專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體及其化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體裝置生產(chǎn)工序中的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體及其化學(xué)機(jī)械研磨方法。更詳細(xì)來(lái)說(shuō)，即提供一種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體及使用其的化學(xué)機(jī)械研磨方法，可高效研磨半導(dǎo)體基板上設(shè)置的各種被加工層的各處，且可獲得十分平坦的高精度最終面。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)工序中，作為最近的技術(shù)，人們熟知的有運(yùn)用鑲嵌法的布線形成技術(shù)。用這種方法，先在絕緣層上形成硬質(zhì)金屬等組成的隔離金屬層，該絕緣層具有設(shè)置在程序晶片的絕緣膜上形成的孔或溝等布線用的凹槽，鎢、鋁、銅等布線材料堆積在布線用凹槽內(nèi)，形成布線材料層，然后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨，除去形成于布線用凹槽以外領(lǐng)域的布線材料層以及隔離金屬層，使之在上述領(lǐng)域露出絕緣層的表面，通過(guò)只在布線用凹槽里保留隔離金屬及布線材料，形成鑲嵌式布線。
像這樣在形成鑲嵌式布線的過(guò)程中，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。做為布線材料，適合使用的銅等比較柔軟的金屬很容易被研磨，特別是要形成很寬的布線的時(shí)候，布線材料層被過(guò)度研磨，布線的中央部會(huì)產(chǎn)生凹狀，也就是產(chǎn)生凹陷，不能得到平坦的最終面。另外，由于發(fā)生劃痕會(huì)導(dǎo)致布線的斷線。
另外，不容易有效研磨鉭等硬度高的金屬組成的隔離金屬層。
另外，作為構(gòu)成絕緣層的絕緣膜，使用介電率小的多孔質(zhì)體時(shí)，在化學(xué)機(jī)械研磨中，作為加工液使用pH值高的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，不能得到足夠的研磨速度，而且使用任何一種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體時(shí)，都不容易控制劃痕的產(chǎn)生。
為此，作為可形成鑲嵌式布線的化學(xué)機(jī)械研磨方法，通常，采用具有對(duì)被研磨面施以多階段化學(xué)機(jī)械研磨處理的研磨工序的方法。一般來(lái)說(shuō)，廣泛采用研磨以銅等為主的布線材料形成的布線材料層的第1道研磨處理工序，以及研磨以隔離金屬層為主的第2道研磨處理工序，由這兩道工序組成的進(jìn)行兩階段研磨處理的2階段研磨法。
作為這樣的2階段研磨法，存在很多問(wèn)題。例如，有人提出在第1道研磨處理工序中完全除去布線材料層銅層應(yīng)除去的布線材料層部分，在第2道研磨工序中完全除去應(yīng)除去的隔離金屬層部分的方法(以下也稱“第1種方法”)。在這第1種方法中，第1道研磨處理工序中不少發(fā)生的凹陷，在第2道研磨處理工序中很難得到修正，因此不能形成良好的布線。
另外，還有人提出為避免在第1道研磨處理工序中發(fā)生凹陷，將布線材料層應(yīng)除去的布線材料層部分做部分除去，在第2道研磨處理工序中完全除去殘留的應(yīng)除去部分的同時(shí)，完全除去應(yīng)除去隔離金屬層部分的方法(以下也稱“第2種方法”)。
又提出在以上2階段研磨法中，作為加工液，使用各種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。
具體說(shuō)來(lái)，上述第2種方法的第2道研磨處理工序中使用的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，需要具有通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨，可同時(shí)除去布線材料銅和隔離金屬的功能，同時(shí)，具有研磨絕緣層表面的功能。因而，有人提出在同一條件下分別對(duì)銅膜，隔離金屬膜以及絕緣膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，要使用具有研磨特性為隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)以及絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)都接近于1的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。(例如，參照特開(kāi)2001-196336號(hào)公報(bào))在特開(kāi)2001-196336號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了含有研磨劑、氧化劑及特定研磨速度調(diào)整劑的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。在實(shí)施例中，研磨速度調(diào)整劑只由馬來(lái)酸鉀組成，調(diào)制研磨速度比(RBM/RCu)為0.66～1.1且研磨速度比(RIn/RCu)為0.72～1.42的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，在第2道研磨處理工序時(shí)使用這種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，實(shí)施2階段研磨。
但是，近年來(lái)，為了相對(duì)提高在上述第2種方法的第1道研磨處理工序中使用的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的研磨性能，第1道研磨處理工序完成后殘留的布線材料層部分有比以往還要減少的趨勢(shì)。為此，在第2道研磨處理工序中，有必要讓隔離金屬層應(yīng)研磨的量比布線材料層及絕緣層更大，由于特開(kāi)2001-196336號(hào)公報(bào)中的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的研磨速度比(RBM/RCu)近似于1，所以造成布線材料銅被過(guò)度研磨，不能得到高精度的平坦的研磨面。
于是，作為在第2道研磨處理工序中使用的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，期待一種具有能對(duì)應(yīng)上述情況的研磨特性，即研磨速度比(RBM/RCu)適當(dāng)擴(kuò)大且研磨速度比(RIn/RCu)近似于1的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。
特開(kāi)2002-151451號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了在2階段研磨法的第2階段的研磨中的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其研磨速度比(RBM/RCu)在0.5～200。但是，這種水性分散體將苯并三唑用作研磨速度調(diào)整劑，此時(shí)，由于研磨速度比(RIn/RCu)也大幅度變動(dòng)，研磨速度比(RIn/RCu)設(shè)定在接近1的時(shí)候研磨速度比(RBM/RCu)顯著變大，研磨速度比(RBM/RCu)相對(duì)變小時(shí)，研磨速度比(RIn/RCu)顯著變小。
因此，具備研磨速度比(RBM/RCu)適當(dāng)變大且研磨速度比(RIn/RCu)接近于1的研磨特性的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體還未有人提出。
另外，近年來(lái)，即使在上述第1種方法中，第1研磨處理工序中使用的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的研磨性能也得到提高，逐漸可以抑制凹陷的產(chǎn)生，作為形成鑲嵌布線的方法，第1種方法被重新認(rèn)識(shí)。用于這第1種方法的第2道研磨工序的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，也期待其如上所述，具有在隔離金屬層的研磨速度相對(duì)較大的研磨特性。
然而，特開(kāi)2002-110597號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了作為研磨速度調(diào)整劑，將喹啉羧酸同其他有機(jī)酸并用的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體。在實(shí)施例中，作為其他的有機(jī)酸，使用乙二酸或者丙二酸，具體說(shuō)明了化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中，喹啉羧酸的含有量(WB)和其他有機(jī)酸的含有量(WC)的質(zhì)量比為(WB/WC)為1.25～5。但是，特開(kāi)2002-110597號(hào)公報(bào)中的發(fā)明，是以提高布線材料特別是銅膜的研磨速度為目的，在公報(bào)中沒(méi)有記載任何有關(guān)研磨速度比(RBM/RCu)及研磨速度比(RIn/RCu)，也未提示2階段研磨。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以解決上述現(xiàn)有技術(shù)伴隨的問(wèn)題為目的，提供一種可高效研磨各種被加工層各處，得到非常平坦的高精度最終面的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體以及使用此分散體的化學(xué)機(jī)械研磨方法。
本發(fā)明的發(fā)明人為解決上述問(wèn)題，精心研究，將喹啉羧酸及吡啶羧酸的至少一種同其他有機(jī)酸并用，且將這些酸按特定質(zhì)量比使用，在同一條件下化學(xué)機(jī)械研磨銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜時(shí)，獲得具有那些研磨速度比為特定值的研磨特性的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，在研究中發(fā)現(xiàn)使用這樣的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，可以得到非常平坦且高精度的最終面，直至完成本發(fā)明。
即、本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其特征為含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間，氨及銨離子組成的氨成分濃度在0.005摩爾/升以下。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，在同一條件下分別對(duì)銅膜，隔離金屬膜以及絕緣膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)最好在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)最好為0.5～2。
構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸最好為炭原子數(shù)在4以上的有機(jī)酸。構(gòu)成成分(D)的氧化劑最好為過(guò)氧化氫。上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的pH值最好在8到13之間。
本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法是，在基板表面上，對(duì)按順序?qū)訅旱挠袦喜康慕^緣膜和隔離金屬膜及銅膜的研磨對(duì)象體，通過(guò)2階段研磨處理進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的方法。在同一條件下化學(xué)機(jī)械研磨銅膜及隔離金屬膜各處時(shí)，使用銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，第1道研磨處理工序化學(xué)機(jī)械研磨并除去上述研磨對(duì)象體的銅膜該除去的部分，直至露出隔離金屬膜，對(duì)于在第1道研磨處理工序中被施以化學(xué)機(jī)械研磨的被研磨面，在同一條件下化學(xué)機(jī)械研磨銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜的各處時(shí)，使用隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)為0.5～2的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，第2道研磨處理工序中化學(xué)機(jī)械研磨并除去上述研磨對(duì)象體的隔離金屬膜該除去的部分。第2道研磨處理工程中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的特征是，含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間。
本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法，第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中的氨及銨離子組成的氨成分的濃度最好為0.005摩爾/升以下。
另外，構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸最好為炭原子數(shù)為4以上的有機(jī)酸。
第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中含有的成分(D)，構(gòu)成成分(D)的氧化劑(D)的濃度最好為0.001～2質(zhì)量％，構(gòu)成成分(D)的氧化劑最好由過(guò)氧化氫組成。
第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中，對(duì)于100質(zhì)量單位的該水性分散體，構(gòu)成成分(A)的研磨粉粒的含有量最好為1質(zhì)量單位以上10質(zhì)量單位以下。
第1道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體最好為含有研磨粉粒、有機(jī)酸及氧化劑的水性分散體，且該水性分散體中含有從氨及銨離子組成的群中選擇出的至少一種氨成分。另外，第1道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中含有的氧化劑，最好由過(guò)硫酸氨組成。
本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合是，由2種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和(II)組合構(gòu)成的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合。
化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)不是混合狀態(tài)，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)為含有研磨粉粒、有機(jī)酸以及氧化劑的水性分散體，且該水性分散體中含有從氨及銨離子組成的群組中選擇出的至少一種氨成分，在同一條件下化學(xué)機(jī)械研磨銅膜及隔離金屬膜各處時(shí)，銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間。在同一條件下分別對(duì)銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)為0.5～2。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中的氨及銨離子組成的氨成分的濃度最好為0.005摩爾/升以下。
另外，構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸最好為炭原子數(shù)在4以上的有機(jī)酸。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中含有的成分(D)，構(gòu)成成分(D)的氧化劑(D)的濃度最好為0.001～2質(zhì)量％，構(gòu)成成分(D)的氧化劑最好為過(guò)氧化氫。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中，對(duì)于100質(zhì)量單位該水性分散體(II)，構(gòu)成成分(A)的研磨粉粒的含有量最好在1質(zhì)量單位以上10質(zhì)量單位以下。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)中含有的氧化劑最好由過(guò)硫酸氨組成。
本發(fā)明涉及的使用化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的化學(xué)機(jī)械研磨，可高效研磨這種被加工層各處，得到非常平坦且高精度的最終面。
本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法，在第1道研磨處理工序中使用有特定研磨特性的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，且由于在第2道研磨處理工序中使用本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，可高效研磨各種被加工層的各處，得到非常平坦且高精度的最終面。其結(jié)果，是在半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)工序中，形成良好的銅鑲嵌布線。


圖1是，本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
(a)是表示一個(gè)研磨對(duì)象體的剖面圖。
(b)是表示(a)中所示研磨對(duì)象體在第1道研磨處理工序后的狀態(tài)的剖面圖。
(c)是表示通過(guò)本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法所形成的，在第2道研磨處理工序后的鑲嵌式布線的剖面圖。
圖2是，本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
(a)表示研磨對(duì)象體的一實(shí)施例的剖面圖。
(b)表示(a)中所示研磨對(duì)象體在第1道研磨處理工序后的狀態(tài)的剖面圖。
(c)表示通過(guò)本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法形成的第2道研磨處理工序后的鑲嵌式布線的剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明1 復(fù)合基板材料11 基板(例如，硅制)12 絕緣膜(例如，PETEOS制)13 隔離金屬膜14 金屬膜
21絕緣膜(例如，硅的氧化物制)22絕緣膜(例如，硅的氮化物制)具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(以下也稱“研磨用水性分散體”)是，用于化學(xué)機(jī)械研磨處理的加工液，含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)。
上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，在同一條件下化學(xué)機(jī)械研磨銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜各處時(shí)，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)最好為0.5～2。
本發(fā)明中，“銅膜”并不僅限定于純銅，也包括例如，銅-硅、銅-鋁等銅的含有比例在95質(zhì)量％以上的合金組成的膜。
“隔離金屬膜”包含由鉭、鈦等金屬組成的膜及這些金屬的氮化物或氧化物組成的膜。構(gòu)成隔離金屬膜的金屬并不僅限定于純鉭、純鈦等純金屬，也包含例如鉭-鈮等的合金。作為構(gòu)成隔離金屬膜的金屬氮化物，例如，氮化鉭、氮化鈦，但不僅限于這些純金屬氮化物。
本發(fā)明中的隔離金屬膜在上述幾類金屬中，最好為鉭及氮化鉭中至少一個(gè)來(lái)組成。
作為“絕緣膜”有，氧化硅(SiO2)膜，氧化硅膜中添加少量硼和磷而成的硼磷硅酸鹽膜(BPSG膜)，氧化硅膜上涂布氟而成的被稱為FSG(Fluorine doped silicate glass)的膜(以下稱“FSG膜”)，低介電率膜等。
氧化硅膜里有，熱氧化膜，PETEOS膜(Plasma Enhanced-TEOS膜)，HDP膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS膜)，通過(guò)熱CVD法得出的膜(以下，稱“熱CVD法膜”)等。
熱氧化膜通過(guò)將硅素在高溫中投入到氧化性環(huán)境里，使硅和氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或者硅和水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而成。
PETEOS膜，作為其原料，使用四乙基原硅酸鹽(TEOS)，作為促進(jìn)條件，利用等離子體的化學(xué)氣態(tài)成長(zhǎng)而制成。
HDP膜，作為其原料，使用四乙基原硅酸鹽(TEOS)，作為促進(jìn)條件，利用高密度等離子體的化學(xué)氣態(tài)成長(zhǎng)而制成。
熱CVD法膜可通過(guò)常壓CVD法(AP-CVD法)或減壓CVD法(LP-CVD法)形成。
硼磷硅酸鹽膜(BPSG膜)可通過(guò)常壓CVD法(AP-CVD法)或減壓CVD法(LP-CVD法)形成。
FSG膜可通過(guò)作為促進(jìn)條件，利用高密度等離子體的化學(xué)氣態(tài)成長(zhǎng)而制成。
低介電率膜中，氧化硅系的膜有，以三乙氧基甲硅烷為原料的HSQ膜(Hydrogen Silsesquioxane膜)，以四乙氧基甲硅烷及少量的甲基三甲氧基硅烷為原料的MSQ膜(Methyl Silsesquio-xane膜)等。這種氧化硅系低介電率膜可以是，將原料通過(guò)例如旋轉(zhuǎn)涂布法涂布在基體上而得出的涂膜，在氧化性環(huán)境進(jìn)行加熱來(lái)形成。
氧化硅系以外的低介電率膜里有，聚乙烯丙炔類聚合物，聚乙烯丙炔醚類聚合物，聚亞胺類聚合物，聚苯環(huán)丁烯類有機(jī)聚合物為原料的膜。
另外，在本發(fā)明中，“同一條件”指的是，使用特定形式的研磨裝置，并定盤及頭部的旋轉(zhuǎn)數(shù)，研磨壓力，研磨時(shí)間，所使用的研磨襯墊之種類，以及研磨用水性分散體的單位時(shí)間供給量(研磨用水性分散體的供給速度)等測(cè)定研磨速度的各項(xiàng)具體條件相同。
這些研磨速度測(cè)定用的條件，對(duì)銅膜，隔離金屬膜以及絕緣膜各自的研磨速度，能以相同的條件計(jì)算時(shí)，可適當(dāng)設(shè)定，在實(shí)際操作時(shí)，最好設(shè)定成對(duì)被研磨面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理時(shí)的條件或與其相近的條件。
具體說(shuō)，以下條件可作為用于研磨速度測(cè)定的條件。定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)通常為30～120rpm，最好為40～100rpm范圍內(nèi)的一特定值。頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)通常為30～120rpm，最好為40～100rpm范圍內(nèi)的一特定值。定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)/頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)通常為0.5～2，最好為0.7～1.5范圍內(nèi)的一特定值。研磨壓力通常為100～500g/cm2，最好為200～350g/cm2范圍內(nèi)的一特定值。研磨用水性分散體的供給速度，通常為50～300mL/分，最好為100～200mL/分范圍內(nèi)的一特定值。
“研磨速度比(RBM/RCu)”以及研磨速度比“(RIn/RCu)”是，根據(jù)分別對(duì)銅膜，隔離金屬膜，絕緣膜，在相同條件下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨處理時(shí)的各膜的研磨速度而算出的值。為了計(jì)算出這些研磨速度比，化學(xué)機(jī)械研磨處理可以是，將未形成電路圖的晶圓表面上的銅膜，隔離金屬膜或絕緣膜各作為獨(dú)立的研磨對(duì)象進(jìn)行研磨。
本發(fā)明中的研磨用水性分散體具有，在相同條件下測(cè)定的隔離金屬膜研磨速度(RBM)和銅膜研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)大于1.2的研磨特性。這個(gè)研磨速度比(RBM/RCu)為1.2～10之內(nèi)，合適的為1.5～10，更佳的為1.7～10，而2.0～10為最佳。研磨速度比(RBM/RCu)低于上述下限的研磨用水性分散體中，經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨以后，有可能得不到平坦性等表面特性好的被研磨面。
另外，本發(fā)明中的研磨用水性分散體具有，絕緣膜的研磨速度(RIn)和銅膜研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)介于0.5～2之間的研磨特性。此研磨速度比(RIn/RCu)合適的為0.7～1.5之內(nèi)，更佳的為0.8～1.2，而0.9～1.1為最佳。研磨速度比(RIn/RCu)超過(guò)上述上限的研磨用水性分散體中，可能其絕緣膜過(guò)度被研磨，從而不能形成良好的銅鑲嵌布線。而研磨速度比(RIn/RCu)低于上述下限的研磨用水性分散體中，可能其銅膜過(guò)度被研磨，銅鑲嵌布線的銅布線部發(fā)生凹陷，從而得不到充分平滑的，高精度的工作面。
這種擁有上述研磨速度比為一特定值的研磨特性的研磨用水性分散體，可由以下成分組成。
本發(fā)明中的研磨用水性分散體可由，在水性媒體中含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間，氨及銨離子組成的氨成分濃度在0.005摩爾/升以下的水性分散體(以下，稱“特定水性分散體”)組成。
這里，作為水性媒體，可單獨(dú)使用水，也可使用水和甲醇的混合媒體等以水為主成分的水性混合媒體。這個(gè)水性媒體只使用水為好。
作為組成成分(A)的研磨粉粒，可使用無(wú)機(jī)粒子，有機(jī)粒子以及合成粒子中的至少一種。
用于研磨粉粒的無(wú)機(jī)粒子，有機(jī)粒子以及合成粒子，其形狀最好為球狀。研磨粉粒使用球狀粒子，可得到充分的研磨速度，還可抑制劃痕的發(fā)生。這里“球狀”，沒(méi)有必要是接近真球的形狀，無(wú)銳角部分的近似球狀也可。
無(wú)機(jī)粒子，可使用二氧化硅粒子，氧化鋁粒子，氧化鈰粒子，氧化鈦粒子，氧化鋯粒子，炭化硅粒子，氮化硅粒子，二氧化錳粒子等。其中最好為二氧化硅粒子。
上述二氧化硅粒子有，使用熱解法，將氯化硅等含有硅原子的化合物和氧氣及氫氣，在氣態(tài)中反應(yīng)合成的熱解硅；用溶膠與凝膠相互轉(zhuǎn)換法把金屬醇鹽加水分解縮聚，合成出來(lái)的膠態(tài)二氧化硅；用無(wú)機(jī)膠體法進(jìn)行合成，通過(guò)精制除去不純物而產(chǎn)生的高純度膠態(tài)二氧化硅。
通過(guò)溶膠與凝膠相互轉(zhuǎn)換法或者無(wú)機(jī)膠體法合成的，由粒子徑較小的膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子，在上述特定水性分散體中，一般被認(rèn)為是一次粒子多以締合或內(nèi)聚狀態(tài)的二次粒子存在。
膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子的平均粒子徑以1～3000nm為佳，最好在2～1000nm之內(nèi)。膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子的平均二次粒子徑應(yīng)在5～5000nm以內(nèi)，合適的為5～3000nm以內(nèi)，最佳的為10～1000nm之間。平均二次粒子徑小于上述下限，可能得不到充分研磨速度。而平均二次粒子徑超過(guò)上述上限，對(duì)凹陷與燒蝕的抑制不夠充分，而且易發(fā)生劃痕等表面缺陷，得出的特定水性分散體可能不具有充分的穩(wěn)定性。
平均一次粒子徑，可根據(jù)測(cè)定其比表面積而算出，也可以是通過(guò)透過(guò)型電子顯微鏡的觀察而測(cè)定。另外，平均二次粒子徑可通過(guò)激光散射回折型測(cè)定器的觀察來(lái)測(cè)定。
由膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子，在其制造過(guò)程中以二次粒子的狀態(tài)獲得，將其分散成一次粒子非常困難，故一般認(rèn)為在上述特定水性分散體中，其作為二次粒子存在。由此，對(duì)膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子只規(guī)定其二次粒子徑。
由膠態(tài)二氧化硅而成的無(wú)機(jī)粒子的平均二次粒子徑應(yīng)在10～10000nm之間，更合適的為20～7000nm以內(nèi)，最佳的為50～5000nm之間。平均粒子徑在此范圍時(shí)，研磨效率高，可有效抑制凹陷與燒蝕的發(fā)生，從而得到穩(wěn)定的特定水性分散體。
作為有機(jī)粒子有，聚苯乙烯及苯乙烯類共聚合體，聚甲烯酸甲酯等(甲基)丙稀基樹(shù)脂以及(甲基)丙稀基類共聚合體，聚氯乙稀，聚縮醛，飽和聚酯，酰胺，聚亞胺，聚碳酸酯，苯氧基樹(shù)脂，聚乙烯，聚戊乙烯，聚-1-丁烯，聚-4-甲基-1-戊烯等聚烯烴及烯烴類共聚合體等熱可塑性樹(shù)脂而成的粒子。
有機(jī)粒子可使用，將用來(lái)獲得上述熱可塑性而準(zhǔn)備的單體，和擁有二乙烯基苯，異丁烯酸乙二醇等2個(gè)以上聚合物不飽和基的單體共聚合反應(yīng)得到的，擁有架橋結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂而成的粒子。
其中，聚苯乙烯及苯乙烯類共聚合體，聚甲烯酸甲酯等(甲基)丙稀基樹(shù)脂以及(甲基)丙稀基類共聚合體，和用來(lái)獲得上述熱可塑性而準(zhǔn)備的單體進(jìn)行共聚合反應(yīng)，以獲得擁有架橋結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂，而使用由此樹(shù)脂而成的粒子為佳。
上述樹(shù)脂而成的粒子，可由乳化聚合法，懸浮聚合法，乳化分散法或粉碎法制造。
在特定水性分散體，有機(jī)粒子被認(rèn)為是，幾乎以單獨(dú)粒子的形式存在。有機(jī)粒子的平均粒子徑應(yīng)在10～5000nm之內(nèi)，以15～3000nm為適當(dāng)，20～1000nm之間為最佳。平均粒子徑在此范圍時(shí)，研磨效率高，可有效抑制凹陷與燒蝕的發(fā)生，從而得到穩(wěn)定的特定水性分散體。
合成粒子中有，有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子結(jié)合成一體而成的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子，以及在有機(jī)粒子表面結(jié)合變性物質(zhì)而成的變性粒子。
由無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子組成的合成粒子，是上述有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子在化學(xué)機(jī)械研磨處理中不易分離的程度一體結(jié)合而成的粒子。這里的有機(jī)粒子以及無(wú)機(jī)粒子的種類無(wú)特別的限定，而且對(duì)合成粒子的具體構(gòu)成也沒(méi)有特別的限定。
具體說(shuō)，可使用Z-電位符號(hào)相反的有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子在水性分散體中以靜電力的作用結(jié)合而成的合成粒子。
有機(jī)粒子的Z-電位在全PH領(lǐng)域，或除了低PH領(lǐng)域的廣泛的PH領(lǐng)域中其電性多為負(fù)。有機(jī)粒子擁有羧基，亞磺酸基等，其Z-電位為負(fù)的可能性高。如有機(jī)粒子擁有氨基，在特定PH領(lǐng)域，其Z-電位為正。無(wú)機(jī)粒子的Z-電位，其PH依存度較高，并擁有Z-電位為零的等電位點(diǎn)，隨著PH值的變化，在零電位點(diǎn)處前后其Z-電位的符號(hào)反轉(zhuǎn)。
因此，把特定的有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子，在其Z-電位呈相反符號(hào)的PH領(lǐng)域里混合，用靜電力可結(jié)合有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子使其形成為合成粒子。
而且，即使是在混合時(shí)的PH領(lǐng)域中兩者Z-電位是同符號(hào)的有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子的組合，之后用改變PH值的方法，將兩者的Z-電位變成相反符號(hào)，也可得到有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子合成一體的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子。
由變性粒子組成的合成粒子，可使用由聚合體構(gòu)成的有機(jī)粒子表面結(jié)合適當(dāng)?shù)淖冃粤Ｗ佣傻淖冃杂袡C(jī)粒子。聚合體粒子中有，聚苯乙烯，聚甲烯酸甲酯等。變性物質(zhì)結(jié)合而成的聚合體粒子，可在上述聚合體粒子存在下，對(duì)烷氧基硅烷，鋁醇鹽，鈦醇鹽等反應(yīng)性變性物質(zhì)原料進(jìn)行縮聚，在聚合體粒子的表面生成變性物質(zhì)而得出。
在上述方法中，如變性物質(zhì)原料為烷氧基硅烷時(shí)，可獲得聚合體粒子的表面上結(jié)合有聚硅氧烷的變性有機(jī)粒子，而變性物質(zhì)材料為鋁醇鹽，鈦醇鹽時(shí)，可獲得鋁原子或鈦原子結(jié)合在聚合體粒子上的變性有機(jī)粒子。而且在上述方法中，聚合體粒子表面可用硅烷偶聯(lián)劑處理。
再者，合成粒子可使用，在適當(dāng)聚合物粒子而成的有機(jī)粒子表面上，氧化硅粒子，氧化鋁粒子等無(wú)機(jī)粒子結(jié)合并合成的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子。這時(shí)，無(wú)機(jī)粒子，可以在聚合體粒子表面由聚硅氧烷等結(jié)合性成分形成物理結(jié)合，也可以是由存在于聚合體粒子表面上的羥基等官能團(tuán)化學(xué)結(jié)合而成。
而且，這種以靜電力結(jié)合起來(lái)的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子存在的環(huán)境下，可將通過(guò)對(duì)烷氧基硅烷，鋁醇鹽，鈦醇鹽等進(jìn)行縮聚，由變性物質(zhì)而變性的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子，作為合成粒子使用。
當(dāng)合成粒子為無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子時(shí)，此合成粒子根據(jù)其構(gòu)成的有機(jī)粒子以及無(wú)機(jī)粒子的各自粒子徑及構(gòu)成比例，存在于下列(1)～(3)中的一種狀態(tài)，或這些狀態(tài)中的幾個(gè)同時(shí)存在的狀態(tài)。這些狀態(tài)中下列(1)或(2)的狀態(tài)為適當(dāng)。
(1)無(wú)機(jī)粒子以外殼粒子的形式，附著在有機(jī)粒子而成的核心粒子表面的狀態(tài)(2)有機(jī)粒子以外殼粒子的形式，附著在無(wú)機(jī)粒子而成的核心粒子表面的狀態(tài)(3)有機(jī)粒子和無(wú)機(jī)粒子未形成核心/外殼構(gòu)造，只是凝聚在一起的狀態(tài)在上述狀態(tài)(1)～(3)中，無(wú)機(jī)粒子可以時(shí)一次粒子或二次粒子的任何一種狀態(tài)，也可以是兩者混在。
構(gòu)成上述(1)～(3)狀態(tài)的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子，其無(wú)機(jī)粒子含量和有機(jī)粒子含量的質(zhì)量比為，對(duì)于100質(zhì)量單位，無(wú)機(jī)粒子的含有量應(yīng)在1～2000質(zhì)量單位之間，最好為10～1000質(zhì)量單位之間。
另外，上述(1)～(3)狀態(tài)的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子的平均粒子徑應(yīng)為20～20000nm之間，合適的為50～10000nm之間，最好為50～5000nm之間。
無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子的質(zhì)量比以及平均粒子徑在此范圍內(nèi)時(shí)，研磨效率高，可有效抑制凹陷與燒蝕的發(fā)生，從而得到穩(wěn)定的特定水性分散體。
成分(A)的含有量，對(duì)特定水性分散體100質(zhì)量單位中，應(yīng)在大于1質(zhì)量單位并小于10質(zhì)量單位，合適的為2～8質(zhì)量單位，最佳的為3.5～5.5質(zhì)量單位之間。成分(A)的含量低于上述下限，可能得不到充分研磨速度。成分(A)的含量超過(guò)上述上限，制造成本提高的同時(shí)，所獲得的特定水性分散體可能不具有充分的穩(wěn)定性。
成分(B)由喹啉羧酸和吡啶二羧酸中的至少一種構(gòu)成。
喹啉羧酸里有，未置換的喹啉羧酸；在喹啉羧酸的羧基以外的部分中，將一個(gè)或多個(gè)氫原子用氫氧基，鹵素原子等置換而成的置換喹啉羧酸。
吡啶二羧酸里有，未置換的吡啶二羧酸；吡啶二羧酸的羧基以外的部分中，將一個(gè)或多個(gè)氫原子用氫氧基，鹵素原子等置換而成的置換吡啶二羧酸。
其中，未置換的喹啉羧酸和未置換的吡啶二羧酸較合適，尤其是，2-喹啉羧酸(喹哪啶酸)以及2，3-吡啶二羧酸(喹啉酸)更合適。而喹啉羧酸和吡啶二羧酸，可分別通過(guò)鉀鹽，銨鹽等堿的配合而獲得。
成分(B)的含量，在特定水性分散體中應(yīng)為0.01～10質(zhì)量％之間，合適的為0.05～5質(zhì)量％之間，最好為0.1～3質(zhì)量％之間。成分(B)的含量低于上述下限，可能得不到充分的銅膜研磨速度。成分(B)的含量超過(guò)上述上限，其他成分含量有可能達(dá)不到所希望的含量。
成分(C)由上述喹啉羧酸和吡啶二羧酸之外的有機(jī)酸(以下，也稱“其他有機(jī)酸”)構(gòu)成。
在上述其他有機(jī)酸中可使用一元羧酸等一元酸，二羧酸等二元酸，羥酸以及羧酸鹽等很多種有機(jī)酸，例如有飽和酸，不飽和酸，芳香族酸等。
飽和酸里有，蟻酸，乙酸，丁酸，草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，羥酸等，其中羥酸里有乳酸，蘋果酸，酒石酸，檸檬酸等。
不飽和酸中有，馬來(lái)酸，反丁烯二酸等。
芳香族酸中有，苯甲酸，鄰苯二甲酸等。
其中，要得到高精度，平滑的研磨面，炭原子數(shù)在4以上的有機(jī)酸較合適，炭原子數(shù)在4以上的羧酸更合適，炭原子數(shù)在4以上的脂肪族羧酸為更佳，分子量在105以上并炭原子數(shù)在4以上的脂肪族羧酸為最佳。而且，分子量在105以上并炭原子數(shù)在4以上的脂肪族羧酸中，1個(gè)分子中擁有2個(gè)以上羧基的羧酸較合適，二羧酸更合適，不飽和二羧酸最合適。
這種“其他有機(jī)酸”，可通過(guò)鉀鹽，銨鹽等堿配合而成。
成分(C)的含量，在整個(gè)特定水性分散體中，應(yīng)為0.01～10質(zhì)量％之間，合適的為0.05～5質(zhì)量％之間，最好為0.1～3質(zhì)量％之間。成分(C)的含量低于上述下限，可能得不到充分的隔離金屬膜的研磨速度。成分(B)的含量超過(guò)上述上限，被研磨面有可能發(fā)生腐蝕。
本發(fā)明所涉及的特定水性分散體中，成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)應(yīng)在0.01到2之間，0.01～1.5之間較合適，0.02～1.0之間為更佳，0.05～0.75之間為特佳，0.10～0.75為最佳。
如質(zhì)量比(WB/WC)大于2，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)有可能低于1.2。而質(zhì)量比(WB/WC)小于0.01時(shí)，絕緣膜的研磨速度(RIn)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RIn/RCu)有可能脫離0.5～2的范圍。
構(gòu)成成分(D)的氧化劑有，過(guò)硫酸鹽，過(guò)氧化氫，無(wú)機(jī)酸，有機(jī)過(guò)氧化物，多價(jià)金屬鹽等。過(guò)氧化氫在特定水性分散體中，其至少一部分有時(shí)分解生成過(guò)氧化氫離子，在本發(fā)明中的過(guò)氧化氫包含此過(guò)氧化氫離子。
過(guò)硫酸鹽中有，過(guò)硫酸銨，過(guò)硫酸鉀等。
無(wú)機(jī)酸中有硝酸，硫酸等。
有機(jī)過(guò)氧化物中有，過(guò)乙酸，過(guò)苯甲酸，三級(jí)丁基氫過(guò)氧化物等。
多價(jià)金屬鹽中有，錳酸化合物，重鉻酸化合物，具體有，錳酸化合物里有過(guò)錳酸鉀，重鉻酸化合物里有重鉻酸鉀等。
其中，過(guò)氧化氫，過(guò)硫酸鹽，無(wú)機(jī)酸較合適，尤其是過(guò)氧化氫更佳。
成分(D)的含量，在整個(gè)特定水性分散體中，應(yīng)為0.001～2質(zhì)量％之間，合適的為0.01～0.75質(zhì)量％之間，最好為0.05～0.5質(zhì)量％之間。成分(D)的含量低于上述下限，可能得不到充分的研磨速度。成分(B)的含量超過(guò)上述上限，被研磨面有可能發(fā)生腐蝕。
本發(fā)明中，上述特定水性分散體里，構(gòu)成成分(D)的氧化劑為過(guò)氧化氫時(shí)，作為過(guò)氧化氫的氧化劑，可以含有具有促進(jìn)功能的作用，同時(shí)具有更加提高研磨速度的功能的多價(jià)金屬離子。
多價(jià)金屬離子中有，銨，鈦，釩，鉻，錳，鐵，鈷，鎳，銅，鋅，鍺，鋯，鉬，錫，銻，鉭，鎢，鉛，鈰等金屬的離子。這些金屬離子可單獨(dú)使用，也可兩種以上組合使用。
這些金屬離子可通過(guò)將含有多價(jià)金屬元素的硝酸鹽，硫酸鹽，乙酸鹽等堿，或含有多價(jià)金屬元素的配位化合物添加到水性媒體中而生成，也可通過(guò)將多價(jià)金屬元素的氧化物添加到水性媒體中而生成。
另外，如果添加到水性媒體時(shí)，即使是不生成多價(jià)金屬離子，只生成一價(jià)金屬離子，其后經(jīng)過(guò)氧化劑的作用，可生成多價(jià)金屬離子，則可作為用于獲得上述多價(jià)金屬離子的化合物而使用。
這種用于獲得上述多價(jià)金屬離子的化合物中，硝酸鐵因其獲得的多價(jià)金屬離子可提高研磨速度而適于使用。
多價(jià)金屬離子的含有量，對(duì)整個(gè)特定水性分散體，應(yīng)在3000ppm以下，最好在10～2000ppm之間。
特定水性分散體的pH值應(yīng)在8到13之間，8.5～13之間更合適，9～12之間最為合適。PH值低于上述下限時(shí)，對(duì)銅形成的被加工層腐蝕作用加大，對(duì)凹陷與燒蝕的抑制不夠充分。而PH值大于上述上限時(shí)，絕緣膜有可能被過(guò)度研磨，從而無(wú)法形成良好的銅鑲嵌布線。
調(diào)整特定水性分散體pH值的方法有，調(diào)整構(gòu)成(D)硝酸以及硫酸等無(wú)機(jī)鹽的含有量，或者構(gòu)成成分(B)或成分(C)大的有機(jī)酸的含有量，以及添加氫氧化鈉，氨等堿性成分的方法。
作為成分(C)和成分(D)，使用銨鹽或作為堿性成分添加氨，使特定水性分散體中含有氨或銨離子等氨成分時(shí)，其濃度應(yīng)在0.005摩爾/升以下，合適的為0.002摩爾/升以下，更佳為0.0005摩爾/升以下，最好是特定水性分散體中實(shí)際上不含氨成分。即，最好不在成分(D)中使用銨鹽，或添加堿性成分氨。
特定水性分散體所含氨成分超過(guò)上述濃度范圍時(shí)，對(duì)銅的研磨速度相對(duì)增大，結(jié)果RBM/RCu有可能大于1.2，并RIn/RCu有可能脫離0.5～2的范圍，故盡量要限制氨成分的濃度。
這種特定水性分散體可作為形成銅鑲嵌布線的2階段研磨處理的，具體是2階段研磨法中的第2道研磨處理工序的加工液來(lái)使用。尤其是分別對(duì)本發(fā)明中的特定水性分散體，將銅膜以及隔離金屬膜以同樣條件進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上。通過(guò)與后述的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體共同使用，可發(fā)揮優(yōu)良的研磨特性。
這里，將本發(fā)明中的特定水性分散體，作為1階段研磨法的加工液來(lái)使用，或作為2階段研磨法中的第1道研磨處理工序的加工液來(lái)使用的時(shí)，因其研磨處理需要很多時(shí)間，而且需要大量的加工液，從經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)來(lái)看，不值得推薦。
化學(xué)機(jī)械研磨方法本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法包括，在同一條件下分別對(duì)銅膜及隔離金屬膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，使用銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(以下，稱“第1研磨用水性分散體”)，對(duì)被研磨面實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨的第1道研磨處理工序；對(duì)于在第1道研磨處理工序中被施以化學(xué)機(jī)械研磨的被研磨面，使用本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(特定水性分散體)實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨的第2道研磨處理工序。
在本發(fā)明中，可通過(guò)使用同一研磨裝置，而研磨對(duì)象體不取出，只將所供給的研磨用水性分散體依次切換，連續(xù)進(jìn)行第1道研磨處理和第2研磨處理；也可以是使用同一研磨裝置，當(dāng)?shù)?道研磨處理工序結(jié)束后，取出研磨對(duì)象體，將所供給的研磨用水性分散體切換后再將研磨對(duì)象體重新裝上，實(shí)施第2道研磨處理工序。
還可以是將第1道研磨處理和第2道研磨處理分別使用單獨(dú)的研磨裝置。
使用備有多數(shù)研磨襯墊的研磨裝置時(shí)，可以是將第1道研磨處理和第2道研磨處理使用不同的研磨襯墊，連續(xù)實(shí)施。
以下，對(duì)本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械研磨方法，使用附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于所示附圖。
適用于本發(fā)明之化學(xué)機(jī)械研磨方法的研磨對(duì)象體，擁有如圖1(a)所示構(gòu)造的復(fù)合基板材1。此復(fù)合基板材1包括，硅制基板11，以及層壓在基板11表面，并形成有溝等布線用凹部的，由PETEOS膜(使用四乙氧基硅烷，通過(guò)CVD法形成的膜)形成的絕緣膜12，覆蓋絕緣膜12表面和布線用凹部的底部及內(nèi)壁的鉭，氮化鉭構(gòu)成的隔離金屬膜13，充填上述布線用凹部并形成在隔離金屬膜13上，由銅等金屬布線材料構(gòu)成的金屬膜14。
適用于本發(fā)明之化學(xué)機(jī)械研磨方法的研磨對(duì)象體，如圖2(a)所示，可包括，基板11和絕緣膜12之間硅氧化物的絕緣膜21，形成在此絕緣膜21上的硅氮化物絕緣膜22。
本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械研磨方法是對(duì)這種研磨對(duì)象體根據(jù)下列順序進(jìn)行研磨。首先，在第1道研磨處理工序中，使用第1研磨用水性分散體對(duì)金屬膜14中的除了埋設(shè)在金屬布線部之外的應(yīng)除去金屬材料部分，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨，直至一定的面，例如隔離金屬膜13露出(參照?qǐng)D1(b)及圖2(b))。其后，在第2道研磨處理工序中，使用特定水性分散體對(duì)隔離金屬膜13中，除了布線用凹部的底部及內(nèi)壁面之外的應(yīng)除去隔離金屬膜，直至完全除去，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨。這時(shí)，絕緣膜12表面液同時(shí)被研磨，從而形成高精度，平滑的鑲嵌布線(參照?qǐng)D1(c)及圖2(c))。
如上所述，上述第1研磨用水性分散體具有，銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上的研磨特性。此研磨速度比(RCu/RBM)更佳的為60以上，最佳的為70以上。研磨速度比(RCu/RBM)如低于上述下限，經(jīng)過(guò)第1道研磨處理后，在銅膜應(yīng)除去的部分仍存在過(guò)剩的銅，導(dǎo)致第2道研磨處理花費(fèi)很多時(shí)間，而且需要大量的加工液。
上述第1研磨用水性分散體，只要其研磨速度比(RCu/RBM)在上述范圍之內(nèi)，對(duì)其構(gòu)成并無(wú)特定的要求，可使用例如在水性媒體中含有研磨粉粒，有機(jī)酸，氧化劑，以及氨和銨離子中至少一種氨的成分。
第1研磨用水性分散體所用水性媒體，可使用本發(fā)明之特定水性分散體中作為水性媒體而舉例的媒體，其中只使用水為佳。
第1研磨用水性分散體所用研磨粉粒，可使用本發(fā)明之特定水性分散體中，作為構(gòu)成成分(A)的研磨粉粒而舉例的粉粒，并選擇其中至少一種研磨粉粒。其中，較合適的為二氧化硅，有機(jī)粒子或有機(jī)無(wú)機(jī)合成粒子。
第1研磨用水性分散體所用有機(jī)酸，可使用本發(fā)明之特定水性分散體中，作為構(gòu)成成分(B)的喹啉羧酸及吡啶羧酸而舉例的，以及作為構(gòu)成成分(C)的其他有機(jī)酸而舉例的成分，并選擇其中至少一種。其中，要獲得較大的研磨速度比(RCu/RBM)，甘氨酸，丙氨酸，檸檬酸，蘋果酸，羧苯并三唑，2-喹啉羧酸以及2，3-吡啶羧酸較合適。
第1研磨用水性分散體所用氧化劑，可使用本發(fā)明之特定水性分散體中，作為構(gòu)成成分(D)而舉例的氧化劑，并選擇其中至少一種氧化劑。其中，過(guò)氧化氫，過(guò)硫酸鹽較合適，過(guò)硫酸銨更合適。
包含在第1研磨用水性分散體中的氨成分，可以氨的形式存在，也可以銨離子的形式存在，也可以兩者混在的形式存在。銨離子以游離狀態(tài)存在，也可作為酸的銨鹽存在，還有以兩者混在的平衡狀態(tài)存在也可。這種氨及銨離子可單獨(dú)將氨水添加到第1研磨用水性分散體中而形成，也可從上述有機(jī)酸銨鹽或作為氧化劑添加的過(guò)硫酸銨等無(wú)機(jī)酸銨鹽生成，或者是下述之陰離子性界面活性劑。
上述第1研磨用水性分散體，所含研磨粉粒，有機(jī)酸，氧化劑，以及氨和銨離子中至少一種氨的成分的含量比例各為如下。
研磨粉粒的含有量，在整個(gè)第1研磨用水性分散體中，通常為0.001～3質(zhì)量％，合適的為0.01～3質(zhì)量％，更合適的為0.01～2.5質(zhì)量％，最好的為0.01～2質(zhì)量％。
有機(jī)酸的含有量，在整個(gè)第1研磨用水性分散體中，通常為0.01～10質(zhì)量％，合適的為0.1～5質(zhì)量％。
氧化劑的含有量，在整個(gè)第1研磨用水性分散體中，通常為0.01～10質(zhì)量％，合適的為0.02～5質(zhì)量％。
氨成分的含有量，在1升第1研磨用水性分散體中，通常為0.005～20摩爾，合適的為0.01～15摩爾，更合適的為0.03～10摩爾，最好的為0.05～10摩爾之間。
第1研磨用水性分散體，根據(jù)需要，可包含界面活性劑，消泡劑，對(duì)金屬表面的保護(hù)膜形成劑等添加物。
界面活性劑里有，陽(yáng)離子系界面活性劑，陰離子系界面活性劑，兩性界面活性劑，非離子性界面活性劑，水溶性聚合物，其中常用的是陰離子系界面活性劑，非離子性界面活性劑，水溶性聚合物。
陽(yáng)離子系界面活性劑里有羧酸鹽，黃酸鹽，硫酸酯鹽，磷酸酯鹽等。羧酸鹽里有，脂肪酸肥皂，烷基醚羧酸鹽等。黃酸鹽里有，烷基萘磺酸鹽，烷基苯磺酸鹽，α-烯磺酸鹽等，磷酸酯鹽里有，高級(jí)醇硫酸酯，烷基醚硫酸酯，聚氧乙烯苯烷基醚硫酸鹽等，磷酸酯鹽里有磷酸烷基酯等。其中，黃酸鹽較合適，烷基苯磺酸鹽為更合適，十二烷基苯黃酸鉀為最佳。
非離子系界面活性劑里有，聚乙二醇型界面活性劑，乙炔二醇；乙炔二醇的乙烯氧化物附加物；乙炔醇等非離子性界面活性劑。
水溶性聚合物里有，陰離子聚合物，陽(yáng)離子聚合物，兩性聚合物，非離子性聚合物等。陰離子聚合物里有聚丙烯酸酯及其鹽，聚甲基丙烯酸及其鹽，聚乙烯醇等，陽(yáng)離子聚合物里有，聚乙烯亞胺，聚乙烯基吡咯烷酮等，兩性聚合物里有，聚丙烯酰胺等，非離子性聚合物里有，聚氧化乙烯，聚氧化丙烯等。
界面活性劑的含有量在整個(gè)第1研磨用水性分散體中，應(yīng)為20質(zhì)量％以下，0.001～20質(zhì)量％較合適，0.01～10質(zhì)量％為更合適，最合適的為0.05～5質(zhì)量％。
對(duì)金屬表面的保護(hù)膜形成劑里有苯并三唑，苯并三唑的衍生物等，其含有量在整個(gè)第1研磨用水性分散體中，應(yīng)為5質(zhì)量％以下，0.001～5質(zhì)量％較合適，0.005～1質(zhì)量％為更合適，最合適的為0.01～5質(zhì)量％。
第1研磨用水性分散體的PH值可選擇酸性區(qū)域，中性附近區(qū)域(由弱酸性到弱堿性區(qū)域)及堿性區(qū)域的一定值。酸性區(qū)域的PH值以2～4為合適，中性附近區(qū)域的PH值以6～8為合適，堿性區(qū)域的PH值以8～12為合適。其中，從中性附近到堿性區(qū)域的PH值，即6～12較合適。
根據(jù)本發(fā)明之化學(xué)機(jī)械研磨進(jìn)行研磨時(shí)，可使用現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨裝置(如ラツプマスタ-SFT公司產(chǎn)LGP-510型，LGP-552型；(株)荏原制作所產(chǎn)EPO-113型，EPO-222型；Applied Materials公司產(chǎn)品Mirra；アイペツク公司產(chǎn)AVANTI-472等)，在通常研磨條件下實(shí)施。
作為合適的研磨條件，在第1道研磨處理工序及第2道研磨處理工序中，定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)通常為30～120rpm，較合適的為40～100rpm，頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)為通常為30～120rpm，較合適的為40～100rpm，定盤旋轉(zhuǎn)數(shù)/頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)通常為0.5～2，較合適的為0.7～1.5，研磨壓力通常為100～500g/cm2，較合適的為200～350g/cm2，研磨用水性分散體的供給速度通常為50～300mL/分，較合適的為100～200mL/分。
具體的化學(xué)機(jī)械研磨方法為如下所述，但本發(fā)明并不限于此。首先，將研磨對(duì)象體安裝到化學(xué)機(jī)械研磨裝置上，并將上述第1研磨用水性分散體以上述研磨用水性分散體供給速度提供，在上述研磨條件下，對(duì)金屬膜14中的應(yīng)除去金屬材料部分，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨，直至隔離金屬膜13露出(第1道研磨處理工序)。然后，將所提供的研磨用水性分散體，由第1研磨用水性分散體切換至特定水性分散體，在上述研磨條件下，對(duì)研磨對(duì)象體的隔離金屬膜13中應(yīng)除去部分，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨(第2道研磨處理工序)，直至完全除去，從而獲得高精度，平滑的研磨面。第1道研磨處理工序和第2道研磨處理工序，可在同一定盤上實(shí)施，也可分別在單獨(dú)的定盤上實(shí)施。
在本發(fā)明中，經(jīng)過(guò)第2道研磨處理工序后，最好將殘留在被研磨面上的研磨粉粒除去。除去研磨粉粒的方法可用通常的洗滌方法。例如，刷洗被研磨面后，用堿性洗滌液(如氨∶過(guò)氧化氫∶水＝1∶1∶5(質(zhì)量比)的混合液)進(jìn)行洗滌，這樣可除去附著在被研磨面的研磨粉粒。
研磨粉粒只為有機(jī)粒子時(shí)，在氧氣環(huán)境下對(duì)被研磨面進(jìn)行高溫處理，可燃燒并除去有機(jī)粒子。具體說(shuō)，放置在氧氣等離子中，或?qū)⒀跤坞x基從上往下提供，使用等離子進(jìn)行焚化處理，可容易除去殘留在被研磨面上的研磨粉粒。
除去附著在被研磨面上的不純物金屬時(shí)，洗滌液可使用檸檬酸水溶液，氫氟酸和檸檬酸的混合水溶液，或氫氟酸和乙二胺四乙酸(EDTA)的混合水溶液。
化學(xué)機(jī)械研磨劑組合本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，上述第1研磨用水性分散體，即化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和，本發(fā)明中的特定水性分散體，即化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)組合構(gòu)成，而且化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)不處于混合狀態(tài)。這種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合適用于本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械研磨方法。
實(shí)施例以下，對(duì)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此實(shí)施例。
<包含無(wú)機(jī)粒子的水性分散體的調(diào)制>
(1)(含有熱解氧化硅粒子的水分散體的調(diào)制)[無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例1]熱解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)產(chǎn)，Aerosil#90，平均粒子徑20nm)2kg用超聲波分散器分散于離子交換水6.7kg中得到分散體，用孔徑為5μm的過(guò)濾器過(guò)濾，調(diào)制成包含無(wú)機(jī)粒子為熱解氧化硅粒子的水分散體(1)。
這個(gè)構(gòu)成無(wú)機(jī)粒子分散體(1)的無(wú)機(jī)粒子(以下，稱“熱解氧化硅1”)，其平均二次粒子徑為220nm。
用熱解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)產(chǎn)，Aerosil#200，平均粒子徑7nm)2kg來(lái)代替熱解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)產(chǎn)，Aerosil#90)之外，其他與無(wú)機(jī)粒子分散體調(diào)制例1相同，調(diào)制成包含無(wú)機(jī)粒子為熱解氧化硅粒子的水分散體(2)。
這個(gè)構(gòu)成無(wú)機(jī)粒子分散體(2)的無(wú)機(jī)粒子(以下，稱“熱解氧化硅2”)，其平均二次粒子徑為140nm。
(2)含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體的調(diào)制[無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例3]在燒杯中放入濃度為25質(zhì)量％的氨水70質(zhì)量單位，離子交換水40質(zhì)量單位，乙醇170質(zhì)量單位以及四乙氧基硅烷20質(zhì)量單位，以180rpm的速度進(jìn)行攪拌，同時(shí)把溫度上升至60度。在這個(gè)溫度繼續(xù)攪拌兩小時(shí)后，冷卻，得出含有膠態(tài)二氧化硅的酒精分散體。
然后用蒸發(fā)器在80度溫度下，通過(guò)加入離子交換水，除去酒精。反復(fù)上述操作數(shù)次直到充分除去分散體中的酒精，從而獲得固體濃度為20質(zhì)量％的，所包含無(wú)機(jī)粒子為膠態(tài)二氧化硅的水分散體(3)。
這個(gè)構(gòu)成無(wú)機(jī)粒子分散體(3)的無(wú)機(jī)粒子(以下，稱“膠態(tài)二氧化硅1”)，其平均一次粒子徑為25nm，平均二次粒子徑為40nm。
在無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例3中，將乙醇170質(zhì)量單位變更為175質(zhì)量單位，將四乙氧基硅烷20質(zhì)量單位變更為25質(zhì)量單位，除此之外，與無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例3相同，從而獲得固體濃度為20質(zhì)量％的，所包含無(wú)機(jī)粒子為膠態(tài)二氧化硅的水分散體(4)。
這個(gè)構(gòu)成無(wú)機(jī)粒子分散體(4)的無(wú)機(jī)粒子(以下，稱“膠態(tài)二氧化硅2”)，其平均一次粒子徑為35nm，平均二次粒子徑為55nm。
在無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例3中，將乙醇170質(zhì)量單位變更為190質(zhì)量單位，將四乙氧基硅烷20質(zhì)量單位變更為35質(zhì)量單位，除此之外，與無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制例3相同，從而獲得固體濃度為20質(zhì)量％的，所包含無(wú)機(jī)粒子為膠態(tài)二氧化硅的水分散體(5)。
這個(gè)構(gòu)成無(wú)機(jī)粒子分散體(5)的無(wú)機(jī)粒子(以下，稱“膠態(tài)二氧化硅3”)，其平均一次粒子徑為50nm，平均二次粒子徑為75nm。
<包含合成粒子的水性分散體的調(diào)制>
(1)包含無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子的水性分散體的調(diào)制[無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子分散體的調(diào)制例1](有機(jī)粒子分散體的調(diào)制)在燒杯中放入90質(zhì)量單位的異丁烯酸甲酯，5質(zhì)量單位的含甲氧基的聚乙二醇異丁烯酸鹽(新中村化學(xué)工業(yè)(株)產(chǎn)，Nk酯M-90G#400)，5質(zhì)量單位的4-乙烯基啶，2質(zhì)量單位的含氧系聚合引發(fā)劑(和光純藥工業(yè)(株)產(chǎn)，V50)及400質(zhì)量單位的離子交換水，在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行攪拌，同時(shí)把溫度上升至70度。在這個(gè)溫度下聚合6小時(shí)，獲得含有平均粒子徑為150nm的聚甲基丙烯酸甲酯的水分散體，其聚甲基丙烯酸甲酯具備帶有氨基氧離子及聚乙二醇鏈的官能團(tuán)。其聚合收獲率達(dá)到95％。
這個(gè)水性分散體加水稀釋，將聚甲基丙烯酸甲酯粒子含量調(diào)整至10質(zhì)量％后，將其100質(zhì)量單位放入燒杯中，再加入1質(zhì)量單位的甲基三甲氧基硅烷，在40度溫度下攪拌2小時(shí)。然后加入硝酸，將PH值調(diào)整至2，從而獲得有機(jī)粒子分散體(1)。
作為有機(jī)粒子，包含在有機(jī)粒子分散體(1)中的聚甲基丙烯酸甲酯粒子的Z電位為+17mV。
(無(wú)機(jī)粒子分散體的調(diào)制)將膠態(tài)二氧化硅粒子(日產(chǎn)化學(xué)(株)產(chǎn)snowtex0，平均一次粒子徑為12nm)分散于水中，再加入氫氧化鈉來(lái)調(diào)整PH值，獲得所包含無(wú)機(jī)粒子為10質(zhì)量％膠態(tài)二氧化硅粒子的、PH值為8的無(wú)機(jī)粒子分散體(6)。
包含在此無(wú)機(jī)粒子分散體(6)中的膠態(tài)二氧化硅粒子的Z電位為-40mV。
(無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子分散體的調(diào)制)在100質(zhì)量單位的上述有機(jī)粒子分散體(1)中，用2小時(shí)徐徐加入50質(zhì)量單位上述無(wú)機(jī)粒子分散體(6)，同時(shí)進(jìn)行攪拌，再攪拌2小時(shí)，從而獲得在聚甲基丙稀酸甲酯粒子上附著有氧化硅粒子的水性分散體。
然后，在這個(gè)分散體里加入2質(zhì)量單位的乙烯基三乙氧基硅烷，攪拌一小時(shí)后，再加入四乙氧基硅烷1質(zhì)量單位，升溫至60度繼續(xù)攪拌3小時(shí)。經(jīng)冷卻獲得了平均粒子徑為180nm，含有10質(zhì)量％無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子分散體(1)。
構(gòu)成這個(gè)無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子分散體(1)的無(wú)機(jī)有機(jī)合成粒子是，在聚甲基丙烯酸甲酯粒子的80％表面附著有氧化硅粒子。
<用于第1道研磨處理工序的研磨用水性分散體的調(diào)制>
將2kg熱解氧化硅粒子(日本Aerosil(株)產(chǎn)，Aerosil#90，一次粒子徑20nm，二次粒子徑220nm)用超聲波分散器分散于離子交換水6.7kg中，用孔徑為5μm的過(guò)濾器過(guò)濾，調(diào)制成含有熱解氧化硅粒子的水性分散體。
然后，在聚乙烯制的瓶里，加入所含熱解氧化硅粒子量為，以質(zhì)量換算相當(dāng)于1.2質(zhì)量％氧化硅的，上述水性分散體，再加入相當(dāng)于0.5質(zhì)量％的喹哪啶酸和0.05質(zhì)量％的サ-フイノ-ル465(商品名，具有三重結(jié)合的非離子型界面活性劑，エア-プロダクツジヤパン(株)產(chǎn))，以及1.0質(zhì)量％的過(guò)硫酸銨，然后用離子交換水進(jìn)行稀釋，同時(shí)充分?jǐn)嚢?。然后用氫氧化鉀調(diào)整PH值至9.5，用孔徑為5μm的過(guò)濾器過(guò)濾，從而獲得第1研磨用水性分散體。
將設(shè)有下述研磨速度測(cè)定用加工膜的研磨性能測(cè)試用基板，分別安裝在研磨裝置((株)荏原制作所產(chǎn)EPO112型)上，使用多孔質(zhì)聚氨基甲酸乙酯研磨襯墊(ロデ-ル·ニツタ公司產(chǎn)，型號(hào)IC1000)一邊提供第1研磨用水性分散體，一邊按以下條件進(jìn)行1分鐘的研磨，根據(jù)下述方法計(jì)算出研磨速度。
(研磨性能測(cè)試用基板)·8英寸熱氧化膜硅基板上設(shè)有膜厚15000的銅膜。
·8英寸熱氧化膜硅基板上設(shè)有膜厚2000的鉭膜。
·8英寸熱氧化膜硅基板上設(shè)有膜厚2000的氮化鉭膜。
(研磨條件)
·頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·頭部負(fù)荷250g/cm2·工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的供給量200mL/分(研磨速度的計(jì)算)使用電導(dǎo)式膜厚測(cè)定器(ケ-エルエ·テンコ-ル(株)產(chǎn)，型號(hào)オムニマツプR(shí)S75)，測(cè)定研磨處理后的膜厚，根據(jù)經(jīng)研磨減少的膜厚和所需研磨時(shí)間，計(jì)算出研磨速度。
(研磨速度的計(jì)算結(jié)果)·銅膜的研磨速度(RCu)5200/分·鉭膜的研磨速度(RBM)30/分·氮化鉭的研磨速度(RBM)40/分·銅膜的研磨速度/鉭膜的研磨速度(RCu/RBM)173·銅膜的研磨速度/氮化鉭的研磨速度(RCu/RBM)130<提供于2階段研磨處理的研磨對(duì)象體的制作> 在硅制基板表面，層疊PETEOS膜(絕緣膜)，在其表面，用光刻法，形成了設(shè)有深度為1μm，寬度為100μm槽溝的電路圖。然后，在絕緣膜表面，使用噴射方法形成了厚度為300鉭膜的隔離金屬膜。然后，為了在其底部及內(nèi)壁由鉭膜覆蓋的槽溝內(nèi)充填銅材，用噴射或電鍍的方法將厚度為1.3μm(13000)的銅膜堆積，從而制作出，在基板表面依次層壓PETEOS膜、鉭膜、銅膜，并槽溝內(nèi)充填有銅材的研磨對(duì)象基板(1)。
除了在研磨對(duì)象基板的制作例1中，將鉭膜改為氮化鉭膜以外，其余跟研磨對(duì)象基板的制作例1相同，制作出在基板表面依次層壓PETEOS膜、氮化鉭膜、銅膜，并在槽溝充填有銅材的研磨對(duì)象基板(2)。
<用于第2道研磨處理工序的特定水性分散體的調(diào)制> 在聚乙烯制的瓶里，加入以固體換算，相當(dāng)于5質(zhì)量單位的無(wú)機(jī)粒子分散體(3)，再依次配合0.3質(zhì)量單位的馬來(lái)酸，0.5質(zhì)量單位的喹哪啶酸，0.3質(zhì)量單位的過(guò)氧化氫，然后攪拌15分鐘。之后，用氫氧化鉀將PH值調(diào)整為10.5，再加入離子交換水，直至全體組成成分的合計(jì)量成為100質(zhì)量單位，然后，用孔徑為5μm的過(guò)濾器過(guò)濾，從而獲得PH值為10.5的特定水性分散體(1)。
將設(shè)有下述研磨速度測(cè)定用加工膜的研磨性能測(cè)試用基板，分別安裝在研磨裝置((株)荏原制作所產(chǎn)EPO-112型)上，使用多孔質(zhì)聚氨基甲酸乙酯研磨襯墊(ロデ-ル·ニツタ公司產(chǎn)，型號(hào)IC1000)一邊提供上述特定水性分散體(1)，一邊按照以下條件進(jìn)行1分鐘的研磨，根據(jù)下述方法計(jì)算出研磨速度，其結(jié)果如表1。
(研磨性能測(cè)試用基板)·8英寸熱氧化膜硅制基板上設(shè)有膜厚15000的銅膜。
·8英寸熱氧化膜硅制基板上設(shè)有膜厚2000的鉭膜。
·8英寸熱氧化膜硅制基板上設(shè)有膜厚2000的氮化鉭膜。
·8英寸設(shè)有PETEOS膜(膜厚為10000)的硅制基板(研磨條件)·頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·頭部負(fù)荷250g/cm2·工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的供給量200mL/分(研磨速度的計(jì)算)對(duì)于銅膜、鉭膜及氮化鉭膜，使用電導(dǎo)式膜厚測(cè)定器(ケ-エルエ·テンコ-ル(株)產(chǎn)，型號(hào)オムニマツプR(shí)S75)，測(cè)定研磨處理后的膜厚，根據(jù)經(jīng)研磨減少的膜厚和所需研磨時(shí)間，計(jì)算出研磨速度。
對(duì)于PETEOS膜，使用光干擾式膜測(cè)定器(SENTEC公司產(chǎn)，型號(hào)FPT500)測(cè)定研磨處理后的膜厚，根據(jù)經(jīng)研磨減少的膜厚和所需研磨時(shí)間，計(jì)算出研磨速度。
(1)第1道研磨處理工序?qū)⒀心?duì)象基板(1)和研磨對(duì)象基板(2)，分別安裝在研磨裝置((株)荏原制作所產(chǎn)EPO112型)上，使用多孔質(zhì)聚氨基甲酸乙酯研磨襯墊(ロデ-ル·ニツタ公司產(chǎn)，型號(hào)IC1000)，一邊提供上述第1研磨用水性分散體，一邊按照以下條件，對(duì)被研磨面進(jìn)行3.25分鐘的研磨處理。
這個(gè)第1道研磨處理工序終了后，對(duì)產(chǎn)生在被研磨面之寬度100μm銅布線部分的凹陷大小，使用表面粗糙度測(cè)量?jī)x(KLA-Tencor公司產(chǎn)，型號(hào)P-10)進(jìn)行了測(cè)定，其結(jié)果為500。這里『凹陷大小』指的是，基板表面上由絕緣膜或隔離金屬膜形成的平面和銅布線部分之最低部位之間的距離(高低差)。
另外，使用光學(xué)顯微鏡，在暗視野中對(duì)銅布線部分，以120μm×120μm為單位區(qū)域，隨機(jī)取200個(gè)單位進(jìn)行了測(cè)定，將發(fā)生劃痕的單位區(qū)域數(shù)規(guī)定為劃痕數(shù)，結(jié)果其劃痕數(shù)為零。
(研磨條件)·頭部旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·頭部負(fù)荷250g/cm2·工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)數(shù)70rpm·化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體的供給量200mL/分第1道研磨處理工序所需的研磨時(shí)間，依據(jù)以下公式計(jì)算。
研磨時(shí)間(分)＝T1/Rcu×1.3這里，T1表示銅層厚度，Rcu表示銅膜的研磨速度。在本實(shí)施例中，T1＝13000，Rcu＝5200/分。
(2)第2道研磨處理工序當(dāng)上述第1道研磨處理工序結(jié)束后，將所供給的加工液，由第1研磨用水性分散體切換至特定水性分散體(1)，緊接著第1道研磨處理工序，根據(jù)由以下公式算出的研磨時(shí)間，進(jìn)行了研磨處理。
研磨時(shí)間(分)＝T2/RBM+(D-T2)/RIn這里，T2表示隔離金屬膜的厚度，RBM表示隔離金屬膜的研磨速度，D表示在第1道研磨處理工序中，產(chǎn)生于被研磨面之寬度100μm銅布線部分的凹陷大小，RIn表示絕緣膜的研磨速度。在本實(shí)施例中，T2＝300，D＝500/分。
這個(gè)第2道研磨處理工序終了后，對(duì)產(chǎn)生在研磨對(duì)象基板(1)和研磨對(duì)象基板(2)中被研磨面之寬度100μm銅布線部分的凹陷大小，使用表面粗糙度測(cè)量?jī)x(KLA-Tencor公司產(chǎn)，型號(hào)P-10)進(jìn)行了測(cè)定。
另外，使用光學(xué)顯微鏡，在暗視野中對(duì)銅布線部分，以120μm×120μm為單位區(qū)域，并將發(fā)生劃痕的單位區(qū)域數(shù)規(guī)定為劃痕數(shù)，隨機(jī)取200個(gè)單位進(jìn)行了測(cè)定。
其結(jié)果如表1所示。
除了將成分(A)～(D)變更為表1及表2所示成分之外，其他均與實(shí)施例1之特定水性分散體之調(diào)制例1相同，從而分別調(diào)制成特定水性分散體(2)～(8)及(c1)。獲得的特定水性分散體(2)～(8)及(c1)各自的PH值如表1及表2所示。
另外，對(duì)獲得的特定水性分散體(2)～(8)及(c1)，與實(shí)施例1同樣，進(jìn)行了研磨性能測(cè)試及研磨對(duì)象基板的化學(xué)機(jī)械研磨處理。其結(jié)果如表1和表2所示。
本發(fā)明可適用于半導(dǎo)體裝置的制造工程，結(jié)果，可制造擁有良好銅鑲嵌布線的半導(dǎo)體裝置。
表1

表2

權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，包括含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，其特征在于，成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間，氨及銨離子組成的氨成分濃度在0.005摩爾/升以下。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其特征在于，在同一條件下分別對(duì)銅膜、隔離金屬膜以及絕緣膜，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(R1n)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(R1n/RCu)為0.5～2。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其特征在于，構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸為炭原子數(shù)在4以上的有機(jī)酸。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其特征在于，構(gòu)成成分(D)的氧化劑為過(guò)氧化氫。
5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，其特征在于，pH值在8～13之間。
6.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，對(duì)于基板表面上至少依次層疊絕緣膜、隔離金屬膜及銅膜的，設(shè)有槽溝的研磨對(duì)象體，通過(guò)2階段研磨處理，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨，其特征包括，第1道研磨處理工序?yàn)椋谕粭l件下分別對(duì)銅膜及隔離金屬膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，使用銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨，除去上述研磨對(duì)象體銅膜的該除去部分，直至露出隔離金屬膜，第2道研磨處理工序?yàn)?，?duì)于在第1道研磨處理工序中施以化學(xué)機(jī)械研磨的被研磨面，在同一條件下，分別對(duì)銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，使用其隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(R1n)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(R1n/RCu)為0.5～2的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，通過(guò)實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨，除去上述研磨對(duì)象體中隔離金屬膜的該除去部分，第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，包含研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中的至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間。
7.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中的氨及銨離子組成的氨成分的濃度為0.005摩爾/升以下。
8.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸為炭原子數(shù)為4以上的有機(jī)酸。
9.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中含有的成分(D)，構(gòu)成成分(D)的氧化劑(D)的濃度為0.001～2質(zhì)量％之間。
10.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，構(gòu)成成分(D)的氧化劑由過(guò)氧化氫組成。
11.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第2道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中，對(duì)于100質(zhì)量單位的該水性分散體，構(gòu)成成分(A)的研磨粉粒的含有量為1質(zhì)量單位以上，10質(zhì)量單位以下。
12.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第1道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體為含有研磨粉粒、有機(jī)酸及氧化劑的水性分散體，且該水性分散體中含有從氨及銨離子組成的群中選擇出的至少一種氨成分。
13.如權(quán)利要求12所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，在第1道研磨處理工序中使用的上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體中含有的氧化劑，由過(guò)硫酸銨組成。
14.一種化學(xué)機(jī)械研磨劑組合是，由2種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和(II)組合構(gòu)成的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征包括，化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)和化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)不是混合狀態(tài)，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)為含有研磨粉粒、有機(jī)酸以及氧化劑的水性分散體，且該水性分散體中含有從氨及銨離子組成的群組中選擇出的至少一種氨成分，在同一條件下分別對(duì)銅膜及隔離金屬膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，銅膜的研磨速度(RCu)與隔離金屬膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)為50以上，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間，在同一條件下分別對(duì)銅膜、隔離金屬膜及絕緣膜實(shí)施化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，隔離金屬膜的研磨速度(RBM)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(RBM/RCu)在1.2以上，而且絕緣膜的研磨速度(R1n)與銅膜的研磨速度(RCu)的研磨速度比(R1n/RCu)為0.5～2。
15.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中的氨及銨離子組成的氨成分的濃度為0.005摩爾/升以下。
16.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，構(gòu)成成分(C)的有機(jī)酸為炭原子數(shù)在4以上的有機(jī)酸。
17.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中含有的成分(D)，構(gòu)成成分(D)的氧化劑(D)的濃度為0.001～2質(zhì)量％。
18.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，構(gòu)成成分(D)的氧化劑為過(guò)氧化氫。
19.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(II)中，對(duì)于100質(zhì)量單位的該水性分散體(II)，構(gòu)成成分(A)的研磨粉粒的含有量在1質(zhì)量單位以上10質(zhì)量單位以下。
20.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械研磨劑組合，其特征在于，上述化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體(I)中含有的氧化劑由過(guò)硫酸銨組成。
全文摘要
本發(fā)明中所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體含有研磨粉粒成分(A)、喹啉羧酸及吡啶羧酸中至少一種所組成的成分(B)、喹啉羧酸及吡啶羧酸以外的有機(jī)酸組成的成分(C)、氧化劑成分(D)，且其中成分(B)的含量(WB)與成分(C)的含量(WC)的質(zhì)量比(WB/WC)在0.01到2之間，氨及銨離子組成的氨成分濃度在0.005摩爾/升以下。這種化學(xué)機(jī)械研磨用水性分散體，可高效研磨各種被加工層各處，獲得非常平坦且高精度的最終面。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1576347SQ20041006916
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者內(nèi)倉(cāng)和一, 西元和男, 服部雅幸, 川橋信夫, 矢野博之, 松井之輝, 南幅學(xué), 福島大, 倉(cāng)嵨延行 申請(qǐng)人:捷時(shí)雅株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝