TW200809014A - Planarization of substrates at a high polishing rate using electrochemical mechanical polishing - Google Patents

Description

200809014 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例大體來說係有關於一種電化學製程方 法0 【先前技術】

電化學機械研磨（ECMP)係利用電化學溶解從基板表 面上除去導電材料，同時以與習知平坦化技術相比降低的 機械磨蝕研磨該基板的技術。電化學溶解係藉由在陰極和 基板表面之間施加偏壓來執行，以從該基板表面除去導電 材料進入周圍的電解質。通常利用在其上處理該基板的導 電研磨材料來施加偏壓至該基板表面。該研磨製程的機械 部分係藉由在該基板和該導電研磨材料之間提供相對運動 來執行，其輔助從該基板上除去該導電材料。 尚度期望增加使用E C Μ P的基板產率。但是，藉由增 加施加至該基板表面的偏壓來增加基板產率的嘗試可造成 平坦化效率的降低以及相應的凹陷金屬（hollow metal)和 腐蝕缺陷的增加。平坦化效率係定義為沉積材料之階梯高 度（step height)的降低。在ECMP製程中，平坦化效率係施 加在基板表面和陰極之間的偏壓的函數。偏壓越高，研磨 速率就越高，而平坦化效率就越糟。反之，擁有較低研磨 速率的較低偏壓會有較佳的平坦化效率，但是也導致產率 的降低。 200809014 方法和設備’其增加基板產率同時保持改善的平坦化效率。 【發明内容】

V 本發月之實施例大體來說提供一種從基板表面除去導 電材料的方法及設備。在一實施例中，提供一種電化學機 械研磨一基板的方法。提供包含介電特徵定義、設置在該等 特徵疋義上之一阻障材料、以及量足以填充該等特徵定義的 一主體導電材料之基板。該基板係暴露在一電解液中。在該 導電材料上形成一保護層。藉由以一第一電壓研磨該基板一 段第一時間來提高該保護層的鈍化強度。以大於該第一電壓 的第二電壓研磨該基板一段第二時間。利用陽極從至少一部 分的基板表面上除去導電材料。 在另一實施例中，本發明提供一種處理擁有導電材料層 設置在其上之基板的方法。一基板係經提供至一處理設備。 將該基板暴露在一電解質中。在該基板上形成一電流抑制 層。一研磨物件接觸該基板。在該基板和該研磨物件之間提 供一第一相對運動。施加一偏壓至談基板一段第一時間。該 電流抑制層的密度係經增加。除去該導電材料層的一第一部 分。在該基板和該研磨物件之間提供一第二相對運動。施加 比該第一偏壓高的第二偏壓至該基板一段第二時間。除去該 導電材料層的一第二部分。 在又另一實施例中，本發明提供一種電化學及機械平 坦化一基板表面的方法。保持該基板倚靠一研磨設備的研 磨墊。在該研磨墊和受平坦化的基板表面之間施加約1.5 6 200809014 伏特和約3 · 〇伏特之間的第一電位一段约5秒和約1 〇秒之 間的時間。在該研磨墊和受平坦化的基板表面之間施加約 4·5伏特和約5.5伏特之間的第二電位一段約5秒和約90 秒之間的時間。 【實施方式】

本發明提供用來從基板上除去導電及阻障材料之系統 、的實施例。雖然下面揭示的實施例主要針對從基板 上除去材料，例如平坦化，預期到在此所揭露的教示可用 來電鏡基板，藉由顛倒施加在該基板及該系統之一電極間 的偏壓之極性。 設備 第1圖係具有電化學處理基板之設備的平坦化系 二0之一實施例之平面圖。該例示系統100 一般含有工 ^面102、載入自動控制裝置1〇4、以及平坦化模組丨〇6 該载入自動控制裝置104係毗鄰該工廠介面1〇2與該平 模、1 1〇6配置，以促進基板1Z2在其間之傳輸。 提供控制益108以促進該系統1〇〇之該等模組之 制及整合。該控制P ^ 〇 R勺 占 108包合中央處理單元（CPU)llO、 憶體11 2、以及支接雷放 . 々 寺電路114。該控制器1〇8與該系統1< 之夕種組件連接，以促推， 认制 進例如，平垣化、清潔、以及 輸製程之控制。 曰曰 圓匣 118。運用_介面自動指 11 6以及一或多個 120在該等晶圓匣 200809014 118、該清潔模組116及一輸入模組124間傳輸基板122。 設置該輸入模組124以促進基板122在該平坦化模組1〇6 和該工廠介面1 02間利用抓取器之傳輸，例如真空抓取器 或機械夾钳❶ 該平坦化模組1 06至少包含第一電化學機械平坦化 (ECMP)站128，配置在環境受控制之圍封188中。可適於 從本發明受惠之平坦化模組丨〇6之實例包含MIRRA®、 MIRRA MESA™、REFLEXION®、REFLEXI〇N® LK、以及 REFLEXION LK Ecmp™化學機械平坦化系統，所有這些皆 可由加州聖塔克拉拉之應用材料公司取得。其它平坦化模 組’包含使用製程研磨墊、帶狀平坦化微粒（planarizing webs)、或其組合者，以及使基板以旋轉、線性或其他平面 運動相對於平坦化表面移動者，也可適於從本發明受惠。 在第1圖所描繪之實施例中，該平坦化模組丨〇6包含

該弟一 ECMP站128、第二ECMP站130以及第二eCΜP 站132。可透過在該第一 ECMP站128之電化學溶解製程 來執行配置在基板122上之導電材料之主體移除。在該第 一 ECMP站1 28之主體材料移除後’殘餘之導電材料在該 第二ECMP站130透過一多階段電化學機械製程從該基板 上除去，其中一部分的多階段製程係經配置來除去殘留之 導電材料。預期到在一不同站執行主體移除製程後，可使 用多於一個ECMP站來執行該多階段移除製程。或者，可 使用該第一及第二ECMP站128、130之每一個來執行在 一單一站上之該主體及多階段導電材料移除兩者。也預期 200809014 到所有ECMP站（例 』如弟1圖所示之該模組]| 〇 6的3個站） 皆可配置來以兩階典必a a 一 段移除製程處理該導電層。 該例示平垣化握 m 106也包含配置在一機械基座14〇 之上側或第一側丨3 8之傳輪站136及旋轉台134。在一實 施例中，該傳輪站 136包含輸入缓衝站142、輸出緩衝站 144、傳輸自動控制 a 、 Λ置146 ’以及载入杯（i〇ad cup)組件 148。該輸入緩衝坫

七二 2 !由該載入自動控制裝置104接收 來自該工薇介面1夕 104從該輸出緩衝：板。也使用該載入自動控制裝置 102β該傳輸自 4將已研磨之基板送回該工廠介面

二制裝置係用來在該等缓衝站142 144和該载入杯έ I 外及件148間移動基板。 在一實施例中，诗推认1 < σ 卜 該傳輪自動控制裝置1 46包含兩個抓 取器組件’每-個皆具有氣動式抓取指，其利用基板邊緣 來抓持該基板。該傳輸自動控制裝置i 46可將欲處理之基 板從該輸入缓衝站142傳輸至該載入杯組件148，並且$ 步將已處理過之基板從該载入杯組件148傳輸至該輸出緩 衝站144。可使用而受益之傳輸站之實例在2〇〇〇年ι2月$ 號核准之美國專利第6，156，124號中揭示，其在此藉由？| 用其整體的方式併入本文中。 該旋轉台134係設置在該基座140中央。該旋轉台134 通常包含複數個手臂1 5 0，每一個皆支持一平坦化研磨頭 組件15 2。以虛線表示第1圖所描繪之手臂中的兩個，以 使該傳輸站136和該第一 ECMP站128之平坦化表面126 可以被見到。該旋轉台134是可索引的〇11(16父&1)16)，因此 v 200809014 該平坦化研磨頭組件152可在該等平坦化站128、13〇、l32 及該傳輸站1 3 6間移動。可使用而受益之旋轉台之實例在 1998年9月8號核准之美國專利第5,8〇4,507號中揭示， 其在此藉由引用其整體的方式併入本文中。

一調整元件1 82係經配置在該基座1 40上毗鄰每一個 平坦化站128、130、和132處。該調整元件182週期性地 調整配置在該等站128、13〇、132中之平坦化材料，以維 持均勻的平坦化結果。 第2圖描繪出位於該第一 ECMP站128之一實施例上 之該平坦化研磨頭組件152之一之剖面圖。可以同樣方式 配置該第二和第三ECMP站130、132。該平坦化研磨頭組 件152 —般含有與一平坦化研磨頭2〇4連接之驅動系統 202。該驅動系統2〇2通常至少提供該平坦化研磨頭2〇4 旋轉運動。該平坦化研磨頭2〇4可額外地被促動朝向該第 一 ECMP站128，以使留置在該平坦化研磨頭2〇4上之基 板122可在製程期間倚靠該第一 ecMP站128之平坦化表 面126配置。該驅動系統202與該控制器108連接，其提 供訊號給該驅動系統202以控制該平坦化研磨頭204之旋 轉速度和方向。 在一實施例中，該平坦化研磨頭可以是應用材料公司 生產之 TITAN HEADtm 或 TITAn PROFILERT%$ 圓载具。一 般來說’該平坦化研磨頭2〇4包含外罩214及留置環224， 其界定留置基板122之中央凹陷處。該留置環224限制配 置在該平坦化研磨頭204内之基板122，以避免基板在製 10 200809014 程時從該平坦化研磨頭204下方滑出。該留置環224可由 塑膠材料製成，例如PPS(聚苯硫）、peek(聚醚醚酮）、及 諸如此類者，或是導電材料，例如不鏽鋼、銅、金、把、 及諸如此類者，或其組合物。進一步預期到可電氣偏壓導 電留置環224，以在ECMP期間控制電場。導電或偏壓的 留置壞有減慢鄰近該基板邊緣處之研磨速率之傾向。預期 到可使用其他的平坦化研磨頭。

該第一 ECMP站1 28 —般含有可旋轉地配置在該基座 140上之平台組件230。該平台組件23〇係藉由一軸承238 支持在該基座140上，因此該平台組件23〇可相對於該基 座1 4 0旋轉。該基座1 4 〇被該轴承2 3 8限制之一區域係開 放式的，並且提供與該平台組件23〇交流之電氣、機械、 氣動、控制訊號及連結之管路（c〇nduit)。 %知軸承、旋轉接頭（r〇tary uni〇ns)及;滑環（slip rings)，集體稱為旋轉連接器（r〇tary e〇upler)276，係經提 供以使笔氣、機械、流體、氣動、控制訊號及連結可在 該基座140和該旋轉平台組件230間連接。該平台組件23〇 奴〃馬達2 3 2連接，其提供該平台組件2 3 0旋轉運動。 該馬達232與該控制器108連接，其提供訊號以控制該平 台組件230之旋轉速度及方向。 --々、叫l…入付证於其上之製 磨墊組件 222 〇可南丨田r斗士古办 丄 τ 7利用磁力、真空、失钳、膠黏劑及 此類者將該製程研磨墊組件留置在該平台組件上 在該平台組件230内界定一充實體206以促進電 11 200809014 在該平坦化表面1 26上之平均分佈。在該平台組件23〇内 形成複數個通道，在後方更詳細描述，以使電解質，從一 電解質來源248提供至該充實體206，可在製程期間均句 地流動通過該平台組件230並與該基板122接觸。預期到 可在製程的不同階段期間或在不同的ECMP站128、13Q、 1 3 2提供不同的電解質組合物。

v 該製程研磨墊組件222包含電極292和至少一個平坦 化部分290。該電極292 —般係由導電材料組成，例如不 鏽鋼、銅、鋁、金、銀和鎢，除了其他的之外。該電極292 可以是固體、電解質無法滲透、電解質可以滲透或穿孔的。 至少一接觸組件250在該製程研磨墊組件222上方延伸， 並且適於電氣耦合在該製程研磨墊組件222上處理之基板 與該電源供應器242。該電極292也與該電源供應器242 連接，因此可在該基板和電極292之間建立電位。 提供一測量儀（meter)244以價測該電化學製程之公制 表示。該測量儀可連接在或設置在該電源供應器242和至 少一個電極292或接觸組件250間。該測量儀244也可與 該電源供應器242整合 > 在一實施例中，該測量儀244係 經配置以提供該控制器108製程之公制表示，例如電荷、 電流及/或電壓。該控制器108可用此度量原位調整參數 或辅助終點或其他製程階段之偵測。 穿過該製程研磨塾組件222及/或平台組件230提供 一窗口 246，並且經配置以使一感測器254，設置在該研磨 墊組件222下方，可以感測研磨工作之公制表示。例如， 12 200809014 該感測器254可以是渦流感測器或干涉儀，除了其他的之 外。該感測器254提供給該控制器1〇8之度量提供可用來 進行原位製翟設定調整、終點偵測或該電化學製程之其他 點偵測之資訊。在一實施例中，該感測器254係能夠產生

平行光束之千涉儀，其在製程期間經刃導至並照射在基板 1 22被研磨之一側上。反射訊號間之干涉是正在處理之材 料之導電層厚度的表示。可使用而受益之感測器在1 9 9 9 年4月13號核准之美爵專利第5,893,796號中揭示，其在 此藉由引用其整體的方式併入本文中。 適於從該基板1 2 2上除去導電材料之製程研磨墊組件 222之實施例一般可包含基本上不導電之平坦化表面 1之6。適於從該基板122上除去導電材料之製程研磨墊組件 222之其他實施例一般可包含基本上導電之平坦化表面 126。提供至少一接觸組件25〇以耦合該基板與該電源供應 器242 ’因此該基板可在製程期間相對於該電極292偏壓。 孔洞210，穿過該平坦化層290形成，使電解質可在該基 板112和電極292間建立傳導路徑。 在實施例中，該製程研磨墊組件222之平坦化部分 2 9❹是介電紗. f料，例如聚胺酿(polyurethane)。可適於從本 發明受惠之制i 表程研磨墊組件之範例在2004年2月5號核准 之美國專利金

卑6,991，528號，以及2004年2月5號公開之 美國專利公P 由引用其楚 间案第2004/0020789號中描述，兩者皆在此藉 缓的方式併入本文中 第3八罔， 间係該第一 ECMP站128通過兩個接觸組件250 13 200809014 之部分剖面圖，&结 两弟4A— B圖係第3A圖所示之接觸組件 2 5 0之一之側顏 \ 、为解及剖面圖。該平台組件230包含至 少一値從其上延物山 ^伸出並與適於在製程期間偏壓該基板1 22 表面之電源供摩吳 …时242連接之接觸組件250。該等接觸組 件250可與該早么 卞口組件230、部分的製程研磨墊組件222、 或一勿離的70件連接。雖然第3 A圖示出兩個接觸組件 250仨可使用任何數量的接觸組件，並且可相對於該平台 上件230之中線以任何數量之配置法分佈。 r專接觸、、且件2 5 〇 一般係透過該平台組件2 3 〇與該電 '原供應” 242電氣連接，並且可移動以至少部分延伸通過 形成在該製程研磨墊組件222内之各自的孔洞3 68。該等 接觸組件250之位置可經選擇而在該平台組件230上擁有 置對於預疋製程而言，個別的接觸組件2 5 0可在 不同孔洞368内重新定位，而不含有接觸組件之孔洞則可 塞入插塞392或填入喷嘴394(如第3D — Ε圖所示者），其 容許電解質從該充實體206流至該基板。可適於從本發明 受惠之接觸組件在2005年4月26號梭准之美國專利第 6’8 84,153號中描述，並在此藉由引用其整體的方式併入本 文中。 雖然在下面關於第3A圖所述之搔觸組件25〇之實施 例描繪出滾動球體接觸，但該接觸組件250可包含具有適 於在製程期間電氣偏壓該基板122之導電上層或表面之結 構或組件。例如，如第3B圖所描繪者，該接觸組件250 可包含一研磨墊結構3 5 0，其具有由導電材料或導電複合 14 200809014 物（即該導電元素係與組成該上表面之材料整合分散或組 成該材料）製成之上層352,例如有導電微粒356分散在其 中之聚合物母體354或導電塗層結構，除了其他的之外。 該研磨墊結構3 5 0可包含一或多個形成在其間之孔洞 210，以將電解質輸送至該研磨墊組件上表面。

在一實施例中，每一個接觸組件250皆包含中空外罩 3 02、接合器304、球體306、接觸元件314及礙位軸襯316。 該球體3 0 6具有導電外表面，並且可移動地配置在該外罩 3 02内。該球體306可配置在一第一位置上，其使至少一 部分的球體306延伸至該平坦化表面126上，並且可配置 在至少一第二位置上，其中該球體3 0 6基本上與該平坦化 表面126齊平。也預期到該球體3〇6可完全移至該平坦化 表面126下。該球體3〇6 一般係適於電氣耦合該基板122 與該電源供應器242。預期到可在單一外罩3 5 8内配置複 數個用來偏壓該基板之球體306，如第3C圖所示。 該電源供應器242 —般在製程期間提供正電偏壓至該 球體3 06。在平坦化數個基板之間，談電源供應器242可 選擇性地施加負偏壓至該球體306，以最小化製程化學品 對該球體306之攻擊。 該外罩302係經配置以提供製程期間電解質從該來源 248流動至該基板122的管路。該外罩302係由與製程化 學品相容的介電材料製成^形成在該外罩3 0 2内之安裝座 3 26防止該球體306越過該外罩302之第一端308。該安裝 座326可選擇性地包含一或多個形成在其中之溝槽348， 15 200809014 其合許該球體3 06和安裝座326間之流體可以流出該外罩 302維持流體通過該球體3〇6之流動可最小化製程化學品 攻擊該球體306之傾向。 該接觸元件314係連接在該嵌位轴襯316和該接合器 3 04間。該接觸元件3 1 4 —般係經配置以電氣連接該接合 器304和該球體306，實質上或完全通過該外罩3〇2内之

球體位置範圍。在一實施例中，該接觸元件3丨4可以如彈 簧般配置。 在第3和4A - B圖所描繪並在第5圖詳細說明之實施 例中’該接觸元件3 14包含一環形基座342，其具有以對 立陣列（polar array)從其延伸出之複數個彎曲部344。該彎 曲部344 —般係由適於與製程化學品並用之彈性及導電材 料製成。在一實施例中，該彎曲部344係由鍍上鈹銅之金 製成。 " 四到弟3A和4A — B圖 之頭部424，其擁有從其延伸出之具螺紋的柱狀物422 夹甜轴概316可由介電或導電材料’或其組合物製成， 在一實施例中，係由與該外罩302相同沾从t 仰丨』的材料製成。該 队狀的頭部 424將該等彎曲部 344侔姓上 ^ ^ ^ ^ ^ 導成與該接觸％ 250之中線成銳角，因此該等接觸元件m .Λ 14之彎曲部3 係經設置而圍著該球體306表面延伸，以/ ...^ 防止該等彎曲 344在組裝該接觸組件250期間以及遍！ # ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 該球體 306 之 動範園内之彎曲、連結及/或損傷。 該球體306可以是實心或中空，並日 卫且通常由導電材 16

Μ 200809014 製成。例如，該球體306可由金屬、導電聚合物 導電材料，例如金屬、導電碳或石墨，除了其他 之外，之高分子材料製成。此外，該球體306可 導電材料之實心或中空蕊材形成。該蕊材可以 的，並且至少部份塗覆以導電塗層。 該球體306 —般係藉由彈力、浮力或流力之 促動朝向該平坦化表面126。在第3圖所描繪之漬 來自該電解質來源248之流過通過該接合器304 襯3 1 6和該平台組件2 3 0形成之該等通道之流動 體3 06在製程期間與該基板接觸。 第6圖係該第二ECMP站130之一實施例之 該第一及第三ECMP站128、132可以同樣方式 第二ECMP站 130 —般含有支撐全導電製程研 6 04之平台 602。該平台602可以與上述之平台 相似之方法配製，以傳送電解質經過該製程研 604，或談平台602可具有與其就鄰設置之流體 (未示出），其係經配置以供給電解質至該製程研 6 04之平坦化表面。該平台組件602包含测量儀 測器254之至少一種（在第2圖示出），以輔助終| 在一實施例中，該製程研磨墊組件604包含 電研磨墊6 1 0和電極6 1 4間之插入墊6 1 2。該導 6 1 0在其上製程表面上實質上是導電的，並且通 材料或導電複合物（即該導電元素係與組成該平 之材料整合分散或組成該材料）製成，例如具有導 或填充有 導電材料 由塗覆有 是非導電 至少一者 1施例中， 和夾钳軸 促使該球 剖面圖。 配置。該 磨墊組件 組件23 0 磨墊組件 傳送手臂 磨墊組件 244或感 达偵測。 包夾在導 電研磨墊 常由導電 坦化表面 電微粒分 17 200809014 散在1 a “ 之聚合物母體或導電塗層結構，除了其他的之 ，該V電研磨墊610、該插入墊612、以及該電極614 可製作成為單一的、可替換組件。該製程研磨墊組件6〇4 般像可以滲透或穿孔的，以使電解質可以通過該電極 和該導電研磨塾61 0上表面6 2 0間。在第6圖所描繪 之實施例中，該製程研磨墊組件604係藉由孔洞622穿孔， 以使電解質可以流過其間。在一實施例中，該導電研磨墊 610係由配置在設置於導電纖維上之聚合物母體上之導電 材料組成，例如，配置在塗覆有編織鋼（w〇ven c〇pper)之 I 口物上之聚合物母體中之錫微粒。該導電研磨墊61〇也 可為第3 C圖之實施例中之接觸組件2 5 〇所用。 可額外在該導電研磨墊610和該子墊612間配置一導 電薄片616。該導電薄片616與電源供應器242連接，並 在該導電研磨墊610上提供該電源供應器242施加之均勻 分布的電壓。在不含有該導電薄片616之實施例中，該導 電研磨墊610可透過，例如，與該研磨墊61〇整合之電極， 直接與該電源供應器242連接。此外，該研磨塾組件6〇4 可包含一插入墊618 ,其，與該薄片616 —起，提供上方 之導電研磨墊610機械強度r適合之研磨墊組件之範例在 先前併入之美國專利第6,991，528 f虎及美國專利公调案第 2004/0020789 號中描述。 t處理金屬及_障障層之方法 第7圖示出可在上述系統1〇〇中執行之電處理具有暴 露出之導電層及下方的阻障層之基板的方法7〇〇之一實施 18

200809014 例。該導電層可以是鎮、銅、擁有暴露出 一個層、以及諸如此頬者。該阻障層可以 钽、鈦、氮化鈦和諸如此類者。一介電層 物，一般位於該阻障層下方。該方法7〇1 理系統中執行。該方法700通常係儲存在 記憶體11 2内’ ^一般以私蛐a j? > i 敢Μ軟體常式之形式儲 也可由第二CPU(未示出）儲存及/或執行 該CPU 110控制之硬體有—段躁離處。 雖然本發明之製程係經討論為以軟體 中揭示之某些方法步驟也可在硬體中並且 執行。因此，本發明可實施為在〆電腦系統 以特洙應用積體電路或其他類梨之硬I implementation)來實施，或軟體及硬體之！ 第8圖係一圖示，描綠出本發明之電 鈍化強度一電壓特性。電壓係繪製在X軸 繪製在y軸。 第9A圖描繪出一圖示，系出本發明 程之一實施例的電壓一時間特性。電壓係 時間則繪製在X軸。 第9B圖描繪出一圖示，乔出本發明 程之另一實施例的電壓〜時間特性。電壓 而時間則繪製在X軸。 第9C圖描繪出一圖示，示出本發明 程之另一實施例的電壓〜時間特性。電壓 的鎢和銅兩者的 是釕、钽、氮化 ，通常是一氧化 也可在其他電處 該控制器1 0 8之 存。該軟體常式 ，其係設置在與 常式實施，但其 由該軟體控制器 ，上執行之軟體， !實現（hardware IE合。 化學研磨製程的 ’而純化強度則 之電化學研磨製 繪製在y軸，而 之電化學研磨製 係繪製在y轴， 之電化學研磨製 係繪製在y軸， 19 200809014 而時間則繪製在x軸。 第1〇圖描繪出一圖示，示出本發明之電化學研磨製程 之另-只施例的電壓―時間特性。電壓係繪製在丫軸，而 時間則繪製在X軸。 方法700始於步驟7〇2，此時提供包含介電特徵定義、 設置在該等特徵定義上之阻障材料、以及量足以填充該等特 徵定義的主體導電材料之基板。在一實施例中，該導電層係 一層厚度約4000埃至2〇5〇〇〇埃的鋼。在一實施例中，該阻 障層的厚度約5 0埃至約2 5 0埃。 接著，在步驟704中，將該基板暴露在一電解液中。 該電解液可包含商甩電解液。適合的酸性基電解質系統包 含，例如，硫酸基電解質、磷酸基電解質、過氯酸基電解 質、醋酸基電解質、及其組合物。適合的酸性基電解質系 統包含酸性電解質，例如磷酸和硫酸，以及酸性電解質衍 生物’包含其銨及鉀鹽。該遊性基電解質系統也可緩衝該 組合物以保持處理基板之預期的ρΉ水準。 適合的酸性基電解質之範例包含擁有磷酸根（PO^j 的化合物，例如，磷酸、磷酸鉀（K3P〇4)、磷酸鋼、磷酸二 氫銨（νη4η2ρ〇4)、磷酸氫二銨（（νη)2ηρ〇4)，以及擁有破 酸根（S043-)的化合物，例如硫搜、硫酸氫二錢 ((NHhHSO4)、硫酸銅、或其組合物。本發明也預期到也可 用已知和未知的習知電解質利用在此所述製程來形成在此 所述之組合物。 或者，可提供量介於該組合物之約1和約30重量百分 20 200809014 比（wt%)或體積百分比（ν〇ι%)之間的酸性基電解質系統，以 提供適合的導電度以執行在此所述製程。例如，磷酸二氫 及/或鱗酸氫二録可以介於該溶液之約15和約25重量或 體積百分比之間的量存在於該組合物中。磷酸可以高至约 30, wt%的濃度存在，例如，介於約2 wt%和約6 之間。 在此間所述的任何實施例中，該等螯合劑可與導電材 料鍵結，例如銅離子，增加金屬材料的移除速率，益且也

可用來缓衝或調整研磨组合物，以保持處理基板的預期pH 水準。 該一或多種螯合劑可包含擁有係選自胺基、醯胺基 (amide group).羰基（carb〇xylate> 、二羰基 (diearboxylate)、三羰基（tri_carb〇xylate)、經基（hydr〇xyl groups)、羥基和羰基的混合物、及其組合物的一或多種官 月b基之化a物該或多種螯合劑也可包含在此所述之螯 合劑的鹽類。要除去的金屬材料，例如銅，在與官能基接 合之前、期間或之後可以是任何氧化態，例如〇、丨、或2。 該等S月、基可與製程期間產生在基板表面上的金屬材料鍵 結，並從基板表面除去該等金屬材料。 該研磨組合物可包含濃度約0.1 %和約15%體積或重 里百分比之間的一或多種螯合劑，例如，介於约〇1%和約 4%體積或重夏百分比之間。例如，可用約2〇/〇體積或重量 百分比之乙烯二胺來做為螯合劑。 適合的養合劑之範例包含擁有一或多種胺及醯胺官能 基之化δ物，例如乙烯二胺、二乙婦三胺、二乙烯三胺衍 21 200809014 生物、六二胺、胺基酸、乙烯二胺四醋酸、甲基甲醯胺、 或其組合物。

適合的擁有一或多種羰基之螯合劑的範例包含獰檬 酸、酒石酸、琥珀酸、草酸、及其組合物。適合的擁有一 或多種羰基之其他酸包含醋酸、己二酸、丁酸、葵酸（capric acid)、己酸（caproic acid)、辛酸（caprylie acid)、戊二酸 (glutaric acid)、甘醇酸、曱酸（formic acid)、反丁 烯二酸 (fumaric acid)、乳酸、月桂酸（lauric acid)、蘋果酸（malic acid)、順丁婦二酸（maleic acid)、丙二酸、肉豆蔻酸 (myristic acid)、棕櫚酸（plamitic acid)、鄰苯二曱酸 (phthalic acid)、丙酸、丙網酸(pyruvic acid)、硬脂酸 (stearic acid)、戊酸、及其組合物。 在此間所述之任何實施例中，該等無機或有機酸鹽可 做為螯合劑。該研磨組合物可包含濃度介於該組合物之約 0.1 %和約15%體積或重量百分比之間的一或多種無機或有 機鹽類，例如，介於約〇 · 1 %和約6 %體積或重量百分之間。 例如可在該研磨組合物中使用約 2%體積或重量百分的擰 檬酸銨。 適合的無機或有機酸鹽之範例包含有機酸之銨及鉀 鹽，例如草酸錄、檸檬酸銨、據珀酸銨、一元（monobasic) 檸檬酸鉀、二元（dibasic)擰檬酸卸、三元（tribasic)檸檬酸 鉀、酒石酸鉀、酒石酸銨、琥珀Sit鉀、草酸鉀、及其組合 物。此外，在此所述的羰酸之銨及鉀鹽也可用來做為在此 所述之組合物内的有機酸鹽。 22

200809014 談一或多種pH調整劑辅助該研磨組合物的pH 該研磨組合物之較佳pH可介於約2和約1 0之間， pH介於約4和約6之間。該研磨組合物可包含上J wt°/〇的一或多種pH調整劑，例如，介於約0.2%和: 體積或重量百分比之間的一或多種pH調整劑。不 合物可提供給一特定濃度不同的pH水準，例如， 物可包含約0.1 %和約10%體積百分比之間的鹼，例 化鉀、氫氧化銨、或其組合物，以提供預期的pH 7jc 該一或多種pH調整劑可以是有機酸，例如， 例如醋酸、擰檬酸、草酸、包含磷酸之含磷酸化合 酸銨、磷酸鉀、及其組合物、或其組合物。也可在 組合物内使用無機酸，例如包含硫酸、硝酸、及其 之強酸。 該一或多種pH調整劑也可包含驗，例如，氫氧 氫氧化銨、或其組合物。用於該研磨組合物内之鹼 常是需要用來調整該組合物的pH至約2和約1 0之 期水準之量。 或者，該研磨組合物可包含鹼及係選自醋酸、稽 草酸、磷酸、磷酸銨、磷酸鉀、或其組合物之化合 含有鹼及係選自在此確認之族群的化合物兩者之 中，該組合物可包含約 0.1 %和約 10%體積百分比 鹼，以及約0.2%和約25%體積或重量百分比之間的 醋酸、捧檬酸、草酸、磷酸、磷酸銨、磷酸鉀、或 物之化合物。 調整。 例如， L約70 約25% 同的化 該組合 如氫氧 羰酸， 物，石粦 該研磨 組合物 化鉀、 的量通 間的預 「檬酸、 物。在 組合物 之間的 係選自 其組合 23 200809014 該研磨組合物包含一或多種含有研磨微粒的研磨辅助 材料、一或多種氧化劑、及其組合物。

在另一觀點中，該電解液也可包含鹼性化合物，例如 氫氧化鉀（KOH)，以調整該溶液的pH值，其可以總溶濠體 積中上至約70重量百分比的量存在，以及構酸鹽系統，例 如磷酸二氫銨（nh4h2po4)、磷酸氫二銨（（NH4)2HP〇4)、磷 酸、或其混合物，以總溶液體積之約2和約30重量百分比 之間的量存在。磷酸二氫銨及/或磷酸氫二銨可以總溶液 體積之約15和約25重量百分比之間的量存在。 一例示電解液包含約8%(1-20%、4-15%)重量百分比的 一元磷酸鉀，約2%(0.2-4%、0.5-2%)體積百分比的乙烯二 叙、約2 % (0 · 2 - 6 %、0.4 - 2.5 % )重量百分比的捧樣酸錄、約 0·3%(0·05-0·6%、0.1-0.4%)重量百分比的苯並三唾 (benzotriazole);介於約0.5%和約6%體積百分比的磷酸， 以提供约5 (4 - 7、4 · 5 - 6 )的ρ Η值卜以及去離子水。 其他適合的電解液在2005年5月11號核准的美國專 利第6,899,804號，2〇03年9月25號公開的美國專利公開 案第2003/3 12,823號，2005年12月19號提出申請的桿題 為「電化學機械研磨製程之方法及組合物』之美國專利申 請案第1 1/3 12,823號，2005年5月5號提出申請的標題為 「運用電化學機械研磨之導電材料移除之製程及組合物 之美國專利申請案第11/123,274號，以及2〇〇6车9 Β 亍ζ月15 號提出申請之標題為「研磨基板之方法及組合紙 β、 μ」之代理 人案號 APPM/005699.P9/PPC/CMP/CKIM 之未 ν 也 伯獻案號的 24 200809014 美國專利申請案中揭示，所有皆在此藉由引用的方式併入 本文中。

在步驟706，在該導電材料上形成保護層。該電解液 包含一鈍化或抑制劑，其導致該保護層的形成。鈍化或抑 制劑的範例包含抗腐蝕劑、平滑劑（leveling agent)、黏度 形成劑、或其組合物。適合的腐蝕抑制劑、平滑劑和黏度 形成劑在2004年10月25號提出申請之共案審查之標題，為 「使用電化學機械研磨之基板平坦化」之美國專利申請案 第10/972,884號中進一步討論，其在此藉由引用的方式併 入本文中。咸信該鈍化或抑制層可隔離或限制電解質和沉 積在基板表面上的材料之間的化學及電氣反應。該鈍化或 抑制層可以是連續或不連續的。 抗腐餘劑避免金屬表面的氧化或腐蝕，藉由形成一材 料層以降低或最小化設置在該基板表面上的材料和周圍電 解質之間的化學反應。由該等抗腐蝕劑形成的材料層隔離 該表面和周圍電解質，因此，抑制或最小化該基板表面上 的電流，並限制電化學沉積和溶解^在此使用之抗腐餘劑 的範例可包合任何種類的含嗤基有機化合物，例如苯並三 坐 氫硫本並二0圭（mercaptobenz〇triazole)、或 5·甲基-1· 苯並三唑。咸信該等唑基，例如三唑，是有效的抑制劑， 因為氮原子上的未鍵結電子對可與例如銅之導電材料形成 配位共價鍵，而對進一步的化學活動變得有抗拒力。抗腐 蝕劑對電解質而言是較佳的添加劑，因為抗腐蝕劑形成保 護層而不會形成氧化物。 25

200809014 或者，聚合物抑制劑，就非限制性範例而言，聚烷 芳基磷酸醚（polyalkylaryl ether phosphate)或壬基苯驗 氧基硫酸銨（ammonium nonylphenol ethoxylate sulfate) 可用來替代含唑抗腐蝕劑或與其並用，以該組合物之 0.002%和約1 ·0%體積或重量百分比之間的量。 在步驟708，以第一電壓研磨該基板一段第一時間 以建立或增加該保護層的鈍化強度。此鈍化強度的增加 依據該保護層的厚度及/或密度的增加來定義。該保護 的厚度及密度可支配化學反應及/或陽極溶解量的程度 例如，觀察到較厚或密度較大的保護層會造成較少的陽 溶解，與較薄和密度較低的保護層相比，在步驟708之德 在步驟710以比該第一電壓高的第二電壓研磨該基板一 第二時間。步驟708和710參考第8、9A、9B、9C和 圖描述。 第8圖係一圖示，描繪出本發明之電化學研磨製程 鈍化強度一電壓特性。第9A、9B、9C、和1 0圖係示出 綠本發明之電化學研磨製程之電壓—時間特性的各種波 之圖示。如第8圖所示，最大鈍化強度在線條8〇2表示 的第一電壓V〇處發生。一高速研磨步驟在第二電壓Vi 發生’由線條804表示。線條804表示與“習知，，ECMP 壓相等的電壓。該“習知”ECMP電壓通常是约2.0伏特 約5.5伏特之間。但是，若在Vi處開始研磨，則無法產 適當的平坦化結果，並且也可能會發生例如凹陷金屬和 餘缺陷等缺陷。虛線806表示研磨速率。在一實施例中 基 乙 約 9 係 層 〇 極 段 10 的 描 形 出 處 電 至 生 腐 26 200809014 浸泡晶圓並在時間t = 0時開啟電壓。將電壓維持在低研磨 速率之Vo —段第一時間，使最大鈍化可以發生。一旦已建 立該保護層，增加電壓至V i，此時以較高速率進行研磨。

如第9A圖所示，在本製程之一實施例中，在將基板 暴露在電解液中之後，一保護層會形成在該基板上持續一 段時間U。該時間t!通常係少於5秒，並且通常相應於將 晶圓載入該平台上所需的時間。在時間t!期間所建立的保 護層通常是非常薄弱的。在該保護層的最初形成之後，施 加第一電壓（V〇)至該基板一段時間t2。該時間t2通常是约 5至約1 0秒之間。該保護層的厚度及/或密度通常在時間 t2期間增加。該第一電壓V〇表示最大鈍化發生處的電壓。 在時間t2期間強化該保護層後，增加該電壓至V i，此時研 磨發生一段時間t3。該時間t3與所施加的1：壓以及移徐的 材料量有關。如第9 A圖之波形圖案所示者，例如，該電 壓V〇係介於1.0伏特至約3.0伏特之間一段約5和约10 秒之間的時間。然後增加電壓V〇至電壓V!，其係介於約 2.5伏特和5.5伏特之間一段時間t3。 如第 9B圖所示，在本製程之另一實施例中，在將基 板暴露在電解液中之後，一保護層會形成在該基板上持績 一段時間t!。該時間山通常係少於5耖，並且通常相應於 將晶圓載入該平台上所需的時間。在時間h期間所建立的 保護層通常是非常薄弱的。在該保護層的最初形成之後， 施加第一電壓（V〇)至該基板。該電壓V〇在時間t2内線性增 加至Vi。該時間t2通常是約5至約10秒之間。該保護層 27 200809014

的厚度及密度通常在時間^期間增加。該第一電壓v〇表 不最大鈍化發生處的電壓。在時間“期間強化該保護層 後’研磨在電壓V!處發生一段時間u。該時間u與所施 加的電壓以及移除的材料量有關。如第9B圖之波形圖案 所不者’例如’該電壓Vq係介於1〇伏特至約3 〇伏特之 間一段約5和約10秒之間的時間。然後增加電壓至電 壓V1 ’其係介於約2 · 5伏特和5 · 5伏特之間一段時間t3。 如第9C圖所示，在本製程之另一實施例中，在將基 板暴露在電解液中的同時，一保護層會形成在該基板上持 續一段時間t!。該時間ti通常小於1〇秒。在該時間q期 間，該電壓從V〇增加至Vi。這也稱為「上升（ramp邛)」 電壓。該第一電壓VG表示最大鈍化發生處的電壓。在增加 該電壓至Vi後，研磨在電壓Vi處發生一段時間h。時間 h的長度與所施加的電壓以及移除的材料量有關。 在本製程之另一實施例中，在第10圖中示出，發生 保護1的再鈍化。如第10圖所示，一保護層形成在該基 持只段時W u。在該保護層的最初形成之後，施加 一電壓（v〇)至該基板—俨眭 4 ί又時間t2。該第一電壓表示最 鈍化發生處的電壓。在奪門如 在夸間t2期間強化該保護層後，增 該電壓至v i，此時研磨發生一卩 …發生段¥間t3。如第1 〇圖之 形圖案所示者，例如，電人 处扯 /电經V〇係介於1.0伏特至約3 伏特之間一段約5秒 秒 V s + r 1 办之間的時間。然後增加電 V〇至電壓V!，其係介於的 ,、力2·5伏特和5·5伏特之間〆段 /和約90秒之間的時間。時从 t3的長度與例如所施加 28 200809014 電塵以及移除的材料量等因素有關。在以電壓％研磨一段 第三時間t3之後，將電壓降低至電壓V 〇 —段第四時間。 在此第四時間期間，發生該保護層的再鈍化或強化、在再 純化之後，將電壓增加至電麈νι —段第五時間t5，此時繼 續研磨該基板。預期到多種其他實施例，例如，包含其他 週期的實施例，每一段時間的電壓皆不同的實施例，以及 變更時間長短的實施例。 在步驟712,藉由陽極溶解從至少一部分的基板表面 上除去導電材料。導電材料的陽極溶解係藉由在該基板， 或陽極’以及設置在該電解質内的陰極之間施加偏壓來起 始’以容許導電材料溶解，例如形成在其上的含銅材料。 該偏壓可包含應用約1 5伏特或更少的電壓至該基板表 面。可使用約〇·1伏特和約1 5伏特之間的電壓來從該基板 表面上溶解含鋼材料並進入該電解質内。在此種偏壓下， 該基板表面作用為陽極，用以溶解形成在其上的材料。或 者’就200亳米基板而言，該偏壓可以是約〇 〇1和约4〇 笔安培/平方公分之間的電流密度。或者，該偏壓可以施 加至該製程塾組件222，其可以是導電聚合物墊，以在製 程期間電氣地傳導電流或功率至該基板表面。 所施加來執行該陽極溶解製程的偏壓可取決於使用者 在從該基板表面上除去材料方面的要求而在功率和應用上 〗如’可提供該基板表面一時變（time-vary in g)陽 極電位。也可利甩電脈衝調變技術施加該偏壓。該電脈衝 調變技術包合< s在該基板上施加一固定的電流密度或電壓一 29 200809014 段第一時間， 、 以後在該基板上施加一固定電壓，其極性可 航衝調鬱段第一時間，並重複該第一和第二步驟。該電 脈衝調變括 n ;t可使用從約-〇·1伏特和約_15伏特之間至約 、、、15伏特之間的不同電位。或者，就2〇〇亳 基板而言，兮拍膝 、 嗓偏壓可以是約〇〇1和約4〇毫安培/平方八 分之間的電、方七由 ° Α 机岔度。電脈衝可在低於3秒的 變，例如，給 u <间汉 、、勺〇·2秒和〇·4秒之間或5亳秒和1〇〇毫

間0 才gdb 、，該基板1 22係在該電解液中研磨，使該製程 =磨^二件222從該基板表面上除去至少一部分的保護 乂 口 P 77的基板表面在至少一部分的製程期間與該 製私研磨紐>ffL 〇 〇 〇 t v 接觸’以提供與該基板表面的機械交 互作用。例如，分甘丨 該基板122和該製程研磨墊組件222係徙 此以相對運氈教a ' 移動’例如一相對軌道運動，以機械地除 至少一部分的# > + 、 』彤成在該基板表面上的保護層，從而暴露出 下方的導電材料。該研磨步驟也可除去設置在該基板表面 广^製程研磨墊組件Μ2接觸之含銅材料的一部分。 在該製程研磨塾組件222和該基板表面之間使用約6 psi或更低的研磨壓力，以從該基板表面上除去該保護層 和3銅材料。在一觀點令，為該電化學機械研磨（Ec_) 技術使用约2 psi或更低的研磨壓力來除去該保護層（和含 銅材料），以平坦化該基板表面。在另一觀點中，使用約 〇·〇5 psi和〇·5 psi之間的研磨壓力，較佳地〇 3 ，來除 去該保護層。就研磨低k材料而言，例如氧碳化矽和低1 30 200809014 多孔材料，可使用約1 ·5 psi或更低的研磨壓力，例如約 〇.5psi。在本製程之一實施例中，可在約6 psi或更低的壓 力下使用抗腐餘劑、平滑劑、或其組合物。當該研磨壓力 約2 psi或更低時可使用平滑劑。 在研磨期間’該基板1 22可在約5 rpms或更快的載具 頭或平坦化研磨頭204旋轉速度下被旋轉。例如，該平坦 化研磨頭204的旋轉速度可在約5 rj>mS和約500 rpms之 間’最常用的是約5 rpms和約75 rpms之間的旋轉逮度。 本發明預期一種提供大於120 rpms且小於500 rpms之旋 轉速率的研磨設備。該平台組件23〇也可以約5 rpms和约 5 00 rpms之間的速度旋轉，最常用的是約5 rpins和約5〇 rpms之間的旋轉速度。 材料係藉由陽極溶解、機械研磨、或其組合從至少一 部分的基板表面上除去，如上所述般。施加偏壓至該基板 表面以利用約15,000埃/分鐘的速率除去含銅材料，例如 約1〇〇埃/分鐘和約15,〇〇〇埃/分鐘之間。在本發明之欲 除去的鋼材料厚度低於5,〇〇〇埃之實施例中，可施加電壓 以提供介於約100埃/分鐘和大於6 5〇〇埃/分鐘之間的 移除速率。移除速率係取決於所施加的電壓和所除去的材 料量，除了其他因素之外。 該研磨製程之一範例包含將擁有含銅材料配置在其上 的基板設置在第一 ecmp站128上。該第一 ECMP站’、128 s有約8 /〇重里百分比的一元磷酸鉀、約2 %體積百分比的 乙烯一胺、約2%重量百分比的檸檬璇銨、約〇·3%重量百 31 200809014 分比的苯並三唑、約〇·5%和約6%體積百分比之間的 整劑以提供約5的pH值、以及去離子水。該基板 以第一電壓研磨，約2.0伏特，一段第一時間，約 提供約11 rpms和約231：1)1^之間的研磨速度，以及 Psi的接觸壓力在該基板和該製程研磨墊組件222 導電材料係以約3000埃/分鐘的速率移除。施加约 特和約4.0伏特之間的第二電壓至該基板表面或導 墊一段第二時間，約00秒（取決於電壓和所除去的 度）。該含鋼材料係以大於6500埃/分鐘的速率除^ 咸信平坦化該基板1 22的機制係如下。形成化 或電氣隔離該基板122表面的保護層，出於該基板 面在抗腐蝕劑、平滑劑、或黏度形成劑、或其組合 暴露，或是藉由介電層或有機材料的沉積。施加第 以增強該保護層的鈍化強度。鈍化強度的增強係由 層的厚度及/或密度的增加表現出。該保護層之此 鈍化強度容許較高速率的研磨。施加比該第一電壓 二電屋以藉由陽極溶解從該基板122表面上除去枯 助導電材料的移除，例如含鋼材料。但是，因為該 隔離或抑制陽極溶解的電流，遂在該基板122和製 墊組件222之間提供機械研磨，以從該製程研磨塾$1 和該基板122之間的接觸區除去該保護層，例如從 度沉積或下方層的構形而形成在該基板表面上的隆 並且暴露出下方的含銅材料。在最小或沒有接觸的 留下該保護層，例如該基板表面上的内陷或低凹處 pH調 122係 5秒。 …約0·3 之間。 3.0伏 電研磨 材料厚 學及/ 122表 物中的 一電壓 該保護 增加的 高的第 料或輔 保護層 程研磨 I 件 222 因為過 起上， 區域保 。然後 32 200809014 使暴露出的含銅材料與該電解液電氣連接，並且可藉由陽 極溶解除去。

在保留低凹處内的保護層的同時，藉由在所施加的偏 屢下與該製程研磨墊組件222接觸之該保護層從隆起處的 選擇性移除使過量含銅材料從該基板表面之無保護部分上 可有增加的溶解及/和移除，相對於位於該保護層下方之 導電材料的移除。無保護層形成在其上的含銅材料之增加 的溶解和移除使形成在該基板表面上之隆起處的減少可以 增加’與形成在其上的低凹處相較，造成該基板表面平坦 度的提升。 此外，利用研磨和陽極溶解之材料移除使該基板表面 可以較習知研磨低的研磨壓力平坦化（即，約2 psi或更 低）。較低的研磨壓力對應較低的剪力及摩擦力，其使此製 程適於平坦化對於該基板1 2 2和研磨塾之間的接觸壓力敏 感的基板表面，例如研磨低k介電材料，而擁有減少或最 小化的來自研磨之形變及缺陷的形成。此外，已觀察到該 較低的剪力和摩擦力可減少或最小化研磨期間構形缺陷的 形成，例如碟形化和刮痕。 在沉積和平坦化製程之後，接著可將該基板傳送至一 研磨設備以進一步平坦化該基板。在本發明之一觀點中， 將已如上述般沉積並研磨的基板傳送至第二ECmp站 1 3 0 ’並且從該基板表面除去殘餘物或餘下的沉積材料，例 如銅。殘餘材料係廣義定義為已在該基板上執行一或多個 研磨製程步驟後殘餘的任何塊材（bulk material)。殘餘材料 33 200809014 可包含含鋼材料，例如銅、銅合金、及/或摻雜的鋼，以 及從該基板表面上除去的銅研磨副產物，例如氧化鋼。殘 餘物可能部分或完全覆蓋基板表面，例如，當殘餘材料在 研磨步驟後保留下時，可能暴露出一部分的下方阻障層， 或者，在執行研磨製程後，可能沒有阻障層暴露出。 在一範例中，將基板設置在含有固定磨料研磨墊之平 台上’並且一般包含將該基板設置在研磨站之固定磨料研 磨墊上（未示出）。該研磨製程可在習知或上述固定磨料研 磨塾上使用無磨料或含磨料研磨組合物。 然後可設置該基板以在含有研磨塾之第三EC ΜP站 132執行阻障移除，其一般包含將基板設置在配置在研τμτμ 磨站内之平台上的研磨墊上。接著施加一阻障移除研磨組 合物至該研磨墊，然後利用該基板上的研磨製程從該基板 表面上除去阻障層材料。該阻障移除研磨組合物可以是在 習知或固定磨料研磨塾上的無磨料組合物，或者可包含高 速化學餘刻，也稱為旋轉蝕刻。 接下來可拋光該基板以最小北表面缺陷。適合的拋光 製程及組合物之範例在2000年5月η號提出申請之美國 專利申請案第09/568，968號中揭示，並在此藉由引甩至不 與本發明不一致的程度下併入本文中。 選擇性地，可在每一個研磨製程期間或之後施加清潔 液至該研磨墊，以除去來自該研磨製程的微粒物質和失效 試劑，並且幫助最小化讓等研磨墊上的金屬殘餘物沉積以 及形成在基板表面上的缺陷。適合的清潔浪之一範例是可 34 200809014

從加州聖塔克拉拉的應用材料公司購得之ElectraeieanTM 最後，可將基板暴露在一後研磨清潔製程中，以減，丨、 研磨或基板處理期間形成的缺陷。此種製程可最小4 y 4化形成 在基板表面上的銅特徵内的不預期氧化或其他缺陷。 ㈡ 此I後 研磨清潔之一範例是可從加州聖塔克拉拉的惠用材料公司 購得之 Electra CleanTM^ 應用。 雖然上述實施例係針對從一基板上研磨銅材料，包含 銅合金和摻雜的銅，本發明預期到在此所述之製程在研磨 可能含有導電金屬之表面上的應用，例如鋁，鎢，钽，鈦， 鶴、钽、和鈦的氮化物，鋁、鎢、鈕、和鈦的合金、摻雜 的鎢，摻雜的纽，和摻雜的鈦，及其組合物：和其他可 用電化學製鞋泣接1 1 * /儿積及/或除去的材料，例如鉑、金、 鎳及其組合物。 跟、 【圖式簡單說明】 因此可以詳 明更明確的描述細瞭解上述本發明特徵的方式，即對^ 施例來得到簡短地在前面概述過，可以藉由參i

p付圖僅示出本^日中某些在附圖中不出。但是需注意的J

範圍之限細*明之一般實施例，因此不應被認為係I 第1闻y々承發明可允許其他等效實施例。 第2闰 b予機械平坦化系統之平面圖； 弟2圖係第！ /

站之一實施你 Θ 糸統的第一電化學機械研磨（EC 之剖面圖； 第3 Α圖係誃 主體ECMP站通過兩個接觸組件之名 35 200809014 剖面圖； 第3B — C圖係接觸組件之其他實施例之剖面圖； 第3 D —£圖係插塞之剖面圖； 第4圖係接觸組件之一實施例之側視、分解及剖面圖； 第5圖係接觸元件之一實施例； 第6圖係另一 ECMP站之另一實施例之透視圖； 第7圖係電化學機械研磨製程之一實施例之流程圖；

第8圖係一圖示，描繪出本發明之電化學研磨製程的 鈍化強度一電壓特性； 第9A-C圖係示出描繪本發明之電化學研磨製程之電 壓一時間特性的各種波形之圖不;以及 第1 0圖係示出描繪本發明之電化學研磨製程之電壓 一時間特性的波形之圖示。

【主要元件符號說明】 100 平坦化系統 104 翁入自動控制裝置 108 控制器 112 記憶體 116 清潔模組 122 基板 126 平坦化表面 134 旋轉台 138 第一側 102 工廠介面 106 平坦化模組 110 中央處理單元 114 支持電路 118 晶圓匿 124 輸入模組 128、130、13 2 ECMP 站 136 傳輸站 140 機械基座 36 200809014

142 輸入緩衝站 144 輸出緩衝站 146 輸自動控制裝置 148 載入杯組件 150 手臂 152 平坦化研磨頭組件 182 調整元件 188 圍封 202 驅動系統 204 平坦化研磨頭 206 充實體 210、 368 、 622 iL Μ 214 外罩 222 > 604 製程研磨墊組 224 留置環 230、 602 平台組件 23 2 馬達 23 8 軸承 242 電源供應器 244 測量儀 246 窗口 248 電解質來源 250 接觸組件 254 感測器 260 上表面 276 旋轉連接器 290 平坦化部分 292、 614 電極 3 02 中空外罩 304 接合器 306 球體 308 第一端 314 接觸元件 316 嵌位軸襯 326 安裝座 342 基座 344 彎曲部 348 溝槽 3 50 研磨墊結構 3 54 聚合物母體 356 導電微粒 358 外罩 392 插塞 3 94 喷嘴 422 柱狀物 424 頭部 612 、618 插入墊 616 導電薄片 37 200809014 620 上表面 700 方法 702、704、706、708、710、712、714、716、720、722 步 驟 802、804、806 線條

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Claims (1)

1. 200809014 十、申請專利範圍： 1. 一種電化學機械研磨一基板的方法，其至少包含： 提供一基板，其包含介電特徵定義、設置在該等特徵定 義上之阻障材料、以及量足以填充該等特徵定義的一導電材 料； 將該基板暴露在一電解液中； 在該導電材料上形成一保護層；

   以一第一電壓研磨該基板一段第一時間，以提高該保護 層的鈍化強度； 以大於該第一電壓的一第二電壓研磨該基板一段第二 時間；以及 利用陽極溶解從至少一部分的基板表面上除去該導電 材料。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含藉由以小於 該第二電屋的一第三電壓研磨該基板一段第三時.間來再鈍 化該保護層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含重複以一第 一電壓研磨該基板和以大於該第一電壓的一第二電壓研磨 該基板的步驟一或多個週期。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之第一電 39 200809014 壓和第二電壓擁有正極性。 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之以一第 一電壓研磨該基板一段第一時間以提高該保護層的鈍化強 度包含增加該保護層的厚度。

   6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之以一第 一電壓研磨該基板一段第一時間以提高該保護層的鈍化強 度包含增加該保護層的密度。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之第一時 間係比第二時間短。 8.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中上述之第一時 間係約5秒和約10秒之間。

   9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之第一電 壓係約1.5伏特和約3.0伏特之間。 10·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之第二 電壓係約4.5伏特和約5.5伏特之間。 11 · 一種處理擁有導電材料層設置在其上之基板的方法，其 40

   200809014 至少包含： 提供該基板至一處理設備； 將該基板暴露在一電解質中； 在該基板上形成一電流抑制層； 使該基板與一研磨物件接觸； 在該基板和該研磨物件之間提供一第一相對運動； 施加一偏壓至該基板一段第一時間； 增加該電流抑制層的密度； 除去至少一第一部分的導電材料層； 在該基板和該研磨物件之間提供一第二相對運動； 施加比該第一偏壓高的第二偏壓至該基板一段第 間；以及 除去至少一第二部分的導電材料層。 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之 該第一偏壓包含施加約1.5伏特和约 3.0伏特之間 壓，並且施加該第二偏壓包含施加約4.5伏特和約5 特之間的偏壓。 1 3.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之 時間係約5秒和約10秒之間。 14·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之 二時 施加 的偏 • 5伏 第一 第二 41 200809014 時間係約5秒和約90秒之間。 1 5 ·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之使該 基板與一研磨物件接觸包含在該基板和該研磨物件之間施 加约0· 1 psi和約3 ·0 psi之間的壓力，並且提供相對運動包 含以約5 rpm和約75 rpm之間的速率旋轉該研磨物件，並 以約5 rpm和約50 rpm之間的速率旋轉該基板。

   1 6.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之電解 質包含： 一酸性基電解質； 一螯合劑； 一抗腐餘劑； 鈍化聚合物材料； 一 p H調整劑；

   介於約3和約10之間的pH值。 17. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之導電 層材料包含銅，並且該阻障層材料包含钽、氮化钽、或其 組合物。 18. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之除去 42 200809014 至少一第一部分的導電材料層以約3000埃/分鐘的.移除速 率發生。 1 9.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之除去 至少一第二部分的導電材料層以約6500埃/分鐘的移除速 率發生。

   20. —種電化學及機械平坦化一基板表面的方法，其至少 包含： 保持一基板倚靠一研磨設備的研磨墊； 在該研磨墊和受平坦化的基板表面之間施加約1 · 5伏 特和約3.0伏特之間的第一電位一段約5秒和約1 0秒之間 的時間； 在該研磨墊和受平坦化的基板表面之間施加約4.5伏 特和約5.5伏特之間的第二電位一段約5秒和約90秒之間 的時間。 43