TWI811315B - 半導體結構的形成方法與半導體製程系統 - Google Patents

Abstract

此處說明化學機械研磨的研磨液的形成方法，以及在含有金屬結構的基板上進行化學機械研磨製程的方法。化學機械研磨的研磨液之形成方法，可採用螯合劑助劑與抑制劑助劑的平衡濃度比例，此比例取決於基板的金屬材料電位。可依據化學機械研磨的研磨液之螯合劑助劑與抑制劑助劑的平衡濃度比例，在基板上進行化學機械研磨製程。

Description

半導體結構的形成方法與半導體製程系統

本發明實施例關於化學機械研磨液，與形成含有整合接點結構之半導體裝置所用的化學機械研磨製程，而整合接點結構具有下至半導體基板的金屬插塞接點。

一般而言，可進行化學機械研磨以自工件表面移除多餘的導電材料。舉例來說，在形成鰭狀場效電晶體裝置的接點插塞於工件的下方基板中時，其所用的電鍍製程可沉積導電材料於介電層的開口中並超填開口。除了移除多餘導電材料，化學機械研磨製程可平坦化工件表面，因此開口中的導電材料可形成接點插塞，其可隔離於介電層中。舉例來說，研磨墊可接觸工件表面的多餘導電材料，且兩者可相對旋轉以研磨移除多餘的導電材料。採用化學機械研磨的研磨液幫助此研磨製程，而研磨液可含助劑以助研磨製程，並幫助移除導電材料。

本發明一實施例提供之半導體結構的形成方法，包括：施加化學機械研磨的研磨液至工件的表面，其中化學機械研磨的研磨液之第一助劑的第一體積與第二助劑的第二體積具有一比例，當工件的導電材料之電位小於或等於臨界電位時，比例介於40%至100%之間且包含40%與100%，當工件的導電材 料之電位大於該臨界電位時，比例介於100%至140%之間且包含140%；以及採用化學機械研磨的研磨液，對工件的表面進行化學機械研磨程序。

本發明一實施例提供之方法包括：分配研磨液至基板表面上，基板包括導體，而研磨液包括第一體積的螯合劑助劑與第二體積的抑制劑助劑；以及採用研磨液在基板表面上進行化學機械研磨，其中第一體積與第二體積由螯合劑與抑制劑的比例定義如下：當導體材料電位小於或等於臨界電位時，螯合劑與抑制劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%；當導體材料電位大於臨界電位時，螯合劑與抑制劑的比例大於60%且小於或等於100%。

本發明一實施例提供之系統包括：儲槽，儲存含有第一體積的螯合劑助劑與第二體積的抑制劑助劑的研磨液，且第一體積與第二體積由螯合劑與抑制劑的比例所定義；以及化學機械研磨單位，設置以採用研磨液在基板表面上進行化學機械研磨程序，其中螯合劑與抑制劑的比例取決於基板中的導體材料電位。

H₁:第一高度

H₂:第二高度

In1:第一入口

In2:第二入口

In3:第三入口

In4:第四入口

In5:第五入口

P1:第一泵浦

P2:第二泵浦

P3:第三泵浦

V1:第一閥

V2:第二閥

V3:第三閥

W₁:第一寬度

W₂:第二寬度

100:工件

101:基板

103:層間介電層

105:導電充填材料

107:超填層

201:化學機械研磨的研磨液

203:導電材料原子

205:羧基型腐蝕抑制劑分子

207:羧基型金屬錯合物

209:螯合劑分子

211:螯合原子

305:苯型抑制劑分子

307:苯型金屬錯合物

401:氧化劑分子

403:氧化原子

411:螯合的氧化原子

500:半導體製程系統

520:測試系統

521:容器

523:孔洞分離器

525:第一溶液

527:第二溶液

529:參考電極

531:測試電極

533:電壓計

535:反應物氣體入口

537:反應性氣瓶

539:反應性氣體控制器

540:研磨液製備系統

541:來源槽

542:基本研磨液

543:混合槽

544:混合物

545:供給槽

547:第一助劑儲槽

549:第二助劑儲槽

551:第三助劑儲槽

560:化學機械研磨製程系統

580:控制單位

701:裝載鎖定室

705:清潔站點

707:高速率板

711:緩衝板

800:基體化學機械研磨製程

801:第一載體

803:第一研磨墊

807:研磨液分配系統

1000:緩衝化學機械研磨製程

1001:第二載體

1003:第二研磨墊

1007:化學機械研磨的研磨液分配器

1200:方法

1201、1203、1205、1207、1209、1211、1213:步驟

圖1係一些實施例中，包含基板的工件，而基板具有上方介電層與超填導電材料的接點開口。

圖2係一實施例中，在圖1的工件之導電材料的表面原子上作用之化學機械研磨的研磨液。

圖3係一實施例中，在圖1的工件之導電材料的表面原子上作用的化學機械研磨的研磨液。

圖4係一實施例中，在圖1的工件之導電材料的表面原子上作用的化學機械研磨的研磨液。

圖5係一些實施例中，確認形成圖1的工件所用的材料特性之測試系統。

圖6係一些實施例中，化學機械研磨的研磨液製備系統。

圖7係一些實施例中，化學機械研磨製程系統。

圖8係一些實施例中，在圖1之工件表面的基體化學機械研磨製程時，施加的化學機械研磨的研磨液。

圖9係一些實施例中，在基體化學機械研磨製程時，圖1的工件表面上作用的化學機械研磨的研磨液。

圖10係一些實施例中，在圖1之工件表面之緩衝化學機械研磨製程時，施加的化學機械研磨的研磨液。

圖11係一些實施例中，在緩衝化學機械研磨製程時，在圖1之工件表面上作用的化學機械研磨的研磨液。

圖12係一些實施例中，形成化學機械研磨的研磨液並在工件上進行化學機械研磨製程的方法之流程圖。

下述內容提供的不同實施例或實例可實施本發明的不同結構。下述特定構件與排列的實施例係用以簡化本發明內容而非侷限本發明。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸的實施例，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸的實施例。此外，本發明之多個實例可重複採用相同標號以求簡潔，但多種實施例及/或設置中具有相同標號的元件並不必然具有相同的對應關係。

此外，本發明實施例之結構形成於另一結構上、連接至另一結構、及/或耦接至另一結構中，結構可直接接觸另一結構，或可形成額外結構於結構及另一結構之間。此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下 方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。

本發明實施例關於化學機械研磨液，與形成含有整合接點結構之半導體裝置所用的化學機械研磨製程，而整合接點結構具有下至半導體基板的金屬插塞接點。然而實施例亦可用於其他金屬接點結構與其他化學機械研磨製程。

如圖1所示，工件100包含基板101、層間介電層103、與導電充填材料105。導電充填材料105可形成隔離於層間介電層103中的接點插塞，以及位於層間介電層103上的導電充填材料105之超填層107。然而工件100中可包含任何合適材料與任何合適數目的材料層。在一些實施例中，可採用一或多種化學機械研磨液，對工件100進行一或多道化學機械研磨製程。然而可在工件100上進行任何次數的合適化學機械研磨製程，其採用任何合適研磨液。

基板101可包含基體矽、摻雜或未摻雜、或絕緣層上半導體基板的主動層。一般而言，絕緣層上半導體基板包含半導體材料層如矽、鍺、矽鍺、絕緣層上矽、絕緣層上矽鍺、或上述之組合。其他可用基板包含多層基板、組成漸變基板、或混合取向基板。

此外，基板101可包含主動裝置形成於基板101中。如本技術領域中具有通常知識者所知，多種主動裝置與被動裝置如電晶體、電容、電阻、上述之組合、或類似物可用於產生半導體裝置所用設計的功能需求與所需結構，且其形成方法可採用任何合適方法。舉例來說，一些實施例的主動裝置可為鰭狀場效電晶體裝置，其中半導體材料的鰭狀物具有閘極堆疊於其上，淺溝槽隔離區形成於鰭狀物之間，而源極/汲極區形成於閘極堆疊之兩側上的鰭狀物中。

層間介電層103可形成於基板101上，以提供基板101與基板101上的金屬化層(比如重佈線層、外部接點層、及/或外部接點、或類似物)之間的電性隔離。層間介電層103可為介電膜。層間介電層103可具有平坦化的表面，且組成可為介電材料如摻雜會未摻雜的氧化矽、氮化矽、摻雜的矽酸鹽玻璃、其他高介電常數材料、上述之組合、或類似物。在一實施例中，層間介電層103包含的材料可為硼磷矽酸鹽玻璃，但亦可為任何合適的介電物。層間介電層103的形成方法可採用製程如化學氣相沉積、物理氣相沉積、或電漿增強化學氣相沉積，但亦可採用其他製程如低壓化學氣相沉積。

在形成層間介電層103之後，一些實施例可採用化學機械研磨製程平坦化層間介電層103。然而可採用任何其他合適的平坦化製程，以減少層間介電層103至所需高度，並提供層間介電層103所用的平坦輪廓。在一實施例中，層間介電層103的厚度可具有第一高度H₁，其介於約10nm至約50nm之間，比如約20nm。然而可採用任何合適厚度。

一旦形成層間介電層103，可形成接點插塞開口穿過層間介電層103，以露出基板101面向層間介電層103的表面上之接點區。在一些實施例中，基板101之表面上的這些接點區可為基板101之主動裝置(如鰭狀場效電晶體裝置)的源極/汲極區或閘極之接點。在其他實施例中，基板101之表面上的接點區可為重佈線層的接點，其可電性耦接至基板101之主動裝置的源極/汲極區或閘極。

在一實施例中，接點插塞開口的形成方法可採用合適的光微影遮罩與蝕刻製程。然而可採用任何合適製程以形成接點插塞開口。此外，一些實施例可形成不同組的接點插塞開口，其具有不同寬度。舉例來說，第一組接點插塞開口在與基板101相對的層間介電層103的表面可具有第一寬度W₁，而第二組接點插塞開口在與基板101相對的層間介電層103的表面可具有第二寬度W₂。在一實施例中，第一寬度W₁可介於約10nm至約30nm之間(比如約20nm)，而第二 寬度W₂可介於約10nm至約300nm之間(比如約240nm)。然而可採用任何合適寬度。在其他實施例中，接點插塞開口可具有相同寬度。

一旦形成接點插塞開口，可沉積接點插塞黏著層(如膠)於接點插塞開口中。在一實施例中，可採用接點插塞黏著層，以黏著接點插塞(一旦形成)至下方結構(比如基板101之表面上的接點區)。在一些實施例中，接點插塞黏著層可包含導電材料如釕、鎢、氮化鈦、氮化鉭、或類似物，且其形成方法採用的製程可為化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、物理氣相沉積、原子層沉積、或類似方法。然而可採用任何合適的導電材料與沉積製程。

接點插塞開口的保留部份可填入導電充填材料105以接觸接點插塞黏著層，進而提供電性連接以穿過層間介電層103至基板101。在一些實施例中，此處的導電充填材料105可參考鈷、銅、鎢、鈦、或其他金屬膜，但任何合適材料如氮化鎢、鋁、銀、金、銠、鉬、鎳、鎘、鋅、上述之合金、上述之組合、或類似物亦可用於導電充填材料105。導電充填材料105形成於接點開口中的方法，可採用製程如鍍製(比如電鍍或無電鍍)、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、上述之組合、或類似方法。在一實施例中，可沉積導電充填材料105以超填接點開口，因此位於層間介電層103上的導電充填材料105之超填層107具有第二高度H₂。在一實施例中，第二高度H₂可介於約10nm至約30nm之間，比如約20nm。然而可採用任何合適高度。

一旦導電充填材料105達到所需高度，則準備對工件100進行後續的化學機械研磨移除製程。在此處所述的一實施例，可依據工件100的導電充填材料105之性質，以及後續進行的化學機械研磨移除製程製備化學機械研磨的研磨液，因此可最小化金屬腐蝕與金屬離子再沉積於工件100的表面上之問題。

如圖2所示，在對工件100的表面進行化學機械研磨製程時，可施加化學機械研磨的研磨液201以利移除導電充填材料105的部份。依據此處所述 的實施例，化學機械研磨的研磨液201可包含一或多個磨料、界面活性劑、溶劑、及/或助劑，其有助於在工件100的表面上進行後續的化學機械研磨移除製程。

化學機械研磨的研磨液201中的磨料可為任何合適粒子或其組合，其可搭配第一研磨墊803以幫助快速機械地移除導電充填材料105的超填層107。磨料對導電充填材料105的研磨速率較高，並對層間介電層103的介電材料(如氧化物膜)的研磨速率較低。在一實施例中，磨料可為氧化矽。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201包含的化學機械研磨的研磨液磨料種類，可包括膠態二氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化鈦、或氧化鋯，且化學機械研磨的研磨液磨料之主要粒徑可介於約30nm至約100nm之間，比如約60nm。然而亦可採用任何其他合適磨料如氧化鋁、氧化鈰、氧化鈦、多晶鑽石、聚合物粒子(如聚甲基丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸)、上述之組合、或類似物，其完全包含於本發明實施例的範疇中。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201中的磨料濃度可介於化學機械研磨的研磨液201之約0.1wt%至約10wt%之間，比如化學機械研磨的研磨液201之約4wt%。

界面活性劑可用於幫助分散化學機械研磨的研磨液201中的磨料與其他助劑，亦可在化學機械研磨製程時避免磨料聚集。在一實施例中，界面活性劑可包含聚丙烯酸的鈉鹽、油酸鉀、磺基琥珀酸酯、磺基琥珀酸酯衍生物、磺酸化胺、磺酸化醯胺、醇的硫酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、羧化醇、烷基胺基丙酸、烷基亞胺基二丙酸、上述之組合、或類似物。然而這些實施例並非用於侷限至這些界面活性劑，且可採用任何合適的界面活性劑作為第一界面活性劑。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201之界面活性劑濃度可介於化學機械研磨的研磨液201之約0.1wt%至約5wt%之間，比如化學機械研磨的研磨液201之約1wt%。

溶劑可與磨料、界面活性劑、與助劑合併使用，以在化學機械研 磨製程時分散並分配混合物。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201之溶劑可為去離子水或醇類。然而亦可採用其他合適溶劑。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201之溶劑濃度可介於化學機械研磨的研磨液201的約80重量%至約99重量%之間，比如化學機械研磨的研磨液201的約98wt%。舉例來說，水可作為溶劑，而化學機械研磨的研磨液201中的水濃度可介於化學機械研磨的研磨液201之總量的約0.1wt%至約3.0wt%之間。

具體而言，圖2顯示化學機械研磨的研磨液201之多個助劑，其作用於工件100的表面之導電充填材料105之多個導電材料原子203(如金屬離子)上。化學機械研磨的研磨液201可包含一或多個助劑，其包括抑制劑助劑(如化學機械研磨抑制劑)、螯合劑助劑、反應物助劑、pH值調整劑助劑、與類似物。舉例來說，將磨料物種加入研磨液有利於機械地移除導電充填材料105的露出表面。在一些實施例中，添加螯合劑助劑及/或反應物助劑至化學機械研磨的研磨液201，可增進研磨移除速率，並經由氧化反應及/或形成金屬錯合物以加速移除導電充填材料105的金屬離子。在一些實施例中，工件100的導電充填材料105具有多個凹陷區，並可添加抑制劑助劑至研磨液中，以抑制導電層中的凹陷區腐蝕。在一些實施例中，pH調整劑調整研磨液的pH值的方式，為添加鹼或添加酸劑以精準控制pH值於2至14之間。在一實施例中，可添加氧化劑至研磨液中，以促進氧化劑與基板的金屬層之間的化學反應，進而增進研磨移除速率。在一實施例中，工件100的導電層具有多個凹陷區，並可添加抑制劑助劑至研磨液，以抑制導電層中的凹陷區腐蝕。因此在一些實施例的化學機械研磨製程時，多種助劑有助於改善化學機械研磨的研磨液201之效能，比如避免碟化及/或避免金屬離子再沉積。

在一些實施例中，化學機械研磨的研磨液201亦可包括腐蝕抑制助劑，其含有羧基型抑制劑，端視導電充填材料105的性質而定。腐蝕抑制劑適於 避免導電充填材料105的腐蝕。以圖2為例的一些實施例中，化學機械研磨的研磨液201可包含羧基型腐蝕抑制劑助劑，其包含多個羧基型腐蝕抑制劑分子205(如抑制劑)。多個羧基型腐蝕抑制劑分子205可與多個導電材料原子203的單一原子鍵結，以形成多個羧基型金屬錯合物207。羧基型金屬錯合物207有助於抵抗多個導電材料原子203的一些移除，以在化學機械研磨製程時避免導電充填材料105產生不想要的腐蝕(如碟化)。在一實施例中，多個羧基型腐蝕抑制劑分子205可包含短碳鏈(比如碳數小於或等於20)的抑制劑，其包含的官能基可為磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、或類似物。然而可採用任何合適的羧基型腐蝕抑制劑助劑。

如圖2所示，化學機械研磨的研磨液201可包含適於移除導電充填材料105的螯合助劑。螯合助劑可增進化學機械研磨的研磨液201之研磨移除速率。舉例來說，一些實施例的化學機械研磨的研磨液201可包含胺基螯合助劑，其包含多個螯合劑分子209(如螯合劑)。在一些實施例中，用於螯合助劑的胺基可包含一級、二級、與三級胺基(如甘氨酸、丙氨酸、組氨酸、離胺酸、上述之衍生物、或類似物)，見這些例子與其他例子所用的表1與表2。然而可採用任何合適的胺基螯合助劑。

圖2亦顯示多個螯合劑分子的單一螯合劑分子可鍵結或連結至多個導電材料原子203，以形成多個螯合原子211。一旦形成多個螯合原子211，化學機械研磨製程時可移除螯合原子211，以自導電充填材料105的表面有效移除多個導電材料原子203。多個螯合劑分子209可自導電充填材料105的表面，移除至少一些導電材料原子203。如此一來，一實施例的多個螯合劑分子209可自導電充填材料105移除一個原子厚之導電材料原子203，以在化學機械研磨製程時高度控制導電材料充填材料105的移除步驟，並避免金屬離子的再沉積。

如圖3所示，其他實施例之化學機械研磨的研磨液201可包括腐蝕抑制劑助劑，其含有苯型腐蝕抑制劑，端視導電充填材料105的性質而定。苯型腐蝕抑制劑適於避免導電充填材料105的腐蝕。以圖3為例，苯型腐蝕抑制劑包含多個苯型抑制劑分子305。多個苯型抑制劑分子305可與多個導電材料原子203的原子鍵結，以形成多個苯型金屬錯合物307。苯型金屬錯合物307有助於抵抗或抑制多個導電材料原子203的一些移除，以在化學機械研磨製程時高度控制導 電充填材料105的移除。在一實施例中，苯型腐蝕抑制劑可包含三唑如1,2,4-三唑、苯并三唑(BTA)、具有磷酸鹽基(保護基板膜作用)的烷類(碳數介於約1至20)、或類似物。然而可採用任何合適的苯型腐蝕抑制劑。

圖4係一些實施例中，可添加至化學機械研磨的研磨液201，以助移除導電充填材料105的反應物助劑(如氧化劑)，其包含多個氧化劑分子401。多個氧化劑分子401可與多個導電材料原子203之單一原子反應形成多個氧化原子403。如此一來，多個螯合劑分子209可簡單鍵結或連結至氧化原子403之一，以形成多個螯合的氧化原子411(比如氧化螯合)。一旦形成多個螯合的氧化原子411，化學機械研磨製程時可移除螯合的氧化原子411以增進化學機械研磨的研磨液201之研磨移除速率，並有效加速自導電充填材料105的表面移除多個導電材料原子203的速率。

氧化的金屬比相同材料之純金屬軟。因此在工件100的化學機械研磨製程時，與自導電充填材料105移除純金屬原子所需的機械力相較，移除導電充填材料105之多個氧化原子403所需的機械力較低。如此一來，在對導電充填材料105進行相同的化學機械研磨製程時，與多個導電材料原子203的單一導電材料原子相較，多個氧化原子403的單一原子更易與多個螯合劑分子209的單一螯合劑分子形成多個螯合的氧化原子411。由於氧化原子403的單一原子更易於與多個螯合劑分子209的單一螯合劑分子形成金屬錯合物，化學機械研磨製程時所需的螯合劑量可較少，及/或化學機械研磨製程時所需的機械力可較低。

舉例來說，一實施例的導電充填材料105包含鈷，而反應物助劑可包含過氧化氫如多個氧化劑分子401。如此一來，多個過氧化氫分子可與導電充填材料105的鈷材料之單一原子反應，以形成鈷材料的氧化原子403，且多個螯合劑分子209可輕易鍵結或連結至鈷材料的氧化原子403之一，以形成多個螯合的氧化原子411。一旦形成鈷材料的多個螯合的氧化原子411，則化學機械研磨 製程時可輕易移除螯合的氧化原子411，以自導電充填材料105的表面有效移除鈷材料的多個導電材料原子203。

雖然上述例子採用過氧化氫，但應理解可採用任何其他合適的反應物助劑，以與導電充填材料105的一或多種材料反應並幫助移除電充填材料105的一或多種材料。一些其他合適的反應物可包含硝酸化合物如硝酸鐵、硝酸鉀、上述之衍生物、或類似物。其他合適的反應物包含但不限於羥基胺、過碘酸、過硫酸銨、其他過碘酸鹽、碘酸鹽、過氧單硫酸鹽、過氧單硫酸、過硼酸鹽、丙二醯胺、上述之組合、或類似物。然而這些實施例並非侷限於這些反應物助劑，且可採用任何合適的反應物助劑。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201中的反應物助劑包括多個氧化劑分子401，其為化學機械研磨的研磨液201之約0.05wt%至約20wt%之間，比如化學機械研磨的研磨液201之約0.40wt%。然而可採用任何合適的反應物助劑濃度。

可添加反應物助劑至化學機械研磨的研磨液201，以軟化導電充填材料105。如此一來，軟化的導電充填材料105之氧化原子403，比導電充填材料105的硬化材料之導電材料原子203更易移除。因此與不使用反應物助劑的化學機械研磨製程(用以移除工件100之導電充填材料105的硬化材料之導電材料原子203)所需的機械力相比，使用反應物助劑的化學機械研磨製程(用以移除工件100之軟化的導電充填材料105之氧化原子403)依賴較大程度的化學力且所需的機械力較低。此外，與移除導電充填材料105的硬化材料之導電材料原子203所需的螯合劑助劑量相較，移除軟化的導電充填材料105的氧化原子403所需的螯合劑助劑量較少。在一些實施例中，在移除導電充填材料105之軟化材料的氧化原子403之化學機械研磨製程時，用於化學機械研磨的研磨液201的螯合劑助劑濃度 可介於約0.1wt%至約10wt%之間(比如約3wt%)，其可低於未採用反應物助劑移除導電充填材料105的硬化材料之導電材料原子203之化學機械研磨製程時，用於化學機械研磨的研磨液201之螯合劑助劑濃度。

可將其他助劑混合至化學機械研磨的研磨液201中。舉例來說，可添加pH調整助劑(如鹼劑及/或酸劑)至化學機械研磨的研磨液201，以精準控制化學機械研磨的研磨液201的pH等級。在一些實施例中，pH調整助劑用於精準控制化學機械研磨的研磨液201之pH等級，使其維持在約2至14之間。然而可採用任何合適的pH等級。一些合適的pH調整助劑例子可包含但不限於硝酸、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化四乙基銨、氫氧化銨衍生物、或類似物。然而可採用任何合適的pH調整助劑。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201中的pH調整助劑濃度，可介於化學機械研磨的研磨液201之約0重量%至約10重量%之間，比如化學機械研磨的研磨液201之約4重量%。

如圖5所示，半導體製程系統500包含測試系統520、研磨液製備系統540、化學機械研磨製程系統560、與控制單位580。半導體製程系統500可設置為測試材料(比如形成工件100所用的導電充填材料105)，以確認測試材料的一或多個性質。半導體製程系統500亦可設置為依據測試材料的一或多個確認的性質，製備化學機械研磨的研磨液201。一旦製備化學機械研磨的研磨液201，半導體製程系統500可設置以在工件100的化學機械研磨製程時，採用化學機械研磨的研磨液201。

在一實施例中，測試系統520可設置以測試工件100的導電充填材料105，以確認導電充填材料105的一或多個特性(如電位(Ev))。如圖5所示，測試系統520可包含容器521，其具有孔洞分離器523以分離第一溶液525(如硫酸) 與第二溶液527(如Mz⁺¹，而Mz⁺¹可為Ag⁺)。測試系統520亦可包括含有第一材料如鉑的參考電極529，以及含有用於導電充填材料105的第二材料如銅之測試電極531。測試系統520亦可包含電壓計533(如熱阻電壓計)，其連接於參考電極529與測試電極531之間。電壓計533可設置以量測穿過參考電極529與測試電極531的電壓，其為參考電極529的材料與第一溶液525之間的化學反應結果，與測試電極531與第二溶液527之間的化學反應結果。

在一些實施例中，測試系統520亦可包含反應物氣體入口535，以釋放反應性氣體至具有參考電極529的第一溶液525中。在一實施例中，參考電極529中所含的第一材料可為鉑，且反應性氣體可為氫氣，其可解離成H⁺。然而可選用任何合適的反應性氣體搭配參考電極529中所含的任何合適材料。可自反應性氣瓶537提供反應性氣體，且反應性氣瓶537經由反應性氣體控制器539連接至反應物氣體入口535。反應性氣體控制器539可設置以維持反應性氣體的壓力與溫度。在一實施例中，反應性氣體為氫氣，且反應性氣體的壓力可維持在高於或等於1atm，而反應性氣體的溫度可維持在298K或約25℃。然而反應性氣體控制器539可維持任何合適壓力與任何合適溫度，端視選擇的反應性氣體而定。經由控制單位580可控制反應性氣體控制器539，且控制單位580可設置為讀取電壓計533所偵測的電壓。在其他實施例中，可依參考電極529中所含的第一材料，控制反應性氣體控制器539以不釋放反應性氣體至第一溶液525中。

在一些實施例中，測試系統520可設置為依據電壓計533偵測的電壓，確認形成工件100所用的導電充填材料105之材料的電位(Ev)。舉例來說，一實施例之工件100的導電充填材料105可包括含鈷材料。如此一來，可選擇含鈷材料以用於測試電極531，且可選擇含鉑材料以用於參考電極529。如此一來，參考電極529可置於孔洞分離器523的第一側上之容器521內的第一溶液525(比如硫酸)中，而測試電極531可置於孔洞分離器523的第二側上之容器521內的第二 溶液527(比如Mz⁺¹，其中Mz⁺¹指的是與鈷反應所用的Ag⁺溶液)中。

此外，控制單位580可引導反應性氣體控制器539，以自反應物氣體入口535釋放反應性氣體至第一溶液525(如硫酸)中，以與參考電極529的含鉑材料反應。隨著參考電極529的含鉑材料與第一溶液525及反應性氣體反應，且測試電極531的含鈷材料與第二溶液527(比如Mz⁺¹，其中Mz⁺¹指的是與Ag⁺)反應，電壓計533可量測電極產生的電壓，即這些材料之間產生的電化學反應結果。控制單位580可設置為讀取電壓計533量測的電壓，並可依據量測的電壓確認含鈷材料的電位(Ev)。舉例來說，當測試電極531的鈷與第二溶液反應時，發生鈷材料的還原反應(如Co²⁺ _(aq)+2e^-

Co_(s))，因為導電充填材料105的含鈷材料電位為約-0.28V。

在另一實施例中，工件100的導電充填材料105可包括含銅材料。如此一來，含銅材料可用於測試電極531，且測試電極531可置於孔洞分離器523的第二側上之容器521內的第二溶液527(比如Mz⁺¹，其中Mz⁺¹指的是與銅反應所用的Ag⁺溶液)中。如上述例子，控制單位580可讀取電壓計533量測的電壓，並可依據量測的電壓確認含銅材料的電位(Ev)。舉例來說，當測試電極531的銅與第二溶液反應時，發生銅材料的還原反應(如Cu²⁺ _(aq)+2e^-

Cu_(s))，因為導電充填材料105的含銅材料電位為約+0.34V。

在其他實施例中，工件100的導電充填材料105可包括含鎢材料。如此一來，含鎢材料可用於測試電極531，而合適溶液(比如Mz⁺¹，其中Mz⁺¹指的是與鎢反應所用的Ag⁺溶液)可作為測試系統520中的第二溶液527。如上述例子，控制單位580可確認含鎢材料的電位為約-0.12V。此外，一些實施例的工件100之導電充填材料105可包括含鈦材料。如此一來，含鈦材料可用於測試電極531，而合適溶液(比如Mz⁺¹，其中Mz⁺¹指的是與鈦反應所用的Ag⁺溶液)可作為測試系統520中的第二溶液527。如上述例子，控制單位580可確認含鈦材料的電位為 約-1.6V。

具有較低電位Ev(比如Ev

-0.25V)的金屬膜，指的是更易腐蝕的金屬膜。在一實施例中，金屬膜的電位Ev小於或等於-0.25V，而螯合劑與抑制劑的比例介於0%至60%之間，以避免金屬腐蝕的問題(比如化學機械研磨時的碟化)。

具有較高電位Ev(比如Ev>-0.25V)的金屬膜，指的是更易發生金屬離子再沉積至金屬膜。在一實施例中，金屬膜的電位Ev大於-0.25V，而螯合劑與抑制劑的比例介於60%至100%之間，以避免金屬離子再沉積的問題(比如化學機械研磨之後，金屬離子仍保留於基板表面上)。

雖然上述例子針對鈷、銅、鎢、與鈦，但應理解任何合適的導電材料可作為工件100的導電充填材料105，而與含有合適導電材料的測試電極531反應的任何合適溶液亦可作為測試系統520。然而測試系統520可採用任何合適的導電材料。

一旦控制單位580確認測試材料的電位(Ev)，控制單位580可依測試材料(如導電充填材料105)的確認電位，決定螯合劑與抑制劑的比例。螯合劑與抑制劑的比例指的是螯合劑助劑的量(如ppm)與抑制劑助劑的量(如ppm)之間的比例。舉例來說，添加至化學機械研磨的研磨液之抑制劑助劑，可為含有多個羧基型腐蝕抑制劑分子205的羧基型腐蝕抑制劑助劑，或者含有多個苯型抑制劑分子305的苯型腐蝕抑制劑。

在一些實施例中，可依確認的螯合劑與抑制劑的比例，混合螯合劑助劑與抑制劑助劑於化學機械研磨的研磨液201中。在化學機械研磨移除時，確認的螯合劑與抑制劑的比例可提供螯合劑助劑與抑制劑助劑的濃度，以達導電充填材料105的腐蝕與移除速率以及導電充填材料105的金屬離子再分佈速率之間的平衡，進而達到較高良率並限制良率損失。

在一些實施例中，不採用反應物助劑(如金屬氧化劑)製備化學機 械研磨的研磨液201。在這些例子中，第一螯合劑與抑制劑的比例可取決於下式：當電位

-0.25V時，40%

第一螯合劑與抑制劑的比例

100%；當電位>-0.25V時，100%<第一螯合劑與抑制劑的比例

140%。

在其他實施例中，可採用反應物助劑(如金屬氧化劑)製備化學機械研磨的研磨液201。在這些其他例子中，第二螯合劑與抑制劑的比例可取決於下式：當電位

-0.25V時，0%

第二螯合劑與抑制劑的比例

60%；當電位>-0.25V時，60%<第二螯合劑與抑制劑的比例

100%。

在一實施例中，在導電充填材料105含有鈷材料，導電充填材料的電位(Ev)確認為約-0.28V，且反應物助劑用於化學機械研磨的研磨液201中，則螯合劑與抑制劑的比例擇自約0%至約60%之間，比如約40%至60%之間。在一實施例中，當導電充填材料105含銅材料，導電充填材料的電位(Ev)確認為約+0.34V，且反應物助劑用於化學機械研磨的研磨液201中，則螯合劑與抑制劑的比例擇自約60%至約100%之間，比如約70%至80%之間。其他金屬膜之螯合劑與抑制劑的比例大於約50%並小於或等於60%。

一旦決定螯合劑與抑制劑的比例，可採用螯合劑與抑制劑的比例混合適量(如ppm)的螯合劑助劑與適量(如ppm)的抑制劑助劑至化學機械研磨的研磨液201中，以製備化學機械研磨的研磨液201。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201中的螯合劑助劑與抑制劑助劑之總濃度，可介於化學機械研磨的研磨液201之約0.1wt%至約10wt%之間，比如化學機械研磨的研磨液201之約5wt%。

圖6顯示一些實施例中的研磨液製備系統540。舉例來說，研磨液製備系統540可依據控制單位580所確認的導電充填材料105的一或多個特性(如電位(Ev))，製備化學機械研磨的研磨液201。研磨液製備單位540在對工件100進 行化學機械研磨製程時，可分佈化學機械研磨的研磨液201至化學機械研磨製程系統560。在一實施例中，研磨液製備系統540可包含來源槽541、混合槽543、與供給槽545。

來源槽541可含基本研磨液542。在控制單位580的控制下，並響應確定用於化學機械研磨的研磨液201中的螯合劑與抑制劑的比例，可經由第一泵浦P1供給第一用量的基本研磨液542，並經由第一入口In1分配基本研磨液542至混合槽543中。

在一些實施例中，控制單位580亦可設置為確認適用於化學機械研磨的研磨液201之含有多個螯合劑分子209的螯合助劑，端視導電充填材料105的性質與特性(如電位Ev)而定。此外，控制單位580可設置為依據螯合劑與抑制劑的比例以及基本研磨液的第一用量，計算與基本研磨液542混合的螯合助劑之第二用量。一旦計算出第二用量，控制單位580可設置以控制第一閥V1以自第一助劑儲槽547供給第二用量的螯合助劑，並經由第二入口In2分配螯合助劑至混合槽543中。

此外，控制單位580亦可設置以確認適用於化學機械研磨的研磨液201之抑制劑助劑，端視導電充填材料105的性質與特性(如電位(Ev))而定。控制單位580亦可設置為依據螯合劑與抑制劑的比例，計算與基本研磨液542混合之抑制劑助劑(比如含有多個羧基型腐蝕抑制劑分子205的羧基型腐蝕抑制劑助劑)的第三用量。一旦計算出第三用量，控制單位580可設置為控制第二閥V2以自第二助劑儲槽549供給第三用量的螯合助劑，並經由第三入口In3分配抑制劑助劑至混合槽543中。

在一些實施例中，控制單位580亦可設置以確認適用於化學機械研磨的研磨液201之反應物助劑(如氧化助劑)，端視導電充填材料105的性質與特性(如電位(Ev))及/或移除導電充填材料105所需的速率而定。如此一來，控制單位 580亦可設置為依據螯合劑與抑制劑的比例與基本研磨液542的第一用量，計算與基本研磨液542混合之反應物助劑的第四用量。一旦計算出第四用量，控制單位580可設置為控制第三閥V3以自第三助劑儲槽551供給第四用量的反應物助劑，並經由第四入口In4分配反應物助劑至混合槽543中所含的混合物544。在其他實施例中，可不添加反應物助劑至混合槽543中所含的混合物544。

在未偏離此處所述的實施例之情況下，可添加其他助劑至混合物544中，以形成化學機械研磨的研磨液201。舉例來說，一些實施例可採用pH等級調整助劑，維持化學機械研磨的研磨液201之pH值於約2至14之間。然而可採用任何合適的pH等級。此外，可在未偏離此處所述的實施例的情況下，提供一或多個磨料、界面活性劑、及/或助劑於來源槽541中所含的基本研磨液542中，及/或分配一或多個磨料、界面活性劑、及/或助劑至混合槽543中所含的混合物544中。控制單位580亦可設置以控制混合槽543中進行的混合步驟，包括自混合物544形成化學機械研磨的研磨液201時，控制混合一或多個磨料、界面活性劑、溶劑、及/或助劑的溫度、壓力、與時間。

一旦完成混合，可經第二泵浦P2自混合槽543傳輸化學機械研磨的研磨液201，並經由第五入口In5分配化學機械研磨的研磨液201至供給槽545中。一旦工件100準備好進行採用化學機械研磨的研磨液201的化學機械研磨製程，即可經由控制單位580控制下的第三泵浦P3，自供給槽545提供化學機械研磨的研磨液201至化學機械研磨製程系統560。

如圖7所示的實施例，化學機械研磨製程系統560設置為採用化學機械研磨的研磨液201進行化學機械研磨製程，以利無腐蝕且無離子再沉積的化學機械研磨製程，用於自工件100的表面移除導電充填材料105的部份。如圖7所示，化學機械研磨製程系統560可包含裝載鎖定室701、清潔站點705、高速率板707、與緩衝板711。裝載鎖定室701可用於裝載工件100至化學機械研磨製程系 統560中。一旦完成化學機械研磨製程，裝載鎖定室701即卸載工件100。高速率板707可用於以較高的研磨速率(如基體研磨速率)研磨並移除導電充填材料105，而緩衝板711可用於研磨與移除層間介電層103的材料，並可修復移除導電充填材料105時所產生的缺陷與刮痕。

如圖8所示，採用化學機械研磨的研磨液201與高速率板707，在工件100上進行基體化學機械研磨製程800。在一實施例中，工件100可經由裝載鎖定室701裝載至化學機械研磨製程系統560中，並傳送至高速率板707以進行基體化學機械研磨，可移除導電充填材料105的超填層107。一旦在高速率板707，工件100可連接至第一載體801，且高速率板707面對導電充填材料105的表面(與工件100朝向連接至高速率板707的第一研磨墊803之外側表面一致)。

第一研磨墊803可為硬研磨墊，其可用於導電充填材料105的超填層107之較快的基體化學機械研磨。在一實施例中，第一研磨墊803可為聚氨酯或與填料混合的聚氨酯之單層或複合層，其硬度可大於或等於Shore D硬度50。第一研磨墊803的表面可為粗糙表面，其具有多個微孔於其中。然而任何其他合適的研磨墊可用於進行導電充填材料105的超填層107之基體移除(如圖1所示)。

在基體化學機械研磨製程時，第一載體801可將工件100的導電充填材料105之表面壓向第一研磨墊803。工件100與第一研磨墊803彼此相對旋轉，其可朝相同方向旋轉或朝相反方向旋轉。藉由使第一研磨墊803與工件100彼此相對旋轉，第一研磨墊803可機械地研磨移除導電充填材料105，以實現基體化學機械研磨移除導電充填材料105的超填層107。此外，一些實施例的第一載體801可沿著第一研磨墊803的半徑向前或向後移動工件100。

此外，採用化學機械研磨的研磨液201有助於第一研磨墊803的機械研磨，且可經由研磨液分配系統807將化學機械研磨的研磨液201分配至第一研磨墊803上。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201可包含一或多種磨料 、界面活性劑、溶劑、螯合劑分子209、羧基型腐蝕抑制劑分子205、及/或氧化劑分子401，其適於自工件100的外側表面較快地移除導電充填材料105的超填層107。在一實施例中，導電充填材料105的總高度可減少超填層107的第二高度H₂，以達層間介電層103的第一高度H₁。如此一來，導電充填材料105的接點插塞可隔離於層間介電層103中，且工件100的新外側表面可與導電充填材料105的接點插塞表面以及層間介電層103的表面共平面(高度為第一高度H₁)。在一實施例中，第一高度H₁可介於約10nm至約50nm之間(比如約20nm)，而第二高度H₂可介於約10nm至約30nm之間(比如約20nm)。

除了上述的磨料、界面活性劑、與溶劑，化學機械研磨的研磨液201亦可包含一或多種抑制劑助劑、螯合劑助劑、及/或反應物助劑，且每一助劑適於高度控制導電充填材料105的移除。如上所述，可依據此處所述的實施例之抑制劑助劑的第一用量、控制單位580依工件100的導電充填材料105之電位確認的螯合劑與抑制劑的比例而定的螯合劑助劑的第二用量、及/或反應物助劑的第三用量，製備化學機械研磨的研磨液201。如此一來，在採用化學機械研磨的研磨液201之基體化學機械研磨製程時，可最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積於工件100之表面上等現象。

一旦完成混合，化學機械研磨的研磨液分配系統807可分配化學機械研磨的研磨液201至第一研磨墊803上。在一實施例中，化學機械研磨的研磨液201分配至第一研磨墊803上的速率，可介於約150sccm至約350sccm之間。此外，第一載體801可將工件100的表面壓在第一研磨墊803上，使工件100接觸第一研磨墊803。在基體化學機械研磨製程800的一實施例中，第一載體801推工件100至高速率板707上的力可介於約1psi至約2.5psi之間，比如約1.5psi。隨著高速率板707旋轉工件100下的第一研磨墊803，施加化學機械研磨的研磨液201至工件100的導電充填材料105之露出表面，以利移除導電充填材料105。在一實施例 中，高速率板807的旋轉速度介於約70rpm至約150rpm之間，而第一載體801旋轉工件100的速度介於約70rpm至約150rpm之間。

採用化學機械研磨的研磨液201，使第一研磨墊803與工件100彼此相對旋轉。第一研磨墊803藉由化學機械研磨的研磨液201中的一或多種磨料，可機械地研磨移除導電充填材料105，以第一移除速率有效地移除導電充填材料105。在一實施例中，移除導電充填材料105的第一速率可介於約每分鐘10nm至約每分鐘40nm，比如約每分鐘20nm。在基體化學機械研磨製程800移除超填層107時，化學機械研磨的研磨液201之助劑與工件100之表面的導電充填材料105之導電材料原子203(如金屬離子)作用。

如圖9所示，採用化學機械研磨的研磨液，以基體化學機械研磨移除圖1所示的導電充填材料105之超填層107。在圖9中，可依據此處所述的實施例製備化學機械研磨的研磨液201如上述。依據工件100的導電充填材料105之電位(Ev)，控制單位580確認螯合劑與抑制劑的比例。依據螯合劑與抑制劑的比例，可採用第一用量的抑制劑助劑與第二用量的螯合劑助劑製備化學機械研磨的研磨液201。如圖9所示的一些實施例中，可不採用反應物助劑製備化學機械研磨的研磨液201。在其他實施例中，可採用反應物助劑製備化學機械研磨的研磨液201。依據此處所述的實施例可製備化學機械研磨的研磨液201，因此在採用化學機械研磨的研磨液201之基體化學機械研磨製程移除超填層107時，可最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積於工件100之表面上的現象。

具體而言，圖9顯示在基體化學機械研磨製程800時，化學機械研磨的研磨液201中的助劑，與導電充填材料105的多個導電材料原子203之單一原子(如金屬離子)作用。在一些實施例中，多個羧基型腐蝕抑制劑分子205可與導電充填材料105的多個導電材料原子203的單一離子(如金屬離子)作用，以形成多個羧基型金屬錯合物207。如圖9所示，多個螯合劑分子209鍵結或連結至多個導 電材料原子203之單一原子，以形成多個螯合原子211。如此一來，移除導電充填材料105的超填層107之基體化學機械研磨製程800，導致工件100的導電充填材料105的共平面表面，且其金屬腐蝕(如碟化)及金屬離子再沉積的現象最小化。

然而本技術領域中具有通常知識者應理解，在單一製程步驟中移除導電充填材料105的充填層107的上述內容僅用以舉例而非侷限本發明實施例。任何數目的移除製程與任何數目的板可用於移除導電充填材料105的超填層107，且這些組合完全包含於本發明實施例的範疇中。

如圖10所示，採用化學機械研磨的研磨液201與緩衝板711，在工件100上進行緩衝化學機械研磨製程1000。在一實施例中，可自高速率板707移除工件100，並將工件100轉移至緩衝板711(見圖7)，其中工件100可連結至第二載體1001。緩衝板711亦面對導電充填材料105的外側表面與層間介電層103的外側表面(與工件100朝向緩衝板711上的第二研磨墊1003之外側表面一致)。第二研磨墊1003可進行與高速率板707類似的化學機械研磨製程，而第二研磨墊1003自工件100的外側表面移除導電充填材料105，以在導電充填材料105的表面進行高度控制的導電材料原子203之移除步驟。

在一些實施例中，用於緩衝化學機械研磨製程1000之化學機械研磨的研磨液201，其可包含基體化學機械研磨製程800所用的一或多種磨料、界面活性劑、溶劑、螯合劑助劑、抑制劑助劑、及/或反應物助劑。然而緩衝化學機械研磨製程1000所用的化學機械研磨的研磨液201中，可採用任何合適的磨料、界面活性劑、溶劑、螯合劑助劑、抑制劑助劑、及/或反應物助劑，其未偏離此處所述的實施例之精神與範疇。

一旦混合化學機械研磨的研磨液201，則由化學機械研磨的研磨液分配器1007分配化學機械研磨的研磨液201至第二研磨墊1003上。在一實施例中，分配化學機械研磨的研磨液201至第二研磨墊1003上的速率，可介於約150sccm 至約350sccm之間。此外，第二載體1001將工件100的表面壓向第二研磨墊1003，使工件100接觸第二研磨墊1003。在緩衝化學機械研磨製程1000的一實施例中，第二載體1001將工件100壓至緩衝板711上的力介於約1psi至約2.5psi之間，比如約1.5psi。隨著緩衝板711旋轉工件100下的第二研磨墊1003，可施加化學機械研磨的研磨液201至工件100的露出表面，以幫助移除導電充填材料105及/或層間介電層103的材料。在一實施例中，緩衝板711的轉速介於約70rpm至約150rpm之間，而第二載體1003旋轉工件100的速度介於約70rpm至約150rpm之間。

採用化學機械研磨的研磨液201使第二研磨墊1003與工件100彼此相對旋轉。第二研磨墊1003藉由化學機械研磨的研磨液201中的一或多種磨料的幫助，可機械地研磨移除導電充填材料105及/或層間介電層103的材料，可實現以第二移除速率移除導電充填材料105及/或層間介電層103的材料。在一實施例中，導電充填材料105及/或層間介電層103的材料之第二移除速率，介於約每分鐘10nm至約每分鐘40nm之間，比如約每分鐘20nm。在緩衝化學機械研磨製程1000高度控制導電充填材料105之表面的多個導電材料原子203之移除時，化學機械研磨的研磨液201之助劑與工件100的表面之導電充填材料105之多個導電材料原子203(如金屬離子)作用。

如圖11所示，採用化學機械研磨的研磨液201之緩衝化學機械研磨製程1000，可緩衝化學機械研磨移除導電充填材料105的表面之多個導電材料原子203。在圖11中，可依據此處所述的實施例製備化學機械研磨的研磨液201如上述。以工件100的導電充填材料105的電位(Ev)為基礎，由控制單位580確認螯合劑與抑制劑的比例，以採用第一用量的抑制劑助劑與第二用量的螯合劑助劑製備化學機械研磨的研磨液201。在一些實施例中，可採用含多個氧化劑分子401的反應物助劑製備化學機械研磨的研磨液201，如圖11所示。在其他實施例中，不採用反應物助劑製備化學機械研磨的研磨液201。在採用化學機械研磨的研磨 液201之緩衝化學機械研磨製程時，可依據此處所述的實施例製備化學機械研磨的研磨液201，因此移除導電充填材料105的表面之多個導電材料原子203，並最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子沉積於工件100的表面上之現象。

具體而言，圖11亦顯示緩衝化學機械研磨製程1000時，化學機械研磨的研磨液201中的助劑，與導電充填材料105的多個導電材料原子203的原子(如金屬離子)作用。在一些實施例中，羧基型腐蝕抑制劑分子205的多個羧基可與導電充填材料105的多個導電材料原子203的原子(如金屬離子)作用，以形成多個羧基型金屬錯合物207。如圖11所示，多個螯合劑分子209鍵結或連結至多個氧化原子403的氧化原子，以形成多個螯合的氧化原子411。接著在緩衝化學機械研磨製程1000時移除螯合的氧化原子411，以有效移除多個導電材料原子203(如金屬離子)。如此一來，緩衝化學機械研磨製程1000造成工件100的導電充填材料105之表面共平面，並最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積的現象。

如上所述，以工件100的導電充填材料105的電位(Ev)為基礎，控制單位580可確認螯合劑與抑制劑的比例。依據螯合劑與抑制劑的比例可製備化學機械研磨的研磨液201，其具有第一用量的抑制劑助劑，其包含多個羧基型腐蝕抑制劑分子205，以及第二用量的螯合劑助劑，其包含多個螯合劑分子209。可製備化學機械研磨的研磨液201，因此在緩衝化學機械研磨製程時，多個螯合劑分子209的螯合劑分子可鍵結或連結至多個導電材料原子203，以形成多個螯合原子211(如螯合)。一旦形成螯合原子211，緩衝化學機械研磨製程時可移除多個螯合原子211，因此可最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積於工件100的表面上之現象。

然而本技術領域中具有通常知識者應理解，在單一製程步驟中自導電充填材料105的表面移除多個氧化原子403的上述內容僅用以舉例而非侷限本發明實施例。任何數目的移除製程與任何數目的板可用於移除導電充填材料 105的超填層107，且這些組合完全包含於本發明實施例的範疇中。

圖12顯示形成化學機械研磨的研磨液201，與採用化學機械研磨的研磨液201對工件100的表面進行化學機械研磨製程的方法1200之流程圖。在半導體製程系統500的控制單位580之控制下，可由半導體製程系統500進行方法1200。在步驟1201，經由半導體製程系統500的測試系統520確認工件100之導電充填材料105的電位(Ev)。測試系統520可設置以量測導電充填材料105的材料(如銅)的電位。一旦步驟1201確認導電充填材料105的電位(Ev)，步驟1203中的控制單位580可採用此電位比較導電充填材料105的確認電位(Ev)性質與電位臨界值(E_VTH)。在一些實施例中，電位臨界值(E_VTH)可等於-0.25V。然而可採用任何其他合適的電位臨界值。

在步驟1205中，控制單位580可確認是否採用反應物助劑。在一些實施例中，反應物助劑可包含氧化劑分子401，其適於與導電充填材料105反應。

若步驟1205確認不需採用反應物助劑，則製程移至步驟1207。在步驟1207中，控制單位580設置為依據第一式如步驟1203中所作的電位比較，計算第一螯合劑與抑制劑的比例如下：當電位

-0.25V，40%

第一螯合劑與抑制劑的比例

100%；以及當電位>-0.25V，100%<第一螯合劑與抑制劑的比例

140%。一旦確認第一螯合劑與抑制劑的比例，製程在控制單位580的控制下移動至步驟1211，依據第一螯合劑與抑制劑的比例並以研磨液製備系統540開始製備化學機械研磨的研磨液201。

然而若步驟1205中確認採用反應物助劑(如金屬氧化劑)，則製程移動至步驟1209。在步驟1209中，控制單位580設置為依據第二式如步驟1203中所作的電位比較，以及依據反應物助劑(如金屬氧化劑)計算第二螯合劑與抑制劑 的比例如下：當電位

-0.25V，0%

第二螯合劑與抑制劑的比例

100%；以及當電位>-0.25V，60%<第二螯合劑與抑制劑的比例

100%。一旦確認第二螯合劑與抑制劑的比例，製程在控制單位580的控制下移動至步驟1211，以依據第二螯合劑與抑制劑的比例開始製備化學機械研磨的研磨液201。

在步驟1211中，控制單位580可控制研磨液製備系統540，依據步驟1207或1209所確認之計算的螯合劑與抑制劑的比例，採用第一用量的螯合劑助劑與第二用量的抑制劑助劑混合化學機械研磨的研磨液201。在一實施例中，確認螯合劑與抑制劑的比例可提供螯合劑助劑與抑制劑助劑的最佳濃度，以在化學機械研磨移除時，達到腐蝕與移除導電充填材料105之速率，以及導電充填材料105的金屬離子再沉積速率之間的平衡。如此一來，可採用化學機械研磨的研磨液進行後續的化學機械研磨移除製程，因此可最小化金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積於工件100的表面上之現象。

在步驟1213中，可由控制單位580控制化學機械研磨製程系統560，以自研磨液製備系統540接收化學機械研磨的研磨液201，並在工件100的表面上進行一或多道化學機械研磨製程。依據此處所述的實施例，化學機械研磨的研磨液201之螯合劑助劑、抑制劑助劑、及/或氧化劑助劑的組合，有助於後續化學機械研磨移除製程，因此金屬腐蝕(如碟化)與金屬離子再沉積於工件100之表面上的問題可最小化。在一些實施例中，化學機械研磨的研磨液201的製備，可取決於工件100之導電充填材料105之特性(如電位(Ev))。

在一實施例中，方法包括：施加化學機械研磨的研磨液至工件的表面，其中化學機械研磨的研磨液之第一助劑的第一體積與第二助劑的第二體積具有比例，當工件的導電材料之電位小於或等於臨界電位時，比例介於40%至100%之間且包含40%與100%，當工件的導電材料之電位大於臨界電位時，比例 介於100%至140%之間且包含140%；以及採用化學機械研磨的研磨液，對工件的表面進行化學機械研磨程序。在一實施例中，研磨液更包括反應物助劑，且反應物助劑為工件的導電材料之氧化劑。在一實施例中，第一助劑為螯合劑。在一實施例中，螯合劑為胺基，其為一級胺基、二級胺基、或三級胺基。在一實施例中，第二助劑為抑制劑。在一實施例中，抑制劑為羧基型抑制劑或苯型抑制劑。在一實施例中，方法更包括採用第一體積的螯合劑與第二體積的抑制劑製備研磨液。

在一實施例中，方法包括：分配研磨液至基板表面上，基板包括導體，而研磨液包括第一體積的螯合劑助劑與第二體積的抑制劑助劑；以及採用研磨液在基板表面上進行化學機械研磨，其中第一體積與第二體積由螯合劑與抑制劑的比例定義如下：當導體材料電位小於或等於臨界電位時，螯合劑與抑制劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%；當導體材料電位大於臨界電位時，螯合劑與抑制劑的比例大於60%且小於或等於100%。在一實施例中，方法更包括：確認導體的材料特性；以及依據導體的材料特性確認第一型的抑制劑助劑，且抑制劑助劑係羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。在一實施例中，方法更包括：依據導體的材料特性與第一型的抑制劑助劑確認第二型的螯合劑助劑，且第二型的螯合劑助劑為胺基，而胺基係一級胺基、二級胺基、或三級胺基。在一實施例中，方法更包括：依據導體材料的電位計算螯合劑與抑制劑的比例。在一實施例中，方法更包括：混合第一體積的螯合劑助劑與第二體積的抑制劑助劑至基本研磨液中，以形成研磨液。在一實施例中，方法更包括混合第三體積的氧化劑至基本研磨液中。在一實施例中，氧化劑氧化導體材料。

在一實施例中，系統包括：儲槽，儲存含有第一體積的螯合劑助劑與第二體積的抑制劑助劑的研磨液，且第一體積與第二體積由螯合劑與抑制劑的比例所定義；以及化學機械研磨單位，設置以採用研磨液在基板表面上進 行化學機械研磨程序，其中螯合劑與抑制劑的比例取決於基板中的導體材料電位。在一實施例中，研磨液更包括第三體積的氧化劑。在一實施例中，導體材料包括銅。在一實施例中，導體材料包括鈷。在一實施例中，螯合劑與抑制劑的比例依據如下：當導體材料電位小於或等於-0.25V時，螯合劑與抑制劑的比例大於或等於40%且小於或等於100%；當導體材料電位大於-0.25V時，螯合劑與抑制劑的比例大於100%且小於或等於140%且包含140%。在一實施例中，螯合劑與抑制劑的比例依據如下：當導體材料電位小於或等於-0.25V時，螯合劑與抑制劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%；當導體材料電位大於-0.25V時，螯合劑與抑制劑的比例大於60%且小於或等於100%。

上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。

1200:方法

1201、1203、1205、1207、1209、1211、1213:步驟

Claims (10)

1. 一種半導體結構的形成方法，包括：量測一工件的一導電材料的電位，且該導電材料包括一合金；選擇一研磨液的組成以施加該研磨液至該工件的表面，其中該研磨液之一螯合劑助劑的第一體積與一抑制劑助劑的第二體積具有一比例，且選擇該研磨液的組的步驟包括：依據該導電材料的電位選擇該比例，當該工件的該導電材料之電位小於或等於-0.25V時，該比例大於或等於0%且小於或等於60%，以及當該工件的該導電材料之電位大於-0.25V時，該比例大於60%且小於或等於100%；施加該研磨液至該工件的表面；以及採用該研磨液，對該工件的表面進行一化學機械研磨程序，其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
2. 如請求項1之半導體結構的形成方法，其中該研磨液更包括一反應物助劑，且該反應物助劑為該工件的該導電材料之氧化劑。
3. 一種半導體結構的形成方法，包括：量測一導體的材料的電位，且該導體包括一合金；選擇第一比例與第二比例之間的該研磨液，且第一比例與第二比例各自以一螯合劑助劑的第一體積與一抑制劑助劑的第二體積的比例所定義，第二比例大於第一比例，且第一比例與第二比例之間的選擇依據該導體的材料的電位小於或等於一臨界電位或者大於該臨界電位；當該導體的材料的電位小於或等於-0.25V時，該第一比例大於或等於0%，且該第二比例小於或等於60%，以及當該導體的材料的電位大於-0.25V時，該第一比例大於60%，且該第二比例 小於或等於100%；分配該研磨液至一基板的表面上，該基板包括該導體，而該研磨液包括第一體積的該螯合劑助劑與第二體積的該抑制劑助劑；以及採用該研磨液在該基板的表面上進行化學機械研磨，其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
4. 如請求項3之半導體結構的形成方法，更包括：確認該導體的材料特性；以及依據該導體的材料特性確認該抑制劑助劑係羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
5. 一種半導體結構的形成方法，包括：依據一基板中的一導體的材料的電位，選擇一研磨液中的一螯合劑助劑與一抑制劑助劑的比例，且該導體包括一合金；自一儲槽移出該研磨液，且該研磨液包括第一體積的該螯合劑助劑與第二體積的該抑制劑助劑，且第一體積與第二體積由該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例所定義；以及輸送該研磨液至一化學機械研磨單元，其設置為採用該研磨液以在該基板的表面上進行化學機械研磨程序，當該導體的材料的電位小於或等於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%，以及當該導體的材料的電位大於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於60%且小於或等於100%；其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
6. 如請求項5之半導體結構的形成方法，其中該研磨液更包括第三體積的一氧化劑。
7. 一種半導體製程系統，包括：一測試系統，設置以確認一導電材料的電位； 一儲槽，儲存含有第一體積的一螯合劑助劑與第二體積的一抑制劑助劑的一研磨液，且第一體積與第二體積由該螯合劑助劑與該抑制劑助劑的比例所定義；以及一化學機械研磨單位，設置為採用該研磨液以在一基板的表面上進行化學機械研磨程序，其中該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例依據該導電材料的電位，且位於該基板中的一導體的材料包括的組成與該導電材料相同，當該導體的材料的電位小於或等於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%，以及當該導體的材料的電位大於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於60%且小於或等於100%；其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
8. 如請求項7之半導體製程系統，其中該研磨液更包括第三體積的一氧化劑。
9. 一種半導體製程系統，包括：一測試系統，包括：一容器，含有一第一溶液與一第二溶液；一孔洞隔離器，分隔該第一溶液與該第二溶液；一參考電極，延伸至該第一溶液中；一測試電極，延伸至該第二溶液中；以及一電壓計，設置為量測跨過該參考電極與該測試電極的一電壓；以及一研磨液製備系統，設置為依據量測的該電壓以製備該研磨液，該研磨液包括一螯合劑助劑與一抑制劑助劑，當該電壓小於或等於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%，以及 當該電壓大於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於60%且小於或等於100%；其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。
10. 一種半導體製程系統，包括：一研磨墊，位於一板上；一載體，位於該研磨墊上，且該載體設置為將一晶圓壓向該研磨墊的上表面，該晶圓包括一導電材料於該晶圓的表面，且該導電材料包括一合金；以及一研磨液分配系統，設置為分配一研磨液於該研磨墊上，且該研磨液包含的一螯合劑助劑與一抑制劑助劑的比例依據該導電材料的電位，當該導電材料的電位小於或等於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於或等於0%且小於或等於60%，以及當該導電材料的電位大於-0.25V時，該螯合劑助劑與抑制劑助劑的比例大於60%且小於或等於100%；其中該抑制劑助劑包括羧基型抑制劑助劑或苯型抑制劑助劑。