专利名称：可控的电化学抛光方法
技术领域：
本发明关于一种提供半导体基底的可控的电化学抛光的方法。
技术背景抛光方法用于微电子器件的制造中，以在半导体晶片、场致发射显示器 和其他微电子基底上形成平面。例如，半导体器件的制造通常包括形成多层工艺层(process layer),对这些层的部分进行选择性的除去或图案化，及在半 导体基底上还沉积附加工艺层来形成半导体晶片。举例来说，工艺层可以包 括绝缘层，栅氧化物层，导电层，和金属或玻璃层等。为了随后的层的沉积， 通常在晶片工艺的某些步骤中，需要工艺层的最上面的表面应当是平坦的， 即平面的。使用诸如化学-机械抛光(CMP)的抛光方法平整工艺层，其中抛光 诸如导电或绝缘材料的沉积材料使晶片平整以用于随后的工艺步骤。由于铜的电性能令人满意，所以其在集成电路制造中的使用正日益增 加。然而，铜的使用带来了自身特有的制造问题。例如，为超大规模的集成 电路(ULSI)应用进行的铜的可控的干法蚀刻耗费巨大并在技术上具有挑战 性，并且正在使用诸如金属镶嵌或双金属镶嵌的新工艺和技术以形成铜基底 部件(feature)。在金属镶嵌方法中，部件限定在介电材料中，随后用导电材 料(例如，铜)填充。为了确保相对较小的集成电路(例如，小于0.25微米或小于0.1微米)的 不同部件彼此充分绝缘或隔离(例如，以消除部件之间的耦合或"串扰")，在 金属镶嵌结构的制造中正在使用具有低介电常数(例如，小于3)的介电材料。 然而，低k的介电材料，诸如碳掺杂的氧化硅，在称作"低压强(downforce)" 的常规抛光压力下(例如，40kPa),可能会产生变形或断裂，该变形或断裂会 对基底抛光质量和器件的形成和/或功能产生有害影响。例如，在一般的CMP 低压强下，基底和抛光垫之间的相对旋转运动会51起沿着基底表面的剪切力 并且使低k材料变形而形成构形缺陷(topographical defects),这会对随后的抛 光产生有害的影响。一种用于抛光在低介电材料中的导电材料(例如，铜)且在其上形成减少材料。ECMP技术通过电化学溶解从基底表面上除去导电材料，同时抛光基 底，与常规的CMP方法相比减少了机械磨蚀。该电化学溶解是通过在阴极 和基底表面之间施加电势或偏压以将导电材料从基底表面移至周围的电解 质或电化学^14成抛光组合物中来进行的。尽管在现有技术中可以发现了几种所建议的电化学-机械抛光组合物的 配方，但是在这些电化学-机械抛光组合物中即便有也是很少展示出所期望 的抛光性能。例如，建议的电解质或电化学-机械抛光组合物可展示比得上 常规CMP方法的抛光速率(polishing mte)而不需要施加过多的低压强，但是 该电解质或电化学-机械抛光组合物会引起导电材料过量凹陷，这会导致介 电材料的腐蚀。由这种凹陷和腐蚀产生的构形缺陷会进一步导致另外的材料 从基底表面不均匀除去，诸如配置在导电材料和/或介电材料下面的阻挡层材 料，并且生产出具有低于期望质量的基底表面，这会对集成电路的性能产生 负面影响。因此，仍然需要一种电化学-机械抛光方法，其在低的低压强下显示相 对高的基底材料除去速率，同时最小化基底的凹陷和腐蚀。本发明提供这样 的电化学-机械抛光方法。本发明的这些和其它优点，以及另外的发明特征， 将从本文中提供的发明描述明晰。发明内容本发明提供了 一种抛光基底的方法，其包括(i)提供包含至少 一层金属层 的基底，(ii)使基底与含有液体载体和电解质的抛光组合物接触，(iii)在接角虫 抛光组合物的基底和电极之间施加电化学电势，其中或者(a)所施加的电势是 正电势并且抛光组合物进一步包含该金属的还原剂，或者(b)所施加的电势是 负电势并且抛光组合物进一步包含该金属的氧化剂，及(iv)从基底表面除去 至少一部分金属层。本发明也提供了 一种抛光基底的方法，其包括(i)提供包含至少 一层金属 层的基底，其中该基底包含前表面和相对的后表面，(ii)使基底与含有液体载 体和电解质的抛光组合物接触，(iii)在接触抛光组合物的基底的前表面和第 一电极之间施加正的电化学电势，并在接触抛光组合物的基底的后表面和第二电极之间施加负的电化学电势，及(iv)从基底表面除去至少 一部分金属层。 本发明进一步提供一种抛光基底的方法，其包括(i)提供包含铜层和钽层 的基底，(ii)使基底与含有液体载体和电解质的第一组合物接触，在接触第一 组合物的基底和电极之间施加正的电化学电势，并从基底表面选择性地至少除去部分铜层，(iii)在不施加电化学电势的情况下，使基底与包含液体载体和钽的氧化剂的第二组合物接触，并从基底表面选择性地至少除去部分钽层，及(iv)使基底与含有液体载体、电解质和铜离子的第三组合物接触，在 接触第三抛光组合物的基底和电极之间施加负的电化学电势，并在铜层上选 冲奪性地沉积铜。
具体实施方式
本发明关于一种使用化学和电化学方法的组合抛光基底的方法。具体 地，该方法包括(i)提供包含至少一层金属层的基底，(ii)使基底与含有液体载 体和电解质的抛光组合物接触，(iii)在接触抛光组合物的基底和电极之间施 加电化学电势，及(iv)从基底表面除去至少一部分金属层。使用液体载体以促进电解质和任何其他添加剂施加到要被抛光或平整 的合适基底表面。液体载体可以是任何合适的液体载体。 一般地，液体载体 是水，水和合适的水溶性溶剂的混合物，或乳剂。优选地，液体载体包括水， 主要由水组成，或由水组成，更优选地为去离子水。电解质可以是任何合适 的电解质并且可以任何合适的量存在于抛光组合物中。优选地，电解质选自 硫酸盐，硝酸盐，磷酸盐，和它们的组合。更优选地，电解质是硫酸盐。基底可以是包括至少一层金属层的任何合适的基底。合适的基底包括， 但是不限于，集成电路，存储器或硬盘，金属，层间介电(ILD)设备，半导 体，〗鼓电才几才成系统(micro-electro-mechanical system) ， 4失电体,和f兹头。金属 层可以包含任何合适的金属。金属层可以是任何合适的金属层。 一般地，金 属层选自铝，铜，金，铱，镍，鉑，钌，铑，银，钽，钛，鴒，和它们组合。 基底可以进一步包含至少一层绝缘层。绝缘层可以是金属氧化物，多孔金属 氧化物，玻璃，有机聚合物，氟化有机聚合物，或任何其他合适的高或低-k 的绝缘层。在一些实施方案中，基底优选包含铜层并任选地包含钽层。更优 选地，基底包含铜层和钽层。在另一些实施方案中，基底优选地包含金。在第一实施方案中，通过化学和电化学方法的组合对基底进行抛光，这里选择具有相反作用的特定的化学和电化学方法。具体地，氧化的电化学电 势与化学还原剂组合，或化学氧化剂与还原的电化学电势组合。在抛光包含金属层的基底的方法中应用具有相反作用的化学和电化学方法，期望产生更 加可控的金属层的抛光或沉积和/或减少缺陷。因此，当施加到基底的电势为正电势时，抛光组合物进一步包含化学还 原剂，其给基底表面提供电子。还原剂可以是任何合适的还原剂，尤其是要从基底至少部分被除去的金属的还原剂。例如，还原剂可以选自3-羟基-4-吡喃酮(例如3-羟基-2-曱基-4-p比喃酮)，a-羟基-Y-丁内酯，抗坏血酸，硼烷 (bh3),氬硼化物，二烷基胺硼烷(例如二曱胺硼烷)，曱醛，曱酸，氢(H2)， 氬醌(例如氬醌磺酸)，羟胺，次磷酸(H3P02),亚磷酸(H3P03)，标准氧化还原 电势小于被氧化形态的金属的标准氧化还原电势的金属或氧化态的金属离 子，三羟基苯(例如，1,2,3-三羟基苯，1,2,4-三羟基苯，或1,3,5-三羟基苯)， 溶剂化电子(例如，水合电子)，亚硫酸(H2S03),它们的盐，和它们的混合物。 还原的金属或金属离子可以是任何合适的金属或金属离子，其具有的标准氧 化还原电势小于被氧化形态的金属的标准氧化还原电势。合适的还原金属或 金属离子包括，但不限于，碱土金属，碱金属，锌，铁，Fe2+,和它们的组 合。此外，应当理解还原金属或金属离子可以与合适的络合剂结合(例如， 乙二胺四乙酸或丙二胺四乙酸的盐)。这里所用的"溶剂化电子"是指由少量有 取向的溶剂分子(例如，水分子)围绕的电子。溶剂化电子可由多种不同方法， 例如水的辐射性分解(例如，使用y射线)或适当溶质(例如，Fe(CN),或r) 的光解产生。 一般地，还原剂选自曱醛，曱酸，次磷酸盐，次磷酸，亚磷酸， 亚硫酸，抗坏血酸，有机硼化合物如硼烷、氢硼化物、二烷基胺硼烷，氢， 它们的盐，和它们的组合。优选地，还原剂选自曱醛，有机硼化合物，它们 的盐，和它们的组合。抛光组合物可以包含任何合适量的还原剂。期望的还原剂的量是少量的 但足以延緩金属层的氧化速率和/或减少基底表面的缺陷数量。在不希望束缚 于任何特定理论的同时，应当相信添加少量还原剂起到了减少金属表面上的 氧化物的数量的作用，以便增加了金属表面的活性。 一般地，基于液体载体 和溶解或悬浮于其中的任何組分的重量，抛光组合物包含0.01 wt。/。或更多(例 如，0.05wt。/。或更多，或者0.1wt。/。或更多)的还原剂。基于液体载体和溶解或 分散于其中的任何组分的重量，抛光组合物一般还包含15wt。/。或更少(例如，12wt。/。或更少、10wt。/。或更少、8wt。/。或更少或者5wt。/。或更少)的还原剂。在优选实施方案中，基于液体载体和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，抛光组合物包含0.1至5wt。/。，更优选0.1至lwt%,最优选0.1至0.5wt。/。的还原剂。施加到基底的正电势可以是能够氧化基底金属层的任何合适的电势。一 般地，该电势正好低于氧析出电势(oxygen evolution potential),例如，比基 底金属层的开路电势(即，平衡电势或无电流时的电势)高900mV。优选地， 电势比基底金属层的开路电势高50mV至800mV。更优选地，电势比基底金 属层的开路电势高100mV至700mV。作为选才奪，当施加到基底的电势是负电势时，抛光组合物进一步包含氧 化剂。氧化剂可以是任何合适的氧化剂，尤其是要从基底至少部分被除去的 金属的氧化剂。合适的氧化剂包含无机和有机过氧化物(per-compound),溴 酸盐，亚溴酸盐，硝酸盐，氯酸盐，亚氯酸盐，次氯酸盐，铬酸盐，碘酸盐， 铁和铜盐(例如硝酸盐，硫酸盐，乙二胺四乙酸(EDTA),和柠檬酸盐)，铈盐， 稀土和过渡金属氧化物(例如四氧化锇)，铁氰化钾，重铬酸钟，碘酸等。过 氧化物(如由Hawley，s Condensed Chemical Dictionary定义)是含有至少一个 过氧基团(-O-0-)的化合物或含有处于最高氧化态的元素的化合物。含有至 少 一个过氧基团的化合物的实例包括但不限于过氧化氢和它的加合物如氢 过氧化脲(urea hydrogen peroxide)和过碳酸盐，有机过氧化物如过氧化苯曱 酰、过乙酸和二叔丁基过氧化物，单过硫酸盐(SO,)， 二过硫酸盐(82082-), 及过氧化钠。含有处于其最高氧化态的元素的化合物的实例包括但不限于高 碘酸，高碘酸盐，过溴酸，过溴酸盐，高氯酸，高氯酸盐，过硼酸，过硼酸 盐，和高锰酸盐。氧化剂优选选自溴酸盐，亚溴酸盐，氯酸盐，亚氯酸盐， 过氧化氢，次氯酸盐，碘酸盐，单过氧硫酸盐，单过氧亚硫酸盐，单过氧磷 酸盐，单过氧连二磷酸盐，单过氧焦磷酸盐，有机卣-氧化合物，高碘酸盐， 高锰酸盐，过乙酸，和它们的混合物。氧化剂最优选为过氧化氢。抛光组合物可以包含任何合适的量的氧化剂。抛光组合物中期望存在的 氧化剂的量是足以有效地从基底表面至少除去部分金属层。 一般地，基于液 体载体和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，抛光组合物包含0.01wt。/。或更多(例如，0.05wt。/。或更多，或者0.1wt。/。或更多)的氧化剂。基于液体载体 和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，抛光组合物一^fe也包含10wt。/。或更少(例如，8wt。/。或更少，或者6wt。/。或更少)的氧化剂。在优选实施方案中， 基于液体载体和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，抛光组合物包含0.1至10wt%,更优选地0.1至8wt%,最优选地0.1至6wt。/。的氧化剂。施加到基底的负电势可以是能够限制和/或抵消化学氧化剂作用的任何 合适的电势。所施加的负电势应当低于基底的金属层的开路电势。 一般地， 施加的电势高于氪析出电势，例如在0mV至-800mV范围内。按照期望，电 势应当足够低来阻止金属溶解。优选地，电势在-20mV至-300mV范围内。 更优选地，电势在-40mV至-200mV范围内。当基底包含铜或钽时，优选地， 所施加的电化学电势比铜层的开路电势低100mV至300mV。在第二实施方案中，基底包含前表面和相对的后表面。在接触抛光组合 物的基底的前表面和第 一 电极之间施加正的电化学电势，并且在接触抛光组 合物的基底的后表面和第二电极之间施加负的电化学电势。施加到基底前表 面的正电势可以是能够氧化基底的金属层的任何合适的电势。 一般地，正电 势比基底的金属层的开路氧化电势高900mV。优选地，正电势是50mV至 800mV。施加到基底后表面的负电势可以是能够抵消施加到基底前表面的氧 化电势作用的任何合适的电势。 一般地，负电势在OmV至-800mV范围内。 优选地，负电势在-20mV至-300mV范围内。同本发明的第二实施方案一起 使用的抛光组合物任选地进一步包含上述本发明第一实施方案中的任何合 适的氧化剂和/或还原剂。在第三实施方案中，基底包含铜和钽并且使用多步方法进行抛光。在多 步方法的一步中，基底接触含有液体载体和电解质的第一组合物，同时在接 触第 一组合物的基底和电极之间施加正的电化学电势，以从基底表面选择性 地至少除去部分铜层。在多步方法的第二步中，在不施加电化学电势的情况 下，基底接触含有液体载体和钽的氧化剂的第二组合物，以从基底表面选择 性地至少除去部分钽层。在多步方法的第三步中，基底接触含有液体载体、 电解质和铜离子的第三组合物，同时在接触第三抛光组合物的基底和电极之 间施加负的电化学电势，以在铜层上选择性地沉积铜。上述关于本发明第三 实施方案的步骤可以按任何特定的顺序进行。 一般地，这些步骤是按上面所 阐述的顺序进行。在某些情况下，也可能会期望在第二步骤前进行第三步骤。上述的本发明第三实施方案中的第一、第二和第三组合物可以相同或不 同。对于某些应用，期望第一和第二组合物相同。具体地，对于第一和第二组合物期望具有10或更小的铜比钽的选4奪性(copper to tantalum selectivity)。 对于其它应用，期望第一和第二组合物不同。 一般地，第三组合物不同于第 一和第二组合物。同本发明的第三实施方案一起使用的组合物的组分如本发 明其它实施方案中的组合物中的那些同样的组分所述。这里描述的任何实施方案的抛光组合物任选地进一步包含协助抛光基 底的研磨剂。研磨剂可以是任何适合的研磨剂并且可以任何合适的量存在于 抛光组合物中。例如，研磨剂可以是天然的或合成的，并可以含有一定的硬 聚合物(例如，聚碳酸酯)，金刚石(例如，多晶金刚石)，石榴石，玻璃，碳 化硅，金属氧化物，碳化物，氮化物。研磨剂期望含有金属氧化物。合适的 金属氧化物包括选自氧化铝，二氧化硅，二氧化铈，氧化锆，二氧化钛，氧 化锗，它们共同形成的产物，和它们的组合的金属氧化物。优选地，金属氧 化物选自氧化铝，二氧化硅，二氧化铈，和它们的组合。在抛光组合物中可 以存在任何合适的量的研磨剂。 一般地，基于抛光组合物的总重量，在抛光 组合物中可以存在0.01wt。/。或更多(例如，0.1wt。/o或更多，或者0.5wt。/。或更 多)的研磨剂。抛光组合物中的研磨剂的量典型地不超过30wt%，更典型地 不超过20wt。/。(例如，不超过10wt%)。当抛光组合物中存在研磨剂时，抛光组合物优选为胶体稳定的。术语胶 体是指研磨剂颗粒悬浮在液体载体中。胶体稳定性是指在整个时间内该悬浮 的维持。在本发明的上下文中，如果当把研磨剂放在100ml的量筒中并静置 2个小时不搅拌时，量筒底部50ml中的颗粒浓度([B],以g/ml为单位)与量 筒上部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)的差值除以研磨剂组合物中 颗粒的起始浓度([C],以g/ml为单位)小于或等于0.5(即([B]-[T])/[C]^).5), 则认为研磨剂是胶体稳定的。期望[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3,优选小于 或等于0丄在常规的化学-机械抛光方法中，络合剂一般用于加强被除去的基底层 的除去速率。电化学-机械抛光方法中施加到基底的电化学偏压和抛光组合 物能够提供与常规化学-机械抛光方法中使用络合剂得到的除去速率相当的 或更高的除去速率。因此，电化学-机械抛光方法中能够有效地控制基底层 的除去(例如除去速率和除去的均匀性)的能力变为优先考虑的事。在这些条 件下(即在电化学-机械抛光方法中)，已经发现能够使用络合剂提高控制归功 于施加到基底的电化学偏压和抛光组合物的除去速率的能力，同时也提高该除去的均匀性。所以，本发明的任何实施方案的抛光组合物都可任选地进一 步包含任何合适的络合剂。络合剂是在溶液中与金属(例如，铜)，尤—其是要 从基底至少部分地除去的金属结合的任何合适的化学添加剂，并且能加强从 基底除去的金属层的除去速率。合适的螯合或者络合剂包括单官能团的有机酸，双官能团的有机酸，三 官能团的有机酸，多功能团的有机酸(例如，柠檬酸)，无机酸(例如，磷酸， 焦磷酸，硝酸)，芳族的有机酸，极性有机酸(例如，乳酸，曱基乳酸，酒石 酸，苹果酸)，不饱和的有机酸，氨基酸，芳香族氨基酸(例如，邻氨基苯曱 酸，吡啶甲酸，羟基吡啶曱酸)，吗啉化合物，和两性离子(例如甜菜碱)。更 具体地，合适的螯合或者络合剂可以包括，例如，羰基化合物(例如，乙酰 丙酮化合物等)，简单的羧酸盐(例如，醋酸盐，芳基羧酸盐等)，含有一个或 多个羟基的羧酸盐(例如，羟乙酸盐，乳酸盐，葡糖酸盐，五倍子酸和它们 的盐等)，二-、三-和聚-羧酸盐(例如，草酸盐，酞酸盐，柠檬酸盐，琥珀酸盐，酒石酸盐，苹果酸盐，乙二胺四乙酸盐(例如，EDTA 二钾盐)，它们的 混合物等)，含一个或多个磺酸基和/或膦酸基的羧酸盐等。合适的螯合或者 络合剂也可以包括，例如，二-、三-或多-元醇(例如，乙二醇，邻苯二酚， 连苯三酚，鞣酸等)和含胺的化合物(例如，氨，氨基酸，氨基醇，二-、三-(例如，金属的类型)。优选地，络合剂选自单羧酸，二羧酸，三羧酸，多羧 酸，氨基酸，和它们的组合。更优选地，络合剂选自乳酸，酒石酸，柠檬酸， 丙二酸，酞酸，琥珀酸，羟基乙酸，丙酸，乙酸，苹果酸，草酸，水杨酸， 吡口定曱酸，2-羟基丁酸，3-羟基丁酸，2-曱基乳酸，丙氨酸，甘氨酸，它们 的盐，和它们的组合。应当意识到许多前述的化合物可以盐(例如，金属盐， 铵盐等)，酸，或部分盐(partialsalt)的形式存在。例如，柠檬酸盐包括柠檬酸， 以及其单-、二-、三-盐。络合剂可以以任何合适的量存在于抛光组合物中。 一般地，基于抛光组 合物的总重量，存在于抛光组合物中的络合剂的量为0.01wt。/。或更多，优选 为0.05wt。/。或更多，更优选为0.1wt。/。或更多，最优选为0.5wt。/。或更多。基 于抛光组合物的总重量，存在于抛光组合物中的络合剂的量一般为10wt。/。或 更少，优选为5wt。/。或更少。在一些实施方案中，单独地或除了一种或多种上述络合剂之外，需要包括聚合络合剂。合适的聚合络合剂包括聚羧酸(例如，聚丙烯酸)，聚磺酸， 聚胺，和它们的组合。聚合络合剂可以以任何合适的量存在于抛光组合物中。 一般地，抛光组合物中存在5Wt。/。或更少的聚合络合剂。任选地，本发明任何实施方案中的抛光组合物进一 步包含腐蚀抑制剂 (即，成膜剂)。腐蚀抑制剂可以是任何合适的腐蚀抑制剂并且以任何合适的 量存在于抛光组合物中。
一般地，腐蚀抑制剂是包含含有杂原子的官能团的有机化合物。例如，腐蚀抑制剂是具有至少一个5-或6-元杂环为活性官能团 的杂环有机化合物，其中该杂环包含至少一个氮原子。优选地，腐蚀抑制剂 选自1,2,3-三唑，1,2,4-三唑，苯并三唑，苯并。米唑，苯并p塞唑，和它们的混 合物。更优选地，组合物包括三唑和苯并三唑的双重腐蚀抑制剂。任选地，任何实施方案的抛光组合物进一步包含表面活性剂。表面活性 剂可以是任何合适的表面活性剂并且以任何合适的量存在于抛光组合物中。 合适的表面活性剂包括，例如，阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，非 离子表面活性剂，两性表面活性剂，它们的混合物等。优选地，抛光组合物 包含非离子表面活性剂。合适的非离子表面活性剂的一个实例是乙二胺聚氧 乙烯表面活性剂。基于液体载体和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，表 面活性剂的量一般为0.000lwt。/。至lwt。/。(优选为0.001wtQ/。至0.1wt%,或 0.005wto/。至0.05wt%)。任何实施方案的抛光组合物可具有任何合适的pH。 一般地，抛光组合 物具有13或更小的pH。优选地，抛光组合物具有7或更小(例如，6或更小， 5或更小，或者4或更小)的pH值。 一般地，抛光组合物具有1或更大(例如， 2或更大)的pH值。抛光组合物的pH值可以通过任何合适的方式获得和/或维持。更具体 地，抛光组合物可以进一步包含pH调节剂，pH緩冲剂，或它们的组合。该 pH调节剂可以是任何合适的pH调节化合物。例如，该pH调节剂可以是氢 氧化钟，氢氧化钠，氢氧化铵，或者它们的组合。该pH緩沖剂可以是任何 合适的緩沖剂，例如，磷酸盐，醋酸盐，硼酸盐，铵盐等。抛光组合物可以 包含任何合适量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，只要该量足以得到和/或维持 该抛光组合物的pH在前述设定范围。任何实施方案的抛光组合物任选地进一步包含消泡剂。该消泡剂可以是 任何合适的消泡剂。合适的消泡剂包括，但不限于，硅-基消泡剂和炔二醇-13基消泡剂。存在于抛光组合物中的消泡剂的量一4义为40ppm至140ppm。任何实施方案的抛光组合物任选地进一步包含杀菌剂。杀菌剂可以是任 何一种合适的杀菌剂，例如异p塞唑啉酮杀菌剂。用于抛光组合物中的杀菌剂 的量一^殳为lppm至50ppm,优选为10ppm至20ppm。一般地，用于实施该方法的电化学部分的装置包括至少两个电极，其中一个 电极浸没在抛光组合物中，另一个电极与基底连在一起，例如，或者直接与 基底相连或者通过抛光装置的导电抛光垫和/或压板连接。在这样的配置中， 电极一般连接到电源，并对电极施加电势或偏压，使得正或负电势施加到了 基底上。电源可对电极和基底施加恒电流或恒电势。在某些实施方案中，在 第一段时间内，对电极和/或基底施加恒电流，然后在第二段时间内，对电极 和/或基底施加恒电势。在该实施方案中，对基底施加恒电流和恒电势的步骤 可以按照任何合适的顺序进行。施加到电极和/或基底的电势可以是恒定的或 随时间变化(即，随时间变化的电势)。根据本发明的抛光基底的方法可以在任何合适的装置上进行。合适的电 化学-机械抛光装置包括但不限于，在美国专利6379223,美国专利申请公布 2002/0111121 Al、 2002/0119286 Al、 2002/0130049 Al 、 2003/0010648 Al 、 2003/0116445 Al和2003/0116446 Al,以及国际专利申请WO 03/001581 A2 中公开的装置。
权利要求
1.一种抛光基底的方法，包括(i)提供包含至少一层金属层的基底，(ii)使基底与含有液体载体和电解质的抛光组合物接触，(iii)在接触抛光组合物的基底和电极之间施加电化学电势，其中或者(a)所施加的电势为正电势并且抛光组合物进一步包含该金属的还原剂，或者(b)所施加的电势为负电势并且抛光组合物进一步包含该金属的氧化剂，及(iv)从基底表面除去至少一部分金属层。
2. 根据权利要求l的方法，其中电解质选自硫酸盐，硝酸盐，磷酸盐， 和它们的纟且合。
3. 根据权利要求1的方法，其中所施加的电势为正电势并且还原剂选 自曱醛，曱酸，次磷酸盐，次磷酸，亚磷酸(phosphorus acid)，亚硫酸，抗坏 血酸，有机硼化合物如硼烷、氬硼化物、二烷基胺硼烷，氢，它们的盐，和 它们的组合。
4. 根据权利要求1的方法，其中所施加的电势为负电势并且氧化剂选 自过氧化物，过^5克酸盐，铈盐，铁盐，和它们的组合。
5. 根据权利要求l的方法，其中抛光组合物进一步包含研磨剂。
6. 根据权利要求l的方法，其中抛光组合物进一步包含络合剂。
7. 根据权利要求6的方法，其中络合剂是有机酸，其选自单羧酸，二 羧酸，多羧酸，氨基酸，和它们的组合。
8. 根据权利要求6的方法，其中络合剂选自乙酸，柠檬酸，乳酸，苹 果酸，丙二酸，草酸，聚丙烯酸，酒石酸，氨基丙酸，氨基乙酸，和它们的 组合。
9. 根据权利要求6的方法，其中络合剂是聚合物络合剂。
10. 根据权利要求1的方法，其中抛光组合物具有6或更小的pH。
11. 根据权利要求l的方法，其中抛光组合物进一步包含腐蚀抑制剂。
12. 根据权利要求l的方法，其中抛光组合物进一步包含表面活性剂。
13. 根据权利要求l的方法，其中基底包含铜层并任选地包含钽层。
14. 根据权利要求13的方法，其中所施加的电化学电势为负电势，并 且比铜层的开路电势低100mV至300mV。
15. 根据权利要求1的方法，其中基底包含金层。
16. —种抛光基底的方法，包括(i) 提供包含至少一层金属层的基底，其中该基底包含前表面和相对的 后表面，(ii) 使基底与含有液体载体和电解质的抛光组合物接触，(iii) 在接触抛光组合物的基底的前表面和第 一 电极之间施加正的电化 学电势，并在接触抛光组合物的基底的后表面和第二电极之间施加负的电化 学电势，及(iv) 从基底表面除去至少一部分金属层。
17. 根据权利要求16的方法，其中电解质选自硫酸盐，硝酸盐，磷酸 盐，和它们的组合。
18. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含研磨剂。
19. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含络合剂。
20. 根据权利要求19的方法，其中络合剂是有机酸，其选自单羧酸， 二羧酸，多羧酸，氨基酸，和它们的组合。
21. 根据权利要求19的方法，其中络合剂选自乙酸，柠檬酸，乳酸， 苹果酸，丙二酸，草酸，聚丙烯酸，酒石酸，氨基丙酸，氨基乙酸，和它们 的组合。
22. 根据权利要求19的方法，其中络合剂是聚合物络合剂。
23. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物具有6或更小的pH。
24. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含腐蚀抑制剂。
25. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含表面活性剂。
26. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含该金属的氧 化剂。
27. 根据权利要求16的方法，其中抛光组合物进一步包含该金属的还原剂。
28. 根据权利要求16的方法，其中基底包含铜层并任选地包含钽层。
29. 根据权利要求16的方法，其中基底包含金层。
30. —种抛光基底的方法，该方法包括下列步骤(i) 提供包含铜层和钽层的基底，(ii) 使基底与含有液体载体和电解质的第一组合物接触，在接触第一组合物的基底和电极之间施加正的电化学电势，并从基底表面选择性地除去至 少部分铜层，(iii) 在未施加电化学电势的情况下，使基底与含有液体载体和钽的氧化 剂的第二组合物接触，并从基底表面选择性地除去至少部分钽层，及(iv) 使基底与含有液体载体、电解质和铜离子的第三组合物接触，在接触第三抛光组合物的基底和电极之间施加负的电化学电势，并在铜层上选择 性地沉积铜。
31. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物和第二组合物相同。
32. 根据权利要求31的方法，其中第一组合物和第二组合物具有10或 更小的铜比钽的选择性。
33. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物和第二组合物不同。
34. 根据权利要求30的方法，其中步骤(iv)在步骤(iii)前进行。
35. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物或第二组合物进一步包 含络合剂。
36. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物或第二组合物具有6或 更小的pH。
37. 根据权利要求30的方法，其中第一組合物或第二组合物进一步包 含腐蚀抑制剂。
38. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物或第二组合物进一步包 含表面活性剂。
39. 根据权利要求30的方法，其中第一组合物或第二组合物进一步包 含研磨剂。
全文摘要
本发明涉及一种通过在与包含还原剂或氧化剂的抛光组合物接触的基底和至少一个电极之间施加电化学电势来抛光含有至少一层金属层的基底的方法。
文档编号C25F3/02GK101218378SQ200680021023
公开日2008年7月9日 申请日期2006年6月6日 优先权日2005年6月13日
发明者保罗·菲尼, 弗拉斯塔·布鲁西克 申请人:卡伯特微电子公司