TW200530381A

TW200530381A - Method and composition for polishing a substrate

Info

Publication number: TW200530381A
Application number: TW094101589A
Authority: TW
Inventors: Feng Q Liu; Stan D Tsai; Martin S Wohlert; Yuan A Tian; Ren-He Jia; Yongqi Hu; Liang-Yuh Chen
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2005-09-16
Also published as: US20060021974A1; KR20060129415A; JP4633064B2; JP2007519828A; WO2005075711A1

Description

200530381 玖、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明大致係關於一種用以移除一基材上之導電材料的組合物及方法。【先前技術】

下一代大型積體電路元件（VLSI)及超大型積體電路元件（ULSI)的關鍵技術在於能否可靠地製造出ο」微米以下及更小尺寸之特徵。但是，隨著電路技術的推進，縮小V L s I 及ULSI技術中的連線尺寸已成為製程能力的考驗。能否可靠的形成内連線是VLSI及ULSI能否成功及能否持續提高電路密度與個別基材或晶圓品質的關鍵所在。多層内連線是藉由在基材表面上依序沉積材料及移除材料藉以在基材中形成特徵所製造出來的。隨著材料被依序沉積及移除，基材最上層表面將變得不平坦，因而需要在進行下一製程前施以平坦化處理。平坦化或「研磨（p〇lishing)」乃是一種自基材表面移除材料以形成一大致平均、平坦表面的製程。平坦化對移除過多沉積材料、移除不欲求的表面形狀及表面缺陷（例如，表面粗造度、凝集材料、晶格缺損、括痕及污染層或材料）以提供一均勻表面供後續微影蝕刻及其他半導體製程之使用而言，係一種相當重要的製程處理。金屬表面，特別是一鎢表面，非常難以化學機械研磨方法(CMP)來加以平坦化。其係藉由化學活性及機械活性來將一雙嵌結構（damascene inlay)研磨成如第1A圖及1B圖所示 200530381 之高度平坦表面。一形成雙嵌結構的製程可包括蝕刻一層間介電層（例如，二氧化矽層，有時包括在該特徵 -表面上的-阻障層)的特徵定義，及沉積—厚層的鶴該阻障層及基材表面上。化學機械研磨該鎢材料以移除基材表面上的過量鎢通常會使其無法將該鎢表面充分加以平坦化。以化學機械研磨技術完全移除該鎢材料通常造成表面形狀缺陷，例如凹陷（dishing)及腐蝕（erosion)，其可能會影響基材上的後續製程。當形成於層間介電層特徵定義中之内連線内嵌金屬表面上的一部份材料被過度蝕刻時通常會造成凹陷，導致出現一或多個下凹的缺陷，其被稱為「凹面或凹陷（concavities cn recesses)」。參照第1A圖，一雙後導線n及i2係藉由在一層間介電層10 (例如，二氧化矽層）的一雙嵌開口中沉積一金屬（例如鎢或鎢合金）的方式來形成。未示出的是由諸如鈦和/或氮化鈦之一適當材料所形成的阻障層，其可沉積於該層間介電層10與一内嵌金屬12之間。在平坦化之後，一部分 :該内嵌金屬12可能會被減少一 D之量，在此係指凹陷的量基材表面較不緊密的特徵上較容易出現凹陷的情況。習知的平坦化技術有時也會導致腐蝕（erosion)，其特徵疋過量研磨非為；^的之層的材料，例如環繞一金屬特徵的介

• Z1及金屬踝22之緊密陣列對該金屬線22研磨可能會導 20之一 E的腐蝕量。可觀察 t狹窄或更緊密的特徵處。改 4 200530381 良習知鎢CMP研磨技術會造成欲求研磨速率由下降，且其研磨效果無法達到商業上令人滿意的程度。因此，亟需提供一種用來移除基材上導電材料的組合物及方法，其係可將平坦化中基材出現表面缺陷的機率降至最低0 【發明内容】

本發明目的係提供以電化學研磨技術來移除導電材料的組合物及方法。本發明第一態樣是提供一種可自一基材表面去除至少一鎢材料的組合物，其包含介於約〇 2%(體積％)至約5 %(體積％)之間的硫酸或其之衍生物，介於約 0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸或其之衍生物，介於約〇.1%(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸鹽一 pH值調節劑用以提供介於約3至約8之間的PH值，及一種溶劑。本發明目的係提供以電化學研磨技術來移除鎢材料的組合物及方法。本發明第一態樣是提供一種可自一基材表面去除至少一鶴材料的組合物，其包含介於約 0.2 % (體積 %)至約5%(體積％)之間的硫酸或其之衍生物，介於約 0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸或其之衍生物，介於約0.1%(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸鹽，一介於約0.5%(重量％)至約5%(重量％)之間的螯合劑其具有一或多個選自胺基、醢胺基及其之組合的官能基。另一方面，該組合物係用於一可處理一基材之方法 5 200530381 中，該方法包括將一具有一搞層形成於其中之基處理設備中，該設備包括一第一電極及一第二電該基材係與該第二電極間有電性接觸；在該第一基材間提供一研磨組合物，其中該研磨組合物包其之衍生物、碟酸及其之衍生物、一包括一有機的第一螯合劑、一可使ρ Η值介於約2至約1 〇間調節劑及一種溶劑；使該基材與一研磨物件接觸材與該研磨物件間提供一相對運動，在該第一電二電極間施加一偏壓，以自該鎢材料層上移除鎢4 另一方面，該組合物係用於一可處理一基；中’該方法包括將一具有一鎢層形成於其中之基處理設備中，該設備包括一第一電極及一第二電該基材係與該第二電極間有電性接觸；研磨該基一製程來移除該鎢層的一第一部份，該製程包括電極與該基材間提供一第一研磨組合物，其中該物包含硫酸及其之衍生物、磷酸及其之衍生物、有機鹽類在内的第一螯合劑、一具有一或多個選酿胺基及其之組合之官能基的第二螯合劑、一可介於約6至約1 〇間之pH值調節劑及一種溶劑；力使該基材與一研磨物件接觸，在該基材與該研提供一第一相對運動，並在該第一電極與該第二加一第一偏壓，並研磨該基材以藉由一製程來移的一第二部份，該製程包括在該第一電極與該基第一研磨組合物，其中該研磨組合物包含碳材置於一極，其中電極與該含硫酸及鹽類在内之pH值 ’在該基極與該第时之方法材置於一極，其中材以藉由在該第一研磨組合一包括一自胺基、使pH值以第一壓磨物件間電極間施除該鎢層材間提供 .及其之衍 6 200530381 生物

磷酸及其之衍生物、一包括— 螯合劑、-可使pH值介於約2至約8間之pH值調節劑及一種溶劑，以第二壓力使該基材與一研磨物件接觸，在該基材與該研磨物件間提供一第二相對運動，並在該第一= 極與該第二電極間施加一第二偏壓。【實施方式】

大致來說’本發明目的在於提供可自一基材表面移除至少一鎢材料的組合物及方法。下述之本發明係參照一平坦化製程以藉由一電化學機械研磨（ECMP)技術來自一基材表面移除鶴材料。在此所用的名詞及語句除非另有所指，否則均採此領域中習知慣用的意義。化學研磨（chemical p〇nshing)靡廣泛解讀成包括（但不限於）以化學活性將一基材表面加以平坦化的過程。電研磨（electropolishing)應廣泛解讀成包括 (但不限於）藉由施加電化學活性而將一基材表面加以平坦化的過程。電化學機械研磨（electrochemical mechanicai polishing，ECMP)應廣泛解讀成包括（但不限於）藉由施加電化學活性、機械活性及化學活性以自一基材表面移除材料的過程。陽極溶解（anodic dissolution)應廣泛解讀成包括（但不限於）直接或間接施加一陽極偏壓至一基材並導致可自一基材表面上移除導電材料進入周圍研磨組合物中的過程。研磨組合物應廣泛解讀成包括（但不限於）一可在一液體基 7 200530381 質中提供離子導電性且因此可提供電子導電性之組合物，其大致包括習稱為電解質組成（electrolyte components)的材料。研磨組合中每一電解質組成的量可以體積百分比或重量百分比來表示。一體積百分比係指以一欲求液體組成之體積除以完整溶液中所有液體總體積後所得到的百分比。一重量百分比係指以一欲求液體組成之重量除以完整溶液中所有液體總重量後所得到的百分比。

設備第2圖係平坦化系統1〇〇的平面圖，其具有一可供電化學處理一基材之設備。該例示的系統1〇〇大致包含一工廠介面102、一裝載機器人1〇4、及一平坦化模組1〇6。該裝載機器人104係為在靠近該工廠介面1〇2及該平坦化模組106之處，以幫助移送其間的多個基材ι22。提供一控制器1 08用以幫助控制及整合該系統1 〇〇之多種模級。該控制器1〇8包含一中央處理單元（cpu)n()、一 δ己憶體11 2及支持電路11 4。控制器〗〇 8係耦合至該系統1 0 0的各個組件以幫助控制諸如平坦化、清潔及移轉製程。該工廠介面1 02大致包含一清潔模組丨丨6及一或多個晶圓E 1U。以一介面機器人120在該晶圓匡U8、該清潔模組116及一輸入模組124之間移送基材122。該輸入模組124係定位藉由抓取器，例如真空抓取器或機械爽（未示出），以在該平坦化模組106及該工廠介面1〇2間幫助傳送 8 200530381 基材122。，

該平坦化模組106包括至少一第一電化學機械平坦化 (ECMP)站128，位於一控制環境封圍188中。可適用於本發明之平坦化模組1 〇 6的例子包括 ΜIR R Α ®、ΜIR R A

MESAtm、reflexion®、REFLEXION® LK 及 REFEXION

LK EC MPtm化學機械研磨系統，均可購自美商應用材料公司。其他的平坦化模組包括那些用於研磨墊、平坦化網或其之組合者，及那些可相對於一平坦化表面以旋轉、直線或其他平面方式移動基材者，也適用於本發明。在第2圖所示實施例中，該平坦化模組1 〇 6包括該第一 ECMP 站 128、一第二 ECMP 站 130 及一第三 ECMP 站 132。可藉由在該第一 ECMP站上以一電化學溶解製程來執行大塊移除基材I22上之導電材料的步驟。或者，該第一站1 2 8可以是一種習知用以移除導電材料（例如，鎢）的化學機械研磨台，同時也揭示該第二站130。當第一 ECMP 站128將大塊材料移除後，可藉由一多步驟電化學機械製程在該第二ECMP站中將剩餘的導電材料移除，其_該多步驟製程的一部份係設計成可移除殘餘的導電材料。在另一站以大塊移除方式移除導電材料後，可使用一個以上的 ECMP站來執行該多步驟製程。或者，可使用該第一 ecmp 站128或第二ECMP站130在單一站上執行大塊移除及多步驟移除導電材料的製程。所有的ECMP站（例如，第2 圖所示的模組106中的3個站）均可被設計成能以一種兩步驟移除製程來處理該導電層。在該模組106的一實施例 9

200530381 中，該第三站1 3 2係用來移除一阻障層材料，例如，氮化鈦、组及氮化鈕，其係接續於在該第一及第二站及130移除導電材料之後。或者，該第三站132可以種習知用以移除阻障層材料的化學機械研磨台。該例示的平坦化模組1 〇 6也包括一移送站1 3 6及轉台134其係位於一機器底座14〇的上側或第一側上。在一實施例中，該移送站136包括一輸入緩衝站一輸出緩衝站144、一移送機器人14ό及一裝載杯 148。該輸入緩衝站142可藉由該裝載機器人1〇4而自廠介面102接收基材。該裝載機器人1〇4也用來將研的基材從該輸出緩衝站144送回到該工廠介面102。送機器人146係用來在該輸入緩衝站142、該輸出緩 144及裝載杯組件148之間移動基材。在一實施例中，該移送機器人丨46包括兩個抓取件（未示出），每一者均具有可充氣式的抓取爪用以從材邊緣固持住基材。該移送機器人146在從該輸入緩 142移送一欲進行處理的基材至該裝載杯組件ι48 時，還可從該裝載杯組件148將一已處理好的基材移該輸出緩衝站1 44中。可使用的移送站的例子之一揭 2000年12月5日核准公告之美國專利第6，156，124专其全文以參考文獻方式併入本文中。該旋轉台丨34係位於該底座14〇中央。該旋轉台典型係包括複數個臂1 50，每一臂均支撐著一平坦化件152。第2圖所示該複數個臂15〇中的兩臂係以虛鈦、 128 是一一旋 138 142、組件該工磨好該移衝站器組該基衝站的同送到示於 I中， '134 頭組線表 10 200530381 示’使得讀者可看到該苐一 ECMP站128中的移送站136 與一平坦化表面1 2 6。該旋轉台1 3 4係加以標示使得該平坦化頭組件152可在該平坦化站128' 130、132及移送站 1 3 6間移動。適用於本發明的旋轉台例子之一係揭示於 1 998年9月8曰核准公告之美國專利第5,804,5 07號中，其全文以參考文獻方式併入本文中。

一調節裝置182係仅於該底座14〇鄰近每一該平坦化站1 2 8、1 3 0、1 3 2。該調節裝置丨8 2可周期性地調節位於該專站128、130、132中的平坦化材料，以保持均一的平坦化結果。第3圖示出位於該第一 ECMP站129上方之該平坦化頭組件152的部份示意圖。該第二及第三ECMP站120、 1 3 2的組態類似。該平坦化頭組件丨5 2大致包括一驅動系統2 02，其係耦合至一平坦化頭204上。該驅動系統202 大致板供至少一轉動運動至該平坦化頭204上。該平坦化頭20 4還可被致動朝向該第一 ECMP站，使得保持在該平坦化頭204中的基材122在處理期間可抵靠在該第一 ECMP站128的平坦化表面126上。該驅動系統202係耦合至一控制器1 08上，其係可提供訊號至該驅動系統2〇2 用以控制平坦化頭204的轉動速度及方向。在一實施例中，該平坦化頭可以是美商應用材料公司所製造販售的一 TITAN HEADTM 或 TITAN PROFLIERTM 晶圓載具。一般來說，該平坦化頭204包含一座214及固定環2 24以防止該基材於處理期間從該平坦化頭204下方滑 11

200530381 出。該固定環224可由諸如聚苯撑（polyphenylene PPS)、聚 ϋ 轉 _ (p〇iyetheretherketone，PEEK)等類塑膠材料或諸如不銹鋼、Cu、Au、Pd等類似物的料或其之組合者製成。一導電的固定環224可被施偏壓以於ECMP期間控制其間的電場大小。導電的固定環傾向於延緩鄰近基材邊緣的研磨速率。因此使用其他的平垣化頭。該第一 ECMP站128大致包括一平台組件230 旋轉式地位在該底座14〇上。該平台組件230係由 238支撐而位於該底座140上方，使得該平台組件相對於該底座140來旋轉。由該軸承238所包圍的 140的面積係開放的且可作為一電、機械、充氣控的通道，及與該平台組件2 3 0聯通的接點。習知的軸承、旋轉單元及套環，在此總稱為轉件276，其係可作為一電、機械、充氣控制訊號的搞合該底座140與該可轉動的平台組件230之間的該平台組件230典型係耦合至一可提供其轉動運動 232上。該馬達232係耦合至控制器1〇8上，該控帝係可提供訊號用以控制該平台組件2 3 〇的轉動速向。該平台組件230的一頂面26〇可支撐一研磨 222於其上。該研磨墊組件可藉由磁性吸力、真空黏劑及其他方式而被留在該平台組件23〇中。一定義於該平台組件230中的氣室2〇6可幫助 sulfide, 似物的導電材以一電或偏壓，也可其係可 —軸承 230可該底座制訊號動輕合通道及接點。的馬達丨器1 0 8 度與方墊組件、夾、均勻地 12 200530381 分散電解質至該平坦化表面126上。複數個形成在該平台組件230中的通道（將詳細說明於下），係可容許在處理期間由一電解液源248提供至該氣室2〇6的電解液，可均勻的流動通過該平台組件23 0並與基材122接觸。可在不同的處理階段提供不同的電解液組合物。

該研磨塾組件222包括一電極292及至少一平坦部份 290。該電極292典型係由一導電材料所構成，例如不銹剛、銅、鋁、金、銀、及鎢等等。該電極292可以是固體、無法為電解液所穿透、可為電解液所穿透或多孔狀。至少一接觸組件250延伸通過該研磨墊組件222的上方至該電源2 42。該電極292也被耦合至電源242上，使得可在該基材與該電極292間建立出一電位。提供一可偵測出一計量之能代表該電化學處理的一儀器。該儀器可被耦合至或位於該電源242與該電極或接觸組件250中之至少一者之間。該儀器也可被整合在該電源 242上。在一實施例中，該儀器係被設計成可提供控制器 1 08 一計量之可代表該處理的訊號，例如一電荷、電流和/ 或電位。控制器1 〇8可使用該儀器來調整原位研磨參數，或幫助決定研磨終點或偵測其他製程參數。穿過該研磨墊組件222和/或該平台組件230中設置有一觀測窗246，其係被組態成可容許一感應器254能位於該研磨塾組件222下方，用以感應出可代表研磨效率的一計量表示。舉例來說，該感應器254可以是一種旋渦電流感應器或一種干擾儀等。由該感應器254提供至該控制器 13 200530381

1 0 9的計量表示，係可提供關於能被用來作為原位調整處理參數、偵測終點或偵測電化學研磨中另一點的資訊。在一實施例中’該感應器254是一種能夠產生一準直光束的干擾儀，該光束在研磨過程中係瞄準在該正在被研磨之基材的一個表面上。反射訊號間的干擾可代表正被研磨之導電材料層的厚度。一種可用於本發明之感應器的例子揭示於1999年4月13曰授與給Birang等人之美國專利第 5,8 93,796號，其全文在此併入作為參考。適於用來從基材 122上移除導電材料的研磨墊組件 222可大致包括一實質上為介電性質的平坦表面126。其他適於用來從基材122上移除導電材料的研磨墊組件222可大致包括一實質上為導電性質的平坦表面126。可用至少一接觸組件250來耦合該基材至該電源242上，使得研磨期間可相對該電極292來偏壓該基材。穿過該平坦化層292 及電極 2 92和任一位於該電極 292下的元件設置有孔 212,以容許電解液可在該基材112與電極292間建立一導電通道。在一實施例中，該研磨墊組件2 2 2的平坦化部份2 9 0 是一種介電材料，例如聚尿烧。研磨墊組件的實例揭示於 2 0 03年6月6日提申之美國專利申請案第1 0/4 55，941號中，其標題為「Conductive Planarizing Article For Electrochemical Mechanical Planarizing」及 2003 年 6 月 6 曰提申之美國專利申請案第1 0/4 5 5,8 95號中，其標題為「Conductive Planarizing Article For Electrochemical 14

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Mechanical Planarizing」，兩申請案内容考。第4A圖是穿過兩接觸組件25〇之該部份截面圖，且第5A-C係第5A圖所示接的側面、放大及截面圖。該平台組件2 3 〇中伸出並耦合至電源242的接觸组件25〇可於研磨期間偏壓該基材122之—& φ。係可被耦合至該平台組件230、該研磨塾份、或一單獨元件上。雖然第3Α圖示 2 5 0，但可使用任何數目的接觸組件，並可 2 3 0中央線以任何方式組態或分布。該接觸組件2 5 0大致上係以電經過該柄接至該電源242上’且可移動以延伸穿於該研磨墊組件222中的個別孔368。可 250的位置使其具有一預設之可橫跨該平態。對預定製程來說，可將個別接觸組件不同的孔368上，至於不包含接觸組件的 392將其塞住或以一可容許電解液由氣室之喷嘴394(如第4D-E圖所示）進行充填。明之接觸組件的例子揭示於2〇〇3年 Butterfield等人提中之美國專利申請案第其全文在此併入作為參考。雖然以下之接觸組件2 5 〇係以第3 A 球磨接觸之接觸組件為例，但該接觸組件在此併入作為參第一 ECMP站的觸組件250之一包括至少一從其 ’該電源242係該接觸組件2 5 0 組件2 2 2之一部出兩個接觸組件相對該平台組件平台組件2 3 0而過至少部份形成選擇該接觸組件台組件2 3 0的組 250重新定位在孔則可以停止件 2 0 6流動至基材一種可用於本發 5月 23曰由 1 0/445,239 號，圖揭示之一包含 250亦可包含一 15

200530381 結構或組件’其具有一適於在研磨期間電偏壓該基材電上層或表面。舉例來說，如第3B圖所示，該接觸 250可包括一墊結構350其具有一由導電材料或一導合材料（即，該導電元素係與該上表面材料一同分散並至該上表面或包含該上表面之材料）製成的上層352, 一具有導電顆粒分散於其中或一導電塗層纖維等之聚基質354。該墊結構350可包括一或多個穿過其中而的孔310以容許電解液被傳送至該墊組件的上表面。適當的接觸組件揭示於2003年11月3日由Hu等人之美國專利申請案第6 0/516,680號，其全文在此併入參考。在一實施例中，每一接觸組件2 5 0可包括一中 302、一轉接器304、一球306、一接觸元件314及一 (clamp bushing) 316。該球306可位於一第一位置使一部份的球體凸出該平坦表面126，及至少一第二位球3 06係實質與該平坦表面126齊平。該球3〇6也可在該該平坦表面126下方移動。該球306係大致適於耦合該基材122至該電源242。也可如第3C圖所示在一室中使用多個球306來偏壓基材。在研磨製程中，該電源242大致提供一正偏麗到 3 06上。在基材平坦化過程中，該電源242可選擇性加一負偏壓到該球3 06上以將研磨化學物對球3〇6的降至最低。室3 02係被設計成可在研磨期間提供電解液從其之導組件電複整合例如合物形成其他提申作為空室夾座至少置使完全電氣一單該球的施傷害來源 16 200530381 248流動到基材122的通道。該室302係由可與製程化拳物質相容的材料所製備而成。形成在該室302中的一座326 可防止球306滑出該室3 02的第一端308。該座3 26可選擇性的包括一或多個形成於其中的溝槽348，以容許流體離開介於球306與座326之間的室3 02。保持流體可流過該球306可將研磨化學物質對球306的傷害降至最低。接觸元仵3 1 4係耦合在夾

該接觸元件3 1 4係大致被設計成可實質或完全藉由該球位於室302中的位置來電氣連接該轉接器3 〇4與該球3〇6。在第4A-E及5A-C圖中所繪示的一實施例（詳細揭示於第6圖）中’該接觸元件314包括一具有以一極性陣列延伸之多個爪344 (flexUres 344)的環型底342。該爪344大致係由適於與研磨化學物一起使用的彈性及導電材料製成》在一實施例中，該爪344係由鍍金的鋇化銅製成。回到第4A圖及第5八^圖，夾座316包括一張開的頭 424具有自其中延伸出去的螺柱422。該夾座316可由介電材料或導電材料或其之組合材料製成，再一實施例中，其係由與該t 302相同的材料製成。㉟張開的頭424可保持該爪3 44在銳角（相對於接觸組件2 5 〇的中心線來說），使得該接冑幻牛3 14之該纟344可環繞該球3〇6的表面而分散配置以防止在接觸元件25〇組裝期間及該球3〇6的運動期間使該爪344被臀曲、結合和/或傷害。該球306可以是實心或中空的且可由一導電材料製成。例如，料306可由一金屬、導電聚合物或一充填有 17

200530381 諸如金屬、導體碳或石墨等導電材料類的一聚合性材所製成。或者，該球306可以是實心或中空的核，其有一導電材料。該核可以是非導電型且至少部份以L 料塗佈於其上。該球3 06係以彈力、浮力或流力中至少一種的方其朝平坦表面126方向致動。在第5圖所繪示的一實中’在研磨時’電解液從電解液源248流動通過形成過轉接器304、夾座316及平台組件23〇之中的通道使球306與基材接觸。第7圖是該第二ECMPM 130之一實例的截面圖將該第一及第三ECMP站128、132設計成相似的。一 ECMP站130大致包括一平台602其可支禮一完全的研磨墊組件604。該平台602與上述平台組件23的類似，用以傳送電解液穿過研磨墊組件604 ,或是該 6 02可具有一流體輸送臂（未示出）位於附近並被設計提供電解液至該研磨墊組件604之一平坦表面上。該組件602包括至少一感應計或感應器254(示於第3 [ 幫助偵測研磨終點。在一實施例中，該研磨墊組件604包括夾在一導 61〇與一電極614之間的***墊612。該導電墊61〇之研磨表面係實質可導電的且大致係由一導電材料或一組合物（即’導電元素係與平坦表面之材料整合在一起包含該平坦表面之材料）製成，例如具有導電顆粒分散令之聚合物基質或一鍍有導電材料的纖維。該導料，上鍍導體式將施例 •於穿並迫〇可該第導電設計平台成可平台 B )以電墊上層導電或是於其電塾 18

200530381 610、該***墊612及該電極614可製成一單一的、的組件。該研磨墊組件604大致是可通透的或是具可容許電解液在該電極614與該導電墊610之頂面間流通。在第7圖的實施例中，該研磨墊組件6 04 隙622將其變成多孔狀，使電解液能流動通過其中實施例中，該導電墊6 1 0係由位於一導電纖維上之基質中的導電材料構成，例如，該聚合物基質中的位在一鑛有銅織布的聚合物上。該導電塾610也可 3圖實施例中的接觸組件250中。可在該導電墊610與該夾墊612之間額外放入箔616。該箔616係耦接至一電源242上並可提供電位於整個導電墊610上。在不包含導電箔616的中，該導電墊610可直接以一整合在該導電墊610 子耦接到電源242上。此外，該研磨墊組件604可 ***墊618，其與該箔616 —起提供機械強度至下電墊 610。適當的墊組件揭示於美國專利申： 1 0/4 55,941號及第1 0/4 55,895號，其全文在此併入考。研磨組合物及方法在一態樣中，提供一種用來平坦化金屬（例如研磨組合物。一般來說，該研磨組合物包括一或多電解液系統，一第一螯合劑其包括一種有機鹽類’ 調節劑以提供介於2至1 0之間的pH值及一種溶劑可置換有孔隙 620之係由孔〇在聚合性顆粒係用於第一導電均勻的實施例上的端包括一層的導青案第作為參，鑛）的種酸系一 pH 。該研 19 200530381 磨組合物可更包括一笛-数人mu 第一螯合劑其具有一或多個選自胺基、酿胺基及其之組合的官口的S此基。該一或多種酸系電解液系統較佳是包括兩種酴备啻紐、六4 J裡®夂系電解液系統，例如，一硫酸系電解液系統及-攝酸系雷姐访尔€解及系統。該研磨組合物的實施例可用來研磨塊材和/或綠# & μ Α殘餘殘料。該研磨組合物可選擇性的包含一或多種抗腐蝕劑戎一—故 m ^ 加強研磨材料，例如研磨顆粒。此處所述組合物為尤入条馬不3氧化劑的組合物，本發明係將般認為所述研磨組合物可改盖p 切』汉菩ECMP時，自基材表面有效移除諸如鹤之類的材料沾坤、香 η + # 何計的速率’同時降低出現平坦化類型缺陷的機會及產生一輕羊）普沾I^ 权十β的表面。本發明組合物的實施例可用於一-步驟或兩-步驟的研磨製程中。雖然本發明研磨組合物對移除鎢係特別有效，但一般相信其也可用來移除其他的導電材料，例如鋁、鉑、銅、鈦、氮化鈦、鈕、氮化鈕、鈷、金、銀、铷及其之組合。機械性研磨，例如來自與導電墊2〇3和/或磨料間的接處，和/或來自一施加電偏壓的陽極溶解，可用來改善平坦性與改善該等導電材料的移除速度。該硫酸系電解液系統包括，例如，具有硫酸根的電解質及化合物，如硫酸，和/或其之衍生物鹽類，如硫酸氫銨 (NH4HS〇4)、硫酸銨、硫酸鉀、硫酸鎢或其之組合，其中有以硫酸較為適合。衍生物鹽類可包括銨鹽（NH4+)、鈉鹽 (Na )、四曱基錄鹽（Me4N + )、鉀（κ + )鹽或其之組合。該填酸系電解液系統包括例如具有磷酸根（p〇43-)的電解質及化合物，如磷酸，和/或其之衍生物鹽類，包括例 20 200530381

如磷酸鹽（ΜχΗ(3-χ)Ρ04)(χ=ι，2,3)，其中μ包括銨鹽 (ΝΗ4 + )、鈉鹽（Na + )、四甲基銨鹽（Me4N + )或鉀（κ + )鹽，磷酸嫣、填酸二氫铵（（ΝΗ4)Η2Ρ〇4)、填酸氫二銨（（nh4)2HP〇4) 及其之組合，其中又以鱗酸較為適合。或者，可使用一醋酸系電解液，包括醋酸和/或其衍生鹽類，或一水陽酸系電解液，包括水陽酸酸和/或其衍生鹽類，來取代該磷酸系電解液系統。所揭示該酸系電解液系統也可緩衝該組合物使酸鹼值維持在一研磨基材時的欲求酸鹼值範圍中。本發明也涵蓋以下列方法來配置本發明組合物之習知與未知的電解質。本發明該硫酸系電解液系統及該磷酸系電解液系統可分別包含約〇_1至約30%((重量％)或（體積％))之總組合物溶液，以提供可用以實施所述製程之適當導電性。可在組合物中使用濃度約在〇.2%(體積％)至約5%(體積％)之間，例如，約在0.5%(體積％)至約3%(體積％)之間、約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的酸性電解質。各別酸性電解質濃度可視組合物不同而有所改變。舉例來說，在第一組合物中，該酸性電解質可包含介於約1.5%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫酸及約2%(體積％)至約3%(體積％)之間的磷酸，以移除塊材；在第二組合物中，該酸性電解質可包含介於約1%(體積％)至約2%(體積％)之間的硫酸及約 1.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的磷酸’以移除殘餘材料。本發明涵蓋包括一第—組合物的實施例’該第一組合物具有低於該第一組合物之填酸和/或硫酸農度之鱗酸和/ 21

200530381 或硫酸。本發明組成之一態樣是使用一或多種教至驾合劑來表面產生錯化反應，以加強該電化學溶觫制β 肝I程。在述實施例中，該螯合劑可與一導電材料的 J雕子結合鎢離子，以提高金屬材料的移除速率和/或該螯合劑也可用來緩衝該研磨組合物使維持在欲托值範圍中。一種適當的螯合劑類別包括無機或有機酸略^ 其他有機酸鹽類是具有一或多個官能基之化八t 〜σ物的該等官能基係選自羧基團、二羧基團、三緩基團羧基之混合物及其之組合。在以一官能基將欲移除加以配位之前、期間或之後，該欲移除之金屈镯，例可以在任一種氧化態之下。該官能基可與研磨期門在基材屬表面上的金屬結合，並將其自基村表面移適當的無機或有機酸鹽包括有機酸的銨鹽如草酸銨、檸檬酸銨、琥珀酸銨、檸檬酸單鉀鹽、二鉀鹽、檸檬酸三鉀鹽、酒石酸鉀、酒石酸銨、號拍草酸钟及其之組合。用來形成具有一或多個緣基之鹽類的酸包括檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、草酸、醋二酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、戊二酸、羥基乙酸、反丁烯二酸、乳酸、十二酸、羥化琥珀酸（蘋」丙二酸、肉豆酸、十六酸、苯二酸、丙酸、丙綱脂酸、戊酸及其之組合。研磨組合物可包括一或多種無機或有機鹽類，與基材任一所 ’例如 •效率。的酸鹼適當的鹽類，羥基與之金屬如嫣，被創造鹽，例檸檬酸酸鉀、螯合齊J 酸、己酸、甲良酸）、酸、硬其佔乡且 22

200530381 合物總重或總體積之約0·1% 主約1 5 /q (體積。/〇或重量％ )，例如約 0.2%至約 5%(體穑❹/ +去真0/、 (筱積Λ或重量％)，例如約1%至約 3%(體積％或重量％)。例如， J在研磨組合物中使用約0.5 % 至約2%(體積％或重量％)的擰檬酸銨。或者，也可在組合物中使用第二種螯合劑，其具有一或多個選自下列的官能基，包括胺基、醯胺基、羥基及其之組合。較佳的功能基係選自由胺基、醢胺基、羥基及其之組合組成的群組中，不具有諸如羧基、二羧基三羧基及其之組合之類的酸性官能基。該研磨組合物可包括一或多種螯合劑，其具有一或多個選自下列的官能基，包括胺基、醯胺基、經基及其之組合，濃度介於約〇丨％ (體積0/〇 ) 至約5%(體積％或重量％)，但較佳用量是介於約1 %(體積 %)至約3 % (體積％或重量％)，例如約2 % (體積％或重量。/〇)。舉例來說，可使用約2%(體積％)至約3%(體積％)的乙二胺作為螯合劑。適當螯合劑的例子包括具有一或多種胺及酿胺官能基的化合物，例如，乙二胺及其之衍生物，包括二乙三胺、己二胺、氨基酸、乙二胺四乙酸、甲基曱醯胺或其之組合。研磨溶液可包括一或多種pH值調節劑用以提供介於約2至約10之間的pH值。pH值調節劑的用量可視不同配方中其他組成的用量而定，但通常是在總溶液中包括高達7 0%(重量°/〇)之一或多種pH值調節劑，但較佳是介於約 0.2%(重量％)至約25%(重量％)。不同的化合物可提供一特定濃度不同的pH值，例如，組合物中可包括約〇 · 1 %(重量 23 200530381 %)至約10%(重量°/。）的鹼，例如氫氧化鉀、氫氧化知 ^ 、氮氧化敍、四甲基氫乳化叙（TMAH)或其之組合’以提的pH值。可從一類有機酸中挑選一或多種PH值謫μ 1郎劑，例如，羧酸如醋酸、捧檬酸、草酸，内含磷酸的紐a 酸、填酸錄、填酸鉀及其之組合’或其之組合。小> 吁在研磨溶液中使用包括氫氣酸、硫酸及磷酸在内的無機峻。典型情況是’ pH值調節劑在研磨組合物中的用量、

各種研磨製程中具不同組成的組合物之欲求pH值鈐㈤A a把圍來調整。舉例來說，在一移除鎢塊材的製程中，可調暫# 足s亥p Η 值調節劑的用量來使ΡΗ值介於約6至約1 〇之間。右好必除鎢塊材製程的一實施例中，該組合物是中性或驗性溶液，即pH值介於約7至約9之間，例如，一 pH值大於7 且低於或等於9的鹼性溶液，例如約8至約9之間。在一殘餘鎢研磨製程中，可調整該pH值調節劑的用量來使pH值介於約2至約8之間。在該殘餘鎢移除製程的一實施例中，該組合物是中性或酸性溶液，即pH值介於約6至約7之間，例如，一 pH值大於6且低於7的酸性溶液，例如約6.4至約6.8之間。此所述之組合物可包括約1%(體積％)至約5%(體積％) 之間的硫酸，約1%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸，約1%(重量％)至約 5°/〇(重量％)之間的檸檬酸銨鹽，約 0.5%(重量％)至約5%(重量％)之間的乙二胺，一 PH值調節劑用以提供介於約6至約10之間的p Η值，及去離子水。這類組合物可包括約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫 24 200530381

酸，約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的嶙酸，約1%(重量％)至約3%(重量％)之間的檸檬酸銨鹽，約1%(重量％)至約3 %(重量％)之間的乙二胺，氫氧化鉀以提供介於約7至約9之間的pH值’及去離子水。該組合物的另一實施例可包括約0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸，約〇.2%(體積％)至約5%(體積°/〇)之間的磷酸，約〇1%(重量％) 至約5%(重量％)之間的檸檬酸銨鹽，一 pH值調節劑用以提供介於約6至約10之間的pH值以提供介於約2至約8 之間的pH值，例如約3至約8之間的pH值，及去離子水。該組合物的另一實施例約0 · 5 °/〇 (體積％)至約2 % (體積％)之間的硫酸，約0.5%(體積％)至約2%(體積。/0)之間的磷酸，約0_5%(重量％)至約2%(重量％)之間的檸檬酸銨鹽，氫氧化鉀以提供介於約6至約7之間的pH值，及去離子水。在所述任一實施例中，所述較佳的研磨組合物是不含氧化劑（oxiderizers or oxidizing agents)的組合物。氧化劑的例子包括（但不限於）過氧化氫、過硫酸銨、碘酸鉀、過猛酸鉀及鈽化合物（包括硝酸鈽、硝酸敍鈽）、硼酸鹽、鉻酸鹽、碘酸等。或者，研磨組合物也可包括一種氧化性化合物。不在所述範圍之適當的氧化劑或氧化性化合物例子是硝酸鹽化合物，包括硝酸鐵、硝酸、及硝酸鉀。所述組合物另一實施例中，可以一種硝酸系電解質系統來取代硫酸系電解質系統，例如具有一硝酸根（Ν〇3·1)的電解質及化合物，如石肖酸和/或其之衍生性鹽類，包括硝酸鐵（Fe(N〇3)3)。 25 200530381 在所述任一實施例中，可添加蝕刻抑制劑（例如，腐蝕抑制劑）來降低金屬表面受到化學或電的氧化或腐蝕，其係藉由在基材表面與周圍電解質之間形成一層可使化學反應性降至最低的材料層方式來達成。該層由抑制劑所形成的材料層可壓制或降低來自基材表面的電化學電流至最低程度’以限制電化學沉積和/或溶解。

鎢的蝕刻抑制劑可抑制固體鎢使其不致轉變成可溶性鎢化合物，同時容許組合物將該固體鎢轉變成一可藉研磨而均勻移除的軟的氧化物層。有用的鎢的蝕刻抑制劑包括具含氮官能基之化合物，例如含氮的雜環化物、烷銨離子、氨基烷基、氨基酸等。蝕刻抑制劑包括腐蝕抑制劑，例如包括含氮雜環官能基之化合物，如2,3,5 -三曱基吼嗓、2_ 乙基一^-二甲基吡嗪〜喳噚啉㈧“⑽乂以匕幻〜乙醯基吡咯、鄰二氮苯（pyridazine)、組織氨酸、，比嗪、苯并咪唑及其之混合物。「烧錄離子（alkyl ammonium ion)」一詞在此係指耳有可在水溶液中產生烷銨離子之官能基的含氮化合物。溶液中所產生之烷錢離子的量是溶液的pH值與所選化合物兩者的函數。可在溶液中產生具有抑制作用量之可使溶液pH 值低於9之烧錄離子官能基之具有含氮官能基之腐蝕抑制劑的例子包括異硬脂酸基乙基醯亞胺鏺、氫氧化十六烏一甲基銨、alkaterge E (2-十七烷基-4-乙基-2-噁唑琳_4甲醇）、aliquat 3 36 (氣化三辛基曱基銨）、1(H (4 4 二曱基噁沒烧）、氫氧化四丁基銨、十二烷胺、氫氧化四甲 26 200530381 基錢及其之衍生物與其之混合物。有用的氨基烷基之腐蝕抑制劑的例子包括，例如，氨基丙基矽烷醇、氨基丙基矽氧烷、十二烷胺及其之混合物，與口成及天然氨基酸包括，例如，離氨酸、酪氨酸、穀胺酿胺、穀胺酸、甘氨酸、胱氨酸。較佳之内含烧錄離子官能基的鎢蝕刻抑制劑是 SILQUEST A-1106 矽烷，其係由〇SI Specialties Inc 製造

販售，SILQUEST A-1106矽烷是一種由約6〇%(重量％)的水、約30%(重量。/。）的氨丙矽氧烷及約1〇%(重量％)的氨丙石夕烧醇所組成的混合物。每一氨丙矽氧烷與氨丙矽烷醇均可在低於約7的pH值下形成相當量足以造成抑制的烷氨離子。一最佳的氨基烷基腐蝕抑制劑是甘氨酸（氨基醋酸）。適當的鶴餘刻抑制劑例子包括烷氨離子的鹵素衍生物例如》臭化十二烧基三甲銨，亞胺如聚乙二胺，羧酸衍生物如醋酸辦’有機矽化合物如二（氫硫丙基）二甲氧矽烷，及聚丙烯酸酯如聚丙烯酸甲酯。嫣餘刻抑制劑在組合物中的用量介於約0 · 0 0 1 °/〇 (重量 %)至約2_0%(重量％)之間，較佳是介於約〇〇〇5%(重量％) 至約1.0%(重量％)之間，更佳是介於約〇〇1%(重量％)至約 0 · 1 % (重量％)之間。鶴蚀刻抑制劑在Ρ η值高達9 · 〇的組合物中仍然有效，較佳疋本發明組合物的ρΗ值是約低於7 〇，最佳是低於約 6.5。其他抑制劑可包括介於約〇 · 〇〇 1 % (重量％)至約 27 200530381

5.0%(重量％)間之具有一或多個唑基的有機化合物。通常較佳的用量範圍是約0.2 °/〇(重量°/〇)至約0.4 % (重量％)間。具有唑基的有機化合物包括苯并***、氫硫基苯并三嗤、 5 -甲基-1-苯并三咬及其之組合。其他適當的腐餘抑制劑包括環狀化合物之層形成劑（film forming agent)，例如，口米唑、苯并咪唑、***及其之組合。具有羥基、氨基、亞胺基、羧基、氫硫基、硝基及烷基取代基之苯并***的衍生物、咪唑、苯并咪唑、***均可作為腐蝕抑制劑。其他的腐蝕抑制劑包括尿素及硫尿等。或者，可用聚合性抑制劑（包括聚烷基芳基醚磷酸酯或壬基本齡乙氧基化硫酸録）來取代含唾抑制劑或與含唑抑制劑並用於組合物中’用量介於約〇 . 〇 0 2 〇/〇 (重量％ )至約 1·〇%(重量。/〇)間。雖然上述研磨組合物並不含氧化劑（無氧化劑）和/或研磨顆粒（無研磨劑），該研磨組合物範圍包括一或多種表面完成促進材料和/或移除率促進材料，包括研磨顆粒、一或多種氧化劑及其之組合。可在組合物中使用一或多種表面活性劑來增加材料的可屬離子或製程中產生的副出現的研磨顆粒凝集現象合物中組成的分解。適當 2004年2月26曰提申之中，其全文在此併入作為溶解性或溶解度，例如金屬或金產物，以降低研磨組合物中可能 ’改善化學穩定性及降低研磨組的氧化劑和研磨劑顆粒係揭示於美國專利申請案第i 〇/3 78,097號參考。或者該研磨組合物可更包㈣解添加劑包括壓制 28 200530381 劑（suppressors)、促進劑（eilhancers)、整平劑（levelers)、增亮劑（brighteners)、安定劑和剝除劑，以改善研磨組合物在研磨基材表面時的有效性。舉例來說，特定添加劑可降低金屬原子的游離速率，藉以抑制溶解過程，至於其他添加劑則可提供基材一完成的、光亮表面。研磨組合物中該等添加劑的用量可高達約15%(重量％或體積％)，且可視研磨後欲求結果來變化。

其他添加劑的例子更完整揭示於2002年5月7日提申之美國專利申請案第10/141，459號中，其全文在此併入作為參考。上述組合物的其餘部份是一種溶劑，例如包括水，較佳是去離子水之類的極性溶劑。其他溶劑可包括，例如，有機溶劑，例如醇類或二醇類，在某些實施例中，可組合水一起使用。可以溶劑的用量來控制組合物中各種組成的濃度。例如，電解質可被濃縮至高達此所述濃度的3倍，之後再於使用前在處理站中以溶劑加以稀釋。大致說來，ECMP溶液的導電性較傳統CMP溶液來得兩。該ECMP溶液的導電度約為1〇 mS (milliSiemens)或更高，至於傳統CMP溶液的導電度則約為3 mS至約5mS。該ECMP溶液的導電度可大幅影響ECMP製程的推進速率，亦即，導電度較高的溶液其材料移除速率也較高。對塊材移除製程來說，該ECMP溶液的導電度約為i〇mS或更高，較佳是在約40 mS至約80 mS之間，例如，約5〇 mS 至約70 mS之間，例如約60 mS至約64 mS之間。對殘餘 29

200530381 材料移除製程來說，該EC MP溶液的導電度約更南’較佳是在約30 mS至約60 mS之間，例至約55 mS之間，例如約49 mS。已知以上述研磨組合物處理的基材具有^ 面’包括表面缺陷（例如，凹陷、腐蝕（金屬与質被移除）、抓痕）較少，以及平坦性較佳。卢藉由下述實施例進一步說明。重化學機械研磨一電化學機械研磨技術係組合使用化學性及電活性以移除鎢材料，並以如下方式將一以平坦化。鎢材料包括鎢、氮化鎢、氮化矽鎢述製程係用來移除鎢，但本發明範圍也涵蓋可除的其他材料，包括鋁、鉑、銅、鈦、氮化欽鈕、鈷、金、銀、釕及其之組合。可經由一或多個處理步驟來移除過剩的鎢單一的鎢移除步驟（a single tungsten “瓜”“ 塊材移除步驟（abulktungstenrem〇valstep)及除步驟（a residual tungsten _〇ν&ι 以⑻。在此廣泛定義為沉積在基材表面之特量遠超過填充該特徵所需之材料*。殘餘材 matenal)在此廣泛定義為在一或多個塊材或除步驟後仍然殘存的材料量。一般來說，在第材移除製冑中移除的塊材至少約為該導電層之為1 0 m S或如，約40 mS ^佳的磨光表 -徵周圍介電 '述組合物可 •性、機械活基材表面加等。雖然下與鶴一起移、组、氮化 ’例如，一 step)或一鎢一殘餘鎢移塊材（bulk 徵中的材料料（residual 殘餘材料移一 E C Μ P 塊 5 0 %，較佳 30 200530381 是至少約70%，更佳是至少約8〇%，例如，至少約90〇/〇。在第二ECMP殘餘材料移除製程中，可移除大部份，如果不是全部之所有沉積在阻障層上的導電層材料的話，以留下充填好的插塞。該ECMP塊材移除製程可在一第一研磨平台上執行且該ECMP殘餘材料移除製程可在與該第一平台相同或不同的研磨ax備之一第二研磨平台上執行。在另一實施例中，該ECMP殘餘材料移除製程可與該塊材移除製程都在一第一平台上執行。可在一單獨的平台上移除任一阻障材料，例如第2圖所示的該第三平台。舉例來說，依據所述製程之上述设備可包括三個用以移除鎢材料的平台，包括例如，一第一平台用以移除塊材，一第二平台用以移除殘餘材料，及-第三平台用以移除阻障材料，#中該塊材及該殘餘材料移除製程是ECMP製程且該阻障材料的移除是一 CMP製程或另一《 ECMP製程。在另一實施例中，可使用二個ECMP平台來移除塊材、殘餘材料及阻障材料。第8A-8D圖為依據本發明一實施例而在一基材上執行一研磨製程以將所述基材表面平坦化二 J 糸列戴面不意圖。可以製程自基材表面上去除嫣塊材（如第 8A圖所7，之後以一第：ECMP製程去除殘餘的鶴材料 (如第8B-8C圖所示以例如移除阻障層及緩衝層之類的後續製程來產生如第8D圖所示的結構 ^ 該第一 ECMP製程可產生一鶴層的快速移除率，該第二一 bCMP製程，因其可精確的移除殘餘的鎢材料，因而可、 J在對基材特徵造成最 31 200530381 少凹陷或將過度磨蝕降至最低狀況下，產生平整的基材表面。

第8A圖顯示一用以移除鎢塊材之第一電化學機械研磨技術之一實施例的截面圖。該基材係位在一容器中，例如内含一第一電解液的槽或平台中。該基材8〇〇具有一介電層810其係以一狹窄特徵定義82〇及一寬特徵定義83〇加以圖樣化。特徵定義82〇及83〇具有一阻障層84〇(例如，鈦和/或氮化鈦）沉積在其中，並接續以一導電材料 860(例如’鶴）進行充填。過量材料的沉積範型包括形成在狹窄特徵定義820之上的高丘870 (high overburden 8 70)(又稱山丘（hills)或山峰（peaks))，及形成在寬特徵定義 830 上之一低丘 880 (minimal Overburden 880)(又稱山谷 (valley)) 〇

所述研磨組合物850係提供到基材表面。該研磨組合物可以一介於約100至約400毫升/分鐘的速率，例如約 300毫升/分鐘，被供應到基材表面。用以移除塊材的研磨組合物包括介於約1%(體積％)至約5%(體積。/。）之間的硫酸，介於約1%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸，介於約1°/◦(重量°/〇)至約5%(重量％)之間的檸檬酸銨，一介於約 0.5%(重量°/〇)至約5%(重量％)之間的乙二胺，一 pH值調節劑用以提供介於約6至約1 〇之間的pH值，及去離子水。一研磨組合物的進一步實施例包括約2%(體積％)的硫酸，約2%(體積％)的磷酸，約2%(重量％)的檸檬酸銨，約2%(重量％的乙二胺，氫氧化鉀以提供約8.4至約8.9之間的pH 32 200530381 值’及去離子水。該組合物的導電度介於約6〇及約64 mS 之間。所述可移除塊材的研磨组合物具有強蝕刻劑，如硫酸以及一鹼性pH，其中鎢是更可溶，藉以提高移除逮率，其係相對於該殘餘材料研磨組合物而言。

接者，將耦合至一内含一第二電解液之研磨物組件上的研磨物件，以一導電研磨物件來和該基材進行實體接觸和/或電耦合。該基材表面和研磨物件係在低於約2碎/平方英吋（lb/in2或psi)(13.8 kPa)的壓力下接觸。以一壓力約 1 psi (6·9 kPa)或更低，例如約〇.〇1 psi (69 Pa)至約！ psi (6.9 kPa)間，如介於約〇·ι psi (0.7 kPa)至約 0.8 psi (5.5 kPa)間或介於約o.i psi (0·7 kPa)至低於約〇 5 psi (3 4 kPa)間的壓力，來移除該導電材料860。在製程的一態樣中，係使用介於約0.3 psi (2.1 kPa)或更低的壓力。在此所用的研磨壓力可使會造成内含低k介電材料之基材傷害的剪力及摩擦力降至最低^此可降低變形或使特徵因研磨所致的缺陷減至最小。此外，也觀察到低剪力及摩擦力可使研磨期間出現拓僕缺陷（例如，介電層腐餘及導電材料凹陷和減少分層）的機率降至最低。基材與導電性研磨物件間的接觸也容許電力與該基材間進行電接觸，其係藉由在接觸基材時，將電源連接至該研磨物件上來達成。在基材表面與該導電塾組件222間提供一相對運動。位於平台上的該導電墊組件222係以介於約7 rpm至約50 rpm間的平台轉動速度轉動，例如約28 rpm，且位在承載頭上的基材係以介於約7 rpin至約70 rpm間的承載頭轉動 33

200530381 速度轉動，例如約3 f 1Λ t 約3 7 irpm。一般相信所提供的該平台與承載頭之個別轉動速率，係能在接觸該研磨物件與基時’將剪力及摩擦力降至最低。承載頭轉動速度及平台動速度兩者均可在介於約7 rpm至低於約4〇 rpm間。本明一態樣’所述製程可以承載頭轉動速度與平台轉動速比例大於約1 : 1，例如介於約1.5 : 1至約12 :丨間，如介於約1.5 :丨至約3 :丨間，的速率來移除該鎢材料將來自一電力224的偏壓供應至該兩電極間。該偏可從研磨物件組件222中的一導電墊和/或電極上被轉至該基材208。該製程可在介於約2〇〇c至約6(rc間的溫下執行。該偏壓一般係以高達約10〇 mA/cm2的電流密度來供，其係與一約4 0安培的施加電流關聯在一起，以處理徑高達約300毫米的晶圓。舉例來說，一約200毫米的材可具有約0·01 mA/cm2至約50 mA/cm2間的電流密度其係與一介於約0 · 0 1安培至約2 0安培的施加電流關聯一起。本發明也涵蓋偏壓可以電位、安培與瓦特數等方來施加。舉例來說，在一實施例中，該電源可提供約0 至約100瓦的電力，約0伏特至約10伏特間的電位，及〇. 0 1安培至約1 0安培間的電流。在一實施例中，施加力為介於約2 · 5伏特至約4 _ 5伏特間的電位，例如約3 特，電位係於施加所述塊材研磨組合物至基材時施加的該基材典型係被暴露在該研磨組合物中，且在一段足以除沉積在鎢高丘上之過剩塊材的期間施加該電力。該版轉發度例壓移度提直基 j 在式瓦約電伏〇移 34 200530381 該偏壓可視使用者所設用以移除基材表面上材料的條件來改變電力及應用方 <。舉例來說，已觀察到增加施用電力可提高陽極溶解。a可以一種電脈衝模組技術來施加該偏壓。脈衝模組技術—般來說大致包括一個循環之施加 -第-期間的固定電流密度或電纟，之後施加一第二期間之無電流μ或電位或一固定的反向冑流密纟或電位。可重複一或多次循環之該程序，其間之電力與施加期間可有所不同。可視疑除速率、所欲移除的材料及研磨製程進行的程度來改變該電力；有電力持續之一「開(〇η)」的循環; 及沒有電力之-「關(off)」的循環；及循環的頻率。例如，已知增加電力及增加所施加電力的持續期間可提高陽極溶解。在一電化學機械研磨的脈衝模組製程中，該脈衝模組製程包含一具有施加一段期間之「開」的電力，接著施加 k期間之關」的電力之開/關電力技術。在研磨製成中可重複該開/關循環一或多次。在該「開」的期間可容許自基材表面移除暴露出來的導電材料，且該「關」的期間可容許研磨組合物組成及在該「開」的期間之副產物，例如金屬離子，可擴散至基材表面而與導電材料形成錯化物。在脈衝模組技術製程中，一般相信金屬離子會藉由遷移而黏附至非機械擾動區域中的被動層並與抗腐蝕劑和/或螯合劑作用。該製程因而可容許在該「開」的㈣，於電化學主動區域中（未被被動層所覆蓋之區域）蝕刻，接著並容許在該脈衝模組技術中處於「關」的其他區域的部分區域 35 200530381 因此’控制脈衝模組技料的速率。再次形成被動層並移除過量材料。術即可控制自基材表面移除過量材，，"、α上杪至約6〇秒，例如，介於約2秒至約25秒且本發明涵蓋使用具有較所述「開/關」期間時間更高痞ρ^ 又回或更低之脈衝模組技術。在一例示的脈衝模組技術中，所施坏苑加的陽極溶解電力每一循環介於約16%至約66°/〇間。

所遂具有-「開/關」循環用於電化學機械研磨材料之脈衝模組技術包括：施加—「開」的電力約5秒至約1〇秒，接著不施加電力之「關」的期間約2秒至約Μ秒；施加電力約1〇秒及不施加電力約5秒；或施加電力約1〇秒及不施加電力肖2秒，或均勾施加電力約5秒及不施加電力約25秒，以提供欲求的研磨效果。可視每一製程之需要而重複該循環多次。一例示的脈衝模組技術係揭示於共同又讓予本案中請人之美國專利案帛6,379223 t中其全文在此併入作為參考。一脈衝模組技術的進一步實例揭示於2003 4 6月3〇日提中之美國專利中請案第1()/⑴，8〇5 號，標題為「Effective Method To Improve Surface Finish In electrochemically Assisted chemical Mechanical Polishing」之申請案中，其全文在此併入作為參考。所揭不研磨組合物可達成約丨5,〇〇〇入/分鐘之導電材料移除速率。一般希望有較高的移除速率，但因最大製程均勻性及其他製程變數（例如，在陽極與陰極的反應動力學）的要求，一般將溶解速率控制在約100入/分鐘至約 36 200530381 1 5,000A/分鐘之間。在本發明一實施例中，所欲移除的鎢塊材厚度低於5,000 A，可施加電位（或電流）以提供約 100A/分鐘至約5,000A/分鐘之間的移除速率，例如'約 2,000人/分鐘至約5’000A/分鐘之間的移除速率。殘餘材料係以低於塊材移除速率的速率進行移除，其約為4〇〇人/八鐘至約1，50〇Α/分鐘之間。

為防止移除過量金屬致形成拓樸缺陷（例如凹陷或D 型碟如第1A圖所示，及腐蝕E如第1β圖所示），因此第二ECMP製程通常較慢。因此，大部分的導電層86〇係在該第- ECMP製程中以較第二ECMp製程中移除殘餘導電層860更快的速率加以移除。該兩步驟的Ε(：Μρ製程可在不產生表面缺陷下提高總基材處理的產出率。第8B圖顯示以第- ECMP製程移除例如約9〇%塊材之後，至少約50%之導電材料860被移除之後的第二EcMp 製程》在該第-WECMP製程中，導電材料86〇可仍包括該高丘870、尖峰和/或低丘880、山谷，但其比例大小已減少許多。但是’纟整個基材表面上的導電材料86〇也可相當平坦。所揭示-用以移除殘餘材料的第二研磨組合物係被供應至基材表面。可以介於約1〇〇毫升/公絲r 叮刀鐘至約400毫升/ 分鐘的速率，例如約3 00亳升/分鐘的速率 +將該研磨組合物供應至基材表面。供該殘餘材料移除步驟 /哪用之研磨組合物包括介於約〇·2%(體積％)至約5°/。（體積。/nW βΒ )之間的硫酸，介於約0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間 7间的磷酸，介於約 37 200530381 • o.i%(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸敍，— • 節劑用以提供介於約3至約8之間的ρ η值，及^ 這類研磨組合物包括約1 %(體積％)的硫酸，約】 %)的磷酸，約0.5%(重量％)的檸檬酸銨，氫氧化供介於約6.4至約6.8之間的pH值，及去離子水材料移除組合物的導電性約為49 mS。一般相信所揭示殘餘材料移除組合物可在該 % 材料表面上形成一聚嫣層890。該聚鎢層係經由與磷酸及暴露的鎢材料之間的化學作用而形成。較鶴材料更安定且可在比移除鎢材料所需速率更速率下被移除。該聚鎢層也可以作為一基材表面和/或電絕緣材料。一般也相信提高研磨組合物^ 值有助於增進在基材表面上形成聚鎢材料。相較性的塊材移除組合物來說，殘餘材料移除組合物偏酸性的研磨組合物。也可在用以移除塊材的製研磨組合物下形成一聚鎢層。 % $鎢層的厚度及密度可代表陽極溶解的化學及量。舉例來說，已觀察到相對於較薄及較不緊層來說，較厚或較緊密的聚鶴層可導致較低的陽因此，控制組合物之pH值、磷酸、和/或螯合劑等 ‘ τ控制自移除速率及自基材表面移除的材料量。 - #移除組合物，所得較低移除速率可降低或減少出現拓樸缺陷，例如介電材料腐钱及導電材料凹以及降低分層現象。 -ρ Η值調 r離子水。 .5%(體積狎用以提。該殘餘暴露的鎢檸檬酸銨該聚鎢層低的移除上的化學丨酸性ρ Η 於較偏驗是一種較程條件及反應程度密的聚鎢極溶解。之組合，相較於塊研磨期間陷成碟形 38 200530381 在上述殘餘材料移除製程中的機械摩除步驟係在研磨墊與基材間一低於2磅/平方英吋（lb/in2或psi)(13.8 kPa) 的恆定壓力下進行。可以一壓力約lpsi(6.9kPa)或更低，例如約0.01 psi (69 Pa)至約1 psi (6·9 kPa)間，如介於約 0.1 psi (0.7 kPa)至約 0.8 psi (5.5 kPa)間的壓力，來移除該導電材料860〇在製程的一態樣中，係使用介於約〇 3 psi (2.1 kP a)或更低的壓力。基材與一導電研磨物件間的接觸

也容許電力與該基材間藉由與基材接觸時將電力耦合至研磨物件上而有電氣接觸。在基材表面與該導電墊組件222間提供相對運動。位於平台上的該導電墊組件222係以介於約7 rpm至約5〇 rpm間的平台轉動速度轉動，例如約28 rpm，且位在承栽頭上的基材係以介於約7 rpm至約7〇 rpm間的承載頭轉動速度轉動，例如約3 7 rpm ^ —般相信所提供的該平台與診承載頭之個別轉動速率，係能在接觸該研磨物件與基版時’將剪力及摩擦力降至最低。一導電研磨物件之機械磨除可移除能致使陽極溶解之電流加以絕緣或抑制的聚鎢層89〇 ,使得可沿著低將高丘面積周圍移除，使聚鎢層面積被保留極少或積電墊組件222接觸。被聚鎢層89〇覆蓋之導電材料8⑻導移除速率係低於沒有聚鎢層890之導電材料的移除速率的因此，沉積在狹窄特徵定義820及基材域85〇，「- -t > 料會以比仍被聚鎢層89〇覆蓋之寬特徵定義㈠〇哈祛盅tffi址欲Α #移 39

200530381 將來自—電力224的偏壓供應至該兩電極間可從研磨物件組件222中的一導電墊和/或電極至該基材208。該偏壓係施加在塊材移除製程上使用一猶低於或等於該塊材移除製程所用的電力說’對殘餘材料移除製程而言，如果施加電力為其可介於約1 · 8伏特至約2 · 5伏特間，例如約2 材典型係暴露於研磨組合物及電力下一段足以移部份或全部之沉積於其上之材料的期間。該製程約20°C至約60°C間的溫度下執行。參照第8C圖，藉由以一包括該第二ECMP 物之第二、殘餘材料、ECMP製程來研磨基材，部分（如果不是全部的話）的導電層860並暴露出障層840及導電溝渠865。該導電溝渠865係由電材料860所形成的。之後，可以一第三研磨製任何殘餘的導電材料及組障材料，以提供内含 875之平坦化的基材表面，如第8D圖所示。該第程可以是一第三WECMP製程或一 CMP製程。一磨製程的例子揭示於2002年7月11日提申之美請案第10/193,810號，其公告號為200300 1 3 306 「dual Reduced Agents for Barrier Removal in Mechanical Polishing」，其全文在此併入作為參層研磨製程的另一例子揭示於2004年5月17曰國專利申請案第60/572,1 83號。在導電材料及阻障材料移除製程之後，可隔场。該偏壓上被轉移 ’典型是。舉例來電位，則伏特。基除至.少一可在介於研磨組合以移除大其下的阻剩下的導程來去除導電溝渠三研磨製阻障層研國專利申，標題為 Chemical 考。阻障提申之美 ^ (buffed) 40 200530381 該基材表面以降低出現表面缺陷的機率。隔開可以一軟研磨物件，亦即，蕭氏硬度D約40或以下之物件，於較低的研磨壓力下（如約2 psi或以下）來執行，依據總部設於賓州費城之美國測罝及材料協會（American Society for Testing and Materials，ASTM)的標準及方法進行測定。

或者’可在每一研磨步驟後施加清潔溶液到基材上以去除研磨製程中的顆粒物質及用過的試劑，並幫助降低研磨物件上的金屬殘餘沉積物及基材表面出現缺陷的機率。一視當的清潔溶液是ELECTRA CLEANTM，其係由美商應用材料公司所供應。最後，可將基材暴露在一後研磨清潔製程中以降低在研磨期間或基材處理期間出現缺陷的機率。這類製程可減少形成在基材表面之銅特徵上不欲求的氧化或出現其他缺陷的機率。這類後研磨清潔製程的例子之一是施加美商應用材料公司所出售之ELECTRA CLEANTM溶液。已知經由上述製程加以平坦化的基材表現出較少的拓樸缺陷，例如凹陷或腐蝕；較少殘餘材料；平坦性改善；及改善最終基材表面。以下非限制性實施例係用來闡述本發明，但本發明範 _並不僅限於所揭示實施例中。研磨組合物實施例用來研磨鎢塊材及殘餘鎢材料的研磨組合物實施例係如下述。鎢塊材研磨組合物可包括·· 41 200530381 實例# 1 : 約2%(體積％)之硫酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2°/◦(重量°/〇之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。

實例#2 : 約4%(體積％)之硫酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。實例#3 : 約1.5%(體積°/〇)之硫酸；約2.5%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。實例#4 : 約1%(體積％)之硫酸； 42 200530381 約2%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。實例#5 ·· 約2%(體積％)之硫酸；

約2%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氩氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。實例#6 ·· 約2%(體積％)之硫酸；約2%(重量％)之水陽酸；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。實例#7 : 約2%(體積％)之硫酸；約2%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約8.7之pH值，及 43 200530381 去離子水。實例#8 : 約2%(體積％)之硫酸；約2°/〇(體積％)之磷酸；約2%(重量°/〇)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；

氫氧化鉀以提供約8·7的pH值，及去離子水。實例#9 : 約2%(體積％)之硫酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2°/〇(重量°/〇)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。

實例# 1 0 ·· 約2%(體積％)之硫酸；約2°/〇(體積％)之磷酸；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值’及去離子水。實例# 11 : 44 200530381 約4%(體積％)之硫酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。實例# 1 2 :

約2%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。實例# 1 3 : 约2%(體積％)之硝酸；約2%(體積％)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氩氧化鉀以提供介於約8.4至約8.9之間的pH值，及去離子水。實例# 1 4 : 約2%(體積％)之硝酸；約2%(體積％)之磷酸； 45 200530381 約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量°/〇)之乙二胺；氫氧化鉀以提供約8.5的pH值，及去離子水。實例# 1 5 ·· 約4%(體積％)之硝酸；

約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氩氧化鉀以提供約8至約9之間的pH值，及去離子水。實例# 1 6 : 約1.5%(體積％)之硫酸；約2.5%(體積°/〇)之磷酸；約2%(重量％)之檸檬酸銨；約2%(重量°/〇)之乙二胺；氫氧化鉀以提供約8.5的pH值，及去離子水。殘餘鎢材料之研磨組合物可包括：實例# 1 : 約1%(體積％)之硫酸；約1°/。（重量％)之檸檬酸銨； 46 200530381 氩氧化鉀以提供介於約6至約7之間的pH值，及去離子水。實例#2 ·· 約1%(體積％)之硫酸；約1.5%(體積％)之磷酸；約0.5%(重量％)之檸檬酸銨；

氫氧化鉀以提供約大於6且低於7的pH值，及去離子水。實例#3 : 約4%(體積％)之磷酸；約0·5°/〇 (重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約6至7的pH值，及去離子水。

約1%(體積％)之硫酸；約1.5%(體積％)之磷酸；約1 %(重量％)之水陽酸；氩氧化鉀以提供約6至7的pH值，及去離子水。實例#5 ·· 約2%(體積％)之硫酸； 47 200530381 約2%(體積％)之磷酸；約〇.5%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約大於6且低於7的pH值，及去離子水。實例#6 : 約2%(體積％)之硫酸；

約2°/。（體積％)之磷酸；氫氧化鉀以提供約6至7的pH值，及去離子水。實例#7 ·· 約1%(體積％)之硫酸；約1.5%(體積％)之磷酸；約〇.5%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約6.4至約6.8的pH值，及

實例#8 : 約1%(體積％)之硝酸；約1.5%(體積°/〇)之磷酸；約0.5%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約6.4至約6.8的pH值，及去離子水。 48 200530381 實例#9 : 約2%(體積％)之硝酸；約2%(體積％)之磷酸；約0.5%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約6至約低於7的pH值，及去離子水。

實例# 1 〇 : 約1%(體積％)之硫酸；約1.5%(體積％)之磷酸；約〇.5%(重量％)之檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供約6.5的pH值，及去離子水。研磨製程實施例實施例1 : 在一 REFLEXION⑧系統（購自美商應用材料公司，加州，聖塔卡拉市）的改良製程室中以下列研磨組合物研磨一直徑 3 0 0 毫米的鍍鎢基材以將其平坦化。將一具有約 4,00 0A厚之鎢層的基材放置在一設備的承載頭上，該設備具有一第一平台其上置放了一第一研磨物件。以一約250 毫升/分鐘的速率將一第一研磨組合物供應至該平台上，且該第一研磨組合物包含： 49 200530381 介於約2%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫酸；介於約2%(體積％)至約4%(體積。/〇)之間的磷酸；介於約2%(重量％)至約2.8%(重量％)之間的檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氩氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。

該基材係於約0.3psi的一第一接觸壓力、一約2〇rpm 之第一平台轉動速率、一約39 rpm之第一承載頭轉動速率及一約2.9伏特之第一偏壓下與該第一研磨物件接觸。研磨該基材並檢視之。該鎢層厚度被降至約1，〇〇〇 A。將該基材轉送至一第二平台，其上有一第二研磨物件。以一約300毫升/分鐘的速率將一第二研磨組合物供應至該平台上，且該第二研磨組合物包含：介於約1%(體積％)至約2%(體積％)之間的硫酸；介於約1.5%(體積％)至約2.5%(體積％)之間的磷酸；約〇_5%(重量％)的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供大於約6及低於約7的pH值，及去離子水。該基材係於約0.3 psi的一第二接觸壓力、一約14 rpm 之第二平台轉動速率、一約29 rpm之第二承載頭轉動速率及一約2.4伏特之第二偏壓下與該第二研磨物件接觸。原先沉積在基材表面上的過量鎢層可被移除而留下該阻障層及該鎢溝渠。 50

200530381 實施例2 : 在一 REFLEXION®系統（購自美商應用材料公州，聖塔卡拉市）的改良製程室中以下列研磨組合物直徑 3 0 0 毫米的鍍鎢基材以將其平坦化。將一 4，000A厚之鎢層的基材放置在一設備的承載頭上，具有一第一平台其上置放了一第一研磨物件。以一毫升/分鐘的速率將一第一研磨組合物供應至該平# 該第一研磨組合物包含：約3%(體積％)的硫酸；約4%(體積°/〇)的磷酸；約2.8%(重量％)的檸檬酸銨；約2°/〇(重量％)之乙二胺；氩氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值去離子水。該基材係於約0.3 psi的一第一接觸壓力、一約之第一平台轉動速率、一約39 rpm之第一承載頭轉及一約2.9伏特之第一偏壓下與該第一研磨物件接磨該基材並檢視之。該鎢層厚度被降至約1，〇〇〇人。將該基材轉送至一第二平台，其上有一第二件。以一約3 0 0毫升/分鐘的速率將一第二研磨組合至該平台上，且該第二研磨組合物包含：約2%(體積°/〇)的硫酸；約2.5°/〇(體積％)的磷酸；司，加研磨一具有約該設備約 250 〖上，且，及 20 rpm 動速率觸。研研磨物物供應 51

200530381 約〇·5%(重量❻/。）的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供大於約6及低於約7的ρΗ值，及去離子水。該基材係於約〇.3pSi的一第二接觸壓力、一約之第二平台轉動速率、一約29rpm之第二承載頭轉動逮率及一約2.4伏特之第二偏壓下與該第二研磨物件接觸。原先沉積在基材表面上的過量鎢層可被移除而留下該阻障層及該鎢溝渠。實施例3 : 在一 REF LEX ION⑧系統（購自美商應用材料公司，加州’聖塔卡拉市）的改良製程室中以下列研磨組合物研磨一直徑 3 0 0毫米的鍍鎢基材以將其平坦化。將一具有約 4,000 A厚之鎢層的基材放置在一設備的承載頭上，該設備具有一第一平台其上置放了一第一研磨物件。以一約25 0 毫升/分鐘的速率將一第一研磨組合物供應至該平台上，且該第一研磨組合物包含：約2.5%(體積％)的硫酸；約3%(體積％)的磷酸；約2.4%(重量％)的檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。該基材係於約0.3 psi的一第一接觸壓力、一約20 rpm 52 200530381 之第一平台轉動速率、一約39 rptn之第一承載頭轉動速率及一約2.9伏特之第一偏壓下與該第一研磨物件接觸。研磨該基材並檢視之。該鎢層厚度被降至約1，〇〇〇人。將該基材轉送至一第二平、台’其上有一第二研磨物件。以一約300毫升/分鐘的速率將一第二研磨組合物供應至該平台上，且該第二研磨組合物包含：約1.5%(體積％)的硫酸；

約2.5%(體積％)的磷酸；約0.5%(重量％)的檸檬酸銨；氫氧化卸以提供介於約6.4至約6·8之間的pH值，及去離子水。該基材係於約〇.3psi的一第二接觸壓力、一約i4rpm 之第二平台轉動速率、一約29 rpm之第二承載頭轉動速率及一約2.4伏特之第二偏壓下與該第二研磨物件接觸。原先沉積在基材表面上的過量鎢層可被移除而留下該阻障層及該鶴溝渠。實施例4 : 在一 REFLEXION®系統（購自美商應用材料公司，加州，聖塔卡拉市）的改良製程室中以下列研磨組合物研磨一直徑 3 00毫米的鍍鎢基材以將其平坦化。將一具有約 4,00 0A厚之鎢層的基材放置在一設備的承載頭上’該設備具有一第一平台其上置放了一第一研磨物件。以一約250 毫升/分鐘的速率將一第一研磨組合物供應至該平台上’且 53 200530381 該第一研磨組合物包含：約3%(體積％)的硫酸；約3°/。（體積％)的磷酸；約2%(重量％)的檸檬酸銨；約2%(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8至約9之間的pH值，及去離子水。

該基材係於約0.3 psi的一第一接觸壓力、一約20 rpm 之第一平台轉動速率、一約39 rpm之第一承載頭轉動速率及一約2.9伏特之第一偏壓下與該第一研磨物件接觸。研磨該基材並檢視之。該鎢層厚度被降至約1，〇〇〇人。將該基材轉送至一第二平台，其上有一第二研磨物件。以一約300毫升/分鐘的速率將一第二研磨組合物供應至該平台上，且該第二研磨組合物包含：約2%(體積％)的硫酸；約2%(體積°/〇)的磷酸；約0.5%(重量％)的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供介於約6.4至約6.8之間的pH值，及去離子水。該基材係於約0.3 psi的一第二接觸壓力、一約14 rpm 之第二平台轉動速率、一約29 rpm之第二承載頭轉動速率及一約2.4伏特之第二偏壓下與該第二研磨物件接觸。原先沉積在基材表面上的過量鎢層可被移除而留下該阻障層及該鎢溝渠。 54 200530381 實施例5 :

在一 REFLEXION®系統（購自美商應用材料公司，加州，聖塔卡拉市）的改良製程室中以下列研磨組合物研磨一直徑3 00毫米的鍍鎢基材以將其平坦化。將一具有約 4，00 0 A厚之鎢層的基材放置在一設備的承载頭上，該設備具有一第一平台其上置放了一第一研磨物件。以一約25〇毫升/分鐘的速率將一第一研磨組合物供應至該平台上，且該第一研磨組合物包含：約2%(體積％)的硫酸；約2%(體積％)的磷酸；約2%(重量％)的檸檬酸銨；約2°/〇(重量％)之乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約8.4至約8·9之間的pH值，及去離子水。該基材係於約〇·3 psi的一第一接觸壓力、一約2〇 rpm 之第一平台轉動速率、一約39 rpm之第一承載頭轉動速率及一約2.9伏特之第一偏壓下與該第一研磨物件接觸。研磨該基材並檢視之。該鶴層厚度被降至約人。將該基材轉送至一第二平台，其上有一第二研磨物件。以一約300亳升/分鐘的速率將一第二研磨組合物供應至該平台上，且該第二研磨組合物包含·· 約1%(體積％)的硫酸；約1.5%(體積％)的磷酸； 55 200530381 約〇.5%(重量。/。）的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供介於約6.4至約6.8之間的pH值，及去離子水。該基材係於約〇·3 psi的一第二接觸壓力、一約M巧出之第二平台轉動速率、一約29rpmi第二承載頭轉動速率及一約2.4伏特之第二偏壓下與該第二研磨物件接觸。原先沉積在基材表面上的過量鎢層可被移除而留下該阻·障層及該鎢溝渠。雖然本發明已用本發明之實施例被明確地示出及說明，但熟習此技藝者將可瞭解的是上述在形式及細節上之其它形式與細節上的改變可在不偏離本發明的範圍及精神下被達成。因此，本發明並不侷限於所示及所說明的特定形式與細冑’而是落在由以下的申請專利範圍所界定的範圍内。【圖式簡單說明】第1 A及1B圖分別示出蝕刻凹陷及淺碟形現象；第2圖示出-電化學機械研磨平坦化系統的平面圖；第3圖示出第2圖系絲夕一、、’、一第一電化學機械研磨平扭化（ECMP)工作站的截面圖；深卞坦第4A圖不出穿過兩接 , 旰〈該第一：ECMP站的瓿分截面示意圖；第4B-C圖示出一接觸組 ^ 貫例的截面π意圖； 56 200530381 第4D-E圖示出栓塞的截面示意圖；第5 A及5 B圖分別示出一接觸組件實例的側面、放大及截面示意圖；第6圖為一接觸元件的實例；第7圖示出一 ECMP站另一實例的垂直截面示意圖；及

第8A-8D圖分別示出依據一實例在一基材上執行.之研磨製程的分段截面示意圖。

【主要元件符號說明】 100 102 104 106 108 110 114 116 118 120 122 - 800 124 128 、 130 、 132 平坦化系統工廠介面裝載機器人平坦化模組控制器中央處理單元記憶體支持電路清潔模組晶圓E 介面機器人基材輸入模組電化學機械平坦化站 57 200530381

134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 188 202 204 206 210 214 222 224 230 232 238 242 246 旋轉台移送站第一側機械底座輸入緩衝站輸出緩衝站移送機器人裝載杯組件臂平坦化頭組件控制環境封圍驅動系統平坦化頭氣室孔座研磨墊組件固定環平台組件馬達轴承電源觀測窗電解液源 58 248 200530381

250 254 260 290 292 302 304 306 308 3 14 316 326 344 348 350 352 354 356 358 368 392 394 422 424 接觸組件感應器頂面平坦部份電極中空室轉接器球第一端接觸元件夾座座爪溝槽墊結構上層聚合物基質導電顆粒室孔停止件喷嘴螺柱張開的頭 59 200530381

602 平台 604 研磨墊組件 610 導電墊 612 ***墊 614 電極 810 介電層 820 狹窄特徵定義 830 寬特徵定義 840 阻障層 850 研磨組合物 860 導電層 865 、 875 導電溝渠 870 高丘 880 低丘 890 聚鎢層 60

Claims

200530381 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以自一基材表面移除至少一部份合物，其至少包含：介於約 0.2%(體積％)至約 5 %(體積％)之間之衍生物；介於約 0.2%(體積％)至約5%(體積°/〇)之間之衍生物；介於約 0.1 %(重量％)至約 5°/〇(重量％)之間鹽；一 pH值調節劑用以提供介於約3至約8之及一種溶劑。 2.如申請專利範圍第1項所述之組合物，酸鹽包括檸檬酸銨且該pH值調節劑包括氫氧 3.如申請專利範圍第1項所述之組合物，物包含：介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的介於約0.5%(重量％)至約2°/。（重量％)之間的該pH值調節劑用以提供介於約6至約7之鶴材料的組的硫酸或其的磷酸或其的一檸檬酸間的pH值；其中該檸檬化鉀及其之其中該組合硫酸；磷酸；檸檬酸銨；間的pH值； 61 200530381 及一種溶劑。 4. 一種用以自一基材表面移除至少一部份鎢材料的組合物，其至少包含：介於約 0.2°/〇(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸或其之衍生物；

介於約 0.2%(體積％)至約5°/◦(體積％)之間的磷酸或其之衍生物；介於約 0.1%(重量°/〇)至約 5°/〇(重量％)之間的一檸檬酸鹽；介於約 0.5%(重量°/〇)至約 5%(重量％)之間的一螯合劑，其具有一或多個選自胺基、酼胺基及其之組合的官能基；一 pH值調節劑用以提供介於約6至約10之間的pH

一種溶劑。 5.如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該螯合劑係選自由乙二胺、二乙三胺、其之衍生物及其之組合所組成之群組中。 6.如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該組合 62 200530381 物包含：介於約1%(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸；介於約1%(體積°/〇至約5%(體積％)之間的磷酸；介於約1%(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供介於約6至約1 0之間的pH值；及去離子水。

7.如申請專利範圍第6項所述之組合物，其中該組合物包含：介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫酸；介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的磷酸；介於約1%(重量％)至約3°/〇(重量％)之間的檸檬酸銨；介於約1%(重量％)至約3%(重量％)之間的乙二胺；氫氧化鉀以提供介於約7至約9之間的pH值；及去離子水。

8.如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該組合物更包含一抗蚀刻劑。 9. 一種處理一基材的方法，其至少包含：將一具有一鎢層形成於其上之基材置於一處理設備中，該設備包括一第一電極及一第二電極，其中該基材係與該第二電極間有電性接觸； 63 200530381 在該第一電極盘贫一。暴材間提供一研磨組合物，其中該研磨組合物包含：硫酸或其之衍生物；磷酸或其之衍生物；第一螯合劑其包括一有機鹽類；一 PH值調節劑以提供介於約2至約1〇間之pH值；及

一種溶劑；使該基材與一研磨物件接觸；在該基材與該研磨物件間提供一相對運動；在該第一電極與該第二電極間施加一偏壓；以及自該鎢材料層上移除鎢材料。 10.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中使該基材與一研磨物件接觸的步驟包含在該基材與該研磨物件間施加一約為lpsi或更低的壓力。 1 1 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該研磨組合物係以一介於約100毫升/分鐘至約400毫升/分鐘的流速供應。 1 2·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該提供相對運動的步驟包含以約7 rpm至約50 rpm的速度轉動該研 64

200530381 磨物件及以約7 rpm至約7〇 rpm的速度轉動該基材 1 3 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該壓的步驟包含在該第一及第二電極間施加一介於約特至約4.5伏特間的偏壓電位。 14.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中有係選自由檸檬酸銨、檸檬酸卸、其之衍生物及其之組成之群組中，且該pH值調節劑係選自氫氧化鉀化錄及其之組合所組成之群組中。 1 5 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該合物包含：介於約0.2 %(體積％)至約5%(體積％)之間的硫之衍生物；介於約0 · 2 % (體積％)至約5 % (體積％)之間的磷之衍生物；介於約0.1%(重量°/。）至約5%(重量％)之間的一合劑其包含一有機鹽；一 PH值調節劑用以提供介於約2至約8之間的及一種溶劑。施加偏 1.8伏機鹽類組合所、氫氧研磨組酸或其酸或其第一螯 pH值； 65

200530381 16.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中：該硫酸或其之衍生物係包含硫酸；該磷酸或其之衍生物係包含磷酸；該第一螯合劑係包含檸檬酸銨；該pH值調節劑係包含氩氧化钟；及去離子水。 1 7·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中該研磨組合物包含：介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的硫酸；介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的磷酸；介於約0.5%(重量％)至約2%(重量％)之間的檸檬酸銨；氫氧化鉀以提供介於約6至約7之間的pH值；及去離子水。 1 8 ·如申請專利範圍第9項所述之方法，其更包含一第二螯合劑，其具有一或多個選自胺基、醯胺基及其之組合的官能基。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第二螯合劑係選自由乙二胺、二乙三胺、其之衍生物及其之組合所組成之群組中。 66 200530381 20·如申請專利範圍第is項所述之方法，其中該研磨組合物包含：介於約1%(體積％)至約5%(體積°/〇之間的硫酸或其之衍生物；介於約1%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸或其之衍生物；

介於約1%(重量◦/〇)至約5%(重量％)之間的一第一螯合一 PH值調節劑以提供介於約6至約1 〇之間的pH值；及一種溶劑。 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中·· 該硫酸或其之衍生物係包含硫酸；該磷酸或其之衍生物係包含磷酸；該第一螯合劑係包含檸檬酸銨；該第二螯合劑係包含乙二胺；該PH值調節劑係包含氫氧化鉀；及去離子水。 22·如申請專利範圍第2〇項所述之方法，其中該研磨組合物包含：介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫酸； 67 200530381 介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的磷酸；介於約1%(重量％)至約3%(重量％)之間的檸檬酸銨；介於約1%(重量％)至約3%(重量％)之間的乙二胺；氩氧化鉀以提供介於約7至約9之間的pH值；及去離子水。

2 3 .如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該組合物更包含一抗蝕刻劑。 24. —種處理一基材的方法，其至少包含：將一具有一鎢層形成於其上之基材置於一處理設備中，該設備包括一第一電極及一第二電極，其中該基材係與該第二電極間有電性接觸；藉由至少包含以下步驟的一製程研磨該基材以去除至少一第一部份之該鎢層，該製程包含：在該第一電極與該基材間提供一第一研磨組合物，其中該第一研磨組合物包含：硫酸或其之衍生物；磷酸或其之衍生物；一第一螯合劑其包括一有機鹽類；一第二螯合劑其具有一或多個選自胺基' 醯胺基及其之組合的官能基；一 pH值調節劑以提供介於約6至約1 0間之pH 68 200530381 值；及一種溶劑；在該基材與一研磨物件間之第一壓力下使該基材與該研磨物件接觸；在該基材與該研磨物件間提供一第一相對運動；在該第一電極與該第二電極間施加一第一偏壓·，以及

藉由至少包含以下步驟的一製程研磨該基材以去除至少一第二部份之該鎢層，該製程包含：在該第一1¾與該基材間提H二研磨組合物，其中該第—研磨組合物包含：硫酸或其之衍生物；碌酸或其之衍生物；該第一螯合劑其包括—有機鹽類；該PH值調節劑以提供介於約2至約8間之pH 值；及一種溶劑；在該基材與一研磨版彳生％ > & W僧物件間之第二壓力下使該基材與該研磨物件接觸；在該基材與該研磨物件間提供一第二相對運動；在該第-電極與該第二電極間施加一第二偏壓。 2 5 ·如申請專利範圍第 24項所述之方法，其中該第一及 69

200530381 第二壓力包含約lpsi或更低之壓力。 26·如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第一第二研磨組合物係以一介於約1 0 0毫升/分鐘至約4 0 0毫 /分鐘的流速供應。 2 7·如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該提供一及第二相對運動的步驟包含以約7 rpm至約50 rpm的度轉動該研磨物件及以約7 rpm至約70 rpm的速度轉動基材。 2 8.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中施加該一偏壓的步驟包含在該第一及第二電極間施加一介於 1.8伏特至約4.5伏特間的偏壓電位，且施加該第二偏壓步驟包含在該第一及第二電極間施加一介於約1.8伏特約2.5伏特間的偏壓電位。 2 9.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該有機類係選自由檸檬酸銨、檸檬酸鉀、其之衍生物及其之組所組成之群組中，且該pH值調節劑係選自氫氧化鉀、氧化銨及其之組合所組成之群組中。 30.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第一及升第速該第約的至鹽合氫研 70 200530381 磨組合物包含：介於約1%(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸；介於約1%(體積％)至約5%(體積。/◦)之間的磷酸；介於約1%(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸銨；介於約0_ 5%(重量％)至約5%(重量％)之間的乙二胺；一 pH值調節劑用以提供介於約6至約10之間的pH 值；及

3 1 .如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第一研磨組合物包含：介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的硫酸；介於約1%(體積％)至約3%(體積％)之間的磷酸；介於約1% (重量％)至約3%(重量％)之間的檸檬酸銨；介於約1%(重量％)至約3%(重量％)之間的乙二胺；

氩氧化鉀以提供介於約7至約9之間的pH值；及去離子水。 32.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第二研磨組合物包含：介於約0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸；介於約0.2 %(體積。/。）至約5%(體積°/〇)之間的磷酸；介於約0.1 %(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸銨； 71 200530381 一 Ρ Η值調節劑用以提供介於約2至約8之間及去離子水。的pH值；

33·如申請專利範圍第24項所述之方法，其中磨組合物包含：介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的硫介於約0·5%(體積％)至約2%(體積％)之間的磷介於約0.5%(重量％)至約2%(重量％)之間的稍氫氧化鉀以提供介於約6至約7之間的ρ η值去離子水。 34.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中研磨組合物更包含一抗蚀刻劑。

35.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中研磨組合物更包含一抗蚀刻劑。該第二研酸；酸；檬酸銨； •，及該該第一該該第二 36. —種處理一基材的方法，其至少包含·· 將一具有一鎢層形成於其上之基材置於一中’該設備包括一第一電極及一第二電極，其中與該第二電極間有電性接觸；在該第一電極與該基材間提供一研磨組合物，處理設備該基材係其中該研 72 200530381 磨組合物包含：硫酸或其之衍生物；磷酸或其之衍生物；一第一螯合劑其包括一有機鹽類；一 pH值調節劑以提供介於約3至約8間之pH值；及一種溶劑；

在該基材表面形成一聚鎢層；在該基材與一研磨物件間之一接觸壓力下使該基材與該研磨物件接觸；在該基材與該研磨物件間提供一相對運動；以及在該第一電極與該第二電極間施加一偏壓。 3 7.如申請專利範圍第3 6項所述之方法，其中該聚鎢層係以比移除該鎢材料所需速率更低的速率被移除。

38.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該接觸壓力係介於約0 · 0 1 p s i及約1 p s i之間。 3 9.如申請專利範圍第3 6項所述之方法，其中該研磨組合物係以一介於約1 0 0毫升/分鐘至約4 0 0毫升/分鐘的流速供應。 73 200530381 4 0.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該提供相對運動的步驟包含以約7 rPm至約50 rPm的速度轉動該研磨物件及以約7 rPm至約70 rPm的速度轉動該基材。 41.如申請專利範圍第24項所述之方法，其更包含一第二螯合劑，其具有一或多個選自胺基、醯胺基及其之組合的官能基。

42.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該研磨組合物包含：介於約0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的硫酸；介於約0.2%(體積％)至約5%(體積％)之間的磷酸；介於約0.1 %(重量％)至約5%(重量％)之間的檸檬酸錄；一 pH值調節劑以提供介於約3至約8之間的pH值；及

43.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該研磨組合物包含：介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的硫酸；介於約0.5%(體積％)至約2%(體積％)之間的磷酸；介於約0.5%(重量％)至約2%(重量％)之間的檸檬酸敍；氫氧化鉀以提供介於約6至約7之間的PH值；及 74 200530381 去離子水。 44.如申請專利範圍第3 6項所述之方法，其中該研磨組合物更包含一抗触刻劑。

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