TWI280902B - Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and its use for semiconductor device processing - Google Patents
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Description
1280902 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關,化學機械硏磨用水系分散體、及使用 該水系分散體之半導體裝置的製造方法;更詳細的說,本 發明係有關,於半導體裝置之製造時,將設置有配線圖型 的晶圓等之半導體基板,進行化學機械硏磨(以下亦有稱爲 「CMP」者)處理中,對存在有低介電常數之層間絕緣膜的 半導體基板之硏磨處理非常有用,特別是,在二階段硏磨 法的第2硏磨處理步驟,或三階段硏磨法的第2硏磨處理步 驟,極爲有用的化學機械硏磨用水系分散體,及使用它的 半導體裝置之製造方法。 【先前技術】 長久以來,半導體元件等之層間絕緣膜,大多採用以 化學蒸著法(CVD,Chemical Vapor Deposit)等之真空製程 ,來形成二氧化矽膜,但此二氧化矽膜爲介電常數較高者 〇 另一方面,近年來,爲提高超大型積體電路之性能, 層間絕緣膜之低介電常數化,倍受注目;爲達成層間絕緣 膜之低介電常數化,有於氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮 氣、Μ氣、水、臭氧、氨氣等之存在下,將院氧基砂院、 矽烷、烷基矽烷、芳基矽烷、矽氧烷、烷基矽氧烷等之含矽 化合物,經電漿聚合而得聚合物所成層間絕緣膜、及由聚 矽氧烷、聚矽氨烷、聚芳烯醚、聚苯并噁唑、聚醯亞胺、二 -5- 1280902 (2) 三噁烷等所成層間絕緣膜,以替代二氧化矽膜之開發。 但是,此等絕緣膜之機械強度比二氧化矽膜小、柔軟 而易脆,使用於已往含有無機粒子而成之化學機械硏磨用 水系分散體時,被硏磨物之半導體基板會發生刮擦傷及剝 離現象;又,大量發生各種形狀之刮擦傷時,製品之收率 上將成爲問題。 又,在爲形成波形花紋配線之化學硏磨中,由鉅等高 硬度金屬等所成之阻擋層金屬膜,不易達到高效率之硏磨 ;另一方面,爲形成配線部份之銅膜比較柔軟易於硏磨, 但配線部份會發生凹狀變形,不能獲得平坦之加工面;又 ,特別是,在低介電常數之多孔質絕緣膜中,該絕緣膜經 過度之硏磨,不能形成良好之波形花紋配線。 爲形成波形花紋配線之硏磨方法很多,通常採用施行 以銅膜之硏磨爲主的第1硏磨處理步驟,與以阻擋層金屬膜 之硏磨爲主的第2硏磨處理步驟所成之二階段硏磨處理爲最 適當;更且,在此二階段硏磨處理之第1硏磨處理步驟中, 有進行硏磨至銅膜幾乎完全除去,與銅膜之硏磨並不完全 除去而直接供給第2硏磨處理步驟者;因此,第2硏磨處理 步驟中,因應第1硏磨處理步驟之硏磨條件,使用與第1硏 磨處理步驟所用者不同含有成份之硏磨用水系分散體。 上述之第1硏磨處理步驟、及第2硏磨處理步驟,其任 一種,均可分割爲多數之步驟。 在如上述各異條件下進行之多數硏磨處理步驟中,依 該硏磨處理步驟之目的,使用適當之硏磨用水系分散體; -6 - (3) 1280902 即是說,使用與其他硏磨處理步驟所用者不同組成之硏磨 用水系分散體,是很平常之事,接著,因應硏磨目的之數 量,必須準備多數之硏磨用水系分散體。 另一方面,對於形成機械強度小、介電常數低之層間 絕緣膜的被硏磨物,能抑制被硏磨面發生刮擦傷之化學機 械硏磨用水系分散體,從來沒有被提案。 【發明內容】 本發明爲解決上述既存之諸問題,其第1目的爲,提 供使用於以含有機械強度小,介電常數低之層間絕緣膜的 半導體基板所成被硏磨物之硏磨處理,能大幅度抑制被硏 磨面之刮擦傷發生的化學機械硏磨用水系分散體;而且, 可容易地大自由度調整,基本成份相同的銅膜與阻擋層金 屬膜之硏磨速度比:;能一同進行銅膜及阻擋層金屬膜雙方 之高效率硏磨,同時不使絕緣膜過度硏磨,可獲得充分平 坦化且精確度高之加工面。 本發明之第2目的爲,提供含有硏磨使用上述化學機 械硏磨用水系分散體之半導體材料被硏磨面的處理步驟之 製造方法。 [課題之解決手段] 本發明之化學機械硏磨用水系分散體’係含有磨砂粒 之化學機械硏磨用水系分散體;該磨砂粒爲含有(A)至少一 種選自無機粒子及有機粒子所成之單純粒子,及(B)複合粒 1280902 (4) 子之兩者爲其特徵。 本發明之化學機械硏磨用水系分散體,其磨砂粒之構 成’以單純粒子·爲(A)無機粒子所成,而且複合粒子爲(BV 有機粒子與無機粒子結合爲一體而得無機有機複合粒子所 者爲佳。 又,本發明之化學機械硏磨用水系分散體中,磨砂粒 全部之總含有比率以0.1卜20重量%,單純粒子(A)之含有比 率以0.1〜19.99重量%,複合粒子(B)之含有比率以0.01-19.9 重量%爲適合。 本發明之化學機械硏磨用水系分散體,其特徵爲,在 銅膜及阻擋層金屬膜於同一條件下硏磨時,對該銅膜之硏 磨速度RCu,該阻擋層金屬膜之硏磨速度(RBM)之比,以特 定之硏磨速度比表示(RBM/RCu),其値爲〇.5〜200。 本發明之化學機械硏磨用水系分散體,其特定之硏磨 速度比(RBM/RCu)之値,可以爲10〜200;又,本發明之化學 機械硏磨用水系分散體,其特定之硏磨速度比(RBM/RCu)之 値,也可以爲0.5〜3。 本發明之半導體裝置的製造方法,其特徵爲,含有硏 磨使用上述化學機械硏磨用水系分散體之半導體材料被硏磨 面的步驟。 本發明之半導體裝置的製造方法,其特徵爲,對半導 體材料之被硏磨面,進行以硏磨銅膜爲主之第1硏磨處理步 驟後,使用特定之硏磨速度(RBM/RCu)之値爲10〜200,或 0 · 5〜3的化學機械硏磨用水系分散體,進行以硏磨阻擋層金 冬 (5) 1280902 屬膜爲主之第2硏磨處理步驟。 (作用) 使用本發明之化學機械硏磨用水系分散體,做爲含有 機械強度小,介電常數低之層間絕緣膜的半導體基板所成 被硏磨物之硏磨處理時,亦能大幅度抑制被硏磨面發生刮 擦傷;而且,可以很容易地調整大自由度的銅膜及阻擋層 金屬膜之硏磨速度比,能一起進行銅膜及阻擋層金屬膜雙 方之高效率硏磨;同時不使絕緣膜過度硏磨,可以獲得充 分平坦化且精確度高之加工面。 又,使用本發明之半導體裝置的製造方法,在含有機 械強度小,介電常數低之層間絕緣膜的半導體基板硏磨處 理時,亦能大幅度抑制被硏磨面發生刮擦傷;而且,可以 一起進行銅膜及阻擋層金屬膜雙方之高效率硏磨,同時不 使絕緣膜過度硏磨,能獲得充分平坦化且精確度高之加工 面。 [發明之實施形態] 就本發明之化學機械硏磨用水系分散體,具體說明如 下。 本發明之化學機械硏磨用水系分散體(以下簡稱爲「硏 磨用水系分散體」)爲,在水系之溶媒中含有呈分散狀態 之磨砂粒所成漿狀者;該磨砂粒爲,含有下述之(A)及(B) 雙方所成者。 -9- (6) 1280902 (A) 至少一種選自無機粒子及有機粒子所成之單純粒子 〇 (B) 複合粒子。 就各磨砂粒說明如下。 [A ]單純粒子 本發明之硏磨用水系分散體,以含有至少一種選自無 機粒子及有機粒子所成單純粒子,做爲磨砂粒之一成份; 此單純粒子,以由無機粒子所成者爲佳。 · 用爲單純粒子之無機粒子,可以使用如,二氧化矽、 三氧化二鋁、氧化鈽、氧化鈦、氧化鉻、碳化矽、氮化矽、 及二氧化錳等之粒子;其中,以二氧化矽之粒子最爲適合 〇 二氧化矽粒子之具體例,有在氣相中,將氯化矽與氧 氣及氫氣,以煙霧法反應合成煙霧矽,有以液膠法,將金 屬烷氧化物水解及縮合而合成膠體矽;有以精製除去雜質 ,用無機膠體法等合成膠體矽。 · 在以液膠法或膠體法合成膠體矽中,其粒子徑比較小 時,通常一次粒子在水系溶媒中,會呈現締合或凝集狀態 ,即是說,以二次粒子之狀態存在;此狀態之無機粒子, 其一次粒子之平均粒子徑以1〜3000nm爲宜,以2〜lOOOnm更 爲適合。 又,二次粒子之平均粒子徑以5〜5 000nm爲宜,以 5〜3 000nm更適合,特別以10〜l〇〇〇nni爲最佳,使用二次粒 子之平均粒子徑低於5nm的無機粒子時,所得硏磨用水系 •10- 1280902 (7) 分散體,爲不能獲得充分高速之硏磨速度者:另一方面, 使用二次粒子之平均粒子徑超過5 000nm之無機粒子時,所 得硏磨用水系分散體,不能充分抑制凹狀變形及侵蝕,而 且容易發生刮擦傷等表面缺陷,也可能使安定性降低。 一次粒子之平均粒子徑,可依對象,以測定粒子之比 表面積,及以透過型電子顯微鏡觀察等算出;又,二次粒 子之平均粒子徑,可用雷射之散射繞射型測定器之測定等 求得。 另一方面,用煙霧法合成之矽等無機粒子,以二次粒 子之形態製造,其甚難以一次粒子之狀態分散於水系溶媒 中,一次粒子凝集後以二次粒子存在;因此用煙霧法合成 之矽所成無機粒子,其二次粒子徑如加以規定時,將成爲 非常特定者。 以煙霧法矽所成無機粒子,其二次粒子之平均粒子徑 以10〜lOOOOnm爲宜,以20〜7000nm更佳,以50〜5000nm爲最 適合;使用二次粒子之平均粒子徑在此範圍之煙霧法矽所 成無機粒子,可得很大的硏磨速度,能充分抑制凹狀變形 及侵蝕,可獲得安定性甚高之硏磨用水系分散體。 本發明中,用爲單純粒子之有機粒子,可以使用(1)聚 苯乙烯及苯乙烯系共聚物,(2)聚甲基丙烯酸甲酯等之(甲基 )丙烯酸系聚合物及(甲基)丙烯酸系共聚物,(3)聚氯化乙 烯、聚縮醛、飽和聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、 苯氧基樹脂、及(4)聚乙烯、聚丙烯、聚卜丁基、聚-4-甲 基-1-戊烯等之聚烯烴及烯烴系共聚物、其他之熱塑性樹 -11 - (8) 1280902 脂所成聚合粒子等等。 此等有機粒子,可用乳化聚合法,懸濁聚合法,乳化 分散法,嵌段聚合法等粉碎樹脂之方法,其他之方法製造 ;又,有機粒子,在上述之聚合方法中,以與二乙烯苯、 乙二醇二甲基丙烯酸酯等交聯性單體共存所得,具交聯構 造之共聚物的粒子亦可。 用爲單純粒子之有機粒子,在上述之中,以選自(1)聚 苯乙烯及苯乙烯共聚物,(2)聚甲基丙烯酸甲酯等之(甲基) 丙烯酸系聚合物,及(甲基)丙烯酸系共聚物,及此等具有 交聯構造之共聚物的粒子爲佳。 如上述之有機粒子,通常幾乎都以單獨之粒子存在於 硏磨用水系分散體中;·此有機粒子之平均粒子徑以 10~5000nm爲宜,以15〜3000nm更佳,以20〜lOOOnm最爲適 合;以具有此範圍之平均粒子徑的有機粒子,用爲單純粒 子,可得很大的硏磨速度,能充分抑制凹狀變形及侵蝕, 可獲得安定性甚高之硏磨用水系分散體。 [B]複合粒子 複合粒子(B),與上述之單純粒子(A)—起構成磨砂粒 ;爲本發明之硏磨用水系分散體所含有者。 本發明中,複合粒子之具體例有,由有機粒子與無機 粒子結合爲一體所成之無機有機複合粒子,以及由改性物 質在有機粒子之表面結合爲改變粒子所成者。 以無機有機複合粒子所成之複合粒子,爲有機粒子與 -12- 1280902 (9) 無機粒子結合爲不易分離之一體者;此有機粒子之種類及 無機粒子之種類,沒有特別的限制,例如,可以使用與形 戊上述之單純粒子相同之有機粒子及無機粒子。, 又,對複合粒子之具體構成也沒有特別的限制,例如 ’以使用聚合物粒子所成之有機粒子,與無機粒子依適當 之方法結合者爲適宜。 具體的說’可以使用以各種澤塔電位(zeta pottential) 之符號互異的有機粒子,與無機粒子,例如,在水系媒體 中,藉由靜電力結合之複合粒子。 有機粒子之澤塔電位,在全PH領域,或者低PH領域除 外之廣大領域範圍,以呈負値爲多,特別是,含有羧酸基 、磺酸基等之聚合物所成的有機粒子,確實具有負値之澤 塔電位;又,含有氨基等之聚合物所成的有機粒子,在特 定之PH領域中,則具有正値之澤塔電位。 另一方面,無機粒子之澤塔電位對PH之依賴性高,或 者無機粒子在固有之PH時,具有澤塔電位爲〇之等電點, 於其前後之澤塔電位的符號會反轉。 如上所述,特定種類之有機粒子,與特定種類之無機 粒子組合’在其澤塔電位之符號相互反轉之PH領域兩者相 混合’可以獲得該有機粒子與無機粒子,藉靜電力結合爲 一體而呈複合化狀態之無機有機複合粒子。 又’混合後有機粒子與無機粒子之澤塔電位,與混合 時同符號’也能在其後之PH變化中,呈現各澤塔電位之符 號相互反轉之狀態,可以獲得有機粒子與無機粒子複合化 -13- (10) 1280902 結合成一體之無機有機複合粒子。 本發明中之複合粒子爲,例如,在聚合物粒子所成之 有機粒子表面’與適當之改性物質呈結合狀態而成之改性 有機粒子亦可;聚合物粒子,可以使用聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯等;與改性物質結合之聚合物粒子,可以該聚 合物粒子’與烷氧基矽烷、鋁烷氧化物、鈦烷氧化物等反 應性改性物質材料,經聚縮合使改性物質在聚合物粒子之 表面生成的方法而獲得。 如上所述,改性物質材料爲烷氧基矽烷時,在聚合物 粒子之表面,結合聚矽氧烷而成改性有機粒子;又,改性 物質材料爲鋁烷氧化物或鈦烷氧化物時,由於矽氧烷結合 之介入而使鋁或鈦之原子結合在聚合物粒子上,而成改性 有機粒子;又,於上述方法中,也可以在聚合物粒子之表 面,施行矽烷偶合劑處理而得。 本發明中之複合粒子,也可以在由適當之聚合物粒子 所成有機粒子的表面,結合矽粒子,鋁粒子等無機粒子, 複合化而成無·機有機複合粒子亦可;此時,無機粒子在聚 合物粒子之表面,以聚矽氧烷等結合性成份,依物理的保 持狀態而結合亦可;在聚合物粒子表面,藉由羥基等官能 基之存在,而行化學的結合亦可 而且,如上所述’也可以在藉由靜電力結合爲一體之 無機有機複合粒子的存在下,與烷氧基矽烷、鋁烷氧化物 或鈦烷氧化物進行聚縮合反應,將該無機有機複合粒子以 改性物質使呈改性狀態之複合粒子。 (11) 1280902 複合粒子,爲無機有機複合粒子所成者時,該複合粒 子因應其構成有機粒子及無機粒子之不同粒子徑及構成比率 ,有下述之狀態1〜狀態3的單獨或混合之存在狀態。· (狀態1)在有機粒子所成核心粒子之表面上,無機粒子以外 殼粒子附著之狀態。 (狀態2)在無機粒子所成核心粒子之表面上,有機粒子以 外殻粒子之附著之狀態。 (狀態3)有機粒子及無機粒子,不形成明確之核心/外殼的 構造,而呈凝集之狀態。 其中,以狀態1或狀態2,爲適合者。 在上述狀態1〜狀態3中,無機粒子爲一次粒子或二次 粒子之任何狀態均可,兩者混合存在亦可。 構成無機有機複合粒子之無機粒子及有機粒子之構成 比率,對有機粒子1〇〇重量份,無機粒子以1〜2000重量份 爲宜,以10〜1 000重量份更適合。 本發明中,複合粒子之平均粒子徑,以20〜20000nm爲 宜,以50〜l〇〇〇〇nm更佳,以50〜5 000nm最爲適合。 含有滿足上述之條件的複合粒子時,可得甚大之硏磨 速度,同時能充分抑制凹狀變形及侵蝕,而且可以獲得安 定性高的硏磨用水系分散體。 本發明之硏磨用水系分散體中,磨砂粒之含有比率, 對該硏磨用水系分散體100重量%,(A)至少一種選自無機 粒子及有機粒子所成之單純粒子,及(B)複合粒子,兩者之 合計爲〇·1 1〜20重量%。 -15- (12) 1280902 磨砂粒之含有比率低於〇 · π重量%之硏磨用水系分散 體,不能獲得充分之硏磨速度;另一方面,該含有比率超 過20重量%之硏磨用水系分散體,不僅成本升高,保存安 定性也下降。 又,至少一種選自無機粒子之及有機粒子所成之單純 粒子(Α)之含有比率,對硏磨用水系分散體100重量%,以 0.1〜19.99重量%爲宜,以0.1〜10重量%更佳,以0.5〜10重 量%最爲適合。 複合粒子(Β)之含有比率,對硏磨用水系分散體100重 量%,以0.01〜19.9重量%爲宜,以〇·〇1〜1〇重量%更佳, 以0.01〜5重量%最爲適合。 至少一種選自無機粒子及有機粒子所成之單純粒子(Α) ,與複合粒子(Β)之相對比率,以單純粒子/複合粒子 = 1/10〜10/1爲宜,以1/10〜5/1更佳,以1/5〜5/1最爲適合。 磨砂粒之含有比率在上述之範圍內時,對含有脆弱之 層間絕緣膜的被硏磨面,也能抑制刮擦傷等表面缺陷之發 生,可以獲得具有充分硏磨速度之硏磨用水系分散體。 對以本發明之硏磨用水系分散體,硏磨銅膜時所得銅 膜之硏磨速度(RCu),與銅膜同一條件硏磨阻擋層金屬膜所 得阻擋層金屬膜之硏磨速度(RBM)之比(RBM/RCu)(以下稱爲 「特定之硏磨速度比」)之値,爲0.5〜200者。 上述之中,所謂「銅膜」,除以純銅所成者外,亦包 含例如銅-矽、銅-鋁等銅含有比率在95重量%以上之銅合 金所成者。 -16- 1280902 (13) 又,所謂「阻擋層金屬膜」,係以鉬、鈦等高硬度金 屬之氮化物、氧化物等所形成者,形成阻擋層金屬膜,不 限於純金屬,如鉬-鈮等之合金亦可;又,阻擋層金屬膜 以氮化物形成時,氮化鉅、氮化鈦等也不必要純品;此阻 擋層金屬膜之材質,以鉅及/或氮化鉅最爲適合。 阻擋層金屬膜,僅由鉅、鈦等之中的一種形成爲多; 不同材質,例如鉅膜與氮化鉅之雙方,與阻擋層金屬膜在 同一基板上形成之情形,亦常發生。 特定之硏磨速度比中’所謂的「同一條件」係指,使 用特定型式之硏磨裝置,其固定盤及硏磨頭之轉速、硏磨 壓力、硏磨時間,所用硏磨頭之種類,及硏磨用水系分散 體之單位時間相當的供給量等均相同之意;又,特定之硏 磨速度比,可以由銅膜及阻擋層金屬膜在「同一條件」下 ,個別硏磨時之硏磨速度値算出;此等硏磨,可以備置銅 膜之晶圓及備置阻擋層金屬膜之晶圓進行。 本發明之硏磨用水系分散體,其特定之硏磨速度比 (RBM/RCu)可在0.5〜200之範圍內任意調整;調整此特定之 硏磨速度比(RBM/RCu)之故,本發明之硏磨用水系分散體, 可以含有雜環化合物。 如此之雜ί哀化合物’可以使用喧琳殘酸類、D引D朵嗪類 ,含有雜五員環之化合物,及含有雜六員環之化合物等等 〇 上述之_啉羧酸類,可使用如,2 - D奎啉殘酸(鸣哪陡 酸)、2,3-吡啶二羧酸(_啉酸)等等。 -17- 1280902 (14) 上述之吲哚嗪類,可使用如,7-羥基-5-甲基-1,3,4_ 三吖吲哚嗪等等。 , 上述之含雜五員環化合物,可以使用如,1,2,3,苯 并三唑、1-[N,N-雙(2-乙基己基)氨基甲基]苯并三唑、殘 基苯并三唑、卜(2< ,3 / -二羥基丙基)苯并三唑、1-(2- ,-二羧基乙基)苯并三唑、1-(2-乙基己基氨基甲基)苯 并三唑等之苯并三唑類;2-氨基苯并噻唑、2-氨基-6-甲基 苯并噻唑、2-锍基苯并噻唑之苯并噻唑類;4-氨基-1,2, 4-三唑、4-氨基-3-聯氨基-5-锍基-1,2,4-三唑、3-锍基 ,2,4-三唑、3-锍基-4-甲基- 4H-1,2,4-三唑等之三唑類 ;5 -氨基-1 Η -四唑、1 -苯基-5 -锍基-1 Η -四唑、1 Η -四唑、 1Η-四唑-1-醋酸、1-(2-二甲基氨基乙基)-5-锍基-四唑等之 四唑類;及,2-毓基噻唑啉、4,5-二氰基咪唑、2-氨基_4 ,5-二氰基-1H-咪唑,以及3H-1,2,3-三偶氮基[4,5-b] 批卩定-3 -醇等等。 上述之含雜六員環化合物,可以使用如,3 -氨基-5, 6 -二甲基-1,2,4-三吖嗪,2’ 4 -二氨基-6-二丙烯基氨 基-1,3,5-三吖嗪、3 -氨基-5,6 -二甲基-1,2,4-三Dy 嗪等之三吖嗪類;及,苯并鳥糞胺、硫氰尿酸、三聚氰胺 、苯并噠嗪、及2,3-二氰基-5-甲基吡嗪等等。 又,含有雜五員環及雜六員環之化合物的誘導體也可 以用爲雜環化合物;此類誘導體,可以使用氨基嘌呤,及 鳥嘌呤等等。 此類雜環化合物之含有比率,對硏磨用水系分散體 -18- 1280902 (15) 100重量%,以0.000 1〜5重量爲宜,以〇.〇〇1〜1重量%更 佳,以〇· 0 1〜0.5重量%爲最適合·,雜環化合物之含有比率 低於0.0001重量%時,不能充分提高銅膜及/或阻擋層金屬 , 膜之硏磨速度,特別是,使用此硏磨用水系分散體,以硏 磨阻擋層金屬膜時,需要很長的硏磨時間;另一方面,此 雜環化合物之含有比率超過5重量%,實際上沒有必要。 如上所述,本發明之硏磨用水系分散體,在其特定硏 磨速度比(RBM/RCu)爲0.5〜200之範圍內,可以大自由度的 調整。 因此’本發明之硏磨用水系分散體,特別是,對銅膜 之化學機械硏磨步驟,進行所謂二階段硏磨或三階段硏磨 時,在第2段或第3段之硏磨處理中,爲非常有用之硏磨用 水系分散體。 二階段硏磨爲包含,藉由硏磨以除去在基板上形成配 線溝部以外之銅膜的第1硏磨處理步驟,與經此第1硏磨處 理步驟而露出之阻擋層金屬膜,加以硏磨而形成配線之第2 硏磨處理步驟;又,三階段硏磨,爲在上述二階段硏磨之 後,因應需求,將第2硏磨處理步驟中,藉由硏磨以除去阻 擋層金屬膜後露出之絕緣膜,加以硏磨之第3硏磨處理步驟 〇 即是說,二階段硏磨,是由以硏磨銅膜爲主之第1硏磨 處理步驟,與以硏磨阻擋層金屬膜爲主之第二硏磨處理步 驟等二步驟所成之硏磨方法;二個硏磨處理步驟可以分別 單獨施行;二步驟之間的時間連續性,有關硏磨裝置之連 -19- 1280902 (16) 續性,沒有任何的要求。 第1硏磨處理步驟與第2硏磨處理步驟,在同一硏磨裝 置中,依序變更硏磨用水系分散體之供給〜可以連續進行 ;又,在同一硏磨裝置中,也可以將第1硏磨處理步驟完成 後之半導體基板被硏磨物取出,變更硏磨用水系分散體後 ,再施行第2硏磨處理步驟。 又,第1硏磨處理步驟與第2硏磨處理步驟,可用個別 之硏磨裝置進行;而且,使用內部具備有多數硏磨墊之硏 磨裝置,一個硏磨墊用在第1硏磨處理步驟,另外一個硏磨 墊用在第2硏磨處理步驟,對被硏磨物而言,第1硏磨處理 步驟與第2硏磨處理步驟,可以連續施行。 在如上所述之二階段硏磨處理或三階段硏磨處理中之 第1硏磨處理步驟,例如,特定之硏磨速度比(RBM/RCu)在 0.1以下之硏磨用水系分散體,可適合使用。 此第1硏磨處理步驟所用化學機械硏磨用水系分散體, 可以使用含有磨砂粒、氧化劑、有機酸,因應需求之界面 活性劑等之水系分散體。 磨砂粒,例如,可以使用無機粒子及有機粒子之至少 —種所成者;其比率,對硏磨用水系分散體1 〇〇重量%爲 0.01〜10重量%,以〇.〇1~5重量%更佳。 氧化劑可以使用如,過硫酸鹽(銨鹽、鉀鹽等)、雜多酸 (例如砂鉬酸、磷鉬酸、矽鎢酸、鱗鎢酸等).,高锰酸化合物 (鉀鹽等)、重鉻酸化合物(鉀鹽等),過氧化氫等等;其比率 爲0.01〜10重量%,以0.05〜5重量%更佳,以0.1〜3重量%最 -20- (17) 1280902 爲適合。 有機酸,可以使用如,喹啉酸、喹啉羧酸、富馬酸、 苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸等之一種或兩種以上 ;其比率爲0.000 1〜7重量%,以0.001〜5重量%更佳,以 0.01〜1重量%最爲適合。 調整特定之硏磨速度比(RBM/RCu)爲10〜200,以15〜200 更佳,以20〜200爲更適合之硏磨用水系分散體;使用此水系 分散體時,由於阻擋層金屬膜之硏磨速度高,銅膜之硏磨 速度低,對在第1硏磨處理步驟中,銅膜幾乎完全除去之硏 磨後的被硏磨面,進行第2硏磨處理步驟特別有用。 爲獲得特定之硏磨速度比(RBM/RCu)在10〜200之硏磨用 水系分散體的雜環化合物,於上述之雜環化合物中,以苯 并三唑爲適宜,以1,2,3 -苯并三唑、羧基苯并三唑、1_( ,3<-二羧基乙基)苯并三唑更佳,以1,2,3-苯并三唑 特別適用;其含有比率以0.001〜0.1重量%爲宜,以 0.005〜0.05重量%更爲適合。 另一方面,調整特定之硏磨速度比(RBM/RCu)爲0.5〜3 ’以0·7〜2更佳,以0.8〜1.5爲更適合之本發明硏磨用水系分 散體;使用此水系分散體,對銅膜及阻擋層金屬膜雙方, 均能獲得充分硏磨速度之故,用於銅膜之硏磨在第丨硏磨處 理步驟中並未完全達成,即對被硏磨物進行第2硏磨處理步 驟,或在三階段硏磨處理中之第2硏磨處理步驟或者第3硏 磨處理步驟,極爲有用。 爲獲得特定之硏磨速度比(RBM/RCu)在0.5-3之硏磨用水 (18) 1280902 系分散體的雜環化合物,於上述之雜環化合物中,以喹啉 羧酸類及吲哚嗪類爲適合;以喹啉羧酸、喹啉酸、及7 -羥 基-5-甲基-1,3,4-三吖吲哚嗉更佳;以喹啉羧酸奎哪啶酸 )及7-羥基-5-甲基-1,3,4-三吖吲哚嗪特別適用;其含有比 率,以0.001〜5重量%爲宜,以〇.〇1〜1重量%更爲適合。 本發明之硏磨用水系分散體,如上所述,其磨砂粒爲 含有(A)至少一種選自無機粒子及有機粒子所成之單純粒子 ,與(B)複合粒子者;而且爲調整硏磨速度比(rbm/RCu), 可以含有適量之雜環化合物;本發明之硏磨用水系分散體 ,因應需求,可以含有氧化劑,界面活性劑、有機酸等之 添加劑。 氧化劑係,以提升硏磨速度爲目的而添加者,此氧化 劑,可以使用如,過硫酸鹽、過氧化氫、無機酸、有機過 氧化物、多價金屬鹽等等。 在上述中,過硫酸鹽可以使用如,過硫酸銨、過硫酸 鉀等等;無機酸可以使用如,硝酸、硫酸等等;有機過氧 化物可以使用如,過醋酸、過安息香酸、第三級丁基氫過 氧化物等等。 又,多價金屬鹽,可以使用如,高錳酸化合物,重鉻 酸化合物等等;高錳酸化合物可使用高錳酸鉀等;重鉻酸 化合物可使用重鉻酸鉀等等。 其中,以過氧化氫、過硫酸鹽、·及無機酸做爲氧化劑 較爲適宜。 氧化劑之含有比率,對硏磨用水系分散體1 00重量%, 1280902 (19) 可在10重量%以下,以0·01〜10重量%更佳,以0.05〜5重量 %更適宜’以0.1〜3重量%特別適用;氧化劑之含有比率, 沒有必要超過1 〇重量%。 , 界面活性劑係,以調整硏磨速度及減低刮擦傷等爲目 的而添加者;可以吏用陽離子系界面活性劑、陰離子系界 面活性劑、非離子系界面活性劑等等;特別以陰離子系界 面活性劑最爲適用。 陰離子系界面活性劑,可以使用如,羧酸鹽、磺酸鹽 、硫酸酯、磷酸酯等等。 羧酸鹽,可以使用如,脂肪酸皂、烷基醚羧酸鹽等; 磺酸鹽,可以使用如,烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、α -烯烴磺酸鹽等等;硫醯酯,可以使用如,高級醇硫酸酯、 烷基醚硫酸鹽、環氧乙烷烷基苯基醚硫酸鹽等等;又,磷 酸酯,可以使用如,烷基磷酸酯等等。 此等陰離子系界面活性劑之中,以磺酸鹽爲適宜,以 烷基苯磺酸鹽爲更佳,以十二烷基苯磺酸鉀特別適用。 界面活性劑之含有比率,對硏磨用水系分散體1 00重量 %,爲5重量%以下,以1重量%以下更佳,特別以0.5重 量%以下最適用;此含有量超過5重量%時,特別是,銅 膜之硏磨速度大爲降低,極爲不適。 本發明中,有機酸是爲提高硏磨速度而配合者;爲此 目的,一鹽基酸、二鹽基酸、羥酸、及羧酸等廣範圍種類 之有機酸可以使用,如飽和酸、不飽和酸、芳香族酸等等 -23- 1280902 (20) 飽和酸,可以使用如,甲酸、乙酸、丁酸、草酸、丙 二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、羥基酸等等;不飽和酸 ,可以使用如,順丁烯二酸、反丁烯二酸等等;芳香族酸 ,可以使用如,安息香酸、苯二甲酸等等;又,經基酸可 以使用如,乳酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸等等。 此等有機酸之中’以丙二酸、丁二酸、順丁嫌二酸、 乳酸、及檸檬酸較爲適合。 有機酸之含有比率,對硏磨用水系分散體1〇〇重量% ,爲10重量%以下,以0.01〜10重量%爲宜,以01〜5重量 %更佳’以0.3〜3重量%最爲適用;有機酸之配合,沒有 必要超過5重量%。 本發明之硏磨用水系分散體爲,將上述之磨砂粒、雜 環化合物、及添加劑分散或溶解於水系媒體者;水系媒體 ,可以使用如’水、水與醇之混合媒體等等;醇可以使用 如,甲醇、乙醇等等;上述水系媒體之中,以水較爲適用 本發明之硏磨用水系分散體之PH適合領域爲2〜12之範 圍,特別以3〜1 1最爲適合;在此範圍之PH時,可以實現 充分之硏磨速度,既使是硏磨脆弱的絕緣膜,也能抑制刮 擦傷等表面缺陷之發生。 調整特定之硏磨速度比(RBM/RCu)在10〜200之範圍的 硏磨用水系分散體,使用於二階段硏磨處理之第1硏磨處理 步驟中,銅膜幾乎完全除去之被硏磨物,進行第2硏磨處 理步驟時,或者使用於三階段硏磨處理之第2硏磨處理步驟 或第3硏磨處理步驟時,其PH値以5〜10爲宜,以6〜9更佳; (21) 1280902 在此範圍之PH時,阻擋層金屬膜之硏磨速度以及銅膜之硏 磨速度甚充分,而且硏磨脆弱之絕緣膜時,能抑制刮擦傷 等之表面缺陷發生。 - P Η之調整,除以添加適宜量之無機酸及有機酸的方 法外,配合適宜量之鹽基性物質的方法,也可以調整ΡΗ 〇 鹽基性物質,可以使用如,鹼金屬之氫氧化物氨水等 等;鹼金屬之氫氧化物,可以使用如,氫氧化鈉、氫氧化 鉀、氫氧化铷、或氫氧化絶等等。 使用本發明之硏磨用水系分散體,實施半導體基板等 之化學機械硏磨處理,可以採用市售之化學機械硏磨裝置 如「EPCM12」、「ΕΡΟ-222」(荏原製作所股份有限公司 製)、「LGP-510」、「LGP-5 52」(拉普馬斯達SFT公司製) 、「Mirra」阿普拉依德馬地利阿魯公司製),依所定之硏 磨條件進行硏磨處理。 硏磨處理完成後,被硏磨面上殘留之磨砂粒,以除去 爲宜;此磨砂粒之除去,可用通常之洗淨方法進行;例如 ’刷洗乾淨後,使用氨/過氧化氫/水=1/1/5左右之鹼性洗 淨液進行洗淨,可以除去被硏磨面上附著之磨砂粒。 又’爲除去被硏磨面上吸著之雜質金屬屑,可使用例 如’檸檬酸水溶液、氟氫酸與檸檬酸之混合水溶液、或氟 氫酸與乙烯二胺四醋酸(EDTA)之混合水溶液等洗淨液,進 行洗淨。 而且’被硏磨面在氧氣存在下,高溫加熱,可以將被 -25- (22) 1280902 硏磨面上之有機粒子燃燒除去;然燒之具體方法如,使氧 氣電漿作用,由下方供給氧氣.自由基,以電漿行灰化處理 等等;如此殘留之有機粒子可以很容易地由被硏磨面除去 〇 使用本發明時,以設置有銅膜及阻擋層金屬膜,同時 設置有如低介電常數之層間絕緣膜的半導體基板,做爲被 硏磨物;對各不同目的之硏磨面,使用上述之化學機械硏 磨用水系分散體,施行化學機械硏磨之步驟,製造半導體 裝置。 在被硏磨物之半導體基板上,其銅膜不限於由純銅所 成者,如銅-矽、銅-鋁等之銅含有比率,在95重量%以上 之銅合金亦可使用。 又,阻擋層金屬膜,是以鉬、鈦等高硬度金屬,及此 等之氮化物、氧化物等所形成者;形成阻擋層金屬膜,不 限於金屬純品,如鉅-鈮等之合金亦可;又,阻擋層金屬 膜係以氮化物形成時,氮化鉅、氮化鈦也不必是純品;此 阻擋層金屬膜之材質,以鉅及/或氮化鉬爲特別適用。 阻擋層金屬膜,大多僅由鉅、鈦等之中的一種所形成 ;使用不同材質,如鉅膜與氮化鉬膜之雙方的阻擋層金屬 膜,在同一基板上形成亦可。 層間絕緣膜有,例如,二氧化矽膜,在二氧化矽中添 加少量之硼及磷的硼磷矽酸鹽膜(BPSG膜),在二氧化矽中 膠塗氟之FSG(Fluorine-doped silicate Glass)絕緣膜,以及低 介電常數之氧化矽系絕緣膜等等。 (23) 1280902 氧化矽膜,有熱氧化膜,PETE〇WMplasma Enhanced_ TEOS膜)、HDP 膜(High Density Plasma Enhanced-TEQS 膜) ,熱CVD法所得氧化矽膜等等。 上述中,熱氧化膜係將高溫加熱後之矽,曝露於氧化 性大氣中,矽與氧氣、或矽與水分經化學反應’可以形成 ;PETEOS膜,係用四乙基原矽酸鹽(TEOS,Tetra Ethyl Ortho Silicate)爲原料,以利用電漿爲促進條件之化學氣相 成長法,可以形成;HDP膜,係用四乙基原矽酸鹽(TEOS) 爲原料,以利用高密度電漿爲促進條件之化學氣相成長法 ,可以形成。 又,以熱CVD法所得氧化矽膜,可用常壓CVD法(AP-CVD法),或減壓CVD法LP-CVD法)製得;硼磷矽酸鹽膜 (BPSG膜),可用常壓CVD法(ΑΡ-CVD法),或減壓CVD法 (LP-CVD法)製得;FSG絕緣膜,以利用高密度電漿爲促進條 件之化學氣相成長法,可以形成。 而且,上述低介電常數之氧化矽系絕緣膜,係將原料 以,例如,旋轉塗佈法,塗佈於基板上後,在氧化性大氣 中加熱可得;如此所得之低介電常數的氧化矽系絕緣膜, 有以三乙氧基矽烷爲原料所成之HSQ膜(Hydrogen silsesquioxane膜),有以四乙氧基矽烷與少量之甲基三甲氧 基矽烷爲原料所成之MSQ膜(Methyl Silsesquioxane膜),及 以其他之矽烷化合物爲原料所成之低介電常數的絕緣膜等 等;此等低介電常數之絕緣膜,在原料中混合適量之有機 聚合物粒子,當該有機聚合物在加熱步驟中消失時,會形 -27- 1280902 (24) 成空穴’可用爲一層低介電常數之絕緣膜;又,可以使用 以聚芳嫌系聚合物.、聚丙烯醚系聚合物、聚醯亞胺系聚合 物、苯并環丁烯聚合物等有機聚合物,爲原料所成之低介, 電常數的絕緣膜等等。 【實施方式】 [實施例] 以實施例就本發明做更詳細的說明如下。 (1)含無機粒子之水系分散體DA1的調製 (1 -1)含煙霧法矽粒子A1之水系分散體DA1的調整 將煙霧法矽粒子(日本阿也洛吉爾股份有限公司製, 商品名「阿也洛吉爾#90」,平均一次粒子徑爲20nm)20公 斤’置入離子交換水6.7公斤中,以超音波分散機分散, 用孔徑爲5 μιη之過濾網過濾後,即調製成含煙霧法矽粒子 Α1之水系分散體DA1 ;此水系分散體DA1中,矽粒子之平 均二次粒子徑爲220nm。 (1 -2)含膠體矽粒子A2之水系分散體DA2之調製 將25重量%濃度之氨水70重量份,離子交換水40重量 份,乙醇3 5重量份,及四乙氧基矽烷1 5重量份,加入旋轉 型分散裝置中;以轉速180rpm攪拌同時升溫至60°C,於此 溫度下繼續攪拌2小時後,冷卻之,即得膠體矽粒子/乙醇之 分散體;其次,以蒸發器於80 °C之溫度下,添加離子交換 水同時除去乙醇,重覆操作數次,將分散體中之乙醇完全 -28- 1280902 (25) 去除,即調製成固形份濃度爲8重量%之含膠體矽粒子A2的 水系分散體DA2;此水系分散體DA2中,膠體矽粒子A2之平 均一次粒子徑爲30nm,平均二次粒子徑爲45nm。 (2)含複合粒子B之水系分散體的調製 U-1)含有機粒子之水系分散體Db 1的調製 將甲基丙烯酸甲酯90重量份,甲氧基聚乙二醇甲基丙 烯酸酯(新中村化學工業股份有限公司製,商品名「NK酯Μ-90G」,#400)5重量份,4-乙烯吡啶5重量份,偶氮系聚合 引發劑(和光純藥股份有限公司製,商品名「V50」2重量 份,及離子交換水400重量份加入燒瓶中,在氮氣大氣下 ,攪拌同時升溫至70 °C,經6小時聚合;如此,即得含有 含氨基之陽離子及聚乙二醇鏈之官能基,平均粒子徑爲 15Onm之聚甲基丙烯酸甲酯系聚合體所成,含有機粒子之 水系分散體;加水稀釋,即得有機粒子含有比率調整爲1 0 重量%之水系分散體;其聚合收率爲95重量%。 將此所得含10重量%有機粒子之水系分散體100重量份 ,加入燒瓶中,添加甲基三甲氧基矽烷1重量份,於40t 溫度下攪拌2小時,其後添加硝酸調整PH至2,即得水系分 散體Db 1 ;此水系分散體Db 1中,所含有機粒子之澤塔電位 爲 + 1 7 m V。 (2-2)含無機粒子之硏磨用水系分散體Db2之調製 將膠體矽分散體(日產化學股份有限公司製’商品名 -29- 1280902 (26) 「斯諾特庫斯〇」,平均一次粒子徑/ 2 n m)分散於水中,添 加氫氧化鉀水溶液調整其PH,即得含有由膠體矽所成無機 粒子10重量%,PH爲8之水系分散體Db2 ;此水系分散體 Db2中,所含矽粒子之澤塔電位爲-40mV。 (2-3)複合粒子B之調製 將水系分散體Dbl之100重量份攪拌,同時以2小時徐 徐添加水系分散體Db2之50重量份,再攪拌2小時,即得在 由聚甲基丙烯酸甲酯系聚合物所成有機粒子之表面,附著 無機粒子所成含有複合粒子B之水系分散體Db ;其次,於 此水系分散體Db中,添加乙烯三乙氧基矽烷2重量份,攪 拌1小時後,添加四乙氧基矽烷1重量份,升溫至6(TC,繼 續攪拌3小時後,冷卻之,即得含有平均粒子徑爲180nm之 複合粒子B10重量%的水系分散體DB ;此複合粒子B爲,在 聚甲基丙烯酸甲酯系聚合物粒子之外表面的80%被覆以的 附著有矽粒子者。 (3)低介電常數之絕緣膜的製造 (3-1)聚矽氧烷液之調製 將由101.5公克之甲基三甲氧基矽烷,276.8公克之甲 氧基丙酸甲基,及9.7公克之四異丙氧基鈦/乙醯醋酸乙酯 配位化合物所成混合溶液,加熱至6 0 °C ;在此混合溶液中 以1小時滴加92.2公克之7 -丁內酯,與20.1公克之水的混 合物;滴加完成後,於60 °C溫度下反應1小時,即得聚矽 氧烷液。 -30- (27) 1280902 (3-2)聚苯乙烯粒子之製造 將苯乙烯100重量份,偶氨系聚合引發劑(和光純藥股 份有限公司製,商品名「V60」)2重量份,十二烷基苯磺 ‘ 酸鉀0.5重量份,及離子交換水400重量份,加入燒杯中; - 於氮氣大氣下,攪拌同時升溫至70 °C,進行6小時之聚合 ;即得平均粒子徑爲150nm之聚苯乙烯粒子。 (3-3)低介電常數之絕緣膜的製造 將由上述(3_1)所得之聚矽氧烷液15公克,與由(3-2)所 得之聚苯乙烯粒子1公克混合之;將所得混合物,以旋轉 塗佈法,塗佈於直徑8吋之附設有熱氧化膜的矽基板上, 形成塗膜,其後在烘乾爐中8CTC加熱5分鐘,繼續於200 °C 加熱5分鐘;其次,在真空下340 °C加熱30分鐘,36(TC30 分鐘,3 80 °C加熱30分鐘,更於450 °C下加熱1小時,即形 成厚度2000埃(A)之無色透明皮膜。 _ 此皮膜之剖面,以掃描型電子顯微鏡觀察,確認形成 多數之微細空穴;又,比介電常數爲1.98,彈性率爲3GPa ,空隙率爲1 5 %。 [實施例1] (硏磨用水系分散體之調製) 將上述(1-1)調製之含煙霧法矽粒子的水系分散體DA1 之固形份換算2重量份之相當量’及(2)調整之含複合粒子 -31 - (28) 1280902 的水系分散體DB之固形份換算0.5重量份之相當量,置入 聚乙烯製之瓶中,其次,依序加入1,2,3 -苯并三唑 (3丁人)0.02重量份、馬來酸1重量份、十二烷基苯磺酸鉀 (PDBS)0.05重量份、過氧化氫1重量份,攪拌15分鐘;再 其次,以氫氧化鉀調整PH至9,加入離子交換水至全構成 成份之合計量爲100重量份,以孔徑5μιη之過濾網過濾,即 得ΡΗ爲9.5之硏磨用水系分散體·,此稱爲「漿狀物-1」。 (硏磨速度之評估) 使用上述調製之硏磨用水系分散體「漿狀物-1」,在 化學機械硏磨裝置(CMP裝置,型式「ΕΡ01 12」,荏原製 作所股份有限公司製)上按裝含有各種膜之晶圓,使用多 孔質聚氨基甲酸酯製硏磨墊(洛得爾,尼達公司製,商品 編號「1C 1000」),依下述之條件,實施1分鐘硏磨,評估 其硏磨速度。 硏磨頭轉速:70rpm 硏磨頭載重:250公克/平方公分 固定盤轉速:70rpm 水分散體供給量:3 0 0晕:升/分鐘 評估用被硏磨物,爲下列之晶圓。 (1)銅膜之硏磨速度評估用晶圓試料1 在直徑8吋之附設有熱氧化膜的矽基板上,形成膜胃 1 5000埃之銅膜的晶圓。 (29) 1280902 (2) 阻擋層金屬膜之硏磨速度評估用晶圓試料2 在直徑8吋之附設有熱氧化膜的矽基板上,形成膜厚 1 500埃之氮化鉅膜的晶圓。 / (3) 絕緣膜之硏磨速度評估用晶圓試料3 在直徑8吋之矽基板上,形成膜厚1 0000埃之電漿TEOS 膜的晶圓。 (4) 低介電常數絕緣膜之硏磨速度評估用晶圓試料4 上述(3-3)製成,在直徑8吋之附設有熱氧化膜的矽基 板上,形成膜厚2000埃之低介電常數絕緣膜者。 硏磨處理後之膜厚依下列之方法測定,算出其硏磨速 度;其結果如表1所示;即是說,銅膜及氮化鉬膜,以電 氣傳導式膜厚測定器(克耶爾耶•天可爾股份有限公司製 ,型式「歐姆尼馬普RS75」)測定;又,TEOS膜及低介電 常數絕緣膜,以光干擾式膜厚測定器(山得克公司製,型 式「FPT500」)測定。 (評估) 評估硏磨處理後之低介電常數絕緣膜的外圍部份有無 剝離,以及刮擦傷之數量;即是說,在矽基板上,與上述 (3-3)相同的操作,形成低介電常數絕緣膜,將此以與上述 相同之條件硏磨後,經洗淨、乾燥,以目視及光學顯微鏡 觀察其外圍部份之剝離情形。 -33- 1280902 (30) 又,以目視、光學顯微鏡、及無圖型晶圓表面異物檢 查裝置(克耶爾耶•天可爾股份有限公司製,型式「薩& 斯將SP1」)對被硏磨面全面觀察,進行刮擦傷數量之評 其結果如表1所示。 [實施例2〜5,比較例1、2 ] 依表1所示之配方,更改磨砂粒,其他之添加劑,及 PH,調製成6種之硏磨用水系分散體「漿狀物2」〜「漿狀 物7」,除各種所用者外,其他都和實施例1相同,進行各 硏磨用水系分散體之硏磨性能的評估;其結果如表1所示 表1中,雜環化合物之「BTA」爲1,2,3-苯并三唑; 「Η Μ T」爲7 -羥基-5 -甲基· 1,3,4 -三吖D弓丨哚嗪;又,界面 活性劑之「PDBS」爲十二烷基苯磺酸鉀。
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Hd (IY) -35- 1280902 (32) 由表1之結果可知,僅含有以無機粒子做爲磨砂粒之 比較例1及比較例2的硏磨用水系分散體,其阻擋層金屬膜 之硏磨速度大,低介電常數絕緣膜表面之刮擦傷多,有部 份發生剝離。 另一方面,同時含有複合粒子及無機粒子雙方之實施 例1〜實施例5的硏磨用水系分散體,其阻擋層金屬膜可得充 分之高硏磨漣度,同時藉由雜環化合物之種類及添加量之 變更,可任意調整銅膜及阻擋層金屬膜之硏磨速度比,低 介電常數絕緣膜表面之刮擦傷極少發生或完全不發生。 [實施例6〜10] 此等實施例中,施行二階段硏磨處理。 (硏磨用水系分散體之調製) (1) 漿狀物-8之調製 以與實施例1相同之方法,在硏磨用水系分散體1 〇〇重 量份中,含有煙霧法矽1重量份、喹啉酸1重量份、草;^ 0.7重量份、十二院基苯磺酸鉀0.05重量份、及過氧化氯丄 重量份,以氫氧化鉀調整Ρ Η至9,即調製成硏磨用水系分 散體(漿狀物-8)。 (2) 漿狀物-9之調製 以與實施例1相同之方法,在硏磨用水系分散體} 〇〇g 量份中,含有煙霧法矽1重量份、喹哪啶酸〇 · 5重量份、+ -36- (33) 1280902 二烷基苯磺酸鉀0.05重量.份、及過硫酸銨1重量份,以氫 氧化鉀調整PH至.9.5,即調製成硏磨用水系分散體(漿狀物- 9)〇 使用附圖型之基板(國際西馬得克製8 3 1 C Μ P 0 0 1基板) 做用評估用試料,將此依下列之條件進行硏磨處理,以針 觸式段差計(KLA-天可爾公司製,HRP240)測定其ΙΟΟμιη寬 之銅配線部份之凹狀變形,及4 · 5 μ m寬之銅配線與〇 · 5 μ m寬 之絕緣部份形成交互所成交互配線處之侵鈾的大小。 (硏磨處理) (1)第1硏磨處理步驟 使用與實施例1相同之硏磨裝置及硏磨墊,以漿狀物-8處理,硏磨頭轉速爲1 0 0 r p m,硏磨頭載重爲1 〇 5公克/平方 公分,固定盤轉速lOOrpm,漿狀物供給量爲300毫升/分鐘 ,硏磨時間爲1 9 2秒,進行硏磨處理;此第1硏磨處理步驟 完成後,ΙΟΟμιη之寬之銅配線部份的凹狀變形爲750埃,交 互配線處之侵蝕爲3 80埃。 又,使用漿狀物-9處理,硏磨頭轉速lOOrpm,硏磨頭 載重250公克/平方公分,固定盤轉速i〇〇rpm,漿狀物供給 量3 0 0毫升/分鐘,硏磨時間1 6 5秒,進行硏磨處理,此第1 硏磨處理步驟完成後,1 00μιη寬之銅配線部份的凹狀變形 爲3 00埃,交互配線處之侵蝕爲390埃。 (2)第2硏磨處理步驟 -37- 1280902 (34) 使用與實施例1相同之硏磨裝置及硏磨墊,分別使用 漿狀物-1〜漿狀物-5,硏磨頭轉速爲70rpm,硏磨頭載重250 公克/平方公分,固定盤轉速70rPm ’漿狀物供給量爲300 毫升/分鐘,硏磨時間爲45秒或60秒,進行硏磨處理;其結 果如表2所示。 [表2] 實施例 實施例 實施例 實施例 實施例 6 7 8 9 10 第1硏磨處 漿狀物 漿狀 漿狀 漿狀 漿狀 漿狀 理步驟 物8 物8 物9 物9 物9 硏磨時間(秒) 192 192 165 165 165 第2硏磨處 漿狀物 漿狀 U£r UK 锻狀 漿狀 漿狀 漿狀 理步驟 物1 物2 物3 物4 物5 硏磨時間(秒) 45 45 60 60 60 凹狀變形(埃) 450 480 205 200 280 侵飩(埃) 200 .210 250 215 190
[發明之功效] 使用本發明之化學機械硏磨用水系分散體,既使對含 有機械強度小,介電常數低之層間絕緣膜的半導體基板所 成被硏磨物之硏磨處理,也能大幅度抑制被硏磨面發生刮 擦傷;能大自由地調整銅膜及姐擋層金屬膜之硏磨速度比 ,銅膜與阻擋層金屬膜雙方可以一起進行高效率之硏磨, -38- 1280902 (35) 同時絕緣膜不會過度硏磨,可獲得充分平坦化且精確度高 之加工面。 又,使用本發明之半導體裝置的製造方法,對含有機 械強度小,介電常數低之層間絕緣膜的半導體基板進行硏 磨處理,亦能大幅度抑制被硏磨面發生刮擦傷;銅膜及阻 擋層金屬膜之雙方可以一起進行高效率的硏磨,同時絕緣 膜不會過度硏磨,可獲得充分平坦化且精確度高之加工面 -39-
Claims (1)
- 2 (1) 拾、申請專利範圍 第92 1 2 1 1 89號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年11月22日修正1 · 一種化學機械硏磨用水系分散體,其特徵爲含有磨 砂粒之化學機械硏磨用水系分散體,該磨砂粒包含(A)至少 一種選自無機粒子及有機粒子所成之單純粒子,及(B)複合 粒子之兩者。 2. 如申請專利範圍第1項之化學機械硏磨用水系分散體 ,其中構成磨砂粒之單純粒子(A)係由無機粒子所成;複合 粒子(B)係由有機粒子與無機粒子結合爲一體而成之無機有 機複合粒子所成者。3. 如申請專利範圍第1或2項之化學機械硏磨用水系分 散體,其中磨砂粒全部之總含有比率爲0.1 1〜2 0重量%, 單純粒子(A)之含有比率爲0.1〜19.99重量%,複合粒子(B) 之含有比率爲0.01〜19.9重量%。 4. 如申請專利範圍第1或2項之化學機械硏磨用水系分 散體,其中銅膜及阻擋層金屬膜在同一條件下硏磨時,對 銅膜之硏磨速度(RCu),該阻擋層金屬膜之硏磨速度(RBM) 之比,所表示特定之硏磨速度比(RBM/RCu)之値爲0.5〜200。 5. 如申請專利範圍第1或2項之化學機械硏磨用水系分 散體,其中銅膜及阻擋層金屬膜在同一條件下硏磨時,對 銅膜之硏磨速度(RCu),該阻擋層金屬膜之硏磨速度(RBM) 之比,所表示特定之硏磨速度比(RBM/RCu)之値爲10〜200。 (2) 1280902 6·如申請專利範圍第1或2項之化學機械硏磨用水系分 散體,其中銅膜及阻擋層金屬膜在同一條件下硏磨時,對 銅膜之硏磨速度(RCii),該阻擋層金屬膜之硏磨速度(RBM) 之比,所表示特定之硏磨速度比(RBM/RCu)之値爲0.5〜3。 7.—種半導體裝置之製造方法,其特徵爲使用申請專 利範圍第1〜6項中任一項之化學機械硏磨用水系分散體,對 半導體材料之被硏磨面,含有硏磨步驟者。 8·—種半導體裝置之製造方法,其步驟爲對半導體材 料之被硏磨面,施行以硏磨銅膜爲主之第1硏磨處理步驟後 ,以申請專利範圍第5或6項之化學機械硏磨用水系分散體 ,進行以硏磨阻擋層金屬膜爲主之第2硏磨處理步驟。
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