专利名称：用于抛光衬底的方法和组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及从衬底上去除导电材料所用的组合物和方法。
背景技术：
可靠地制造亚半微米和更小线宽的特征(feature)是下一代半导体器件的超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的关键技术之一。然而，随着向电路技术极限的推进，VLSI和ULSI技术中缩小的互连尺寸已对处理能力提出了额外的要求。互连的可靠形成对VLSI和ULSI的成功，以及对提高单个衬底和管芯的质量和电路密度所作的持续努力来说都是重要的。
利用在衬底表面上顺序地沉积和去除材料的技术以在其内形成多个特征结构，从而形成多级互连。随着材料层顺序的沉积和去除，衬底的最上表面可能变得不平坦，并且要求在后续处理之前进行平坦化。平坦化或“抛光”是从衬底表面除去材料以形成一般均匀、平坦表面的工艺。平坦化用来去除过量沉积的材料，去除不期望的表面形貌和表面缺陷，如表面粗糙、材料结块、晶格破坏、划伤和被污染的层或材料，从而为随后的光刻和其它半导体工艺提供均匀的表面。
如图1A和1B所示，通过利用化学活性以及机械活动对层进行平坦化的化学机械抛光(CMP)以高的表面平坦度对大马士革镶嵌(damasceneinlay)的金属表面特别是钨表面的进行平坦化是极为困难的。大马士革镶嵌形成工艺可包括蚀刻层间电介质(例如硅氧化物层)中的特征结构，有时还包括特征结构中和衬底表面上的阻挡层，以及在阻挡层和衬底表面上沉积钨材料的厚层。为了去除衬底表面上的过量钨而对钨材料进行的化学机械抛光常常导致钨表面不够平坦。而完全去除钨材料的化学机械抛光技术往往造成可影响衬底后续加工的形貌缺陷，例如凹陷和侵蚀。
当层间电介质中的特征结构中形成的互连的镶嵌金属表面的部分被过度抛光时，即产生凹陷，形成一个和多个凹坑(可称为凹部和凹入)。参见图1A，通过在层间电介质10(例如，二氧化硅)中形成的大马士革开口中沉积例如钨(W)和钨合金的材料，形成导电线11和12的大马士革镶嵌。尽管并未示出，用于钨的合适材料(例如钛和/或氮化钛)的阻挡层可被沉积在层间电介质10与镶嵌金属12之间。平坦化之后，镶嵌金属的部分可以以D量(称为凹陷量)被压下。凹陷更倾向于发生在衬底表面上的较宽或密集度较小的特征结构中。
传统的平坦化技术有时还导致侵蚀，表现为对不想去除的层(例如金属特征结构周围的电介质层)的过度抛光。参见图1B，金属线21和密集的金属线阵列22被镶嵌在层间电介质20中。抛光金属线22可导致金属线22之间的电介质20的损失或侵蚀E。在衬底表面中形成的较窄和更密的特征结构附近观察到侵蚀发生。对传统的钨CMP抛光技术的改进导致了抛光速度达不到要求，而且抛光结果在商业上难以接受。
因此，需要用于从衬底上去除导电材料(例如过量的钨材料)以使衬底在平坦化期间所形成的形貌缺陷最少的组合物和方法。
发明内容
本发明提供了通过电化学抛光技术来去除导电材料的组合物和方法。在一个方面，提供了用于从衬底表面上去除至少钨材料的组合物，该组合物包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸或其衍生物、约0.2vol％至约5vol％的磷酸或其衍生物、约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸盐、可提供约3至约8的pH的pH调节剂以及溶剂。
本发明提供了通过电化学抛光技术来去除钨材料的组合物和方法。在一个方面，提供了用于从衬底表面上去除至少钨材料的组合物，该组合物包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸或其衍生物、约0.2vol％至约5vol％的磷酸或其衍生物、约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸盐、约0.5wt％至约5wt％的具有一个或多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的螯合剂。
在另一个方面，所述组合物被用于加工衬底的方法中，所述方法包括将具有其上形成的钨层的衬底布置在包括第一电极和第二电极的工艺装置中，其中衬底与第二电极电接触；在第一电极与衬底之间提供抛光组合物，其中抛光组合物包含硫酸及其衍生物、磷酸及其衍生物、含有机盐的第一螯合剂、可提供约2至约10的pH的pH调节剂以及溶剂；使衬底与抛光件接触；在衬底与抛光件之间提供相对运动；在第一电极与第二电极之间施加偏压；从钨材料层上去除钨材料。
在另一个方面，所述组合物被用于加工衬底的方法中，所述方法包括将具有其上形成的钨层的衬底布置在包括第一电极和第二电极的工艺装置中，其中衬底与第二电极电接触；用包括以下步骤的方法抛光衬底以去除钨层的第一部分在第一电极与衬底之间提供第一抛光组合物，其中抛光组合物包含硫酸及其衍生物、磷酸及其衍生物、含有机盐的第一螯合剂、具有一个和多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的第二螯合剂、可提供约6至约10的pH的pH调节剂以及溶剂，使衬底与抛光件在衬底与抛光件之间的第一压力下接触，在衬底与抛光件之间提供第一相对运动，在第一电极与第二电极之间施加第一偏压；用包括以下步骤的方法抛光衬底以去除钨层的第二部分在第一电极与衬底之间提供第而抛光组合物，其中抛光组合物包含硫酸及其衍生物、磷酸及其衍生物、含有机盐的第一螯合剂、可提供约2至约8的pH的pH调节剂以及溶剂，使衬底与抛光件在衬底与抛光件之间的第二压力下接触，在衬底与抛光件之间提供第二相对运动，在第一电极与第二电极之间施加第二偏压。
为了获得本发明的上述方面，并可以对其进行详细理解，可以通过参考在附图中举例说明的实施方式，对以上简要描述的本发明的实施方式作更具体的描述。
但是，需要注意的是附图仅举例说明了本发明的典型实施方式，因此不认为是限制其范围，因为本发明可以包含其它等同效果的实施方式。
图1A和1B分别为说明凹陷和侵蚀现象的示意图；图2为电化学机械平坦化系统的平面图；
图3为图2系统的第一电化学机械平坦化(ECMP)站的一种实施方式的剖面图；图4A为通过两个接触组件的第一ECMP站的部分剖面图；图4B-C为接触组件的其他实施方式的剖面图；图4D-E为螺栓的剖面图；图5A和5B为接触组件的一种实施方式的剖面图和分解图；图6为接触元件的一种实施方式；图7为ECMP站的另一种实施方式的垂直剖面图；图8A-8D为根据一种实施方式在衬底上进行抛光工艺的剖面示意图。
具体实施例方式
一般而言，本发明提供了用于从衬底表面去除至少钨材料的组合物和方法。以下参照通过电化学机械抛光(ECMP)技术从衬底表面去除钨材料的平坦化工艺，对本发明进行描述。
本文所用的词和短语应该具有本领域技术人员所理解的本领域中普通和常用的意义，除非另有定义。化学抛光应该广义地理解为包括但不限于，利用化学活性对衬底表面进行平坦化。电抛光应该广义地理解为包括但不限于，应用电化学活性对衬底进行平坦化。电化学机械抛光(ECMP)应该广义地理解为包括但不限于，应用电化学活性、机械活动、化学活性以从衬底表面去除材料，从而对衬底进行平坦化。
阳极溶解应该广义地理解为包括但不限于，直接或间接地对衬底施加阳极偏压，从而从衬底表面去除导电材料并使其进入周围的抛光组合物中。抛光组合物应该广义地理解为包括但不限于，一般包含称为电解质组分的材料，并在液体介质中提供离子传导性因而提供导电性的组合物。抛光组合物中每种电解质组分的量可以以体积百分比或重量百分比来测量。体积百分比是指基于所期望的液体组分的体积除以整个组合物中的所有液体总体积的百分比。基于重量百分比的百分比是所期望组分的重量除以整个组合物中所有液体组分的总重量的百分比。
装置图2为具有用于电化学处理衬底的装置的平坦化系统100的一种实施方式的剖面图。示例性系统100通常包括工厂接口区(factory interface)102、装载机器手104和平坦化模块106。装载机器手104被布置在工厂接口区102和平坦化模块106附近以便于在其间转移衬底122。
提供控制器108以便于控制和集成系统100的模块。控制器108包括中央处理单元(CPU)110、存储器112和支持电路114。控制器108与系统100的各个部件耦合(couple)以便于对例如平坦化、清洁和转移过程进行控制。
工厂接口区102通常包括清洁模块116和一个或多个晶圆盒118。用接口区机器手120在晶圆盒118、清洁模块116和输入模块124之间转移衬底122。设定输入模块124的位置以便于通过夹持器(例如真空夹持器和机械夹钳(未示出))在平坦化模块106与工厂接口区102之间转移衬底122。
平坦化模块106至少包括第一电化学机械平坦化(ECMP)站128，其被布置在环境控制的外壳188中。可以适于本发明的平坦化模块106的例子包括是可从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.获得的MIRRA、MIRRA MESATM、REFLEXION、REFLEXIONLK和REFLEXION LK ECMPTM化学机械平坦化系统改造而得到的。其他平坦化模块也可改造后适用于本发明，包括那些使用加工垫、平坦化网(web)或其组合的平坦化模块以及以旋转运动、线性运动或其他平面运动使衬底相对于平坦化表面运动的平坦化模块。
在图2所示的实施方式中，平坦化模块106包括第一ECMP站128、第二ECMP站130和第三ECMP站132。沉积在衬底122上的导电材料的主体去除是通过电化学溶解过程在第一ECMP站128上进行的。或者，第一站128可以是用于去除例如钨的导电材料的传统化学机械抛光台，而第二站130是这里所述的ECMP站。当在第一ECMP站128上进行主体材料去除之后，可通过多步电化学机械过程在第二ECMP站130上将剩余的导电材料从衬底上去除，其中设置多步过程的部分用来去除残余的导电材料。可在主体去除过程在不同的站进行之后，利用多于一个的ECMP站来进行该多步去除过程。或者，可用第一和第二ECMP站128、130中的每一个来进行单个站上的主体和多步导电材料去除。还可以设置所有ECMP站(例如图2中模块106的3个站)通过两步去除过程来处理导电层。在模块106的一种实施方式中，在第一和第二站128和130上去除导电材料之后，第三站132被用来去除阻挡层材料，例如钛、氮化钛、钽和氮化钽。或者，第三站132可以是用于去除阻挡材料的传统化学机械抛光台。
示例性平坦化模块106还包括转移站136和位于装置底座140的顶面或第一面上的第一转盘134。在一种实施方式中，转移站136包括输入缓冲站142、输出缓冲站144、转移机器手146和装载杯组件148。输入缓冲站142通过装载机器手104接收来自工厂接口区102的衬底。装载机器手104还用来将衬底从输出缓冲站144返回至工厂接口区102。转移机器手146用来在缓冲站142、144和装载杯组件148之间移动衬底。
在一种实施方式中，转移机器手146包括两个夹持组件(未示出)，其中每一个具有可在衬底边缘夹住衬底的气动夹持指。转移机器手可在将经处理的衬底从装载杯组件148转移至输出缓冲站144的同时将待处理的衬底从输入缓冲站142转移至装载杯组件148。于2000年12月5日授权的Tobin的美国专利No.6156124(通过引用将其全部结合于此)中描述了可用于本发明的的转移站的例子。
转盘134被置于底座140的中心。转盘134通常包括多个臂150，每个臂支撑平坦化头组件152。臂150的两个在图2中以虚线示出，以使第一ECMP站128的转移站136和平坦化表面126可见。转盘134可以有索引，以使平坦化头组件152可在平坦化站128、130、132与转移站136之间移动。Perlov等于1998年9月8日授权的美国专利No.5804507(通过引用将其全部结合于此)中描述了一种可用于本发明的转盘。
在底座140上每个平坦化站128、130、132相邻位置处布置调节装置182。调节装置182周期性地调节位于站128、130、132中的平坦化材料以保持均匀的平坦化结果。
图3示出了位于第一ECMP站128的一种实施方式上的一个平坦化头组件152的剖面图。第二和第三ECMP站130、132可以类似地设置。平坦化头组件152通常包括连接至平坦化头204的驱动系统202。驱动系统202通常为平坦化头204提供至少旋转运动。平坦化头204还可被驱动向第一ECMP站128运动，从而在加工期间可将夹在平坦化头204中的衬底122压在第一ECMP站128的平坦化表面126上。控制器108与驱动系统202相耦合，向其提供信号，用于控制平坦化头204的旋转速度和方向。
在一种实施方式中，平坦化头可以是Applied Materials，Inc.制造的TITAN HEADTM或TITAN PROFILERTM晶圆托架。通常，平坦化头204包括壳体214和夹环224，夹环224有一中央凹槽，衬底122夹在其中。夹环224限定了位于平坦化头204内的衬底122，防止加工时衬底从平坦化头204下面滑脱。制造夹环224的材料可以是例如聚硫苯(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等塑料材料，或例如不锈钢、Cu、Au、Pd等导电材料，或其某种组合。还可以对导电夹环224施加电偏压以控制ECMP期间的电场。导电或偏压夹环往往降低衬底边缘附近的抛光速度。也可以使用其他平坦化头。
第一ECMP站128通常包括位于底座140上的可旋转的台组件230。台组件230通过轴承238支撑在底座140上，因此台组件230可相对于底座140旋转。由轴承238限定的底座140的区域是开放的，并提供用于电、机械、空气、控制信号以及与台组件230连接交换的管道。
提供统称为旋转连接器276的传统轴承、旋转接头和滑环，以使电、机械、液体、气体、控制信号和连接在底座140与旋转台组件230之间相耦合。台组件230通常与为其提供旋转运动的马达232相连。马达232与控制器108相耦合，由其提供控制台组件230的旋转速度和方向的信号。
台组件230的顶表面支撑其上的加工垫组件222。可通过磁吸引、真空、夹钳、粘合剂等将加工垫组件夹持在台组件230上。
台装置230中设置高压室(plenum)206以促进电解液均匀分布至平坦化表面126。台组件230中形成多个通道(下文更详细描述)以使由电解液源248提供至高压室206的电解液均匀流过台组件230并且在加工时与衬底122接触。在加工的不同阶段，可提供不同的电解液组合物。
加工垫组件222包括电极292和至少平坦化部分290。电极292通常由例如不锈钢、铜、铝、金、银和钨等导电材料制成。电极292可以是不可渗透电解液、或可渗透电解液或多孔的固体。至少一个接触组件250在加工垫组件222上延展，并使正在加工垫组件222上加工的衬底与电源242电连接。电极292也与电源242相连接，从而在衬底与电极292之间建立电势。
提供度量计(未示出)来检测电化学过程的度量指示。度量计可连接在或定位于电源242与至少一个电极292或接触组件250之间。度量计也可集成到电源242上。在一种实施方式中，设置度量计以为控制器108提供加工的度量指示，例如电荷、电流和/或电压。控制器108可利用此度量来原位调整加工参数或使检测终点或其他工艺阶段更为容易。
提供通过垫组件222和/或台组件230形成的窗口246，对其进行设置以使位于垫组件222下面的传感器254可读出抛光操作的度量指示。例如，传感器704可以是涡流传感器或干涉计等。由传感器254提供给控制器108的度量提供了可用来原位调整加工特性、终点检测或电化学工艺中其他阶段的检测的信息。在一种实施方式中，传感器254是能够产生平行光束的干涉计，在加工期间光束朝向并照射在被抛光衬底122的一侧。反射信号间的干涉指示出被处理的材料的导电层的厚度。Birang等于1999年4月13日授权的美国专利No.5893796(通过引用将其全部结合于此)中描述了一种可用于本发明的传感器。
适于从衬底122去除导电材料的加工垫组件222的实施方式通常可以包括基本上介电的平坦化表面126。适于从衬底122去除导电材料的加工垫组件222的其他实施方式通常可以包括基本上导电的平坦化表面126。提供至少一个接触组件250以使衬底与电源242相连，从而在加工期间可使衬底相对于电极292产生偏压。通过平坦化层290和电极292以及位于电极下面的任何元件形成孔210，使电解液在衬底112与电极292之间建立导电通路。
在一种实施方式中，加工垫组件222的平坦化部分290是电介质，例如聚氨酯。2003年6月6日提交的题为“Conductive Planarizing Article ForElectrochemical Mechanical Planarizing”的美国专利申请No.10/455941和2003年6月6日提交的题为“Conductive Planarizing Article ForElectrochemical Mechanical Planarizing”的美国专利申请No.10/455895(通过引用将二者全部结合于此)中描述了可以改造后适于本发明的加工垫组件的例子。
图4A为通过两个接触组件250的第一ECMP站128的部分剖面图，图5A-5C为图5A所示的一个接触组件250的侧视图、分解图和剖面图。台组件230包括至少一个从其上突出的接触组件250，接触组件250与电源242相连，电源242在加工期间对衬底122的表面施加偏压。接触组件250可连接至台组件230、加工垫组件222的部分或独立的元件。虽然图4A中示出了两个接触组件250，但是可使用任意数量的接触组件，并且这些接触组件可相对于台组件230的中心线以任意方式分布。
接触组件250通常通过台组件230与电源242电连接，并且通过在加工垫组件222中形成的各个孔368，可至少部分地移动。可以选择接触组件250的位置以在台组件230上形成预定结构。对于预定义的工艺，单独的接触组件250可在不同的孔368中重新定位，而对不含接触组件的孔，可用挡块392封堵或用喷嘴394填充(如图4D-E所示)，其中用喷嘴394时可使电解液从高压室206流至衬底。Butterfield等于2003年5月23日提交的美国专利申请No.10/445239(通过引用将其全部结合于此)中描述了一种可以改造后适于本发明的接触组件。
虽然下面描述的接触组件250的实施方式在图4A中以滚球式接触示出，但是接触组件250还可以包括具有适于在加工期间对衬底122施加电偏压的导电上层或导电表面的结构或组件。例如图4B所示，接触组件250可包括具有上层352的垫结构350，其中上层352由导电材料或导电复合物(即，材料整体分布导电成分或具有由导电材料组成的上表面)制成，例如具有分散于其中的导电微粒356的聚合物基体354或具有导电涂层的织物等。垫结构350可包括一个或多个孔210，通过其将电解液输送至垫组件的上表面。Hu等于2003年11月3日提交的美国临时专利申请No.60/516680(通过引用将其全部结合于此)中描述了合适的接触组件的其他例子。
在一种实施方式中，每个接触组件250包括中空壳体302、接头304、球306、接触元件314和夹持衬套316。球306具有导电外表面并可移动地置于壳体302中。球306可被置于第一位置以及至少第二位置，其中第一位置球306的至少部分伸出平坦化表面126之上，第二位置球306基本上与平坦化表面126平齐。球306也可以完全移动至平坦化表面126的下方。球306通常适于将衬底122与电源242电连接。如图3C所示，用于偏压衬底的多个球306可被置于单个壳体358中。
电源242通常提供在加工期间向球306提供正电偏压。在平坦化衬底的间隔，电源242可以可选地向球306施加负偏压以使工艺化学品对球306的腐蚀最小化。
设置外壳302以提供用于使电解液在加工期间从源248流至衬底122的通道。壳体302是由与工艺化学品相容的电介质材料制造的。壳体302中形成的支座326防止球306穿过壳体302的第一端308。支座326可以可选地包括一个或多个在其中形成的沟槽以使液体从球306与支座326之间流出壳体302。保持液体流过球306可使工艺化学品腐蚀球306的趋势最小化。
接触元件314连接夹持衬套316与接头304。接触元件314通常被设置成在壳体302内的基本全部或全部球位置上与接头304和球306电连接。在一种实施方式中，接触元件314可被设置成弹簧形式。
在图4A-E和5A-C所示以及图6详述的实施方式中，接触元件314包括具有多个以环状阵列方式从其上伸出的折片344的环形基座324。折片344通常由适于与工艺化学品一起使用的弹性和导电材料制造。在一种实施方式中，折片344由镀金的铍铜制造。
参见图4A和图5A-B，夹持衬套316包括具有从其上延伸的螺纹柱426的扩口端424。夹持衬套316可由电介质或导电材料或其组合制造，在一种实施方式中，是由与壳体302相同的材料制造的。扩口端424保持折片344与接触组件250的中心线成锐角，以使接触元件314的折片344遍布球306的表面，从而防止折片344在装配接触组件250时和在球306的运动过程中弯曲、粘合和/或损坏。
球306可以是实心或中空的，并且通常由导电材料制造。例如，球306可由金属、导电聚合物或以导电材料填充的聚合材料制造，例如金属、导电碳或石墨及其他导电材料。或者，球306可由涂覆导电材料的实心或中空的芯制造。该芯可以是不导电的，并且至少部分涂覆导电涂层。
球306通常通过弹簧、浮力或流体力而朝向平坦化表面126驱动。在图5所示的实施方式中，在加工期间，从电解液源248流过由接头304和夹持衬套316以及台组件230形成的通道的流体推动球306，使其与衬底接触。
图7为第二ECMP站130的一种实施方式的剖面图。第一和第三ECMP站128、132可以类似方式设置。第二ECMP站130通常包括支撑整个导电加工垫组件604的台602。台602可被设置成与上述台组件230类似，从而通过加工垫组件604输送电解液，或者，台602可具有与其相邻的液体输送臂(未示出)，用来将电解液供给至加工垫组件604的平坦化表面上。台组件602包括至少一个度量计或传感器254(如图3所示)以便于检测终点。
在一种实施方式中，加工垫组件604包括夹在导电垫610与电极614之间的插垫612。导电垫610在其顶部加工表面上基本上导电，并且通常由导电材料或导电复合物(即，整体分布导电成分或包含组成平坦化表面的材料)制造，例如导电微粒分散其中的聚合物基体或具有导电涂层的织物等。导电垫610、插垫612和电极614可被制成可更换的单个组件。加工垫组件604通常是可渗透的或多孔的，以使电解液可从电极614与导电垫310之间流过。在图7所示的实施方式中，加工垫组件604具有孔622以使电解液从其中流过。在一种实施方式中，导电垫610由导电纤维上的聚合物基体上的导电材料组成，例如，覆铜聚合物织物上的聚合物基体中的锡微粒。导电垫610也可用于图3所示的实施方式中的接触组件250。
可在导电垫610与子垫612之间另外布置导电箔片616。箔片616与电源242相连，并提供由电源242在整个导电垫610上施加的均匀分布的电压。在不包括导电箔片616的实施方式中，导电垫610可例如通过集成在垫610上的终端直接与电源242相连。而且，垫组件604可包括插垫618，与箔片616一起为上方的导电垫610提供机械强度。合适的垫组件的例子在前面引入的美国专利申请10/455941和10/455895中有所描述。
抛光组合物和工艺在一个方面，提供了可平坦化例如钨的金属的抛光组合物。通常，抛光组合物包含一种或更多种酸基电解液系统、含有机盐的第一螯合剂、可提供约2至约10的pH的pH调节剂以及溶剂。抛光组合物还可包含具有一个或多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的第二螯合剂。一种或更多种酸基电解液系统优选包含两种酸基电解液系统，例如，硫酸基电解液系统和磷酸基电解液系统。抛光组合物的实施方式可用于抛光主体和/或残余材料。抛光组合物可以可选地包含一种或更多种腐蚀抑制剂或抛光增强材料，例如研磨微粒。尽管本文此处所述的组合物是不含氧化剂的组合物，本发明也可使用氧化剂作为抛光增强材料，其可与研磨材料一起使用。可以认为，本文所述的抛光组合物提高了ECMP时从衬底表面去除例如钨的材料的有效去除速度，而减少了平坦化类型缺陷且得到更光滑的衬底表面。组合物的实施方式可用于单步或两步抛光工艺。
尽管抛光组合物特别适用于去除钨，但是可以认为抛光组合物还可去除其他材料，例如铝、铂、铜、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钴、金、银、钌及其组合。例如由与导电垫203和/或研磨剂接触形成的机械研磨和/或施加电偏压导致的阳极溶解，可被用来提高平坦度和提高这些导电材料的去除速度。
硫酸基电解液系统包括例如具有硫酸根(SO42-)(例如硫酸(H2SO4))和/或其衍生盐(包括例如硫酸氢铵(NH4HSO4)、硫酸铵、硫酸钾、硫酸钨或其组合)的电解液和化合物，其中硫酸优选的。衍生盐可包括铵(NH4+)盐、钠(Na+)盐、四甲基铵(Me4N-)盐、钾(K+)盐或其组合，等等。
磷酸基电解液系统包括例如具有硫酸根(PO43-)(例如磷酸)和/或其衍生盐的电解液和化合物，其中衍生盐包括例如磷酸盐(MxH(3-x)PO4)(x＝1，2，3)(其中M包括铵(NH4+)、钠(Na+)、四甲基铵(Me4N+)或钾(K+)或其组合)、磷酸钨、磷酸二氢铵((NH4)H2PO4)、磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)及其组合，其中磷酸是优选的。或者，可用乙酸基电解液(包括乙酸和/或其衍生盐)或水杨酸基电解液(包括水杨酸和/或其衍生盐)来替代磷酸基电解液系统。本文所述的酸基电解液系统还可对组合物进行缓冲，从而为加工衬底保持所需pH水平。本发明还可使用已知和未知的传统电解液通过本文所述的工艺来形成本文所述的组合物。
硫酸基电解液系统和磷酸基电解液系统可分别包含约0.1至约30的重量百分比(wt％)或体积百分比(vol％)的总组合物溶液，从而为实施本文所述的工艺提供合适的导电性。组合物中所用的酸电解液的浓度为约0.2vol％至约5vol％，例如约0.5vol％至约3vol％，例如约1vol％至约3vol％。酸电解液在不同的抛光组合物中的含量可以变化。例如，在第一组合物中，酸电解液可包含约1.5vol％至约3vol％的硫酸和2vol％至约3vol％的磷酸用于去除主体金属，而在第二组合物中，酸电解液可包含约1vol％至约2vol％的硫酸和1.5vol％至约2vol％的磷酸用于去除残余金属。本发明还包括所含硫酸和/或磷酸浓度小于第一组合物的第二组合物的本发明的一个方面或部分是用一种或更多种螯合剂来与衬底表面结合以增强电化学溶剂过程。在本文所述的任意实施方式中，螯合剂可以与导电材料离子例如钨离子结合，而提高金属材料的去除速度和/或改善抛光性能。螯合剂还可被用来缓冲抛光组合物，从而为加工衬底保持所需pH水平。
一类合适的螯合剂包括无机或有机酸盐。可能合适的其他无机酸盐是具有一个或多个选自羧酸根、二羧酸根、三羧酸根、羟基与羧酸根的混合物及其组合的官能团的化合物的盐。在与官能团结合之前、期间或之后，待去除的金属材料(例如钨)可以处于任何氧化态。官能团可在加工期间与衬底表面上形成的金属材料结合，并从衬底表面去除该金属材料。
合适的无机或有机酸盐的例子包括有机酸的铵盐和钾盐，例如草酸铵、柠檬酸铵、琥珀酸铵、一元柠檬酸钾、二元柠檬酸钾、三元柠檬酸钾、酒石酸钾、酒石酸铵、琥珀酸钾、草酸钾，及其组合。用于形成具有一个或多个羧酸根的螯合剂的盐的合适的酸的例子包括柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、草酸、乙酸、己二酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、戊二酸、乙醇酸、蚁酸、富马酸、乳酸、月桂酸、苹果酸、马来酸、丙二酸、肉豆蔻酸、棕榈(plamitic)酸、酞酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸、戊酸，及其组合。
抛光组合物可包含一种或更多种无机或有机盐，其浓度为组合物体积或重量的约0.1％至约15％，例如，约0.2％至约5％(体积或重量)，例如约1％至约3％(体积或重量)。例如，在抛光组合物中可使用约0.5％至约2％(重量)的柠檬酸铵。
或者，组合物中可使用具有一个或多个选自胺基、酰胺基、羟基及其组合的官能团的第二螯合剂。优选的官能团选自由胺基、酰胺基、羟基及其组合组成的组，且不具有例如羧酸根、二羧酸根、三羧酸根及其组合的酸性官能团。抛光组合物可包含一种或更多种具有一个或多个选自胺基、酰胺基、羟基及其组合的官能团的螯合剂，其浓度为约0.1％至约5％(体积或重量)，优选约1％至约3％(体积或重量)，例如约2％(体积或重量)。例如，可用约2vol％至约3vol％的乙二胺作为螯合剂。合适的螯合剂的其他例子包括具有一个或多个胺或酰胺官能团的化合物，例如乙二胺及其衍生物(包括二亚乙基三胺)、己二胺、氨基酸、乙二胺四乙酸、甲基甲酰胺，或其组合。
溶液可包含一种或更多种pH调节剂以得到约2至约10的pH。在不同的配制方法中，pH调节剂的量可随着其他组分的浓度变化而改变，然而一般来讲，全部溶液所含的一种或更多种pH调节剂至多为约70wt％，但优选约0.2wt％至约25wt％。在给定的浓度下，不同的化合物可提供不同的pH水平，例如，组合物可包含约0.1wt％至约10wt％的碱(例如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵(TMAH)或其组合)以提供所需的pH水平。一种或更多种pH调节剂可选自一类有机酸，例如羧酸(例如乙酸、柠檬酸、草酸)、含磷酸根的组分(包括磷酸、磷酸铵、磷酸钾及其组合)，或其组合。抛光组合物中还可使用包括盐酸、硫酸和磷酸的无机酸。
通常，抛光组合物中pH调节剂的量会依赖于用于各种抛光工艺的具有不同组成的组分的所需pH范围而改变。例如，在主体钨抛光工艺中，可调节pH调节剂的量以提供约6至约10的pH。在一种实施方式中，主体钨去除组合物具有约7至约9的中性或碱性pH，例如，pH大于7且小于或等于9(例如约8至约9)的碱性溶液。
在残余钨抛光工艺阿实施例中，可调节pH调节剂的量以提供约2至约8的pH水平。在一种实施方式中，残余钨去除组合物具有约6至约7的中性或酸性pH，例如，具有大于6且小于7(例如约6.4至约6.8)的酸性pH。
本文所述的组合物可包含约1vol％至约5vol％的硫酸、约1vol％至约5vol％的磷酸、约1wt％至约5wt％的柠檬酸铵、约0.5wt％至约5wt％的乙二胺、可提供约6至约10的pH的pH调节剂以及去离子水，例如包含约1vol％至约3vol％的硫酸、约1vol％至约3vol％的磷酸、约1wt％至约3wt％的柠檬酸铵、约1wt％至约3wt％的乙二胺、可提供约7至约9的pH的氢氧化钾以及去离子水。组合物的另一种实施方式可包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸、约0.2vol％至约5vol％的磷酸、约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸铵、可提供约2至约8(例如约3至约8)的pH的pH调节剂以及去离子水。组合物的另一种实施方式可包含约0.5vol％至约2vol％的硫酸、约0.5vol％至约2vol％的磷酸、约0.5wt％至约2wt％的柠檬酸铵、可提供约6至约7的pH的氢氧化钾以及去离子水。
在本文所述的任何实施方式中，本文所述的抛光组合物优选为不含氧化剂的组合物，例如，不含氧化剂和氧化作用剂的组合物。氧化剂和氧化作用剂的例子包括但不限于，过氧化氢、过硫酸铵、碘酸钾、高锰酸钾以及铈化合物，包括硝酸铈、硝酸铵铈、溴酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸，等等。
或者，抛光组合物可包含氧化剂化合物。合适的氧化剂化合物的例子除了以上所列还可以是硝酸盐化合物，包括硝酸铁、硝酸和硝酸钾。在本文所述的组合物的另一种实施方式中，可用硝酸基电解液系统取代硫酸基电解液，其中硝酸基电解液系统例如是具有硝酸根(NO31-)的电解液和化合物，例如硝酸(HNO3)和/或其衍生盐(包括硝酸铁(Fe(NO3)3)。
在本文所述的任何实施方式中，可添加蚀刻抑制剂(例如，腐蚀抑制剂)，通过化学或电学方式来减少金属表面的氧化或腐蚀，例如通过形成材料层以使衬底表面与周围电解液的化学相互作用最小化。通过抑制剂形成的材料层可抑制或减小衬底表面上的电化学流，从而限制电化学沉积和/或溶解。
钨的蚀刻抑制剂抑制了固态钨转化成可溶性钨化合物，而同时使组合物将钨转化成可通过磨损而被均匀去除的柔软的氧化膜。合适的用于钨的蚀刻抑制剂包括具有含氮的官能团的化合物，例如含氮杂环、烷基铵离子、氨基烷基、氨基酸。蚀刻抑制剂包括腐蚀抑制剂，例如含氮杂环官能团的化合物，例如2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、喹喔啉、乙酰基吡咯、哒嗪、组氨酸、吡嗪、苯并咪唑及其混合物。
本文所用术语“烷基铵离子”是指具有可在水溶液中生成烷基铵离子的官能团的含氮化合物。在包含具有含氮官能团的化合物的水溶液中生成的烷基铵离子的水平是溶液pH以及所选的一种或多种化合物的函数。具有含氮官能团的腐蚀抑制剂可在pH小于9.0的水溶液中生成抑制量的烷基铵离子官能团，该腐蚀抑制剂的例子包括，isostearylethylimididonium、十六烷基三甲基氢氧化铵、alkaterge E(2-十七烯基-4-乙基-2-唑啉-4-甲醇)、aliquat 336(三辛基甲基氯化铵)、nuospet 101(4，4-二甲基恶唑烷)、四丁基氢氧化铵、十二烷基胺、四甲基氢氧化铵，其衍生物及其混合物。
可用的氨烷基腐蚀抑制剂包括例如氨丙基硅烷醇、氨丙基硅氧烷、十二烷基胺及其混合物，以及合成和天然的氨基酸包括例如赖氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、胱氨酸和甘氨酸。
优选的用于钨的含烷基铵离子官能团的蚀刻抑制剂是OSI Specialties，Inc.制造的SILQUEST A-1106硅烷。SILQUEST A-1106硅烷是由约60wt％的水、约30wt％的氨丙基硅氧烷和约10wt％的氨丙基硅烷醇组成的混合物。氨丙基硅氧烷和氨丙基硅烷醇各自在小于约7的pH下形成抑制量的相应烷基铵离子。最优选的氨烷基腐蚀抑制剂是甘氨酸(氨基乙酸)。
合适的用于钨的蚀刻抑制剂的例子包括烷基铵离子的卤素衍生物(例如十二烷基三甲基溴化铵)、亚胺(例如聚乙烯亚胺)、羧酸衍生物(例如乙酸钙)、有机硅化合物(例如二(巯基丙基)二甲氧基硅烷)以及聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸酯)。
本发明的组合物中存在的用于钨的蚀刻抑制剂的量应为约0.001w％至约2.0wt％，优选约0.005w％至约1.0wt％，最优选约0.01w％至约0.10wt％。
用于钨的蚀刻抑制剂在pH至多为约9.0的组合物中是有效的。本发明的组合物的pH优选小于约7，最优选小于约6.5。
其他抑制剂可包含约0.001wt％至约5.0wt％的由一个和多个唑基(azole group)形成的有机化合物。一般的优选范围在约0.2wt％与约0.4wt％之间。具有唑基的有机化合物的例子包括苯并三唑、巯基苯并三唑、5-甲基-苯并三唑及其组合。其他合适的腐蚀抑制剂包括为环状化合物的成膜剂，例如咪唑、苯并咪唑、三唑及其组合。具有羟基、氨基、亚氨基、羧基、巯基、硝基和烷基取代基的苯并三唑、咪唑、苯并咪唑和三唑的衍生物也可用作腐蚀抑制剂。其他腐蚀抑制剂包括脲和硫脲等。
或者，聚合抑制剂，非限制性的例如聚烷基芳基醚磷酸酯或壬基酚乙氧化硫酸铵可用来替代含唑的腐蚀抑制剂或与其一起使用，它的用量为组合物体积或重量的约0.002％与约1.0％之间。
尽管上述抛光组合物不含氧化剂(无氧化剂)和/或研磨剂微粒(无研磨剂)，但抛光组合物可包含一种或更多种表面抛光增强材料和/或去除速度增强材料，这些材料可包含研磨剂微粒、一种或更多种氧化剂，及其组合。抛光组合物中可使用一种或更多种表面活性剂来加快材料(例如金属以及金属离子或者加工期间生成的副产物)的溶解或提高溶解度、降低抛光组合物中研磨剂微粒结块的可能性、改善化学稳定性并且减少抛光组合物组分的分解。合适的氧化剂和研磨剂在2004年2月26日提交的待审美国专利申请No.10/378097中有所描述，通过引用将其与本发明的权利要求和公开内容一致的部分结合于此。
或者，抛光组合物还可包含抑制剂、增强剂、均化剂、光亮剂、稳定剂和剥色剂，以提高抛光组合物在抛光衬底表面中的有效性。例如，某些添加剂可以降低金属原子的离子化速率，从而抑制溶解过程，而另一些添加剂可提供光洁、光亮的衬底表面。抛光组合物中存在的添加剂的浓度可以高达约15％(重量或体积)，并可以基于所期望的抛光结果而变化。
抛光组合物中其他添加剂的例子更全面地描述在2002年5月7日提交的美国专利申请No.10/141459中，通过引用将其与本发明的权利要求和公开内容一致的部分包含于此。
上述抛光组合物中的不足量或余量是溶剂，例如极性溶剂(包括水)，优选去离子水。其他溶剂可包括例如有机溶剂(例如醇或二醇)，在某些实施方式中可与水一起使用。可用溶剂的量来控制组合物中各种组分的浓度。例如，电解液可被浓缩至本文所述的浓度的3倍，然后在本文所述的加工站上使用之前，用溶剂对浓缩的电解液进行稀释。
通常，ECMP溶液具有远大于传统CMP溶液的导电性。ECMP溶液的电导率约为10毫西门子(mS)或更大，而传统CMP溶液的电导率约为3mS至约5mS。ECMP溶液的导电性显著影响ECMP工艺进行的速率，即溶液导电性越强，材料去除速率越快。对于去除主体材料，ECMP溶液的电导率约为10mS或更大，优选在约40mS至约80mS的范围内，例如，约50mS至约70mS，例如约60mS至约64mS。对于残余材料，ECMP溶液的电导率约为10mS或更大，优选在约30mS至约60mS的范围内，例如，约40mS至约55mS，例如约49mS。
已发现，用本文所述的组合物加工的衬底具有改善的衬底光洁度(包括减少的表面缺陷(如凹坑)、减少的侵蚀(去除金属特征结构周围的电介质材料)和划伤、以及改善的平坦度。可通过如下实施例进一步说明本文所述的组合物。
电化学机械加工利用化学活性、机械活动和电活性的组合来去除钨材料和平坦化衬底表面的电化学机械抛光技术可如下进行。钨材料包括钨、氮化钨、氮化硅钨等。尽管以下工艺针对钨来描述，但是本发明除了去除钨之外还可以去除其他材料，包括铝、铂、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钻、金、银、钌及其组合。
可在一个和多个加工步骤中进行过量钨的去除，例如，单个钨去除步骤或者主体钨去除步骤与残余钨去除步骤。主体材料在此被广义定义为沉积在衬底上的、其量大于足以充分填充在衬底表面上形成的特征结构的任何材料。残余材料被广义定义为在一个或多个主体或残余抛光工艺步骤之后残余的任何材料。通常，主体去除在第一ECMP工艺期间去除了导电层的至少约50％，优选至少约70％，更优选至少约80％，例如至少约90％。残余去除在第二ECMP工艺期间去除了如果不是所有的话，也是大部分的在阻挡层上的残余导电材料，以留下填充的插栓(plug)。
主体去除ECMP工艺可在第一抛光台上进行，残余去除ECMP工艺可在与第一台相同或不同的第二抛光台上进行。在另一种实施方式中，残余去除ECMP工艺可在进行主体去除工艺的第一台上进行。可在另外的单独的台上去除阻挡材料，例如图2所示装置中的第三台。例如，按照这里所述工艺的上述装置可包括三个去除钨材料的台，例如去除主体材料的第一台、去除残余材料的第二台和去除阻挡材料的第三台，其中主体去除和残余去除是ECMP工艺，阻挡去除是CMP工艺或另一个ECMP工艺。在另一实施方式中，使用三个ECMP台来去除主体材料、残余材料和阻挡材料。
图8A-8D为根据这里所述的平坦化衬底表面的一种实施方式在衬底上进行的抛光工艺的剖面示意图。如图8A所示，第一ECMP工艺可被用来从衬底表面去除主体钨材料，然后如图8B-8C所示，用第二ECMP工艺来去除残余钨材料。图8D示出了用于产生结构的后续工艺，例如阻挡去除和缓冲。第一ECMP工艺去除钨层的速度快，而第二ECMP工艺需要精确去除残余的钨材料，形成平整的衬底表面而且使表面特征结构的凹坑和侵蚀减少或最少。
图8A为用于去除主体钨材料的第一电化学机械抛光技术的一种实施方式的剖面示意图。衬底被置于接受器，例如含第一电极的盆或台。衬底800具有以窄特征结构820和宽特征结构830图案化的电介质层810。特征结构820和特征结构830上具有阻挡材料840(例如，钛和/或氮化钛)，之后填充导电材料860(例如，钨)。过量材料的沉积结构包括形成在窄特征结构820上的高过载870(也称为坡或峰)和形成在宽特征结构830上的最少过载880(也称为谷)。
向衬底表面提供本文所述的抛光组合物850。可以以约100至约400mL/min(例如约300mL/min)的流速将抛光组合物提供至衬底表面。用于主体去除步骤的抛光组合物的例子包含约1vol％至约5vol％的硫酸、约1vol％至约5vol％的磷酸、约1wt％至约5wt％的柠檬酸铵、约0.5wt％至约5wt％的乙二胺、可提供约6至约10的pH的pH调节剂以及去离子水。抛光组合物的另一个例子包含约2vol％的硫酸、约2vol％的磷酸、约2wt％的柠檬酸铵、约2wt％的乙二胺、可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾以及去离子水。组合物的电导率为约60至约64毫西门子(mS)。本文所述的主体抛光组合物具有例如硫酸的强蚀刻剂以及更能溶解钨的碱性pH，以使去除速度大于本文所述的残余抛光组合物。
然后，与含第二电极的抛光件组件相连的抛光件通过导电抛光件与衬底物理接触和/或电连接。衬底表面与抛光件在小于约2磅/平方英寸(lb/in2或psi)(13.8kPa)的压力下接触。进行导电材料860的去除的工艺压力可在约1psi(6.9kPa)或更低，例如约0.01psi(69Pa)至约1psi(6.9kPa)，例如约0.1psi(0.7kPa)至约0.8psi(5.5kPa)或约0.1psi(0.7kPa)至小于约0.5psi(3.4kPa)。在本工艺的一方面，使用约0.3psi(2.1kPa)或更低的压力。
这里所用的抛光压力减小了对含有低k介电材料的衬底有害的剪切力和摩擦力或使其达到最小。被减小或最小化的力可以减少或最小化由于抛光引起的变形和特征结构的缺陷形成。此外已发现，较低的剪切力和摩擦力减少或最小化了抛光期间的形貌缺陷(例如电介质材料的侵蚀和导电材料材料的凹坑)的形成以及减少层离。衬底与导电抛光件之间的接触还通过在抛光件接触衬底时将其与电源连接而使电源与衬底之间形成电接触。
在衬底表面与导电垫组件222之间提供相对运动。以约7rpm至约50rpm(例如，约28rpm)的台旋转速度旋转位于台上的导电垫组件222，以约7rpm至约70rpm(例如，约37rpm)的托架头旋转速度旋转位于托架头中的衬底。当抛光件与衬底接触时，台和托架头的旋转分别减小了剪切力和摩擦力。托架头旋转速度和台旋转速度均可为约7rpm至约小于40rpm。在本发明的一个方面，可在托架头旋转速度大于台旋转速度的条件下进行本文的工艺以去除钨材料，托架头旋转速度与台旋转速度的比大于约1∶1，例如托架头旋转速度与台旋转速度的比为约1.5∶1至12∶1，例如约1.5∶1至3∶1。
通过电源224在两个电极之间施加偏压。偏压可从导电垫和/或抛光件组件222中的电极传至衬底208。该过程也可在约20℃至约60℃的温度下进行。
通常在最高约100mA/cm2的电流密度下提供偏压(对应于施加的电流约为40安培)以加工直径最大约300mm的衬底。例如，直径200mm的衬底可具有约0.01mA/cm2至约50mA/cm2的电流密度，这对应于所施加的电流为约0.01A至约20A。本发明也可以以伏特、安培和瓦特的方式来施加和监测偏压。例如，在一种实施方式中，电源施加的功率为约0W至100W、电压为约0V至约10V，电流为约0.01A至约10A之间。在一个实施例中，在将本文所述的主体抛光组合物施加在衬底上时，施加约2.5V至约4.5V(例如约3V)的电压。衬底通常暴露于抛光组合物和功率施加中的时间足够主体去除其上过载的钨。
根据从衬底表面去除材料的用户需求，可以改变偏压的功率和施加。例如，已观察到增大施加的功率导致阳极溶解的增加。偏压也可以通过电脉冲调制技术来施加。脉冲调制技术可以有变化，但是通常包括如下循环在第一时期施加恒定的电流密度或电压，然后在第二时期不施加电流密度或电压或施加恒定的反向电流密度或电压。然后重复该过程一个或多个循环，这些循环可具有不同的功率水平和持续时间。功率水平、持续时间(“接通”循环)和无功率(“断开”循环)和循环的频率可以基于去除速率、待去除的材料和抛光工艺的程度而调整。例如，已观察到增大功率水平和增加施加功率的持续时间，会增加阳极溶解。
在电化学机械抛光的一个脉冲调制过程中，脉冲调制过程包括功率施加期“接通”之后接着无功率施加期“断开”的接通/断开功率技术。接通/断开循环可在抛光工艺中重复一次或多次。“接通”期使暴露的导电材料从衬底表面得以去除，“断开”期使抛光组合物组分和“接通”期的副产物(如金属离子)扩散至表面并与导电材料络合。在脉冲调制技术过程中，金属离子被认为发生迁移并通过附着到未受机械扰动区域的钝化层而与腐蚀抑制剂和/或螯合剂发生相互作用。因此，该过程在“接通”期使未被钝化层覆盖的电化学活性区得到蚀刻，然后在脉冲调制技术的“断开”期使钝化层在某些区域重新成形并去除其它区域的过量材料。因而，控制脉冲调制技术可以控制从衬底表面去除材料的速度和量。
每个“接通”/“断开”期可在约1秒与约60秒之间，例如在约2秒与约25秒之间，并且本发明认为使用脉冲技术的“接通”和“断开”期可以比这里所述的时期更长或更短。在脉冲调制技术的一个实施例中，施加的阳极溶解功率在每个循环的约16％与约66％之间。
这里所述的用于电化学机械抛光材料的有接通/断开循环的脉冲调制技术的非限制性例子包括施加功率(“接通”)约5秒至约10秒，然后不施加功率(“断开”)约2秒至约25秒；施加功率约10秒和不施加功率5秒，或施加功率10秒和不施加功率2秒，或施加功率5秒和不施加功率25秒，以提供所期望的抛光结果。对每一选定的过程，按需要重复该循环。脉冲调制过程的一个例子描述在共同转让的美国专利No.6379223中，通过引用将其中与本发明的权利要求和公开内容一致的部分包含于此。脉冲调制过程的另外的例子描述在2003年6月30日提交的题为“Effective Method To Improve Surface Finish In Electrochemically AssistedChemical Mechanical Polishing”的待审美国临时专利申请No.10/611805中，通过引用将其中与本发明的权利要求和公开内容一致的部分包含于此。
通过这里所述的方法可以实现高达约15000/min的导电材料去除速度。通常，高的去除速度是所期望的，但由于要使工艺一致性达到最大和其他工艺参数(例如，阳极和阴极的反应动力学)，一般将溶解速度控制在约100/min至约15000/min。在本发明的一种实施方式中，在待去除的主体钨材料厚度小于5000的情况下，可施加电压(或电流)以提供约100/min至约5000/min的去除速度，例如约2000/min至约5000/min。残余材料的去除速度小于主体材料的去除速度，通过这里所述的工艺，可以以约400/min至约1500/min的速度去除残余材料。
第二ECMP工艺速度较慢以防止过量金属去除形成形貌缺陷，例如图1A所示的称为凹陷D的凹坑或凹部和图1B所示的侵蚀E。因此，大部分的导电层860以较快的速度在第一ECMP工艺期间被去除，其速度大于剩余或残余的导电层860在第二ECMP工艺期间的去除速率。两步ECMP工艺提高了加工衬底的总处理量，并且同时得到了无缺陷或缺陷很少的光滑表面。
图8B示出了在第一ECMP工艺的主体去除之后，至少约50％(例如90％)的导电材料860被去除后的第二ECMP抛光步骤。在第一ECMP工艺之后，导电材料860仍可能包括高过载870(峰)和/或最少过载880(谷)，但是其尺寸比例减小。然而，导电材料860在整个衬底表面上也可能相当平整(未示出)。
向衬底表面提供本文所述的用于残余材料去除的第二抛光组合物。可以以约100至约400mL/min(例如约300mL/min)的流速将抛光组合物提供至衬底表面。用于残余去除步骤的抛光组合物的例子包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸、约0.2vol％至约5vol％的磷酸、约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸铵、约0.5wt％至约5wt％的乙二胺、可提供约3至约8的pH的pH调节剂以及去离子水，例如包含约1vol％的硫酸、约1.5vol％的磷酸、约0.5wt％的柠檬酸铵、可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾以及去离子水。残余去除组合物的电导率为约49毫西门子(mS)。
这里所述的残余抛光组合物被认为在暴露的钨材料表面上形成了聚钨层(polytungsten)890。聚钨层是通过柠檬酸铵和磷酸与暴露的钨材料之间的化学相互作用而形成的。聚钨层比钨材料更稳定，且去除速度小于钨材料。聚钨层也可与衬底表面上的材料化学隔离和/或电绝缘。还认为，增大抛光组合物的酸性pH可促进聚钨材料在衬底表面上形成。与更具碱性的主体去除组合物相比，使用更具酸性的残余抛光组合物。在所述的主体抛光工艺的工艺条件和抛光组合物下，也可能形成聚钨层。
聚钨层的厚度和密度可指示化学反应程度和/或阳极溶解量。例如，已发现，与较薄且密度较小的钝化层相比，较厚或较密的聚钨层使阳极溶解较少。以此，通过控制组合物的pH、磷酸和/或螯合剂，可控制从衬底表面去除材料的去除速度和去除量。与主体抛光组合物相比减小的去除速度减少了或最小化了抛光期间的形貌缺陷(例如电介质材料的侵蚀和导电材料材料的凹坑)的形成并减少了层离。
上述残余去除工艺中的机械研磨是在小于约2磅/平方英寸(lb/in2或psi)(13.8kPa)的抛光垫与衬底之间的压力下进行的。去除导电材料860的工艺压力可在约1psi(6.9kPa)或更低，例如约0.01psi(69Pa)至约1psi(6.9kPa)，例如约0.1psi(0.7kPa)至约0.8psi(5.5kPa)。在本工艺的一方面，使用约0.3psi(2.1kPa)或更低的压力。衬底与导电抛光件之间的接触还通过在抛光件接触衬底时将其与电源连接而使电源与衬底之间形成电接触。
在衬底表面与导电垫组件222之间提供相对运动。以约7rpm至约50rpm(例如，约28rpm)的旋转速度旋转位于台上的导电垫组件222，以约7rpm至约70rpm(例如，约37rpm)的旋转速度旋转位于托架头中的衬底。当抛光件与衬底接触时，台和托架头的旋转速度分别减小了剪切力和摩擦力。
通过导电抛光件的机械研磨去除了隔离或抑制阳极溶解电流的聚钨层890，以致与最少过载区相比，高过载区优先被去除，因为聚钨层890保留在与导电垫组件222接触最小或不接触的区域。被聚钨层890所覆盖的导电材料860的去除速率小于无聚钨层890的导电材料的去除速率。同样，在窄特征结构820和衬底区域850上的过量材料的去除速率大于在宽特征结构830上的仍被聚钨层890覆盖的过量材料的去除速率。
通过电源224在两个电极之间施加偏压。偏压可从导电垫和/或抛光件组件222中的电极传至衬底208。以上述针对主体抛光工艺的方式施加偏压，该偏压通常采用的功率水平小于或等于主体抛光工艺的功率水平。例如，对于残余去除工艺，功率施加的电压为约1.8V至约2.5V，例如2V。衬底通常暴露于抛光组合物和功率施加中的时间足够去除其上的所期望去除的材料的至少一部分或全部。此过程也可在约20℃至约60℃的温度下进行。
参见图8C，通过包括本文所述的第二ECMP抛光组合物的第二(残余)ECMP工艺去除大部分(如果不是全部)导电层860以暴露阻挡层840和导电沟槽865。导电沟槽865是由剩余的导电材料860形成的。然后可通过第三抛光步骤对任何残余的导电材料和阻挡层材料进行抛光以提供含导电沟槽875的平整衬底表面，如图8D所示。第三抛光工艺可以是第三ECMP工艺或CMP工艺。阻挡材料抛光工艺的例子公开在2002年7月11日提交的题为“Dual Reduced Agents For Barrier Removal In ChemicalMechanical Polishing”的美国专利申请No.10/193810(美国专利公开号20030013306)中，通过引用将其与本发明的权利要求和公开内容一致的部分包含于此。阻挡材料抛光工艺的另一个例子公开在2004年5月17日提交的美国专利申请No.60/572183中，通过引用将其与本发明的权利要求和公开内容一致的部分包含于此。
在导电材料和阻挡材料去除加工步骤之后，可以打磨(buff)衬底以使表面缺陷最少。打磨可以用软抛光件在例如约2psi或更小的低抛光压力下进行，该软抛光件在总部位于宾夕法尼亚州费城的American Society forTesting and Materials(ASTM)所描述和测定的Shore D硬度标准下，其硬度为约40或更低。
可选地，可以在每一个抛光工艺后对衬底施加清洁液，从而去除来自抛光工艺的微粒物质和废料，并使抛光件上沉积的金属残余和衬底表面上形成的缺陷最少。合适的清洁液的例子是可从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的ELECTRA CLEANTM。
最后，可以对衬底进行抛光后清洁工艺，以减少在抛光或衬底处理期间所形成的缺陷。这样的工艺可以使衬底表面上形成的铜特征结构中不期望的氧化或其它缺陷达到最少。这种抛光后清洁工艺的例子是应用可从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的ELECTRA CLEANTM。
已观察到，通过这里所述的方法被平坦化的衬底已呈现出减少的形貌缺陷(例如凹坑和侵蚀)、减少的残余物、提高的平坦度以及提高的衬底光洁度。
为进一步描述本发明的实施方式而提供以下的非限定性的例子。然而，这些例子并不完全，也非意在限制本发明的范围。
抛光组合物实施例以下提供用于抛光主体钨材料和残余钨材料的抛光组合物的例子。主体钨抛光组合物可包含例#1约2vol％的硫酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#2约4vol％的硫酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#3约1.5vol％的硫酸；约2.5vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；
可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#4约1vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#5约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#6约2vol％的硫酸；约2vol％的水杨酸；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#7约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；可提供约8.7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#8约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#9约2vol％的硫酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#10约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#11约4vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#12约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#13约2vol％的硝酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#14约2vol％的硝酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.5的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#15约4vol％的硝酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#16约1.5vol％的硫酸；约2.5vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8.5的pH的氢氧化钾；和去离子水。
残余钨抛光组合物可包含例#1约1vol％的硫酸；约1wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#2约1vol％的硫酸；约1.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供大于6且小于7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#3约4vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#4约1vol％的硫酸；约1.5vol％的磷酸；约1wt％的水杨酸；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#5约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供大于6且小于7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#6约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#7约1vol％的硫酸；约1.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#8约1vol％的硝酸；约1.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#9约2vol％的硝酸；约2vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供大约6至小于7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
例#10约1vol％的硫酸；约1.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.5的pH的氢氧化钾；和去离子水。
抛光工艺实施例例1在从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的REFLEXION系统上的改进单元中，用下面的抛光组合物对直径为300mm的镀钨衬底进行抛光和平坦化。将表面钨层厚度约4000的衬底放置在装置中托架头上，该装置具有其上布置第一抛光件的第一台。以约250mL/min的速度将第一抛光组合物供给至该台上，第一抛光组合物包含
约2vol％至约3vol％的硫酸；约2vol％至约4vol％的磷酸；约2wt％至约2.8wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第一抛光件以约0.3psi的第一接触压力接触，第一台的旋转速度约为20rpm，第一托架头的旋转速度约为39rpm，施加的第一偏压约为2.9伏特。对衬底进行抛光和检验。钨层厚度减至约1000。
将衬底转移至其上具有第二抛光件的第二台上。以约300mL/min的速度将第二抛光组合物供给至该台上，第二抛光组合物包含约1vol％至约2vol％的硫酸；约1.5vol％至约2.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供大于6且小于7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第二抛光件以约0.3psi的第二接触压力接触，第二台的旋转速度约为14rpm，第二托架头的旋转速度约为29rpm，施加的第二偏压约为2.4伏特。对衬底进行抛光和检验。衬底表面原有的过量钨层被去除而留下阻挡层和钨沟槽。
例2在从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的REFLEXION系统上的改进单元中，用下面的抛光组合物对直径为300mm的镀钨衬底进行抛光和平坦化。将表面钨层厚度约4000的衬底放置在装置中托架头上，该装置具有其上布置第一抛光件的第一台。以约250mL/min的速度将第一抛光组合物供给至该台上，第一抛光组合物包含
约3vol％的硫酸；约4vol％的磷酸；约2.8wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第一抛光件以约0.3psi的第一接触压力接触，第一台的旋转速度约为20rpm，第一托架头的旋转速度约为39rpm，施加的第一偏压约为2.9伏特。对衬底进行抛光和检验。钨层厚度减至约1000。
将衬底转移至其上具有第二抛光件的第二台上。以约300mL/min的速度将第二抛光组合物供给至该台上，第二抛光组合物包含约2vol％的硫酸；约2.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供大于6且小于7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第二抛光件以约0.3psi的第二接触压力接触，第二台的旋转速度约为14rpm，第二托架头的旋转速度约为29rpm，施加的第二偏压约为2.4伏特。对衬底进行抛光和检验。衬底表面原有的过量钨层被去除而留下阻挡层和钨沟槽。
例3在从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的REFLEXION系统上的改进单元中，用下面的抛光组合物对直径为300mm的镀钨衬底进行抛光和平坦化。将表面钨层厚度约4000的衬底放置在装置中托架头上，该装置具有其上布置第一抛光件的第一台。以约250mL/min的速度将第一抛光组合物供给至该台上，第一抛光组合物包含约2.5vol％的硫酸；
约3vol％的磷酸；约2.4wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第一抛光件以约0.3psi的第一接触压力接触，第一台的旋转速度约为20rpm，第一托架头的旋转速度约为39rpm，施加的第一偏压约为2.9伏特。对衬底进行抛光和检验。钨层厚度减至约1000。
将衬底转移至其上具有第二抛光件的第二台上。以约300mL/min的速度将第二抛光组合物供给至该台上，第二抛光组合物包含约1.5vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第二抛光件以约0.3psi的第二接触压力接触，第二台的旋转速度约为14rpm，第二托架头的旋转速度约为29rpm，施加的第二偏压约为2.4伏特。对衬底进行抛光和检验。衬底表面原有的过量钨层被去除而留下阻挡层和钨沟槽。
例4在从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的REFLEXION系统上的改进单元中，用下面的抛光组合物对直径为300mm的镀钨衬底进行抛光和平坦化。将表面钨层厚度约4000的衬底放置在装置中托架头上，该装置具有其上布置第一抛光件的第一台。以约250mL/min的速度将第一抛光组合物供给至该台上，第一抛光组合物包含约3vol％的硫酸；约3vol％的磷酸；
约2wt％的柠檬酸铵；约2wt％的乙二胺；可提供约8至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第一抛光件以约0.3psi的第一接触压力接触，第一台的旋转速度约为20rpm，第一托架头的旋转速度约为39rpm，施加的第一偏压约为2.9伏特。对衬底进行抛光和检验。钨层厚度减至约1000。
将衬底转移至其上具有第二抛光件的第二台上。以约300mL/min的速度将第二抛光组合物供给至该台上，第二抛光组合物包含约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第二抛光件以约0.3psi的第二接触压力接触，第二台的旋转速度约为14rpm，第二托架头的旋转速度约为29rpm，施加的第二偏压约为2.4伏特。对衬底进行抛光和检验。衬底表面原有的过量钨层被去除而留下阻挡层和钨沟槽。
例5在从加利福尼亚圣克拉拉的Applied Materials，Inc.购得的REFLEXION系统上的改进单元中，用下面的抛光组合物对直径为300mm的镀钨衬底进行抛光和平坦化。将表面钨层厚度约4000的衬底放置在装置中托架头上，该装置具有其上布置第一抛光件的第一台。以约250mL/min的速度将第一抛光组合物供给至该台上，第一抛光组合物包含约2vol％的硫酸；约2vol％的磷酸；约2wt％的柠檬酸铵；
约2wt％的乙二胺；可提供约8.4至约8.9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第一抛光件以约0.3psi的第一接触压力接触，第一台的旋转速度约为20rpm，第一托架头的旋转速度约为39rpm，施加的第一偏压约为2.9伏特。对衬底进行抛光和检验。钨层厚度减至约1000。
将衬底转移至其上具有第二抛光件的第二台上。以约300mL/min的速度将第二抛光组合物供给至该台上，第二抛光组合物包含约1vol％的硫酸；约1.5vol％的磷酸；约0.5wt％的柠檬酸铵；可提供约6.4至约6.8的pH的氢氧化钾；和去离子水。
在该工艺中，衬底与第二抛光件以约0.3psi的第二接触压力接触，第二台的旋转速度约为14rpm，第二托架头的旋转速度约为29rpm，施加的第二偏压约为2.4伏特。对衬底进行抛光和检验。衬底表面原有的过量钨层被去除而留下阻挡层和钨沟槽。
尽管前面部分涉及本发明的实施方式，但是在不脱离本发明基本范围的情况下，可以设计本发明的其他或另外的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求来确定。
权利要求
1.用于从衬底表面去除至少钨材料的组合物，包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸或其衍生物；约0.2vol％至约5vol％的磷酸或其衍生物；约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸盐；可提供约3至约8的pH的pH调节剂；和溶剂。
2.如权利要求1的组合物，其中所述柠檬酸盐包含柠檬酸铵，所述pH调节剂包含氢氧化钾及其组合。
3.如权利要求1的组合物，其中所述组合物包含约0.5vol％至约2vo1％的硫酸；约0.5vol％至约2vol％的磷酸；约0.5wt％至约2wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的pH调节剂；和溶剂。
4.用于从衬底表面去除至少钨材料的组合物，包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸或其衍生物；约0.2vol％至约5vol％的磷酸或其衍生物；约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸盐；约0.5wt％至约5wt％的具有一个或多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的螯合剂；可提供约6至约10的pH的pH调节剂；和溶剂。
5.如权利要求4的组合物，其中所述螯合剂选自由乙二胺、二亚乙基三胺、其衍生物及其组合组成的组。
6.如权利要求4的组合物，其中所述组合物包含约1vol％至约5vol％的硫酸；约1vol％至约5vol％的磷酸；约1wt％至约5wt％的柠檬酸铵；约0.5wt％至约5wt％的乙二胺；可提供约6至约10的pH的氢氧化钾；和去离子水。
7.如权利要求6的组合物，其中所述组合物包含约1vol％至约3vol％的硫酸；约1vol％至约3vol％的磷酸；约1wt％至约3wt％的柠檬酸铵；约1wt％至约3wt％的乙二胺；可提供约7至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
8.如权利要求4的组合物，其中所述组合物还包含蚀刻抑制剂。
9.加工衬底的方法，包括将具有其上形成的钨层的衬底置于包括第一电极和第二电极的工艺装置中，其中所述衬底与所述第二电极电接触；在所述第一电极与所述衬底之间提供抛光组合物，其中所述抛光组合物包含硫酸或其衍生物；磷酸或其衍生物；含有机盐的第一螯合剂；可提供约2至约10的pH的pH调节剂；和溶剂；使所述衬底与抛光件接触；在所述衬底与所述抛光件之间提供相对运动；在所述第一电极与所述第二电极之间施加偏压；和从所述钨材料层去除钨材料。
10.如权利要求9的方法，其中所述使所述衬底与抛光件接触的步骤包括在所述衬底与所述抛光件之间施加约1psi或更小的压力。
11.如权利要求9的方法，其中所述抛光组合物是以约100mL/min至约400mL/min的流速提供的。
12.如权利要求9的方法，其中所述提供相对运动的步骤包括以约7rpm至约50rpm旋转所述抛光件并且以约7rpm至约70rpm旋转所述衬底。
13.如权利要求9的方法，其中所述施加偏压的步骤包括在所述第一和第二电极之间施加约1.8伏特至约4.5伏特的偏压。
14.如权利要求9的方法，其中所述有机盐选自由柠檬酸铵、柠檬酸钾、其衍生物及其组合组成的组，pH调节剂选自由氢氧化钾、氢氧化铵及其组合组成的组。
15.如权利要求9的方法，其中所述抛光组合物包含约0.2vol％至约5vol％的所述硫酸或其衍生物；约0.2vol％至约5vol％的所述磷酸或其衍生物；约0.1wt％至约5wt％的含有机盐的第一螯合剂；可提供约2至约8的pH的pH调节剂；和溶剂。
16.如权利要求15的方法，其中所述硫酸或其衍生物包含硫酸；所述磷酸或其衍生物包含磷酸；所述第一螯合剂包含柠檬酸铵；所述pH调节剂包含氢氧化钾；以及去离子水。
17.如权利要求15的方法，其中所述抛光组合物包含约0.5vol％至约2vol％的硫酸；约0.5vol％至约2vol％的磷酸；约0.5wt％至约2wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
18.如权利要求9的方法，还包含具有一个或多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的第二螯合剂。
19.如权利要求18的方法，其中所述第二螯合剂选自由乙二胺、二亚乙基三胺、其衍生物及其组合组成的组。
20.如权利要求18的方法，其中所述抛光组合物包含约1vol％至约5vol％的所述硫酸或其衍生物；约1vol％至约5vol％的所述磷酸或其衍生物；约1wt％至约5wt％的第一螯合剂；约0.5wt％至约5wt％的第二螯合剂；可提供约6至约10的pH的pH调节剂；和溶剂。
21.如权利要求20的方法，其中所述硫酸或其衍生物包含硫酸；所述磷酸或其衍生物包含磷酸；所述第一螯合剂包含柠檬酸铵；所述第二螯合剂包含乙二胺所述pH调节剂包含氢氧化钾；以及去离子水。
22.如权利要求20的方法，其中所述抛光组合物包含约1vol％至约3vol％的硫酸；约1vol％至约3vol％的磷酸；约1wt％至约3wt％的柠檬酸铵；约1wt％至约3wt％的乙二胺；可提供约7至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
23.如权利要求9的方法，其中所述组合物还包含蚀刻抑制剂。
24.加工衬底的方法，包括将具有其上形成的钨层的衬底置于包括第一电极和第二电极的工艺装置中，其中所述衬底与所述第二电极电接触；通过以下工艺抛光所述衬底以去除所述钨层的第一部分在所述第一电极与所述衬底之间提供第一抛光组合物，其中所述第一抛光组合物包含硫酸或其衍生物；磷酸或其衍生物；含有机盐的第一螯合剂；具有一个或多个选自胺基、酰胺基及其组合的官能团的第二螯合剂；可提供约6至约10的pH的pH调节剂；和溶剂；使所述衬底与抛光件在所述衬底与所述抛光件之间的第一压力下接触；在所述衬底与所述抛光件之间提供第一相对运动；以及在所述第一电极与所述第二电极之间施加第一偏压；和通过以下工艺抛光所述衬底以去除所述钨层的第二部分在所述第一电极与所述衬底之间提供第二抛光组合物，其中所述第二抛光组合物包含硫酸或其衍生物；磷酸或其衍生物；含有机盐的第一螯合剂；可提供约2至约8的pH的pH调节剂；和溶剂；使所述衬底与抛光件在所述衬底与所述抛光件之间的第二压力下接触；在所述衬底与所述抛光件之间提供第二相对运动；以及在所述第一电极与所述第二电极之间施加第二偏压；
25.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二压力包括约1psi或更小的压力。
26.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二抛光组合物是以约100mL/min至约400mL/min的流速提供的。
27.如权利要求24的方法，其中所述提供所述第一和第二相对运动的步骤包括以约7rpm至约50rpm旋转所述抛光件并且以约7rpm至约70rpm旋转所述衬底。
28.如权利要求24的方法，其中在所述第一和第二电极之间的所述第一偏压为约2.5伏特至约4.5伏特，在所述第一和第二电极之间的所述第二偏压为约1.8伏特至约2.5伏特。
29.如权利要求24的方法，其中所述有机盐选自由柠檬酸铵、柠檬酸钾、其衍生物及其组合组成的组，pH调节剂选自由氢氧化钾、氢氧化铵及其组合组成的组。
30.如权利要求24的方法，其中所述第一组合物包含约1vol％至约5vol％的硫酸；约1vol％至约5vol％的磷酸；约1wt％至约5wt％的柠檬酸铵；约0.5wt％至约5wt％的乙二胺；可提供约6至约10的pH的pH调节剂；和去离子水。
31.如权利要求24的方法，其中所述第一组合物包含约1vol％至约3vol％的硫酸；约1vol％至约3vol％的磷酸；约1wt％至约3wt％的柠檬酸铵；约1wt％至约3wt％的乙二胺；可提供约7至约9的pH的氢氧化钾；和去离子水。
32.如权利要求24的方法，其中所述第二组合物包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸；约0.2vol％至约5vol％的磷酸；约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸铵；可提供约2至约8的pH的pH调节剂；和去离子水。
33.如权利要求24的方法，其中所述第二组合物包含约0.5vol％至约2vol％的硫酸；约0.5vol％至约2vol％的磷酸；约0.5wt％至约2wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
34.如权利要求24的方法，其中所述第一组合物还包含蚀刻抑制剂。
35.如权利要求24的方法，其中所述第二组合物还包含蚀刻抑制剂。
36.加工衬底的方法，包括将具有其上形成的钨材料层的衬底置于包括第一电极和第二电极的工艺装置中，其中所述衬底与所述第二电极电接触；在所述第一电极与所述衬底之间提供抛光组合物，其中所述抛光组合物包含硫酸或其衍生物；磷酸或其衍生物；含有机盐的第一螯合剂；可提供约3至约8的pH的pH调节剂；和溶剂；在所述衬底表面上形成聚钨层；使所述衬底与抛光件在所述衬底与所述抛光件之间的接触压力下接触；在所述衬底与所述抛光件之间提供相对运动；以及在所述第一电极与所述第二电极之间施加偏压。
37.如权利要求36的方法，其中以比去除所述钨材料更慢的去除速度去除所述聚钨层。
38.如权利要求36的方法，其中所述接触压力为约0.01psi至约1psi。
39.如权利要求36的方法，其中所述抛光组合物是以约100mL/min至约400mL/min的流速提供的。
40.如权利要求36的方法，其中所述提供相对运动的步骤包括以约7rpm至约50rpm旋转所述抛光件并且以约7rpm至约70rpm旋转所述衬底。
41.如权利要求36的方法，其中在所述第一和第二电极之间的所述偏压为约1.8伏特至约2.5伏特。
42.如权利要求36的方法，其中所述组合物包含约0.2vol％至约5vol％的硫酸；约0.2vol％至约5vol％的磷酸；约0.1wt％至约5wt％的柠檬酸铵；可提供约3至约8的pH的pH调节剂；和去离子水。
43.如权利要求36的方法，其中所述组合物包含约0.5vol％至约2vol％的硫酸；约0.5vol％至约2vol％的磷酸；约0.5wt％至约2wt％的柠檬酸铵；可提供约6至约7的pH的氢氧化钾；和去离子水。
44.如权利要求36的方法，其中所述组合物还包含蚀刻抑制剂。
全文摘要
本发明提供了用于从衬底表面去除导电材料的抛光组合物和方法。在一个方面，本发明提供了用于从衬底表面上去除至少导电材料的组合物，所述组合物包含硫酸或其衍生物、磷酸或其衍生物、含有机盐的第一螯合剂、可提供约2至约10的pH的pH调节剂以及溶剂。所述组合物还包含第二螯合剂。所述组合物可用于单步或两步电化学机械平坦化工艺中。本发明的组合物和方法提高了从衬底表面去除材料(例如钨)的有效速度，并且减少了平坦化类型缺陷。
文档编号C25F3/16GK1906333SQ200480041087
公开日2007年1月31日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年1月29日
发明者丰·Q·刘, 斯坦·D·蔡, 马丁·S·沃勒特, 元·A·田, 贾仁和, 胡永崎, 陈梁韵 申请人:应用材料公司