TWI419218B - 金屬膜用研磨液以及研磨方法 - Google Patents

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TWI419218B
TWI419218B TW097125220A TW97125220A TWI419218B TW I419218 B TWI419218 B TW I419218B TW 097125220 A TW097125220 A TW 097125220A TW 97125220 A TW97125220 A TW 97125220A TW I419218 B TWI419218 B TW I419218B
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Takaaki Tanaka
Masato Fukasawa
Shigeru Nobe
Takafumi Sakurada
Takashi Shinoda
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Claims (75)

  1. 一種金屬膜用研磨液，其特徵在於使用於下述研磨方法中第二研磨製程的金屬膜用研磨液，上述研磨方法包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：表面包括凹部和凸部的層間絕緣膜；沿表面覆蓋上述層間絕緣膜的阻障層；以及填充上述凹部而覆蓋阻障層的導電性物質層；第一研磨製程，研磨上述基板的導電性物質層而使上述凸部的阻障層露出；以及第二研磨製程，使用金屬膜用研磨液研磨在上述第一研磨製程中露出的上述基板的阻障層，使上述凸部的層間絕緣膜露出，其中，上述金屬膜用研磨液使用於包含過量地研磨層間絕緣膜的過研磨製程的研磨方法中的第二研磨製程，上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  2. 一種金屬膜用研磨液，其特徵在於其為使用於下述研磨方法中的金屬膜用研磨液，上述研磨方法包括： 準備基板的製程，其中上述基板包括：導電性物質層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用上述金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述導電性物質層的一部分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  3. 一種金屬膜用研磨液，其特徵在於其為使用於下述研磨方法中的金屬膜用研磨液，上述研磨方法包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：阻障層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用上述金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述阻障層的一部分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於 等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  4. 一種金屬膜用研磨液，其特徵在於其為使用於下述研磨方法中的金屬膜用研磨液，上述研磨方法包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：導電性物質層、阻障層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用上述金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述導電性物質層的一部分、上述阻障層的一部分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為大於等於3000。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均 分子量為大於等於5000。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述鹽為選自銨鹽、鹼金屬鹽以及烷基胺鹽之群組中的至少一種。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述鹽為銨鹽。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸以及丙烯酸酯之群組中的至少一種。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中相對於金屬膜用研磨液之總成分的總量100g，上述甲基丙烯酸系聚合物的添加量為0.001~15g。
  11. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中相對於金屬膜用研磨液之總成分的總量100g，上述甲基丙烯酸系聚合物的添加量為0.01~5g。
  12. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為大於等於80mol%。
  13. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共 聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為大於等於90mol%。
  14. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為小於等於99mol%。
  15. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為小於等於95mol%。
  16. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其分成至少含有研磨粒的漿料、以及至少含有甲基丙烯酸系聚合物的添加液的兩種液體。
  17. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述研磨粒為選自氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鈦、氧化鋯、氧化鍺或它們的改質物中的至少一種。
  18. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述研磨粒為聚集度是平均未滿兩個粒子者。
  19. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述研磨粒為聚集度是平均未滿1.2 個粒子者。
  20. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述研磨粒之平均粒度分佈的標準偏差小於等於10nm。
  21. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述研磨粒之平均粒度分佈的標準偏差小於等於5nm。
  22. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中更包括有機溶劑。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之金屬膜用研磨液，其中上述有機溶劑為選自碳酸酯類、內酯類、二醇類、二醇單醚類、二醇二醚類、醚類、醇類、酮類、苯酚、二甲基甲醯胺、正甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乳酸乙酯以及環丁碸之群組中的至少一種。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之金屬膜用研磨液，其中上述有機溶劑為選自二醇單醚類、醇類、以及碳酸酯類的群組中的至少一種。
  25. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中更包括氧化金屬溶解劑。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之金屬膜用研磨液，其中上述氧化金屬溶解劑為選自下述群組中的至少一種：選自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3,3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、羥基乙 酸、水楊酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、枸櫞酸以及對甲苯磺酸之群組中的有機酸；上述有機酸的酯；上述有機酸的銨鹽；選自鹽酸、硫酸、硝酸之群組中的無機酸；以及上述無機酸的銨鹽類。
  27. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中更包括金屬氧化劑。
  28. 如申請專利範圍第27項中所述之金屬膜用研磨液，其中上述金屬氧化劑選自過氧化氫、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸以及臭氧水之群組中的至少一種。
  29. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中更包括金屬防蝕劑。
  30. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，上述基板於表面包括配線密度大於等於50%的配線形成部。
  31. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述層間絕緣膜為矽系覆膜或有機聚合物膜。
  32. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述導電性物質選自銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧化物、鎢、鎢合金、銀、金之群組中的至少一種。
  33. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述阻障層包括選自鉭、鉭化合物、鈦、鈦化合物、鎢、鎢化合物、釕以及釕化合物中的至少一種。
  34. 一種研磨方法，其特徵在於包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：表面包括凹部和凸部的層間絕緣膜；沿表面覆蓋上述層間絕緣膜的阻障層；以及填充上述凹部而覆蓋阻障層的導電性物質層；第一研磨製程，研磨上述基板的導電性物質層而使上述凸部的阻障層露出；以及第二研磨製程，包含過量地研磨層間絕緣膜的過研磨製程的研磨方法，上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之研磨方法，其中上述層間絕緣膜為矽系覆膜或有機聚合物膜。
  36. 如申請專利範圍第34項所述之研磨方法，其中上述導電性物質選自銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧 化物、鎢、鎢合金、銀、金之群組中的至少一種。
  37. 如申請專利範圍第34項所述之研磨方法，其中上述阻障層包括選自鉭、鉭化合物、鈦、鈦化合物、鎢、鎢化合物、釕以及釕化合物中的至少一種。
  38. 如申請專利範圍第34項所述之研磨方法，其中上述基板於表面包括配線密度大於等於50%的配線形成部。
  39. 一種研磨方法，其特徵在於包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：導電性物質層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述導電性物質層的一部分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之研磨方法，其中上述層間絕緣膜為矽系覆膜或有機聚合物膜。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之研磨方法，其中上述導電性物質選自銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧 化物、鎢、鎢合金、銀、金之群組中的至少一種。
  42. 一種研磨方法，其特徵在於包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：阻障層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述阻障層的一部分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之研磨方法，其中上述層間絕緣膜為矽系覆膜或有機聚合物膜。
  44. 如申請專利範圍第42項所述之研磨方法，其中上述阻障層包括選自鉭、鉭化合物、鈦、鈦化合物、鎢、鎢化合物、釕以及釕化合物中的至少一種。
  45. 一種研磨方法，其特徵在於包括：準備基板的製程，其中上述基板包括：導電性物質層、阻障層與層間絕緣膜；以及研磨製程，使用上述金屬膜用研磨液進行研磨，藉由研磨除去上述導電性物質層的一部分、上述阻障層的一部 分與上述層間絕緣膜的一部分；上述金屬膜用研磨液包括研磨粒、包含甲基丙烯酸系聚合物的水溶性高分子以及水，上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸和可與該甲基丙烯酸共聚合的單體的共聚物，且上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為小於等於10萬，上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸、丙烯酸的鹽以及丙烯酸系酯類的群組中的至少一種，上述甲基丙烯酸系聚合物相對於單體總量的比例為大於等於70mol%且小於100mol%。
  46. 如申請專利範圍第45項所述之研磨方法，其中上述層間絕緣膜為矽系覆膜或有機聚合物膜。
  47. 如申請專利範圍第45項所述之研磨方法，其中上述導電性物質選自銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧化物、鎢、鎢合金、銀、金之群組中的至少一種。
  48. 如申請專利範圍第45項所述之研磨方法，其中上述阻障層包括選自鉭、鉭化合物、鈦、鈦化合物、鎢、鎢化合物、釕以及釕化合物中的至少一種。
  49. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為大於等於3000。
  50. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物的重量平均分子量為大於等於5000。
  51. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項 所述之研磨方法，其中上述鹽為選自銨鹽、鹼金屬鹽以及烷基胺鹽之群組中的至少一種。
  52. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述鹽為銨鹽。
  53. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述上述可與甲基丙烯酸共聚合的單體為選自丙烯酸以及丙烯酸酯之群組中的至少一種。
  54. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中相對於金屬膜用研磨液之總成分的總量100g，上述甲基丙烯酸系聚合物的添加量為0.001~15g。
  55. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中相對於金屬膜用研磨液之總成分的總量100g，上述甲基丙烯酸系聚合物的添加量為0.01~5g。
  56. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為大於等於80mol%。
  57. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為大於等於90mol%。
  58. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為小於等於99mol%。
  59. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述甲基丙烯酸系聚合物為甲基丙烯酸與丙烯酸的共聚物、或甲基丙烯酸與丙烯酸系酯類的共聚物，且相對於構成甲基丙烯酸系聚合物的單體總量，甲基丙烯酸的比例為小於等於95mol%。
  60. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其分成至少含有研磨粒的漿料、以及至少含有甲基丙烯酸系聚合物的添加液的兩種液體。
  61. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，上述研磨粒為選自氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鈦、氧化鋯、氧化鍺或它們的改質物中的至少一種。
  62. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，上述研磨粒為聚集度是平均未滿兩個粒子者。
  63. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，上述研磨粒為聚集度是平均未滿1.2個粒子者。
  64. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所 述之研磨方法，上述研磨粒之平均粒度分佈的標準偏差小於等於10nm。
  65. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，上述研磨粒之平均粒度分佈的標準偏差小於等於5nm。
  66. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中更包括有機溶劑。
  67. 如申請專利範圍第66項中任一項所述之研磨方法，其中上述有機溶劑為選自碳酸酯類、內酯類、二醇類、二醇單醚類、二醇二醚類、醚類、醇類、酮類、苯酚、二甲基甲醯胺、正甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乳酸乙酯以及環丁碸之群組中的至少一種。
  68. 如申請專利範圍第66項中任一項所述之研磨方法，其中上述有機溶劑為選自二醇單醚類、醇類、以及碳酸酯類的群組中的至少一種。
  69. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中更包括氧化金屬溶解劑。
  70. 如申請專利範圍第69項中任一項所述之研磨方法，其中上述氧化金屬溶解劑為選自下述群組中的至少一種：選自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3,3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、羥基乙酸、水楊酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、 己二酸、庚二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、枸櫞酸以及對甲苯磺酸之群組中的有機酸；上述有機酸的酯；上述有機酸的銨鹽；選自鹽酸、硫酸、硝酸之群組中的無機酸；以及上述無機酸的銨鹽類。
  71. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述金屬膜用研磨液更包括金屬氧化劑。
  72. 如申請專利範圍第71項中所述之金屬膜用研磨液，其中上述金屬氧化劑選自過氧化氫、硝酸、過碘酸鉀、次氯酸以及臭氧水之群組中的至少一種。
  73. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述金屬膜用研磨液更包括金屬防蝕劑。
  74. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之金屬膜用研磨液，其中上述水溶性高分子是由甲基丙烯酸系聚合物所組成。
  75. 如申請專利範圍第34、39、42與45項中任一項所述之研磨方法，其中上述水溶性高分子是由甲基丙烯酸系聚合物所組成。
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