專利名稱：可控的電化學(xué)拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種提供半導(dǎo)體基底的可控的電化學(xué)拋光的方法。
技術(shù)背景拋光方法用于微電子器件的制造中，以在半導(dǎo)體晶片、場致發(fā)射顯示器 和其他微電子基底上形成平面。例如，半導(dǎo)體器件的制造通常包括形成多層工藝層(process layer),對這些層的部分進(jìn)行選擇性的除去或圖案化，及在半 導(dǎo)體基底上還沉積附加工藝層來形成半導(dǎo)體晶片。舉例來說，工藝層可以包 括絕緣層，柵氧化物層，導(dǎo)電層，和金屬或玻璃層等。為了隨后的層的沉積， 通常在晶片工藝的某些步驟中，需要工藝層的最上面的表面應(yīng)當(dāng)是平坦的， 即平面的。使用諸如化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)的拋光方法平整工藝層，其中拋光 諸如導(dǎo)電或絕緣材料的沉積材料使晶片平整以用于隨后的工藝步驟。由于銅的電性能令人滿意，所以其在集成電路制造中的使用正日益增 加。然而，銅的使用帶來了自身特有的制造問題。例如，為超大規(guī)模的集成 電路(ULSI)應(yīng)用進(jìn)行的銅的可控的干法蝕刻耗費(fèi)巨大并在技術(shù)上具有挑戰(zhàn) 性，并且正在使用諸如金屬鑲嵌或雙金屬鑲嵌的新工藝和技術(shù)以形成銅基底 部件(feature)。在金屬鑲嵌方法中，部件限定在介電材料中，隨后用導(dǎo)電材 料(例如，銅)填充。為了確保相對較小的集成電路(例如，小于0.25微米或小于0.1微米)的 不同部件彼此充分絕緣或隔離(例如，以消除部件之間的耦合或"串?dāng)_")，在 金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)的制造中正在使用具有低介電常數(shù)(例如，小于3)的介電材料。 然而，低k的介電材料，諸如碳摻雜的氧化硅，在稱作"低壓強(qiáng)(downforce)" 的常規(guī)拋光壓力下(例如，40kPa),可能會產(chǎn)生變形或斷裂，該變形或斷裂會 對基底拋光質(zhì)量和器件的形成和/或功能產(chǎn)生有害影響。例如，在一般的CMP 低壓強(qiáng)下，基底和拋光墊之間的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動會51起沿著基底表面的剪切力 并且使低k材料變形而形成構(gòu)形缺陷(topographical defects),這會對隨后的拋 光產(chǎn)生有害的影響。一種用于拋光在低介電材料中的導(dǎo)電材料(例如，銅)且在其上形成減少材料。ECMP技術(shù)通過電化學(xué)溶解從基底表面上除去導(dǎo)電材料，同時(shí)拋光基 底，與常規(guī)的CMP方法相比減少了機(jī)械磨蝕。該電化學(xué)溶解是通過在陰極 和基底表面之間施加電勢或偏壓以將導(dǎo)電材料從基底表面移至周圍的電解 質(zhì)或電化學(xué)^14成拋光組合物中來進(jìn)行的。盡管在現(xiàn)有技術(shù)中可以發(fā)現(xiàn)了幾種所建議的電化學(xué)-機(jī)械拋光組合物的 配方，但是在這些電化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中即便有也是很少展示出所期望 的拋光性能。例如，建議的電解質(zhì)或電化學(xué)-機(jī)械拋光組合物可展示比得上 常規(guī)CMP方法的拋光速率(polishing mte)而不需要施加過多的低壓強(qiáng)，但是 該電解質(zhì)或電化學(xué)-機(jī)械拋光組合物會引起導(dǎo)電材料過量凹陷，這會導(dǎo)致介 電材料的腐蝕。由這種凹陷和腐蝕產(chǎn)生的構(gòu)形缺陷會進(jìn)一步導(dǎo)致另外的材料 從基底表面不均勻除去，諸如配置在導(dǎo)電材料和/或介電材料下面的阻擋層材 料，并且生產(chǎn)出具有低于期望質(zhì)量的基底表面，這會對集成電路的性能產(chǎn)生 負(fù)面影響。因此，仍然需要一種電化學(xué)-機(jī)械拋光方法，其在低的低壓強(qiáng)下顯示相 對高的基底材料除去速率，同時(shí)最小化基底的凹陷和腐蝕。本發(fā)明提供這樣 的電化學(xué)-機(jī)械拋光方法。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，以及另外的發(fā)明特征， 將從本文中提供的發(fā)明描述明晰。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了 一種拋光基底的方法，其包括(i)提供包含至少 一層金屬層 的基底，(ii)使基底與含有液體載體和電解質(zhì)的拋光組合物接觸，(iii)在接角蟲 拋光組合物的基底和電極之間施加電化學(xué)電勢，其中或者(a)所施加的電勢是 正電勢并且拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的還原劑，或者(b)所施加的電勢是 負(fù)電勢并且拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的氧化劑，及(iv)從基底表面除去 至少一部分金屬層。本發(fā)明也提供了 一種拋光基底的方法，其包括(i)提供包含至少 一層金屬 層的基底，其中該基底包含前表面和相對的后表面，(ii)使基底與含有液體載 體和電解質(zhì)的拋光組合物接觸，(iii)在接觸拋光組合物的基底的前表面和第 一電極之間施加正的電化學(xué)電勢，并在接觸拋光組合物的基底的后表面和第二電極之間施加負(fù)的電化學(xué)電勢，及(iv)從基底表面除去至少 一部分金屬層。 本發(fā)明進(jìn)一步提供一種拋光基底的方法，其包括(i)提供包含銅層和鉭層 的基底，(ii)使基底與含有液體載體和電解質(zhì)的第一組合物接觸，在接觸第一 組合物的基底和電極之間施加正的電化學(xué)電勢，并從基底表面選擇性地至少除去部分銅層，(iii)在不施加電化學(xué)電勢的情況下，使基底與包含液體載體和鉭的氧化劑的第二組合物接觸，并從基底表面選擇性地至少除去部分鉭層，及(iv)使基底與含有液體載體、電解質(zhì)和銅離子的第三組合物接觸，在 接觸第三拋光組合物的基底和電極之間施加負(fù)的電化學(xué)電勢，并在銅層上選 沖奪性地沉積銅。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明關(guān)于一種使用化學(xué)和電化學(xué)方法的組合拋光基底的方法。具體 地，該方法包括(i)提供包含至少一層金屬層的基底，(ii)使基底與含有液體載 體和電解質(zhì)的拋光組合物接觸，(iii)在接觸拋光組合物的基底和電極之間施 加電化學(xué)電勢，及(iv)從基底表面除去至少一部分金屬層。使用液體載體以促進(jìn)電解質(zhì)和任何其他添加劑施加到要被拋光或平整 的合適基底表面。液體載體可以是任何合適的液體載體。 一般地，液體載體 是水，水和合適的水溶性溶劑的混合物，或乳劑。優(yōu)選地，液體載體包括水， 主要由水組成，或由水組成，更優(yōu)選地為去離子水。電解質(zhì)可以是任何合適 的電解質(zhì)并且可以任何合適的量存在于拋光組合物中。優(yōu)選地，電解質(zhì)選自 硫酸鹽，硝酸鹽，磷酸鹽，和它們的組合。更優(yōu)選地，電解質(zhì)是硫酸鹽?；卓梢允前ㄖ辽僖粚咏饘賹拥娜魏魏线m的基底。合適的基底包括， 但是不限于，集成電路，存儲器或硬盤，金屬，層間介電(ILD)設(shè)備，半導(dǎo) 體，〗鼓電才幾才成系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system) ， 4失電體,和f茲頭。金屬 層可以包含任何合適的金屬。金屬層可以是任何合適的金屬層。 一般地，金 屬層選自鋁，銅，金，銥，鎳，鉑，釕，銠，銀，鉭，鈦，鴒，和它們組合。 基底可以進(jìn)一步包含至少一層絕緣層。絕緣層可以是金屬氧化物，多孔金屬 氧化物，玻璃，有機(jī)聚合物，氟化有機(jī)聚合物，或任何其他合適的高或低-k 的絕緣層。在一些實(shí)施方案中，基底優(yōu)選包含銅層并任選地包含鉭層。更優(yōu) 選地，基底包含銅層和鉭層。在另一些實(shí)施方案中，基底優(yōu)選地包含金。在第一實(shí)施方案中，通過化學(xué)和電化學(xué)方法的組合對基底進(jìn)行拋光，這里選擇具有相反作用的特定的化學(xué)和電化學(xué)方法。具體地，氧化的電化學(xué)電 勢與化學(xué)還原劑組合，或化學(xué)氧化劑與還原的電化學(xué)電勢組合。在拋光包含金屬層的基底的方法中應(yīng)用具有相反作用的化學(xué)和電化學(xué)方法，期望產(chǎn)生更 加可控的金屬層的拋光或沉積和/或減少缺陷。因此，當(dāng)施加到基底的電勢為正電勢時(shí)，拋光組合物進(jìn)一步包含化學(xué)還 原劑，其給基底表面提供電子。還原劑可以是任何合適的還原劑，尤其是要從基底至少部分被除去的金屬的還原劑。例如，還原劑可以選自3-羥基-4-吡喃酮(例如3-羥基-2-曱基-4-p比喃酮)，a-羥基-Y-丁內(nèi)酯，抗壞血酸，硼烷 (bh3),氬硼化物，二烷基胺硼烷(例如二曱胺硼烷)，曱醛，曱酸，氫(H2)， 氬醌(例如氬醌磺酸)，羥胺，次磷酸(H3P02),亞磷酸(H3P03)，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原 電勢小于被氧化形態(tài)的金屬的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢的金屬或氧化態(tài)的金屬離 子，三羥基苯(例如，1,2,3-三羥基苯，1,2,4-三羥基苯，或1,3,5-三羥基苯)， 溶劑化電子(例如，水合電子)，亞硫酸(H2S03),它們的鹽，和它們的混合物。 還原的金屬或金屬離子可以是任何合適的金屬或金屬離子，其具有的標(biāo)準(zhǔn)氧 化還原電勢小于被氧化形態(tài)的金屬的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢。合適的還原金屬或 金屬離子包括，但不限于，堿土金屬，堿金屬，鋅，鐵，F(xiàn)e2+,和它們的組 合。此外，應(yīng)當(dāng)理解還原金屬或金屬離子可以與合適的絡(luò)合劑結(jié)合(例如， 乙二胺四乙酸或丙二胺四乙酸的鹽)。這里所用的"溶劑化電子"是指由少量有 取向的溶劑分子(例如，水分子)圍繞的電子。溶劑化電子可由多種不同方法， 例如水的輻射性分解(例如，使用y射線)或適當(dāng)溶質(zhì)(例如，F(xiàn)e(CN),或r) 的光解產(chǎn)生。 一般地，還原劑選自曱醛，曱酸，次磷酸鹽，次磷酸，亞磷酸， 亞硫酸，抗壞血酸，有機(jī)硼化合物如硼烷、氫硼化物、二烷基胺硼烷，氫， 它們的鹽，和它們的組合。優(yōu)選地，還原劑選自曱醛，有機(jī)硼化合物，它們 的鹽，和它們的組合。拋光組合物可以包含任何合適量的還原劑。期望的還原劑的量是少量的 但足以延緩金屬層的氧化速率和/或減少基底表面的缺陷數(shù)量。在不希望束縛 于任何特定理論的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)相信添加少量還原劑起到了減少金屬表面上的 氧化物的數(shù)量的作用，以便增加了金屬表面的活性。 一般地，基于液體載體 和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，拋光組合物包含0.01 wt。/?；蚋?例 如，0.05wt。/。或更多，或者0.1wt。/?；蚋?的還原劑。基于液體載體和溶解或 分散于其中的任何組分的重量，拋光組合物一般還包含15wt。/?；蚋?例如，12wt。/?；蚋?、10wt。/?；蚋?、8wt。/?；蚋倩蛘?wt。/。或更少)的還原劑。在優(yōu)選實(shí)施方案中，基于液體載體和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，拋光組合物包含0.1至5wt。/。，更優(yōu)選0.1至lwt%,最優(yōu)選0.1至0.5wt。/。的還原劑。施加到基底的正電勢可以是能夠氧化基底金屬層的任何合適的電勢。一 般地，該電勢正好低于氧析出電勢(oxygen evolution potential),例如，比基 底金屬層的開路電勢(即，平衡電勢或無電流時(shí)的電勢)高900mV。優(yōu)選地， 電勢比基底金屬層的開路電勢高50mV至800mV。更優(yōu)選地，電勢比基底金 屬層的開路電勢高100mV至700mV。作為選才奪，當(dāng)施加到基底的電勢是負(fù)電勢時(shí)，拋光組合物進(jìn)一步包含氧 化劑。氧化劑可以是任何合適的氧化劑，尤其是要從基底至少部分被除去的 金屬的氧化劑。合適的氧化劑包含無機(jī)和有機(jī)過氧化物(per-compound),溴 酸鹽，亞溴酸鹽，硝酸鹽，氯酸鹽，亞氯酸鹽，次氯酸鹽，鉻酸鹽，碘酸鹽， 鐵和銅鹽(例如硝酸鹽，硫酸鹽，乙二胺四乙酸(EDTA),和檸檬酸鹽)，鈰鹽， 稀土和過渡金屬氧化物(例如四氧化鋨)，鐵氰化鉀，重鉻酸鐘，碘酸等。過 氧化物(如由Hawley，s Condensed Chemical Dictionary定義)是含有至少一個(gè) 過氧基團(tuán)(-O-0-)的化合物或含有處于最高氧化態(tài)的元素的化合物。含有至 少 一個(gè)過氧基團(tuán)的化合物的實(shí)例包括但不限于過氧化氫和它的加合物如氫 過氧化脲(urea hydrogen peroxide)和過碳酸鹽，有機(jī)過氧化物如過氧化苯曱 酰、過乙酸和二叔丁基過氧化物，單過硫酸鹽(SO,)， 二過硫酸鹽(82082-), 及過氧化鈉。含有處于其最高氧化態(tài)的元素的化合物的實(shí)例包括但不限于高 碘酸，高碘酸鹽，過溴酸，過溴酸鹽，高氯酸，高氯酸鹽，過硼酸，過硼酸 鹽，和高錳酸鹽。氧化劑優(yōu)選選自溴酸鹽，亞溴酸鹽，氯酸鹽，亞氯酸鹽， 過氧化氫，次氯酸鹽，碘酸鹽，單過氧硫酸鹽，單過氧亞硫酸鹽，單過氧磷 酸鹽，單過氧連二磷酸鹽，單過氧焦磷酸鹽，有機(jī)卣-氧化合物，高碘酸鹽， 高錳酸鹽，過乙酸，和它們的混合物。氧化劑最優(yōu)選為過氧化氫。拋光組合物可以包含任何合適的量的氧化劑。拋光組合物中期望存在的 氧化劑的量是足以有效地從基底表面至少除去部分金屬層。 一般地，基于液 體載體和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，拋光組合物包含0.01wt。/。或更多(例如，0.05wt。/?；蚋啵蛘?.1wt。/?；蚋?的氧化劑?；谝后w載體 和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，拋光組合物一^fe也包含10wt。/。或更少(例如，8wt。/?；蚋伲蛘?wt。/?；蚋?的氧化劑。在優(yōu)選實(shí)施方案中， 基于液體載體和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，拋光組合物包含0.1至10wt%,更優(yōu)選地0.1至8wt%,最優(yōu)選地0.1至6wt。/。的氧化劑。施加到基底的負(fù)電勢可以是能夠限制和/或抵消化學(xué)氧化劑作用的任何 合適的電勢。所施加的負(fù)電勢應(yīng)當(dāng)?shù)陀诨椎慕饘賹拥拈_路電勢。 一般地， 施加的電勢高于氪析出電勢，例如在0mV至-800mV范圍內(nèi)。按照期望，電 勢應(yīng)當(dāng)足夠低來阻止金屬溶解。優(yōu)選地，電勢在-20mV至-300mV范圍內(nèi)。 更優(yōu)選地，電勢在-40mV至-200mV范圍內(nèi)。當(dāng)基底包含銅或鉭時(shí)，優(yōu)選地， 所施加的電化學(xué)電勢比銅層的開路電勢低100mV至300mV。在第二實(shí)施方案中，基底包含前表面和相對的后表面。在接觸拋光組合 物的基底的前表面和第 一 電極之間施加正的電化學(xué)電勢，并且在接觸拋光組 合物的基底的后表面和第二電極之間施加負(fù)的電化學(xué)電勢。施加到基底前表 面的正電勢可以是能夠氧化基底的金屬層的任何合適的電勢。 一般地，正電 勢比基底的金屬層的開路氧化電勢高900mV。優(yōu)選地，正電勢是50mV至 800mV。施加到基底后表面的負(fù)電勢可以是能夠抵消施加到基底前表面的氧 化電勢作用的任何合適的電勢。 一般地，負(fù)電勢在OmV至-800mV范圍內(nèi)。 優(yōu)選地，負(fù)電勢在-20mV至-300mV范圍內(nèi)。同本發(fā)明的第二實(shí)施方案一起 使用的拋光組合物任選地進(jìn)一步包含上述本發(fā)明第一實(shí)施方案中的任何合 適的氧化劑和/或還原劑。在第三實(shí)施方案中，基底包含銅和鉭并且使用多步方法進(jìn)行拋光。在多 步方法的一步中，基底接觸含有液體載體和電解質(zhì)的第一組合物，同時(shí)在接 觸第 一組合物的基底和電極之間施加正的電化學(xué)電勢，以從基底表面選擇性 地至少除去部分銅層。在多步方法的第二步中，在不施加電化學(xué)電勢的情況 下，基底接觸含有液體載體和鉭的氧化劑的第二組合物，以從基底表面選擇 性地至少除去部分鉭層。在多步方法的第三步中，基底接觸含有液體載體、 電解質(zhì)和銅離子的第三組合物，同時(shí)在接觸第三拋光組合物的基底和電極之 間施加負(fù)的電化學(xué)電勢，以在銅層上選擇性地沉積銅。上述關(guān)于本發(fā)明第三 實(shí)施方案的步驟可以按任何特定的順序進(jìn)行。 一般地，這些步驟是按上面所 闡述的順序進(jìn)行。在某些情況下，也可能會期望在第二步驟前進(jìn)行第三步驟。上述的本發(fā)明第三實(shí)施方案中的第一、第二和第三組合物可以相同或不 同。對于某些應(yīng)用，期望第一和第二組合物相同。具體地，對于第一和第二組合物期望具有10或更小的銅比鉭的選4奪性(copper to tantalum selectivity)。 對于其它應(yīng)用，期望第一和第二組合物不同。 一般地，第三組合物不同于第 一和第二組合物。同本發(fā)明的第三實(shí)施方案一起使用的組合物的組分如本發(fā) 明其它實(shí)施方案中的組合物中的那些同樣的組分所述。這里描述的任何實(shí)施方案的拋光組合物任選地進(jìn)一步包含協(xié)助拋光基 底的研磨劑。研磨劑可以是任何適合的研磨劑并且可以任何合適的量存在于 拋光組合物中。例如，研磨劑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)，金剛石(例如，多晶金剛石)，石榴石，玻璃，碳 化硅，金屬氧化物，碳化物，氮化物。研磨劑期望含有金屬氧化物。合適的 金屬氧化物包括選自氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈰，氧化鋯，二氧化鈦，氧 化鍺，它們共同形成的產(chǎn)物，和它們的組合的金屬氧化物。優(yōu)選地，金屬氧 化物選自氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈰，和它們的組合。在拋光組合物中可 以存在任何合適的量的研磨劑。 一般地，基于拋光組合物的總重量，在拋光 組合物中可以存在0.01wt。/?；蚋?例如，0.1wt。/o或更多，或者0.5wt。/。或更 多)的研磨劑。拋光組合物中的研磨劑的量典型地不超過30wt%，更典型地 不超過20wt。/。(例如，不超過10wt%)。當(dāng)拋光組合物中存在研磨劑時(shí)，拋光組合物優(yōu)選為膠體穩(wěn)定的。術(shù)語膠 體是指研磨劑顆粒懸浮在液體載體中。膠體穩(wěn)定性是指在整個(gè)時(shí)間內(nèi)該懸浮 的維持。在本發(fā)明的上下文中，如果當(dāng)把研磨劑放在100ml的量筒中并靜置 2個(gè)小時(shí)不攪拌時(shí)，量筒底部50ml中的顆粒濃度([B],以g/ml為單位)與量 筒上部50ml中的顆粒濃度([T]，以g/ml為單位)的差值除以研磨劑組合物中 顆粒的起始濃度([C],以g/ml為單位)小于或等于0.5(即([B]-[T])/[C]^).5), 則認(rèn)為研磨劑是膠體穩(wěn)定的。期望[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3,優(yōu)選小于 或等于0丄在常規(guī)的化學(xué)-機(jī)械拋光方法中，絡(luò)合劑一般用于加強(qiáng)被除去的基底層 的除去速率。電化學(xué)-機(jī)械拋光方法中施加到基底的電化學(xué)偏壓和拋光組合 物能夠提供與常規(guī)化學(xué)-機(jī)械拋光方法中使用絡(luò)合劑得到的除去速率相當(dāng)?shù)?或更高的除去速率。因此，電化學(xué)-機(jī)械拋光方法中能夠有效地控制基底層 的除去(例如除去速率和除去的均勻性)的能力變?yōu)閮?yōu)先考慮的事。在這些條 件下(即在電化學(xué)-機(jī)械拋光方法中)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠使用絡(luò)合劑提高控制歸功 于施加到基底的電化學(xué)偏壓和拋光組合物的除去速率的能力，同時(shí)也提高該除去的均勻性。所以，本發(fā)明的任何實(shí)施方案的拋光組合物都可任選地進(jìn)一 步包含任何合適的絡(luò)合劑。絡(luò)合劑是在溶液中與金屬(例如，銅)，尤—其是要 從基底至少部分地除去的金屬結(jié)合的任何合適的化學(xué)添加劑，并且能加強(qiáng)從 基底除去的金屬層的除去速率。合適的螯合或者絡(luò)合劑包括單官能團(tuán)的有機(jī)酸，雙官能團(tuán)的有機(jī)酸，三 官能團(tuán)的有機(jī)酸，多功能團(tuán)的有機(jī)酸(例如，檸檬酸)，無機(jī)酸(例如，磷酸， 焦磷酸，硝酸)，芳族的有機(jī)酸，極性有機(jī)酸(例如，乳酸，曱基乳酸，酒石 酸，蘋果酸)，不飽和的有機(jī)酸，氨基酸，芳香族氨基酸(例如，鄰氨基苯曱 酸，吡啶甲酸，羥基吡啶曱酸)，嗎啉化合物，和兩性離子(例如甜菜堿)。更 具體地，合適的螯合或者絡(luò)合劑可以包括，例如，羰基化合物(例如，乙酰 丙酮化合物等)，簡單的羧酸鹽(例如，醋酸鹽，芳基羧酸鹽等)，含有一個(gè)或 多個(gè)羥基的羧酸鹽(例如，羥乙酸鹽，乳酸鹽，葡糖酸鹽，五倍子酸和它們 的鹽等)，二-、三-和聚-羧酸鹽(例如，草酸鹽，酞酸鹽，檸檬酸鹽，琥珀酸鹽，酒石酸鹽，蘋果酸鹽，乙二胺四乙酸鹽(例如，EDTA 二鉀鹽)，它們的 混合物等)，含一個(gè)或多個(gè)磺酸基和/或膦酸基的羧酸鹽等。合適的螯合或者 絡(luò)合劑也可以包括，例如，二-、三-或多-元醇(例如，乙二醇，鄰苯二酚， 連苯三酚，鞣酸等)和含胺的化合物(例如，氨，氨基酸，氨基醇，二-、三-(例如，金屬的類型)。優(yōu)選地，絡(luò)合劑選自單羧酸，二羧酸，三羧酸，多羧 酸，氨基酸，和它們的組合。更優(yōu)選地，絡(luò)合劑選自乳酸，酒石酸，檸檬酸， 丙二酸，酞酸，琥珀酸，羥基乙酸，丙酸，乙酸，蘋果酸，草酸，水楊酸， 吡口定曱酸，2-羥基丁酸，3-羥基丁酸，2-曱基乳酸，丙氨酸，甘氨酸，它們 的鹽，和它們的組合。應(yīng)當(dāng)意識到許多前述的化合物可以鹽(例如，金屬鹽， 銨鹽等)，酸，或部分鹽(partialsalt)的形式存在。例如，檸檬酸鹽包括檸檬酸， 以及其單-、二-、三-鹽。絡(luò)合劑可以以任何合適的量存在于拋光組合物中。 一般地，基于拋光組 合物的總重量，存在于拋光組合物中的絡(luò)合劑的量為0.01wt。/?；蚋?，優(yōu)選 為0.05wt。/?；蚋?，更優(yōu)選為0.1wt。/?；蚋?，最優(yōu)選為0.5wt。/?；蚋?。基 于拋光組合物的總重量，存在于拋光組合物中的絡(luò)合劑的量一般為10wt。/。或 更少，優(yōu)選為5wt。/?；蚋?。在一些實(shí)施方案中，單獨(dú)地或除了一種或多種上述絡(luò)合劑之外，需要包括聚合絡(luò)合劑。合適的聚合絡(luò)合劑包括聚羧酸(例如，聚丙烯酸)，聚磺酸， 聚胺，和它們的組合。聚合絡(luò)合劑可以以任何合適的量存在于拋光組合物中。 一般地，拋光組合物中存在5Wt。/?；蚋俚木酆辖j(luò)合劑。任選地，本發(fā)明任何實(shí)施方案中的拋光組合物進(jìn)一 步包含腐蝕抑制劑 (即，成膜劑)。腐蝕抑制劑可以是任何合適的腐蝕抑制劑并且以任何合適的 量存在于拋光組合物中。
一般地，腐蝕抑制劑是包含含有雜原子的官能團(tuán)的有機(jī)化合物。例如，腐蝕抑制劑是具有至少一個(gè)5-或6-元雜環(huán)為活性官能團(tuán) 的雜環(huán)有機(jī)化合物，其中該雜環(huán)包含至少一個(gè)氮原子。優(yōu)選地，腐蝕抑制劑 選自1,2,3-三唑，1,2,4-三唑，苯并三唑，苯并。米唑，苯并p塞唑，和它們的混 合物。更優(yōu)選地，組合物包括三唑和苯并三唑的雙重腐蝕抑制劑。任選地，任何實(shí)施方案的拋光組合物進(jìn)一步包含表面活性劑。表面活性 劑可以是任何合適的表面活性劑并且以任何合適的量存在于拋光組合物中。 合適的表面活性劑包括，例如，陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，非 離子表面活性劑，兩性表面活性劑，它們的混合物等。優(yōu)選地，拋光組合物 包含非離子表面活性劑。合適的非離子表面活性劑的一個(gè)實(shí)例是乙二胺聚氧 乙烯表面活性劑。基于液體載體和溶解或懸浮于其中的任何組分的重量，表 面活性劑的量一般為0.000lwt。/。至lwt。/。(優(yōu)選為0.001wtQ/。至0.1wt%,或 0.005wto/。至0.05wt%)。任何實(shí)施方案的拋光組合物可具有任何合適的pH。 一般地，拋光組合 物具有13或更小的pH。優(yōu)選地，拋光組合物具有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，拋光組合物具有1或更大(例如， 2或更大)的pH值。拋光組合物的pH值可以通過任何合適的方式獲得和/或維持。更具體 地，拋光組合物可以進(jìn)一步包含pH調(diào)節(jié)劑，pH緩沖劑，或它們的組合。該 pH調(diào)節(jié)劑可以是任何合適的pH調(diào)節(jié)化合物。例如，該pH調(diào)節(jié)劑可以是氫 氧化鐘，氫氧化鈉，氫氧化銨，或者它們的組合。該pH緩沖劑可以是任何 合適的緩沖劑，例如，磷酸鹽，醋酸鹽，硼酸鹽，銨鹽等。拋光組合物可以 包含任何合適量的pH調(diào)節(jié)劑和/或pH緩沖劑，只要該量足以得到和/或維持 該拋光組合物的pH在前述設(shè)定范圍。任何實(shí)施方案的拋光組合物任選地進(jìn)一步包含消泡劑。該消泡劑可以是 任何合適的消泡劑。合適的消泡劑包括，但不限于，硅-基消泡劑和炔二醇-13基消泡劑。存在于拋光組合物中的消泡劑的量一4義為40ppm至140ppm。任何實(shí)施方案的拋光組合物任選地進(jìn)一步包含殺菌劑。殺菌劑可以是任 何一種合適的殺菌劑，例如異p塞唑啉酮?dú)⒕鷦?。用于拋光組合物中的殺菌劑 的量一^殳為lppm至50ppm,優(yōu)選為10ppm至20ppm。一般地，用于實(shí)施該方法的電化學(xué)部分的裝置包括至少兩個(gè)電極，其中一個(gè) 電極浸沒在拋光組合物中，另一個(gè)電極與基底連在一起，例如，或者直接與 基底相連或者通過拋光裝置的導(dǎo)電拋光墊和/或壓板連接。在這樣的配置中， 電極一般連接到電源，并對電極施加電勢或偏壓，使得正或負(fù)電勢施加到了 基底上。電源可對電極和基底施加恒電流或恒電勢。在某些實(shí)施方案中，在 第一段時(shí)間內(nèi)，對電極和/或基底施加恒電流，然后在第二段時(shí)間內(nèi)，對電極 和/或基底施加恒電勢。在該實(shí)施方案中，對基底施加恒電流和恒電勢的步驟 可以按照任何合適的順序進(jìn)行。施加到電極和/或基底的電勢可以是恒定的或 隨時(shí)間變化(即，隨時(shí)間變化的電勢)。根據(jù)本發(fā)明的拋光基底的方法可以在任何合適的裝置上進(jìn)行。合適的電 化學(xué)-機(jī)械拋光裝置包括但不限于，在美國專利6379223,美國專利申請公布 2002/0111121 Al、 2002/0119286 Al、 2002/0130049 Al 、 2003/0010648 Al 、 2003/0116445 Al和2003/0116446 Al,以及國際專利申請WO 03/001581 A2 中公開的裝置。
權(quán)利要求
1.一種拋光基底的方法，包括(i)提供包含至少一層金屬層的基底，(ii)使基底與含有液體載體和電解質(zhì)的拋光組合物接觸，(iii)在接觸拋光組合物的基底和電極之間施加電化學(xué)電勢，其中或者(a)所施加的電勢為正電勢并且拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的還原劑，或者(b)所施加的電勢為負(fù)電勢并且拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的氧化劑，及(iv)從基底表面除去至少一部分金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中電解質(zhì)選自硫酸鹽，硝酸鹽，磷酸鹽， 和它們的纟且合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所施加的電勢為正電勢并且還原劑選 自曱醛，曱酸，次磷酸鹽，次磷酸，亞磷酸(phosphorus acid)，亞硫酸，抗壞 血酸，有機(jī)硼化合物如硼烷、氬硼化物、二烷基胺硼烷，氫，它們的鹽，和 它們的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所施加的電勢為負(fù)電勢并且氧化劑選 自過氧化物，過^5克酸鹽，鈰鹽，鐵鹽，和它們的組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含研磨劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含絡(luò)合劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中絡(luò)合劑是有機(jī)酸，其選自單羧酸，二 羧酸，多羧酸，氨基酸，和它們的組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中絡(luò)合劑選自乙酸，檸檬酸，乳酸，蘋 果酸，丙二酸，草酸，聚丙烯酸，酒石酸，氨基丙酸，氨基乙酸，和它們的 組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中絡(luò)合劑是聚合物絡(luò)合劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中拋光組合物具有6或更小的pH。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含腐蝕抑制劑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含表面活性劑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中基底包含銅層并任選地包含鉭層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所施加的電化學(xué)電勢為負(fù)電勢，并 且比銅層的開路電勢低100mV至300mV。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基底包含金層。
16. —種拋光基底的方法，包括(i) 提供包含至少一層金屬層的基底，其中該基底包含前表面和相對的 后表面，(ii) 使基底與含有液體載體和電解質(zhì)的拋光組合物接觸，(iii) 在接觸拋光組合物的基底的前表面和第 一 電極之間施加正的電化 學(xué)電勢，并在接觸拋光組合物的基底的后表面和第二電極之間施加負(fù)的電化 學(xué)電勢，及(iv) 從基底表面除去至少一部分金屬層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中電解質(zhì)選自硫酸鹽，硝酸鹽，磷酸 鹽，和它們的組合。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含研磨劑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含絡(luò)合劑。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中絡(luò)合劑是有機(jī)酸，其選自單羧酸， 二羧酸，多羧酸，氨基酸，和它們的組合。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中絡(luò)合劑選自乙酸，檸檬酸，乳酸， 蘋果酸，丙二酸，草酸，聚丙烯酸，酒石酸，氨基丙酸，氨基乙酸，和它們 的組合。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中絡(luò)合劑是聚合物絡(luò)合劑。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物具有6或更小的pH。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含腐蝕抑制劑。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含表面活性劑。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的氧 化劑。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中拋光組合物進(jìn)一步包含該金屬的還原劑。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中基底包含銅層并任選地包含鉭層。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中基底包含金層。
30. —種拋光基底的方法，該方法包括下列步驟(i) 提供包含銅層和鉭層的基底，(ii) 使基底與含有液體載體和電解質(zhì)的第一組合物接觸，在接觸第一組合物的基底和電極之間施加正的電化學(xué)電勢，并從基底表面選擇性地除去至 少部分銅層，(iii) 在未施加電化學(xué)電勢的情況下，使基底與含有液體載體和鉭的氧化 劑的第二組合物接觸，并從基底表面選擇性地除去至少部分鉭層，及(iv) 使基底與含有液體載體、電解質(zhì)和銅離子的第三組合物接觸，在接觸第三拋光組合物的基底和電極之間施加負(fù)的電化學(xué)電勢，并在銅層上選擇 性地沉積銅。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物和第二組合物相同。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中第一組合物和第二組合物具有10或 更小的銅比鉭的選擇性。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物和第二組合物不同。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中步驟(iv)在步驟(iii)前進(jìn)行。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物或第二組合物進(jìn)一步包 含絡(luò)合劑。
36. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物或第二組合物具有6或 更小的pH。
37. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物或第二組合物進(jìn)一步包 含腐蝕抑制劑。
38. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物或第二組合物進(jìn)一步包 含表面活性劑。
39. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中第一組合物或第二組合物進(jìn)一步包 含研磨劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過在與包含還原劑或氧化劑的拋光組合物接觸的基底和至少一個(gè)電極之間施加電化學(xué)電勢來拋光含有至少一層金屬層的基底的方法。
文檔編號C25F3/02GK101218378SQ200680021023
公開日2008年7月9日 申請日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日
發(fā)明者保羅·菲尼, 弗拉斯塔·布魯西克 申請人:卡伯特微電子公司