015-08-12 2021-07-07 ビーエイエスエフ・ソシエタス・エウロパエアBasf Se コバルトを含む基板の研磨のための化学機械研磨(cmp)組成物の使用方法
JP2017107918A (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 日立化成株式会社 Cmp用研磨液及びその製造方法、並びに、研磨方法
JP6620597B2 (ja) * 2016-02-29 2019-12-18 日立化成株式会社 Cmp研磨液及び研磨方法
JP2020152748A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 三菱ケミカル株式会社 導電性ポリマー及びその製造方法と、導電性組成物

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5688407A (en) * 1979-12-20 1981-07-17 Sumitomo Chem Co Ltd Preparation of high-molecular weight, water-soluble polymer
JP3117619B2 (ja) * 1995-06-07 2000-12-18 花王株式会社 (メタ)アクリル酸系(共)重合体の製造方法
JPH10204108A (ja) * 1997-01-22 1998-08-04 Idemitsu Kosan Co Ltd アクリル酸系重合体の製造方法
JPWO2005012369A1 (ja) * 2003-08-04 2006-09-14 住友精化株式会社 吸水性樹脂の製造方法
JPWO2007116770A1 (ja) * 2006-04-03 2009-08-20 Jsr株式会社 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法、ならびに化学機械研磨用水系分散体を調製するためのキット
US8609541B2 (en) * 2007-07-05 2013-12-17 Hitachi Chemical Co., Ltd. Polishing slurry for metal films and polishing method
JP2009242594A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Nippon Shokubai Co Ltd (メタ)アクリル酸系重合体の製造方法
JP2012134358A (ja) * 2010-12-22 2012-07-12 Hitachi Chem Co Ltd Cmp研磨液及び研磨方法
JP6051632B2 (ja) * 2011-07-20 2016-12-27 日立化成株式会社 研磨剤及び基板の研磨方法
JP2013197526A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Hitachi Chemical Co Ltd Cmp用研磨液及び研磨方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI630286B (zh) * 2015-10-21 2018-07-21 卡博特微電子公司 用於改善凹陷之鈷抑制劑組合
TWI756356B (zh) * 2017-02-08 2022-03-01 日商昭和電工材料股份有限公司 研磨液及研磨方法
TWI838532B (zh) * 2019-06-20 2024-04-11 日商富士軟片股份有限公司 研磨液及化學機械研磨方法

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