CN110938408B - 半导体装置的平坦化方法及化学机械研磨浆料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例描述一种金属表面化学机械研磨技术。在金属化学机械研磨浆料中包含一种络合剂或胶束。在化学机械研磨浆料中包含与氧化剂键结的络合剂，以在组合体的核心形成与氧化剂分子的络合物，例如超分子组合体，且前述氧化剂分子被络合剂分子包围。形成的络合物具有增大的尺寸。

Description

半导体装置的平坦化方法及化学机械研磨浆料组合物
技术领域
本发明实施例关于半导体技术，且特别关于一种化学机械研磨浆料和化学机械研磨方法。
背景技术
晶体管是用于集成电路的构件。晶体管通常包含半导体基底，在半导体基底上方或之内的通道层，在通道层上方的栅极氧化物层和栅极堆叠，以及在至少一个半导体基底的表面上或表面中的源极和漏极扩散区域。对晶体管的栅极堆叠以及源极和漏极扩散区域进行电接触。在晶体管的上方，在不同的平面上形成铜、铝、钨或钴的多个金属线层作为布线，用于晶体管之间的信号传输。多个金属线层所在的平面由金属间介电层隔开。不同平面上的金属线通过金属内连线结构连接，前述金属内连线结构通过各自的金属间介电层所形成。金属内连线结构通常可以由钨(W)或钴(Co)形成。
在形成金属内连线结构时，进行化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing，CMP)制程以移除金属间介电层顶部上的额外的金属膜。金属CMP制程利用CMP浆料，其包含机械研磨成分、氧化剂(oxidant或oxidizer)和可选的化学金属蚀刻成分。额外的金属膜被氧化剂氧化，使得氧化的金属膜可以通过机械研磨及/或化学蚀刻移除。因此，金属CMP浆料包含一种或多种氧化剂以促进金属氧化。
发明内容
本发明实施例提供了一种半导体装置的平坦化方法，包括：接收基板，基板包括装置、第一金属层于装置上、介电层于第一金属层上，介电层具有暴露第一金属层的开孔(aperture)、以及第二金属层，第二金属层包括于介电层上的第一部分和于第一金属层上且穿过开孔的第二部分，第一部分包括上部和比上部接近装置的下部；使用包括第一氧化剂的第一化学机械研磨浆料，研磨第一部分的上部；以及使用包括氧化剂组合体(oxidizerassembly)的第二化学机械研磨浆料，研磨第一部分的下部，氧化剂组合体由氧化剂与络合剂(complex agent)键结且具有比第一氧化剂更大的尺寸。
本发明实施例提供了一种半导体装置的平坦化方法，包括：接收基板，基板包括装置、于装置上的第一金属材料的第一金属层、于第一金属层上的介电层、以及于介电层上的第二金属材料的第二金属层，第二金属层位于穿过介电层的开孔中且抵接(abut)开孔下的第一金属层；对第二金属层的表面施加第一化学机械研磨浆料，第一化学机械研磨浆料包括氧化剂组合体，氧化剂组合体包括氧化剂与通过非共价力键结到氧化剂的络合剂，氧化剂具有足以氧化第二金属材料的氧化电位；以及以第一化学机械研磨浆料研磨第二金属层。
本发明实施例提供了一种化学机械研磨浆料组合物，包括：多个研磨粒(abrasiveparticles)；以及多个氧化剂组合体，每个氧化剂组合体都包括氧化剂和通过非共价力键结到氧化剂的络合剂。
附图说明
以下将配合所附图式详述本揭露之各面向。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本揭露的特征。
图1A-1D是根据本发明实施例绘示出示例的化学机械研磨制程，以研磨示例的晶片的剖面图。
图2A-2C是根据本发明实施例绘示出示例的化学机械研磨制程，以研磨另一示例的晶片的剖面图。
【符号说明】
100～半导体晶片；
110～内连线结构；
110E～多余的金属层；
110E1～(多余的金属层的)第一部分；
110E2～(多余的金属层的)第二部分；
110PV～(预先存在的)内连线结构；
112～凹槽；
114～(金属间)介电层；
114S～(介电层的)上表面；
116～(下方)金属线；
118～界面；
210～阻障层/衬层；
210E～(多余的)衬层；
220～接触插塞金属层/金属接触插塞层/接触插塞(层)；
220E～(多余的)接触层；
222～界面；
D～装置；
CMP3～接触金属CMP制程；
CMP4～衬层CMP制程。
具体实施方式
以下内容提供了很多不同的实施例或范例，用于实施本发明实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例来说，叙述中若提及第一部件形成于第二部件之上，可能包含第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可能在许多范例中重复元件符号及/或字母。这些重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非代表所讨论各种实施例及/或配置之间有特定的关系。
再者，此处可能使用空间上的相关用语，例如「在……之下」、「在……下方」、「下方的」、「在……上方」、「上方的」和其他类似的用语可用于此，以便描述如图所示之一元件或部件与其他元件或部件之间的关系。此空间上的相关用语除了包含图式绘示的方位外，也包含使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转至其他方位时(旋转90度或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。
本文描述的各种实施例基于以下观察：在金属CMP制程期间及/或之后移除金属内连线结构的额外的金属膜(例如，用于形成金属内连线结构的金属膜的不想要或不期望的部分)。CMP浆料中所包含的金属CMP浆料或特别是氧化剂，可以穿透并穿过导电的(例如金属)内连线结构和金属间介电层之间的界面，以到达下方金属部件，例如通过金属内连线结构连接的下方金属线。因此，下方金属部件可能被氧化并且可能由于与氧化剂的直接接触而腐蚀或腐坏，这种氧化、腐蚀或腐坏导致连接失败及/或制造缺陷。随着技术节点变小并接近或达到低于10nm的水平，这个问题变得更加显著。例如，在低于10nm技术中，金属内连线结构与周围的金属间介电层之间的衬层可能没有空间预算(space budget)，这使得下方金属线更容易受到氧化剂穿透的负面影响。
此外，下方金属线可以包含与内连线结构不同的金属材料，这使得在氧化剂穿透的情况下更难以保护内连线结构和下方金属线。例如，钨内连线结构可以连接两层钴或铜金属线。钴内连线结构可以连接两层铝或铜金属线。例如，在含有氧化剂的酸性CMP溶液中，铜和钴更容易溶解或其他降解(degradation)。另一方面，在含有氧化剂的碱性CMP溶液中，钨更容易溶解或其他降解。
所揭露技术的各种实施例包含添加络合剂到金属CMP浆料中，使得络合物或胶束(micelle)得以形成，例如超分子组合体，其核心中的氧化剂分子被络合剂分子包围。形成的络合物或胶束在本文中称为「氧化剂组合体」或「络合的氧化剂」。与单独的氧化剂相比，随着增大的尺寸或改变的表面电荷，氧化剂组合体不会穿透金属内连线结构和金属间介电层之间的界面，从而保护下方金属线。
形成胶束的络合剂或表面活性剂，在本文中称为「络合剂」用于描述目的而不限制本发明实施例的范围，是基于各种因素所选择的。例如，选择络合剂以通过络合剂和氧化剂之间的吸引力，与氧化剂组合或络合，前述吸引力由一种或多种非共价键产生，例如静电、π效应、范德华力(Van der Waals force)和疏水/亲水效应。此外，控制络合剂的添加，使得金属CMP溶液的总pH值基本上不变。例如，弱(mild)酸性CMP溶液用于钨(W)内连线结构，并且额外的络合剂不会改变钨CMP溶液的一般弱酸性性质。又例如，弱碱性CMP溶液用于钴(Co)或铜(Cu)内连线结构，并且额外的络合剂不会改变钴CMP或铜CMP溶液的一般弱碱性性质。
在各种实施例中，钨CMP浆料包含含铁氧化剂，例如铁盐，如硝酸铁(ferricnitrate)。在一实施例中，弱酸性(pH值<4)的钨CMP浆料包含约0.0005至约10wt％的硝酸铁作为氧化剂。对于各种CMP制程的要求，可以使用约2至约7.5wt％的硝酸铁。在各种实施例中，包含一或多个羧基(如COOH)的一种或多种羧酸化合物(即R-COOH)作为络合剂。作为示例的二羧酸，例如草酸、苹果酸、丙二酸和甲酸是适合的络合剂。将羧酸化合物加到钨CMP浆料中，其中前述羧酸化合物与氧化剂结合形成氧化剂组合体(oxidizerassemblies)。在CMP浆料中的氧化剂是硝酸铁并且将丙二酸作为络合剂添加到CMP浆料中的实施例中，丙二酸与硝酸铁络合形成氧化剂组合体，其包含被丙二酸包围的硝酸铁分子。普遍应理解的是，氧化剂和一种或多种羧酸化合物通过在氧化剂和络合剂之间形成非共价键而形成氧化剂组合体，但本发明实施例的范围并不以此为限。
为了补偿由于氧化剂(例如，硝酸铁)与羧酸化合物(例如，丙二酸)络合所引起的钨移除速率的电位降低，CMP浆料中硝酸铁的重量百分比增加约0.5％左右。此外，在钨CMP制程中的研磨步骤期间施加的表面压力可以增加，例如增加1psi左右，以进一步补偿由于络合氧化剂与羧酸化合物而导致的钨移除速率的电位损失，以形成氧化剂组合体。
根据其他的本发明实施例，钴或铜CMP浆料包含氧化剂，例如过碘酸、过氧化氢、碘酸钾、过锰酸钾、过硫酸铵、钼酸铵、硝酸铁、硝酸、硝酸钾及其混合物。在一实施例中，弱碱性(pH值7至10)钴(或铜)CMP浆料包含约0.0005至约10wt％的氧化剂。对于特定的钴CMP制程的要求，可以使用约0.5wt％的氧化剂。在一实施例中，将一种或多种选自乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetate acid，EDTA)、次氮基三乙酸(nitrilotriacetic acid，NTA)，三磷酸钠(sodiumtripolyphosphate，STPP)等的络合剂加到弱碱性钴CMP浆料中，以产生氧化剂组合体，其中氧化剂与络合剂络合以形成氧化剂组合体，其包含被络合剂包围的氧化剂。为了补偿在钴或铜CMP浆料中氧化剂和络合剂络合所引起的钴或铜移除速率的电位降低，氧化剂的重量百分比增加约0.5％左右。此外，在钴或铜CMP制程中的研磨步骤期间施加的表面压力可以增加1psi左右，以进一步补偿由于络合氧化剂与络合剂的钴或铜移除速率的电位损失，以形成在钴或铜CMP浆料中的氧化剂组合体。
包含与络合剂络合的氧化剂的氧化剂组合体，表现出降低氧化剂组合体的速率或防止氧化剂组合体穿透金属间介电质和金属内连线结构之间的界面的性质。在各种实施例中，这样的性质包含一种或多种氧化剂组合体，其尺寸大于单独的氧化剂，这种较大的尺寸抑制或防止氧化剂组合体穿过到金属间介电质和金属内连线结构之间的界面中。其他这样的性质包含具有表面电荷的氧化剂组合体，其抑制或防止氧化剂组合体穿过到及/或穿透金属间介电质和金属内连线结构之间的界面。通过防止氧化剂穿过金属间介电质和金属内连线结构之间的界面，使得下方金属线不会暴露于选择用于金属内连线结构的金属CMP浆料的氧化剂。
在各种情况中，内连线结构可以包含多个导电层。例如，可以在钨、钴或铜接触插塞之前的凹槽中形成一个或多个阻障层/衬层。多个CMP制程和各自的浆料可用于多个金属层。在金属CMP浆料中的氧化剂与络合剂络合的技术，获得可用于金属层的CMP制程具有增大尺寸的氧化剂组合体及/或期望的表面电荷，前述金属层的CMP制程涉及容易受到氧化剂穿过的金属间介电层的界面。例如，当在凹槽中的铜接触插塞之前形成钴衬层时，用于移除上方的钴的CMP浆料可包含在钴CMP浆料中与氧化剂非共价键结的络合剂，即非共价力的键结，并形成具有增大尺寸及/或期望的表面电荷的氧化剂组合体。因此，通过钴衬层和金属间介电层之间的界面，抑制或防止钴CMP浆料的氧化剂到达下方金属线，例如钨。
在另一示例中，在例如由TaN形成的阻障层或者例如由氮氧化硅(SiON)形成的蚀刻停止层，形成于金属间介电层上，以保护在形成内连线结构的镶嵌制程中的金属间介电层的情况中，用于与一些其他金属层一起移除阻障层或蚀刻停止层的CMP制程也可以使用含有CMP浆料的氧化剂。所揭露用于形成和使用氧化剂组合体的技术，可用于这种阻障层CMP制程中。
参见图1A，在所揭露技术的示例实施方式中，半导体晶片100包含金属填充内连线结构110的阵列(为了说明仅显示其中一个)，例如接触插塞，通过介电层114形成在凹陷112中并连接到下方金属线116。下方金属线116最终通过一个或多个预先存在的内连线结构110PV连接到装置D，为了例示的目的仅显示其中一个。现有的内连线结构110PV指的是已形成的内连线结构，并且已经进行CMP制程以移除用于内连线结构110的额外的金属层110E。
通过镶嵌制程形成内连线结构110，包含例如微影图案化、非等向蚀刻和金属填充。在一实施例中，金属内连线结构110包含与下方金属线116的金属材料不同的金属材料。例如，根据本文描述的各种实施例，金属内连线结构110包含钨W，并且下方金属线116包含铜Cu或钴Co。界面118存在于W内连线结构110和金属间介电层114之间。界面118意外地且有时不可避免地包含间隙或空隙。
例如，金属间介电层114是基于二氧化硅的材料，例如掺杂碳的二氧化硅(C-氧化物)。可以使用有机硅烷前驱物如八甲基-环-四-硅氧烷(octa-methyl-cyclo-tetra-siloxane)和四-甲基-环-四-硅氧烷(tetra-methyl-cyclo-tetra-siloxane)，和使用等离子体辅助化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，CVD)制程形成C-氧化物。基于前驱物和制程条件，C-氧化物层的介电常数「K」值可以在约2至约3的范围内变化，这通常被认为是低「K」介电质。其他低K介电材料也可用于金属间介电层114，例如氟硅玻璃或多孔氧化物，它们都包括在本发明实施例中。
如图1A所示，用金属内连线结构110填充凹槽112也导致多余的金属层110E的金属材料与在金属间介电层114上面的金属内连线结构110的金属材料相同。
参照图1B，在一实施例中，执行CMP制程以移除多余的金属层110E。使用CMP浆料和研磨垫进行CMP制程，前述CMP浆料和研磨垫适合用于多余的金属层110E的足够高的移除速率，并且用于保护金属内连线结构110免于受意外损坏。例如，将CMP浆料涂到多余的金属层110E的表面上，并使用研磨机械(例如研磨垫)用CMP浆料进行研磨。
在研磨垫旋转的同时施加表面压力。表面压力在约0.5psi和约5psi之间。
CMP浆料包含多个研磨粒。在一实施例中，研磨粒是碳、钻石和锑、铝、硼、钙、铈、铬、铜、钆、锗、铪、铟、铁、镧、铅、镁、锰、钕、镍、钪、硅、铽、锡、钛、钨、钒、钇、锌和锆、及其混合物的碳化物、氮化物、氧化物或氢化物中的一种或多种，或其他适合的研磨粒。多个研磨粒可包含化学活性金属氧化物和化学惰性氧化物。
CMP浆料更包含氧化多余的金属层110E的金属材料的氧化剂，例如钨(W)。氧化剂可包含氧化金属盐，例如硝酸铁、硝酸铜、硝酸氧锆、氧化金属络合物、如氯化铁、过锰酸钾、铁氰化钾、硝酸、有机过氧化物、无机过氧化物、过氧化氢、过乙酸、硝酸、过硫酸、过氧乙酸和过碘酸、硫酸盐、碘酸钾和过氧化苯甲酰的氧化酸等等和其他适合的氧化剂。
可选地，CMP浆料更包含腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂有助于减少钴、铜或钨或暴露于CMP浆料的其他金属的腐蚀。可能的腐蚀抑制剂包含咪唑(imidazoles)、三唑和苯并三唑。
可选地，CMP浆料更包含一些表面活性剂，其选自己基硫酸钠、庚基硫酸钠、辛基硫酸钠、壬基硫酸钠、和十二烷基硫酸钠、烷基硫酸钠、烷基磺酸盐、季铵盐、和壬基醚中的一种或多种。
CMP浆料具有适合于多余的金属层110E的金属材料类型的受控(controlled)的pH值。此外，相对于一个或多个金属间介电层114和与多余的金属层110E相邻的其他表面部件，CMP浆料也提供对多余的金属层110E的金属材料的高选择性。
例如，在内连线结构110和多余的金属层110E是钨的情况下，使用弱酸性的CMP浆料，例如小于4的pH值。钨CMP浆料包含含铁氧化剂，例如铁盐，如硝酸铁。在一实施例中，选自一种或多种含有一个或多个羧基的羧酸化合物(R-COOH)的一种或多种类型的络合剂，用作络合剂，例如丙二酸。将羧酸化合物加到钨CMP浆料中，其中前述羧酸化合物与氧化剂结合形成氧化剂组合体。将羧酸化合物加到钨CMP浆料中，其范围为CMP浆料的约0.0005wt％至约20wt％或CMP浆料中氧化剂的约100wt％至约1000wt％。CMP浆料中氧化剂和羧酸化合物之间的重量比例在约1：1至约1:10的范围内。在CMP浆料中的氧化剂是硝酸铁并且添加丙二酸作为络合剂的实施例中，在CMP浆料中，丙二酸与硝酸铁络合形成氧化剂组合体，前述氧化剂组合体包含血红素(hemoglobin)中或类似于血红素中丙二酸包围硝酸铁分子的络合结构。根据本文所述的各种实施例，氧化剂组合体的尺寸较大，从而减少及/或防止氧化剂组合体穿透到界面118中。在其他实施例中，氧化剂组合体具有表面电荷，其抑制或防止氧化剂组合体穿透金属间介电质和金属内连线结构之间的界面。
在一实施例中，为了补偿在钨CMP浆料中由于氧化剂(例如硝酸铁)与络合剂络合所引起的钨移除速率的电位降低，硝酸铁的重量百分比增加，例如，约0.5％。为了进一步补偿由于钨CMP浆料中的氧化剂与络合剂络合而导致钨移除速率的电位损失，可以增加在钨CMP制程中施加的表面压力，例如，从约0.5psi至约5psi的范围中增加约1psi。
在金属内连线结构110和多余的金属层110E是钴的情况下，适合的CMP浆料可以是弱碱性，例如，pH值在约7至约10的范围内。碱性浆料包含一个或多个氧化剂选自上述钴CMP浆料氧化剂。在一实施例中，弱碱性的(pH值7至10)钴CMP浆料包含约0.0005wt％至约20wt％的络合剂或约0.0005wt％至约10wt％的氧化剂。在钴CMP浆料中的氧化剂和络合剂之间的重量比例在约1：1至约1:10的范围内。
在金属内连线结构110和多余的金属层110E是铜的情况下，适合的CMP浆料可以是弱碱性，例如，pH值在约7至约10的范围内。碱性浆料包含一种或多种氧化剂，选自无机和有机过化合物、溴酸及其盐、硝酸及其盐，氯酸及其盐、铬酸及其盐、碘酸及其盐、铁及其盐、铜及其盐、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物、铁氰化钾、重铬酸钾、过氧化氢等。在一些情况下，这些氧化剂可以以CMP浆料的约0.01wt％至约10wt％的量存在，或者在一些其他情况下，可以以CMP浆料的约0.1wt％至约5wt％的量存在。根据各种实施例，铜CMP浆料包含一种或多种选自乙二胺四乙酸(EDTA)，次氮基三乙酸(NTA)，三磷酸钠(STPP)等的络合剂。铜CMP浆料包含约0.0005wt％至约20wt％的EDTA络合剂。铜CMP浆料中氧化剂和络合剂之间的重量比例在约1：1至约1:10的范围内。
参见图1C，在替代实施例中，执行多个CMP制程以移除多余的金属层110E。例如，通过第一CMP制程，使用最佳化(optimized)的第一CMP浆料(「浆料1」)和第一研磨垫(「研磨1」)移除多余的金属层110E的第一部分110E1，以获得多余的金属层110E(例如钨)的高移除速率。例如，钨移除速率可以在约
Figure BDA0002206247540000091
分至约
Figure BDA0002206247540000092
分的范围内。第一CMP不会移除多余的金属层到金属间介电层114的上表面114S，并且留下多余的金属层110E的第二部分110E2。在第一CMP之后，金属内连线结构110和金属间介电层114之间的界面118没有被暴露，因此不可能通过硝酸铁氧化剂穿透界面118。因此，根据本发明实施例，包含在第一CMP浆料中的氧化剂，例如用于钨的硝酸铁，不需要与如丙二酸的络合剂络合。
参见图1D，在第二CMP制程中，移除多余的金属层110E的剩下的第二部分110E2，直到到达金属间介电层114。与第一CMP浆料相比，第二CMP浆料(「浆料2」)和第二研磨垫(「研磨2」)可具有较低的静态蚀刻速率，使得对所得的钨内连线结构110的静态蚀刻效果降低。根据本文所述的各种实施例，第二浆料中的氧化剂与一种或多种络合剂络合，以产生尺寸大于允许穿透金属内连线结构110和金属间介电层114之间的界面的间隙的氧化剂组合体。
在第二CMP浆料中，氧化剂被络合剂包围，这可能会影响第二CMP浆料的研磨的性能，例如移除速率。因此，在一实施例中，第二CMP浆料包含的氧化剂比第一CMP浆料多，且约多0.5wt％的CMP浆料。此外，移除第二部分110E2的第二CMP，可以在比移除第一部分110E1高约1psi的表面压力下进行。
参见图2A，替代地或另外地，金属内连线结构110包含在接触插塞金属层220和金属间介电层114之间的阻障层/衬层210。阻障层/衬层210由钽、钛、钨或钴中的一种或多种形成。金属接触插塞层由不同于阻障层/衬层的金属形成。例如，接触插塞层220是铜(Cu)且衬层210是钨(W)。
钨阻障层/衬层210不可避免地形成多余的钨衬层210E。铜接触插塞金属层220不可避免地形成多余的铜接触层220E。即，多余的金属层110E包含多余的衬层210E和多余的接触层220E。界面118形成在阻障层/衬层210和金属间介电层114之间。界面222形成在阻障层/衬层210和金属接触插塞层220之间。
参照图2B，执行接触金属CMP制程(「CMP3」)以移除多余的接触层220E，直到露出多余的衬层210E。由于界面222通常不包含间隙或包含最小尺寸的间隙，因此接触金属CMP(「浆料3」)的浆料包含不与络合剂络合的氧化剂。或者，如果在界面222中预期或不可避免地形成间隙，则可以将络合剂添加到衬层CMP浆料(「浆料3」)中，使得增大的氧化剂组合体能防止接触金属CMP浆料的氧化剂穿过界面222以到达下方阻障层/衬层210中，前述阻障层/衬层210包含和接触插塞220不同的金属，例如前述阻障层/衬层210为钨且接触插塞220为铜。
参见图2C，进行衬层CMP制程(「CMP4」)以移除多余的衬层210E，直到到达金属间介电层114，并且暴露界面118。由于衬层210和金属间介电层114之间的界面118通常包含比界面222的间隙更大尺寸的间隙，因此衬层CMP(「浆料4」)的CMP浆料包含络合剂，以产生尺寸增大的氧化剂组合体，即，与络合剂络合的氧化剂。从而，保护下方金属线116而不受衬层CMP浆料的氧化剂的影响。
通过以下实施例的描述可以进一步理解本发明实施例：
本揭露根据一些实施例提供了一种半导体装置的平坦化方法，包括：接收基板，基板包括装置、第一金属层于装置上、介电层于第一金属层上，介电层具有暴露第一金属层的开孔(aperture)、以及第二金属层，第二金属层包括于介电层上的第一部分和于第一金属层上且穿过开孔的第二部分，第一部分包括上部和比上部接近装置的下部；使用包括第一氧化剂的第一化学机械研磨浆料，研磨第一部分的上部；以及使用包括氧化剂组合体(oxidizerassembly)的第二化学机械研磨浆料，研磨第一部分的下部，氧化剂组合体由氧化剂与络合剂(complex agent)键结且具有比第一氧化剂更大的尺寸。
在一实施例中，其中第一化学机械研磨浆料和第二化学机械研磨浆料包括不同的pH值。
在一实施例中，其中研磨第一部分的下部的步骤使用比研磨第一部分的上部的步骤更高的表面压力。
在一实施例中，其中第二化学机械研磨浆料之氧化剂组合体中的氧化剂的重量百分比，大于第一化学机械研磨浆料中的第一氧化剂的重量百分比。
本揭露根据一些实施例提供了一种半导体装置的平坦化方法，包括：接收基板，基板包括装置、于装置上的第一金属材料的第一金属层、于第一金属层上的介电层、以及于介电层上的第二金属材料的第二金属层，第二金属层位于穿过介电层的开孔中且抵接(abut)开孔下的第一金属层；对第二金属层的表面施加第一化学机械研磨浆料，第一化学机械研磨浆料包括氧化剂组合体，氧化剂组合体包括氧化剂与通过非共价力键结到氧化剂的络合剂，氧化剂具有足以氧化第二金属材料的氧化电位；以及以第一化学机械研磨浆料研磨第二金属层。
在一实施例中，其中第二金属材料为钨且氧化剂为铁盐。
在一实施例中，其中络合剂为羧酸。
在一实施例中，其中在第一化学机械研磨浆料中的铁盐和羧酸的重量比例在约1:1到约1:10的范围内。
在一实施例中，其中第一化学机械研磨浆料包括在约2wt％到约7.5wt％的铁盐。
在一实施例中，其中第一化学机械研磨浆料包括约0.01wt％到约2wt％的羧酸。
在一实施例中，还包括：使用不同于第一化学机械研磨浆料的第二化学机械研磨浆料，移除第二金属层的上部。
在一实施例中，其中第二化学机械研磨浆料包括氧化剂而不包括和氧化剂络合的络合剂。
在一实施例中，其中第二化学机械研磨浆料包括比第一化学机械研磨浆料少约0.5wt％的氧化剂。
在一实施例中，其中移除第二金属层的上部的步骤使用比研磨第二金属层的步骤少约1psi的表面压力。
在一实施例中，其中第二金属材料为钴且氧化剂包括铁(III)。
在一实施例中，其中络合剂为丙二酸。
在一实施例中，其中第二金属层包括金属阻障层和一上方的金属接触层，其各自都包括位于介电层上的多余部分；使用不同于第一化学机械研磨浆料的第二化学机械研磨浆料，移除金属接触层的多余部分；以及使用第一化学机械研磨浆料，移除金属阻障层的多余部分。
在一实施例中，其中金属阻障层为钨且金属接触层为铜。
本揭露根据一些其他实施例提供一种化学机械研磨浆料组合物，包括：多个研磨粒(abrasive particles)；以及多个氧化剂组合体，每个氧化剂组合体都包括氧化剂和通过非共价力键结到氧化剂的络合剂。
在一实施例中，其中氧化剂为三价铁盐(ferric salt)且络合剂为羧酸。
以上概述数个实施例之部件，以便在本发明所属技术领域中具有通常知识者可以更加理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中具有通常知识者应理解，他们能轻易地以本发明实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同之目的及/或优势。在本发明所属技术领域中具有通常知识者也应理解，此类等效的结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明之精神和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定为准。

Claims (18)

1.一种半导体装置的平坦化方法，包括：
接收一基板，该基板包括一装置、一第一金属层于该装置上、一介电层于该第一金属层上，该介电层具有暴露该第一金属层的一开孔、以及一第二金属层，该第二金属层包括于该介电层上的一第一部分和于该第一金属层上且穿过该开孔的一第二部分，第一部分包括一上部和比该上部接近该装置的一下部；
使用包括一第一氧化剂的一第一化学机械研磨浆料，研磨该第一部分的该上部；以及
使用包括一氧化剂组合体的一第二化学机械研磨浆料，研磨该第一部分的该下部，该氧化剂组合体包括一氧化剂与包围该氧化剂并键结该氧化剂的一络合剂，且该氧化剂组合体具有比该第一氧化剂更大的尺寸。
2.如权利要求1所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第一化学机械研磨浆料和该第二化学机械研磨浆料包括不同的pH值。
3.如权利要求1所述的半导体装置的平坦化方法，其中该研磨该第一部分的该下部的步骤使用比该研磨该第一部分的该上部的步骤更高的一表面压力。
4.如权利要求1所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二化学机械研磨浆料的该氧化剂组合体中的该氧化剂的重量百分比，大于该第一化学机械研磨浆料中的该第一氧化剂的重量百分比。
5.一种半导体装置的平坦化方法，包括：
接收一基板，该基板包括一装置、于该装置上的一第一金属材料的一第一金属层、于该第一金属层上的一介电层、以及于该介电层上的一第二金属材料的一第二金属层，该第二金属层位于穿过该介电层的一开孔中且抵接该开孔下的该第一金属层；
对该第二金属层的一表面施加一第一化学机械研磨浆料，该第一化学机械研磨浆料包括一氧化剂组合体，该氧化剂组合体包括一氧化剂与包围该氧化剂并通过一非共价力键结到该氧化剂的一络合剂，该氧化剂具有足以氧化该第二金属材料的一氧化电位；以及
以该第一化学机械研磨浆料研磨该第二金属层。
6.如权利要求5所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二金属材料为钨且该氧化剂为一铁盐。
7.如权利要求6所述的半导体装置的平坦化方法，其中该络合剂为一羧酸。
8.如权利要求7所述的半导体装置的平坦化方法，其中在该第一化学机械研磨浆料中的该铁盐和该羧酸的一重量比例在1:1到1:10的范围内。
9.如权利要求6所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第一化学机械研磨浆料包括在2wt％到7.5wt％的该铁盐。
10.如权利要求7所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第一化学机械研磨浆料包括0.01wt％到2wt％的该羧酸。
11.如权利要求5所述的半导体装置的平坦化方法，还包括：
使用不同于该第一化学机械研磨浆料的一第二化学机械研磨浆料，移除该第二金属层的一上部。
12.如权利要求11所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二化学机械研磨浆料包括该氧化剂而不包括和该氧化剂络合的该络合剂。
13.如权利要求11所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二化学机械研磨浆料包括比该第一化学机械研磨浆料少0.5wt％的该氧化剂。
14.如权利要求11所述的半导体装置的平坦化方法，其中该移除该第二金属层的该上部的步骤使用比该研磨该第二金属层的步骤少1psi的一表面压力。
15.如权利要求5所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二金属材料为钴且该氧化剂包括铁(III)。
16.如权利要求5所述的半导体装置的平坦化方法，其中该络合剂为丙二酸。
17.如权利要求5所述的半导体装置的平坦化方法，其中该第二金属层包括一金属阻障层和一上方的金属接触层，其各自都包括位于该介电层上的一多余部分；
使用不同于该第一化学机械研磨浆料的一第二化学机械研磨浆料，移除该金属接触层的该多余部分；以及
使用该第一化学机械研磨浆料，移除该金属阻障层的该多余部分。
18.如权利要求17所述的半导体装置的平坦化方法，其中该金属阻障层为钨且该金属接触层为铜。
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