專利名稱：：用于電解拋光的電解液以及電解拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液和使用該電解液的電解拋光方法，且尤其涉及用于需要高精度加工的諸如半導(dǎo)體器件或顯示器的電子器件的襯底的表面導(dǎo)電材料，或真空裝置、高壓裝置等的金屬材料的電解拋光的電解液，并涉及使用該電解液的電解拋光方法。
背景技術(shù)：
：目前，具有低電阻和高電遷移耐受力的銅已經(jīng)應(yīng)用于實際應(yīng)用中，替代通常用作半導(dǎo)體集成電路的金屬互連材料的鋁或鋁合金。通常利用鑲嵌(damascene)方法，然后通過CMP(化學(xué)機械拋光)去除多余的銅和用于防止銅的擴散的阻擋膜并整平襯底表面來形成銅互連，其中鑲嵌方法包括利用電鍍將銅填充到設(shè)在襯底的絕緣膜中的過孔(連接孔)和溝槽中。用于該工藝中的CMP裝置包括具有附著于其上的拋光墊(拋光布)的拋光臺，以及用于夾持作為工件的例如半導(dǎo)體晶片等襯底的拋光頭，且通過同時旋轉(zhuǎn)由拋光頭所夾持的襯底和拋光臺，同時以預(yù)定的壓力將襯底壓在拋光臺的拋光墊上并向滑動面提供磨料(漿)，該CMP裝置利用拋光墊將襯底的表面拋光成平整的、類鏡面的表面。圖1A到圖1D以工藝步驟的順序示出用于生產(chǎn)具有銅互連的襯底的傳統(tǒng)工藝。如圖1A所示，在襯底W中的絕緣膜(層間電介質(zhì)膜)10和硬掩模12中形成由阻擋膜16所環(huán)繞的銅的下層互連14之后，Si—N阻擋膜18、第一絕緣膜20、第二絕緣膜22和硬掩模24以該順序疊置，并例如通過光刻/蝕刻技術(shù)等在這些層中形成過孔26和溝槽28。此后，阻擋層30形成在整個表面上，而在電鍍中作為供給層(feedinglayer)的銅晶種層32形成在阻擋層30上。通常將諸如W、Ta/TaxNY、TixNY、WXNY、WxSiY(X和Y各自是基于合金變化的數(shù)值)、TaxSi晶、TixSiYNz(X、Y和Z各自是基于合金變化的數(shù)值)、Ru或Ru/WCN等的金屬材料用于阻擋膜30，以防止銅擴散。然后，如圖1B所示，將作為互連材料的銅34填充到襯底W的過孔26和溝槽28內(nèi)，并例如利用電鍍在硬掩模24上沉積銅34。此后，如圖1C所示，通過利用研磨槳的化學(xué)機械拋光(CMP)去除襯底W的最外層表面上的銅34和晶種膜32，而后去除絕緣膜22上的阻擋膜30，由此完成拋光工藝。如圖1D所示，由此在絕緣膜20、22內(nèi)形成由銅34構(gòu)成的上層互連36。隨著目前在半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域中的向半導(dǎo)體器件更高的集成度的發(fā)展，具有比傳統(tǒng)CVD—Si02膜更低的介電常數(shù)的被稱為低-k材料的有機或無機材料，正在被越來越多地用于絕緣膜(層間電介質(zhì)膜)。例如，通過降低膜的密度，可以使得低-k材料的膜的介電常數(shù)降低。然而，與傳統(tǒng)的Si02膜相比，由于膜的密度的降低，低-k材料的膜通常機械強度差。因此，當(dāng)將低-k材料(低介電常數(shù)材料)應(yīng)用于上述絕緣膜(層間電介質(zhì)膜)20、22，并通過化學(xué)機械拋光(CMP)去除襯底W的表面銅34、晶種膜32和阻擋膜30時，絕緣膜(低-k材料)22可能從例如硬掩模24上脫落，此外，絕緣膜(層間電介質(zhì)膜)20、22可以容易地被在CMP過程中施加的壓力所破壞。如果為了防止絕緣膜(層間電介質(zhì)膜)20、22的破裂而降低壓力，貝ij拋光速率將降低，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。因此，將CMP工藝應(yīng)用于具有低-k材料的絕緣膜的襯底通常是困難的。一種可以想到的用于解決上述問題的方法為利用化學(xué)拋光或電解拋光來拋光襯底的表面銅、晶種膜，等等。與傳統(tǒng)CMP不同，這些拋光方法不采用機械操作，而是化學(xué)地或陽極溶解襯底的例如銅等的表面導(dǎo)電材料，從而將襯底表面拋光并整平成類鏡面表面。該拋光方法不會伴隨由塑性變形引起的諸如改性的加工層、位錯，等等的缺陷產(chǎn)生的問題，因此實現(xiàn)了執(zhí)行拋光而不損壞包括低-k材料的材料性質(zhì)的所預(yù)期的目的。另一方面，不象在傳統(tǒng)CMP中那樣，化學(xué)拋光和電解拋光通常執(zhí)行拋光而不通過使拋光墊等接觸拋光對象而在拋光對象上施加壓力，它們卻可能帶來以下問題當(dāng)利用這種拋光方法拋光和整平已形成(例如通過電鍍使得膜填充過孔和溝槽)在襯底中的金屬(銅)膜的表面以形成金屬互連時，如果確保拋光速率與CMP的拋光速率可比，在膜形成時已形成的金屬膜的那些表面不均勻處的凸起部分和凹陷部分，將以同一速率被去除。因此，如果拋光持續(xù)進行，金屬表面將不能被整平，且金屬互連在其中心部分將較薄。因此，當(dāng)從截面觀察時，在金屬互連中將產(chǎn)生顯示為彎曲的碟形的所謂的"碟陷(dishing)",即對金屬互連的過度拋光現(xiàn)象。一種用于解決該問題的可能的方法是，在加工和整平金屬表面的處理中應(yīng)用復(fù)合電解拋光(電化學(xué)機械拋光)，其為一種電解拋光和一種應(yīng)用了CMP和電解拋光的原理的結(jié)合的技術(shù)。一種示例性復(fù)合電解拋光方法包括在具有附著于其上的拋光墊(拋光布)的拋光臺和由拋光頭所夾持的例如半導(dǎo)體晶片等的襯底(工件)的表面金屬(銅)之間施加電壓，其中拋光臺作為陰極而表面金屬(銅)作為陽極，并在以預(yù)定的壓力將襯底壓緊在拋光墊上并向滑動面上提供電解液的同時，旋轉(zhuǎn)拋光臺和襯底，從而以電化學(xué)機械的方式拋光襯底的表面金屬(例如，參見日本專利公布第2004-141990號和第2005—340600號、PCT國家公布第2005—518670號和美國專利公布第2006/0006074號)。包括電化學(xué)機械拋光的電解拋光的加工原理，在于利用電解動作促進襯底(工件)的金屬表面的氧化和溶解，并利用拋光墊促進氧化膜從襯底上的去除，從而整平金屬表面。然而，利用包括電化學(xué)機械拋光的電解拋光，通常難以實現(xiàn)與CMP相當(dāng)?shù)拇_保對金屬的加工速率的高的要求，并獲得較之CMP更平整的所加工表面。這部分由于雖然金屬的加工速率通常隨著施加在金屬和拋光墊之間的電壓的增大而增大，但加工速率的增大可能導(dǎo)致粗糙的加工表面或在所加工表面內(nèi)產(chǎn)生增多的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容如上所述，在包括復(fù)合電解拋光(電化學(xué)機械拋光)的電解拋光中，雖然隨著所施加的電壓的增大，金屬的加工速率通常增大，但加工速率的增大可能導(dǎo)致粗糙的加工表面或在所加工表面內(nèi)產(chǎn)生增多的缺陷。此外，電解拋光(電化學(xué)機械拋光)的最大問題是在拋光過程中作為拋光對象的例如銅等的金屬(導(dǎo)電材料)的過度溶解(過度蝕刻)，這可能導(dǎo)致拋光表面的碟陷或侵蝕。因此，得不到足夠平整的拋光表面。尤其是在蝕刻去除處于互連(場區(qū)域和間隔區(qū)域)之間的例如銅等的金屬直到暴露阻擋膜的工藝中，除了碟陷之外，可能發(fā)生對阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻。這是由于，包含在電解液中的保護成膜劑在施加了高壓的情況下失去其對欲保護部分的保護效用。因此，如果甚至在保護成膜劑可以保持其效用的如此低的電解電壓下，獲得與如CMP—樣水平的導(dǎo)電材料的高的加工速率也成為可能，電解拋光，包括復(fù)合電解拋光(電化學(xué)機械拋光)，將成為一種有用的加工方法，其對例如具有脆性材料(例如低-k材料)的半導(dǎo)體器件產(chǎn)生比CMP更小的破壞。對電解電壓的控制通常是困難的，因為阻擋膜的電阻率比作為拋光對象的例如銅等的導(dǎo)電材料(金屬)的電阻率更高，且阻擋膜比導(dǎo)電材料的氧化(溶解)潛力更高。例如，如果在所設(shè)定以提供高的拋光速率的恒定地高電壓下持續(xù)地以大拋光量進行拋光，保護成膜劑可能喪失其對欲保護部分的保護效用，且電場可能集中在導(dǎo)電材料和阻擋膜之間的界面上，導(dǎo)電材料和阻擋膜的電阻率差異很大，因此可能發(fā)生異常處理。當(dāng)在拋光對象的表面不均勻性通常存在大水平差異時，在初始拋光階段的過程中，由拋光墊所施加在凸起部分的壓力和施加在凹陷部分的壓力之間存在相當(dāng)大的差異。因此，在拋光進行中，形成在凸起部分上的保護模被拋光墊去除，而凹陷部分被保護膜所保護。從而將表面不均勻性逐漸消除。由于表面不均勻性的水平差異隨著拋光的進行而減小，凸起部分和凹陷部分之間的壓力差異逐漸減小。因此，對形成在這些欲避免過度拋光的部分中的保護膜的保護將是不充分的，除非保護膜耐受拋光墊的拋光。當(dāng)阻擋膜被暴露時，需要對保護膜的強的保護。電解拋光在這里指在導(dǎo)電材料和相對電極之間利用電解液傳送電流，以便通過電化學(xué)反應(yīng)加工導(dǎo)電材料的拋光方法，且電解拋光在這里包括以下所描述的電化學(xué)機械拋光?；瘜W(xué)機械拋光(CMP)是一種濕法機械化學(xué)加工方法，其利用了工件和拋光液之間的固一液反應(yīng)，且其已被開發(fā)用于實現(xiàn)VLSI器件中的平整化(多層互連結(jié)構(gòu)中的層間電解質(zhì)膜的平整化)。電化學(xué)機械拋光在這里指一種拋光方法，其涉及將一種工具應(yīng)用于工件，同時在導(dǎo)電材料和相對電極之間利用電解液傳送電流，以便通過電化學(xué)反應(yīng)和機械操作加工導(dǎo)電材料。如上所述，電解拋光在其在半導(dǎo)體制造工藝中的應(yīng)用中，帶來當(dāng)通過電解拋光將阻擋膜暴露時將發(fā)生過度拋光(碟陷)的問題，由此甚至例如互連金屬等的應(yīng)保留的導(dǎo)電材料部分都可能被非期望地拋光去除。因此，需要一種拋光方法，當(dāng)互連部分(場區(qū)域和間隔區(qū)域)之間的阻擋膜被通過拋光所暴露時，其可以避免這種對例如互連金屬等的導(dǎo)電金屬的過度拋光，且不會導(dǎo)致在阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻，也不會導(dǎo)致碟陷。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述情況，作出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于電解拋光的電解液和一種電解拋光方法，尤其在半導(dǎo)體制造工藝中對襯底的例如銅等表面導(dǎo)電材料的拋光中，該電解拋光方法可以提供具有高平整特性的加工表面，其中在保證對導(dǎo)電材料的較高的加工速率的同時施加低的電壓，并且可以去除不必要的導(dǎo)電材料并暴露阻擋膜，而不導(dǎo)致碟陷、侵蝕或阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液，其由包括至少一種有機酸或其鹽、至少一種具有磺酸基的強酸、緩蝕劑(corrosioninhibitor)和水溶性聚合物化合物的水溶液組成。通過使用包括至少一種有機酸或其鹽以及至少一種具有磺酸基的強酸的電解液執(zhí)行電解拋光，可以通過施加較低電壓實現(xiàn)對導(dǎo)電材料的高加工速率。因此，無需提高所施加的電壓就能提高導(dǎo)電材料的加工速率。這可以防止隨著加工速率的提高所加工的表面變粗糙。此外，使用包括緩蝕劑和水溶性聚合物化合物的電解液可以防止例如凹坑等的表面缺陷的形成，并提供具有好的平坦度的加工表面。有機酸優(yōu)選具有羧基。具有羧基的有機酸易于形成具有通過電解反應(yīng)所溶解的金屬離子的可溶性復(fù)合物，從而有利于金屬粒子的擴散。因此，使用具有羧基的有機酸可以提高導(dǎo)電材料的加工速率。優(yōu)選地，有機酸還具有羥基。具有羧基和羥基的有機酸更易于形成具有通過電解反應(yīng)所溶解的金屬離子的可溶性復(fù)合物。因此，使用具有羧基和羥基的有機酸可以提高導(dǎo)電材料的加工速率。優(yōu)選有機酸選自由乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、檸檬酸、丙烯三羧酸、乙醛酸、乙醇酸、乳酸、葡糖酸、羥基丁二酸、酒石酸和其混合物所構(gòu)成的組。有機酸的濃度優(yōu)選為0.1重量％到80重量％。具有磺酸基的強酸優(yōu)選地選自由甲磺酸、苯磺酸、?；撬?、半胱磺酸、垸基中具有1到6個碳的烷基苯磺酸，三氟甲磺酸、氟磺酸及其混合物所構(gòu)成的組。該具有磺酸基的強酸的濃度優(yōu)選為0.1重量％到20重量％。緩蝕劑優(yōu)選為苯并三唑或其衍生物。由苯并三唑或其衍生物所構(gòu)成的緩蝕劑可以在電解拋光的工件的加工表面上形成高效的保護膜。使用這種緩蝕劑可以有效地減小加工表面的水平差異。衍生物的例子包括甲苯基三唑、l-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、5-氯-苯并三唑、苯并三唑-5-羧酸和5-硝基苯并三唑。緩蝕劑的濃度優(yōu)選為0.001重量％到5重量％。水溶性聚合物化合物優(yōu)選地選自由聚丙烯酸或其鹽、聚甲基丙烯酸或其鹽、聚乙二醇、聚異丙基丙烯酰胺、聚二甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚甲氧基乙烯、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯基吡咯垸酮和其混合物構(gòu)成的組。水溶性聚合物化合物的濃度優(yōu)選為0.005重量％到5重量％。優(yōu)選地，電解液還包括研磨顆粒。在電解拋光中使用包括研磨顆粒的電解液可以提高加工速率并抑制在所加工表面內(nèi)的缺陷的形成并防止表面變粗糙?？捎玫难心ヮw粒的例子可以包括氧化鋁、膠態(tài)氧化硅、熱解氧化硅、鋯氧化物(氧化鋯)、氧化鈰、氧化鈦和氧化錳。研磨顆粒的濃度優(yōu)選為0.01重量％到10重量％。優(yōu)選地，電解液進一步包括表面活性劑。在電解拋光中使用包括表面活性劑的電解液可以加強研磨顆粒的分散，從而進一步抑制所拋光表面變粗糙。優(yōu)選地，電解液具有5到200mS/cm的電導(dǎo)率。在用于電解拋光時，施加相同的電壓，具有不同電導(dǎo)率的電解液提供不同的加工速率。因此，可以調(diào)節(jié)電解液的電導(dǎo)率，以便在給定的電壓下提供所需的加工速率。優(yōu)選地，電解液具有2到10的pH值?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電解液的pH值制備出最優(yōu)的電解液，用于任何加工速率、減小表面水平差異并防止表面變粗糙。優(yōu)選地，電解液還包含導(dǎo)電材料，其與工件的表面導(dǎo)電材料相同，作為初始成分其量為0.001重量％到10重量％。當(dāng)提前將與工件的表面導(dǎo)電材料相同的導(dǎo)電材料溶解在電解液中時，電解液和導(dǎo)電材料之間的界面處的電阻減小，從而在拋光過程中促進了拋光產(chǎn)品，包括導(dǎo)電材料擴散到電解液中。因此可以提高拋光速率，此外，可以抑制所拋光表面的表面變粗糙。本發(fā)明還提供用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液，基于電解液的重量，其包括(a)為2重量％到80重量％的有機酸，(b)具有磺酸基的2重量％到20重量％的強酸，(c)0.01重量％到1重量％的緩蝕劑，(d)0.01重量％到1重量％的水溶性聚合物化合物，(e)0.01重量％到2重量％的研磨顆粒以及(f)0.01重量％到1重量％的表面活性劑，且其具有2到10的pH值。本發(fā)明還提供用于拋光工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光方法，包括在導(dǎo)電材料和相對電極之間施加電壓，同時在存在任何一種上述的電解液的情況下，利用拋光墊摩擦導(dǎo)電材料的表面。本發(fā)明還提供用于拋光并去除形成在工件的阻擋膜上的表面導(dǎo)電材料的電解拋光方法，工件具有由充滿導(dǎo)電材料的互連凹槽構(gòu)成的互連部分，所述方法使得僅僅是存在于互連部分外部的導(dǎo)電材料被去除，該方法包括在導(dǎo)電材料和設(shè)置在導(dǎo)電材料對面的相對電極之間施加電壓，同時在存在電解液的情況下，利用拋光墊摩擦導(dǎo)電材料的表面，其中電解液包括水溶液，該水溶液包含(a)至少一種有機酸或其鹽，(b)至少一種具有磺酸基的強酸，(c)緩蝕劑和(d)水溶性聚合物化合物，并且通過一種工藝執(zhí)行所述拋光，該工藝包括如下步驟第一步驟，以比位于互連部分的外部的其他導(dǎo)電材料(ii)更低的拋光速率拋光位于互連部分上的導(dǎo)電材料(i)，使得導(dǎo)電材料(i)相對于導(dǎo)電材料(ii)變得突出；以及第二步驟，拋光導(dǎo)電材料(ii)直到暴露出阻擋層，同時拋光突出的導(dǎo)電材料(i)。因此，在第一拋光步驟中，較之位于互連部分的外部(即位于互連部分之間的非互連區(qū)域內(nèi)，包括場區(qū)域和間隔區(qū)域)的其他導(dǎo)電材料(ii)，以更低的拋光速率拋光位于由充滿相同導(dǎo)電材料的互連凹槽構(gòu)成的互連部分之上的導(dǎo)電材料(i)，使得導(dǎo)電材料(i)相對于導(dǎo)電材料(ii)變得突出。其后，在第二拋光步驟中，拋光位于互連部分外部的導(dǎo)電材料(i)和(ii)，直到暴露出阻擋膜。所述兩步驟拋光使得下述事實成為可能，即完全去除位于互連部分的外部的導(dǎo)電材料而不在互連部分之間遺留導(dǎo)電材料(ii)，同時使得在去除導(dǎo)電材料(ii)直到暴露出阻擋膜的過程中由于對導(dǎo)電材料(互連金屬)的過度拋光所引起的碟陷最小化，且還使得在阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻最小化。優(yōu)選將電解液的pH值調(diào)整到3-4.5。這使得下述事實成為可能，即在執(zhí)行對具有初始表面不均勻性的導(dǎo)電材料的電解拋光時，將對由拋光墊所施加的壓力具有足夠的耐受力的保護膜形成在該墊的壓力的影響相對較小的凹陷部分的表面上。如果通過使用具有大于4.5的pH值的電解液執(zhí)行電解拋光，則形成在凹陷部分的表面上的保護膜的強度將是不充分的。這可能使得改變位于互連部分之上的導(dǎo)電材料的表面形貌很困難，例如，在拋光過程中從初始的凹槽改變到凸起形狀。另一方面，在電解拋光中使用具有小于3的PH值的電解液可能導(dǎo)致過度拋光，從而導(dǎo)電材料的初始表面的凹槽將不變?yōu)橥蛊鹦螤?，?dǎo)致對表面水平差異的去除不足。此外，所拋光表面將更粗糙。優(yōu)選地，電解液進一步包括研磨顆粒和表面活性劑。在電解拋光中使用包含研磨顆粒的電解液可以抑制所拋光表面變粗糙以及所拋光表面中的缺陷的形成。在電解液中添加表面活性劑可以加強研磨顆粒的分散，從而進一步抑制所拋光表面變粗糙。緩蝕劑可以優(yōu)選為苯并三唑或其衍生物。一種示例性苯并三唑衍生物為5-甲基-lH-苯并三唑。3-氨基-5-甲基-4H-1，2，4-三唑、鉍硫醇或其衍生物、水楊醛或其衍生物也可以優(yōu)選地用作緩蝕劑。優(yōu)選地，利用渦流的變化檢測出剩余導(dǎo)電材料的膜厚度?？梢酝ㄟ^探測渦流的改變監(jiān)測作為拋光對象的導(dǎo)電材料的膜厚度的改變或阻擋膜的暴露狀態(tài)的改變。利用檢測結(jié)果的反饋控制，例如施加在導(dǎo)電材料和相對電極之間的電壓，可以防止填置在溝槽等中的導(dǎo)電材料(互連金屬)在阻擋膜開始暴露之后被過度拋光。當(dāng)用于襯底的例如銅的表面導(dǎo)電材料的電解拋光(處理)中時，本發(fā)明的電解液可以在較低的壓力和較高的加工速率下以良好的平坦度特性的導(dǎo)電材料，同時避免過度蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的電解拋光方法，當(dāng)拋光并去除阻擋膜上用于形成互連的例如銅的多余的互連金屬(導(dǎo)電材料)時，可以完全去除多余的金屬，而不留下互連部分之間的導(dǎo)電材料，同時將由于對互連金屬的過度拋光所引起的碟陷最小化，且還將阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻最小化。圖1A到圖1D是按工藝步驟的順序示出用于形成具有互連的襯底的傳統(tǒng)工藝的示圖2是電解拋光裝置的平面圖3是圖2的裝置的垂直截面正視圖4是示出電解液中的銅的濃度和銅表面的表面粗糙度之間的關(guān)系的曲線圖，其為在利用具有各種銅濃度的電解液所執(zhí)行的銅表面的拋光中觀測到的；圖5是示出電解液中的銅的濃度和銅表面的拋光速率之間的關(guān)系的曲線圖，其為在利用具有各種銅濃度的電解液所執(zhí)行的銅表面的拋光中觀測到的；圖6是另一電解拋光裝置的垂直截面圖7A到圖7C是示出當(dāng)使用圖6所示的電解拋光裝置執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的拋光原理的示圖8A到圖8C是示出可用于本發(fā)明的電壓波形的示圖9A到圖9C是示出所構(gòu)圖的晶片的橫截面形貌的示圖，其為以在"電解液的pH值效應(yīng)(在暴露互連部分之間的阻擋膜之前)"下的方式對相應(yīng)的晶片所執(zhí)行的拋光中所觀測到的；圖10是示出所構(gòu)圖的晶片的橫截面形貌的示圖，其為以在"電解液的pH值效應(yīng)(當(dāng)暴露互連部分之間的阻擋膜時)"下的方式對晶片所執(zhí)行的拋光中所觀測到的；圖IIA和圖11B是示出所構(gòu)圖的晶片的橫截面形貌的示圖，其為以在"所施加電壓的效應(yīng)(在暴露互連部分之間的阻擋膜之前)"下的方式對相應(yīng)的晶片所執(zhí)行的拋光中所觀測到的；以及圖12A和圖12B是示出所構(gòu)圖的晶片的橫截面形貌的示圖，其為以在"所施加電壓的效應(yīng)(在暴露互連部分之間的阻擋膜之后)"下的方式對相應(yīng)的晶片所執(zhí)行的拋光中所觀測到的。具體實施例方式以下將參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例。以下描述說明去除作為互連材料的銅膜(包括晶種膜)的不必要的部分從而暴露阻擋膜的情況，所述互連材料形成在作為拋光對象的襯底的阻擋膜上。圖2是示出電解拋光裝置的平面圖，而圖3是該裝置的垂直截面正視圖。例如，該電解拋光裝置可以用于拋光如圖1B所示的襯底(拋光對象)W，該襯底己通過在圖1A中所示的襯底的表面上實施銅電鍍制備，從而將作為互連金屬的銅34填充到過孔26和作為互連凹槽的溝槽28中并在硬掩模24上沉積銅34。如圖1C所示，執(zhí)行對襯底表面的拋光，以去除硬掩模24上的銅(導(dǎo)電材料)34(和晶種膜32)，從而暴露阻擋膜30。此外，通過去除硬掩模24上的阻擋膜30，在絕緣膜20、22內(nèi)形成由銅34構(gòu)成的上層互連36。如圖2和圖3所示，電解拋光裝置包括可旋轉(zhuǎn)拋光臺(轉(zhuǎn)盤)50、用于可分離地夾持襯底W的可垂直移動并且可旋轉(zhuǎn)的襯底夾持器(拋光頭)52，以及圓柱形底的加工腔54，其中襯底W的正面(銅34的表面)朝下，加工腔54環(huán)繞拋光臺50和襯底夾持器52，以防止在拋光過程中或拋光之后提供到拋光臺50的上表面的例如電解液或純水等液體的散濺。加工腔54在其側(cè)壁內(nèi)具有用于排出腔54內(nèi)所接收到的液體的排出口54a。襯底夾持器(拋光頭)52被設(shè)計為可以在拋光臺50上的預(yù)定拋光位置和拋光位置側(cè)面的襯底供應(yīng)/接收位置之間移動。在拋光臺50的上表面上設(shè)有一個盤狀加工電極56，其具有使其幾乎可以覆蓋拋光臺50的整個區(qū)域的大小。整個加工電極56的上表面都覆蓋有拋光墊(拋光布)58，其上表面構(gòu)成拋光表面。拋光墊58具有大量垂直通孔58a，從而將提供到拋光臺50的上表面的例如電解液等的液體保持在拋光墊58內(nèi)。在拋光過程中，加工電極56通過保持在拋光墊58的通孔58a內(nèi)的電解液電連接到襯底W的例如銅34的表面導(dǎo)電材料。用于CMP的拋光墊可以用作拋光墊58。在該實施例中，拋光墊58由NittaHaasInc.所制造的IC-1000所構(gòu)成，其整體具有大量通孔58a。在墊整體都具有大量通孔的條件下，拋光墊58可以具有一個或多個環(huán)形凹槽，或以柵格排列的凹槽。如果拋光墊58本身對液體具有可滲透性，其不必要具有通孔。在拋光臺50之上設(shè)置有電解液供給噴嘴60，其用于在拋光的過程中向拋光臺50的上表面供應(yīng)電解液。電解液供給噴嘴60連接到從電解液存儲槽62延伸而來的電解液供給線64，存儲槽62用于暫時存儲電解液，且電解液供給線64設(shè)有未示出的電解液供給裝置，例如管泵、隔膜泵或膜盒式泵。在拋光臺50之上還設(shè)置有純水供給噴嘴66，其用于在拋光之后向拋光臺50的上表面供應(yīng)洗滌或清潔純水。在該實施例中，易于沉淀或分解的電解液的添加成分存儲在電解液存儲槽62之外的存儲容器68中，并被添加到存儲在電解液存儲槽62內(nèi)的電解液中，以在將該液體從電解液供給噴嘴60提供到拋光臺50的上表面之前，將液體調(diào)整到預(yù)定的條件。然而，在某些情況下，可以不提供存儲槽68，而直接將已制備并存儲在電解液存儲槽62中的電解液，從電解液供給噴嘴60提供給拋光臺50的上表面。位于加工腔54內(nèi)的拋光臺50的側(cè)面的柱狀供電電極70被設(shè)置使得其上表面近似與拋光墊58的表面平齊。當(dāng)降低襯底夾持器52且將由襯底夾持器52所夾持的襯底W以預(yù)定的壓力壓在拋光墊58上時，供電電極70的上表面與襯底W的外圍部分處的例如銅34等的導(dǎo)電材料的表面(下表面)接觸，從而將電供應(yīng)給作為拋光對象的導(dǎo)電材料。供電電極70連接到電源72的陽極，而加工電極56連接到電源72的陰極，電源72能夠控制將要施加的電壓和其波形。以下將利用圖2和圖3中所示的電解拋光裝置對電解拋光作出說明。首先，將其正面朝下地夾持了襯底W的襯底夾持器52定位在拋光臺50上的預(yù)定位置。然后，在旋轉(zhuǎn)拋光臺50的同時，從電解液供給噴嘴60向拋光臺50的上表面供應(yīng)電解液，且同時，在將襯底夾持器52和襯底W—起旋轉(zhuǎn)時，降低襯底夾持器52,以便將襯底W以預(yù)定的壓力壓在拋光墊58上。當(dāng)供電電極70與襯底W的表面銅34接觸時，供電電極70與電源72的陽極連接，而加工電極56與電源72的陰極連接，以便在加工電極56和襯底W的表面銅34之間施加預(yù)定電壓，從而導(dǎo)致在作為陽極的銅34的表面處的電解反應(yīng)，以便拋光銅34。在拋光的過程中，加工電極56和襯底W的表面銅34通過保持在拋光墊58的通孔58a中的電解液電連接。在拋光過程中，作為陽極的襯底W的銅34的表面被陽極氧化，同時通過緩蝕劑和電解液中的水溶性聚合物化合物在銅34的表面上形成保護膜。盡管被壓在拋光墊58上的襯底W的銅34由于襯底W的旋轉(zhuǎn)運動和拋光臺50的旋轉(zhuǎn)運動相對于拋光墊58運動，且因此被機械拋光，形成在存在于襯底W的銅34的表面內(nèi)的凹陷部分上的保護膜卻未被去除，且電解拋光僅在形成在存在于銅34的表面內(nèi)的凸起部分上的保護膜上進行。通過這樣僅選擇性地去除襯底W的銅34的表面不均勻處的凸起部分上的保護膜，可以拋光銅34同時整平其表面。在完成電解拋光之后，斷開加工電極56和供電電極70與電源72的連接，并停止供應(yīng)電解液。此后，提升襯底夾持器52，然后襯底夾持器52將襯底W轉(zhuǎn)移到下一工藝。以下將作出對用于圖2和圖3中所示的電解拋光裝置的電解液的說明。電解液包含(1)至少一種有機酸或其鹽，(2)至少一種具有磺酸基的強酸，(3)緩蝕劑(含氮雜環(huán)化合物)，(4)水溶性聚合物化合物，(5)pH調(diào)節(jié)劑，(6)研磨顆粒和(7)表面活性劑。電解液還可以包含作為起始成分的(8)與拋光對象相同的導(dǎo)電材料，例如，銅。盡管在該實施例中拋光了銅，但當(dāng)然也可以拋光其他導(dǎo)電材料。這種導(dǎo)電材料的例子包括銅合金，銀或其合金，金或其合金，鋁或其合金，鎢或其合金、氮化物、碳化物或氮碳化物，鈦或其合金、氮化物、碳化物或氮碳化物，鉭或其合金、氮化物、碳化物或氮碳化物，釕或其合金，或其組合。以下將描述電解液的各個成分。包含在電解液中的有機酸需要與作為拋光對象的例如銅等的金屬(導(dǎo)電材料)形成可溶性絡(luò)合物。特別地，有機化合物需要與例如銅等的金屬形成配位鍵，以便形成在水溶液中可溶的復(fù)合物。至少有機酸自身必須為水溶性的。優(yōu)選地有機酸在分子中具有至少一個羧基(-COOH)，或者在分子中還具有至少一個羥基(-OH)和羧基。這種有機酸還具有穩(wěn)定液體的pH值的pH值緩沖能力。用于電解液的優(yōu)選為有機酸的具有一個羧基的羧酸的例子可以包括甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸、異戊酸、山梨酸、乙醛酸、丙酮酸、乙酰丙酸、苯甲酸、間甲苯甲酸和乙?；畻钏?。也優(yōu)選有機酸以用于電解液的具有兩個或更多羧基的羧酸的例子可以包括草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、檸康酸、甲基反丁烯二酸、衣康酸、a-酮戊二酸、丙烯三羧酸、苯二甲酸和piromellitic酸。用于電解液的也優(yōu)選為有機酸的具有至少一個羧基和至少一個羥基的羧酸的例子可以包括檸檬酸、乙醇酸、乳酸、葡糖酸、羥基丁二酸、酒石酸、草乙酸、水楊酸、間羥基苯甲酸、龍膽酸、原兒茶酸、五倍子酸、葡糖醛酸、唾液酸和抗壞血酸。羧酸鹽的例子包括鉀鹽、銨鹽、烷基胺鹽和羥基胺鹽。這些酸或鹽可以單獨或作為兩種或更多的混合物用于電解液。在上述的有機酸中，尤其優(yōu)選丙二酸、丁二酸、檸檬酸、乙醇酸、乳酸、葡糖酸、羥基丁二酸、酒石酸。已經(jīng)實驗確認(rèn)，在拋光中使用包含這些酸中的任何一種的電解液可以以相對較高的加工速率獲得平整的加工表面。電解液中的有機酸的濃度應(yīng)該不大于拋光時的液體溫度下的飽和溶解度。如果濃度超過飽和溶解度，有機酸將會在電解液中沉淀，從而不能進行穩(wěn)定的加工。例如，順丁烯二酸的溶解度為78重量％(25°C)。另一方面，如果有機酸的濃度低于0.1%，則提供到加工表面的用于與待溶解的金屬形成配位鍵的有機酸的量將不足，導(dǎo)致例如減速的加工、加工表面變粗糙等問題。此外，如此低濃度的有機酸將不具有足夠的pH值緩沖作用。由于以上原因，有機酸的濃度優(yōu)選為0.1重量％到80重量％，更優(yōu)選地為1重量％到50重量％。包含在電解液中的具有磺酸基的強酸用于促進蝕刻作用并提高電解液的電導(dǎo)率，從而促進電流的傳輸。強酸在這里指具有不高于3的pKa值的酸。pKa是表示酸的強度的第一離解常數(shù)的倒數(shù)的對數(shù)。通常，使用強酸降低了銅開始溶解的電勢。也就是說，可以在較低的所施加的電壓下處理銅。然而，已經(jīng)確定的是，由于對例如銅等的蝕刻，使用硫酸、硝酸或高氯酸使加工表面顯著地變粗糙。在可以得到表面光澤的濃度范圍內(nèi)，磷酸為高粘性的，因此需要相對較高的用于加工銅的電壓。另一方面，例如，使用甲磺酸可以使用低電壓來加工銅，并且可以獲得相對平整的具有好加工特性的加工表面。優(yōu)選的具有磺酸基的強酸的例子包括甲磺酸、苯磺酸、牛磺酸、半胱磺酸、在烷基中具有1到6個碳的烷基苯磺酸、三氟甲磺酸、和氟磺酸?？梢詥为毷褂眠@些酸或作為兩種或更多種的混合物使用。具有磺酸基的強酸的濃度優(yōu)選為0.1重量％到20重量％，更優(yōu)選為5重量％到20重量％，如果強酸的濃度太低，則電解液的電導(dǎo)率太低使得很難通過其傳輸電流。因此優(yōu)選不小于5重量％的具有磺酸的強酸。另一方面，如果具有磺酸的強酸的濃度的超過20重量％，則電解液中的有機酸和其他成分的飽和溶解度將降低，這可能導(dǎo)致所述成分的沉淀。優(yōu)選地，包含在電解液中的緩蝕劑為含氮的雜環(huán)化合物，且可以是一種公知的用于與待加工的例如銅的金屬形成化合物，并在金屬表面上形成保護膜，從而防止金屬的腐蝕。這種緩蝕劑可以防止過度加工并由此產(chǎn)生碟陷，從而促進對加工表面的整平。優(yōu)選地，可以將公知的作為用于銅的緩蝕劑的苯并三唑或其衍生物用作本發(fā)明中的緩蝕劑。具有促進整平的其他可用的緩蝕劑的例子可以包括吲哚、2-乙基咪唑、苯并咪唑、2-巰基苯并咪唑、3-氨基-1,2，4-三唑、3-氨基-5-甲基4H-1，2，4-三唑、5-氨基-lH-四唑、2-巰基苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑鈉、2-甲基苯并噻唑、(2-苯并噻唑基硫基)乙酸、3-(2-苯并噻唑基硫基)丙酸、2-巰基-2-噻唑啉、2-巰基苯并噁唑、2,5-二巰基-l,3，4-噻重氮、5-甲基-1，3,4-噻重氮-2-硫醇、5-氨基-1，3，4-噻重氮-2-^!醇、吡啶、吩嗪、吖啶、l-羥基吡啶-2-硫酮、2-氨基吡啶、2-氨基嘧啶、三聚硫氰酸、2-二丁基氨基4,6-二巰基-s-三嗪、2—苯胺基~4，6—二巰基-s-三嗪、6—氨基嘌呤及6—硫鳥嘌呤。這些化合物可以單獨使用或作為兩種或更多種的混合物使用。如果電解液中的緩蝕劑的濃度太低，則保護膜的形成不充分，從而將發(fā)生對例如銅等金屬的過度蝕刻且將得不到平整的加工表面。另一方面，如果緩蝕劑的濃度太高，盡管不超過飽和溶解度，也將在例如銅等金屬表面上過度形成保護膜，導(dǎo)致加工速率的降低。此外，將不執(zhí)行均勻加工，導(dǎo)致加工表面變粗糙以及在加工表面中形成凹坑。因此，優(yōu)選地，緩蝕劑的濃度為0.001重量％到5重量％，更優(yōu)選地為O.02重量％到2重量％。包含在電解液中的水溶性聚合物化合物和緩蝕劑一起形成保護膜，其有效地防止過度蝕刻并整平例如銅等金屬表面。此外，包含水溶性聚合物化合物的電解液在例如銅等金屬表面(加工表面)的附近粘度高。在存在于金屬表面內(nèi)的細(xì)微的不均勻處的凹陷部分上形成粘性膜，且拋光并去除細(xì)微的不均勻處，提供光澤的表面。具有上述作用的優(yōu)選水溶性聚合物化合物的例子包括聚丙烯酸或其鹽、聚甲基丙烯酸或其鹽、聚乙二醇、聚異丙基丙烯酰胺、聚二甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚甲氧基乙烯、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素以及聚乙烯基吡咯垸酮。這些化合物可以單獨使用或作為兩種或更多種的混合物使用?？梢允褂镁哂?，000到500,000的重均分子量的水溶性聚合物化合物。具有大于500，000的重均分子量的聚合物化合物將不溶于電解液，導(dǎo)致與緩蝕劑或研磨顆粒的凝結(jié)。另一方面，具有小于1，000的重均分子量的聚合物化合物不能在例如銅等金屬表面上形成足夠的保護膜，降低了電解液的整平性能。優(yōu)選地，包含在電解液中的水溶性聚合物化合物的重均分子量為1，000到100，000，更優(yōu)選地，2,000到25，000。為了不降低電解拋光中的加工速率并防止過度的加工操作，優(yōu)選地，水溶性聚合物化合物的濃度為0.005重量％到5重量％，更優(yōu)選地為0.01重量％到2重量％?？梢栽陔娊庖褐刑砑觩H值調(diào)節(jié)劑，以便調(diào)節(jié)電解液的pH值。優(yōu)選地，使用堿，例如氨、烷基胺、羥基胺、聚胺、堿金屬化合物(例如氫氧化鉀)或堿土金屬化合物或其混合物作為pH值調(diào)節(jié)劑。堿的濃度通常為0.1重量％到20重量％，并且可以根據(jù)預(yù)期工件的作用和工件的材料、有機酸或其鹽的濃度、強酸的濃度、預(yù)期的pH值等適當(dāng)?shù)卮_定。優(yōu)選地電解液的pH值為2到10。當(dāng)電解液的pH值低時，在選擇電解拋光裝置的材料中必須考慮耐腐蝕能力。此外，雖然加工速率可以增大，例如銅等金屬加工表面將變得更粗糙而其過度蝕刻將更嚴(yán)重。從而很難得到平整的加工表面。另一方面，當(dāng)電解液的pH值高時，銅和緩蝕劑和/或水溶性聚合物化合物之間的保護膜的形成可能不充分，因此可能降低整平效果。當(dāng)在這樣的用于在半導(dǎo)體襯底中形成銅互連的拋光工藝中使用時，該工藝需要高的加工速率和平整光澤的加工表面而不會使表面變粗糙，電解液最優(yōu)選具有3到6的pH值。優(yōu)選地，電解液包含研磨顆粒。根據(jù)本發(fā)明，除機械地拋光去除例如銅等金屬的作用以外，研磨顆粒還具有機械地拋光去除由緩蝕劑和水溶性聚合物化合物形成的金屬保護膜的作用。在電解拋光過程中，多余的保護膜可以被研磨顆粒的作用去除，從而可以得到足夠高的加工速率。用于電解液的優(yōu)選研磨顆粒的例子包括氧化鋁、硅膠、發(fā)煙硅石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦和氧化錳的顆粒。這些材料可以單獨使用或作為兩種或更多種的混合物使用。其中，優(yōu)選使用氧化鋁、硅膠和發(fā)煙硅石。優(yōu)選地，電解液中的研磨顆粒的濃度不高于10重量％，以便電解液有效地作用為電解拋光液，同時需要研磨顆粒的濃度不低于0.01重量％，以便研磨顆粒產(chǎn)生明顯的作用。當(dāng)使用例如拋光墊等固定磨料時，可以通過使固定磨料與例如銅等金屬表面接觸而有效地去除保護膜。在這種情況下，盡管當(dāng)然可以既使用固定磨料也使用研磨顆粒，但不是必須使用研磨顆粒。以大于10重量％的濃度使用研磨顆?？赡軐?dǎo)致顆粒的相當(dāng)大程度的凝結(jié)，使得電解液粘度很高。在這種情況下，所沉積的研磨顆粒將阻礙電解拋光并導(dǎo)致所拋光表面的劃痕。因此，研磨顆粒的最佳濃度為0.05重量％到2重量％。電解液還可以包括表面活性劑?？梢杂行У靥岣哐心ヮw粒的分散性的表面活性劑將滿足條件?？梢允褂藐栯x子、陰離子、兩性或非離子表面活性劑中的任何一種。陰離子表面活性劑的例子包括烷基醚羧酸鹽、烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽、酰胺磺酸鹽、垸基烯丙基磺酸鹽、萘磺酸鹽和它們的甲醛縮合物。陽離子表面活性劑可以通過脂族胺鹽和脂族銨鹽來舉例?？梢愿鶕?jù)研磨顆粒的濃度、電解液的pH值等選擇合適的表面活性劑。優(yōu)選陰離子表面活性劑，尤其是烷基磺酸鹽和萘磺酸鹽的甲醛縮合物。優(yōu)選地，電解液的電導(dǎo)率為5到200mS/cm。當(dāng)電解液的電導(dǎo)率低時，需要施加較高的電壓以便以預(yù)期的加工速率執(zhí)行電解拋光。較高電壓的施加將不利地影響電解拋光，例如由于氧氣的生成而降低了電流效率，在所加工表面內(nèi)形成凹坑，由于保護膜的破壞帶來較差的整平作用，等等。因此，期望在低電壓下執(zhí)行電解拋光。為此目的，電解液的電導(dǎo)率優(yōu)選為5到200mS/cm。為了提高電解拋光中的拋光速率并防止所拋光表面的表面粗糙，電解液優(yōu)選包含與拋光對象相同的材料，例如銅，作為初始成分。電解液中的例如銅的這種初始導(dǎo)電材料的濃度通常不小于0.001重量%，優(yōu)選不小于0.005重量。X，更優(yōu)選不小于0.01重量％。在電解液中包含導(dǎo)電材料作為初始成分可以促進例如銅等的同一導(dǎo)電材料的擴散，或促進在拋光過程中將包括導(dǎo)電材料的產(chǎn)品從拋光對象的表面拋光到電解液中。電解液中例如銅等的初始導(dǎo)電材料的濃度通常不大于10重量％，優(yōu)選不大于1重量％。這是因為當(dāng)初始導(dǎo)電材料的濃度大于1重量Q^時，則導(dǎo)電材料可能消耗電解液的其他成分。當(dāng)拋光對象的導(dǎo)電材料為化合物時，導(dǎo)電材料的相應(yīng)的成分可以以對應(yīng)于化合物的成分比而成比例地包括在電解液中作為初始成分。電解液的一個例子包括(1)2重量％到80重量％的有機酸，(2)2重量％到20重量％的具有磺酸基的強酸，(3)0.01重量％到1重量％的緩蝕劑，(4)0.01重量％到1重量％的水溶性聚合物化合物，(5)0.01重量％到2重量％的研磨顆粒，(6)0.01重量％到1重量％的表面活性劑以及水溶劑。水溶劑可以為去離子水，優(yōu)選超純水。本發(fā)明的使用電解液的電解拋光，優(yōu)先加工存在于例如銅等的導(dǎo)電材料的表面中的不均勻處的突出部分，同時利用緩蝕劑保護不均勻處的凹陷部分，從而加工并整平導(dǎo)電材料的表面，其中例如銅等的導(dǎo)電材料形成在例如襯底等的工件的表面上。對于在電化學(xué)機械拋光中的應(yīng)用來說電解液尤其有效，該電化學(xué)機械拋光包括電解拋光導(dǎo)電材料的表面，同時利用拋光墊摩擦該表面。特別地，首先通過緩蝕劑在導(dǎo)電材料的表面上形成保護膜以防止過度蝕刻，然后利用具有適當(dāng)?shù)挠捕群推秸鹊膾伖鈮|摩擦導(dǎo)電材料的表面，從而選擇性地去除形成在導(dǎo)電材料的凸起部分的表面上的保護膜，而保留形成在導(dǎo)電材料的凹陷部分的表面上的保護膜。利用隨后對導(dǎo)電材料的電解拋光，可以優(yōu)先加工導(dǎo)電材料的凸起部分，從而可以使導(dǎo)電材料的表面不均勻處變平。例如，可以使用用于CMP的拋光墊作為拋光墊。以下將對關(guān)于對銅的加工(拋光)的實驗進行描述，所述實驗通過各種電解液使用能夠處理40mm直徑的區(qū)域的芯片測試機來執(zhí)行。芯片測試機能夠控制銅的電極電位，并通過利用附著到加工臺的拋光墊拋光暴露的銅表面，同時在銅和相對電極之間施加電壓來執(zhí)行對銅的加工。通過以250rpm(在離中心30mm的位置的線速度為0.78m/s)旋轉(zhuǎn)拋光臺，同時以0.5psi(35g/cm2)的壓力將拋光墊壓到具有銅表面的襯底樣品上，來執(zhí)行對銅的拋光(加工)。在加工過程中，銅的電流密度或電極電位保持恒定。如在下述用于確定緩蝕劑的作用的測試中那樣，甚至可以在拋光墊未接觸銅表面(壓力為Opsi)時，測量電流密度或電極電位。用于加工實驗的襯底樣品是具有銅膜的硅襯底(銅覆蓋(blanket)晶片)，其具有以該順序形成的如下的表面層具有大約250nm厚度的氧化物膜(Si02);具有30mn厚度的TaN阻擋金屬膜；具有100rim厚度的銅晶種膜；以及具有1500nm厚度的銅電鍍膜。A.各種有機酸和電極電位之間的關(guān)系表1示出在對上述樣品晶片的銅表面的拋光中的電極電位，其為在電解液中以恒定的電流密度(40mA/cm2)、使用上述芯片測試機和電解液中的各種類型的有機酸所得到的。如果在相同的電極電位水平執(zhí)行加工，則當(dāng)與較高的電極電位相比時，表中的較低的電極電位顯示將流過較高的電流而因此加工速率將較高。因此優(yōu)選較低的電極電位。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>在表1中，除抗壞血酸以外的有機酸都具有羧基。從表1中的數(shù)據(jù)明顯看出，如果與使用不具有羧基的抗壞血酸(即7.55Vvs.Ag/AgCl)相比，使用任何具有羧基的有機酸提供低的電極電位，因此優(yōu)選具有羧基酸的有機酸。B.各種強酸和電極電位之間的關(guān)系表2示出在對上述樣品晶片的銅表面的拋光中的電極電位，其為在電解液中以恒定的電流密度(40mA/cm2)、使用上述芯片測試機和電解液中的各種類型的強酸所得到的。如果在相同的電極電位水平執(zhí)行加工，則當(dāng)與較高的電極電位相比時，表中的較低的電極電位顯示將流過較高的電流而因此加工速率將較高。因此優(yōu)選較低的電極電位。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>圖2中的數(shù)據(jù)示出，在使用包括磷酸(編號2)的電解液的電解拋光中的電位比在使用包括甲磺酸(編號1)或硝酸(編號3)的電解液的電解拋光中的電位更高。在使用包括硝酸(編號3)的電解液或包括硫酸(編號4)的電解液的電解拋光中觀測到所加工表面變得粗糙，而在使用包括甲磺酸(標(biāo)號l)的電解液的電解拋光中發(fā)現(xiàn)所加工表面處于明顯較好的狀態(tài)。如從上述結(jié)果中可以看出的那樣，甲磺酸是測試的強酸中最優(yōu)選的電解液。C.通過有機酸與強酸的結(jié)合降低電極電位表3示出在使用表3所示的各種電解液所執(zhí)行的對上述晶片樣品的銅表面的電解拋光中的電極電位。如從對編號1和編號2之間的數(shù)據(jù)的比較所清楚看出的那樣，用于包括有機酸、丙二酸和強酸，磺酸的混合物的電解液的電極電位值2.04[Vvs.Ag/AgCl]比用于僅包括丙二酸的電解液的電極電位值4.51[Vvs.Ag/AgCl]小。如編號3和編號4之間的比較數(shù)據(jù)所示出的那樣，使用乙醇酸作為有機酸獲得類似的結(jié)果。如從所獲得的結(jié)果中理解到的那樣，較之只使用有機酸，利用相同的電極電位，在電解液中使用有機酸和強酸的組合將增大電流密度和加工速率。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>D.緩蝕劑和/或水溶性聚合物化合物的作用表4-a和表4-b示出測量各種電解液的電流密度的結(jié)果，如表4-a和表4-b中所示出的那樣，每一種電解液都基于1M丙二酸和1.4M甲磺酸的混合物并包括作為添加劑的緩蝕劑和/或水溶性聚合物化合物，所述測量在2[Vvs.Ag/AgCl]的恒定電極電位下使用上述芯片測試機來執(zhí)行，但未執(zhí)行拋光(壓力為0psi)。表4-a<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>在表4-a和表4-b中，縮寫MA表示丙二酸、MSA表示甲磺酸、BTA表示苯并三唑、APA表示聚丙烯酸銨、SPA表示聚丙烯酸鈉、PVP表示聚乙烯基吡咯烷酮，PAA表示聚丙烯酰胺，PEG表示聚乙二醇，聚合物化合物A表示N，N-二乙醇油酸酰胺。在表4-a和表4-b中，百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)，且lM表示lmol/L。如表4-a和表4-b中所示，只包括緩蝕劑或包括緩蝕劑和水溶性聚合物化合物(編號2—24)的電解液顯示出比不包括這種添加劑的電解液(編號l)更低的電流密度。這表明當(dāng)單獨使用緩蝕劑或?qū)⑵渑c水溶性聚合物化合物一起使用時可以抑制金屬的腐蝕(電解反應(yīng))。另一方面，只使用水溶性聚合物化合物(編號25—30)不會降低電解液的電流密度，表明對抑制腐蝕(電解反應(yīng))沒有作用。E.研磨顆粒的作用使用圖2和圖3中所示的電解拋光裝置，確定了在電解液中存在或不存在研磨顆粒對所加工的表面的表面粗糙度以及加工速率的影響。用于該實驗的襯底(工件)樣品為銅覆蓋晶片。泡沫聚氨酯拋光墊(IC1000,由NittaHaasInc.制造)用于該實驗。電解拋光在如下條件下進行拋光壓力0.5psi(35g/cm2);拋光墊和工件(襯底W)的中心之間的相對速度1.6m/s;以及電解液的流動速度100ml/min。通過使用感應(yīng)針型斷面儀(ULVAC，Dektak3ST)測量形成在襯底上的圖案不均勻性來評估平整特性。在上述加工條件下，使用pH值為4.3的電解液執(zhí)行對襯底的銅表面的電解拋光，該電解液包括1M丙二酸和1.4M甲磺酸；0.3%的苯并三唑；0.49%的聚丙烯酸(分子量5000);0.7%的甲醇；0.05%的表面活性劑(萘磺酸的甲醛縮合物)、MX2045L(kaoCorporation);以及0.5%的硅石研磨顆粒。為了進行比較，使用同一但不包含研磨顆粒的電解液以相同的方式執(zhí)行電解拋光。測量每一晶片樣品的所加工表面的表面粗糙度以及加工速率。結(jié)果，用不包括研磨顆粒的電解液所加工的樣品的表面粗糙度IU為328nm且加工速率為736nm/min，而用包括硅石研磨顆粒的電解液所加工的樣品的表面粗糙度R隨為49nm且加工速率為777mn/min。這說明如下事實在電解液中使用研磨顆?？梢愿纳扑庸け砻娴谋砻娲植诙炔⑻岣呒庸に俾?。F.水溶性聚合物化合物的作用使用圖2和圖3中所示的電解拋光裝置，確定了在電解液中存在或不存在水溶性聚合物化合物對所加工的表面的加工速率、減小加工表面中的水平差異和表面粗糙度的影響。用于該實驗的襯底(工件)樣品是電鍍銅所構(gòu)圖的晶片(Sematech854AZ)。加工條件與標(biāo)題"研磨顆粒的作用"下所描述的前一實驗相同，除了將拋光壓力變成1.5psi。在上述的加工條件下，使用pH值為3的電解液執(zhí)行對襯底樣品的銅表面的電解拋光，所述電解液包括1M丙二酸和1.4M甲磺酸；0.3%的苯并三唑；0.6%的聚丙烯酸銨(分子量10，000);0.7%的甲醇；以及0.05%的表面活性劑(3-萘磺酸的甲醛縮合物)、MX2045L(kaoCorporation)。在加工速率、消除所加工表面的表面水平差異和表面粗糙度方面得到了好的結(jié)果。為了比較，使用相同的但不包含聚丙烯酸銨的電解液(pH值3)以相同的方式執(zhí)行電解拋光。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)加工速率、對表面水平差異的消除和所加工表面的表面粗糙度都差。尤其是，在加工表面內(nèi)形成了具有數(shù)um的直徑和數(shù)百nm的深度的腐蝕凹坑。從該比較測試的結(jié)果可知，水溶性聚合物化合物、聚丙烯酸銨加強了緩蝕劑的作用，并促進了機械拋光。G.初始銅(導(dǎo)電材料)成分的作用使用圖2和圖3所示的電解拋光裝置，確定了在電解液中作為初始成分的銅(導(dǎo)電材料)的存在或不存在對所加工表面的拋光速率和表面粗糙度的影響。在該實驗中使用的襯底(工件)樣品是銅覆蓋晶片。通過向pH值為3的基液中以各種量添加銅(導(dǎo)電材料)制備在該實驗中所使用的電解液，所述基液包括1M丙二酸和1.4M甲磺酸；0.3%的苯并三唑；0.6%的聚丙烯酸銨(分子量10，000);0.7%的甲醇；0.05%的陰離子表面活性劑(P萘磺酸的甲醛縮合物)；以及0.5%的研磨顆粒。在與以上在標(biāo)題"研磨顆粒的作用"下所描述的相同的條件下執(zhí)行電解拋光。圖4示出所加工表面的表面粗糙度(R,)與銅濃度的相關(guān)性，而圖5示出拋光速率與銅濃度的相關(guān)性。如可以從圖4中看出的那樣，隨著電解液中的銅濃度的增大表面粗糙度降低，并且使用具有不小于0.005%的銅濃度的電解液提供的拋光表面的粗糙度，小于通過使用不包括銅作為初始成分的電解液所得到的表面粗糙度的1/2。如可以從圖5中看出的那樣，使用具有不小于0.01%的銅濃度的電解液提供的拋光速率，大于通過使用不包括銅作為初始成分的電解液所得到的拋光速率的2.5倍。下面將就用于去除形成在作為拋光對象的襯底內(nèi)的阻擋膜上的互連材料的不必要的膜部分從而暴露阻擋膜的工藝進行說明。所述工藝包括以下步驟第一步驟，以比位于互連部分的外部的其他導(dǎo)電材料(ii)更低的拋光速率拋光位于互連部分上的導(dǎo)電材料(i)，使得導(dǎo)電材料(i)相對于導(dǎo)電材料(ii)變得突出；以及第二步驟，拋光導(dǎo)電材料(ii)直到暴露出阻擋膜，同時拋光突出導(dǎo)電材料(i)。在該兩步驟工藝中，整個工藝中都使用一種電解液(其后稱為第二電解液)。圖6是用于執(zhí)行該工藝的電解拋光裝置的垂直截面正視圖。在圖6中，對與圖2和圖3中所示的電解拋光裝置相同或等同的構(gòu)件給予了相同的參考標(biāo)記，并將省去對其重復(fù)的描述。在拋光臺50之上設(shè)置有電解液供給噴嘴60，其用于在拋光的過程中向拋光臺50的上表面供應(yīng)用于該阻擋層暴露工藝的電解液(第二電解液)。電解液供給噴嘴60連接到從電解液存儲槽62延伸而來的電解液供給線64，存儲槽62用于暫時存儲第二電解液，且電解液供給線64設(shè)有未示出的電解液供給裝置，例如真空泵、隔膜泵或膜盒式泵。在拋光臺50之上還設(shè)置有純水供給噴嘴66，其用于在拋光之后向拋光臺50的上表面供應(yīng)洗滌或清潔純水。在該實施例中，易于沉淀或分解的第二電解液的添加成分存儲在電解液存儲槽62之外的存儲容器68中，并被添加到存儲在電解液存儲槽62內(nèi)的第二電解液中，以在將該液體從電解液供給噴嘴60提供到拋光臺50的上表面之前，將液體調(diào)整到預(yù)定的條件。然而，在某些情況下，可以不提供存儲槽68，而直接將已制備并存儲在電解液存儲槽62中的第二電解液，從電解液供給噴嘴60提供給拋光臺50的上表面。在拋光臺50中嵌入例如由渦流傳感器構(gòu)成的膜厚檢測傳感器74，其用于檢測襯底W的例如銅34的(剩余)表面導(dǎo)電材料的膜厚度，該傳感器的上表面暴露在加工電極56的表面上。通過未示出的滑動環(huán)將來自膜厚檢測傳感器74的輸出信號輸入控制部分76，并通過來自控制部分78的輸出信號控制電源72、用于旋轉(zhuǎn)拋光臺50的臺驅(qū)動部分78、用于旋轉(zhuǎn)并垂直移動襯底夾持器52夾持器驅(qū)動部分80，等等。膜厚檢測傳感器74還通過檢測導(dǎo)電材料的膜厚度檢測拋光的終點，并輸出用于結(jié)束拋光的信號。關(guān)于結(jié)束拋光，優(yōu)選首先停止施加電壓，然后停止供應(yīng)第二電解液，以便不削弱拋光性能。下面將對用于本發(fā)明的阻擋層暴露工藝的第二電解液進行說明，其中通過如圖6所示的電解拋光裝置執(zhí)行所述阻擋層暴露工藝。第二電解液包含(1)至少一種有機酸或其鹽，(2)至少一種具有磺酸基的強酸，(3)緩蝕劑，(4)水溶性聚合物化合物，(5)pH值調(diào)節(jié)劑，(6)研磨顆粒和(7)表面活性劑。第二電解液還可以包括作為初始成分的(8)與拋光對象相同的導(dǎo)電材料，例如銅。優(yōu)選地，將用于該工藝的第二電解液的PH值調(diào)整到3到6，更優(yōu)選地調(diào)整到3到4.5。在拋光過程中，處于氧化態(tài)的例如銅等拋光對象(導(dǎo)電材料)與緩蝕劑、水溶性聚合物化合物和有機酸之間的相互作用根據(jù)電解液的PH值而改變，在形成在例如銅等導(dǎo)電材料的表面上的保護膜的質(zhì)量方面產(chǎn)生差異。例如，當(dāng)聚合物化合物與銅和例如BTA(苯并三唑)的緩蝕劑之間的絡(luò)合物的形成相關(guān)時，在大致中性pH值的電解液的情況下，BTA的保護作用低且對電解蝕刻的耐受性差。另一方面，當(dāng)?shù)诙娊庖旱膒H值調(diào)整到3到4.5時，可以形成致密的強保護膜。對于上述電解液來說，包含在用于該工藝的第二電解液中的有機酸需要與作為拋光對象的例如銅的金屬(導(dǎo)電材料)形成可溶復(fù)合物。特別的，有機化合物需要與例如銅等的金屬構(gòu)成配位鍵，以便形成在水溶液中可溶的復(fù)合物。至少有機酸自身必須為水溶性的。對于上述電解液來說，所述有機酸優(yōu)選地在分子中具有至少一個羧基(-C0OH)，或者在分子中具有至少一個羥基(-0H)和羧基。如上面所提到的相同的特定有機酸也可以用于第二電解液。在這種可用的有機酸中尤其優(yōu)選丙二酸、丁二酸、擰檬酸、乙醇酸、乳酸和葡糖酸。優(yōu)選地，包含在第二電解液中的緩蝕劑是含氮雜環(huán)化合物，并且可以是一種已知用于與待加工的例如銅等的金屬形成化合物，并在金屬表面上形成保護膜，從而防止金屬的腐蝕的緩蝕劑。這種緩蝕劑具有防止過度蝕刻從而防止碟陷的作用。優(yōu)選地，使用眾所周知的用作銅的緩蝕劑的苯并三唑(BTA)或其衍生物作為第二電解液中的緩蝕齊U。衍生物的例子包括5-甲基-1H-苯并三唑(甲苯三唑)、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、5-氯苯并三唑、苯并三唑-5-羧酸和5-硝基苯并三唑。從有效防止對加工表面的腐蝕并獲得光澤的具有小的表面粗糙度的所加工表面的視角來看，優(yōu)選使用苯并三唑或5-甲基-lH-苯并三唑。其他有用的緩蝕劑，其在例如銅等拋光對象的凹陷部分的表面上形成保護膜，并清除互連部分之間的例如銅等導(dǎo)電材料之后，具有防止過度拋光并從而防止碟陷的作用，其例子可以包括吲哚；二唑、三唑或四唑衍生物，如2—乙基咪唑、苯并咪唑、2-巰基苯并咪唑、3-氨基-1，2，4-三唑、3-氨基-5-甲基4H-l,2,4-三唑及5-氨基-lH-四唑；噻唑衍生物，如2-巰基苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑鈉、2-甲基苯并噻唑、(2-苯并噻唑基硫基)乙酸、3-(2-苯并噻唑基硫基)丙酸、2-巰基-2-噻唑啉、2-巰基苯并噁唑、2,5-二巰基-l，3，4-噻重氮(鉍硫醇)、5-甲基-1,3,4-噻重氮-2"^醇及5-氨基-1,3，4-噻重氮-2-硫醇；吡啶；吩嗪；吖啶；1-羥基吡啶-2-硫酮；2-氨基吡啶；2-氨基嘧啶；三聚硫氰酸、2-二丁基氨基"4,6-二巰基-s-三嗪；2-苯胺基4,6-二巰基-s-三嗪；6-氨基嘌呤；6"^鳥嘌呤；硫脲；水楊酸及其衍生物，如水楊醛及水楊醛肟；及羥基喹啉，如8-羥基喹啉及2-甲基-8-羥基喹啉(2-甲基-8-羥基喹啉)?？梢詥为毷褂眠@些化合物或作為兩種或更多種的混合物使用。通過這些化合物吸附到銅或氧化銅的表面上或者通過與銅或氧化銅形成螯合絡(luò)合物或聚合絡(luò)合物，它們可以在例如銅等拋光對象的凹陷部分的表面上形成較強的保護膜。包含在用于該工藝的第二電解液中的水溶性聚合物化合物與緩蝕劑一起形成均勻的保護膜，其有效地防止過度蝕刻并整平例如銅等金屬表面。在接近例如銅等金屬表面(加工表面)處，包含水溶性聚合物化合物的電解液的粘性高。在存在于金屬表面中的細(xì)微的不均勻處的凹陷部分上形成粘性膜，且將細(xì)微的不均勻處拋光并去除，提供了光澤的表面。優(yōu)選的具有上述作用的聚合物化合物的例子是如參考上述電解液在上面所例示的那些化合物，例如聚丙烯酸和其鹽等。該水溶性聚合物化合物的優(yōu)選分子量和濃度也與以上所描述的相同。當(dāng)使用包含緩蝕劑但不包含水溶性聚合物化合物的電解液執(zhí)行電解拋光時，在加工表面上形成堅固的但不均勻的保護膜。如果繼續(xù)拋光，可能發(fā)生加工表面的加工速率的變化、加工表面的表面變得粗糙、在加工表面內(nèi)形成凹坑，等等。通過向電解液中添加水溶性聚合物化合物可以防止這種缺陷且均勻拋光成為可能。因此，水溶性聚合物化合物具有調(diào)整由緩蝕劑形成的保護膜的強度并使得保護膜均勻的作用。因此可以以這種方式執(zhí)行拋光在初始拋光階段，向例如銅等拋光對象的表面提供包含低濃度的水溶性聚合物化合物的電解液，以便在凹陷部分的表面上形成強保護膜，并在接近拋光終點的時間點，當(dāng)阻擋膜已經(jīng)被暴露時，開始提供包含高濃度的聚合物化合物的電解液，以調(diào)整保護膜的強度，從而表面狀態(tài)變得均勻。對于上述電解液來說，可以向第二電解液中添加pH值調(diào)節(jié)劑，以便調(diào)整第二電解液的pH值。第二電解液的pH值通常為2到10。當(dāng)將該液體用在這種如用于在半導(dǎo)體襯底中形成銅互連的拋光工藝中時，優(yōu)選地，第二電解液的pH值為3到6，對于該半導(dǎo)體襯底來說需要高的加工速率且表面不會變粗糙的平整光澤的加工表面。當(dāng)將該液體用于阻擋膜暴露工藝中時，優(yōu)選地，第二電解液的pH值為3到4.5，其中在該阻擋膜暴露工藝中在拋光過程中將初始凹陷部分變成凸起形狀并且至少持續(xù)進行拋光直到部分阻擋膜被暴露出來。第二電解液可以包含研磨顆粒。當(dāng)還使用拋光墊時，除機械地將例如銅等金屬(拋光對象)拋光去除的作用之外，研磨顆粒還具有機械地將保護膜拋光去除的作用，所述保護膜由緩蝕劑和水溶性聚合物化合物形成。用于該工藝的第二電解液可以包含與上述電解液相同的表面活性劑。此外，第二電解液可以具有與上述電解液相同的電導(dǎo)率。第二電解液的一個例子具有3到6的pH值，優(yōu)選為3到4.5，并包括(1)2重量％到80重量％的有機酸，(2)2重量％到20重量%的具有磺酸基的強酸，(3)0.01重量％到1重量％的緩蝕劑，(4)0.01重量％到1重量％的水溶性聚合物化合物，(5)0.01重量％到2重量％的研磨顆粒，(6)0.01重量％到1重量％的表面活性劑，以及水溶劑。水溶劑可以為去離子水，優(yōu)選為超純水。以下將對利用圖6中所示的電解拋光裝置進行的電解拋光作出說明。首先，將其正面朝下的夾持了襯底W的襯底夾持器(拋光頭)52定位在拋光臺50上的預(yù)定位置。然后，在旋轉(zhuǎn)拋光臺50的同時，從電解液供給噴嘴60向拋光臺50的上表面供應(yīng)第二電解液，且同時，在將襯底夾持器(拋光頭)52和襯底W—起旋轉(zhuǎn)時，降低襯底夾持器(拋光頭)52，以便將襯底W以不高于lpsi(70g/cm2)的壓力壓在拋光墊58上。當(dāng)供電電極70與襯底W的例如銅34等表面導(dǎo)電材料接觸時，供電電極70與電源72的陽極連接，而加工電極56與電源72的陰極連接，以便在加工電極56和襯底W的例如銅34等表面導(dǎo)電材料之間施加預(yù)定電壓，從而導(dǎo)致在作為陽極的例如銅34等導(dǎo)電材料的表面處的電解反應(yīng)，以便拋光導(dǎo)電材料。在拋光的過程中，加工電極56和襯底W的例如銅34等表面導(dǎo)電材料通過保持在拋光墊58的通孔58a中的電解液電連接。下面將就執(zhí)行電解拋光的工藝進行說明，該電解拋光工藝通過將例如銅34等導(dǎo)電材料的表面與拋光墊58摩擦，從而暴露阻擋膜。首先，以凹陷部分趨于成為突出形狀的方式，以比表面不均勻處的凹陷部分更高的拋光速率拋光導(dǎo)電材料的初始表面不均勻處的凸起部分，且持續(xù)進行拋光直到即將暴露阻擋膜30(見圖1B)或者直到至少部分阻擋膜30被暴露。特別地，在拋光過程中，作為陽極的襯底W的銅34的表面被陽極氧化，同時第二電解液中的緩蝕劑和水溶性聚合物化合物在銅34的表面上形成保護膜。盡管被壓在拋光墊58上的襯底W的銅34由于襯底W的旋轉(zhuǎn)運動和拋光臺50的旋轉(zhuǎn)運動相對于拋光墊58運動，且因此被機械拋光，形成在存在于襯底W的銅34的表面內(nèi)的凹陷部分上的保護膜卻未被去除，但是存在于銅34的表面內(nèi)的凸起部分上所形成的保護膜被去除或由于拋光墊的摩擦而被削弱，因此電解拋光僅在形成在存在于銅34的表面內(nèi)的凸起部分上的保護膜上進行。通過這樣僅選擇性地去除襯底W的銅34的表面不均勻處的凸起部分上的保護膜，選擇性地去除凸起部分中的銅34。與拋光墊58所連續(xù)拋光的銅34的凸起部分不同，緩蝕劑、水溶性聚合物化合物和銅34的凹陷部分的表面上的氧化銅膜形成了強的保護膜，銅34的凹陷部分經(jīng)受較少的拋光墊58的機械拋光。因此，銅34的初始表面不均勻處的凹陷部分的表面的拋光速率變低，從而凹陷部分趨于成為凸起形狀。與拋光凹陷部分而不改變它們的形狀的情況相比，當(dāng)持續(xù)進行拋光時，其上形成了保護膜的凸起形狀部分較不易于產(chǎn)生碟陷。因此，上述工藝使得如下事實成為可能，即拋光導(dǎo)電材料(互連材料)而不在互連部分之間留下導(dǎo)電材料，同時由于對導(dǎo)電材料(互連材料)的過度拋光而將碟陷最小化，還甚至在持續(xù)拋光直到阻擋膜被暴露時將阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻最小化。下面將參考拋光位于阻擋膜80上的作為導(dǎo)電材料的銅84的情況，更加詳細(xì)地說明工藝原理，如圖7A中所示，該情況具有這種初始表面結(jié)構(gòu)在對應(yīng)于互連部分82a的位置存在初始凹陷部分84a，并且在對應(yīng)于非互連部分82b的位置存在初始凸起部分84b。在初始拋光階段，在銅(導(dǎo)電材料)84的初始凸起部分84b的表面上形成保護膜，并且保護膜被拋光墊58的機械拋光所去除，而比形成在初始凸起部分84a上的保護膜更能耐受拋光的強保護膜86，形成在初始凹陷部分84a的表面上，如圖7A中所示。使用包含緩蝕劑的第二電解液使得能夠在初始凹陷部分84a的表面上形成保護膜86，其比形成在初始凸起部分84b上的保護膜更強。因此，對應(yīng)于互連部分82a的初始凹陷部分84a中的銅84的拋光速率，變得比對應(yīng)于非互連部分82b的初始凸起部分84b內(nèi)的銅84的拋光速率更低，從而在相應(yīng)于互連部分82a的位置處的銅84的表面內(nèi)形成凸起部分84c，而在相應(yīng)于非互連部分82b的位置處形成凹陷部分84d，如圖7B所示。當(dāng)隨后執(zhí)行對凹陷部分84d和凸起部分84c的拋光時，相應(yīng)于非互連部分82b的凹陷部分84d內(nèi)的銅84被去除，且至少部分阻擋膜80開始暴露。如圖7C中所示，阻擋膜80的拋光速率如此低，使得主要拋光具有形成于其上的保護膜86的反向凸起部分84c，從而反向凸起部分84c逐漸變平。通過這樣在位于互連部分82a上的初始凹陷部分84a上形成保護膜86，并在拋光導(dǎo)電材料(銅)84直到清除銅(暴露非互連部分82b中的阻擋膜80)時，將凹陷部分84a轉(zhuǎn)化成凸起部分84c，可以有效的去除導(dǎo)電材料(銅)84，同時防止互連部分82a中的導(dǎo)電材料(銅)84的表面中的碟陷并防止阻擋膜80和導(dǎo)電材料84之間的界面處的蝕刻。在電解拋光結(jié)束之后，將加工電極56和供電電極70從電源72上斷開，并停止供應(yīng)第二電解液。其后，提升襯底夾持器(拋光臺)52，然后利用襯底夾持器52將所拋光襯底W轉(zhuǎn)移，以進行下一工藝。利用CMP拋光暴露在襯底的表面上的阻擋膜。下面將對在電解拋光過程中施加在加工電極56和襯底W的例如銅的表面導(dǎo)電材料之間的電壓(所施加電壓)進行說明?？紤]到拋光速率和電源72的成本，所施加電壓優(yōu)選為直流電壓。雖然可以從拋光開始到結(jié)束施加恒定的電壓，優(yōu)選如下所述的以步進的方式施加電壓。在電壓施加的第一或初始步驟中，例如施加0.IV到2.5V的相對較低的電壓，以便促進在諸如銅34的導(dǎo)電材料的凹陷部分的表面上形成保護膜，然后施加較高電壓。這是因為如果施加高電壓，則即使當(dāng)拋光墊未接觸保護膜或以低的壓力接觸保護膜時，形成在凹陷部分的表面上的保護膜也可能被破壞，導(dǎo)致對凹陷部分中的例如銅等導(dǎo)電材料的蝕刻。因此，通過在初始拋光階段的過程中以低的施加電壓執(zhí)行拋光，在這些未接觸拋光墊或以低的壓力接觸拋光墊的凹陷部分中可以促進強保護膜的生長，從而在凹陷部分上形成強的保護膜。然后提高所施加的電壓，以便執(zhí)行對凸起部分的拋光。以這種方式可以在凹陷部分的表面上有效地形成保護膜。在整體(bulk)拋光(拋光到剛要暴露阻擋膜之前)中，在例如不小于3.5V的高施加電壓下執(zhí)行拋光，以便提高拋光速率。通常，在電解拋光中，使用較高的施加電壓提供較高的拋光速率。然而，太高的施加電壓促進氣泡的生成，其將導(dǎo)致在所加工表面中形成凹坑和表面變粗糙。因此優(yōu)選使用不高于10V的施加電壓，尤其優(yōu)選不高于5V。在利用膜厚檢測傳感器74檢測到阻擋膜開始暴露時，將所施加電壓降低到1/10到3/4。這可以防止對互連結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電材料的過度拋光并可以減小對互連部分中互連材料的破壞。優(yōu)選地，在阻擋膜開始暴露之后所施加的電壓不高于整體拋光中所施加電壓的1/2。使用脈沖電壓使得能夠有效整平。例如，在通斷脈沖的情況下，在"通"的過程中蝕刻進行，而在"斷"過程中促進保護膜的形成。然而，當(dāng)在銅的電解拋光中使用脈沖電壓時，拋光速率將根據(jù)占空比顯著降低。例如，當(dāng)通/斷時間比為1:1時，即占空比為50%時，拋光速率降低大約一半。占空比(D)表示時間段的百分?jǐn)?shù)，在其過程中在每一脈沖電壓循環(huán)中將相對于加工電極的導(dǎo)電材料的電位保持為正，或者在脈沖電壓在正電位范圍內(nèi)周期性變化的情況中，占空比表示在其過程中脈沖電壓相對于平均電位為正的時間段的百分比，并且占空比可以通過以下公式確定-D二(Tp/Tt。t)X100(Tp:脈沖寬度，T城:周期)在高拋光速率為必須的整體拋光(拋光到剛要暴露阻擋膜之前)中，優(yōu)選使用直流電壓的連續(xù)波。另一方面，在阻擋膜已開始暴露之后的拋光中，優(yōu)選使用脈沖波形，一種電壓的降低和升高的循環(huán)，以便于防止例如銅的導(dǎo)電膜的快速溶解。有用的脈沖波形的例子包括如圖8A中所示的方波、如圖8B中所示的正弦波、如圖8C所示的斜波(鋸齒波)和三角波(未示出)。優(yōu)選從最低電位到最高電位的上升時間相對較長的正弦波、斜波和三角波，用于防止例如銅的導(dǎo)電材料的快速溶解。使用的脈沖波的上升時間優(yōu)選為1Us到ls。方波、三角波、斜波、信號波等中的最低電位可以為導(dǎo)電材料的相對于加工電極的負(fù)電位、零電位和正電位中任何一種。為了抑制氧氣泡的產(chǎn)生的目的，優(yōu)選負(fù)電位。然而，在當(dāng)其電位相對于加工電極為正時進行拋光的例如銅等導(dǎo)電材料的情況下，可以在導(dǎo)電材料的表面上沉積沉淀物，此外，將降低拋光速率。因此，優(yōu)選地，最低電位為零或正電位?；谒Ｄさ牧?、加工時間等可以適當(dāng)?shù)卮_定這些參數(shù)。優(yōu)選所施加的脈沖電壓的頻率與拋光墊在導(dǎo)電材料的特定部分之上通過通孔的周期不同步。這可以避免導(dǎo)電材料的所拋光表面中有未拋光部分，從而防止所拋光表面的均勻性降低。H.緩蝕劑的作用為了確定添加到電解液中的緩蝕劑的保護金屬的作用，使用能夠處理40mm直徑區(qū)域的芯片測試機執(zhí)行對銅的實驗性加工(拋光)。芯片測試機能夠控制銅的電極電位，并通過利用附著到加工臺的拋光墊拋光所暴露銅表面，同時在銅和加工電極(相對電極)之間施加電壓，來執(zhí)行對銅的加工。通過以250rpm(在離中心30mm的位置的線速度為0.78m/s)旋轉(zhuǎn)拋光臺，同時以0.5psi(35g/cm2)的壓力將拋光墊壓到具有銅表面的襯底樣品上，來執(zhí)行對銅的拋光。在加工過程中，銅的電流密度或電極電位保持恒定。甚至可以在拋光墊未接觸銅表面(壓力為Opsi)時，測量電流密度或電極電位。用于加工實驗的襯底樣品是具有銅膜的硅襯底(銅覆蓋晶片)，其具有以該順序形成的如下的表面層具有大約250rnn厚度的氧化物膜(Si02);具有30nm厚度的TaN阻擋金屬膜；具有100nm厚度的銅晶種膜；以及具有1500nm厚度的銅電鍍膜。表5示出對各種電解液的電流密度的測量結(jié)果，每一電解液都基于1M(mol/L)丙二酸和1.4M(mol/L)甲磺酸的混合物，包含如表5中所示的各種緩蝕劑和水溶性聚合物化合物，所述測量使用上述芯片測試裝置在銅的2[Vvs.Ag/AgCl]的恒定電極電位下執(zhí)行。在未執(zhí)行拋光(壓力為Opsi)和執(zhí)行拋光(壓力為0.5psi)兩種情況下執(zhí)行該測量。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage46</column></row><table>在表5中，縮寫MA表示丙二酸、MSA表示甲磺酸、BTA表示苯并三唑、并且APA表示聚丙烯酸銨。在表5中，百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)。如從表5中的數(shù)據(jù)的比較中將理解的那樣，在未執(zhí)行拋光(壓力0psi)的情況下，只包含緩蝕劑或包括緩蝕劑和水溶性聚合物化合物(編號2—12)的電解液顯示出比不包含這種添加劑的電解液(編號1)更低的電流密度。這表明當(dāng)緩蝕劑單獨使用或?qū)⑵渑c水溶性聚合物化合物一起使用時，其形成保護膜，從而抑制金屬的腐蝕(電解反應(yīng))。此外，如從與在執(zhí)行了拋光(壓力為0.5psi)的情況下的數(shù)據(jù)的比較中可以看出的那樣，電解液編號3-9的電流密度顯著低于電解液編號2的電流密度，說明前一電解液可以形成更能耐受墊的拋光的較強的保護膜。使用兩種電解液，每一種pH值為4且包括1M(mol/L)丙二酸和1.4M(mol/L)甲磺酸；0.49%的聚丙烯酸(平均分子量5000);0.7。％的甲醇；0.05%的表面活性劑(3-萘磺酸的甲醛縮合物)、MX2045L(kaoCorporation);以及0.5%的硅石研磨顆粒，一種包含作為緩蝕劑的5-甲基-lH-苯并三唑的液體和其他包含作為緩蝕劑的3-氨基-5-甲基-4H-l、2、4-三唑的液體，利用芯片測試裝置在40mA/cm2的電流密度和0.5psi的墊壓力下執(zhí)行對襯底樣品的拋光。用于該實驗的襯底樣品為4英寸銅電鍍的、具有形成在硅基底上的阻擋膜和銅膜的所構(gòu)圖的晶片(Sematech854AZ)。結(jié)果，使用這兩種電解液拋光的襯底樣品都具有好的光澤的加工表面。1.電解液的PH值的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露之前)使用圖6所示的電解拋光裝置，確定了電解液的pH值對形成在襯底樣品的表面不均勻處上的保護膜以及對互連部分中的碟陷的作用。用于該實驗的襯底樣品為4英寸銅電鍍的、具有形成在硅基底上的阻擋膜和銅膜的所構(gòu)圖的晶片(Sematech854AZ)。泡沫聚氨酯拋光墊(IC1000，由NittaHaasInc.制造)用于該實施例。電解拋光在如下條件下進行拋光壓力0.5psi(35g/cm2);拋光墊和工件(襯底W)的中心之間的相對速度1.6m/s;以及電解液的流動速度100ml/min。通過使用感應(yīng)針型斷面儀(ULVAC，Dektak3ST)執(zhí)行對表面不均勻性的測量。在上述的加工條件下，使用pH值分別為4、4.5和4.75的電解液執(zhí)行對襯底樣品的銅表面的電解拋光，每一電解液包括1M(mol/L)丙二酸和1.4M(mol/L)甲磺酸；0.3%的苯并三唑；0.6%的聚丙烯酸銨(平均分子量誦0);0.7%的甲醇;0.05%的表面活性劑(P_萘磺酸的甲醛縮合物)、MX2045L(kaoCorporation);以及0.05%的硅石研磨顆粒。在阻擋膜被暴露之前，即在互連部分之間殘留有銅時，測量每一晶片樣品的所加工表面的表面非均勻性。圖9A到圖9C示出測量結(jié)果。在各個附圖中，曲線(A)示出拋光之前樣品表面的截面形貌，而曲線(B)示出拋光后樣品表面的截面形貌。這對圖10到圖12也適用。如圖9A中所示，當(dāng)使用pH值為4的電解液執(zhí)行拋光時，在拋光過程中樣品的表面中的初始凹陷部分變成凸起形狀。這表示在初始拋光階段的過程中在凹陷部分上形成了強的保護膜。如圖9B中所示，在拋光過程中，使用pH值為4.5的電解液也將樣品的初始表面凹陷變成凸起形狀。雖然與pH值為4的電解液相比，pH值為4.5的電解液提供更平整的拋光表面，但是表面不均勻性的反轉(zhuǎn)(inversion)的程度較小。另一方面，如圖9C所示，在樣品的拋光中使用pH值為4.75的電解液，不會導(dǎo)致表面不均勻處的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這被認(rèn)為是由形成在初始凹陷上的保護膜的強度隨著電解液的PH值的增大而減小的事實所引起的。J.電解液的PH值的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露的情況下)確定了在互連部分之間的阻擋膜開始暴露的情況下，電解液的pH值對襯底的互連部分內(nèi)的碟陷的作用。使用圖6中所示的電解拋光裝置，以與上面標(biāo)題"電解液的pH值的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露之前)"下所述的相同的方式執(zhí)行電解拋光，區(qū)別在于使用pH值為4.3的電解液且電解液包括1M(mol/L)丙二酸和1.4M(mol/L)甲磺酸；0.3%的苯并三唑；0.49%的聚丙烯酸(平均分子量5000);0.7%的甲醇；0.05%的表面活性劑(P-萘磺酸的甲醛縮合物)、MX2045L(kaoCorporation);以及0.05%的硅石研磨顆粒，并執(zhí)行拋光直到暴露阻擋膜。在拋光之后以上述的方式執(zhí)行對晶片樣品的表面不均勻性的測量。圖10示出其結(jié)果。圖10中的數(shù)據(jù)說明銅膜通過形成在銅膜的相應(yīng)部分上的保護膜在互連部分之上保持凸起形狀，因此即使當(dāng)在互連部分之間阻擋膜己被暴露時，在互連部分中也不出現(xiàn)碟陷。K.所施加電壓的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露之前)使用圖6中所示的電解拋光裝置，以與上面標(biāo)題"電解液的pH值的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露之前)"下所述的相同的方式使用PH值為4.5的電解液執(zhí)行對晶片樣品的拋光，區(qū)別在于將拋光墊和晶片樣品的中心之間的相對速度從1.6m/s改變到0.8m/s，同時在加工電極和晶片的表面銅(導(dǎo)電材料)之間施加4V的電壓。以相同的方式(除了將所施加電壓改變到3V之外)執(zhí)行對晶片樣品的電解拋光，用于比較。對于各個樣品，以上述方法執(zhí)行對表面不均勻性的測量。圖IIA和圖IIB示出了其結(jié)果。如從圖IIA可以看出的那樣，在加工電極和樣品的表面銅(導(dǎo)電材料)之間施加4V的電壓時，所加工樣品中出現(xiàn)碟陷，而在施加降低的3V的電壓時沒有發(fā)現(xiàn)碟陷，但如圖11B所示，所加工的樣品中形成了凸起形狀部分。這被認(rèn)為是由于降低所施加電壓導(dǎo)致對保護膜的破損的防止，導(dǎo)致對碟陷(過度拋光)的防止。L.所施加電壓的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露的情況下)使用圖6中所示的電解拋光裝置，以與上面標(biāo)題"所施加電壓的作用(在互連部分之間的阻擋膜暴露之前)"下所述的相同的方式執(zhí)行對晶片樣品的拋光，區(qū)別在于將電解液的pH值從4.5改變到4.3并執(zhí)行拋光直到暴露阻擋膜，同時在加工電極和晶片的表面銅(導(dǎo)電材料)之間施加4V的恒定電壓。為了進行比較，在開始暴露阻擋膜的情況下以相同的方法(除了將所施加電壓降到一半(即2V)之夕卜)執(zhí)行對晶片樣品的電解拋光。對于各個晶片樣品，以上述方法執(zhí)行對表面不均勻性的測量。圖12A和圖12B示出了其結(jié)果。如從圖12A可以看出的那樣，在暴露阻擋膜的情況下，施加4V的恒定電壓時所加工樣品中出現(xiàn)過度拋光，然而如圖12B中所示，在初始施加4V電壓，然后在開始暴露阻擋膜之后施加降低的2V電壓的情況下，在樣品中防止了過度拋光。這被認(rèn)為是由于步進地施加電壓有效地防止了保護膜的破裂以及電場在阻擋膜和互連部分中的銅(互連材料)之間的界面處的集中。權(quán)利要求1、一種用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液，其由水溶液構(gòu)成，該水溶液包含至少一種有機酸或其鹽，至少一種具有磺酸基的強酸，緩蝕劑，以及水溶性聚合物化合物。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，其中所述有機酸具有羧基。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解液，其中所述有機酸還具有羥基。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中所述有機酸選自由乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、檸檬酸、丙烯三羧酸、乙醛酸、乙醇酸、乳酸、葡糖酸、羥基丁二酸、酒石酸和其混合物所構(gòu)成的組。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中所述有機酸的濃度為0.1重量％到80重量％。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中具有磺酸基的所述強酸選自由甲磺酸、苯磺酸、?；撬?、半胱磺酸、在烷基中具有1到6個碳的烷基苯磺酸、三氟甲磺酸、氟磺酸及其混合物所構(gòu)成的組。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中具有磺酸基的所述強酸8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中所述緩蝕劑是苯并三唑或其衍生物。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解液，其中所述緩蝕劑的濃度為0.001重量％到5重量％。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其中所述水溶性聚合物化合物選自由聚丙烯酸或其鹽、聚甲基丙烯酸或其鹽、聚乙二醇、聚異丙基丙烯酰胺、聚二甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚甲氧基乙烯、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯基吡咯垸酮和其混合物所構(gòu)成的組。11、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，其中所述水溶性聚合物化合物的濃度為0.005重量％到5重量％。12、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，還包括研磨顆粒。13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的電解液，其中所述研磨顆粒的濃度為O.01重量％到10重量％。14、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，還包括表面活性劑。15、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，其具有5到200mS/cm的電導(dǎo)率。16、根據(jù)權(quán)利要求15所述的電解液，其具有2到10的pH值。17、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解液，還包括導(dǎo)電材料，其與所述工件的表面導(dǎo)電材料相同，作為初始成分其量為0.001重量％到10重量Q丄18、一種用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液，基于所述電解液的重量，其包括(a)2重量％到80重量％的有機酸，(b)2重量％到20重量％的具有磺酸基的強酸，(c)0.01重量％到1重量％的緩蝕劑，(d)0.01重量％到1重量％的水溶性聚合物化合物，(e)0.01重量％到2重量％的研磨顆粒和(f)0.01重量％到1重量％的表面活性劑，并且該電解液具有2到10的pH值。19、一種用于拋光工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光方法，包括在所述導(dǎo)電材料和相對電極之間施加電壓，同時在存在根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液的情況下，利用拋光墊摩擦所述導(dǎo)電材料的表面。20、一種用于拋光工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光方法，包括在所述導(dǎo)電材料和相對電極之間施加電壓，同時在存在根據(jù)權(quán)利要求18所述的電解液的情況下，利用拋光墊摩擦所述導(dǎo)電材料的表面。21、一種用于以只去除位于互連部分外部的導(dǎo)電材料的方式，拋光并去除形成在工件的阻擋膜上的表面導(dǎo)電材料的電解拋光方法，所述工件具有由填充了所述導(dǎo)電材料的互連凹陷所構(gòu)成的所述互連部分，該方法包括在所述導(dǎo)電材料和相對所述導(dǎo)電材料設(shè)置的相對電極之間施加電壓，同時在存在電解液的情況下，利用拋光墊摩擦所述導(dǎo)電材料的表面；其中所述電解液由水溶液構(gòu)成，該水溶液包含(a)至少一種有機酸或其鹽，(b)至少一種具有磺酸基的強酸，(c)緩蝕劑和(d)水溶性聚合物化合物；以及其中通過包括以下步驟的工藝執(zhí)行所述拋光第一步驟，以比位于所述互連部分的外部的其他導(dǎo)電材料(ii)的拋光速率更低的拋光速率拋光位于所述互連部分上的導(dǎo)電材料(i)，使得所述導(dǎo)電材料(i)相對于所述導(dǎo)電材料(ii)變得突出，以及第二步驟，拋光所述導(dǎo)電材料(ii)直到暴露出所述阻擋膜，同時拋光所述突出的導(dǎo)電材料(i)。22、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中將所述電解液的pH值調(diào)整到3到4.5。23、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中所述電解液還包括研磨顆粒和表面活性劑。24、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中所述緩蝕劑為苯并三唑或其衍生物。25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的電解拋光方法，其中所述衍生物為5-甲基-lH-苯并三唑。26、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中所述緩蝕劑為3-氨基-5-甲基-4H-1，2，4-三唑。27、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中所述緩蝕劑為鉍硫醇或其衍生物。28、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中所述緩蝕劑為水楊醛或其衍生物。29、根據(jù)權(quán)利要求21所述的電解拋光方法，其中通過渦流的變化檢測剩余導(dǎo)電材料的膜厚度。全文摘要一種用于電解拋光的電解液，在施加低電壓時其可以提供具有高平整特性的加工表面，同時保證對導(dǎo)電材料的較高的加工速率，并且可以去除不必要的導(dǎo)電材料并暴露阻擋膜，而不導(dǎo)致碟陷、過蝕或阻擋膜和金屬(導(dǎo)電材料)之間的界面處的蝕刻。用于工件的表面導(dǎo)電材料的電解拋光的電解液由水溶液構(gòu)成，其包括至少一種有機酸或其鹽、至少一種具有磺酸基的強酸、緩蝕劑和水溶性聚合物化合物。文檔編號C25F3/00GK101168847SQ20071014827公開日2008年4月30日申請日期2007年9月4日優(yōu)先權(quán)日2006年9月4日發(fā)明者小寺章,小畠嚴(yán)貴,當(dāng)間康,齋藤孝行,鈴木作申請人:株式會社荏原制作所