专利名称：化学机械研磨用水系分散体及研磨方法、调制用的试剂盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学机械研磨用水系分散体及化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。
更详细而言，本发明涉及化学机械研磨用水系分散体及采用该水系分散体的化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述化学机械研磨用水系分散体是用于半导体装置的制造工序中的，其可以高效地化学机械研磨各个设置在半导体基板上的各种被研磨材料，而且可以得到充分平坦化的高精度的加工面。
背景技术：
近年，随着半导体装置的高密度化，形成的配线更加微细化。作为可以实现这种配线更加微细化的技术，已知被称为镶嵌法的技术。这种镶嵌法是一种在绝缘材料中形成的槽等中埋入配线材料之后，通过用化学机械研磨来除去在槽部以外堆积的剩余配线材料，从而形成希望的配线的方法。在此，在使用铜或铜合金作为配线材料时，为了避免铜原子向绝缘体中迁移(migration)，通常在铜或铜合金与绝缘体的界面上形成以钽、氮化钽、氮化钛等作为材料的金属屏蔽膜。
在用铜或铜合金作为配线材料的半导体装置的制造中采用镶嵌法时，尽管其化学机械研磨的方法是多种多样的，但优选含有主要进行除去铜或铜合金的第一研磨处理工序和主要除去金属屏蔽膜的第二研磨工序的2个阶段的化学机械研磨。
在此，在第二研磨处理工序中，通常为了校正在第一研磨处理工序中在配线部分中常发生的称为凹陷或磨耗的凹状的表面缺陷而形成高度平坦化的被研磨面，因此不仅除去配线部分以外的屏蔽金属，还对在除去屏蔽金属之后露出的绝缘膜进行了稍微研磨。此时，在配线部分中，除了绝缘膜之外，同时化学机械研磨作为配线材料的铜或铜合金、以及在配线材料与绝缘膜之间形成的屏蔽金属。
因此，为了得到充分平坦化的高精度加工面，在第二研磨处理工序中使用的化学机械研磨用水系分散体，希望其铜或铜合金、屏蔽金属、及绝缘膜的除去速度是相同的。
为了实现这样的目的，在专利文献1中公开了含有研磨剂、氧化剂及特定的研磨速度调整剂的化学机械研磨用水系分散体，并在其实施例中公开了将化学机械研磨用水系分散体用于第二研磨处理工序中的2个阶段研磨，其中，所述化学机械研磨用水系分散体的特征如下铜膜的研磨速度RCu与金属屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM为0.66～1.11，铜膜的研磨速度RCu与绝缘膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn为0.72～1.42。
然而，如上述第二研磨处理工序的研磨时间，以往几乎都是由被研磨物的种类及状态等分别决定的。但近年来，从统一的工序管理要求和第二研磨处理工序的工艺稳定性等的观点出发，特别是在第二研磨处理工序中，要求一种通过在预先设定的化学机械研磨时间内实施研磨处理而可以得到高精度的加工面的化学机械研磨用水系分散体。即，要求一种即使超过分别设定的最佳研磨处理时间而继续进行化学机械研磨，配线部分中的凹陷或磨耗也不会恶化的化学机械研磨用水系分散体。
与此相对，在以往已知的化学机械研磨用水系分散体中，并没有进行从这种观点出发的研究。
特开2001-196336号公报发明内容鉴于上述情况，本发明的目的在于提供化学机械研磨用水系分散体及采用该水系分散体而进行的化学机械研磨方法，以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。其中，所述化学机械研磨用水系分散体可以高效地分别研磨各种被研磨层，可以得到充分平坦化的高精度的加工面，而且即使超过最佳研磨时间而继续进行化学机械研磨，配线部分中的凹陷或磨耗也不会恶化的。
本发明第1种形式的化学机械研磨用水系分散体，含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐、(E)氧化剂及(F)水，上述(A)磨料的配合量为2～10质量％。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(A)磨料可以是选自无机粒子、有机粒子及有机无机复合粒子中的至少1种物质。在这种情况下，上述(A)磨料的平均粒径可以为5～1000nm。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述无机粒子可以为二氧化硅。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(B)有机酸可以是选自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有机酸(但喹啉酸除外)及羟基酸中的至少1种酸，其配合量可以为0.01～5质量％。在这种情况下，上述(B)有机酸可以是选自喹啉羧酸、喹啉酸、马来酸、丙二酸、柠檬酸及苹果酸中的至少1种酸，其配合量可以为0.05～2质量％。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(C)苯并三唑或者其衍生物可以是苯并三唑，其配合量可以为0.01～5质量％。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(D)聚(甲基)丙烯酸盐的平均分子量可以为1000～100000，其配合量可以为0.001～5质量％。在这种情况下，上述(D)聚(甲基)丙烯酸盐可以为聚丙烯酸的铵盐，其配合量可以为0.01～2质量％。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(E)氧化剂可以为过氧化氢，其配合量可以为0.01～5质量％。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，pH值可以为1～5。
本发明第2种形式的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)和液体(II)混合，用于调制上述化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，上述液体(I)是水系分散体，含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(F)水，且该(A)磨料的配合量为2～10质量％，上述液体(II)含有(E)氧化剂和(F)水。
本发明第3种形式的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)和液体(II)混合，用于调制上述化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，上述液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，上述液体(II)含有(B)有机酸和(F)水。
本发明第4种形式的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)、液体(II)和液体(III)混合，用于调制上述化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，上述液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，上述液体(II)含有(B)有机酸和(F)水，上述液体(III)含有(E)氧化剂和(F)水。
在上述试剂盒中，上述液体(I)还可以含有选自(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
而且，在上述试剂盒中，上述液体(II)还可以含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
本发明第5种形式的化学机械研磨方法，其中，包含使用化学机械研磨用水系分散体对被研磨物进行化学机械研磨之后，使用上述化学机械研磨用水系分散体对该被研磨物进行化学机械研磨的过程。其中，所述化学机械研磨用水系分散的特征在于，在同一条件下分别化学机械研磨铜膜、金属屏蔽膜和绝缘膜时，铜膜的研磨速度RCu与金属屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM为50或更大，而且铜膜的研磨速度RCu与绝缘膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn为50或更大。
通过上述化学机械研磨用水系分散体及采用其的化学机械研磨方法、以及用于调制上述化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，可以高效地分别研磨各种被研磨物，从而可以得到充分平坦化的高精度的加工面，而且即使超过最佳研磨时间而继续进行化学机械研磨，配线部分中的凹陷或磨耗也不会恶化。
是表示本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法的被研磨面之一例的概略图。
是表示本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法的被研磨面之一例的概略图。
1 复合基板原材料11基板(例如硅基板)12绝缘膜(例如PETEOS膜)13金属屏蔽膜14金属膜21绝缘膜(例如硅氧化物膜)22绝缘膜(例如硅氮化物膜)具体实施方式
1.化学机械研磨用水系分散体本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐、(E)氧化剂及(F)水，(A)磨料的配合量为2～10质量％。
1.1.(A)磨料(A)磨料可以是选自无机粒子、有机粒子及有机无机复合粒子中的至少1种物质。
作为上述无机粒子，例如可以举出二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈等。作为二氧化硅，可以举出热解法(ビユ一ムド法)二氧化硅、用溶胶凝胶法合成的二氧化硅等。热解法二氧化硅可以通过在气相中使氯化硅等与氧和水反应而得到。用溶胶凝胶法合成的二氧化硅可以把烷氧硅化合物作为原料，通过水解反应及/或缩合反应而得到。胶体二氧化硅例如可以通过使用预先精制了的原料的无机胶体法等而得到。
作为上述有机粒子，例如可以举出聚氯乙烯、苯乙烯(共)聚合物、聚缩醛、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、烯烃(共)聚合物、苯氧树脂、丙烯(共)聚合物等。作为烯烃(共)聚合物，例如可以举出聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等。作为丙烯(共)聚合物，例如可以举出聚甲基丙烯酸甲酯等。
就上述有机无机复合粒子而言，可以将如上述的有机粒子与无机粒子以在化学机械研磨工序中不易分离的程度而形成一体，其种类、组成等没有特别的限定。
作为有机无机复合粒子，例如可以采用以下的组成(i)～(iii)。
(i)在有机粒子存在的条件下，使金属或硅的烷氧基化合物缩聚而得到的有机无机复合粒子。在此，作为金属或硅的烷氧基化合物，例如可以举出烷氧基硅烷、烷氧基铝、烷氧基钛等。在这种情况下，精制的缩聚物可以直接结合在有机粒子具有的官能基上，也可以借助适宜的偶合剂(例如硅烷偶合剂等)来结合。
(ii)通过静电力结合具有符号相异的Zeta电位的有机粒子和无机粒子的有机无机复合粒子。在这种情况下，可以通过在有机粒子Zeta电位的符号与无机粒子Zeta电位的符号不同的pH范围内将两者混合而形成复合粒子，也可以在有机粒子的Zeta电位与无机粒子的Zeta电位的符号相同的pH范围内将两者混合之后，通过改变液性至有机粒子的Zeta电位与无机粒子的Zeta电位的符号相异的pH范围而形成复合粒子。
(iii)在上述(ii)的复合粒子存在的条件下，使金属或硅的烷氧基化合物缩聚而得到的有机无机复合粒子。在此，作为金属或硅的烷氧基化合物，可以使用与上述(i)的情况相同的物质。
作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(A)磨料，在上述物质中，优选选自二氧化硅、有机粒子及有机无机复合粒子中的至少1种。
而且，相对于(A)磨料，(A)磨料的杂质金属含量优选为10ppm或更少，更优选为5ppm或更少，进一步优选为3ppm或更少，最优选为1ppm或更少。作为杂质金属，可以举出铁、镍、锌等。
(A)磨料的平均分散粒径优选为5～1000nm，更优选为7～700nm，进一步优选为10～500nm。通过使用此范围的平均分散粒径的磨料，可以得到良好的被研磨面与研磨速度的平衡。
相对于本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的总量，本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(A)磨料的量为2～10质量％，优选为2～5质量％。
1.2.(B)有机酸作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(B)有机酸，优选碳数大于或等于4的有机酸。在碳数大于或等于4的有机酸中，更优选碳数大于或等于4的脂肪族有机酸和具有杂环的有机酸。
作为上述碳数大于或等于4的脂肪族有机酸，优选碳数大于或等于4的脂肪族多元羧酸、碳数大于或等于4的羟基酸等。作为上述碳数大于或等于4的脂肪族多元羧酸的具体例子，例如可以举出马来酸、琥珀酸、富马酸、正戊二酸、己二酸等2元有机酸。作为上述碳数大于或等于4的羟基酸的具体例子，例如可以举出柠檬酸、苹果酸、酒石酸等。作为上述具有杂环的有机酸，例如可以举出喹啉羧酸、吡啶羧酸、吡啶二羧酸、吡嗪羧酸等。在这些物质中，更优选喹哪啶酸(例如2-喹啉羧酸)、喹啉酸(例如2，3-吡啶二羧酸)、2元有机酸(例如马来酸、柠檬酸)、羟基酸(例如苹果酸、丙二酸)，进一步优选喹哪啶酸、喹啉酸。
相对于本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的总量，本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(B)有机酸的量优选为0.01～5质量％，更优选为0.05～2质量％。通过成为此范围的含量，可以得到研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
例如通过(B)有机酸为选自喹啉羧酸、喹啉酸、2元有机酸(但喹啉酸除外)、及羟基酸中的至少1种酸、且其配合量为0.01～5质量％，可以更良好地保持研磨速度与良好的被研磨面的平衡。在这种情况下，通过(B)有机酸为选自喹啉羧酸、喹啉酸、马来酸、丙二酸、柠檬酸及苹果酸中的至少1种酸、且其配合量为0.05～2质量％，可以进一步良好地保持研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
1.3.(C)苯并三唑或者其衍生物本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体还含有(C)苯并三唑或者其衍生物。
在此，苯并三唑衍生物是指把苯并三唑所具有的一个或者二个或更多个氢原子用羧基、甲基、氨基或者羟基等官能基取代后的物质。
在(C)苯并三唑或者其衍生物中，优选苯并三唑、甲基苯并三唑、4-羧基苯并三唑及其盐、7-羧基苯并三唑及其盐、苯并三唑丁酯、1-羟甲基苯并三唑、1-羟基苯并三唑、1-(2，3-二羟丙基)-苯并三唑、1-(2-羟乙基)-苯并三唑、2-(苯并三唑基)-乙磺酸及其盐、1-(2-乙基己基氨基甲基)-苯并三唑等，更优选苯并三唑、甲基苯并三唑、4-羧基苯并三唑及其盐、7-羧基苯并三唑及其盐、苯并三唑丁酯、1-羟甲基苯并三唑、1-羟基苯并三唑，最优选苯并三唑。
相对于化学机械研磨用水系分散体的总量，本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(C)苯并三唑或者其衍生物的量优选为0.01～5质量％，更优选为0.05～2质量％。通过设定此范围的含量，可以得到研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
例如，通过(C)苯并三唑或者其衍生物为苯并三唑，其配合量为0.01～5质量％，可以更良好地保持研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
1.4.(D)聚(甲基)丙烯酸盐本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体还含有(D)聚(甲基)丙烯酸盐。作为聚(甲基)丙烯酸盐中含有的对应阳离子，例如可以举出铵离子、烷基铵离子、钾离子等。
作为(D)聚(甲基)丙烯酸盐的数平均分子量，是通过凝胶渗透色谱法、以水为展开溶剂测定的按聚乙二醇换算的值，优选为1000～100000，更优选为5000～70000。通过设定此范围的数平均分子量，可以得到操作余地(process margin)(是指即使大为超过最佳研磨时间而进行化学机械研磨，被研磨面的表面状态也不会恶化的水系分散体的性能。)大的化学机械研磨用水系分散体。
相对于本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的总量，本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(D)聚(甲基)丙烯酸盐的量优选为0.001～5质量％，更优选为0.01～2质量％。通过设定此范围的含量，可以得到操作余地大的化学机械研磨用水系分散体。
例如，通过(D)聚(甲基)丙烯酸盐的平均分子量为1000～100000、其配合量为0.001～5质量％，可以确实地实现大的操作余地。在这种情况下，通过(D)聚(甲基)丙烯酸盐为聚丙烯酸的铵盐，其配合量为0.01～2质量％，可以更确实地实现大的操作余地。
1.5.(E)氧化剂作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体所含有的(E)氧化剂，例如可以举出过硫酸盐、过氧化氢、无机酸、有机过氧化物、多价金属盐等。作为过硫酸盐，可以举出过硫酸铵、过硫酸钾等。作为无机酸，可以举出硝酸、硫酸等。作为有机过氧化物，可以举出过乙酸、过安息香酸、叔丁基氢过氧化物等。
作为多价金属盐，可以举出高锰酸化合物、重铬酸化合物等，具体而言，作为高锰酸化合物，可以举出高锰酸钾等，作为重铬酸化合物，可以举出重铬酸钾等。
在这些化合物中，优选过氧化氢、过硫酸盐及无机酸，特别优选过氧化氢。
相对于全部特定水系分散体，(E)氧化剂的含量优选为0.01～5质量％，进一步优选为0.05～2质量％。通过设定此范围的含量，可以得到研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
例如，通过(E)氧化剂为过氧化氢、其配合量为0.01～5质量％，可以更确实地实现研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
另外，在本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体中采用过氧化氢作为(E)氧化剂时，也可以含有具有促进作为氧化剂的过氧化氢起作用的功能和进一步提高研磨速度功能的适当的多价金属离子。
1.6.(F)水本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，优选使用(F)水作为水系介质。另外，作为水系介质，也可以使用(F)水与在水中混合的有机溶剂(例如醇类、亚烷二醇衍生物等)的混合介质，更优选使用水与甲醇的混合介质等。
1.7.其他成分本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，除了上述之外，根据需要还可以含有表面活性剂、pH调整剂等。
作为上述表面活性剂，可以举出阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、两性表面活性剂、非离子性表面活性剂等，特别优选使用阴离子性表面活性剂或者非离子性表面活性剂。
作为阴离子系表面活性剂，例如可以举出羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐等。作为羧酸盐，例如可以举出脂肪酸皂、烷基醚羧酸盐等；作为磺酸盐，例如可以举出烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、α-烯烃磺酸盐等；作为硫酸酯盐，例如可以举出高级醇硫酸酯盐、烷基醚硫酸盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸盐等；作为磷酸酯盐，例如可以举出烷基磷酸酯盐等。在这些物质中，优选使用磺酸盐，更优选使用烷基苯磺酸盐，特别优选使用十二烷基苯磺酸钾。
作为非离子性表面活性剂，例如可以举出聚乙二醇型表面活性剂、乙炔二醇、乙炔二醇的环氧乙烷加成物、炔醇等非离子性表面活性剂等。
作为上述pH调整剂，可以举出有机碱、无机碱或者无机酸。
作为有机碱，可以举出羟化四甲基铵、三乙胺等。
作为无机碱，可以举出氨、氢氧化钾等。
作为无机酸，可以举出硝酸、硫酸等。
本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的pH值优选为1～5，更优选为1.5～4.5，进一步优选为2.0～4.0。通过设定此范围的pH值，可以得到研磨速度与良好的被研磨面的平衡。
1.8.用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，能够以在调制后能够原样不动地作为研磨用组合物使用的状态来供给。或者，也可以预先准备好高浓度地含有上述本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的各成分的研磨用组合物(即浓缩的研磨用组合物)，在使用时稀释此浓缩的研磨用组合物，而得到希望的化学机械研磨用水系分散体。
例如可以预先准备好把本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体分成多个液体(例如2个或3个液体)，在使用时混合这些多个液体来使用是可能的。例如，可以使用以下所示的第1～第3种试剂盒，通过混合多个液体而调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体。
1.8.1.第1种试剂盒第1种试剂盒是混合液体(I)和液体(II)而用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。在第1种试剂盒中，液体(I)是含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(F)水，且该(A)磨料的配合量为2～10质量％的水系分散体，液体(II)含有(E)氧化剂和(F)水。
在调制组成第1种试剂盒的液体(I)和液体(II)时，在混合液体(I)和液体(II)所得到的水系分散体中，为了使上述各成分的含量在上述浓度范围内，有必要决定在液体(I)和液体(II)中所含有的各成分的浓度。此外，液体(I)和液体(II)也可以分别高浓度地含有各成分(即也可以为浓缩之物)，在这种情况下，可以在使用时稀释而得到液体(I)和液体(II)。由于通过第1种试剂盒分成液体(I)和液体(II)，从而可以显著提高氧化剂的保存稳定性。
采用第1种试剂盒来调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体时，只要是液体(I)和液体(II)可以被分别准备·供给，而且在研磨时成为一体就可以，其混合的方法和时机没有特别的限定。
例如液体(I)和液体(II)可以被分别供给研磨装置并在固定盘上进行混合，也可以在供给研磨装置之前进行混合，也可以在研磨装置内进行管道混合(ライン混合)，或者也可以设置混合罐、在该混合罐内进行混合。而且，在管道混合时，为了得到更均匀的水系分散体，还可以使用管道混合器等。
1.8.2.第2种试剂盒第2种试剂盒，其是混合液体(I)和液体(II)而用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。在第2种试剂盒中，液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，液体(II)含有(B)有机酸和(F)水。
在调制组成第2种试剂盒的液体(I)和液体(II)时，在混合液体(I)和液体(II)所得到的水系分散体中，为了使上述各成分的含量在上述浓度范围内，有必要决定在液体(I)和液体(II)中所含有的各成分的浓度。此外，液体(I)和液体(II)也可以分别高浓度地含有各成分(即也可以为浓缩之物)，在这种情况下，可以在使用时稀释而得到液体(I)和液体(II)。由于通过第2种试剂盒分成了液体(I)和液体(II)，从而可以提高水系分散体的保存稳定性。
采用第2种试剂盒来调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体时，只要是液体(I)和液体(II)可以被分别准备·供给，而且在研磨时成为一体就可以，其混合的方法和时机没有特别的限定。
例如液体(I)和液体(II)可以被分别供给研磨装置并在固定盘上进行混合，也可以在供给研磨装置之前进行混合，也可以在研磨装置内进行管道混合，或者也可以设置混合罐、在该混合罐内进行混合。而且，在管道混合时，为了得到更均匀的水系分散体，也可以使用管道混合器等。
1.8.3.第3种试剂盒第3种试剂盒，是混合液体(I)、液体(II)及液体(III)而用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。在第3种试剂盒中，液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，液体(II)含有(B)有机酸和(F)水，液体(III)含有(E)氧化剂和(F)水。
在调制组成第3种试剂盒的液体(I)、液体(II)及液体(III)时，在混合液体(I)、液体(II)及液体(III)所得到的水系分散体中，为了使上述各成分的含量在上述浓度范围内，有必要决定在液体(I)、液体(II)及液体(III)中所含有的各成分的浓度。此外，液体(I)、液体(II)及液体(III)也可以分别高浓度地含有各成分(即也可以为浓缩之物)，在这种情况下，可以在使用时稀释而得到液体(I)、液体(II)及液体(III)。由于通过第3种试剂盒分成了液体(I)、液体(II)及液体(III)，从而可以提高水系分散体的保存稳定性。
采用第3种试剂盒来调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体时，只要是液体(I)、液体(II)及液体(III)被分别准备·供给，而且在研磨时成为一体就可以，其混合的方法和时机没有特别的限定。
例如，液体(I)、液体(II)及液体(III)可以被分别供给研磨装置并在固定盘上进行混合，也可以在供给研磨装置之前进行混合，也可以在研磨装置内进行管道混合，或者也可以设置混合罐、在该混合罐内进行混合。而且，在管道混合时，为了得到更均匀的水系分散体，也可以使用管道混合器等。
另外，在第2和第3种试剂盒中，液体(I)还可以含有选自(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种的成分，液体(II)还可以含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种的成分。
本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，例如可以优选作为用于形成铜镶嵌配线的二个阶段研磨处理中的第二研磨处理工序的化学机械研磨用水系分散体来使用。特别是在使用后述的特定化学机械研磨用水系分散体作为第一研磨处理工序用的化学机械研磨用水系分散体时，通过使用本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体作为第二研磨处理工序的化学机械研磨用水系分散体而可以发挥更优异的研磨特性。
2.化学机械研磨方法本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法含有使用上述本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体对被研磨物进行化学机械研磨的过程。更具体而言，本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法，在相同条件下分别对铜膜、金属屏蔽膜和绝缘膜进行化学机械研磨时，含有如下工序使用铜膜的研磨速度RCu与金属屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM为50或更大、而且铜膜的研磨速度RCu与绝缘膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn为50或更大的化学机械研磨用水系分散体(以下也称为“第一研磨用水系分散体”)对被研磨物进行化学机械研磨的工序(以下也称为“第一研磨处理工序”)，以及，之后使用上述本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体对该被研磨物进行化学机械研磨的第二研磨处理工序。
在本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法中，可以采用第一研磨处理和第二研磨处理，使用同一台研磨装置，安装被研磨物之后保持原样，按依次切换供给的研磨用水系分散体的方式来连续进行，或者也可以采用同一台研磨装置，在第1研磨处理工序结束后，暂时取出被研磨物，在供给的研磨用水系分散体切换之后，重新安装取出的被研磨物后实施第二研磨处理。
此外，也可以用不同的研磨装置实施第一研磨处理和第二研磨处理。
进而，在使用备有多个研磨垫板的研磨装置时，可以在第一研磨处理和第二研磨处理中使用不同种类的研磨垫板进行研磨，或者，也可以在第一研磨处理和第二研磨处理中使用相同种类的研磨垫板。
作为供给本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法的被研磨物，例如可以举出具有如图1(a)所示的结构的复合基板原材料1。该复合基板原材料1具有例如含有硅等的基板11，及在该基板11的表面上积层的、形成槽等配线用凹部的、含有PETEOS膜(采用四乙氧基硅烷并用CVD法形成的膜)等的绝缘膜12，及按覆盖绝缘膜12的表面及配线用凹部的底部以及内壁面的方式来设置的、含有钽或氮化钽等高熔点金属的金属屏蔽膜13，以及填充上述配线用凹部、而且在金属屏蔽膜13上形成的、含有铜等金属配线材料的金属膜14。
此外，供给本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法的被研磨物，如图2(a)所示，在基板11与绝缘膜12之间，也可以具有含有硅氧化物等的绝缘膜21、及在该绝缘膜21上形成的并含有硅氮化物等的绝缘膜22。
本发明第2种实施方式的化学机械研磨方法，例如也可以根据如下顺序研磨此种被研磨物(复合基板原材料1)。首先，在第一研磨处理工序中，采用第一研磨用水系分散体，对金属膜14中、埋设于配线用凹部的金属配线部以外部分的应该除去的金属材料进行化学机械研磨直到规定面为止，例如直到金属屏蔽膜13露出为止。(参照图1(b)及图2(b))然后，在第二研磨处理工序中，采用本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体，进行化学机械研磨，使得在金属屏蔽膜13中配线用凹部的底部及内壁面以外的部分上形成的金属屏蔽膜被完全除去。此时，因为绝缘膜12的表面同时被研磨，从而可以得到高度平坦化的镶嵌配线(参照图1(c)及图2(c))。
上述第一研磨用水系分散体如上所述，具有如下研磨特性铜膜的研磨速度(RCu)与金属屏蔽膜的研磨速度(RBM)的研磨速度比(RCu/RBM)为50或更大，而且铜膜的研磨速度(RCu)与绝缘膜的研磨速度(RIn)的比(RCu/RIn)为50或更大。研磨速度比(RCu/RBM)优选为60或更大，进一步优选为70或更大。如果研磨速度比(RCu/RBM)小于50，在第一研磨处理工序结束后，在应除去铜膜的部分上铜过剩地残存，在第二研磨处理工序中就会需要很多时间，而且，有时需要大量的化学机械研磨用水系体。
像这种第一研磨用水系分散体，只要研磨速度比(RCu/RBM)在上述范围内，其组成就没有特别的限定，例如在水系介质中，优选含有磨料、有机酸和氧化剂的介质。第一研磨用水系分散体，除了含有这些成分之外，更优选还含有氨或者铵离子。
作为第一研磨用水系分散体中使用的水系介质，例如可以举出在本发明第1种实施方式的特定水系分散体中作为水系介质而示例的物质，其中，优选只使用水。
作为第一研磨用水系分散体中使用的磨料，例如可以举出作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体中的(A)磨料而示例的物质，可以从其中选择至少1种磨料使用。在这些物质中，可以优选使用二氧化硅、有机粒子或者有机无机复合粒子。
作为第一研磨用水系分散体中使用的有机酸，例如可以举出作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体中的(B)有机酸而示例的物质，可以使用选自其中的至少一种物质。在这些物质中，从可以得到更大的研磨速度比(RCu/RBM)的观点出发，可以优选使用甘氨酸、丙氨酸、柠檬酸、苹果酸、2-喹啉羧酸、2，3-吡啶二羧酸。
作为第一研磨用水系分散体中使用的氧化剂，例如可以举出作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体中的(E)氧化剂而示例的物质，可以使用选自其中的至少一种物质。在这些物质中，可以优选使用过氧化氢或者过硫酸盐，特别优选使用过硫酸铵。
第一研磨用水系分散体还可以含有氨或者铵离子。在第一研磨用水系分散体含有铵离子时，铵离子可以由上述有机酸的铵盐、作为氧化剂的无机酸的铵盐来生成，或者也可以作为可任意添加的阴离子性表面活性剂的对应阳离子来添加。
相对于全部第一研磨用水系分散体，第一研磨用水系分散体中的磨料的含量优选为0.001～3质量％，更优选为0.01～3质量％，进一步优选为0.01～2.5质量％，特别优选为0.01～2质量％。
相对于全部第一研磨用水系分散体，第一研磨用水系分散体中的有机酸的含量优选为0.01～10质量％，更优选为0.1～5质量％。
相对于全部第一研磨用水系分散体，第一研磨用水系分散体中的氧化剂的含量优选为0.01～10质量％，更优选为0.02～5质量％。
在第一研磨用水系分散体也含有氨或铵离子时，其含量在第一研磨用水系分散体中优选为5mol/L或更少，更优选为0.01～5mol/L，进一步优选为0.01～1mol/L，特别优选为0.03～0.5mol/L。
根据需要，第一研磨用水系分散体还可以含有表面活性剂、苯并三唑或者其衍生物、消泡剂等。
作为上述表面活性剂，可以举出阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、两性表面活性剂、非离子性表面活性剂、水溶性聚合物等。
作为上述苯并三唑或者其衍生物，可以举出作为本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体中的(C)苯并三唑或者其衍生物而示例的物质。相对于全部第一研磨用水系分散体，其含量优选为5质量％或更少，更优选为0.001～5质量％，进一步优选为0.005～1质量％，特别优选为0.01～0.5质量％。
第一研磨用水系分散体的pH值也可以设定成酸性范围、中性附近的范围及碱性范围的任何值。将第一研磨用水系分散体的pH值设定在酸性范围中时，优选其pH值为2～4。将第一研磨用水系分散体的pH值设定在中性附近的范围及碱性范围中时，优选其pH值为6～12。作为第一研磨用水系分散体的pH值，更优选6～12。
采用本发明第2种实施方式的化学研磨方法的研磨，可以采用市售的化学机械研磨装置(例如LGP510、LGP552(以上均为Lapmaster SFT(株)制)、EPO-112、EPO-222(以上均为(株)荏原制作所制)、Mirra(AppliedMaterials社制)、AVANTI-472(i-PEC社制)等)，并在公知的研磨条件下进行。
作为优选的研磨条件，应根据使用的化学机械研磨装置而适当地设定，例如在使用EPO-112作为化学机械研磨装置时，第一研磨处理工序和第二研磨处理工序均可以设定成下述的条件固定盘周转数优选30～120rpm，更优选40～100rpm研磨头周转数优选30～120rpm，更优选40～100rpm固定盘周转数/研磨头周转数之比优选0.5～2，更优选0.7～1.5研磨压力优选100～500g/cm2，更优选200～350g/cm2化学机械研磨用水系分散体的供给速度优选50～300ml/分钟，更优选100～200ml/分钟。
3.实施例下面通过实施例说明本发明，但本发明不限于此实施例。
3.1.含有无机粒子的水分散体的调制3.1.1.含有热解法二氧化硅粒子的水分散体的调制用超声波分散机使2kg热解法二氧化硅粒子(日本AEROSIL(株)制，商品名“AEROSIL#90”，平均一次粒径为20nm)分散于6.7kg离子交换水中。通过用孔径为5μm的过滤器过滤其，即得含有热解法二氧化硅粒子的水分散体。在此水分散体中含有的热解法二氧化硅的平均二次粒径为220nm。
3.2.含有胶体二氧化硅粒子的水分散体的调制3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制将70质量份浓度为25质量％的氨水、40质量份离子交换水、170质量份乙醇以及20质量份四乙氧基硅烷装入烧瓶中，在旋转速度为180rpm下一边搅拌一边升温到60℃。一边把温度保持在60℃一边继续搅拌2小时，然后冷却至室温。由此，即得胶体二氧化硅粒子的醇分散体。
接着采用旋转式蒸发器，一边把得到的分散体的温度保持在80℃一边不断地添加离子交换水来除去醇部分，反复几次该操作。通过该操作，制成了含有20质量％胶体二氧化硅粒子C1的水分散体。
此水分散体中含有的胶体二氧化硅粒子C1的平均一次粒径为25nm，平均二次粒径为40nm，平均缔合度为1.6。
3.2.2.分别含有胶体二氧化硅粒子C2～C5的水分散体的调制除了将70质量份浓度为25质量％的氨水、170质量份乙醇以及四乙氧基硅烷的使用量设为如表1所示之外，其它与在上述“3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制”中相同地进行调制，分别制成了含有胶体二氧化硅粒子C2～C5的水分散体。
表1
3.3.含有有机无机复合粒子的水分散体的调制3.3.1.含有表面处理了的有机粒子的水分散体的调制将90质量份甲基丙烯酸甲酯、5质量份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(新中村化学工业(株)制，商品名“NK Ester M-90G”，#400)、5质量份4-乙烯基吡啶、2质量份偶氮系聚合引发剂(和光纯药工业(株)制，商品名“V50”)以及400质量份离子交换水装入烧瓶中，在氮气气氛下一边搅拌一边升温到70℃。在该温度下不断搅拌保持6小时。通过用离子交换水稀释该反应混合物，即得具有氨基阳离子和含有聚乙二醇链的官能团的、且含有10质量％平均粒径为150nm的聚甲基丙烯酸甲酯系粒子的水分散体。聚合收率为95％。
将100质量份该水分散体装入烧瓶中，向其中添加1质量份甲基三甲氧基硅烷，并在40℃搅拌2小时。然后，通过添加1当量的硝酸水溶液而调整pH值至2.0，即得含有表面处理了的有机粒子的水分散体。在此水分散体中含有的表面处理了的有机粒子的Zeta电位为+17mV。
3.3.2.含有无机粒子(胶体二氧化硅粒子)的水分散体的调制通过使胶体二氧化硅粒子(日产化学(株)制，商品名“SNOWTEX O”，平均一次粒径为12nm)在水中分散，并向其中添加1当量氢氧化钾水溶液而调整pH，即得含有10质量％胶体二氧化硅粒子的pH值为8.0的水分散体。
在该水分散体中含有的胶体二氧化硅粒子的Zeta电位为-40mV。
3.3.3.含有有机无机复合粒子的水分散体的调制在上述“3.3.1.含有表面处理了的有机粒子的水分散体的调制”中制成的水分散体100质量份中一边搅拌一边用2小时缓慢地添加在上述“3.3.2.含有无机粒子(胶体二氧化硅粒子)的水分散体的调制”中制成的水分散体50质量份，然后通过进一步搅拌2小时，即得到含有在聚甲基丙烯酸甲酯系粒子上附着有二氧化硅粒子的粒子的水分散体。
接着，向得到的水分散体中添加2质量份乙烯基三乙氧基硅烷，进行搅拌1小时后，进一步添加1质量份四乙氧基硅烷。使其升温至60℃，继续搅拌3小时之后，冷却至室温，由此制成了含有10质量％平均粒径为180nm的无机有机复合粒子的水分散体。
用扫描型电子显微镜观察在此水分散体中含有的无机有机复合粒子，发现在聚甲基丙烯酸甲酯系粒子的80％表面上附着有二氧化硅粒子。
3.4.含有聚丙烯酸盐的水溶液的调制3.4.1.含有聚丙烯酸盐P1的水溶液的调制在回流下一边搅拌一边用10小时向装有离子交换水1000g和5质量％过硫酸氨水溶液10g的内容积为2升的容器中匀速地滴加20质量％的丙烯酸水溶液500g。滴加结束后，通过进一步保持2小时回流，即得含有重量平均分子量(Mw)为12000的聚丙烯酸的水溶液。
通过向其中缓慢地加入25质量％氨水而中和溶液，制成了含有12质量％的聚丙烯酸盐P1(重量平均分子量(Mw)为12000的聚丙烯酸铵)的pH值为7.5的水溶液。
3.4.2分别含有聚丙烯酸盐P2～P4的水溶液的调制除了将使用的过硫酸铵的使用量和使用的中和剂的种类设为如表2所示之外，其它与在上述“3.4.1.含有聚丙烯酸盐P1的水溶液的调制”中相同地进行调制，制成了分别含有12质量％的聚丙烯酸盐P2～P4(聚丙烯酸铵或者聚丙烯酸钾)的pH值为7.5的水溶液。
表2
3.5.第一研磨用水系分散体的调制及其研磨性能的评价3.5.1.第一研磨用水系分散体的调制用超声波分散机使2kg热解法二氧化硅粒子(日本AEROSIL(株)制，商品名“AEROSIL#90”，一次粒径为20nm，二次粒径为220nm)分散于6.7kg离子交换水中，然后用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得含有23.0质量％热解法二氧化硅粒子的水分散体。
接着，在聚乙烯制的瓶中只装入按二氧化硅的质量换算相当于1.2质量％的量的上述水分散体，并向其中添加0.5质量％相当量的喹哪啶酸、0.05质量％相当量的SURFINOL 465(商品名，具有三键的非离子系表面活性剂，Air Products Japan(株)制)、以及1.0质量％相当量的过硫酸铵，进一步加入离子交换水进行稀释之后，充分搅拌。接着，用1当量的氢氧化钾水溶液把pH值调整至9.5之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得第一研磨用水系分散体。
3.5.2.第一研磨用水系分散体的研磨性能的评价3.5.2-1.无图案硅片的化学机械研磨实验在化学机械研磨装置((株)荏原制作所制，型号“EPO 112”)上安装多孔聚氨酯制研磨垫板(Nitta Haas(株)制，商品号“IC1000”)，一边供给上述第一研磨用水系分散体，一边用下述各种研磨速度测定用基板在下述研磨条件下进行1分钟化学机械研磨处理，并用下述方法算出研磨速度。
(i)研磨速度测定用基板·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为15000的铜膜之物。
·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为2000的钽膜之物。
·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为2000的氮化钽膜之物。
·在8英寸硅基板上设有膜厚为10000的PETEOS膜之物。
(ii)研磨条件·研磨头周转数70rpm·研磨头荷重250g/cm2·固定盘周转数70rpm·第一研磨用水系分散体的供给速度200ml/min
(iii)研磨速度的算出方法采用导电式膜厚测定器(KLA-Tencor(株)制，型号为“Omni Map RS75”)测定研磨处理后的膜厚，从由化学机械研磨减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。
对于铜膜、钽膜及氮化钽膜而言，采用导电式膜厚测定器(KLA-Tencor(株)制，型号为“Omni Map RS75”)测定出研磨处理后的膜厚，从由化学机械研磨减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。
对于PETEOS膜而言，采用光干涉式膜厚测定器(SENTEC社制，型号“FPT500”)测定出研磨处理后的膜厚，从由化学机械研磨减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。
(iv)研磨速度·铜膜的研磨速度(RCu)5200/min·钽膜的研磨速度(RBM)30/min·氮化钽膜的研磨速度(RBM)40/min·PETEOS膜的研磨速度(RIn)20/min·铜膜的研磨速度/钽膜的研磨速度(RCu/RBM)173·铜膜的研磨速度/氮化钽膜的研磨速度(RCu/RBM)130·铜膜的研磨速度/PETEOS膜的研磨速度(RCu/RIn)2603.5.2-2.带有图案的基板的化学机械研磨实验在化学机械研磨装置((株)荏原制作所制，型号“EPO 112”)上安装多孔聚氨酯制研磨垫板(Nitta Haas(株)制，商品号“IC1000”)，一边供给上述第一研磨用水系分散体，一边将下述2种带有图案的基板在下述研磨条件下分别进行化学机械研磨处理。
(i)带有图案的基板·在SEMATECH社制、商品号为“854CMP100”的硅基板上形成含有各种图案的凹部，并在其上依次积层钽膜(厚度为250)、铜晶种膜(膜厚为1000)及铜镀膜(厚度为10000)。
·在SEMATECH社制、商品号为“854CMP101”的硅基板上形成含有各种图案的凹部，并在其上依次积层氮化钽膜(厚度为250)、铜晶种膜(膜厚为1000)及铜镀膜(厚度为10000)。
(ii)研磨条件·研磨头周转数70rpm·研磨头荷重250g/cm2·固定盘周转数70rpm·第一研磨用水系分散体的供给速度200ml/min·研磨时间2.75分钟在第一研磨处理结束之后，屏蔽金属上面剩余的铜膜被全部除去，可推断处于屏蔽金属的上表面露出的状态。
在第一研磨处理工序结束之后，用表面粗糙度计(KLA-Tencor社制，型号“P-10”)测定被研磨面中幅度为100μm的铜配线部分上产生的凹陷的大小，结果为500。
另外，在此所说的凹陷是指，在研磨后的被研磨面中测定位置的夹有铜配线的金属屏蔽膜的上表面与测定位置的铜配线最低部位之间的高低差。
另外，用光学显微镜，在暗视野中对铜配线部分以120μm×120μm的区域作为单位区域来随机观察200个位置，以发生刮痕的单位区域的个数作为刮痕数来进行测定后，刮痕数为0个。
3.6.实施例13.6.1.第二研磨用水系分散体(本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体)的调制将按二氧化硅换算相当于2质量％的量的在上述“3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制”中制成的含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体、和按二氧化硅换算相当于2质量％的量的在上述“3.1.1.含有热解法二氧化硅粒子的水分散体的调制”中制成的含有热解法二氧化硅粒子的水分散体装入聚乙烯制的瓶中，向其中依次加入0.1质量％苯并三唑、0.2质量％喹哪啶酸、将按聚合物量换算相当于0.1质量％的量的在上述“含有聚丙烯酸盐的水溶液的调制”中制成的含有聚丙烯酸铵P2的水溶液、及按过氧化氢换算相当于0.6质量％的量的35质量％的过氧化氢水，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得pH值为4.0的第二研磨用水系分散体S1。
3.6.2.第二研磨用水系分散体的研磨性能的评价3.6.2-1.无图案基板的研磨试验在化学机械研磨装置((株)荏原制作所制，型号“EPO 112”)上安装多孔聚氨酯制研磨垫板(Nitta Haas(株)制，商品号“IC1000”)，一边供给上述第二研磨用水系分散体，一边用下述各种研磨速度测定用基板在下述研磨条件下进行1分钟化学机械研磨处理，并用下述方法算出研磨速度。
(i)研磨速度测定用基板·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为15000的铜膜之物。
·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为2000的钽膜之物。
·在8英寸带有热氧化膜的硅基板上设有膜厚为2000的氮化钽膜之物。
·在8英寸硅基板上设有膜厚为10000的PETEOS膜之物。
(ii)研磨条件·研磨头周转数70rpm·研磨头荷重250g/cm2·固定盘周转数70rpm·第二研磨用水系分散体的供给速度200ml/min(iii)研磨速度的算出方法对于铜膜、钽膜及氮化钽膜，采用导电式膜厚测定器(KLA-Tencor(株)制，型号“Omni Map RS75”)测定出研磨处理后的膜厚，从由化学机械研磨减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。
对于PETEOS膜，用光干涉式膜厚测定器(SENTEC社制，型号“FPT500”)测定研磨处理后的膜厚，从由化学机械研磨减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。
(iv)研磨速度·铜膜的研磨速度(RCu)580/min·钽膜的研磨速度(RBM)490/min·氮化钽膜的研磨速度(RBM)630/min·PETEOS膜的研磨速度(RIn)530/min·钽膜的研磨速度/铜膜的研磨速度(RBM(Ta)/RCu)0.84·氮化钽膜的研磨速度/铜膜的研磨速度(RBM(TaN)/RCu)1.09·PETEOS膜的研磨速度/铜膜的研磨速度(RIn/RCu)0.913.6.3.带有图案的基板的研磨试验3.6.3-1.第二研磨工序的研磨时间短的情况的研磨试验在化学机械研磨装置((株)荏原制作所制，型号“EPO 112”)上安装多孔聚氨酯制研磨垫板(Nitta Haas(株)制，商品号“IC1000”)，将下述2种带有图案的基板在下述研磨条件下分别进行2个阶段的化学机械研磨处理。
(i)带有图案的基板·在SEMATECH社制、商品号为“854CMP100”的硅基板上形成含有各种图案的的凹部，并在其上依次积层钽膜(厚度为250)、铜晶种膜(膜厚为1000)及铜镀膜(厚度为10000)。
·在SEMATECH社制、商品号为“854CMP101”的硅基板上形成含有各种图案的的凹部，并在其上依次积层氮化钽膜(厚度为250)、铜晶种膜(膜厚为1000)及铜镀膜(厚度为10000)。
(ii)第一研磨处理工序的研磨条件·化学机械研磨用水系分散体种类在上述“3.5.1.第一研磨用水系分散体的调制”中制成的第一研磨用水系分散体·第一研磨用水系分散体的供给速度200ml/min
·研磨头周转数70rpm·研磨头荷重250g/cm2·固定盘周转数70rpm·研磨时间2.75分钟(iii)第二研磨处理工序的研磨条件·化学机械研磨用水系分散体种类在上述“3.6.1.第二研磨用水系分散体(本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体)的调制”中制成的第二研磨用水系分散体·第二研磨用水系分散体的供给速度200ml/min·研磨头周转数70rpm·研磨头荷重250g/cm2·固定盘周转数70rpm·研磨时间用854CMP100时，为1.51分钟；用854CMP101时，为1.40分钟另外，研磨时间是用下式算出的时间。
研磨时间(分钟)＝{金属屏蔽层的厚度()÷在上述“3.6.2-1.无图案的基板的研磨试验”中算出的金属屏蔽膜(钽或者氮化钽)的研磨速度(/分钟)}+1(分钟)在第二研磨处理结束之后，PETEOS膜的最上面剩余的金属屏蔽膜被全部除去，从而推断成为PETEOS膜的上表面露出的状态。
在第二研磨处理工序结束之后，用表面粗糙度计(KLA-Tencor社制，型号“P-10”)测定被研磨面中幅度为100μm的铜配线部分上产生的凹陷的大小，结果如下用854CMP100时，为290；用854CMP101时，为260。
另外，在此所说的凹陷是指，在研磨后的被研磨面中测定位置的夹有铜配线的PETEOS膜的上表面与测定位置的铜配线最低部位之间的高低差。
而且用光学显微镜，在暗视野中对铜配线部分以120μm×120μm的区域作为单位区域来随机观察200个位置，以发生刮痕的单位区域的个数作为刮痕数来进行测定后，刮痕数结果如下用854CMP100时，为2个；用854CMP101时，为1个。
3.6.3-2.第二研磨工序的研磨时间长的情况的研磨试验除了用第二研磨处理工序的研磨时间作为下式中计算的时间之外，与在上述“3.6.3-1.第二研磨工序的研磨时间短的情况的研磨试验”中相同地进行试验，将2种有图案的基板分别进行2个阶段的化学机械研磨处理。
第二研磨处理工序的研磨时间(分钟)＝{金属屏蔽层的厚度()÷在上述“3.6.2-1.无图案的基板的研磨试验”中算出的金属屏蔽膜(钽或者氮化钽)的研磨速度(/分钟)}+2(分钟)用二阶段研磨后的被研磨面，与上述“3.6.3-1.第二研磨工序的研磨时间短的情况的研磨试验”相同地评价凹陷和刮痕，结果如下用854CMP100时，凹陷为310，刮痕数为1个；用854CMP101时，凹陷为270，刮痕数为0个。
3.7.实施例2～8、比较例1除了将第二研磨用水系分散体的各成分的种类及添加量以及水系分散体的pH设为如表3之外，其它与实施例1相同地进行在实施例1中的实验，制成了第二研磨用水系分散体S2～S8和R1。另外，在表3中，“-”表示不添加相当于对应栏的成分，“(C)成分”表示(C)苯并三唑或者其衍生物，“(D)成分”表示(D)聚(甲基)丙烯酸盐。此外，实施例4和5使用2种粒子作为(A)磨料。
除了使用上述合成的各种水系分散体代替化学机械研磨用水系分散体S1作为第二研磨用水系分散体之外，其它与实施例1相同地进行评价。将结果示于表4中。
表3
表4
由表3和表4可知如果以本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体作为第二研磨用水系分散体来使用，对于第二研磨工序而言，即使在大为超过最佳研磨时间而继续进行研磨的情况下，也可以抑制被研磨面中的刮痕的发生，而且可以得到充分平坦化的高精度的被研磨面。
3.8.实施例93.8.1.第二研磨用水系分散体(用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒)的调制3.8.1-1.液体(I)的调制将按二氧化硅换算相当于2.27质量％的量的在上述“3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制”中制成的含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体、和按二氧化硅换算而相当于2.27质量％的量的在上述“3.1.1.含有热解法二氧化硅粒子的水分散体的调制”中制成的含有热解法二氧化硅粒子的水分散体装入聚乙烯制的瓶中，向其中依次加入0.11质量％苯并三唑、0.23质量％喹哪啶酸、按聚合物量换算相当于0.11质量％的量的在上述“含有聚丙烯酸盐的水溶液的调制”中制成的含有聚丙烯酸铵P2的水溶液，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得到为水系分散体的液体(I)A1。
3.8.1-2.液体(II)的调制用离子交换水进行浓度调节至过氧化氢浓度为5质量％，即得到液体(II)B1。
3.8.2.第二研磨用水系分散体的研磨性能的评价混合100质量份上述制成的液体(I)A1和13.64质量份液体(II)B1，制成了化学机械研磨用水系分散体S9。此化学机械研磨用水系分散体S9的pH值为4.0。由于此化学机械研磨用水系分散体S9具有与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的组成和pH值，因此化学机械研磨用水系分散体S9可以被看成是与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的化学机械研磨用水系分散体。
在本实施例中，除了使用上述合成的化学机械研磨用水系分散体S9代替化学机械研磨用水系分散体S1而作为第二研磨用水系分散体之外，其它与实施例1相同地进行了评价，获得了与实施例1相同的结果。
3.9.实施例103.9.1.第二研磨用水系分散体(用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒)的调制3.9.1-1.液体(I)的调制将按二氧化硅换算相当于4质量％的量的在上述“3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制”中制成的含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体、和按二氧化硅换算相当于4质量％的量的在上述“3.1.1.含有热解法二氧化硅粒子的水分散体的调制”中制成的含有热解法二氧化硅粒子的水分散体装入聚乙烯制的瓶中，向其中依次加入按聚合物量换算相当于0.2质量％的量的在上述“含有聚丙烯酸盐的水溶液的调制”中制成的含有聚丙烯酸铵P2的水溶液和按过氧化氢换算相当于1.2质量％的量的35质量％过氧化氢水，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得到为水系分散体的液体(I)A2。
3.9.1-2.液体(II)的调制向聚乙烯制的瓶中依次加入0.2质量％苯并三唑、相当于0.4质量％的量的喹哪啶酸，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得到为水系分散体的液体(II)A3。
3.9.2.第二研磨用水系分散体的研磨性能的评价混合50质量份上述制成的液体(I)A2和50质量份液体(II)A3，制成了化学机械研磨用水系分散体S10。此化学机械研磨用水系分散体S10的pH值为4.0。由于此化学机械研磨用水系分散体S10具有与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的组成和pH值，因此化学机械研磨用水系分散体S10可以被看成是与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的化学机械研磨用水系分散体。
在本实施例中，除了使用上述合成的化学机械研磨用水系分散体S10代替化学机械研磨用水系分散体S1而作为第二研磨用水系分散体之外，其它与实施例1相同地进行了评价，获得了与实施例1相同的结果。
3.10.实施例113.10.1.第二研磨用水系分散体(用于调制本发明第1种实施方式的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒)的调制3.10.1-1.液体(I)的调制将按二氧化硅换算相当于4.55质量％的量的在上述“3.2.1.含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体的调制”中制成的含有胶体二氧化硅粒子C1的水分散体、和按二氧化硅换算相当于4.55质量％的量的在上述“3.1.1.含有热解法二氧化硅粒子的水分散体的调制”中制成的含有热解法二氧化硅粒子的水分散体装入聚乙烯制的瓶中，向其中加入按聚合物量换算相当于0.23质量％的量的在上述“含有聚丙烯酸盐的水溶液的调制”中制成的含有聚丙烯酸铵P2的水溶液，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得到为水系分散体的液体(I)A4。
3.10.1-2.液体(II)的调制向聚乙烯制的瓶中依次加入0.23质量％苯并三唑、相当于0.45质量％的量的喹哪啶酸，并搅拌15分钟。接着加入离子交换水至全部组成成分的合计量达到100质量％之后，通过用孔径为5μm的过滤器进行过滤，即得到为水系分散体的液体(II)A5。
3.10.2.第二研磨用水系分散体的研磨性能的评价混合50质量份上述制成的液体(I)A4、及50质量份液体(II)A5、以及13.64质量份液体(III)B1，制成了化学机械研磨用水系分散体S11。此化学机械研磨用水系分散体S11的pH值为4.0。由于此化学机械研磨用水系分散体S11具有与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的组成和pH值，因此化学机械研磨用水系分散体S11可以被看成是与在上述实施例1中制成的化学机械研磨用水系分散体S1相同的化学机械研磨用水系分散体。
在本实施例中，除了使用上述合成的化学机械研磨用水系分散体S11代替化学机械研磨用水系分散体S1而作为第二研磨用水系分散体之外，其它与实施例1相同地进行了评价，获得了与实施例1相同的结果。
权利要求
1.化学机械研磨用水系分散体，其中，含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐、(E)氧化剂及(F)水，所述(A)磨料的配合量为2～10质量％。
2.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(A)磨料是选自无机粒子、有机粒子及有机无机复合粒子中的至少1种物质。
3.权利要求2所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(A)磨料的平均粒径为5～1000nm。
4.权利要求2所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述无机粒子为二氧化硅。
5.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(B)有机酸是选自喹啉羧酸、喹啉酸、除喹啉酸以外的2元有机酸及羟基酸中的至少1种酸，其配合量为0.01～5质量％。
6.权利要求5所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(B)有机酸是选自喹啉羧酸、喹啉酸、马来酸、丙二酸、柠檬酸及苹果酸中的至少1种酸，其配合量为0.05～2质量％。
7.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(C)苯并三唑或者其衍生物为苯并三唑，其配合量为0.01～5质量％。
8.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(D)聚(甲基)丙烯酸盐的平均分子量为1000～100000，其配合量为0.001～5质量％。
9.权利要求8所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(D)聚(甲基)丙烯酸盐为聚丙烯酸的铵盐，其配合量为0.01～2质量％。
10.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，所述(E)氧化剂为过氧化氢，其配合量为0.01～5质量％。
11.权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，pH值为1～5。
12.用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)和液体(II)混合而用于调制权利要求1～11任一项所述的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(I)是水系分散体，其含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(F)水，且该(A)磨料的配合量为2～10质量％，所述液体(II)含有(E)氧化剂和(F)水。
13.用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)和液体(II)混合而用于调制权利要求1～11任一项所述的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，所述液体(II)含有(B)有机酸和(F)水。
14.用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是将液体(I)、液体(II)及液体(III)混合而用于调制权利要求1～11任一项所述的化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(I)是含有(A)磨料和(F)水的水系分散体，所述液体(II)含有(B)有机酸和(F)水，所述液体(III)含有(E)氧化剂和(F)水。
15.权利要求13所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(I)还含有选自(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
16.权利要求14所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(I)还含有选自(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
17.权利要求13所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(II)还含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
18.权利要求14所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(II)还含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
19.权利要求15所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(II)还含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
20.权利要求16所述的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，所述液体(II)还含有选自(A)磨料、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐及(E)氧化剂中的1种或更多种成分。
21.化学机械研磨方法，其中，包含如下过程在同一条件下分别对铜膜、金属屏蔽膜和绝缘膜进行化学机械研磨时，使用铜膜的研磨速度RCu与金属屏蔽膜的研磨速度RBM的比RCu/RBM为50或更大、而且铜膜的研磨速度RCu与绝缘膜的研磨速度RIn的比RCu/RIn为50或更大的化学机械研磨用水系分散体对被研磨物进行化学机械研磨之后，使用权利要求1～11任一项所述的化学机械研磨用水系分散体对该被研磨物进行化学机械研磨。
全文摘要
本发明提供化学机械研磨用水系分散体及化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。其中，所述化学机械研磨用水系分散体可以高效地分别研磨各种被研磨物，可以得到充分平坦化的高精度的加工面，而且即使超过最佳研磨时间而继续进行化学机械研磨，配线部分中的凹陷或磨耗也不会恶化。所述化学机械研磨用水系分散体含有(A)磨料、(B)有机酸、(C)苯并三唑或者其衍生物、(D)聚(甲基)丙烯酸盐、(E)氧化剂及(F)水，所述(A)磨料的配合量为2～10质量％。
文档编号H01L21/02GK1831076SQ20061005689
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月9日 优先权日2005年3月9日
发明者内仓和一, 服部雅幸, 川桥信夫 申请人:Jsr株式会社