CN101356628B - 用于对金属膜进行平坦化的高通量化学机械抛光组合物 - Google Patents

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Abstract

化学机械抛光的方法，包括单个步骤I的CMP浆料制剂，用于对其上优选沉积铜的微电子器件结构进行平坦化。该方法包括使用具有氧化剂、钝化剂、磨料和溶剂的第一CMP浆料制剂进行的铜层体相去除，以及使用包括第一CMP浆料制剂和至少一种额外添加剂的制剂进行的微电子器件结构的软抛光和过抛光。本发明所述的CMP方法提供了高的铜去除速率、相对低的阻挡材料去除速率、合适的材料选择性范围，从而在开始暴露阻挡材料时最大程度地减少铜凹陷，得到良好的平坦化效率。

Description

用于对金属膜进行平坦化的高通量化学机械抛光组合物
技术领域
本发明涉及化学机械抛光(CMP)组合物和对微电子器件的抛光方法，更具体而言，涉及在抛光处理期间改变CMP组合物中添加剂的浓度、从而改变CMP组合物对所述器件的摩擦系数和/或选择性的方法。
相关技术的描述
在半导体制造中使用不同类型的材料作为晶片基板上的微电子器件结构元件的构造材料(例如，互连线、触点、电极、导电通孔、场发射器基层等)。例如，相对于铝及铝合金而言，铜由于其具有较高的电导率，且具有增大的抗电迁移能力，其迅速成为半导体制造中的首选互连金属。
通常情况下，在半导体制造中引入铜的工艺设计涉及镶嵌方法，其中是在介电材料中蚀刻出图样(features)，用无图案的金属化物进行填充，移除表面的金属化物以分离出图样。在双镶嵌工艺中采用单次填充形成插头和连线。由于铜具有向介电材料中扩散的倾向，从而导致漏损，因此通常使用诸如Ta和/或TaN的阻挡物/衬里层来密封铜互连线并阻止不利的Cu迁移。沉积阻挡层材料之后，通过物理或化学气相沉积的方法在衬里材料上沉积薄铜籽层，接着进行铜的电沉积以填充图样。
随沉积的铜填充蚀刻的图样时，在整个层的表面处形成高度差异或形貌，具有凸起和凹陷区。尔后必须去除沉积的过载铜，从而电隔离出单独的电路图样，并赋予其在成品半导体产品制造中适应后续工艺步骤的合适形式，这也是为了能在其所在的微电路中实现满意的操作。平坦化通常涉及化学机械抛光(CMP)，使用为此目的配制的CMP组合物。
化学机械抛光或平坦化是从半导体晶片的表面上去除材料的过程，通过将诸如磨耗的物理过程与诸如氧化或螯合的化学过程结合而使表面被抛光(平坦化)。在其最基本的形式中，CMP涉及对晶片表面或抛光垫施加浆料，具体而言施加磨料和活性化学试剂的溶液，从而实现多余材料的去除和晶片表面的平坦化，所述的抛光垫用来对半导体晶片表面结构上的不同材料进行抛光。去除或抛光过程为纯粹物理或纯粹化学的过程均不可取，优选的是两者的协同组合，这是为了实现快速、均匀的去除，得到构造材料的平坦表面。
由于铜与例如Ta、TaN等的阻挡层之间的化学活性不同，通常在铜CMP工艺中使用两种化学上迥异的浆料。步骤I浆料用于迅速地使形貌平坦化并均匀地除去铜，步骤I抛光止于阻挡层。步骤II浆料以高去除速率去除阻挡层材料，并止于介电层，或者止于盖层(Cap Layer)，施加的所述盖层是用以保护电介质的。
用于铜的平坦化及抛光的步骤I化学机械抛光(CMP)组合物通常为在溶剂介质中包含合适类型磨料的浆料形式，所述合适类型的磨料例如为选自于二氧化硅、氧化铝以及其它氧化物和陶瓷(非金属)材料的磨料，所述溶剂介质包含一种或多种例如水、有机溶剂等的溶剂物质。通常情况下，步骤I浆料具有高的铜去除速率，铜对阻挡材料的去除速率选择性大于100∶1，例如为约100∶1至约400∶1。在步骤I期间，体相铜被迅速去除，通常其后是“软着陆(soft landing)”或“触地”，籍此抛光机的下压力(downforce)减小，直到暴露下面的阻挡材料，而这可以利用终点检测系统来确定，所述终点检测系统包括但不限于光学、扭矩或涡流终点或任何其它的系统，本领域的技术人员对此易于确定。尽管已检测到终点，标志着阻挡层的暴露，但仍存留着必须予以去除的过载的铜，因此可能要实施过抛光步骤。遗憾的是，“软着陆”和过抛光步骤往往会导致凹陷和/或侵蚀到铜图样的内部，由此导致晶片表面平坦度及均匀性的损失。当铜与阻挡材料的去除速率有差异时会发生凹陷，由此过多的铜被去除，使得图样中的铜表面相对于微电子器件晶片的阻挡物和/或介电表面凹进。当过多的介电材料被去除时发生氧化物侵蚀。为了在整个晶片表面上获得均匀的平坦化效果，即，凹陷和/或侵蚀最小化，除了例如下压力的机械调整之外，对于待去除材料具有合适选择性的抛光制剂也很重要。
由于铜和阻挡层材料的机械及化学特性的不同，在本领域中需要改进的CMP组合物及晶片表面的平坦化工艺，从而调和去除速率，同时保持平坦化表面具有可接受的形貌，尤其是在“软着陆”和过抛光步骤期间。
发明概述
本发明涉及化学机械抛光的方法，用以对微电子器件基板、优选其上具有铜的器件基板进行抛光。本发明大体上涉及CMP处理，其中在第一CMP处理步骤期间使用第一CMP组合物，在第二CMP处理步骤期间使用包含第一CMP组合物和至少一种添加剂的第二CMP组合物。
本发明的一个方面涉及CMP方法，该方法包括在第一CMP处理步骤(例如步骤I)中使用第一浆料制剂，在第二CMP处理步骤(例如“软着陆”和过抛光步骤)期间将添加剂后续加入到该制剂中。
本发明的另一方面涉及对微电子器件表面的抛光方法，所述方法包括：
(a)在第一化学机械抛光(CMP)条件下使所述表面与第一CMP组合物接触足够的时间；和
(b)在第二CMP条件下使所述基板与第二CMP组合物接触，其中第二CMP组合物包含所述第一CMP组合物和添加剂的混合物。
优选的是，添加剂包括选自去离子水、有机溶剂、流变剂、pH调节剂、钝化剂、摩擦剂及其组合的物质。
在一个优选的实施方案中，本发明涉及在台板(platen)上对微电子器件基板的抛光方法，所述方法包括：
(a)在第一化学机械抛光(CMP)条件下使基板与第一CMP组合物接触足够的时间，所述第一CMP组合物有效用于对基板进行平坦化和从基板上去除材料；和
(b)于同一台板上在第二CMP条件下使基板与第二CMP组合物接触足够的时间，所述第二CMP组合物包含通过原位添加至少一种添加剂而改性的第一CMP组合物，所述至少一种添加剂选自有机溶剂、pH值调节剂、流变剂、螯合剂、钝化剂、摩擦剂及其组合，
其中所述第二CMP组合物有效用于去除过载材料并暴露出阻挡材料层，且其中第二CMP组合物的材料静态蚀刻速率低于第一CMP组合物。
优选的是，所述的材料包括铜。
还在另一方面中，本发明涉及制造微电子器件的方法，所述方法包括：在第一化学机械抛光(CMP)条件下使其上具有待平坦化材料的微电子器件基板与第一CMP组合物接触足够的时间，所述第一CMP组合物有效用于对材料进行平坦化，以及在第二CMP条件下使基板上的所述材料与第二CMP组合物接触足够的时间，所述第二CMP组合物有效用于去除过载材料并暴露出阻挡材料层，其中第二CMP组合物包含所述第一CMP组合物与至少一种添加剂的混合物。本发明的再一方面涉及制造微电子器件的方法，所述方法包括：(a)使用第一CMP组合物在微电子器件基板上实施第一CMP处理步骤，(b)使用第二CMP组合物在所述微电子器件基板上实施第二CMP处理步骤，所述第二CMP组合物包含所述第一CMP组合物和至少一种添加剂；以及(c)对所述基板进行后续处理，从而形成微电子器件。
本发明又一方面涉及改进的微电子器件和结合了这种器件的产品，它们是通过采用本文中描述的方法和/或组合物制造的。
本发明的另一方面涉及用于对含金属的膜进行平坦化的组合物，所述组合物包含氧化剂、抑制剂、磨料、溶剂和CMP残留物，其中所述CMP残留物优选包括含金属的膜中的金属。在一个优选的实施方案中，本发明的这一方面涉及用于对铜膜进行平坦化的组合物，所述组合物包含氧化剂、抑制剂、磨料、溶剂和铜CMP残留物。
参考随后的公开内容及所附的权利要求可以更显而易见本发明的其它方面、特点和实施方案。
附图简述
图1A-1D所示为以
Figure 2006800364020_3
min-1表示的铜去除速率和相对于平均铜去除速率的百分比偏差，其为在沿微电子器件晶片的二等分线的点上的体相铜去除，步骤IA制剂的流速为200mL min-1(图1A)、150mL min-1(图1B和1C)和100mL min-1(图1D)。
图2以图解的方式显示相对于步骤IA制剂流速(mL min-1)的铜去除速率(
Figure 2006800364020_4
min-1)和百分比晶片内不均匀度(WIWNU)。
图3为根据本发明的步骤IA制剂/包含流变剂的溶液的在线混合装置的示意图。
图4A-4D所示为以
Figure 2006800364020_5
min-1表示的铜去除速率和相对于平均铜去除速率的百分比偏差，其为在沿晶片的二等分线的点上，3psi的下压力(图4A和4B)下的体相铜去除，以及2psi的下压力(图4C和4D)下的“软着陆”。
图5所示为摩擦系数的变化，所述变化是由在增加保持于120rpm的抛光设备的下压力时引入甘氨酸作为摩擦剂引起的。
图6示出了摩擦系数的变化，所述变化是由在增加恒定rpm的抛光设备的下压力时在不同的CMP组合物中引入甘氨酸作为摩擦剂引起的。
图7以图解的方式显示铜表面相对于其它材料的摩擦系数的增大，所述的增大是由在增加恒定rpm的抛光设备的下压力时引入甘氨酸作为摩擦剂引起的。
图8以图解的方式显示TaN和SiON表面的摩擦系数的增大，所述的增大是由在增加恒定rpm的抛光设备的下压力时引入摩擦剂而增加了对TaN和SiON表面的敏感度引起的。
图9所示为CER4浆料的稀释对3psi下的铜去除速率(埃/分钟)的影响。
图10显示当稀释因子增加时，铜去除速率减小。
图11为显示包括相对于稀释因子的凹陷速率(dishing rate)、无图案铜去除速率和无图案铜去除速率/凹陷速率的多重结果图。
图12显示使用CER 4浆料时，稀释与未稀释的溶液比较时铜去除速率的减小。
图13为显示当稀释因子增加(浆料浓度减小)时凹陷速率大大减小的图表。
图14为显示在1psi下使用稀释和未稀释形式的CER 4溶液的抛光结果图。
图15为显示相对于(2∶1)稀释度的去除速率和这种稀释的方法图。
图16为显示CER 6溶液稀释前后的凹陷选择性的两个图表。发明详述及其优选实施方案
本发明涉及改进的化学机械抛光浆料及方法。一个优选的实施方案涉及CMP方法，所述方法提供高的铜去除速率、相对低的衬里材料去除速率、合适的材料选择性范围，从而使阻挡物暴露开始时铜凹陷最小化，得到良好的平坦化效率。
本文中定义的“软着陆”或“触地”对应于步骤I抛光方法中的某些点，在这些点可减小抛光机的下压力和/或引入试剂以减少铜的凹陷和/或侵蚀。优选的是，当阻挡材料之上的铜层厚度已降到约0.5μm至约0.05μm范围时可实行软着陆。
本文中的“约”意指对应于规定值的±5％。
本文中的“微电子器件”对应于半导体基板、微电子封装、存储器件、平板显示器和微机电系统(MEMS)。应该理解的是，术语“微电子器件”并不具有任何方式的限制意义，包括最终将成为微电子器件的任何基板。
本文中定义的“阻挡层材料”对应于本领域中用于密封金属线(例如铜互连线)、从而使所述金属(例如铜)向介电材料内的扩散最少化的任何材料。优选的阻挡层材料包括钽、钛、钌、铪、钨和其它难熔金属以及它们的氮化物和硅化物。在本发明广泛描述的下文中具体涉及到的钽旨在提供本发明的说明性实例，不意味着以任何方式进行限制。在一个特别优选的实施方案中，阻挡层材料基本上不含有钨。本文中定义的“基本上不含有”对应的是，基于所述阻挡层材料的总重量而言，低于组合物的约0.5wt.％，更优选低于组合物的0.05wt.％，最优选低于组合物的0.005wt.％。
在软着陆之后实施“过抛光”，用以从阻挡材料的表面上去除铜残留物，同时最大程度地减少铜图样的额外凹陷或侵蚀。
本文中的“适合于”对体相铜进行平坦化并去除微电子器件上的过载铜对应于至少部分地从微电子器件上去除所述的铜。优选的是，使用本发明的组合物从微电子器件上去除至少90％的铜，更优选去除至少95％的铜，最优选去除至少99％的铜。
本文中的在对体相铜进行平坦化“之后”稀释CMP组合物对应的是恰在软着陆步骤前、在软着陆步骤期间和/或在过抛光步骤期间。
本文中的晶片内不均匀度(WIWNU)对应于整个晶片上材料去除的变化的量度。更具体地说，WIWNU为49个测量点上的Cu去除量相对于该49个测量点上的平均Cu去除量的百分比标准偏差，所基于的是所述49个测量点上的平均Cu去除量。优选的是，WIWNU小于约5％。
重要的是，本发明不局限在用于含铜层。预计本文中描述的方法可用于对微电子器件晶片表面上的其它层均匀地进行平坦化，所述的其它层包括但不限于钨、铝、银、金、铂、钽、氮化钽、氮化硅钽、硅化物、钛、氮化钛、钌、钯、铪、TEOS、USG、FSG、BPSG、PSG、OSG、氮化硅、其它低-k电介质、坡莫合金、氧化铝等。在CMP工艺为对无图案的或图案化的层进行平坦化的任何情况下，该方法都具有潜在的益处。应该理解的是，下文中涉及到铜不意味着具有任何方式的限制意义。
在CMP中配制浆料以独立地控制待抛光图案的不同材料之间的相对抛光速率。例如，步骤I浆料用于快速去除体相铜并均匀地对形貌进行平坦化。步骤II浆料用于去除阻挡层材料、直到介电层，或者止于为保护电介质而施加的盖层，或去除盖层。有时在步骤I期间使用两种浆料，一种用来在台板1上去除体相铜(下文称步骤IA)，一种用来在台板2上在“软着陆”和过抛光(步骤IB)期间防止铜的凹陷和侵蚀。迄今已证明在步骤I的处理中使用两种浆料制剂是不利的，因为这增大了溶液的成本、储存及处理所需的条件。
本发明者先前描述了在体相铜去除和软着陆及过抛光期间均可使用的CMP浆料制剂，其中CMP浆料组合物包括流变剂(参见以KarlBoggs等人的名义于2003年5月12日提交的共同待决的美国专利申请No.10/436,381，其全部内容引入到本文中以供参考)。流变剂包括在CMP浆料中是为了调整CMP浆料的粘度和流体流动，而这对于软着陆及过抛光期间对凹陷和侵蚀的控制是至关重要的，然而，流变剂也降低了步骤IA期间的体相铜去除速率。
有鉴于此，本发明的一个实施方案涉及使用CMP制剂有效及均匀地对含铜的微电子器件晶片表面进行平坦化的方法。该方法包括使用体相铜去除用的CMP制剂来完成步骤IA的体相铜去除，接着使用软着陆或触地用的组合物来去除过载铜。在一个特别优选的实施方案中，步骤IA和步骤1B(即，软着陆及过抛光)发生在同一台板上。在下文中将详细描述软着陆或触地的组合物。
体相铜去除用的CMP制剂优选包括至少一种氧化剂、至少一种钝化剂、至少一种磨料、任选的至少一种螯合剂和任选的至少一种摩擦剂。重要的是，体相铜去除用的CMP制剂优选基本上不含有流变剂、过硫酸盐和磷酸。
在本发明的广泛实践中，体相铜去除用的CMP制剂可以包含至少一种氧化剂、至少一种钝化剂、至少一种磨料、任选的至少一种螯合剂和任选的至少一种摩擦剂，或由上述物质构成，或者基本上由上述物质构成。一般而言，对氧化剂、钝化剂、磨料、任选的螯合剂和任选的摩擦剂彼此之间的具体比例和用量可以作合适的改动，从而对微电子器件基板上的体相铜层提供理想的去除效果，在本领域的技术范围内无需进行过多的努力便可以容易地确定这一点。
本文里体相铜去除用的组合物中的磨料组分可以为任何合适的类型，包括但不限于：氧化物、金属氧化物、氮化硅、碳化物等。具体的例子包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铁、二氧化铈、氧化锆、氧化锡、二氧化钛以及两种或多种此类组分的混合物，其合适的形式例如为细粒、微粒、粒子或其它分立的形式。或者，所述磨料可以包括由两种或多种材料形成的复合粒子，例如NYACOL
Figure 2006800364020_6
氧化铝涂覆的胶体二氧化硅(Nyacol Nano Technologies，Inc.，Ashland，MA)。氧化铝为优选的无机磨料，可以勃姆石或过渡的δ、θ或γ相氧化铝的形式使用。可以利用有机聚合物粒子作为磨料，例如包括热固性和/或热塑性树脂。在本发明的广泛实践中适用的树脂包括环氧化物、氨基甲酸乙酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃和(甲基)丙烯酸树脂。可使用两种或多种有机聚合物粒子的混合物作为磨料介质，也可使用包含无机及有机组分的粒子，包括涂覆及掺杂的粒子。优选的是，选择磨料或对其进行改性，从而使之与酸性介质相容。在优选的实施方案中，本发明的磨料组分包括氧化铝涂覆的胶体二氧化硅。在特别优选的实施方案中，磨料材料的努氏(Knoop)标硬度小于1000，更优选小于800。
体相铜去除组合物的氧化剂包括能除去金属的电子并提升原子价的任何物质，包括但不限于过氧化氢(H2O2)、硝酸铁(Fe(NO3)3)、碘酸钾(KIO3)、高锰酸钾(KMnO4)、硝酸(HNO3)、亚氯酸铵(NH4ClO2)、氯酸铵(NH4ClO3)、碘酸铵(NH4IO3)、过硼酸铵(NH4BO3)、高氯酸铵(NH4ClO4)、高碘酸铵(NH4IO3)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)、四甲基亚氯酸铵((N(CH3)4)ClO2)、四甲基氯酸铵((N(CH3)4)ClO3)、四甲基碘酸铵(N(CH3)4)IO3)、四甲基过硼酸铵((N(CH3)4)BO3)、四甲基高氯酸铵((N(CH3)4)ClO4)、四甲基高碘酸铵((N(CH3)4)IO4)、四甲基过硫酸铵((N(CH3)4)S2O8)、过氧化氢脲((CO(NH2)2)H2O2)及其组合。本发明中体相铜去除组合物的优选氧化剂为过氧化氢。
或者，氧化剂可以包括式(R1R2R3N→O)的胺-N-氧化物，其中R1、R2、R3独立地选自于：H和C1-C8烷基。胺-N-氧化物的具体例子包括但不限于4-甲基吗啉-N-氧化物(C5H11NO2)、三甲基胺-N-氧化物、三乙基胺-N-氧化物、N-乙基吗啉-N-氧化物、N-甲基吡咯烷-N-氧化物和N-乙基吡咯烷-N-氧化物、吡啶-N-氧化物(C5H5NO)及其组合。
这里的体相铜去除组合物中所使用的术语螯合剂意指在含水的溶液存在下能溶解或蚀刻被氧化的铜材料的任何物质。在本发明中适用的铜螯合剂和/或蚀刻剂包括但不限于无机酸和有机酸、胺和氨基酸(即，丙氨酸、柠檬酸、乙酸、马来酸、草酸、丙二酸、丁二酸、次氮基三乙酸、亚氨基二乙酸、乙二胺和EDTA)及其组合。应该理解的是，如果对不同的材料进行平坦化，则螯合剂应有利于螯合所述材料和/或其离子。
本文中的术语钝化剂意指在CMP期间，能与新鲜的铜表面和/或氧化的铜薄膜发生反应、从而钝化铜层并防止铜表面的过度蚀刻的任何物质。优选的是，本发明体相铜去除组合物中的钝化剂组分可以包含一种或多种抑制剂组分，例如：三唑如1，2，4-三唑(TAZ)，用诸如C1-C8烷基、氨基、硫醇基、巯基、亚氨基、羧基及硝基的取代基取代的三唑，如苯并三唑、甲苯基三唑、5-苯基-苯并三唑、5-硝基-苯并三唑、3-氨基-5-巯基-1，2，4-三唑、1-氨基-1，2，4-三唑、羟基苯并三唑、2-(5-氨基-戊基)-苯并三唑、1-氨基-1，2，3-三唑、1-氨基-5-甲基-1，2，3-三唑、3-氨基-1，2，4-三唑、3-巯基-1，2，4-三唑、3-异丙基-1，2，4-三唑、5-苯基硫醇-苯并三唑、卤代苯并三唑(卤素＝F、Cl、Br或I)、萘并三唑等，以及噻唑、四唑、咪唑、磷酸酯、硫醇和吖嗪，如2-巯基苯并咪唑(MBI)、2-巯基苯并噻唑、4-甲基-2-苯基咪唑、2-巯基噻唑啉、5-氨基四唑、5-氨基-1，3，4-噻二唑-2-硫醇、2，4-二氨基-6-甲基-1，3，5-三嗪、噻唑、三嗪、甲基四唑、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、1，5-五亚甲基四唑、1-苯基-5-巯基四唑、二氨基甲基三嗪、咪唑啉硫酮、巯基苯并咪唑、4-甲基-4H-1，2，4-三唑-3-硫醇、5-氨基-1，3，4-噻二唑-2-硫醇、苯并噻唑、磷酸三甲苯酯、咪唑、苯并异二唑(indiazole)，以及它们的组合。诸如草酸、丙二酸、丁二酸、次氮基三乙酸、亚氨基二乙酸及其组合的二羧酸也是适用的钝化剂。重要的是，步骤I的CMP制剂中的三唑化合物与苯并三唑化合物之比最优选为小于1∶1或大于100∶1。在一个特定的实施方案中，钝化剂为5-氨基四唑(ATA)。应该理解的是，如果对不同的材料进行平坦化，则钝化剂应有利于钝化所述的材料。
在本发明的体相铜去除组合物和软着陆及过抛光组合物中所使用的溶剂可以为单组分溶剂或多组分溶剂，这取决于具体的应用情况。在本发明的一个实施方案中，体相铜去除用的CMP制剂中的溶剂是水。在另一实施方案中，溶剂包括有机溶剂，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油等。在又一实施方案中，溶剂包括水-醇溶液。为了提供溶剂化/悬浮介质，在本发明的通常实践中可以使用很多种的溶剂类型和具体的溶剂介质，其中在该溶剂化/悬浮介质中磨料被分散并引入其它的组分，以提供施用到CMP单元的台板上的合适特性(例如浆料形式)的组合物，从而对晶片基板上的铜提供理想的抛光水平。优选的是，在体相铜去除用的CMP制剂和软着陆及过抛光组合物中使用相同的溶剂。
在本发明的组合物中可任选使用碱进行pH值调节。举例来说，示例的碱包括氢氧化钾、氢氧化铵和四甲基氢氧化铵(TMAH)、四乙基氢氧化铵、三甲基羟乙基氢氧化铵、甲基三(羟乙基)氢氧化铵、四(羟乙基)氢氧化铵和苄基三甲基氢氧化铵。优选该碱为KOH。
优选的是，摩擦剂存在于体相铜去除用的CMP制剂中，并且当与体相铜去除用的CMP制剂中所用的组分组合时是相容和稳定的。更优选的是，摩擦剂改变溶液相对于暴露的可平坦化表面上的具体材料的摩擦系数，使之增大或减小。设想的摩擦剂包括甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、组胺酸、亮氨酸、谷氨酸、丝氨酸、缬氨酸和脯氨酸。在一个特别优选的实施方案中，摩擦剂包括甘氨酸。
基于组合物总重量而言，适用于体相铜去除的体相铜去除用CMP制剂按重量计的组成范围如下：
氧化剂            约0.1至约30wt.％；
钝化剂            约0.01至约10wt.％；
摩擦剂            0至约10wt.％
螯合剂            0至约10wt.％；和
磨料              约0.01至约30wt.％。
优选的是，当制剂中存在摩擦剂时，所述摩擦剂应至少有0.1wt.％。当制剂中存在螯合剂时，所述螯合剂应至少有0.1wt.％。
在优选的实施方案中，体相铜去除用的CMP制剂包括过氧化氢、ATA、氧化铝涂覆的胶体二氧化硅和作为摩擦剂的甘氨酸，其中包括的甘氨酸量可以在优选的压力、温度和抛光设备的机械运动下增大溶液的摩擦系数。在另一个优选的实施方案中，体相铜去除用的CMP制剂包括至少一种氧化剂、至少一种钝化剂、至少一种磨料、铜残留物和/或铜离子、任选的至少一种螯合剂和任选的至少一种摩擦剂。应该理解的是，如果对不同于铜的材料进行平坦化，则体相铜去除用的CMP制剂可以包括残留物或所述材料和/或其离子，而不是铜残留物和/或铜离子，或者体相铜去除用的CMP制剂除了铜残留物和/或铜离子外，还可包括残留物或所述材料和/或其离子。
快速去除体相铜层(与前述的软着陆同时发生)以后，(a)可以将含有流变剂的溶液引入到体相铜去除用的CMP组合物中，用于在同一个或不同的台板上的软着陆及过抛光，或(b)可以用至少一种“添加剂”通过在线混合或直接在台板上原位稀释体相铜去除用的CMP制剂，从而形成用在软着陆及过抛光步骤中的软着陆及过抛光组合物，所述至少一种“添加剂”选自去离子水、极性溶剂、pH调节剂、流变剂、螯合剂、钝化剂、摩擦剂及其组合，其中体相铜去除和软着陆及过抛光步骤在同一个或不同的台板上完成。
向体相铜去除用的CMP制剂中添加含有流变剂的溶液可以提供一种调节浆料粘度和流体流动的方法，所述流体流动包含一层浆料流过另一层的运动，其中粒子与晶片表面间的相互作用减小。在亚微米图样的平坦化期间可以相应地使用包括流变剂的软着陆及过抛光组合物控制凹陷和侵蚀现象。关于在CMP浆料组合物中包括流变剂的益处，更详尽的讨论可见于前述的共同待决的美国专利申请No.10/436,381中。
优选的是，当与体相铜去除用浆料中的组分组合时，本发明中所使用的流变剂是相容和稳定的。此外，流变剂在特定的pH值范围内及对特定的氧化剂来说应该是稳定的。优选的流变剂可溶于活性浆料组分中，且对晶片表面的化学物质是非活性的。
适用的流变剂包括但不限于交联的丙烯酸聚合物和水溶性聚合物(WSPs)。更具体地说，适用的流变剂包括Noveon的Carbopol系列聚合物(Cleveland Ohio)、改性纤维素衍生物、纤维素醚、淀粉衍生物、果胶衍生物及其它多糖、蛋白质及其它天然聚合物、聚丙烯酰胺、水溶性聚合物、聚电解质、表面活性剂及其组合。在优选的实施方案中，本发明最适用的流变剂选自于羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素及其组合。
在软着陆及过抛光组合物中，流变剂可增大粘度并组织其流动，从而减少垂直的流体运动。在优选的实施方案中，本发明所用的流变剂为分子量范围从1,000至1,000,000MW的羟丙基纤维素(HPC)。在本发明广泛描述的下文中具体涉及到的HPC旨在提供本发明的说明性实例，不意味着以任何方式进行限制。
在优选的实施方案中，软着陆及过抛光组合物包括体相铜去除用的CMP制剂，基于组合物总重量而言，还包括0.001至10％重量的流变剂。优选流变剂包括HPC。
因此，可以通过在线混合或直接在台板上将流变剂引入到体相铜去除用的CMP制剂中，从而形成用在同一或不同台板上的软着陆及过抛光组合物。选择体相铜去除用的CMP制剂与流变剂(或稀释剂)的比例，其目标为工艺针对性的组分浓度。该比例范围只受溶解度限制的制约。根据我们的处理经验，该比例的范围优选从约1∶1至10000∶1，对于流变剂的情况来说，体相铜去除用的CMP制剂与流变剂的比例更优选为约500∶1至约1500∶1。
在另一实施方案中，在CMP工艺的软着陆和/或过抛光步骤期间，可以在台板1和/或在第二台板上原位稀释CMP浆料组合物，这可通过在线混合或直接在台板上进行。为了在软着陆和/或过抛光步骤期间限制过度活泼的体相铜去除用CMP制剂，可以按单次稀释、连续或顺次的方式稀释本发明的体相铜去除用CMP制剂。稀释介质可以包括添加剂，包括去离子水、极性溶剂、pH调节剂、流变剂、螯合剂、钝化剂、摩擦剂及其组合，引入的量可减小铜去除的速度，还可减少表面的凹陷。稀释的类型及次数取决于所期望的最终抛光结果，可以从一步式稀释变化到十步或更多步式的稀释。或者，可以按连续的方式完成稀释，由此在软着陆和/或过抛光步骤期间连续地将添加剂加入到体相铜去除用CMP制剂中。在又一个备选方案中，浆料本质上不被稀释，而是制备出新的稀的体相铜去除用CMP制剂，以便在使用先前的浆料抛光之后向抛光用具中输送清洁、稀释的化学物质。
体相铜去除用CMP制剂和软着陆及过抛光组合物的pH值彼此可以相同或不同，可以为对所采用的具体抛光操作有效的任何合适的值。在一个实施方案中，组合物的pH值范围可以是约2至约11，更优选的范围是约2至约7.0，最优选的范围是约3至约6。本文中可考虑使用的pH值调节剂包括：前述的碱；酸，例如醋酸和硫酸；选自于邻苯二甲酸氢钾、醋酸铵、草酸铵、氨基甲酸铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、柠檬酸二铵、柠檬酸三铵的缓冲物质；以及它们的混合物。
此外，体相铜去除用的CMP制剂和软着陆及过抛光组合物可以进一步包含附加的组分，包括但不限于消泡剂、生物杀伤剂、酸、胺和表面活性剂。可以容易地在所谓的“日槽”或“储槽”中配制本发明的体相铜去除用组合物。
可以两部分制剂或多部分制剂或者在使用之时进行混合的试剂盒的形式提供体相铜去除用的CMP制剂。多部分制剂的优点在于相对于单包装制剂其保存期的延长。相对于多部分制剂来说，随着时间的推移，单包装制剂更易于分解并改变其性能，这部分是由于存在氧化剂的缘故。可以在抛光台、抛光带等处、于即将到达抛光台之前在储槽或在合适的容器中混合多部分制剂中的各单独部分。在本发明的实践中，在体相铜去除用CMP制剂的具体配方中，可以对各成分的浓度作较大的改动。且应该理解的是，本发明的体相铜去除用CMP制剂可以在不同的情况下且替代性地包含与本文中披露的成分一致的任意组合，或者由上述的组合构成，或基本上由上述的组合构成。
在一个实施方案中，单独地将体相铜去除用CMP制剂中的每一单个成分传送到抛光台上，用以在台上进行合并，从而构成使用的体相铜去除用CMP制剂。在另一实施方案中，将体相铜去除用CMP制剂配制成两部分的制剂，其中第一部分包含在合适溶剂中的磨料、钝化剂、任选的摩擦剂和任选的螯合剂，第二部分包含氧化剂。本文中公开的多部分制剂的实施方案并不意味着以任何方式进行限制，并可以包括替代性的组合。在任一实施方案中，在使用之时(例如在抛光台、抛光带等处进行混合)、在线地、于即将投入使用之前在合适的容器中、或者由CMP制剂的制造者和/或供应者进行各成分或各部分的混合，从而形成最终的制剂。
在又一实施方案中，可以按大于在抛光期间优选浓度的至少三至四倍的浓度提供本文中所述的制剂中的单独部分。相应地，可以在使用之时(例如在抛光台、抛光带等处进行混合)、在线地或于即将到达抛光台之前在合适的容器中，用合适的溶剂对浓缩制剂中的各部分进行稀释。例如，可以按约0.1∶1至约4∶1、优选约1∶1至约3∶1的范围，用溶剂对包含本文中所述组分的浓缩制剂进行稀释，从而形成本文中所述的任何优选的组合物。优选的是，稀释溶剂包括具体CMP浆料组合物的溶剂。
相应地，本发明的另一方面涉及一种试剂盒，其在一个或多个容器中包括上文所述的适合于形成本发明制剂的组分。试剂盒的容器可以为包括基于含氟聚合物材料的NOWPak
Figure 2006800364020_8
容器(Advanced TechnologyMaterials，Inc.，Danbury，Conn.，USA)。一个优选的试剂盒在一个或多个容器中包括氧化剂、钝化剂、磨料、摩擦剂和添加剂(例如流变添加剂)。另一个优选的试剂盒包括：包括钝化剂和磨料的第一容器、包括氧化剂的第二容器、包括摩擦剂的第三容器和包括添加剂(例如流变添加剂)的第四容器。应该理解的是，发明者考虑到了其它的可能性。
在实践中，将体相铜去除用的CMP制剂传送到台板(例如台板1)上用于体相铜的去除。体相铜去除的处理条件包括约1psi至约7psi范围的台板下压力，优选为约3psi。体相铜去除的处理时间与下压力有关；较低的下压力导致较长的处理时间。处理时间和条件对本领域的技术人员来说是易于确定的。将体相铜去除用制剂传送到台板上的流速可以为约10mL min-1至约10L min-1，优选为约120mL min-1至约220mL min-1，更优选为约140mL min-1至约200mL min-1，最优选为约150mL min-1至约180mL min-1。流速的大小随抛光用具的设计而定，例如台板尺寸和每个台板上的晶片数目。优选的是，采用本发明在3psi下的体相铜去除期间的铜去除速率为约6,000
Figure 2006800364020_9
min-1至约15,000
Figure 2006800364020_10
min-1，最优选为约9,000
Figure 2006800364020_11
min-1至约11,000
Figure 2006800364020_12
min-1。
可以将包含摩擦剂的溶液(当存在时)与体相铜去除用CMP制剂同时直接引入到使用的位置。选择体相铜去除用的CMP制剂与摩擦剂的比例，其目标为工艺针对性的组分浓度，这也将提供特定的摩擦系数和预定调整的去除速率。该比例范围只受溶解度限制的制约。比例范围优选为约1∶1至20∶1，更优选为约2.5∶1至约5∶1，最优选为约3∶1至约4∶1。
应指出的是，可以通过本领域技术人员易于确定的其它方法将体相铜去除用的CMP制剂与摩擦剂混合在一起。例如，可以在位于台板上游的动态或静态混合室中对溶液进行混合。
在台板上完成体相铜的去除(即，步骤IB)后，可以将晶片转移到另一台板(例如台板2)上，准备使用本文中所述的软着陆及过抛光制剂进行软着陆及过抛光，即，用流变剂和/或其它添加剂进行稀释。或者，可以在台板1上用流变剂和/或其它添加剂原位稀释体相铜去除用的CMP制剂。软着陆及过抛光的处理条件和时间取决于可测量的终点。本领域的技术人员易于确定该终点，例如采用诸如光学、扭矩、涡流等的技术来确定该终点。当到达终点时，优选停止软着陆抛光并开始进行过抛光。进行过抛光是为了从阻挡材料的表面上去除铜残留物，同时最大程度地减少铜图样的额外凹陷或侵蚀。
软着陆及过抛光的处理条件和时间取决于可测量的终点。本领域的技术人员易于确定该终点，例如采用诸如光学、扭矩、摩擦、涡流等的技术来确定该终点。当到达终点时，优选停止软着陆抛光并开始进行过抛光(优选在同一个台板上使用软着陆及过抛光制剂)。进行过抛光是为了从阻挡材料的表面上去除铜残留物，同时最大程度地减少铜图样的额外凹陷或侵蚀。
软着陆及过抛光的处理条件包括约0.1psi至约4psi的台板下压力，优选约1psi至约2psi。在优选的实施方案中，在软着陆抛光期间的台板下压力可以比在过抛光期间的大，例如在软着陆期间为约2psi，在过抛光期间为约1psi。本领域的技术人员易于确定软着陆及过抛光的处理时间。
本领域的技术人员应该理解的是，软着陆及过抛光期间的铜去除速率要低于体相铜去除期间的铜去除速率。优选的是，软着陆期间的铜去除速率小于5000
Figure 2006800364020_13
min-1，更优选小于2000
Figure 2006800364020_14
min-1。
步骤I的CMP处理完成后，可以用诸如水或垫清洗剂的溶剂漂洗台板和微电子器件基板。优选该溶剂与本文所述步骤I的CMP制剂中所使用的相同，例如为水。垫清洗化学品优选为羧酸及其铵盐的溶液，例如商业产品LP-12(ATMI，Danbury，CT，USA)，更优选的是(用水)10∶1稀释的LP-12。此后，可以使微电子器件基板经受步骤II的抛光条件。
特别地，本发明提供了响应于温度、湿度、台板压力、抛光设备速度的变化或接近不同材料而监测和/或调节摩擦剂浓度的方法，这些都需要浓度的变化。例如，根据保持承载头(carrier head)以恒定速度移动所需的扭矩来测量摩擦力。在本发明的CMP浆料的存在下可以使用诸如应变仪的传感器来测量所述摩擦力。如果必须调整扭矩的话，则可以向溶液中加入额外的摩擦剂，或在替换性方案中可以加入额外的溶剂或一些稀释剂，从而恢复适用的摩擦力。
图3所示为在线混合的实施方案10，其中包括内置泵20下游的t型连接器18，一个泵20用来使体相铜去除用制剂22从“储槽”或再分配系统向t型连接器18移动，另一个泵20用来使包含流变剂的溶液或稀释剂24从容器向t型连接器18移动。优选的泵为工具泵。选择制剂的流速，使得体相铜去除用的CMP制剂与包含流变剂的溶液(或稀释剂)的比例优选为约2∶1至20∶1，更优选为约3∶1至约5∶1，最优选为约3∶1至约4∶1。例如，体相铜去除用的制剂向台板2的流速可以为约120mL/min至约220mL/min，优选约180mL/min，而包含流变剂的溶液的流速可以为约30mL/min至约70mL/min，优选约50mL/min。软着陆及过抛光制剂的混合是在t型连接器18的约一米长的管12内完成的。现场使用(POU)式过滤器14可以设置在t型连接器18的下游，用以在软着陆及过抛光制剂流到台板16之前去除团聚体和其它颗粒物。
实施例1
进行该实验是为了确定在体相铜去除期间体相铜去除制剂向台板1的最佳传送流速。在Mirra用具的台板1上使用体相铜去除制剂对无图案的晶片进行处理，所述无图案的晶片具有硅基板、介电层、阻挡层和15,000的铜层。台板1的下压力为3psi。包括Cu去除速率和晶片内不均匀度(WIWNU)的结果示于图1并概括在下面的表1中。
表1：体相铜去除制剂流速、铜去除速率和WIWNU
  体相Cu去除制剂流速(mL min-1)   Cu去除速率(RR)(
Figure 2006800364020_16
min-1)		   WIWNU％   图
  200   9253   4.381％   1A
  150   9234   4.202％   1B
  150   9278   4.888％   1C
  100   9043   4.643％   1D
参考图2可以看出，体相铜去除制剂向台板1的流速可以从200mL min-1降至150mL min-1，但不引起铜去除速率的重大损失或WIWNU％的变化。然而，当流速从150mL min-1下降至100mL min-1时观察到2.5％的铜去除速率的损失。这从根本上来讲是重要的，因为可以将在体相铜去除期间所使用的体相铜去除制剂的总体积减少到约150mL min-1，又不会对去除速率或抛光均匀度造成不利。
实施例2
进行该实验以证实本发明的效用。如前所述，本发明的目的是要提供一种包括单一体相铜去除用CMP浆料制剂对其上沉积有铜的晶片表面进行平坦化的方法，该制剂具有高的铜去除速率、相对低的阻挡材料去除速率、合适的材料选择性范围，从而在开始暴露阻挡材料时最大程度地减少铜凹陷，获得良好的平坦化效率。
在Mirra用具的台板1上使用体相铜去除制剂对无图案的晶片进行处理，所述无图案的晶片具有硅基板、介电层、阻挡层和15,000
Figure 2006800364020_17
的铜层。台板1的下压力为3psi。此后将晶片转移到Mirra用具的台板2上，使用软着陆及过抛光制剂进行处理。软着陆及过抛光制剂中体相铜去除制剂与包含流变剂的溶液之比为约3.6∶1。软着陆及过抛光的处理条件包括在2psi下压力下的软着陆抛光，直至到达终点，接着是1psi下压力下的过抛光。包括Cu去除速率和WIWNU％的结果示于图4并概括在下面的表2中。
表2：体相铜去除制剂流速、铜去除速率和WIWNU
 制剂   Cu去除速率(RR)(min-1)   WIWNU％   图
 体相Cu去除   9779   3.832％   4A
 体相Cu去除   9659   4.204％   4B
 软着陆&过抛光   3644   8.613％   4C
 软着陆&过抛光   3679   7.897％   4D
参考图4可以看出，台板1的过程(图4A和4B)是典型上凸的，而台板2软着陆过程(图4C和4D)是典型下凹的，用以补偿台板1的过程。在步骤I的CMP处理期间，步骤I的处理连同过抛光一起有效并均匀地除去了铜。基于最初的晶片测量，软着陆及过抛光期间的高WIWNU是可以预料的。
表3包括本发明使用80μm垫和50％图案密度(PD)0.18μm阵列的不同处理条件下的凹陷和侵蚀的结果。
表3：不同的过抛光时间下的凹陷和侵蚀，相对于体相铜去除用组合物与包含流变剂的溶液之比
Figure S2006800364020D00211
  1   60   22   23   ～3.6∶1   Cu残留物--181   7297115
  2   60   22   28   ～3.6∶1   63--149   185206204
  3   60   22   33   ～3.6∶1   241--474   158195191
  4   60   22   28   ～4.5∶1   423--584   161205225
  5   60   22   28   ～2.8∶1   333--453   174199213
过抛光步骤之后，表3中的晶片1略微抛光不足，而晶片2-5上基本未留下铜残留物。可以看出，凹陷和侵蚀较少依赖于体相铜去除组合物与包含流变剂的溶液之比，显示出较强的处理窗口。
在步骤I的CMP操作中可以按常规的方式使用本发明的体相铜去除组合物和软着陆及过抛光组合物，按常规方式将CMP组合物施加到晶片基板上的铜表面上，铜表面的抛光可以使用诸如抛光垫、抛光带等的常规抛光元件进行。
因此，单一的CMP制剂(即，体相铜去除制剂)可用于：(a)快速地对半导体晶片表面上的铜进行平坦化，和(b)当与包含流变剂的溶液组合时形成软着陆及过抛光制剂，有效地对铜元件的表面进行抛光，而凹陷或侵蚀极微。
根据本发明的步骤I抛光完成后，可以将晶片移至第三台板上，准备在其上进行步骤II的抛光。
实施例3
进行该实验是为了确定包括摩擦剂的组合物相对于不含摩擦剂的同样的组合物而言，其组合物的摩擦系数(COF)的变化。具体来说，不含摩擦剂的一般组合物(下文中称Cerulean-NF(Cer-NF或Cer-0))包括：
0.8wt.％的5-氨基四唑
1wt.％的氧化铝涂覆的二氧化硅
＜0.05wt.％的氢氧化钾
水(约88.9wt.％)
包括摩擦剂的制剂包括Cer-NF和4％的甘氨酸(以下称Cerulean 4(Cer-4))。在Mirra用具的台板上使用体相铜去除制剂对无图案的晶片进行处理，所述无图案的晶片具有硅基板、介电层、阻挡层和15,000
Figure 2006800364020_19
的铜层。如图5所示，增加向下压力，旋转台板保持于120rpm。显然使用Cer-4时铜表面的COF增大，使用Cer-4组合物时Ta的COF减小。有意思的是，随着旋转台板上压力的增大，铜的COF略有减小，而Ta的COF则增大。
实施例4
将均包括甘氨酸为摩擦剂的两种不同CMP组合物Cer-4和Cerulean(Cer-6)与不包括摩擦剂的组合物(Cer-NF)进行比较，Cer-6包括：
氨基四唑
过氧化氢
氧化铝涂覆的二氧化硅
4％至6％的甘氨酸。
如图6A所示，含甘氨酸的组合物在铜表面上的COF基本保持不变，Cer-NF的COF则显示出COF的减小。随着旋转台板的rpm的增大，所有组合物的COF都减小。图6B所示为使用组合物Cer-NF、Cer-4和Cer-6对钽表面的抛光结果。Ta表面的COF远小于铜的，而且当甘氨酸浓度增大时，COF减小。有意思的是，Ta表面的COF不受旋转台板速度增大的影响。
实施例5
图7和8所示为使用两阶段抛光溶液的结果，其中步骤I组合物可有效地减少铜表面的体积，步骤II组合物可更有效地对Ta和介电基板表面进行抛光。步骤I组合物包含酸稳定二氧化硅、1，2，4三唑、过氧化氢和作为摩擦剂的甘氨酸。如图7所示，该组合物增大铜相对于TaN表面的COF。随着旋转台板rpm的增大，TaN的COF逐渐向铜的值靠拢。步骤II组合物包含酸稳定二氧化硅、1，2，4三唑、0.15％的过氧化氢，但该组合物不含摩擦剂甘氨酸，而是还包含能增加对Ta表面和介电表面的选择性的邻苯二甲酸和聚丙烯酸。如图8所示，对于SiON和TaN表面的COF增大，对于铜的COF减小。
实施例6
为了验证稀释对铜去除速率的影响，对步骤I的CMP组合物进行稀释，采用电化学方法确定Cu去除速率。
举例来说，用去离子水对初始的步骤I的CMP组合物进行稀释，得到稀释的步骤I的CMP浆料。将无图案的铜晶片浸入到每个相应的浆料中，测量Cu去除速率(以埃/分钟表示)。
图9显示使用稀释和未稀释的CER6溶液在晶片上的特定点处(在3psi的下压力下)对晶片上的Cu的去除效果。例如，在未稀释的形式下，晶片边缘的去除减少，而盘中心的去除速率增大。随着浆料稀释的增加，整个晶片表面上铜的去除减少，且大大减少了晶片中心的凹陷。在图16A和16B中可以进一步看到这种效果，特别是在图16B中，其中通过溶液的稀释使晶片中心的凹陷减少。值得注意的是在图15中，其中平坦化在1psi下进行，稀释和未稀释溶液之间的结果区分没有很好地界定，而且明显地，随着施加到台板垫上的压力减少，去除速率大大减小。
图10为显示无图案铜的去除速率随着浆料稀释度增加而线性减小的图。正因如此，过抛光期间的稀释伴附凹陷值的降低。图12显示的结果进一步证实了这一点，其中与未稀释浆料相比，稀释的Cer-4浆料显示出晶片中心和在边缘处的凹陷减少。
图11显示为相对于稀释因子，包括凹陷速率、无图案铜去除速率和无图案铜去除速率/凹陷速率的多重结果图。具体来说，用未稀释的Cer-4对三个Sematech854晶片进行抛光，用以从表面上清除所有的铜。然后用未稀释的溶液、稀释3倍的溶液和稀释10倍的溶液再对这三个晶片进一步抛光10秒钟。测量凹陷前与后的值，计算出凹陷速率。如图11所示，凹陷速率和无图案铜去除速率均随稀释度的增大而减小。稀释浆料的无图案铜去除速率/凹陷速率之比比未稀释的要大。
图13和14显示用稀释的Cer-4溶液在1psi下压力下进行抛光的结果。图13显示铜的去除(埃/秒)。明显的是，稀释因子增大，即浆料浓度减小时，铜的去除减小，凹陷减少。图14提供的额外证据表明，水∶浆料近似比例为2∶1的稀释浆料显示出整个晶片表面上铜去除的减少和整个表面上明显更一致的去除效果。相比之下，未稀释浆料则造成晶片中心的凹陷增多。
虽然在本文中参照本发明的具体方面、特征和示例的实施方案对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明的用途并不因此受到限制，而是可以延伸到并涵盖许多其它的变化、修改和替代性实施方案，本发明领域的普通技术人员基于本文中的公开内容可以意识到这些方案。相应地，应将下文中权利要求所要求保护的本发明广泛地解释和理解为包括其实质和范围之内的所有的这种变化、修改和替代性实施方案。

Claims (29)

1. 在台板上对微电子器件基板进行抛光的方法，所述方法包括：
(a)在第一化学机械抛光(CMP)条件下使基板与第一CMP组合物接触足够的时间，所述第一CMP组合物有效用于使基板平坦化并去除基板上的材料；和
(b)于同一台板上在第二CMP条件下使基板与第二CMP组合物接触足够的时间，所述第二CMP组合物包含通过原位添加至少一种添加剂而改性的第一CMP组合物，所述至少一种添加剂选自有机溶剂、pH调节剂、流变剂、螯合剂、钝化剂、摩擦剂及其组合，
其中所述第二CMP组合物有效用于去除过载材料并暴露出阻挡材料层，且其中第二CMP组合物具有的材料静态蚀刻速率低于第一CMP组合物。
2. 权利要求1的方法，其中第一CMP组合物包含至少一种氧化剂、至少一种抑制剂、至少一种磨料和至少一种溶剂。
3. 权利要求1的方法，其中添加剂包括选自如下的流变剂：改性纤维素衍生物、纤维素醚、淀粉衍生物、果胶衍生物、其它多糖、蛋白质及天然聚合物、聚丙烯酰胺、水溶性聚合物、聚电解质、表面活性剂及其水分散体。
4. 权利要求1的方法，其中流变剂包括选自如下的物质：羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素、其它纤维素醚、羧甲基纤维素及其混合物。
5. 权利要求2的方法，其中所述至少一种磨料包括选自如下的磨料物质：二氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铁、二氧化铈、氧化锆、氧化锡、二氧化钛、有机聚合物粒子、环氧化物、氨基甲酸乙酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、(甲基)丙烯酸树脂、氧化铝涂覆的胶体二氧化硅、涂覆和掺杂的粒子、以及两种或多种此类组分的混合物；
其中所述至少一种氧化剂包括选自如下的化合物：过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾、高锰酸钾、硝酸、亚氯酸铵、氯酸铵、碘酸铵、过硼酸铵、高氯酸铵、高碘酸铵、过硫酸铵、四甲基亚氯酸铵、四甲基氯酸铵、四甲基碘酸铵、四甲基过硼酸铵、四甲基高氯酸铵、四甲基高碘酸铵、四甲基过硫酸铵、4-甲基吗啉-N-氧化物、吡啶-N-氧化物、过氧化氢脲、以及两种或多种此类组分的混合物；
其中所述至少一种钝化剂包括选自如下的化合物：咪唑，氨基四唑，苯并三唑，苯并咪唑，氨基、亚氨基、羧基、巯基、硝基、烷基、脲和硫脲化合物，草酸，丙二酸，丁二酸，次氮基三乙酸，亚氨基二乙酸，5-氨基四唑(ATA)，5-氨基四唑一水合物，及其衍生物与其组合；和
其中所述至少一种溶剂包括选自如下的化合物：水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇及其组合。
6. 权利要求1的方法，其中第一CMP组合物包括过氧化氢、氧化铝涂覆的胶体二氧化硅、5-氨基四唑(ATA)和水。
7. 权利要求2的方法，其中第一CMP组合物还包含至少一种摩擦剂。
8. 权利要求7的方法，其中所述至少一种摩擦剂包括甘氨酸。
9. 权利要求1的方法，其中添加剂包括至少一种pH调节剂。
10. 权利要求1的方法，其中第一CMP条件包括约1psi至约7psi的台板下压力。
11. 权利要求1的方法，其中第一CMP条件包括约10mL min-1至约10L min-1的第一CMP组合物流速。
12. 权利要求1的方法，其中第一CMP条件包括约140mL min-1至约200mL min-1的第一CMP组合物流速。
13. 权利要求1的方法，其中所述材料包括选自如下的物质：金属、金属氮化物、金属硅化物、金属氧化物、含硅材料及其组合。
14. 权利要求13的方法，其中所述金属包括选自如下的物质：铜、钨、铝、银、金、铂、钽、钛、钌、钯、铪及其组合。
15. 权利要求13的方法，其中所述金属包括铜。
16. 权利要求1的方法，其中所述材料包括选自如下的阻挡层材料：钽、钛、钨、钌、其氮化物和硅化物、及其组合。
17. 权利要求1的方法，其中第一CMP组合物有效用于对基板上的材料进行平坦化。
18. 权利要求1的方法，其中微电子器件基板包括阻挡材料。
19. 权利要求17的方法，其中第二CMP组合物有效用于去除过载材料并暴露出阻挡材料层。
20. 权利要求1的方法，其中使用第一CMP组合物进行平坦化的速率为约6,000
Figure 2006800364020_0
min-1至约15,000
Figure 2006800364020_1
min-1。
21. 权利要求1的方法，其中第二CMP条件包括约0.1psi至约4psi的台板下压力。
22. 权利要求3的方法，其中在第二CMP组合物中第一CMP组合物与流变剂之比为约10∶1至约10,000∶1。
23. 权利要求3的方法，其中在第二CMP组合物中第一CMP组合物与流变剂之比为约500∶1至约1500∶1。
24. 权利要求1的方法，其中第二CMP组合物有效用于去除过载材料并暴露出阻挡材料层，且使用第二CMP组合物去除过载材料并暴露阻挡材料层的速率低于约5,000
Figure 2006800364020_2
min-1。
25. 权利要求1的方法，其中在同一台板上使用第一CMP组合物对材料进行平坦化并使用第二CMP组合物来暴露阻挡材料层。
26. 权利要求1的方法，其中第二CMP条件包括约1psi至约4psi的软着陆台板下压力和约0.1psi至约4psi的过抛光台板下压力。
27. 权利要求1的方法，其中所述至少一种添加剂在第二台板上与第一CMP组合物混合。
28. 权利要求1的方法，其中所述至少一种添加剂在台板上游与第一CMP组合物在线混合。
29. 权利要求1的方法，其中在开始暴露阻挡材料层时，第二CMP组合物最大程度地减少材料凹陷和侵蚀。
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