TWI241339B - Anionic abrasive particles treated with positively-charged polyelectrolytes for CMP - Google Patents

Description

(i) 1241339 玖、發明說明 圖式簡單說明) (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及 技術領域 本發明係關於包含覆有聚電解質之研磨劑的抛光組八 物及其在化學機械拋光方面之使用方法。 先前技術 平面化或拋光基板表面之組合物及方法係為本領域之 習知的技術。拋光組合物（亦為所知之拋光漿液）一般係在 水溶液中含有研磨物質並可藉表面與飽有該拋光組合物 之拋光墊接觸而應用在該表面上。典型的研磨物質包括二 氧化矽、氧化鈽、氧化鋁、氧化锆及氧化錫。例如，美國 專利第5,527,423號描述一種藉表面與拋光漿液接觸以化 學機械拋光金屬層的方法，其中該拋光漿液係在水性媒介 中含有高純度之細金屬氧化物粒子。或者，將研磨物質摻 入拋光墊中。美國專利第5,489,233號揭示具有表面網紋或 圖案之拋光蟄的用途，而美國專利第5,958,794號揭示一種 固定研磨抛光塾。 慣用拋光系統及拋光方法一般在平面化半導體晶圓方 面不全然令人滿意。特定言之，拋光組合物及拋光墊的拋 光速率不盡理想，而且用於化學機械拋光半導體表面時所 獲得的表面品質不佳。因為半導體晶圓的性能係與其表面 的平面性有直接關係，因此使用一種可獲得高拋光效率、 均勻度及去除率並留下最少表面缺陷之高品質拋光的拋 光組合物及方法是重要的。 創造半導體晶圓用之有效拋光系統的困難度係源自於 (2) 1241339

+寸m日曰圓的稷雜性。半導體晶圓一 ^ w . 殺係由一板上已形成 多個電晶體之基板所構成的。積體 ^ ^ " %路係藉圖案化基板中 之區域及基板上之各層以化學及物 子及物理方式連接基板。為製 造可操作的半導體晶圓並最大仆曰 日U上取大化晶圓產量、性能及可靠 性，希望能拋光所選晶圓砉 曰曰U表面，而對下面結構或地形無不 利影響。事實上’若程序步騾不是在經適當平面化之晶圓 表面上完成，則半導體製造時可能發生許多問題。 聚電解質在化學機械拋光組合物中之使用是普遍已知 的技術。在某些例子中，聚電解質係用作欲去除表面層之 錯合劑。在其他例子中，添加聚電解質以作為分散劑、增 稠劑或絮凝劑改良拋光組合物的性質。而且在其他例子 中’聚電解質係用於改良研磨粒子表面。 下列專利及專利申請案係揭示含有聚電解質之拋光組 合物’其中該聚電解質傳說可錯合基板表面。美國專利第 6,099,604號揭示一種拋光組合物，其包含溶劑、研磨粒子 及聚叛酸钳合劑。該鉗合劑傳說可安定被化學機械拋光程 序逐出之基板邵分。W0 99/64527揭示一種拋光組合物，其 包含水、研磨劑、氧化劑、視情況選用之錯合劑及/或分 散劑和有機聚合物以緩和地去除氧化物膜。W0 01/14496 揭示一種拋光組合物，其包含主鏈含至少16個碳之有機聚 合物及視情況選用之研磨粒子、防止研磨粒子結塊之分散 劑、氧化劑和錯合劑。有機聚合物係被設計成黏在已拋光 晶圓表面，因此可消除殘留物的刮傷及再沈積。美國專利 第6,117,775號揭示一種掀光組合物，其包含低於1重量％之

1241339 (3) 研磨粒子、氧化劑、有機酸及傳說可抑制蝕刻及氧化作用 的界面活性劑。美國專利第6,303,049號揭示一種拋光組合 物，其包含研磨劑、增磨劑（亞磷酸）及水溶性陰離子性化 學藥品（如含丙烯酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽之化合物、聚合 物及/或共聚物）。該陰離子性化學藥品傳說在拋光期間可 覆蓋在金屬膜表面上。 下列專利及專利申請案係揭示含有聚電解質之拋光組 合物，其中該聚電解質傳說可用於改良拋光組合物的性 質。美國專利第4,752,628號揭示一種拋光組合物，其係由 細分無機研磨劑、殺蟲劑、羧酸分散劑聚合物、瘦酸聚合 物增稠劑、腐蝕抑制劑及視情況選用之潤滑劑組成的。美 國專利第4,867，乃7號揭示一種pH大於8·5之拋光組合物， 其係由細分無機研磨劑、羧酸分散劑聚合物及潤滑劑組成 的。美國專利第5，123,958號揭示一種拋光組合物，其包含 研磨劑、含有聚乙烯基醇及水之混合物的凝膠型載劑和視 情況選用之聚電解質絮凝劑。美國專利第5,352,277號揭示 一種拋光組合物，其包含水、膠狀二氧化矽、水溶性聚合 體化合物及驗性pH之水溶性鹽。該聚合體化合物傳說可 幫助拋光期間在拋光墊與基板表面之間形成正規層流。美 國專利第5,860,848號揭示一種拋光組合物，其包含水、次 微米二氧切粒子、鹽、胺化合物及…七之聚電解質。 該聚電解質傳說可降低粒子對基板表面的黏性。美國專利 第6，117,220號揭示一種拋光組合物，其包含水、聚苯乙烯 續酸、無機或有機酸及研磨劑。該聚苯乙埽續酸傳說可用 l24l339 (4)

於絮凝化研磨粒子，產生一種在化學機械拋光期間具有良 好防沫性質及低表面腐蝕發生率之拋光組合物。美國專利 第6,117,783號揭示一種抛光組合物，其包含經基胺化合物 及足夠的聚電解質以驅離粒子隔開彼此與基板表面。美國 專利第6,132,637號揭示一種拋光組合物，其包含水性媒 介、研磨劑、界面活性劑、有機聚合物及錯合劑，其中該 錯合物具有兩個或多個可錯合二氧化矽及氮化矽之酸 基。該有機聚合物傳說可用於提高拋光組合物的黏度並抑 制欲以遠抛光組合物進行抛光之基板剖傷。美國專利第 6，171，352號揭示一種拋光組合物，其包含水性媒介、研磨 劑、研磨加速劑及視情況選用可降低拋光組合物黏度的硝 酸鹽或陰離子性界面活性劑（如聚羧酸）。JP 1087146揭示一 種含有研磨劑及聚本乙烯橫酸之拋光組合物，其傳說係用 作分散劑並改善拋光成效。 下列專利及專利申請案係揭示含有研磨粒子之拋光組 合物，其中該研磨粒子傳說可與聚電解質以靜電方式相互 作用。美國專利第5,876,490號揭示一種拋光組合物，其包 含研磨粒子及電荷不同於研磨粒子之聚電解質（分子量為 500至10,000)。該聚電解質傳說可覆蓋在研磨粒子表面 上，導致較佳拋光行為。EP 1 〇36 836 A1揭示一種拋光組 合物，其包含一種熱塑性樹脂之聚合物粒子與無機粒子的 水性分散液，其中該無機粒子具有相反ζ -電位並且係以靜 電力結合。同樣地，ΕΡ 1 1〇4 778 Α2揭示一種含有複合粒 子之拋光組合物，其中該複合粒子係由無機粒子與相反ζ-

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電位之聚合物粒子組成的。EP 1 1 18 647 A1揭示一種拋光 組合物，其包含研磨劑、氧化劑、共氧化劑及抗凝結劑。 該抗凝結劑傳說可用於安定膠體粒子。對抗凝結劑之分子 量範圍無任何描述。JP 200164631揭示一種拋光組合物， 其包含研磨劑及含有磺酸基之聚合物或共聚物（MW為 5,000至20,000)。該聚合物傳說可黏在化學機械拋光期間所 產生的拋光廢棄物上。WO 01/02134揭示一種包含水性媒介 及研磨粒子之拋光組合物，其中該研磨粒子係藉離子性物 種（如聚電解質及界面活性劑）的存在保留在亞安定相 中，而該離子性物種係覆蓋研磨粒子表面。 但是，仍需要可呈現理想的平面化效率、均勻度及拋光 和平面化基板期間之去除速率，同時最小化缺陷如表面瑕 疵及拋光和平面化期間對下面結構及地形之危害的拋光 系統及抛光方法。

本發明尋求提供此種化學機械拋光系統及方法。由在此 所提供之本發明描述可清楚了解本發明這些及其他優點。 發明内容 本發明提供化學機械拋光（"CMP")系統，其包含（a)研磨 劑，（b)液體載劑，及（c)分子量為1 5,000或更高之正電性 聚電解質，其中該研磨劑包含與正電性聚電解質靜電結合 之粒子。本發明另提供利用該化學機械拋光系統拋光一基 板的方法。 實施方式 本發明係關於化學機械拋光（nCMP’f)系統，其包含研磨 -10-

1241339 (6) 劑、液體載劑及正電性聚電解質。該正電性聚電解質的分 子量為15,000或更高。該研磨劑包含與正電性聚電解質靜 電結合之粒子。

該CMP系統一般進一步包括拋光墊。該研磨粒子可為任 何適合粒子並可固定在拋光墊上及/或可呈微粒形態並懸 浮於液體載劑中。該拋光墊可為任何適合的拋光墊。該研 磨劑（當存在並懸浮在液體載劑中時）與正電性聚電解質 以及任何懸浮於液體載劑之其他組份形成CMP系統之拋 光組合物。

該正電性聚電解質與研磨粒子係以靜電方式結合使至 少一部分粒子表面被聚電解質所覆蓋。該聚電解質係呈正 電性並與任何在CMP系統之pH下具有適合ζ-電位的研磨 粒子結合。研磨粒子之ζ-電位相當於研磨粒子周圍之離子 與整個溶液（如液體載劑及任何溶於其中之其他組份）間 的電荷差。研磨粒子之ζ-電位將隨pH而變。研磨粒子在 CMP系統之pH下最好具有負ζ·電位。在某些例子中，具有 負ζ -電位之研磨粒子可在具有正ζ -電位之研磨粒子暴露 於正電性聚電解質中之前，以反電荷劑處理之而獲得。該 反電荷劑一般為無機酸、有機酸或其鹽。例如，該反電荷 劑可為酒石酸。 該研磨粒子可為任何適合研磨粒子，例如該研磨粒子可 為天然或合成的並可包含鑽石（如多晶質鑽石）、石榴石、 玻璃、金剛砂、金屬氧化物、碳化物、氮化物及類似物。 一般，研磨粒子係選自由二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、 -11-

1241339 ⑺ 氧化#、三氧化二鈽、氧化鍺、氧化鎂、氮化矽、碳化矽、 碳化硼、碳化鈦、二硼化鈦、碳化鎢、鑽石、其共形成產 物及其組合物組成之群。較佳地，研磨粒子包含二氧化矽 或氧化鋁。 正電性聚電解質可為任何適合的正電性聚電解質，而且 CMP系統可包含一或多種此類正電性聚電解質。該正電性 聚電解質最好是一種含有正電性官能基之聚合物或界面 活性劑。一般，正電性聚電解質包含以氮為基質之官能 基。例如，聚電解質可為含有一級、二級、三級或四級胺 官能基之聚胺或其混合物。聚電解質可為具有親水性（含 氮）頭基及疏水性尾基之陽離子性界面活性劑。聚電解質 最好包含一或多個重複單位，其中該重複單位係包含選自 由胺、醯胺、醯亞胺、亞胺、烷基胺及胺基醇組成之群的 官能基。聚電解質為只含上述重複單位之聚合物或共聚 物，或者為含有這些重複單位中之一或多個結合其他（較 佳係非離子性）重複單位，例如環氧乙烷、環氧丙烷、苯 乙婦及其混合物之共聚物。非離子性重複單位可存在於正 電性聚電解質中以在錯合重複單位間導入空間關係。非離 子性重複單位在聚電解質中的存在數目最好不超過重複 單位總數之99%(如95%)。較佳地，非離子性重複單位在 聚電解質中的存在數目不超過9 0 % (如85%)。聚電解質也 可是一種含有上述重複單位結合其他重複單位之共聚 物，其中該其他重複單位包含包括，例如醇類、膦酸、膦 酸酯、硫酸酯、磺酸、磺酸酯、磷酸酯、羧酸、羧酸酯及

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1241339 (8) 其混合物等官能基。聚電解質可為一均聚物、雜亂共聚 物、又替共聚物、規則共聚物、嵌段共聚物（如AB、ΑΒΑ、 ABC等）、接枝共聚物或梳狀共聚物。 非離子性或其他含有官能基之重複單位與陽離子性含 乳重複單位結合可最佳化C μ P的成效。經由重複單位之類 犁及相對量的變化可改良並最佳化正電性聚電解質與研 磨粒子表面、基板表面、拋光墊表面及液體載劑之相互作 用。適合的聚電解質包括聚伸乙基亞胺、聚胺基醯胺、聚 (二婦丙基二甲基氯化銨）、聚（二甲基胺·共·表氯醇）、聚 (平基丙晞酸氧基乙基三甲基氯化銨）、聚（甲基丙烯醯氧 基乙基二甲基苯甲基氯化銨）、聚（乙烯基苏咯酮）、聚（乙 烯基味吃）、聚（乙烯基苏啶）、聚（乙烯基胺）、含有側胺基 之珍氧k聚合物或共聚物及其組合物。較佳地，正電性聚 電解質是聚伸乙基亞胺。 在第一個具體實施例中，正電性聚電解質與研磨粒子之 結合係形成膠體安定的研磨劑。膠體相當於研磨粒子懸浮 在液心載劑中。膠體安定性係相當於隨時間保持懸浮狀 Β 在本發明文中’將研磨劑放入i 〇 〇毫升量筒中並使其 未攪拌靜置2小時的時間，若量筒底部5〇毫升之粒子濃度 ([B]，以克/¾升為單位）與量筒頂部5〇毫升之粒子濃度 ([T]，以克/ ¾升為單位）間的差除以研磨組合物中粒子的 不刀派度（[c ] ’以克/亳升為單位）係小於或等於〇. 5 (即 {[B]-[T]}/[C]^0.5) ’則研磨劑被視為是膠體安定的。第一 個具體實施例 < 正電性聚電解質的分子量最好為15,〇〇〇或 -13-

1241339 ⑼ 更高（如20,000或更高）。一般，正電性聚電解質的分子量 為5,000,000或更低。較佳地，正電性聚電解質的分子量為 2〇,〇〇〇 至 3,000,000(如 35,000 至 2,000,000 或 50,000 至 1，000,000) 。預期高分子量聚電解質（如15,000或更高）可提供研磨粒 子周圍比低分子量（如10,000或更低）聚電解質更厚之立體 屏壁。在非常高的分子量（如MW為3,000,000或更高，如 2,000,000或更高）下，研磨劑的膠體安定性可能降低。 在第二個具體實施例中，正電性聚電解質的分子量最好 為15,〇〇〇或更高（如20,000或更高）至2,000,000或更低。較佳 地’正電性聚電解質的分子量為20,000至1，50〇,〇〇〇(如5〇 〇〇〇 至 1，000,000)。 當研磨劑係存在於CMP系統中並懸浮於液體載齊】中時 (即當研磨劑為拋光組合物之組份時），任何適合量之研磨 則皆可存在於拋光組合物中。一般，〇.〇1重量0/〇或更多（如 ϋ·〇5重量％或更多）研磨粒子將存在於拋光組合物中。更普 遍地’0· 1重量％或更多研磨粒子將存在於拋光組合物 中。拋光組合物中的研磨粒子量一般將不超過2〇重量％， 更普遍地將不超過1 〇重量％(如將不超過5重量％)。較佳 也’拋光組合物中的研磨粒子量為0.05重量〇/〇至8重量％， 更佳係0 · 1重量％至5重量％，最佳係0 · 5重量％至3重量％。 液體載劑係用於幫助研磨劑（當存在並懸浮於液體載劑 中時）及正電性聚電解質或其鹽類和任何選用添加劑應用 在砍拋光或平面化之適合基板表面上。液體載劑一般為水 性載劑並可只為水，可包含水與可與水互溶之適合溶劑， -14- 1241339

(10) 或者為乳液。可與水互溶之適合溶劑包括醇類如甲醇、乙 醇等。較佳地，水性載劑係由水組成，更佳係由去離子水 組成。 在此所描述之CMP系統的pH係保持在適合其希望最終 用途之範圍内。CMP系統中所用的pH係視數項因素而 足’包括（i)聚電解質的PKa(當聚電解質為含氮聚合物或 界面活性劑時），（ii)研磨粒子之ς_電位及（iH)欲拋光基板 之類型。含氮聚電解質之陽離子性質為pH相依性質。為 確保聚電解質充分覆蓋（如吸附）在研磨粒子上，最好調整 pH使5%或更多聚電解質之官能基是呈正電性。這係指 CMP系統的pH最好比5%或更多聚電解質之官能基的pKa 至少低1單位。而且，研磨粒子在CMp系統之pH下應具有 負ζ -電位。因此p Η應保持在高於研磨粒子之等電點（ζ _電 位為零之pH)的值。 當CMP系統與拋光含銅基板結合使用時，pH最好為7或 更低，較佳為3至6，更佳係3·5至5(如pH為4)。當CMP系 統係用於撖光含舶基板時’ p Η最好為2至7。當C Μ P系統係 用於拋光含釕基板時，pH最好為5或更高，較佳係7至1 1 。當CMP系統係用於拋光一含銀基板時，pH最好為5至12 ，較佳係7至9。 C Μ P系統視情況進一步包括氧化劑。該氧化劑可為任何 適合的氧化劑。適合的氧化劑包括無機及有機過-化合 物、溴酸鹽、硝酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、鐵及銅鹽 (如硝酸鹽、硫酸鹽、EDTA及檸檬酸鹽）、稀土及過渡金 -15- (ii) 1241339 屬氧化物（如四氧化锇）、鐵氰化雀 、重路酸卸、琪酸及類 似物。過-化合物（如Hawley的濃給几 辰、、僻化學字典所定義般）是含 至少一個過氧基一）之化 、 0物或含有最高氧化態元 素之化合物。含有至少一個過夤1、 卷之化合物實例包括（但 不限於）過氧化氫及其加成物如過~ —

位乳氧棋及過碳酸鹽、有 機過氧化物如過氧化苯甲醯、渦7 A 心乙酸及二-第三丁基過氧 化物、單過硫酸鹽（so52·)、二過薜 、 鳥故鹽（S2082-)及過氧化 鈉。含最高氧化態元素之化合物余 只例包括（但不限於）過碘 酸、過破酸鹽、過漠酸、過漠酸 I、過氯酸、過氯酸鹽、 過硼酸、過硼酸鹽及過錳酸鹽。,h W乳化劑最好為過氧化氫。 CMP系統視情況進一步包括腐名 肉令虫抑制劑（即成膜劑）。該 腐蝕抑制劑可為任何適合的腐蝕永 *抑制劑。一般，腐蝕抑制 劑為含有具雜原子官能基之有機化合物。例如，成膜劑為 具有至少一個5或6員雜環作為活性官能基之雜環有機化 合物，其中該雜環包含至少一個氮原子，例如唑化合物。 較佳地，成膜劑為三唑，更佳係丨，2,4_三唑、丨，2,3·三唑或 苯并三唑。 C Μ P系統視情況進一步包括非離子性界面活性劑。適合 的非離子性界面活性劑之實例為Tetronic®界面活性劑，可 由BASF公司購得。 CMP系統視情況進一步包括鉗合或錯合劑。該錯合劑為 任何適合提高欲去除基板層之去除速率的化學添加劑。適 合的钳合或錯合劑可包括，例如羰基化合物（如乙醯丙酮 化物及類似物）、簡單羧酸鹽（如乙酸鹽、芳基羧酸鹽及類 -16 -

1241339 (,) 似物）、含有一或多個輕基之叛酸鹽（如乙醇酸鹽、乳酸 豳、葡糖酸鹽、沒食子酸及其鹽類和類似物）、二-、三- 及多-羧酸鹽（如草酸鹽、苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽、肉桂酸 瞒、酒石酸鹽、韻果酸鹽、乙二胺四乙酸鹽（如EDT A二 钟）、其混合物及類似物）、含有一或多個磺酸及/或膦酸 基之羧酸鹽及類似物。適合的钳合或錯合劑也包括，例如 -三-或多元醇（如乙二醇、鄰苯二酚、連苯三酚、丹 ——_ 寧酸及類似物）及含胺化合物（如氨、胺基酸、胺基醇、二 _、三-及聚胺和類似物）°較佳地，錯合劑是羧酸鹽，更 佳係為草酸鹽。射合或錯合劑的選擇將視欲去除基板層的 類型而定。 應了解許多上述化合物係以鹽（如金屬鹽、銨鹽或類似 物）、酸或部分鹽的型態存在。例如，檸檬酸鹽包括擰檬 酸以及其單-、二-和三-鹽；苯二甲酸鹽包括苯二甲酸以 及其單鹽（如苯二甲酸氫鉀）和二鹽；過氯酸鹽包括對應酸 (如過氯酸）以及其鹽類。再者，特定化合物或試劑可完成 超過一種功能。例如，部分化合物可作為鉗合劑及氧化劑 (如特定硝酸鐵及類似物）。 在此所描述之C Μ P系統可用於抛光（如平面化）基板。抛 光一基板的方法係包括（0提供化學機械拋光系統，（ii)令 基板與該化學機械拋光系統接觸，及（iii)磨掉至少一部分 基板以抛光咸基板。遠化學機械抛光系統最好可用於抛光 包含至少一個金屬層及視情況選用一絕緣層之基板的方 法中，藉此使基板與該化學機械拋光系統接觸並磨掉基板 -17·

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中至少一部分金屬層或絕緣層（若存在）使金屬層或絕緣 層變亮。該基板可為任何適合的基板（如積體電路、記憶 體或硬碟、金屬、ILD層、半導體、微電機械系統、鐵電、 磁頭、聚合膜及低和高介電常數膜）並可包含任何適合的 絕緣、金屬或金屬合金層（如金屬傳導層）。該絕緣層可為 金屬氧化物、多孔金屬氧化物、玻璃、有機聚合物、氟化 有機聚合物或任何其他適合的高或低-k絕緣層。該絕緣層 最好包含氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氧化鋁或 介電常數為3.5或更低之物質。金屬層最好包含銅、鎢、 鈦、鋁、鈕、鉑、釕（如二氧化釕）、铑、銥（如二氧化銥）、 鎳、鐵或鉛。

本發明CMP系統可以相當高的速率及理想的平面化效 率、均勻度、去除速率和拋光一基板期間所呈現的選擇性 拋光（如平面化）基板。特定言之，CMP系統可理想地以較 低缺陷拋光一基板。包含覆有正電性聚電解質之粒子的研 磨劑可提供（a)較低粒子結塊作用，（b)粒子之機械及化學 性質的改變及（〇粒子之ζ-電位的改變，其可降低欲拋光 基板上表面缺陷的數目。包含覆有正電性聚電解質之粒子 的研磨劑也可在基板層之間提供較佳選擇性。例如，相對 於未經覆蓋之研磨粒子，覆有含胺聚電解質之研磨粒子對 絕緣層的去除速率較低。 下列實例進一步說明本發明，但當然不應解釋成可以任 何方式限制其範圍。 -18 -

1241339 實例1 此實例說明一種根據本發明呈現膠體安定性之覆有聚 電解質之研磨粒子的製造方法。

一種聚（二甲基胺-共-表氯醇-共-伸乙基二胺）溶液（5 0 重量％，MW〜75,000)係溶於去離子水中，以濃硫酸調整 pH，因此在加入二氧化矽後，最終pH為4.5。然後以20,000 rpm的速度掺合混合物。在摻合期間以6分鐘的時間緩慢地 將膠狀二氧化矽粒子之懸浮液（50重量％，120毫微米，pH 4.5之ζ-電位為-15至-20毫伏特）加入混合物中。另外摻合 此混合物1分鐘，產生一含有12重量％二氧化矽及2.5重量 %聚電解質之最終組合物。所得覆有聚電解質之二氧化矽 粒子的平均粒徑為132毫微米。在pH 4.5下所量得之ζ-電位 為+28毫伏特。

覆有聚電解質之二氧化矽粒子與正電性氧化鋁粒子混 合（組合物1 A，本發明）。類似未經處理之二氧化矽粒子也 與正電性氧化鋁粒子混合（組合物1 B，控制組）。混合時， 覆有聚電解質之研磨組合物（1 A)保持膠體安定，不像未經 處理之研磨組合物（1 B )般絮凝及沈降。 此實例證明覆有聚電解質之研磨粒子可容易地製得及 儲存以供日後用於化學機械拋光程序中。此實例也證明覆 有聚電解質之粒子可克服未經處理之研磨劑所遭遇到的 安定性問題。 實例2 此實例說明覆有聚電解質之研磨粒子不會隨時間而結塊。 -19- 1241339 - (15) L^g] 以〇·625重量％聚伸乙秦炎胺溶於去曰離子水所形成 的溶液處理一種煙燻二氧化矽分散液（5重量％，ΡΗ 7之ζ-電位為-2 0亳伏特，丨5 6亳微米）。施予該在奋物同切變約2 〇 分鐘，產生—種在pH 7卞ζ-電為+15毫伏特之膠體安定組 合物。所得研磨組合物的枣均粒徑為1 5 8毫微米。27天後， 平均粒徑為167亳微米。 此實例證明覆有正電性聚電解質之研磨粒子是南度安定的。 實例3 此實例證明具有正ζ -電位之研磨粒子可在與反電荷劑 接觸時轉換電荷並被正電性聚電解質覆盍以產生安定覆 有聚電解質之研磨粒子分散液。 一種煙壎氧化銘分散液（3重量％，pH 6之ζ -電位=+ 3〇至 + 4 0耄伏特）與酒石酸（1.2 5重量％ )混合。所得研磨粒子分 散液在pH 7時的ζ-電位為-15毫伏特，因此證明具有正^ 電位之研磨劑可藉該研磨劑與反電荷劑接觸而轉換電荷。 同樣地以含有酒石酸（1〇〇 ppm)及聚伸乙基亞胺（〇 125重 量％)之水溶液處理另一種相同類型之煙燻氧化鋁分散液 (3重量％，pH 6之ζ-電位=+ 3〇至+4〇毫伏特）並施予高切變 20分鐘。所得覆有聚伸乙基亞胺之氧化鋁粒子分散液的安 定性超過4個月。 此實例證明具有正ζ-電位之研磨粒子可用於本發明 中’其條件為該研磨粒子係經反電荷劑的處理。此類研磨 粒子可被正電性聚電解質覆蓋並證明隨時間對絮凝作用 及沈降有良好抵抗力。 -20-

Claims (1)

1241339 第092101952號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(94年4月）Μ 4. 12 拾、申請專利範圍 1. 一種化學機械抛光系統，其包括： (a) 研磨劑； (b) 液體載劑；及 (c) 分子量為15,000或更高之正電性聚電解質； 其中該研磨劑是膠體安定的並包括與該正電性聚電解 質靜電結合之粒子，及其中該研磨劑之ζ -電位係遠正 於與該正電性聚電解質靜電結合之粒子之ζ_電位。 2. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中與該 正電性聚電解質靜電結合之粒子之ζ-電位是負的。 3. 如申請專利範圍第2項之化學機械拋光系統，其中具有 負ζ-電位並與該正電性聚電解質靜電結合之粒子可藉 反電荷劑處理具有正ζ -電位之粒子獲得。 4. 如申請專利範圍第3項之化學機械抛光系統，其中該反 電荷劑為無機酸、有機酸或其鹽。 5. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中該研 磨劑包括選自由二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化 锆、三氧化二錦、氧化鍺、氧化鎂、氮化矽、竣化矽、 碳化硼、碳化鈦、二硼化鈦、碳化鎢、鑽石、其共形 成產物及其組合物組成之群之粒子。 6. 如申請專利範圍第5項之化學機械拋光系統，其中該粒 子為二氧化矽或氧化鋁。 7. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中該正 電性聚電解質之分子量為5,000,000或更低。

1241339 8. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中該正 電性聚電解質為含有正電性官能基之聚合物或界面活 性劑。 9. 如申請專利範圍第8項之化學機械拋光系統，其中該正 電性聚電解質進一步包括重複單位，其中該重複單位 包括選自由醇類、膦酸、膦酸酯、硫酸酯、磺酸、磺 酸酯、磷酸酯、羧酸、羧酸酯及其混合物組成之群之 官能基。 10. 如申請專利範圍第8項之化學機械拋光系統，其中該正 電性聚電解質進一步包括選自由環氧乙烷、環氧丙 烷、乙酸乙烯酯及其混合物組成之群之重複單位。 11. 如申請專利範圍第8項之化學機械拋光系統，其中該正 電性聚電解質為含有一或多個重複單位之聚合物或界 面活性劑，其中該重複單位包括選自由胺、g盛胺、醯 亞胺、亞胺、烷基胺、胺基醇及其混合物組成之群之 官能基。 12. 如申請專利範圍第1 1項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質係選自由聚伸乙基亞胺、聚胺基醯 胺、聚（二婦丙基二甲基氯化銨）、聚（二甲基胺-共-表 氯醇）、聚（甲基丙婦醯氧基乙基三甲基氯化銨）、聚（甲 基丙晞醯氧基乙基二甲基苯甲基氯化銨）、聚（乙晞基苏 咯酮）、聚（乙晞基咪唑）、聚（乙晞基落啶）、聚（乙烯基 胺）及其組合物組成之群。 13. 如申請專利範圍第1 1項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質為含有側胺基之矽氧烷聚合物或共聚

1241339 物。 14。 如申請專利範圍第8項之化學機械拋光系統，其中5 % 或更多正電性聚電解質的官能基是呈正電性。 15。 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中該系 統進一步包括一或多種選自由氧化劑、錯合劑及腐I虫 抑制劑組成之組份。 16。 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光系統，其中該系 統進一步包括拋光墊。 17。 一種拋光基板之方法，其包括將基板與申請專利範圍 第1項之化學機械拋光系統接觸並磨掉至少一部分基 板以撤光該基板。 如申請專利範圍第1 7項之方法，其中該基板包括金屬 層及/或絕緣層。 19. 如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該金屬層包括 銅、鶴、献、銘、輕、始、銜、錄、敏、鏢：、鐵或姑。 20. 如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該絕緣層包括氧 化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氧化鋁或介電常 數為3.5或更低之物質。 21. —種化學機械拋光系統，其包括 (a) 研磨劑； (b) 液體載劑；及 (c) 分子量為15,000或更高至2,000,000或更低之正電 性聚電解質； 其中該研磨劑包括與該正電性聚電解質靜電結合之粒 子，及其中該研磨劑之ζ-電位係遠正於與該正電性聚 申請事利範園績頁 .:、、、—.1、1. B ' …-^：· ·1、·.」-11、…，.1..1.1. ^....... 1241339 電解質靜電結合之粒子之ζ_電位。 22. 如申請專利範圍第2 1項之化學機械掀光系統，其中與 該正電性聚電解質靜電結合之粒子具有負ζ-電位並可 藉反電荷劑處理具有正ζ-電位之粒子獲得。 23. 如申請專利範圍第2 1項之化學機械拋光系統，其中該 粒子為二氧化矽或氧化鋁。 24. 如申請專利範圍第2 1項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質為含有正電性官能基之聚合物或界面 活性劑。 25. 如申請專利範圍第24項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質進一步包括重複單位，其中該重複單 位包括選自由醇類、膦酸、膦酸醋、硫酸醋、磺酸、 磺酸酯、磷酸酯、羧酸、羧酸酯及其混合物組成之群 之官能基。 26. 如申請專利範圍第24項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質進一步包括選自由環氧乙烷、環氧丙 烷、乙酸乙烯酯及其混合物組成之群之重複單位。 27. 如申請專利範圍第24項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質為含有一或多個重複單位之聚合物或 界面活性劑，其中該重複單位包括選自由胺、醯胺、 龜亞胺、亞胺、燒基胺、胺基醇及其混合物組成之群 之官能基。 28. 如申請專利範圍第27項之化學機械拋光系統，其中該 正電性聚電解質係選自由聚伸乙基亞胺、聚胺基醯 胺、聚（二婦丙基二甲基氯化銨）、聚（二甲基胺-共-表

1241339 氯醇）、聚（甲基丙晞醯氧基乙基三甲基氯化銨）、聚（甲 基丙晞醯氧基乙基二甲基苯τ基氯化銨）、聚（乙晞基落 咯酮）、聚（乙婦基咪唑）、聚（乙烯基落啶）、聚（乙烯基 胺）、含有側胺基之矽氧烷聚合物或共聚物及其組合物 組成之群。 29. 如申請專利範圍第24項之化學機械拋光系統，其中5% 或更多正電性聚電解質的官能基是呈正電性。 30. —種拋光基板之方法，其包括將基板與申請專利範圍 第2 1項之化學機械拋光系統接觸並磨掉至少一部分基 板以拋光該基板。 31. 如申請專利範圍第3 0項之方法，其中該基板包括金屬 層，其中該金屬層包括銅、鎢、欽、銘、麵、顧、、 錄、銥、鎳、鐵或姑。 32. 如申請專利範圍第3 0項之方法，其中該基板包括絕緣 層，其中該絕緣層包括氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、 碳化矽、氧化鋁或介電常數為3 . 5或更低之物質。