TWI453272B - 研磨液 - Google Patents

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Description

研磨液
本發明係關於一種用於半導體裝置之製造過程中的研磨液。更特定言之，本發明係關於一種較佳用以研磨主要由障壁金屬材料組成之障壁層及由絕緣材料組成之絕緣層，以使其在於半導體裝置上形成佈線之過程期間平坦化的研磨液。
近年來，在諸如半導體積體電路(下文中稱作「LSI」)之半導體裝置的開發中，已藉由減少佈線厚度及產生多層佈線設法獲得增加的密度及整合，以便使此等裝置小型化及提高此等裝置的速度。此外，已使用各種技術，諸如化學機械研磨(下文中稱作「CMP」)及其類似者以便達成此目標。CMP為用於諸如層間介電質之經加工層的表面平坦化、用於插塞形成、用於嵌埋式金屬佈線之形成，及其類似者的基本技術。CMP執行基板之平滑化且消除佈線形成中之過多金屬薄膜，及消除絕緣膜表面上的過多障壁層。
習知CMP法為以下方法：其中將研磨墊固定至圓形研磨台(研磨壓板)的表面；用研磨液浸漬研磨墊的表面；將基板(晶圓)之表面壓至該墊上；且使研磨壓板及晶圓兩者皆旋轉，同時對其背面施加預定量的壓力(研磨壓力)，使得藉此經由由此所產生的機械磨損來使晶圓表面平坦化。
當製造諸如LSI之半導體裝置時，精細佈線形成於多個佈線層中，且當在此等層各自中形成諸如銅佈線之金屬佈線時，預形成諸如Ta、TaN、Ti或TiN之障壁金屬，以便防止佈線材料擴散至層間介電質中，及以便改良佈線材料的黏著。
為了形成各佈線層，通常首先以單一階段或多個階段在金屬膜上執行CMP法(下文中稱作「金屬膜CMP」)以移除已藉由電鍍或其類似者沈積的過多佈線材料，且此後，進行CMP法以移除已曝露於金屬膜表面上的障壁金屬材料(障壁金屬)(下文中稱作「障壁金屬CMP」)。然而，金屬膜CMP可能造成稱作表面凹陷之過度研磨，或造成侵蝕佈線部分。
為了減少此表面凹陷，在金屬膜CMP之後的此障壁金屬CMP中，應形成歸因於表面凹陷、侵蝕及其類似者之水平差藉由調節金屬佈線部分的研磨速率及障壁金屬部分的研磨速率而最終降低之佈線層。特定言之，在障壁金屬CMP中，較佳地障壁金屬及絕緣層之研磨速率之高低為中等，由於歸因於過度研磨佈線部分而產生之表面凹陷及由表面凹陷產生之侵蝕在障壁金屬及層間介電質之研磨速率與金屬佈線材料之研磨速率相比時相對較低時出現。此情形不僅具有改良障壁金屬CMP產出率的優點，而且由於在實踐中表面凹陷經常由金屬膜CMP造成，故出於以上原因要求相對提高障壁金屬及絕緣層之研磨速率。
用於CMP中之金屬研磨液通常包括研磨顆粒(例如氧化鋁或二氧化矽)及氧化劑(例如過氧化氫或過硫酸)。認為基本研磨機制如下：用氧化劑氧化金屬表面，且接著用研磨顆粒移除藉此所形成的氧化膜。
然而，當將包括此等種類之固體研磨顆粒的研磨液用於CMP法中時，可能出現以下問題，諸如研磨損壞(刮痕)；整個研磨表面被過度研磨(薄化)的現象；使經研磨之金屬表面凹陷(表面凹陷)的現象；及由於過度研磨置於金屬佈線層之間的絕緣體而使複數個金屬佈線表面凹陷(侵蝕)的現象，及其類似者。
此外，存在成本相關問題，諸如當使用包括固體研磨顆粒之研磨液時，使用於自半導體表面消除殘餘研磨液之習用清潔方法複雜化，及諸如處理此清潔後之液體(廢液)時要求必須沈澱固體研磨顆粒。
已關於包括固體研磨顆粒之研磨液進行以下研究。
舉例而言，提出旨在達成高研磨速率且實質上不出現刮痕的CMP研磨劑及研磨法(例如日本專利特許公開申請案(JP-A)第2003-17446號)，提出用於改良CMP中之可洗性的研磨組合物及研磨法(例如JP-A第2003-142435號)，且提出旨在防止研磨顆粒聚結的研磨組合物(例如JP-A第2000-84832號)。
然而，即使在此等研磨液中，仍無方法可在研磨障壁層時達成高研磨速率，同時抑制由固體研磨顆粒聚結所造成的刮痕。
為了改良佈線之絕緣性質，未來需要開發低介電常數基板材料(低k材料)。然而，低k材料易於為CMP所損壞，且其絕緣性質可能被CMP嚴重損壞。此問題在使用在酸性範圍或鹼性範圍中進行的習知研磨法時極為嚴重。因此，亦已提出在中性pH值範圍中使用的研磨液(JP-A第2008-78233號)。希望可藉由使用中性範圍來解決此問題，因為在中性範圍中往往不發生反應。
然而，尚無用中性研磨液達成實用研磨速率的方法。由於在中性範圍中往往不發生反應，因此難以對障壁材料及絕緣材料達成充分研磨速率。因此，在中性範圍中提高研磨速率的唯一方法為增加研磨顆粒的濃度。然而，當使研磨顆粒之濃度增加至例如約10質量%以便達成充分研磨速率時，儘管研磨速率改良，但在低k材料中造成實體損壞或疵點。
本發明提供一種包括固體研磨顆粒之研磨液來研磨由障壁金屬材料組成之障壁層及由絕緣材料組成之絕緣層，該研磨液可在研磨障壁層及絕緣層時達成高研磨速率且可抑制刮痕的出現。
鑒於以上情況進行本發明。本發明包括以下態樣：
<1>一種用於半導體裝置之化學機械研磨的研磨液，該研磨液包括：
(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，
(b)當用於該研磨液時ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒，
(c)苯并三唑衍生物，
(d)陰離子界面活性劑，及
(e)氧化劑，該研磨液之pH值為5.0至8.0。
<2>如<1>之研磨液，其中(a)該羧酸化合物之濃度在0.5質量%至8質量%的範圍中。
<3>如<1>或<2>之研磨液，其中(a)該羧酸化合物為選自由以下組成之群中的至少一者：乙酸、乙醇酸、乳酸、水楊酸、亞胺基二乙酸酯、氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、己二酸及鄰苯二甲酸。
<4>如<1>至<3>中任一項的研磨液，其中(b)該等膠狀二氧化矽顆粒之濃度以該研磨液之總量計在0.5質量%至5質量%的範圍中。
<5>如<1>至<4>中任一項的研磨液，其中(b)該等膠狀二氧化矽顆粒之一次平均顆粒直徑在10nm至100nm的範圍中。
<6>如<1>至<5>中任一項的研磨液，其中(c)該苯并三唑衍生物為選自由以下組成之群中的至少一者：1,2,3-苯并三唑、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、5-羧基-1,2,3-苯并三唑，及5,6-二羧基-1,2,3-苯并三唑。
<7>如<1>至<6>中任一項的研磨液，其中(d)該陰離子界面活性劑包括-COO-或-SO2 -O-。
<8>如<1>至<7>中任一項的研磨液，其進一步包括多醣。
<9>如<8>之研磨液，其中該多醣為選自由以下組成之群中的至少一者：普魯蘭(pullulan)、纖維素、瓊脂糖、果膠、澱粉，及其衍生物。
<10>一種研磨半導體裝置之表面的化學機械研磨法，其包括：藉由在供應研磨液至研磨墊的同時使該研磨墊與該半導體裝置表面相對移動來研磨該半導體裝置表面，該研磨液包括：(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，(b)當用於該研磨液時ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒，(c)苯并三唑衍生物，(d)陰離子界面活性劑，及(e)氧化劑，該研磨液之pH值為5.0至8.0。
<11>如<10>之化學機械研磨法，其中(a)該羧酸化合物為選自由以下組成之群中的至少一者：乙酸、乙醇酸、乳酸、水楊酸、亞胺基二乙酸酯、氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、己二酸及鄰苯二甲酸。
根據本發明，提供一種包括固體研磨顆粒之研磨液來研磨由障壁金屬材料組成之障壁層及由絕緣材料組成之絕緣層，該研磨液可在研磨障壁層及絕緣層時達成高研磨速率且可抑制刮痕的出現。
由於本發明之研磨液包括固體研磨顆粒，因此當研磨障壁層時可達成高研磨速率。此外，儘管本發明之研磨液包括固體研磨顆粒，但可抑制刮痕的出現。
本發明之研磨液用於研磨半導體積體電路之障壁層及絕緣層，該研磨液包括：
(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，
(b)在該研磨液中ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒，
(c)苯并三唑衍生物，
(d)陰離子界面活性劑，及
(e)氧化劑，
且pH值為5.0至8.0。
本發明之研磨液可視情況包括其他組份。
本發明之研磨液之pH值在中性範圍中，諸如pH 5.0至pH 8.0的範圍中。pH值在中性範圍中表示諸如氧化還原反應、親核親電子反應或脫水反應的有機化學反應實質上不發生。因此，優點為例如研磨液對環境或人體無害。
根據本發明，即使在研磨顆粒濃度低時亦可在中性範圍中達成充分研磨速率，且可有效抑制歸因於研磨顆粒對基板造成的損壞。因此，本發明提供一種可在甚至關於低k材料物理或化學研磨期間減少損壞或疵點，且在實踐使用中具有實質上無問題之效能的研磨液。
已知障壁材料或絕緣材料之待研磨表面帶負電。在中性範圍中，研磨液中之膠狀二氧化矽的捷塔電位(ζ電位)類似地帶負電。在習知研磨液中，在中性範圍中之膠狀二氧化矽的ζ電位為約-40mV至-80mV。在此膠狀二氧化矽ζ電位為負，且絕對值高的情況下，由於膠狀二氧化矽與待研磨表面之間的靜電排斥，故不能達成有效研磨。在本發明中，集中於研磨顆粒(膠狀二氧化矽)的ζ電位，可藉由調節研磨液之組份來控制膠狀二氧化矽的ζ電位。當膠狀二氧化矽的ζ電位為負且絕對值高時，不能達成有效研磨。然而，相比之下，當控制ζ電位接近零時，膠狀二氧化矽穩定性削弱，導致諸如研磨顆粒凝聚或沈降的其他問題。然而，在本發明中，藉由將研磨液中之膠狀二氧化矽的ζ電位控制在-10mV至-35mV的範圍中，可提供可達成充分研磨速率且展現隨時間優良穩定性的研磨液。
此後，將解釋本發明之特定實施例。
本發明之「研磨液」不僅包括用於研磨時的研磨液(特定言之視需要經稀釋的研磨液)，而且包括研磨液的濃縮液體。濃縮液體或濃縮研磨液係指將溶質之濃度調節至比用於研磨時的研磨液高的程度，且在研磨時藉由用水或水溶液稀釋而使用的研磨液。稀釋率通常為以體積計1至20倍。此處，表述「濃縮物」及「濃縮液體」用作習知用以代表「縮合物」或「經縮合液體」(亦即，比使用時之狀態更濃縮的狀態)的表述，而非伴隨諸如蒸發及其類似者之物理濃縮方法之普通術語的含義。
下文中，將詳細描述包括於本發明之研磨液中的各組份。
(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物
本發明之研磨液包括至少一種(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物。此處，羧酸化合物充當氧化促進劑、pH值調節劑或緩衝劑，且不充當金屬氧化劑。用於本發明中之(a)羧酸化合物的較佳實例包括具有1至6個羧基且分子量為90至500的水溶性羧酸化合物。其特定實例包括諸如乙酸、乙醇酸、乳酸或水楊酸的單羧酸化合物，或以下式(I)所表示的化合物。
在式(I)中，R表示具有2至20個碳原子之直鏈或分支鏈伸烷基、伸炔基、伸環烷基或伸芳基，或其兩者或兩者以上的組合。
由R表示之具有2至20個碳原子之伸烷基的特定實例包括伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基及伸辛基。其中，伸乙基、伸丙基及伸丁基較佳。
由R所表示之伸炔基較佳為具有2至10個碳原子的伸炔基。其特定實例包括伸乙炔基及伸丙炔基。
由R所表示之伸環烷基的特定實例包括伸環己基及伸環戊基。其中伸環己基較佳。
由R所表示之伸芳基的特定實例包括伸苯基及伸萘基。其中伸苯基較佳。
由R所表示之各基團可進一步具有取代基。取代基之實例包括羥基、胺基、羧基、磷酸酯基、亞胺基、硫醇基、磺基及硝基。
由式(I)所表示之化合物的特定實例包括草酸、丙二酸、丁二酸、異丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、順丁烯二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、二乙醇酸、戊二酸、乙醯乙酸、酮基丁二酸、2,5-呋喃二羧酸，或其混合物。其中，為了達成適宜的選擇性，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、檸檬酸及二乙醇酸較佳，且草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、己二酸及鄰苯二甲酸更佳。
作為用於本發明中之羧酸化合物，除由式(I)所表示的化合物之外，具有一個羧基的化合物，諸如乙酸、乙醇酸、乳酸或水楊酸，或具有兩個或兩個以上羧基的化合物，諸如亞胺基二乙酸酯、氮基三乙酸、乙二胺四乙酸或二伸乙基三胺五乙酸較佳。
在本發明之研磨液中，羧酸化合物可單獨或以其兩種或兩種以上之組合使用。
研磨液中羧酸化合物的含量以用於研磨時之研磨液的質量計為較佳0.5質量%至8質量%、更佳0.5質量%至6質量%，及更佳0.8質量%至5質量%。更特定言之，羧酸化合物之含量為較佳0.5質量%或大於0.5質量%以便達成充分研磨速率，及較佳8質量%或小於8質量%以便維持適宜的平整度。
(b)在研磨液中ζ電位為-10mV至-35mV之的膠狀二氧化矽顆粒
本發明之研磨液包括(b)在研磨液中ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒(下文中有時稱作「特定膠狀二氧化矽顆粒」)作為研磨顆粒之至少一部分。
特定膠狀二氧化矽顆粒較佳為由烷氧基矽烷之水解所獲得且微粒內不包括諸如鹼金屬之雜質的膠狀二氧化矽顆粒。另一方面，亦可使用藉由自鹼金屬矽酸鹽之水溶液中除去鹼金屬而製成的膠狀二氧化矽顆粒。然而，在此等情況下，微粒內剩餘的鹼金屬可逐漸溶離，藉此不利地影響研磨效能。由此觀點，由烷氧基矽烷之水解所獲得的膠狀二氧化矽作為特定膠狀二氧化矽顆粒之原料更佳。
特定膠狀二氧化矽顆粒在研磨液中之ζ電位為-10mV至-35mV。鑒於達成充分研磨速率及儲存穩定性兩者，特定膠狀二氧化矽顆粒之ζ電位較佳為-20mV至-35mV。
捷塔電位(ζ電位)之量測
在本發明中，研磨液中之膠狀二氧化矽顆粒的ζ電位為由以下方法所量測的值。
包括於所獲得之研磨液中之特定膠狀二氧化矽顆粒的捷塔電位係在非濃縮狀態中由Nihon Rufuto Co.,Ltd.所提供之DT-1200量測。
將研磨液中之膠狀二氧化矽顆粒的ζ電位調節至-10mV至-35mV範圍中之方法實例包括：藉由使用pH值調節劑將研磨液之pH值調節至本發明中所指定範圍(pH 5.0至8.0)的 方法；及藉由添加指定量的有機化合物及/或無機化合物調節研磨液的離子強度的方法。pH值調節劑之較佳實例包括諸如氨、氫氧化鈉或氫氧化鉀的鹼，及諸如硫酸、鹽酸或硝酸的酸。用於調節離子強度之添加劑的實例包括有機化合物，諸如(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，其為本發明之研磨液的基本組份；及無機化合物，諸如用於pH值調節劑中之鹽，例如硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨、硫酸鈉、氯酸鉀、氯酸銨或氯酸鈉。在本發明中，較佳使用上述兩種方法之組合以便利用中性的優勢。當僅使用一種上述方法時，可能削弱研磨顆粒的穩定性。
特定膠狀二氧化矽顆粒之一次平均顆粒直徑可根據其所欲用途來適當選擇。為了獲得充分研磨速率同時減少研磨疵點，特定膠狀二氧化矽顆粒之一次平均顆粒直徑較佳為10nm至100nm，且更佳為15nm至80nm。
藉由在SEM(掃描電子顯微鏡)下觀察100個顆粒及平均化各顆粒之最小直徑來測定本發明的一次平均顆粒直徑。
本發明之研磨液中特定膠狀二氧化矽顆粒的含量(濃度)以用於研磨中之研磨液的質量計較佳在0.5質量%至5質量%、更佳在1質量%至5質量%及更佳在1.2質量%至4.5質量%的範圍中。更特定言之，特定膠狀二氧化矽顆粒之含量較佳為0.5質量%或大於0.5質量%以便以充分研磨速率研磨障壁層，且鑒於儲存穩定性較佳為5質量%或小於5質量%。
在本發明之研磨液中，只要本發明之效果不以任何方式受到不利影響，即可以組合方式使用除特定膠狀二氧化矽顆粒以外的其他研磨粒子。然而，即使在此等情況下，特定膠狀二氧化矽顆粒之量以研磨粒子之總量計較佳為50質量%或大於50質量%，且更佳為80質量%或大於80質量%。此外，研磨粒子亦可完全由特定膠狀二氧化矽顆粒構成。
在本發明之研磨液中，可與特定膠狀二氧化矽組合使用之研磨粒子的實例包括煙霧狀二氧化矽、二氧化鈰、氧化鋁及二氧化鈦。
研磨液中其他研磨粒子的ζ電位較佳帶負電以便防止研磨粒子的聚集。其他研磨粒子之平均粒度較佳等於或大於特定膠狀二氧化矽顆粒的平均粒度，但較佳不超過特定膠狀二氧化矽顆粒平均粒度的兩倍。
(c)苯并三唑衍生物
本發明之研磨液包括(c)苯并三唑衍生物。(c)苯并三唑衍生物吸附至待研磨之表面且形成膜，藉此抑制金屬表面的腐蝕。
(c)苯并三唑衍生物之實例包括苯并三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、5-羧基-1,2,3-苯并三唑、5,6-二羧基-1,2,3-苯并三唑、1-(1,2-二羧乙基)苯并三唑，1-[N,N-雙(羥乙基)胺基甲基]苯并三唑，及1-(羥甲基)苯并三唑。其中，1,2,3-苯并三唑、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、5-羧基-1,2,3-苯并三唑，及5,6-二羧基-1,2,3-苯并三唑較佳。
(c)苯并三唑衍生物之添加量以用於研磨中時之研磨液的質量計較佳為0.01質量%至0.2質量%，且更佳為0.05質量%至0.2質量%。更特定言之，(c)苯并三唑衍生物之添加量較佳為0.01質量%或大於0.01質量%以便抑制表面凹陷，且鑒於儲存穩定性較佳為0.2質量%或小於0.2質量%。
(d)陰離子界面活性劑
本發明之研磨液包括(d)陰離子界面活性劑。(d)該陰離子界面活性劑之較佳實例包括包含-COO-或-SO2 -O-的化合物。
可用作本發明之陰離子界面活性劑之羧酸及羧酸酯的特定實例包括脂肪酸酯(例如動物油酯鈉(sodium tallowate)、硬脂酸鈉、油酸鉀、蓖麻油酸鉀(potassium castorate)、馬賽酯(marseille ester)鈉鹽、肉豆蔻酸鉀，月桂酸鉀，月桂酸TEA鹽(TEA laurate)、椰油脂酸鉀(potassium cocoate)，及椰油脂酸TEA鹽(TEA cocoate))、N-醯基胺基酸酯(例如三乙醇胺-椰油醯基肌胺酸、椰油醯基肌胺酸鈉、月桂醯基肌胺酸鈉，及油醯基肌胺酸鈉)、烷基醚羧酸鹽(例如聚環氧乙烷/聚環氧丙烷烷基醚羧酸鹽、聚環氧乙烷十三基醚羧酸鹽，及聚環氧乙烷月桂基醚羧酸鹽)、醯化肽、聚羧酸型高分子界面活性劑、松香膠型不成比例的松脂酸鈉、松脂酸鈉、藉由順丁烯二酸變性的松脂酸鈉、烯基丁二酸二(單)鉀，及基於丙胺酸的界面活性劑(例如椰油醯基甲基-β-丙胺酸鈉、月桂醯基甲基-β-丙胺酸鈉，及肉豆蔻醯基甲基-β-丙胺酸鈉)。
在此等陰離子界面活性劑中，脂肪酸鹽、N-醯基胺基酸鹽、烷基醚羧酸鹽、烯基丁二酸二(單)鉀，及基於丙胺酸的界面活性劑較佳，以便改良研磨速率及抑制表面凹陷。
可用作本發明之陰離子界面活性劑之磺酸及磺酸鹽陰離子界面活性劑的特定實例包括烷基磺酸鹽(例如二辛基磺基丁二酸鹽)、烷基苯磺酸(例如十二烷基苯磺酸或其鹽)、烷基二苯基醚二磺酸鹽(例如烷基二苯基醚二磺酸鈉)、烷基二苯基醚單磺酸鹽(例如烷基二苯基醚單磺酸鈉)、烷基萘磺酸鹽、烷基磺基丁二酸鹽(例如二烷基磺基丁二酸鈉、聚環氧乙烷烷基磺基丁二酸二鈉，二烷基磺基丁二酸鈉及月桂基磺基丁二酸二鈉)、α-烯烴磺酸鹽；及硫酸鹽，諸如烷基硫酸鹽(例如月桂基硫酸鈉、高級醇硫酸鈉、三乙醇胺月桂基硫酸鹽，及月桂基硫酸銨)及烷基醚硫酸鹽(例如聚環氧乙烷/聚環氧丙烷烷基醚硫酸鹽，及烷基醯胺硫酸鹽)；IGEPON T(商標名，由I.G. FARBENINDUSTRIE製造)、IGEPON A(商標名，由I.G. FARBENINDUSTRIE製造)、NECAL(商標名，由BASF A.G.製造)、TAMOL(商標名，由BASF A.G.製造)、N-醯基磺酸鹽、萘或其他芳族磺酸鹽與甲醛之縮合物(例如β-萘磺酸鈉與甲醛之縮合物及特定芳族磺酸鈉與甲醛之縮合物)、烷磺酸鈉、諸如椰油脂酸鹽之羥乙基磺酸鹽(椰油酯酸鹽之殘基的實例通常包括月桂基、十四烷基、棕櫚基及硬脂醯基)及乙基磺酸鈉。
在此等陰離子界面活性劑中，為了改良研磨速率且抑制表面凹陷，烷基苯磺酸、烷基二苯基醚磺酸鹽、烷基磺基丁二酸鹽、N-醯基磺酸鹽、烷基硫酸鹽，及聚環氧乙烷烷基醚硫酸鹽較佳。
本發明之研磨液中(d)陰離子界面活性劑的含量以用於研磨時之1公升研磨液計較佳為0.00001g至10g，更佳為0.00002g至7g，且更佳為0.00005g至6g，以便改良研磨速率及抑制表面凹陷。
其他界面活性劑
除為本發明之研磨液基本組份的(d)陰離子界面活性劑之外，本發明之研磨液可視情況包括其他陰離子界面活性劑、非離子界面活性劑、陽離子界面活性劑及/或兩性界面活性劑作為可選組份。在此等界面活性劑中，陽離子界面活性劑可能視組成之pH值而形成沈澱。因此，有必要根據供使用之組成的設計而選擇不形成沈澱的適當陽離子界面活性劑。
非離子界面活性劑之實例包括醚非離子界面活性劑、醚/酯非離子界面活性劑、酯非離子界面活性劑，及含氮非離子界面活性劑。非離子界面活性劑之特定實例包括醚非離子界面活性劑，諸如聚環氧烷烷基醚、聚環氧烷烷基苯基醚、聚環氧乙烷衍生物(例如聚環氧乙烷二磺酸化苯基醚)、聚環氧乙烷聚環氧丙烷二醇、烷基芳基甲醛與聚環氧乙烷醚之縮合物、聚環氧乙烷-聚環氧丙烷嵌段共聚物，及聚環氧乙烷聚環氧丙烷烷基醚。
醚/酯非離子界面活性劑之實例包括聚環氧乙烷醚之甘油酯、聚環氧乙烷脂肪酸酯、聚環氧乙烷脫水山梨糖醇脂肪酸酯，及聚環氧乙烷醚山梨糖醇酯。酯非離子界面活性劑之實例包括脫水山梨糖醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、聚甘油酯、脫水山梨糖醇酯、丙二醇酯，及蔗糖酯。含氮非離子界面活性劑之實例包括脂肪酸烷醇醯胺、聚環氧乙烷烷基胺，及聚環氧乙烷烷基醯胺。此外，非離子界面活性劑之實例包括氟界面活性劑及含乙炔非離子界面活性劑。
陽離子界面活性劑之實例包括烷基胺鹽(例如椰油胺乙酸鹽及硬脂醯基胺乙酸鹽)、四級銨鹽(例如氯化月桂基三甲基銨、氯化硬脂醯基三甲基銨、氯化十六烷基三甲基銨、氯化雙硬脂醯基二甲基銨，及氯化烷基苄基二甲基銨)，及烷基吡錠鹽(例如氯化十六烷基吡錠)。
兩性界面活性劑之實例包括烷基甜菜鹼兩性界面活性劑(例如月桂基甜菜鹼(例如二甲基月桂基胺基乙酸甜菜鹼、硬脂醯基甜菜鹼，及2-烷基-N-羧甲基-N-羥乙基咪唑鎓甜菜鹼)，及氧化胺兩性界面活性劑(例如月桂基二甲基胺氧化物)。
本發明之研磨液中界面活性劑的總含量以用於研磨中時之1公升研磨液計較佳為0.00002g至10g，更佳為0.00005g至7g，且尤佳為0.00005g至6g。亦即，界面活性劑之添加量較佳為0.00002g或大於0.00002g，以便獲得充分效果，且較佳為10g或小於10g，以便防止CMP速率減低。
此處，界面活性劑之總含量意謂為本發明之研磨液的基本組份的陰離子界面活性劑與必要時使用的其他界面活性劑的總量。
(e)氧化劑
本發明之研磨液包括能夠氧化待研磨之金屬的化合物(氧化劑)。
氧化劑之實例包括過氧化氫、過氧化物、硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、過硫酸鹽、重鉻酸鹽、過錳酸鹽及臭氧水。其中，過氧化氫較佳。氧化劑可單獨或以其兩種或兩種以上之組合使用。
(e)氧化劑之添加量以用於研磨時之1公升研磨液計較佳為0.003莫耳至8莫耳，更佳為0.03莫耳至6莫耳，且更佳為0.1莫耳至4莫耳。亦即，氧化劑之添加量較佳為0.003莫耳或大於0.003莫耳以便確保充分金屬氧化及高CMP速率，且較佳為8莫耳或小於8莫耳以便降低待研磨之表面的粗糙度。
其他組份
pH值調節劑
在本發明中，將研磨液之pH值調節至5.0至8.0的中性範圍中以獲得關於待研磨之表面的吸附性質及反應性、研磨金屬之溶解度、待研磨之表面的電化學性質、化合物之官能基的解離狀態、液體穩定性及其類似者的適宜特徵。
儘管本發明之研磨液的pH值可在5.0至8.0範圍中，以便減少對低k膜的損壞及確保隨時間的穩定性，但研磨液的pH值較佳為6.5至8.0。
為了將pH值調節至上文提及之範圍內，本發明之研磨液較佳包括鹼性劑、酸性劑或緩衝劑。
為了將pH值調節至上文提及之較佳範圍內，可使用鹼性劑、酸性劑或緩衝劑。本發明之研磨液在pH值經調節至上文提及之範圍內時達成充分效果。
鹼性劑、酸性劑或緩衝劑之較佳實例包括氨；有機氫氧化銨，諸如氫氧化銨或氫氧化四甲基銨；非金屬鹼性劑，諸如烷醇胺，包括二乙醇胺、三乙醇胺及三異丙醇胺；鹼金屬氫氧化物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；無機酸，諸如硝酸、硫酸或磷酸；碳酸鹽，諸如碳酸鈉；磷酸鹽，諸如磷酸三鈉；硼酸鹽、四硼酸鹽及羥基苯甲酸鹽。其中，氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鋰及氫氧化四甲基銨較佳。
鹼性劑、酸性劑或緩衝劑之添加量不受特別限制，只要研磨液之pH值維持在所要範圍內即可，且以用於研磨時之1公升研磨液計較佳為0.0001莫耳至1.0莫耳，且更佳為0.003莫耳至0.5莫耳。
水溶性聚合物
本發明之研磨液可包括水溶性聚合物。
水溶性聚合物之實例包括多醣(例如褐藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、瓊脂、三仙膠、聚葡萄胺糖、甲基二醇聚葡萄胺糖、甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羧乙基纖維素，及普魯蘭)、聚羧酸及其衍生物(例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚天冬胺酸、聚麩胺酸、聚離胺酸、聚蘋果酸、聚順丁烯二酸、聚衣康酸、聚反丁烯二酸、聚(對苯乙烯羧酸)、聚乙烯硫酸、聚胺基丙烯醯胺、聚醯胺酸，及聚乙醛酸)、聚伸乙基亞胺、乙烯基聚合物(例如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮，及聚丙烯醛)，及聚二醇(例如聚乙二醇、聚丙二醇，及聚丁二醇)。其較佳實例包括多醣(例如褐藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、瓊脂、三仙膠、聚葡萄胺糖、甲基二醇聚葡萄胺糖、甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羧乙基纖維素及普魯蘭)、聚羧酸及其衍生物(例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚天冬胺酸、聚麩胺酸、聚離胺酸、聚蘋果酸、聚順丁烯二酸、聚衣康酸、聚反丁烯二酸、聚(對苯乙烯羧酸)、聚乙烯硫酸、聚胺基丙烯醯胺、聚醯胺酸，及聚乙醛酸)、聚伸乙基亞胺，及乙烯基聚合物(例如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮，及聚丙烯醛)。
在此等水溶性聚合物中，多醣較佳。多醣較佳為以下式(3)表示的化合物。
在式(3)中，RC 表示氫原子或羧甲基。X表示羧基、羧烷基、羥烷基、-O-CH2 -CO2 H，或CO2 M。n表示1或大於1的整數，且M表示金屬原子。
M較佳表示單價或二價金屬，且更佳表示K、Na或Ca。
當待由研磨液研磨之基板為半導體積體電路或其類似者的矽基板時，由鹼金屬、鹼土金屬及/或鹵化物的污染為不合需要的。因此，當水溶性聚合物呈酸形式時，較佳使用呈酸形式之水溶性聚合物或使用呈銨鹽形式之水溶性聚合物。
水溶性聚合物之重量平均分子量較佳為500至100,000，且更佳為2,000至50,000。
本發明之水溶性聚合物可單獨或以其兩種或兩種以上之組合使用。
水溶性聚合物的添加量以用於研磨時之1公升研磨液計總共為較佳0.001g至10g，更佳0.01g至5g，且更佳0.1g至3g。亦即，水溶性聚合物之添加量較佳為0.001g或大於0.001g，以便獲得充分效果，且較佳為10g或小於10g，以便防止CMP速率減低。
螯合劑
本發明之研磨液可視情況包括螯合劑(亦即，水軟化劑)，以便減少研磨液中所污染之多價金屬離子的不利影響。
螯合劑之實例包括通用水軟化劑或其類似化合物，即鈣或鎂沈澱抑制劑，諸如氮基三乙酸；二伸乙基三胺五乙酸；乙二胺四乙酸；N,N,N-伸丙基膦酸；乙二胺-N,N,N',N'-伸丁基磺酸；反環己烷二胺四乙酸；1,2-二胺基丙烷四乙酸；二醇醚二胺四乙酸；乙二胺鄰位羥基苯基乙酸；乙二胺丁二酸(SS)；N-(2-羧酸酯乙基)-L-天冬胺酸；β-丙胺酸二乙酸；2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸；1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸；N,N'-雙(2-羥苄基)乙二胺-N,N'-二乙酸；及1,2-二羥基苯-4,6-二磺酸。
必要時，可組合使用兩種或兩種以上螯合劑。
螯合劑之添加量不受特別限制，只要足以螯合諸如多價金屬離子之金屬離子即可。螯合劑之添加量以用於研磨時之1公升研磨液計為(例如)0.0003莫耳至0.07莫耳。
本發明之研磨液通常適用於研磨由障壁金屬材料組成之障壁層以防止銅擴散，該障壁層置於由銅金屬及/或銅合金組成之佈線與層間介電質之間。
障壁金屬材料
構成待由本發明之研磨液研磨之表面的障壁層之材料較佳為低電阻金屬材料，且其特定實例包括TiN、TiW、Ta、TaN、W及WN。其中，Ta及TaN較佳。
層間介電質
待用本發明之研磨液研磨之層間介電質的實例包括習知層間介電質，諸如彼等含TEOS者；及由介電常數低至約3.5至2.0之低介電材料(例如通常稱作低k膜之有機聚合物材料、SiOC化合物，或SiOF化合物)組成的層間介電質。
可用於形成層間介電質之低介電材料的特定實例包括SiOC化合物，諸如HSG-R7(商標名，由Hitachi Chemical Co.,Ltd.製造)及BLACKDIAMOND(商標名，由Applied Materials,Inc.製造)。
用於形成佈線的原料
本發明中之待研磨的表面較佳具有含銅金屬及/或銅合金的佈線，諸如應用於包括LSI晶片之半導體裝置的佈線。特定言之，銅合金作為此佈線的原料較佳。在銅合金中，含銀的銅合金較佳。
包括於銅合金中之銀的量較佳為40質量%或小於40質量%，更佳為10質量%或小於10質量%，且甚至更佳為1質量%或小於1質量%。當使用含銀量為0.00001質量%至0.1質量%之銅合金時，可達成充分效果。
佈線之厚度
當待由本發明之研磨液研磨的基板應用於DRAM裝置時，佈線厚度較佳為以半間距計0.15μm或小於0.15μm、更佳0.10μm或小於0.10μm，及甚至更佳0.08μm或小於0.08μm。
另一方面，當待由研磨液研磨之基板應用於微處理單元(MPU)裝置時，佈線厚度較佳為0.12μm或小於0.12μm、更佳0.09μm或小於0.09μm，及甚至更佳0.07μm或小於0.07μm。
本發明之研磨液對具有上述佈線之表面展現充分效果。
研磨法
本發明之研磨液可：
(1)形成為濃縮溶液之形式，在使用時將其藉由添加水或水溶液而稀釋；
(2)藉由混合分別含有研磨液組份的下述水溶液，及必要時藉由添加水來稀釋混合溶液而製備；或
(3)形成為可以原樣使用之液體形式。
研磨液(1)至(3)中的任一者均可用於本發明之研磨法中。
本發明中所用研磨法為以下方法：供應研磨液至置於研磨壓板上之研磨墊上，使研磨墊接觸待研磨之表面，且使待研磨之表面與研磨墊相對彼此移動。
具有固持表面待研磨之基板(例如，在上面形成導電材料膜的晶圓)之固持器及上面附接有研磨墊之研磨壓板(配備有可變速度馬達及其類似者)的習知研磨裝置可用作研磨中所用的裝置。可用於本發明中之研磨墊不受特別限制，且其實例包括習知非織物、聚胺基甲酸酯發泡體或多孔氟碳樹脂。
研磨壓板之旋轉速度不受特別限制，且較佳為200rpm或小於200rpm，使得待研磨之基板自壓板偏出。研磨墊對表面待研磨(待研磨之膜)之基板的接觸壓力較佳為0.68kPa至34.5kPa，且更佳為3.40kPa至20.7kPa，以便確保基板的平面內均一性及圖案平整。
在研磨期間，研磨液由泵或其類似者連續供應至研磨墊上。
完成研磨後，用流水澈底洗滌經研磨之基板，且接著藉由用離心式脫水機或其類似者移除該經研磨之基板上的小水滴而進行乾燥。
當稀釋研磨液之濃縮液體時(如方法(1)中所述)，以下水溶液可用於稀釋該濃縮溶液。水溶液為氧化劑、有機酸、添加劑，及界面活性劑中之至少一者預先溶解於水中的溶液。溶解於水溶液及濃縮液體中之所有組份對應於包括於用於研磨之所得研磨液(供使用之液體)中的組份。
因此，當藉由稀釋濃縮溶液製備研磨液時，不易溶解之組份可單獨製備及以水溶液之形式添加至濃縮溶液中。因此，可製備具有甚至更高程度濃度之濃縮液體。
藉由添加水或水溶液稀釋濃縮溶液的方法可為以下方法：將供應濃縮研磨液之管與供應水或水溶液之管在中途接合在一起，且藉此將已經混合及稀釋之供使用之研磨液液體供應至研磨墊上。可由習知方法執行濃縮溶液與水或水溶液的混合，習知方法諸如：藉由允許液體通過窄路徑同時施加壓力而碰撞混合液體的方法；諸如玻璃管之填充物裝填於該等管內，且重複液流的分叉/分離及交匯的方法；及受力旋轉之葉片提供於管內的方法。
研磨液之供應速率較佳為10ml/min至1000ml/min，且更佳為170ml/min至800ml/min，以便確保待研磨之表面的平面內均一性及圖案平整。
在用水或水溶液稀釋濃縮溶液的同時進行研磨的方法可為以下方法：分開提供供應研磨液的管及供應水或水溶液的管，且將預定量之液體及水或水溶液自各別管供應至研磨墊上，且在將液體與水或水溶液混合的同時借助於使研磨墊與待研磨之表面之間相對移動而執行研磨。此外，研磨法可為以下方法：將預定量的濃縮液體與水或水溶液混合於單一容器中，且接著將混合物供應至研磨墊上。
研磨法可為以下方法：將包括於研磨液中之組份分成至少兩個組份部分，且該等組份部分在使用及供應至置於研磨壓板表面上及接著接觸到待研磨之表面的研磨墊上時藉由添加水或水溶液而進行稀釋，藉此藉由使待研磨之表面及研磨墊相對移動而執行研磨。
舉例而言，可以提供氧化劑作為組份(A)及提供有機酸、添加劑、界面活性劑及水作為組份(B)的方式來分配組份，且組份(A)及(B)在使用時用水或水溶液進行稀釋。
或者，可例如以提供氧化劑、添加劑及界面活性劑作為組份(A)且提供有機酸、添加劑、界面活性劑及水作為組份(B)的方式而將溶解度低之添加劑分成組份(A)及(B)，且組份(A)及(B)在使用時用水或水溶液進行稀釋。
在上述方法中，需要三個管分別供應組份(A)、組份(B)，及水或水溶液。可由以下方法進行稀釋及混合：接合該三個管以形成單一管，自該單一管將研磨液供應至研磨墊上，且在該單一管內執行混合。在此情況下，可首先接合該三個管中的兩個，且接著接合最後一個管。特定言之，首先混合含有溶解度低之添加劑的組份及其他組份，接著使該混合物長距離傳遞以確保有足夠時間供添加劑溶解，且將水或水溶液供應至該混合物中。
混合法亦包括將三個管分別直接導引至研磨墊，且在使研磨墊與待研磨之表面相對移動的同時進行混合之方法；及將三個組份部分混合於單一容器中，且接著稀釋該混合物且將其供應至研磨墊上的方法。
在上述研磨法中，可藉由將包括氧化劑之組份的溫度調節至40℃或低於40℃及藉由將其他組份加熱至室溫至100℃之範圍中的溫度而調節組份的溫度，使得溶液溫度在混合包括氧化劑之組份與其他組份時或在添加水或水溶液以進行稀釋時為40℃或低於40℃。由於此方法利用溶解度藉由增加其溫度而改良的現象，因此此方法有效改良在研磨液中溶解度低之原料的溶解度。
隨著溫度降低，包括於其他組份中之已藉由加熱至室溫至100℃之範圍中的溫度而溶解的原料可於溶液中沈澱。因此，當使用處於低溫狀態之其他組份時，需要進行預加熱以溶解經沈澱的組份。可藉由應用以下方法達成加熱：傳遞已經加熱以溶解原料的其他組份的方法；或當加熱管以溶解經沈澱的材料時，攪動含有該材料的液體及接著傳遞的方法。若經加熱之其他組份使包括氧化劑之組份的溫度升高至40℃或大於40℃，則可能使該氧化劑降解。因此，包括氧化劑之組份與其他組份之混合物的溫度較佳為40℃或小於40℃。
如上文所提及，在本發明中，研磨液之組份可分成至少兩個組份部分且供應至待研磨之表面上。在此等情況下，較佳將組份分成包括氧化物之組份及含有有機酸之組份。亦可能提供呈濃縮溶液之研磨液，且將稀釋用水個別供應至待研磨之表面上。
墊
可用於本發明之研磨法中的研磨墊可為具有非發泡體結構的墊或可為具有發泡體結構的墊。具有非發泡體結構的墊可為硬合成樹脂材料的塊體，諸如塑膠板。具有發泡體結構之墊的實例包括三種類型的墊：封閉氣室式發泡體(乾式發泡體)、開放氣室式發泡體(濕式發泡體)及兩層結構(分層式)。其中兩層結構(分層式)較佳。發泡可為均一或非均一的。
此外，墊可包括習知用於研磨中的研磨粒子(例如二氧化鈰、二氧化矽、氧化鋁或樹脂)。墊之硬度可為硬的或軟的。在分層式中，較佳將具有不同硬度之材料用於各層。用於墊中之材料較佳為非織物、人造革、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚酯，或聚碳酸酯。在與待研磨之表面接觸之墊表面上，可形成晶格槽、孔、同心槽或螺旋狀槽。
晶圓
在使用本發明之研磨液之CMP法中作為待研磨之基板的晶圓直徑較佳為200mm或大於200mm，且更佳為300mm或大於300mm。當直徑為300mm或大於300mm時，可獲得充分效果。
研磨裝置
使用本發明之研磨液進行研磨的裝置不受特別限制，且該裝置之實例包括MIRRA MESA CMP及REFLEXION CMP(皆為商標名，由Applied Materials,Inc.製造)、FREX 200及FREX 300(皆為商標名，由Ebara Corporation製造)、NPS 3301及NPS 2301(皆為商標名，由Nikon Corporation製造)、A-FP-310A及A-FP-210A(皆為商標名，由Tokyo Seimitsu,Co.,Ltd.製造)、2300 TERES(商標名，由Lam Research,Co.,Ltd.製造)及MOMENTUM(商標名，由SpeedFam-IPEC,Inc.製造)。
實例
下文中，將參看以下實例更詳細地解釋本發明。然而，本發明並不特定限於該等實例。
實例1
混合以下組成且製備研磨液。使用該研磨液進行研磨實驗。
研磨液之組成
-膠狀二氧化矽(顆粒直徑：35nm；PL3漿料)150g/L
-檸檬酸(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.製造)15g/L
- BTA(苯并三唑)　1g/L
-界面活性劑(PELEX SSL)　1g/L
添加純水以使研磨液之總體積達到1000mL。
用氨水及硫酸將獲得之研磨液的pH值調節至5.0。
評估方法
藉由在以下條件下供應研磨液的同時使用研磨裝置LGP-612(商標名，由Lapmaster製造)對各晶圓進行研磨。將具有Ta膜、TEOS膜及低k材料(BLACK DIAMONDII BDIIXM，k值=2.4)膜的晶圓用作待研磨的晶圓。
在完成研磨之後，量測各膜的研磨速率及對低k材料的損壞(k值的增加比率(以%為單位))。基於由使用汞探針(由Four Dimensions Inc.製造)及LCR計量器(商標名：HP4285A，由Yokogawa Hewlett-Packard Company製造)在1MHz下測定之電容所計算的膜介電常數來評估k值。
藉由使用SP-1(商標名，由KLA-Tencor Corporation製造)對整個晶圓表面之疵點數進行計數(對直徑為0.20μm或大於0.20μm之各疵點數進行計數)來評估低k晶圓在研磨之後的研磨疵點。
研磨條件
-研磨台旋轉數：64rpm
-研磨頭旋轉數：65rpm
-研磨壓力：13.79kPa
-研磨墊：POLITEX PRIMA POLISHING PAD(商標名，由Rodel Nitta CO.製造)
-研磨液供應速率：200ml/min
實例2至5及比較實例1及2
以與實例1類似之方式(例外為將用於實例1中之各組份變為表1中所示之化合物)製備實例2至5及比較實例1及2之各研磨液。以與實例1類似的方式評估各研磨液。結果展示於表1中。
在表1至表4中，「RR」表示晶圓各材料的研磨速率。
自表1可理解，在研磨液之pH值在本發明中所指定的範圍中的實例1至5中，觀察到k值之增加比率較小，疵點數較少而研磨速率不降低。
在pH值為5或低於5之比較實例1及pH值為8或大於8之比較實例2中，發現k值之增加比率極高且存在大量疵點。
實例6至37及比較實例3至8
以與實例1相同的方式(例外為將用於實例1中之各組份變為表2至表4中所展示的化合物)製備實例6至37及比較實例3及8之各研磨液。以與實例1類似的方式評估各研磨液。結果展示於表2至表4中。
表1至表4中以縮寫給出的化合物如下。
聚羧酸化合物
- IDA：亞胺基二乙酸
- EDTA：乙二胺四乙酸
- DTPA：二伸乙基三胺五乙酸
- NTA：氮基三乙酸
苯并三唑衍生物
- BTA：1,2,3-苯并三唑
- 5-MBTA：5-甲基-1,2,3-苯并三唑
- 56-MBTA：5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑
- 5-CBTA：5-羧基-1,2,3-苯并三唑
- 56-CBTA：5,6-二羧基-1,2,3-苯并三唑
陰離子界面活性劑
- PELEX SSL(商標名，由Kao Corporation製造)：烷基二苯基醚二磺酸鈉
- EMAL 20T(商標名，由Kao Corporation製造)：三乙醇胺聚環氧乙烷烷基醚硫酸鹽
- NEOPELEX GS(商標名，由Kao Corporation製造)：十二烷基苯磺酸(軟型)
- LATEMUL ASK(商標名，由Kao Corporation製造)：烯基丁二酸二鉀
- ECT-3(商標名，由Nikko Chemicals. Co.,Ltd.製造)：聚環氧乙烷十三基醚乙酸鹽
- ECT-7(商標名，由Nikko Chemicals. Co.,Ltd.製造)：聚環氧乙烷十三基醚乙酸鹽
- AKYPO RLM 45(商標名，由Nikko Chemicals. Co.,Ltd.製造)：聚環氧乙烷月桂基醚羧酸
- ALANINATE LN-30(商標名，由Nikko Chemicals. Co.,Ltd.製造)：月桂醯基甲基胺基丙酸鈉水溶液
- BEAULIGHT ESS(商標名，由Sanyo Chemical Industries製造)：聚環氧乙烷烷基磺基丁二酸二鈉
- BEAULIGHT LSS(商標名，由Sanyo Chemical Industries製造)：月桂基聚環氧乙烷磺基丁二酸二鈉
其他化合物
-普魯蘭：(由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.製造)
-阿拉伯膠α：(由TIC Gums Inc.製造)
- CELLOGEN FSB：羧甲基纖維素(由Daiichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.製造)
-果膠：(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.製造)
-瓊脂糖：(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.製造)
- VISGUM-N：澱粉(由Nippon Starch Chemical Co.,Ltd.製造)
- PENON JE-66：澱粉(由Nippon Starch Chemical Co.,Ltd.製造)
如自表2至表4可理解，在本發明之範圍內的實例6至37之研磨液展現針對各種晶圓之充分研磨速率，及研磨之後低k晶圓中之疵點數少之適宜結果。相比之下，在不含羧酸化合物之比較實例3及4，及膠狀二氧化矽顆粒之ζ電位為-35mV或低於-35mV的比較實例5中，針對各種晶圓之研磨速率低。此外，在膠狀二氧化矽顆粒之ζ電位為-10mV或大於-10mV的比較實例6中，存在大量疵點。在pH值為8或大於8之比較實例7，及不包括陰離子界面活性劑之比較實例8中，針對各晶圓之研磨速率高，但亦存在大量疵點。因此，可見當使用本發明之範圍外的研磨液時，不能達成充分研磨速率，且在研磨之後出現許多疵點。

Claims (10)

  1. 一種用於半導體裝置之化學機械研磨的研磨液，該研磨液包含：(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，(b)當用於該研磨液時ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒，(c)苯并三唑衍生物，(d)陰離子界面活性劑，及(e)氧化劑，該研磨液之pH值為5.0至8.0，且(b)該等膠狀二氧化矽顆粒之一次平均顆粒直徑在10nm至100nm的範圍中。
  2. 如請求項1之研磨液，其中(a)羧酸化合物之濃度係在0.5質量%至8質量%的範圍中。
  3. 如請求項1之研磨液，其中(a)該羧酸化合物為選自由以下組成之群中的至少一者：乙酸、乙醇酸、乳酸、水楊酸、亞胺基二乙酸酯、氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、己二酸及鄰苯二甲酸。
  4. 如請求項1之研磨液，其中(b)該等膠狀二氧化矽顆粒之濃度以該研磨液之總量計係在0.5質量%至5質量%的範圍中。
  5. 如請求項1之研磨液，其中(c)該苯并三唑衍生物為選自由以下組成之群中的至少一者：1,2,3-苯并三唑、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、5-羧基- 1,2,3-苯并三唑，及5,6-二羧基-1,2,3-苯并三唑。
  6. 如請求項1之研磨液，其中(d)該陰離子界面活性劑包含-COO-或-SO2 -O-。
  7. 如請求項1之研磨液，其進一步包含多醣。
  8. 如請求項7之研磨液，其中該多醣為選自由以下組成之群中的至少一者：普魯蘭(pullulan)、纖維素、瓊脂糖、果膠、澱粉、及其衍生物。
  9. 一種研磨半導體裝置表面之化學機械研磨法，其包含：在供應研磨液至研磨墊的同時使該研磨墊與該半導體裝置表面相對移動來研磨該半導體裝置表面，該研磨液包含：(a)具有一或多個羧基之羧酸化合物，(b)當用於該研磨液時ζ電位為-10mV至-35mV之膠狀二氧化矽顆粒，(c)苯并三唑衍生物，(d)陰離子界面活性劑，及(e)氧化劑，該研磨液之pH值為5.0至8.0，且(b)該等膠狀二氧化矽顆粒之一次平均顆粒直徑在10nm至100nm的範圍中。
  10. 如請求項9之化學機械研磨法，其中(a)該羧酸化合物為選自由以下組成之群中的至少一者：乙酸、乙醇酸、乳酸、水楊酸、亞胺基二乙酸酯、氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、己二酸及鄰苯二甲酸。
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Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20073834L (no) 2006-07-21 2008-01-22 Akzo Nobel Chemicals Int Bv Sulfonerte podede kopolymerer
MX341475B (es) 2009-07-31 2016-08-19 Akzo Nobel N V * Composiciones de copolimero hibrido para aplicaciones de cuidado personal.
JP5795843B2 (ja) 2010-07-26 2015-10-14 東洋鋼鈑株式会社 ハードディスク基板の製造方法
JP5948758B2 (ja) * 2010-08-31 2016-07-06 三菱化学株式会社 半導体デバイス用基板洗浄液及び洗浄方法
US8273142B2 (en) * 2010-09-02 2012-09-25 Cabot Microelectronics Corporation Silicon polishing compositions with high rate and low defectivity
US8636918B2 (en) * 2011-08-05 2014-01-28 Ecolab Usa Inc. Cleaning composition containing a polysaccharide hybrid polymer composition and methods of controlling hard water scale
US8853144B2 (en) 2011-08-05 2014-10-07 Ecolab Usa Inc. Cleaning composition containing a polysaccharide graft polymer composition and methods of improving drainage
US8841246B2 (en) 2011-08-05 2014-09-23 Ecolab Usa Inc. Cleaning composition containing a polysaccharide hybrid polymer composition and methods of improving drainage
US8679366B2 (en) * 2011-08-05 2014-03-25 Ecolab Usa Inc. Cleaning composition containing a polysaccharide graft polymer composition and methods of controlling hard water scale
US8623766B2 (en) * 2011-09-20 2014-01-07 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing aluminum semiconductor substrates
JP2014532792A (ja) 2011-11-04 2014-12-08 アクゾ ノーベル ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フエンノートシャップＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂ．Ｖ． グラフト樹状コポリマー及びそれを製造する方法
JP2014532791A (ja) 2011-11-04 2014-12-08 アクゾ ノーベル ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フエンノートシャップＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂ．Ｖ． ハイブリッド樹状コポリマー、その組成物及びそれを製造する方法
JP6123335B2 (ja) * 2012-02-17 2017-05-10 三菱化学株式会社 半導体デバイス用洗浄液及び半導体デバイス用基板の洗浄方法
US20140011362A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 Basf Se Chemical mechanical polishing (cmp) composition comprising a non-ionic surfactant and an aromatic compound comprising at least one acid group
US8945314B2 (en) 2012-07-30 2015-02-03 Ecolab Usa Inc. Biodegradable stability binding agent for a solid detergent
DE102013101701A1 (de) * 2013-02-20 2014-08-21 Sasol Olefins & Surfactants Gmbh Fließfähige Dispersion enthaltend partikuläre Metalloxide, Metalloxidhydrate und/oder Metallhydroxide, ein Dispergiermittel und ein organisches Dispersionsmedium
KR20160010495A (ko) * 2013-05-15 2016-01-27 바스프 에스이 폴리에틸렌 이민을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물
JP6343160B2 (ja) * 2014-03-28 2018-06-13 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US9583359B2 (en) 2014-04-04 2017-02-28 Fujifilm Planar Solutions, LLC Polishing compositions and methods for selectively polishing silicon nitride over silicon oxide films
US9365805B2 (en) 2014-05-15 2016-06-14 Ecolab Usa Inc. Bio-based pot and pan pre-soak
US9275899B2 (en) * 2014-06-27 2016-03-01 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing composition and method for polishing tungsten
JP2016060080A (ja) * 2014-09-17 2016-04-25 キヤノン株式会社 画像記録方法、及びインクセット
SG11201702617PA (en) * 2014-09-30 2017-04-27 Agency Science Tech & Res Formulation and method for inhibiting carbon-based deposits
US10035929B2 (en) * 2015-11-30 2018-07-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. pH-adjuster free chemical mechanical planarization slurry
US11332640B2 (en) 2016-02-29 2022-05-17 Fujimi Incorporated Polishing composition and polishing method using same
KR20220034255A (ko) 2016-04-22 2022-03-17 니끼 쇼꾸바이 카세이 가부시키가이샤 실리카계 복합 미립자 분산액 및 그 제조방법
KR102051346B1 (ko) 2016-06-03 2019-12-03 후지필름 가부시키가이샤 처리액, 기판 세정 방법 및 레지스트의 제거 방법
KR102649775B1 (ko) * 2016-09-28 2024-03-20 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 4차 포스포늄 화합물을 포함하는 조성물 및 방법을 사용하는 텅스텐의 화학 기계적 연마
WO2018058395A1 (en) * 2016-09-29 2018-04-05 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing method for tungsten
KR102740456B1 (ko) 2016-11-29 2024-12-06 삼성전자주식회사 식각용 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치 제조 방법
WO2018124230A1 (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 ニッタ・ハース株式会社 研磨用組成物
JP6901297B2 (ja) 2017-03-22 2021-07-14 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP6893835B2 (ja) * 2017-06-23 2021-06-23 花王株式会社 シリコンウェーハ用仕上げ研磨液組成物
SG10201904669TA (en) * 2018-06-28 2020-01-30 Kctech Co Ltd Polishing Slurry Composition
US20200102476A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Versum Materials Us, Llc Barrier Slurry Removal Rate Improvement
US20210332264A1 (en) * 2020-04-23 2021-10-28 Fujimi Corporation Novel polishing vehicles and compositions with tunable viscosity
KR20230067677A (ko) * 2020-09-18 2023-05-16 씨엠씨 머티리얼즈 엘엘씨 탄소계 필름의 선택적 연마를 위한 실리카계 슬러리
CN113136580B (zh) * 2021-05-08 2023-08-29 柏安美创新科技(广州)有限公司 一种可重复利用的铝型材抛光液及其制备方法
CN115926629B (zh) * 2022-12-30 2023-12-05 昂士特科技(深圳)有限公司 具有改进再循环性能的化学机械抛光组合物

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200801178A (en) * 2006-03-22 2008-01-01 Fujifilm Corp Cleaning solution for substrate for use in semiconductor device and cleaning method using the same
TW200804578A (en) * 2006-06-27 2008-01-16 Rohm & Haas Elect Mat Selective barrier slurry for chemical mechanical polishing

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000084832A (ja) 1998-09-16 2000-03-28 Fuji Photo Film Co Ltd 研磨用組成物
JP4001219B2 (ja) * 2000-10-12 2007-10-31 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体及び化学機械研磨方法
JP4972829B2 (ja) 2001-06-28 2012-07-11 日立化成工業株式会社 Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
JP2003142435A (ja) 2001-10-31 2003-05-16 Fujimi Inc 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法
JP2007266619A (ja) * 2002-01-25 2007-10-11 Jsr Corp 半導体基板の化学機械研磨方法および化学機械研磨用水系分散体
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
CN101371339A (zh) * 2003-05-12 2009-02-18 高级技术材料公司 用于步骤ⅱ的铜衬里和其他相关材料的化学机械抛光组合物及其使用方法
JP2005014206A (ja) * 2003-05-30 2005-01-20 Sumitomo Chemical Co Ltd 金属研磨剤組成物
US7153335B2 (en) * 2003-10-10 2006-12-26 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Tunable composition and method for chemical-mechanical planarization with aspartic acid/tolyltriazole
US20070037892A1 (en) * 2004-09-08 2007-02-15 Irina Belov Aqueous slurry containing metallate-modified silica particles
US20090215269A1 (en) * 2005-06-06 2009-08-27 Advanced Technology Materials Inc. Integrated chemical mechanical polishing composition and process for single platen processing
JP2007081316A (ja) * 2005-09-16 2007-03-29 Fujifilm Corp 金属用研磨液、及び、化学機械的研磨方法
JP2007095841A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Fujifilm Corp 化学的機械的研磨方法
JP2007208219A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Fujifilm Corp 半導体デバイスの研磨方法
JP2007214155A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Fujifilm Corp バリア用研磨液及び化学的機械的研磨方法
JP2007299942A (ja) * 2006-04-28 2007-11-15 Fujifilm Corp 金属研磨用組成物及びそれを用いた化学的機械的研磨方法
JP2007335531A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Adeka Corp 金属ｃｍｐ用研磨組成物
JP2008078233A (ja) 2006-09-19 2008-04-03 Nissan Chem Ind Ltd 研磨用組成物
JP2008277723A (ja) * 2007-03-30 2008-11-13 Fujifilm Corp 金属用研磨液及び研磨方法
JP2008288509A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Fujifilm Corp 金属用研磨液

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200801178A (en) * 2006-03-22 2008-01-01 Fujifilm Corp Cleaning solution for substrate for use in semiconductor device and cleaning method using the same
TW200804578A (en) * 2006-06-27 2008-01-16 Rohm & Haas Elect Mat Selective barrier slurry for chemical mechanical polishing

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Publication number Publication date
JP2010153626A (ja) 2010-07-08
US8338303B2 (en) 2012-12-25
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US20100167547A1 (en) 2010-07-01

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