TWI441907B - Chemical machinery grinding water dispersions and chemical mechanical grinding methods - Google Patents
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Description
本發明係關於化學機械研磨用水系分散體及化學機械研磨方法。
高性能LSI所搭載的銅鑲嵌佈線係使用化學機械研磨(以下亦稱「CMP」)形成。CMP主要係由對銅施行研削的第1研磨步驟,以及對不需要金屬或防止金屬擴散膜及絕緣膜施行研削的第2研磨步驟實施。第1研磨步驟係要求在對銅膜高速施行研磨之同時,於實質不會研削到鉭、鈦、釕、鈷、及該等的氮化物等阻障金屬膜之情況下,抑制銅凹陷。第2研磨步驟則要求將銅佈線部、阻障金屬部、絕緣膜部的研磨速度比控制於某範圍內,俾對被研磨面賦予平滑性。
特別係近年隨半導體裝置的細微化,有針對取代習知p-TEOS膜等絕緣膜,改為使用介電係數(k)未滿2.5的多孔質低介電絕緣膜進行檢討。此種低介電係數絕緣膜的機械強度較弱,且因為屬於多孔質,因而吸收研磨所使用漿料的可能性增加,多數情況會造成研磨後的低介電係數絕緣膜之電氣特性惡化。所以,期待平滑性與研磨前後的低介電絕緣膜電氣特性不會惡化的新穎化學機械研磨用漿料之開發。
例如日本專利第3337464號所記載含有具陰離子性官能基之聚合物的研磨用組成物,當使用含有介電係數(k)未滿2.5的多孔質低介電絕緣膜之基板研磨時,因為低介電絕緣膜的研磨速度增加,因而無法獲得平滑性。此外,當使用例如日本專利特開2005-14206號公報所記載含有陰離子性界面活性劑與聚氧化伸烷基烷醚系非離子性界面活性劑的研磨用組成物、或日本專利特開第2005-129637號公報所記載含有聚醚改質聚矽氧的研磨用組成物,施行介電係數(k)未滿2.5的多孔質低介電絕緣膜之化學機械研磨時,會發生機械強度較低的低介電絕緣膜遭受刮傷等研磨缺陷,且經研磨後的低介電係數絕緣膜吸濕性會惡化等,導致電氣特性惡化。
本發明係提供在將銅等金屬膜或鉭、鈦、釕、鈷及該等的氮化物等阻障金屬膜、低介電係數絕緣膜的研磨速度,分別維持於實用研磨速度的狀態,於不會使低介電係數絕緣膜的介電係數等電氣特性發生變化的情況下,可不造成被研磨面發生表面缺陷地進行研磨之化學機械研磨用水系分散體,以及使用其之化學機械研磨方法。
本發明的化學機械研磨用水系分散體係含有(A)在骨幹聚合物部中具有陰離子性官能基的接枝聚合物以及(B)研磨粒。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物係可為具有含羧基之骨幹聚合物部與有機溶劑可溶性枝鏈聚合物部,而相對於上述骨幹聚合物部1分子,使上述枝鏈聚合物2分子以上進行接枝鍵結的聚合物。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物係可為含有下式(1)所示重複單位的聚合物。
(上式(1)中,R1
係指氫原子或碳數1~6之取代或非取代烷基;R2
係指氫原子或碳數1~12之取代或非取代烷基;A係指單鍵或-O-或-COO或碳數1~9的氧化伸烷基[-Cq
H2q
O-(q係1~9的任意整數)]或醯胺基(-CONH-)。其中,R3
、R4
、R5
分別獨立由從-C2
H4
O-、-C3
H6
O-及-C4
H8
O-中選擇之任1種構造單位所構成。1、m、n分別係指0~100的任意整數,1+m+n>0。R6
係指氫原子或羧基。此外,*係指鍵結鍵(bonding bond)。)
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物係可為含有下式(2)所示重複單位的聚合物。
(上式(2)中,R1
係指氫原子或碳數1~6之取代或非取代烷基;R2
係指氫原子或碳數1~12之取代或非取代烷基;A係指單鍵或-O-或-COO或碳數1~9的氧化伸烷基[-Cq
H2q
O-(q係1~9的任意整數)]或-NH-。其中,R3
、R4
分別獨立由從-C2
H4
O-、-C3
H6
O-及-C4
H8
O-中選擇之任1種構造單位所構成。m、n分別係0~100的任意整數,m+n>0。R6
係指氫原子或羧基。此外,*係指鍵結鍵。)
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物的重量平均分子量係可為50,000~800,000。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物含有量係可為0.001質量%~1.0質量%。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(B)研磨粒係可為膠態(colloidal)矽石。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中,上述(A)接枝聚合物與(B)研磨粒的含有比率(A):(B)係可為1:0.1~1:10000。
本發明的化學機械研磨方法係使用上述化學機械研磨用水系分散體,對至少具有低介電係數絕緣膜的被研磨面施行研磨。
根據上述化學機械研磨用水系分散體,可在將銅等金屬膜以及鉭、鈦、釕、鈷及該等的氮化物等阻障金屬膜、低介電係數絕緣膜的研磨速度,分別維持於實用的研磨速度狀態下,依不會使低介電係數絕緣膜的介電係數等電氣特性產生變化,且不會使被研磨面發生表面缺陷之方式進行研磨。
本發明的化學機械研磨用水系分散體係含有:(A)在骨幹聚合物部中具有陰離子性官能基的接枝聚合物、以及(B)研磨粒。
以下,針對本發明較佳實施形態進行詳細說明。
1.化學機械研磨用水系分散體
首先,針對構成本發明一實施形態的化學機械研磨用水系分散體之各成分進行說明。
1.1(A)接枝聚合物
本實施形態所使用的接枝聚合物係在骨幹聚合物部中具有陰離子性官能基。
本實施形態所使用之接枝聚合物較佳係具有具羧基之骨幹聚合物部以及有機溶劑可溶性枝鏈聚合物部,且相對於骨幹聚合物1分子,接枝鍵結著枝鏈聚合物2分子以上的聚合物。
圖1所示係本實施形態所使用之具有陰離子性官能基的接枝聚合物示意圖。陰離子性接枝聚合物100係具有由作為主鏈之具有複數酸性基的骨幹聚合物10以及作為接枝鏈之枝鏈聚合物12接枝鍵結呈梳形的構造。因為陰離子性接枝聚合物100係將骨幹聚合物10的酸性基當作錨釘(anchor),並多處吸附於被研磨物表面上,且有效作用枝鏈聚合物12的立體排斥效應,便可顯現出良好的研磨特性。
例如本實施形態的化學機械研磨用水系分散體,係當對低介電係數絕緣膜施行研磨時,可顯現出良好研磨特性。低介電係數絕緣膜(Low-k)係為能實現低介電係數,而具有含空氣的多孔(多孔性)構造。然而,因為多孔材料屬於中空構造,因而強度偏低,若利用一般所使用之化學機械研磨用水系分散體施行研磨,研磨速度便會變為過大。當此種低介電係數絕緣膜施行研磨時,若存在有上述接枝聚合物,骨幹聚合物便會多處吸附於低介電係數絕緣膜的被研磨面上,利用枝鏈聚合物的立體排斥效應,便可適度抑制低介電係數絕緣膜的研磨速度。
此處所謂「低介電係數絕緣膜(Low-k)」係指由介電係數較佳3.8以下、更佳3.0以下、特佳2.5以下的材料所形成之絕緣膜。低介電係數絕緣膜係可舉例如由:經添加氟的SiO2
(介電係數:約3.3~3.5)、聚醯亞胺系樹脂(介電係數:約2.4~3.6;日立化成工業公司製,商品名「PIQ」;Allied Signal公司製,商品名「BCB」等)、含氫SOG(介電係數:約2.5~3.5)、有機SOG(介電係數:約2.9;日立化成工業公司製,商品名「HSGR7」等)及有機無機複合多孔系(介電係數:2.0以下)等所形成的絕緣膜。
再者,一般依奈米壓痕法所測得之低介電係數絕緣膜的彈性模數係約20GPa以下,硬度係約2.0GPa以下,因為相較於熱氧化SiO2
膜或P-TEOS膜(彈性模數:約70GPa),彈性模數非常低,作為絕緣膜時非常脆弱,因而難以適度抑制研磨速度。例如已知有介電係數約2.8的非多孔質MSQ系低介電係數絕緣膜之彈性模數係約11GPa、硬度係約1.5GPa的例子。此外,已知有介電係數約2.2且具有多孔構造的低介電係數絕緣膜之彈性模數係約3.2GPa、硬度係約0.4GPa的例子。
再者,本實施形態的化學機械研磨用水系分散體並不僅侷限於上述低介電係數絕緣膜,亦可對銅佈線膜或阻障金屬膜依實用的研磨速度進行研磨。
骨幹聚合物10係從吸附特性優異的觀點,較佳為具有羧基者,例如:聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽等熱可塑性樹脂。該等之中,聚丙烯酸及聚甲基丙烯酸係從不會對研磨粒安定性造成影響的觀點,屬較佳。且,聚丙烯酸因為水溶性較高,因而特佳。
骨幹聚合物10亦可為與具有羧基的單體以外之其他單體的共聚合物。其他單體係可舉例如;丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸的烷基酯(甲基丙烯酸酯、丙烯酸乙酯等);甲基丙烯酸的烷基酯(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等);丙烯酸的胺烷基酯(丙烯酸二乙胺基乙酯等);甲基丙烯酸的胺烷基酯、丙烯酸與二醇的單酯、甲基丙烯酸與二醇的單酯(甲基丙烯酸羥乙酯等);丙烯酸的鹼金屬鹽、甲基丙烯酸的鹼金屬鹽、乙烯基甲醚、乙烯基***、乙烯基磺酸的鹼金屬鹽、乙烯基磺酸的銨鹽、苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸鹽、烯丙基磺酸、烯丙基磺酸鹽、甲基丙烯磺酸、甲基丙烯磺酸鹽、丙烯醯胺烷基磺酸、丙烯醯胺烷基磺酸鹽、醋酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、N-乙烯咪唑、N-乙烯乙醯胺、N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基己內醯胺、N-乙烯基咔唑、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺胺、N-烷基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、N,N-亞甲基雙丙烯醯胺、二丙烯酸二醇酯、二甲基丙烯酸二醇酯、二乙烯苯、二醇二烯丙醚、烯丙醇等不飽和醇;順丁烯二酸酐、順丁烯二酸酯等。
骨幹聚合物10的重量平均分子量較佳係500~600,000、更佳10,000~400,000。若骨幹聚合物10的重量平均分子量未滿500,則對化學機械研磨用水系分散體的黏性賦予效果較小,研磨速度提升效果較小。反之,若骨幹聚合物的重量平均分子量超過600,000,則會發生化學機械研磨用水系分散體的安定性變差,且水系分散體的黏度過度上升導致對研磨液供應裝置造成負荷等問題。
枝鏈聚合物12係從立體排斥效應優異的觀點,較佳為具有機溶劑可溶性物。另外,本發明中所謂「有機溶劑可溶性」係指與枝鏈聚合物部相同組成的聚合物,可溶解於一般有機溶劑的特性。具體例係有如在聚合物末端具有羥基,藉由與如上述骨幹聚合物部的羧基進行酯化反應、或與羥基的加成反應,而能形成接枝鍵結的聚合物,例如:聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚氧乙烯烷醚、聚氧丙烯烷醚、聚氧乙烯烯醚、聚氧丙烯烯醚等具有氧化伸烷基的聚合物;或者例如在枝鏈聚合物末端具有胺基,藉由與如上述骨幹聚合物的羧基進行醯胺化反應,而能形成接枝鍵結的聚合物,例如:聚氧乙烯烷基胺、聚氧丙烯烷基胺等聚合物。
本實施形態所使用的接枝聚合物,較佳係含有下式(1)所示重複單位的聚合物:
(上式(1)中,R1
係指氫原子或碳數1~6之取代或非取代烷基;R2
係指氫原子或碳數1~12之取代或非取代烷基;A係指單鍵或-O-或-COO或碳數1~9的氧化伸烷基[-Cq
H2q
O-(q係1~9的任意整數)]或醯胺基(-CONH-)。其中,R3
、R4
、R5
係分別獨立由從-C2
H4
O-、-C3
H6
O-及-C4
H8
O-中選擇之任1種構造單位所構成。1、m、n分別係0~100的任意整數,1+m++n>0。R6
係指氫原子或羧基。此外,*係指鍵結鍵。)
本實施形態所使用接枝聚合物更進一步較佳係含有下式(3)或下式(4)或下式(5)所示重複單位的聚合物。此外,含有下式(3)或下式(4)或下式(5)所示重複單位的聚合物,係可為上式(1)所示重複單位與下式(3)或下式(4)或下式(5)所示重複單位呈無規鍵結的聚合物,亦可為上式(1)所示重複單位與下式(3)或下式(4)或下式(5)所示重複單位的嵌段共聚物。
(上式(3)中,R1
係指氫原子或碳數1~6之取代或非取代烷基;R3
係指氫原子或碳數1~12之取代或非取代烷基;A係指單鍵或-O-或-NH-。此外,*係指鍵結鍵。)
[化6]
(上式(4)或式(5)中,*係指鍵結鍵。)
當接枝聚合物係均含有上式(1)所示重複單位與上式(3)或上式(4)所示重複單位的聚合物時,若將上式(1)所示重複單位的莫耳數設為a,將上式(3)或上式(4)或上式(5)所示重複單位的莫耳數設為b,則即使a/b=1/20~20/1的比率仍可獲得充分的性能,但較佳a/b=1/10~10/1、更佳a/b=1/1~3/1、特佳a/b=1/1比率的情況,可獲得良好結果。
本實施形態所使用之接枝聚合物的含有量,相對於化學機械研磨水分散體的質量,較佳0.001~1.0質量%、更佳0.01~0.7質量%、特佳0.1~0.5質量%。若接枝聚合物含有量未滿0.001質量%,相較於銅等金屬膜以及鉭、鈦、釕、鈷及該等的氮化物等阻障金屬膜之下,無法充分抑制低介電係數絕緣膜的研磨速度。反之,若接枝聚合物的調配量超過1.0質量%,便會引發研磨粒凝聚,會有阻礙漿料安定性的可能性,因而最好避免。
本實施形態所使用的接枝聚合物係利用GPC(凝膠滲透色層分析儀)所測得之聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw),較佳2,000~1,000,000、更佳5,000~800,000、特佳10,000~600,000、最佳50,000~300,000。若重量平均分子量在上述範圍內,便可減少研磨摩擦,可安定地對金屬膜及絕緣膜進行研磨。此外,若重量平均分子量在50,000~800,000範圍內,便可大幅減輕Cu上的刮傷。若重量平均分子量小於上述下限,便會有絕緣膜研磨速度降低,無法獲得充分研磨速度的情況。反之,若重量平均分子量超過上述上限,則會有引發研磨粒凝聚而阻礙漿料安定性的情況。且,在漿料供應裝置內會引發研磨粒凝聚,因所凝聚的研磨粒便會有Cu上的刮傷增加之可能性。
再者,(A)接枝聚合物的調配量與(B)研磨粒的含有比率(A):(B),較佳1:0.1~1:10000、更佳1:10~1:500。若含有比率在上述範圍內,便可更確實達成兼顧被研磨面的良好平坦性、與抑制電氣特性惡化。
1.2(B)研磨粒
本實施形態所使用的研磨粒,較佳係從無機粒子、有機粒子及有機無機複合粒子中選擇之至少1種。
無機粒子係有如:利用發煙法,使氯化矽、氯化鋁或氯化鈦等與氧及氫在氣相中進行反應而合成的發煙矽石、發煙氧化鋁、發煙二氧化鈦;或例如利用溶膠-凝膠法使金屬醇鹽烷氧化物進行水解縮合而合成的矽石;或例如利用無機膠體法等方法進行合成,並利用精製將不純物除去的高純度膠態矽石等。
有機粒子係可舉例如:氯乙烯、聚苯乙烯及苯乙烯系共聚合物、聚縮醛、飽和聚酯、聚醯胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等聚烯烴及烯烴系共聚合物;苯氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸樹脂及丙烯酸系共聚合等等。
有機無機複合粒子係只要將有機粒子與無機粒子一體形成為研磨時不會輕易分離程度便可,就種類、構成等並無特別的限制。例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物粒子存在下,使烷氧基矽烷、鋁醇鹽烷氧化鋁(aluminium alkoxide)、鈦醇鹽烷氧化鈦(titanium alkoxide)等進行縮聚,而在聚合物粒子的至少表面上,形成聚矽氧烷、聚鋁氧烷(polyaluminoxane)、聚鈦氧烷(polytitanoxane)等縮聚物的複合粒子。所形成的縮聚物係可直接鍵結於聚合物粒子的官能基上,亦可經由矽烷偶合劑等進行鍵結。
再者,有機無機複合粒子係可使用上述聚合物粒子與矽石粒子、氧化鋁粒子、二氧化鈦粒子等而形成。此情況,上述複合粒子係可將聚矽氧烷、聚鋁氧烷、聚鈦氧烷等縮聚物作為黏結劑,形成在聚合物粒子表面上存在矽石粒子等的狀態,亦可將矽石粒子等所具有的羥基等官能基與聚合物粒子的官能基進行化學性鍵結而形成。
再者,有機無機複合粒子亦可使用由介達電位(zeta potential)符號互異的有機粒子與無機粒子,在含有該等粒子的水分散體中利用靜電力進行結合的複合粒子。
有機粒子的介達電位係在全pH區域或低pH區域外的廣範圍pH區域中,大多呈「負」值。若有機粒子具有羧基、磺酸基等,大多會更確實具有負的介達電位。若有機粒子具有胺基等,在特定pH區域中亦會具有正的介達電位。
另一方面,無機粒子的介達電位的pH依存性高,具有介達電位為0的等電點,依pH會有前後的介達電位符號相反的情形。
所以,藉由將特定的有機粒子與無機粒子在該等的介達電位呈相反符號之pH區域中進行混合,利用靜電力使有機粒子與無機粒子相結合,經一體化便可形成複合粒子。此外,即使在混合時的pH中介達電位呈相同符號,但爾後藉由使pH產生變化,使其中一粒子(特別係無機粒子)的介達電位變成相反符號,亦可將有機粒子與無機粒子呈一體化。
依此,藉由靜電力而一體化的複合粒子,在該複合粒子存在下,藉由使烷氧基矽烷、鋁醇鹽烷氧化鋁、鈦醇鹽烷氧化鈦等進行縮聚,便可在其至少表面上更進一步形成聚矽氧烷、聚鋁氧烷、聚鈦氧烷等縮聚物。
研磨粒的平均粒徑較佳為5~1000nm。該平均粒徑係利用雷射散射繞射式測定機、或利用穿透式電子顯微鏡進行觀察便可測得。若平均粒徑未滿5nm,便會有無法研磨速度充分大之化學機械研磨用水系分散體的情形。若超過1000nm,凹陷及侵蝕的抑制將嫌不足,且因研磨粒的沉澱‧分離,會有無法輕易獲得安定水系分散體的情形。研磨粒的平均粒徑係在上述範圍內便可,較佳10~700nm、更佳15~500nm。若平均粒徑在該範圍內,便可獲得研磨速度大、充分抑制凹陷及侵蝕,且不易發生粒子的沉澱‧分離,呈安定的化學機械研磨用水系分散體。
研磨粒的含有量係相對於化學機械研磨用水系分散體的質量,較佳0.01~10質量%,更佳0.1~5質量%。若研磨粒量未滿0.01質量%,便無法獲得充分的研磨速度,反之,若超過10質量%,則成本提高,且無法獲得安定的化學機械研磨用水系分散體。
1.3其他的添加劑
1.3.1氧化劑
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係可更進一步含有氧化劑。氧化劑係可舉例如:過硫酸銨、過硫酸鉀、過氧化氫、硝酸鐵、硝酸二銨鈰、硫酸鐵、臭氧及過碘酸鉀、過醋酸等。該等氧化劑係可單獨使用1種或組合使用2種以上。此外,該等氧化劑中,若考慮氧化力以及與保護膜間的相容性、及處置容易度等,特佳為過硫酸銨、過硫酸鉀及過氧化氫。氧化劑的含有量係相對於化學機械研磨用水系分散體的質量,較佳0.05~5質量%、更佳0.08~3質量%。當氧化劑含有量未滿0.05質量%時,便無法確保充分的研磨速度,反之,若超過5質量%,便會有Cu膜等金屬膜出現較大腐蝕或凹陷的可能性。
1.3.2有機酸、胺基酸
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係可更進一步含有有機酸。有機酸係可舉例如:甲酸、乳酸、醋酸、酒石酸、反丁烯二酸、甘醇酸、酞酸、順丁烯二酸、草酸、檸檬酸、蘋果酸、鄰胺基苯甲酸、丙二酸及戊二酸;具至少含有1個N原子之雜六元環的有機酸、含有由雜五元環所構成雜環化合物的有機酸。更具體較佳係例如:2-喹啉甲酸、喹啉酸、8-喹啉酚、8-胺基喹啉、喹啉-8-羧酸、2-吡啶羧酸、黃苷酸(xanthylic acid)、犬尿喹啉酸(kynurenic acid)、苯并***、苯并咪唑、7-羥基-5-甲基-1,3,4-三氮雜吲哚、烟酸及吡啶甲酸等。
再者,本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係可更進一步含有胺基酸。胺基酸係可舉例如:甘胺酸、丙胺酸、苯基丙胺酸、組胺酸、半胱胺酸、蛋胺酸、麩胺酸、天冬胺酸及色胺酸等。
上述有機酸及/或胺基酸的含有量,係相對於化學機械研磨水分散體的質量,較佳0.001~2.0質量%、更佳0.01~1.5質量%。若有機酸含有量未滿0.001質量%時,Cu凹陷(dishing)有變大的可能性。反之,若超過2.0質量%,便有因研磨粒的沉澱、分離,導致無法製作安定化學機械研磨用水系分散體的情況。
1.3.3水溶性高分子
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體,係可更進一步含有不同於上述(A)接枝聚合物的水溶性高分子。本發明中可併用的水溶性高分子係可舉例如:聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯啶酮等。該等水溶性高分子係利用GPC(凝膠滲透色層分析儀)所測得之依聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)大於1000,較佳1萬~200萬、更佳20萬~150萬、特佳50萬~130萬。若重量平均分子量在上述範圍內,便可對金屬膜或絕緣膜維持高研磨速度,且可抑制金屬膜刮傷等發生缺陷情形。若重量平均分子量小於上述下限,便會有金屬膜或絕緣膜的研磨選擇性降低的情形。反之,若重量平均分子量過大,恐會有不能獲得實用的金屬膜研磨速度,在漿料供應裝置內會弓1發研磨粒凝聚,因所凝聚研磨粒導致Cu上的刮傷增加的情形。
1.3.4界面活性劑
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體,視需要可含有非離子性界面活性劑、陰離子界面活性劑或陽離子界面活性劑。上述非離子性界面活性劑係可舉例如聚乙二醇型非離子性界面活性劑或具有三鍵的非離子性界面活性劑。具體而言,聚乙二醇型非離子性界面活性劑係可舉例如:聚氧乙烯烷醚、聚氧丙烯烷醚、聚氧化伸烷基烷醚等。此外,具有三鍵的非離子性界面活性劑係可舉例如乙炔二醇及其環氧乙烷加成物、乙炔醇等。此外,尚可舉例如:聚矽氧系界面活性劑、聚乙烯醇環糊精、聚乙烯基甲醚、及羥乙基纖維素等。上述陰離子界面活性劑係可舉例如:脂肪族皂、硫酸酯鹽及磷酸酯鹽等。上述陽離子界面活性劑係可舉例如脂肪族胺鹽及脂肪族銨鹽等。該等界面活性劑係可單獨使用1種或組合使用2種以上。
界面活性劑含有量係相對於化學機械研磨水分散體的質量,較佳0.001~1質量%、更佳0.005~0.5質量%。若界面活性劑含有量在上述範圍內,便可減輕金屬膜及絕緣膜的研磨摩擦。
1.4化學機械研磨用水系分散體之物性
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係上述成分溶解或分散於水中的水系分散體,較佳係黏度未滿10mPa‧s。黏度係藉由上述水溶性高分子的平均分子量及含有量之控制便可進行調整。若化學機械研磨用水系分散體的黏度超過上述範圍,便會有無法在研磨布上安定地供應漿料之情況。結果,便會發生研磨布溫度上升或研磨斑(面內均勻性劣化)等情況,且金屬膜及絕緣膜的研磨速度或Cu凹陷會發生變動。
再者,pH係只要配合低介電絕緣膜的膜質再適當調整便可,例如當低介電絕緣膜係介電係數2.0~2.5的多孔質膜時,較佳pH7~11、更佳pH8~10。調整pH的方法係添加氫氧化鉀、氨、乙二胺及TMAH(氫氧四甲銨)等代表鹼性鹽的pH調整劑,便可調節為鹼性。
2.化學機械研磨用水系分散體調製用的套組
在水中添加上述(A)接枝聚合物、(B)研磨粒及其他添加劑,而調製為化學機械研磨用水系分散體,可將其直接使用於化學機械研磨,亦可調製為依將高濃度含有各成分的化學機械研磨用水系分散體(即濃縮的水系分散體),於使用時將其稀釋為所需濃度之後才使用於化學機械研磨。
再者,亦可如下述,調製含有任何上述成分的複數溶液(例如2種或3種的溶液),於使用時才將該等進行混合便可使用。此情況,亦可將複數溶液進行混合而調製為化學機械研磨用水系分散體後,才將其供應給化學機械研磨裝置,亦可將複數溶液個別供應給化學機械研磨裝置,而於平台上形成化學機械研磨用水系分散體。
2.1第1套組
調製本實施形態第1化學機械研磨用水系分散體用的套組(以下亦簡稱「套組」),係由含有水、(A)接枝聚合物及(B)研磨粒的水系分散體之溶液(I)以及含水及氧化劑的溶液(II)構成,將該等溶液混合而調製上述化學機械研磨用水系分散體的套組。
上述溶液(I)及(II)的各成分濃度係只要將該等溶液進行混合,在最終所調製得化學機械研磨用水系分散體中,若各成分濃度在上述範圍內便可,其餘並無特別的限制。例如調製各成分濃度高於目標化學機械研磨用水系分散體濃度的溶液(I)及(II),於使用時視需要將溶液(I)及(II)稀釋,再將該等進行混合,而調製各成分濃度為上述範圍的化學機械研磨用水系分散體。具體而言,將上述溶液(I)與(II)依1:1重量比進行混合時,只要依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分的2倍濃度之方式,分別調製溶液(I)及(II)便可。此外,亦可依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分2倍以上濃度的方式,分別調製溶液(I)及(II),再將該等依1:1重量比進行混合後,再利用水將各成分稀釋為目標濃度。
如上述,藉由獨立調製溶液(I)與溶液(II),便可提升水系分散體的保存安定性,特別係含有氧化劑的溶液(II)之保存安定性。
使用第1套組時,只要在研磨時形成上述化學機械研磨用水系分散體便可,就溶液(I)與溶液(II)的混合方法及時序(timing)並無特別的限制。例如可將溶液(I)與溶液(II)進行混合而調製上述化學機械研磨用水系分散體後,再將其供應給化學機械研磨裝置,亦可獨立將溶液(I)與溶液(II)供應給化學機械研磨裝置,再於平台上進行混合便可。或者,亦可將溶液(I)與溶液(II)獨立供應給化學機械研磨裝置,再於裝置內進行管線混合便可,亦可在化學機械研磨裝置中設置混合槽,並於混合槽內進行混合。此外,當施行管線混合之際,為能獲得更均勻的水系分散體,亦可使用管線式攪拌機等。
再者,其他添加劑的有機酸、水溶性高分子及界面活性劑,視需要亦可含於從上述溶液(I)及(II)中至少選擇1種中。
2.2第2套組
本實施形態的第2套組係由含有水及(A)接枝聚合物的溶液(III)、以及含有水與(B)研磨粒的水系分散體之溶液(IV)構成,供將該等溶液進行混合而調製上述化學機械研磨用水系分散體用的套組。此外,氧化劑係可含於上述溶液(III)及(IV)中任一者中,或二者均含有。
上述溶液(III)及(IV)的各成分濃度係只要將該等溶液進行混合,在最終所調製得之化學機械研磨用水系分散體中,若各成分濃度在上述範圍內便可,其餘並無特別的限制。例如調製含有各成分濃度高於化學機械研磨用水系分散體濃度的溶液(III)及(IV),於使用時視需要將溶液(III)及(IV)稀釋,再將該等進行混合,而調製各成分濃度為上述範圍的化學機械研磨用水系分散體。具體而言,將上述溶液(III)與(IV)依1:1重量比進行混合時,只要依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分的2倍濃度之方式,分別調製溶液(III)及(IV)便可。此外,亦可依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分2倍以上濃度的方式,分別調製溶液(III)及(IV),將該等依1:1重量比進行混合後,再利用水將各成分稀釋為目標濃度。
依上述,藉由獨立調製溶液(III)與溶液(IV),便可提升水系分散體的保存安定性。
使用第2套組時,只要在研磨時形成上述化學機械研磨用水系分散體便可,就溶液(III)與溶液(IV)的混合方法及時序並無特別的限制。例如可將溶液(III)與溶液(IV)進行混合而調製上述化學機械研磨用水系分散體後,再將其供應給化學機械研磨裝置,亦可獨立將溶液(III)與溶液(IV)供應給化學機械研磨裝置,再於平台上進行混合。或者,亦可將溶液(III)與溶液(IV)獨立供應給化學機械研磨裝置,再於裝置內進行管線混合,亦可在化學機械研磨裝置中設置混合槽,並於混合槽內進行混合。此外,當施行管線混合之際,為能獲得更均勻的水系分散體,亦可使用管線式攪拌機等。
再者,其他添加劑的有機酸、水溶性高分子及界面活性劑,視需要亦可含於從上述溶液(III)及(IV)中選擇之至少1種中。
2.3第3套組
本實施形態之第3套組係由含有水及上述(A)接枝聚合物的溶液(V)、含有水及上述(B)研磨粒的水系分散體之溶液(VI)、以及含有水及氧化劑的溶液(VII)構成,為將該等溶液混合而用以調製上述化學機械研磨用水系分散體的套組。
上述溶液(V)、(VI)及(VII)的各成分濃度係只要將該等溶液進行混合,在最終所調製得化學機械研磨用水系分散體中,若各成分濃度在上述範圍內便可,其餘並無特別的限制。例如調製各成分濃度高於目標化學機械研磨用水系分散體濃度的溶液(V)、(VI)及(VII),於使用時視需要將溶液(V)、(VI)及(VII)稀釋,再將該等進行混合,而調製各成分濃度為上述範圍的化學機械研磨用水系分散體。具體而言,將上述溶液(V)、(VI)及(VII)依1:1:1重量比進行混合時,只要依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分的3倍濃度之方式,分別調製溶液(V)、(VI)及(VII)便可。此外,亦可依成為目標化學機械研磨用水系分散體中所含各成分3倍以上濃度的方式,分別調製溶液(V)、(VI)及(VII),再將該等依1:1:1重量比進行混合後,再利用水將各成分稀釋為目標濃度。
如上述,藉由獨立調製溶液(I)、溶液(II)及溶液(VII),便可提升水系分散體的保存安定性,特別係含有氧化劑的溶液(VII)之保存安定性。
使用第3套組時,只要在研磨時形成上述化學機械研磨用水系分散體便可,就溶液(V)、溶液(VI)及溶液(VII)的混合方法及時序並無特別的限制。例如可將溶液(V)、溶液(VI)及溶液(VII)進行混合而調製上述化學機械研磨用水系分散體後,再將其供應給化學機械研磨裝置,亦可獨立將溶液(V)、溶液(VI)及溶液(VII)供應給化學機械研磨裝置,再於平台上進行混合。或者,亦可將溶液(V)、溶液(VI)及溶液(VII)獨立供應給化學機械研磨裝置,再於裝置內進行管線混合,亦可在化學機械研磨裝置中設置混合槽,並於混合槽內進行混合。此外,當施行管線混合之際,為能獲得更均勻的水系分散體,亦可使用管線式攪拌機等。
再者,其他添加劑的有機酸、水溶性高分子及界面活性劑,視需要亦可含有於從上述溶液(V)、(VI)及(VII)中選擇之至少1種中。
3.化學機械研磨方法
本實施形態的化學機械研磨方法係使用上述化學機械研磨用水系分散體,對至少具有低介電係數絕緣膜的被研磨面施行研磨。本實施形態的化學機械研磨方法係可適用於製造半導體裝置的廣範圍化學機械研磨步驟中,特別係適用於對具有低介電係數絕緣膜的被研磨面進行研磨之步驟中。如上述,低介電係數絕緣膜為能實現低介電係數,通常均具有多孔的構造,若利用習知化學機械研磨用水系分散體進行研磨,便會研磨速度變為過大的情況發生。若使用本實施形態的化學機械研磨用水系分散體,對具有低介電係數絕緣膜的被研磨面施行研磨,便可在維持實用的研磨速度之狀態下,於不會使介電係數等電氣特性產生變化的情況下進行研磨。此外,根據本發明的化學機械研磨方法,相關銅等金屬膜、及鉭、鈦、釕、鈷及該等的氮化物等阻障金屬膜,均可依實用的研磨速度進行研磨。
本實施形態的化學機械研磨方法係可使用市售化學機械研磨裝置。市售化學機械研磨裝置係可舉例如:荏原製作所公司製、型號「EPO-112」、「EPO-222」;Lapmaster SFT公司製、型號「LGP-510」、「LGP-552」;美商應用材料公司製、型號「Mirra」等。
4.實施例
以下,針對本發明利用實施例進行說明,惟本發明並不受該等實施例的任何限制。
4.1含無機粒子之水分散體的調製
4.1.1含膠態矽石粒子之水分散體的調製
將濃度25質量%的氨水70質量份、離子交換水40質量份、乙醇170質量份、及四乙氧基矽烷20質量份裝填於燒瓶中,依旋轉速度180rpm一邊施行攪拌一邊升溫至60℃。一邊將溫度維持於60℃一邊施行攪拌後,經冷卻至室溫,獲得膠態矽石粒子的醇分散體。
接著,使用旋轉式蒸餾器,重複數次在添加離子交換水的情況下將醇除去的操作。藉此項操作將醇除去,而調製得含膠態矽石粒子20質量%的水分散體「C1」。針對該水分散體中所含膠態矽石粒子C1,使用穿透式電子顯微鏡(TEM)(日立製作所公司製,型號「H-7500」)進行觀察,結果平均勻次粒徑25nm,且使用動態光散射式粒徑分佈測定裝置(堀場製作所(股)製,型號「HORIBA LB550」)所測得之平均二次粒徑係50nm。此外,上述反應中,改變氨水、乙醇、四乙氧基矽烷的使用量、以及攪拌時的溫度,分別調製得含膠態矽石粒子(平均一次粒徑35nm、平均二次粒徑90nm)20質量%的水分散體「C2」,以及含膠態矽石粒子(平均一次粒徑35nm、平均二次粒徑70nm)20質量%的水分散體「C3」。
含膠態矽石粒子的水分散體「C4」係依照以下方法進行調製。將3號水玻璃(矽石濃度24質量%)利用水進行稀釋,而形成矽石濃度3.0質量%的稀釋矽酸鈉水溶液。使該稀釋矽酸鈉水溶液通過氫型陽離子交換樹脂層,而形成大部分鈉離子被除去的pH3.1活性矽酸水溶液。然後,在攪拌下添加10質量%氫氧化鉀水溶液,將pH調整為7.2,接著繼續加熱而沸騰,再施行3小時熱熟成。在所獲得之水溶液中,將事先將pH調整為7.2的活性矽酸水溶液之10倍量,歷時6小時逐次少量添加,而使矽石粒子平均粒徑成長為26nm。接著,將含有上述矽石粒子的分散體水溶液施行減壓濃縮(沸點78℃),獲得矽石濃度:32.0質量%、矽石平均粒徑:26nm、pH:9.8的矽石粒子分散體。使該矽石粒子分散體再度通過氫型陽離子交換樹脂層,而將大部分鈉除去後,添加10質量%的氫氧化鉀水溶液,調製得含有膠態矽石粒子28質量%的水分散體「C4」。
4.2含有機粒子之水分散體的調製
將甲基丙烯酸甲酯90質量份、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(新中村化學工業公司製,商品名「NK酯M-90G」,#400)5質量份、4-乙烯基吡啶5質量份、偶氮系聚合起始劑(和光純藥工業公司製,商品名「V50」)2質量份及離子交換水400質量份,裝填於燒瓶中,在氮氣環境下一邊施行攪拌一邊升溫至70℃。在該溫度下,於攪拌下保持6小時。將該反應混合物利用離子交換水進行稀釋,獲得平均粒徑150nm、且含有具胺基陽離子及聚乙二醇鏈之聚甲基丙烯酸甲酯系粒子10質量%的水分散體。聚合產率95%。
在該水分散體100質量份中添加甲基三甲氧基矽烷1質量份,於40℃下施行攪拌2小時。然後,添加1當量硝酸水溶液,藉由將pH調整為2.0,便獲得含有機粒子的水分散體。
4.3具陰離子性官能基的接枝聚合物
具陰離子性官能基的接枝聚合物係使用日油公司製之型號「AKM1511-60」(以下稱「P1」)。針對該P1利用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「G4000HXL+G2000HXL」,洗提液係THF)進行測定,結果聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)係3,700。此外,亦使用具有變更單體種類之陰離子性官能基的接枝聚合物「AFB-1521」(日油公司製,Mw:130,000(以下稱「P2」))、「AKM-0531」(日油公司製,Mw:10,000(以下稱「P3」))。
再者,在分離式燒瓶中裝填入離子交換水600g,一邊施行攪拌一邊使溫度上升至70℃,投入1.0%過硫酸銨60g。當液溫到達75℃,便在添加丙烯酸及表4所示莫耳比率的單體,且總質量調整為150g的溶液中,添加離子交換水100g後,將該溶液歷時3小時連續添加。在此期間內,液溫係保持75~80℃,經冷卻後,獲得含有骨幹聚合物部具有陰離子性官能基之梳狀接枝聚合物10質量%的「P4」。將該P4利用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「TSK-GEL α-M」,洗提液係NaCl水溶液/乙腈)進行測定,結果聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)係520,000。
再者,在分離式燒瓶中裝填入離子交換水570g、10%十二烷基苯磺酸銨100g,一邊施行攪拌一邊使溫度上升至70℃,投入1.0%過硫酸銨80g。當液溫到達75℃,便在添加表4所示莫耳比率的單體,且總質量調製為200g的溶液中,添加10%十二烷基苯磺酸銨100g後,將該溶液歷時3小時連續添加。在此期間內,液溫係保持於75~80℃,經冷卻後,獲得含有骨幹聚合物部具陰離子性官能基的梳狀接枝聚合物10質量%之「P5」。該P5係利用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「TSK-GEL α-M」,洗提液係NaCl水溶液/乙腈)進行測定,結果聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)係67,000。
再者,在分離式燒瓶中裝填入離子交換水630g、10%十二烷基苯磺酸銨100g,一邊施行攪拌一邊使溫度升溫至70℃,再投入1.0%過硫酸銨100g。當液溫到達75℃,便在添加表4所示莫耳比率的單體,且總質量調製為200g的溶液中,添加10%十二烷基苯磺酸銨80g後,將該溶液歷時3小時連續添加。在此期間內,液溫係保持於75~80℃,經冷卻後,獲得含有骨幹聚合物部具陰離子性官能基之梳狀接枝聚合物10質量%的「P6」。針對該P6使用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「TSK-GEL α-M」,洗提液係NaCl水溶液/乙腈)進行測定,結果聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)係163,000。
再者,在分離式燒瓶中裝填入離子交換水430g、10%十二烷基苯磺酸銨100g,一邊施行攪拌一邊使溫度升溫至70℃,再投入1.0%過硫酸銨60g。當液溫到達75℃,便在添加表4所示莫耳比率的單體,且總質量調製為200g的溶液中,添加10%十二烷基苯磺酸銨80g、離子交換水100g後,將該溶液歷時3小時連續添加。在此期間內,液溫係保持於75~80℃,經冷卻後,獲得含有骨幹聚合物部具陰離子性官能基之梳狀接枝聚合物10質量%的「P7」。該P7係使用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「TSK-GEL α-M」,洗提液係NaCl水溶液/乙腈)進行測定,結果聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)係222,000。
再者,在分離式燒瓶中裝填入離子交換水550g,並裝填入10%十二烷基苯磺酸銨80g,一邊施行攪拌一邊使溫度升溫至70℃,再投入1.0%過硫酸銨60g。當液溫到達75℃,便在添加表4所示莫耳比率的單體,且總質量調製為200g的溶液中,添加10%十二烷基苯磺酸銨90g後,將該溶液歷時3小時連續添加。在此期間內,液溫係保持於75~80℃,經冷卻後,獲得含有骨幹聚合物部具陰離子性官能基之梳狀接枝聚合物10質量%的「P8」。針對該P8使用凝膠滲透色層分析儀(Waters公司製,裝置型號「Alliance 2695」,管柱型號「TSK-GEL α-M」,洗提液係NaCl水溶液/乙腈)進行測定,結果聚乙二醇換算的重量平均分子量(Mw)係53,000。
4.4化學機械研磨用水系分散體之調製
4.4.1分散體A之調製
將化學機械研磨用水系分散體總質量設為100質量%時,添加具有陰離子性官能基的接枝聚合物P1(0.2質量%)、膠態矽石水分散體C3(5質量%)、順丁烯二酸0.8質量%、聚丙烯酸(Mw:120萬)0.2質量%,並依總構成成分量為100質量%的方式添加離子交換水,經1小時攪拌後,利用孔徑5μm過濾器施行過濾,再利用KOH調整為pH9.5,獲得表1所記載分散體A。另外,表1所記載各成分含有量的單位係質量%,表中所記載成分以外的分散體成分係水。
4.4.2分散體B之調製
將化學機械研磨用水系分散體總質量設為100質量%時,添加具有陰離子性官能基之接枝聚合物P3(0.4質量%)、順丁烯二酸2.4質量%、喹啉酸0.2質量%、聚丙烯酸(Mw:120萬)0.8質量%,並依總構成成分量為100質量%的方式添加離子交換水,經1小時攪拌後,利用孔徑5μm過濾器施行過濾,再利用KOH調整為pH12.6,獲得表3所記載組成物B-1。另一方面,添加膠態矽石C2(18.0質量%),以及依總構成成分量為100質量%方式的離子交換水,經1小時攪拌後,利用孔徑5μm過濾器施行過濾,再利用KOH調整為pH10.0,獲得表3所記載組成物B-2。另外,將分散體A及分散體B使用為套組時的態樣,係如表3所表。
將上述所調製得組成物B-1與組成物B-2在室溫下保管2個月。將經該保管後的組成物B-1(50質量份)與上述組成物B-2(50質量份),於剛要使用才施行混合,並利用水稀釋後,調製得表1所記載分散體B。
4.4.3分散體C至N的調製
除將聚合物的種類及添加成分,變更為表1或表2所示組成之外,其餘均如同分散體A的調製方法,調製得分散體C至N。另外,表1及表2中,「PAA」係指聚丙烯酸(Mw:120萬),「MDPOE」係指2,4,7,9-四甲基-5-癸-4,7-二醇二聚氧化乙烯醚,「ASDK」係指烯基琥珀酸二鉀。
4.5化學機械研磨試驗
4.5.1研磨速度、介電係數及刮傷的評估
在化學機械研磨裝置(美商應用材料公司製,型號「Mirra」)中,裝設多孔質聚胺基甲酸酯製研磨墊(Rodel Nitta公司製,型號「IC1000」),於供應既定化學機械研磨用水系分散體的情況下,針對下述各種研磨速度測定用基板,依照下述研磨條件施行1分鐘研磨處理,並依下述手法計算出研磨速度。
(1)研磨速度測定用基板
‧積層著膜厚15,000埃銅膜的8吋具熱氧化膜之矽基板。
‧積層著膜厚2,000埃氮化鉭膜的8吋具熱氧化膜之矽基板。
‧多孔質構造MSQ式低介電絕緣材料(JSR公司製、型號LKD5525(介電係數k=2.2)),依膜厚5,000埃成膜的8吋矽基板。
(2)研磨條件
‧研磨頭旋轉數:130rpm
‧平盤旋轉數:130rpm
‧研磨頭荷重:1.5psi
‧化學機械研磨水系分散體的供應速度:200ml/分
此情況的化學機械研磨用水系分散體之供應速度,係指總供應液的供應量合計除以每單位時間的數值。
(3)研磨速度之計算方法
針對銅膜及氮化鉭膜,使用電導式膜厚測定器(KLA-Tencor公司製,型號「OmniMap RS75」),測定研磨處理後的膜厚,計算出因化學機械研磨所減少的膜厚、及從研磨時間計算出研磨速度。
針對LKD膜,使用光干涉式膜厚測定器(Nanometrics Japan公司製,型號「Nanospec6100」),測定研磨處理後的膜厚,計算出因化學機械研磨所減少的膜厚、及從研磨時間計算出研磨速度。
(4)介電係數測定之方法
介電係數之測定方法係使用蒸鍍裝置(ULAVX公司製,型號「VPC-410」),將鋁電極蒸鍍呈膜狀,並測定電極面積。將設有鋁電極與測定對象之絕緣膜的加熱板使用為電極,並使用測定裝置(Hewlett Packard公司製,型號「4284A」),對其間依電容量100kHz、1V測定25℃下的低介電係數絕緣膜之介電係數。
然後,在200℃的乾燥空氣下升溫至200℃,依照如同上述相同的操作,測定200℃下的低介電係數絕緣膜之介電係數。
(5)介電係數之評估
在介電係數測定中,藉由測定經研磨後在25℃及200℃下的介電係數結果,並計算其差值(Dk),藉此便可得知低介電係數絕緣膜所遭受損傷的大小。此情況,Dk越大,表示低介電係數絕緣膜遭受越大的損傷。經研磨後在200℃下的介電係數與研磨前的介電係數之差較大時,亦表示低介電係數絕緣膜較容易遭受損傷。從該等2個觀點,預估低介電係數絕緣膜遭受損傷的大小。
(6)刮傷之評估
針對研磨處理後的低介電係數絕緣膜,使用光學顯微鏡,依暗視野隨機觀察200處範圍120μm×120μm單位區域,並測定每單位區域的刮傷數。
使用分散體A~N,根據上述「研磨速度之評估」、「介電係數之評估」及「刮傷之評估」的試驗方法施行評估試驗。結果如表1及表2所示。表中的評估項目「Cu/LKD」係指Cu與LKD的研磨速度比。Cu與LKD的研磨速度比係在實際裝置的研磨作業中,為能確保平坦性,最好在1~10範圍內,在表中的評估標示為「○」。此外,研磨速度比在2~9範圍內的情況係最佳,在表中的評估標示為「◎」。此外,表中就逾越上述速度比範圍外的情況,視為無法適用於實際裝置,標記為「×」,並施行平坦化性能評估。
表中的評估項目「k值(200℃)」係指研磨後在200℃下的介電係數,且表中的評估項目「Dk」係指研磨後在25℃及200℃下的介電係數差值。Dk值係表示研磨後低介電係數絕緣膜損傷的指標之一,Dk值越大,表示損傷越大。具體而言,Dk值較佳在0~1範圍內,表中的評估標記為「○」。此外,表中,超出上述Dk值範圍外的情況,視為無法適用於實際裝置,標記為「×」,並施行研磨性能對電氣特性的評估。
表中的評估項目「刮傷數」係在實際的裝置研磨作業中為能確保良好研磨製程,更佳為0~10範圍內,表中的評估標記為「○」。此外,當刮傷數為10~20範圍內時,因為具無法適用於實際裝置的可能性,因而表中的評估標記為「△」。且,表中,逾越上述刮傷數範圍外的情況,視為無法適用於實際裝置,標記為「×」,並施行缺陷性能評估。
(7)評估結果
從實施例1~11中得知,本案發明的化學機械研磨用水系分散體藉由含有骨幹聚合物部具陰離子性官能基的接枝聚合物,便可顯示出良好的研磨性能。特別係得知藉由含有具重量平均分子量50,000~800,000範圍內之陰離子性官能基的接枝聚合物(P2、P4、P5、P6、P7、P8),便可大幅降低刮傷的發生。此外,由實施例2的結果得知,將本發明的化學機械研磨用水系分散體使用為套組,便可調製得儲藏安定性優異的化學機械研磨用水系分散體。
另一方面,比較例1~2因為並未含有骨幹聚合物部具有陰離子性官能基的接枝聚合物,因而無法獲得良好的結果。
比較例1因為未含有具陰離子性官能基的接枝聚合物,因而無法抑制LKD膜的研磨速度,發現會有對LKD膜過度研磨的傾向。
比較例2中得知雖含有相當於枝鏈聚合物部的MDPOE,但研磨後的介電係數結果不佳,無法獲得良好的被研磨面。
比較例3因為未含有研磨粒,因而不管對Cu膜、TaN膜及LKD膜等任一膜的研磨速度均過小,無法獲得良好的結果,並無法適用於實際裝置。
由以上的結果得知,藉由使用含有(A)骨幹聚合物部具有陰離子性官能基的接枝聚合物及(B)研磨粒的化學機械研磨用水系分散體,便可達本案發明的效果。
10...骨幹聚合物
12...枝鏈聚合物
100...具陰離子性官能基的接枝聚合物
圖1為本實施形態所使用之具有陰離子性官能基的接枝聚合物之示意圖。
Claims (9)
- 一種化學機械研磨用水系分散體,係含有:(A)含有下式(1)所示重複單位的接枝聚合物;以及(B)研磨粒;
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上述(A)接枝聚合物的重量平均分子量係50,000~800,000。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上述(A)接枝聚合物係進一步含有由下式(3)、下式(4)及下式(5)所示重複單位所選擇之一種重複單位;
- 如申請專利範圍第3項之化學機械研磨用水系分散體,其中,將上式(1)所示重複單位的莫耳數設為a,將由上式(3)、上式(4)及上式(5)所示重複單位所選擇之一種重複單位的莫耳數設為b時,比率a/b為1/20~20/1之範圍。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上式(1)中,A表示單鍵或-O-或碳數1~9的氧化伸烷基[-Cq H2q O-(q係1~9的任意整數)]。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上述(A)接枝聚合物之含有量係0.001質量%~1.0質量%。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上述(B)研磨粒係膠態(colloidal)矽石。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體,其中,上述(A)接枝聚合物與(B)研磨粒的含有比率(A):(B)係1:0.1~1:10000。
- 一種化學機械研磨方法,係使用申請專利範圍第1至8項中任一項之化學機械研磨用水系分散體,對至少具有低介電係數絕緣膜的被研磨面施行研磨。
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