JP2003311540A - 電解研磨液、電解研磨方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
電解研磨液、電解研磨方法及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨砥粒の凝集沈殿を発生することなく導電
性を向上する。また、研磨対象となる金属膜や配線の欠
陥を引き起こすことなく良好な平坦化を実現する。 【解決手段】 電解研磨液Ｅ中で、研磨対象となる金属
膜表面を電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面
に研磨パッド１５を摺動させて平坦化を行う電解研磨方
法であって、上記電解研磨液Ｅは、少なくとも研磨砥粒
と、上記研磨砥粒の帯電状態を維持する電解質とを含有
する。高い導電性を示す電解研磨液を用いるので、高い
電解電流値が得られるとともに、極間距離を大きくする
ことができる。また、本発明の電解研磨方法では、研磨
砥粒の分散状態が良好な電解研磨液を用いるので、研磨
後に砥粒残りやスクラッチ等の欠陥の発生がない。
性を向上する。また、研磨対象となる金属膜や配線の欠
陥を引き起こすことなく良好な平坦化を実現する。 【解決手段】 電解研磨液Ｅ中で、研磨対象となる金属
膜表面を電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面
に研磨パッド１５を摺動させて平坦化を行う電解研磨方
法であって、上記電解研磨液Ｅは、少なくとも研磨砥粒
と、上記研磨砥粒の帯電状態を維持する電解質とを含有
する。高い導電性を示す電解研磨液を用いるので、高い
電解電流値が得られるとともに、極間距離を大きくする
ことができる。また、本発明の電解研磨方法では、研磨
砥粒の分散状態が良好な電解研磨液を用いるので、研磨
後に砥粒残りやスクラッチ等の欠陥の発生がない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも研磨砥
粒を含む電解研磨液に関する。また、本発明は、この電
解研磨液を用いた電解研磨方法及び半導体装置の製造方
法に関する。
粒を含む電解研磨液に関する。また、本発明は、この電
解研磨液を用いた電解研磨方法及び半導体装置の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ウェーハ上に形成するＬＳ
Ｉ（Large Scale Integration：大規模集積回路）等の
半導体装置の微細な配線の材料として、アルミニウム
（Ａｌ）系合金が用いられている。しかしながら、配線
の微細化が進むにつれて配線の寄生抵抗・寄生容量によ
る回路遅延が支配的になるため、配線用材料として、Ａ
ｌ系合金より低抵抗・低容量であり、高い信頼性を実現
する銅（Ｃｕ）の採用が検討されている。Ｃｕは、比抵
抗が１．８μΩｃｍと低く、ＬＳＩの高速化に有利な上
に、エレクトロマイグレーション耐性がＡｌ系合金に比
べて一桁ほど高いため、次世代の材料として期待されて
いるものである。
Ｉ（Large Scale Integration：大規模集積回路）等の
半導体装置の微細な配線の材料として、アルミニウム
（Ａｌ）系合金が用いられている。しかしながら、配線
の微細化が進むにつれて配線の寄生抵抗・寄生容量によ
る回路遅延が支配的になるため、配線用材料として、Ａ
ｌ系合金より低抵抗・低容量であり、高い信頼性を実現
する銅（Ｃｕ）の採用が検討されている。Ｃｕは、比抵
抗が１．８μΩｃｍと低く、ＬＳＩの高速化に有利な上
に、エレクトロマイグレーション耐性がＡｌ系合金に比
べて一桁ほど高いため、次世代の材料として期待されて
いるものである。
【０００３】Ｃｕを用いた配線形成では、一般にＣｕの
ドライエッチングが容易でないために、いわゆるダマシ
ン法が用いられている。これは、例えば酸化シリコンか
らなる層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配
線材料であるＣｕを埋め込んだ後、余剰の配線材料を化
学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下、
ＣＭＰと称する。）により除去し、配線を形成する方法
である。さらに、接続孔（Via）と配線溝（Trench）と
を形成した後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線
材料をＣＭＰにより除去するデュアルダマシン法も知ら
れている。
ドライエッチングが容易でないために、いわゆるダマシ
ン法が用いられている。これは、例えば酸化シリコンか
らなる層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配
線材料であるＣｕを埋め込んだ後、余剰の配線材料を化
学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下、
ＣＭＰと称する。）により除去し、配線を形成する方法
である。さらに、接続孔（Via）と配線溝（Trench）と
を形成した後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線
材料をＣＭＰにより除去するデュアルダマシン法も知ら
れている。
【０００４】また、今後のさらなるＬＳＩの高速化及び
低消費電力化の要求に応えるとともに配線のＲＣ遅延を
低減させるために、上述したＣｕ配線技術に加えて、例
えば誘電率２以下のポーラスシリカのような超低誘電率
材料を層間絶縁膜に採用することが検討されている。
低消費電力化の要求に応えるとともに配線のＲＣ遅延を
低減させるために、上述したＣｕ配線技術に加えて、例
えば誘電率２以下のポーラスシリカのような超低誘電率
材料を層間絶縁膜に採用することが検討されている。
【０００５】しかしながら、これらの低誘電率材料は、
いずれも極めて脆弱であるため、従来のＣＭＰの実施時
に印加される加工圧力４ＰＳＩ〜６ＰＳＩ（１ＰＳＩは
約７０ｇ／ｃｍ２。したがって、２８０〜４２０ｇ／ｃ
ｍ２）の下では、低誘電率材料にて成膜された絶縁膜に
圧壊やクラック、剥離等が生じ、良好な配線形成を行う
ことができなくなる。また、このような圧壊等を防ぐた
めに、上述した低誘電率材料にて成膜した絶縁膜が機械
的に耐え得る圧力である１．５ＰＳＩ（１０５ｇ／ｃｍ
２）程度にまでＣＭＰの圧力を下げると、通常の生産速
度に必要な研磨レートを得られなくなる。このように、
超低誘電率材料を用いた配線形成でＣＭＰを実施するに
は根本的な問題がある。
いずれも極めて脆弱であるため、従来のＣＭＰの実施時
に印加される加工圧力４ＰＳＩ〜６ＰＳＩ（１ＰＳＩは
約７０ｇ／ｃｍ２。したがって、２８０〜４２０ｇ／ｃ
ｍ２）の下では、低誘電率材料にて成膜された絶縁膜に
圧壊やクラック、剥離等が生じ、良好な配線形成を行う
ことができなくなる。また、このような圧壊等を防ぐた
めに、上述した低誘電率材料にて成膜した絶縁膜が機械
的に耐え得る圧力である１．５ＰＳＩ（１０５ｇ／ｃｍ
２）程度にまでＣＭＰの圧力を下げると、通常の生産速
度に必要な研磨レートを得られなくなる。このように、
超低誘電率材料を用いた配線形成でＣＭＰを実施するに
は根本的な問題がある。
【０００６】そこで、上記ＣＭＰのもつ問題点を解決す
べく、逆電解による電解研磨によって余剰のＣｕを研磨
してダマシン構造又はデュアルダマシン構造を形成する
試みがなされつつある。
べく、逆電解による電解研磨によって余剰のＣｕを研磨
してダマシン構造又はデュアルダマシン構造を形成する
試みがなされつつある。
【０００７】しかしながら、単純なめっきの逆電解は、
コンフォーマルに表層から余剰のＣｕを一様に溶出除去
するので、平坦化能力に乏しい技術である。特に、通常
のダマシン法やデュアルダマシン法によってトレンチや
ビアにＣｕを電解めっきで埋め込んだ場合には、単純な
めっきの逆電解では電解めっき後の表面に形成される凹
凸を完全に平坦化することができない。その理由は、Ｃ
ｕの電解めっき時に、ボイドやピット等の不良を発生さ
せることなく完全な埋め込みを達成することを目的とし
て電解めっき液に添加された各種の添加剤が、微細配線
密集部において所定の値以上の盛り上がり（ハンプ）や
幅広配線部におけるへこみ等を生じせしめ、巨大な凹凸
が表面に残存するためである。この結果、研磨終了後に
は部分な配線の消失、ディッシング（へこみ）、リセス
（ひけ）等のオーバー研磨、又は配線間のショート、ア
イランド等のアンダー研磨等の問題点を引き起こしてし
まう。
コンフォーマルに表層から余剰のＣｕを一様に溶出除去
するので、平坦化能力に乏しい技術である。特に、通常
のダマシン法やデュアルダマシン法によってトレンチや
ビアにＣｕを電解めっきで埋め込んだ場合には、単純な
めっきの逆電解では電解めっき後の表面に形成される凹
凸を完全に平坦化することができない。その理由は、Ｃ
ｕの電解めっき時に、ボイドやピット等の不良を発生さ
せることなく完全な埋め込みを達成することを目的とし
て電解めっき液に添加された各種の添加剤が、微細配線
密集部において所定の値以上の盛り上がり（ハンプ）や
幅広配線部におけるへこみ等を生じせしめ、巨大な凹凸
が表面に残存するためである。この結果、研磨終了後に
は部分な配線の消失、ディッシング（へこみ）、リセス
（ひけ）等のオーバー研磨、又は配線間のショート、ア
イランド等のアンダー研磨等の問題点を引き起こしてし
まう。
【０００８】そこで、上述したような逆電解による電解
研磨とパッドによるワイピングとを同時に行うことによ
って、低圧力でかつ通常の生産速度に必要な研磨レート
を得ることができる研磨方法が提案されている。
研磨とパッドによるワイピングとを同時に行うことによ
って、低圧力でかつ通常の生産速度に必要な研磨レート
を得ることができる研磨方法が提案されている。
【０００９】この方法は、被研磨対象である半導体ウェ
ーハ表面の金属膜（例えばＣｕ膜）に陽極として通電
し、この半導体ウェーハと対向する位置に配置した陰極
である対向電極との間に電解液を介して電解電圧を印加
して電解電流を通電させ、電解研磨を行う。この電解研
磨によって、陽極として電解作用を受ける金属膜表面が
陽極酸化され、表層に酸化物被膜が形成される。さら
に、この酸化物と電解液中に含まれる錯体形成剤とが反
応することで、金属膜表面に高電気抵抗層や不溶性錯体
被膜、不動態被膜等の変質層が形成される。そして、こ
の電解研磨と同時に、上述したような変質層をパッドに
よってワイピングすることで変質層の除去を行う。この
とき、凹凸を有する金属膜の凸部表層の変質層のみが除
去されて下地の金属が露出するのに対し、凹部表層の変
質層は残留する。したがって、下地金属が露出した凸部
部分のみが部分的に再電解され、さらにワイピングされ
ることによって凸部部分の研磨が進行する。このような
サイクルを繰り返し行うことによって、半導体ウェーハ
表面の平坦化が行われる。
ーハ表面の金属膜（例えばＣｕ膜）に陽極として通電
し、この半導体ウェーハと対向する位置に配置した陰極
である対向電極との間に電解液を介して電解電圧を印加
して電解電流を通電させ、電解研磨を行う。この電解研
磨によって、陽極として電解作用を受ける金属膜表面が
陽極酸化され、表層に酸化物被膜が形成される。さら
に、この酸化物と電解液中に含まれる錯体形成剤とが反
応することで、金属膜表面に高電気抵抗層や不溶性錯体
被膜、不動態被膜等の変質層が形成される。そして、こ
の電解研磨と同時に、上述したような変質層をパッドに
よってワイピングすることで変質層の除去を行う。この
とき、凹凸を有する金属膜の凸部表層の変質層のみが除
去されて下地の金属が露出するのに対し、凹部表層の変
質層は残留する。したがって、下地金属が露出した凸部
部分のみが部分的に再電解され、さらにワイピングされ
ることによって凸部部分の研磨が進行する。このような
サイクルを繰り返し行うことによって、半導体ウェーハ
表面の平坦化が行われる。
【００１０】この技術では、平坦化能力を高めるため
に、例えばアルミナ砥粒等の研磨砥粒を含むＣＭＰ用ス
ラリーをベースとしてこれに電解質を添加することによ
り、電解電流を流すために必要な導電性を確保した電解
研磨液が用いられる。
に、例えばアルミナ砥粒等の研磨砥粒を含むＣＭＰ用ス
ラリーをベースとしてこれに電解質を添加することによ
り、電解電流を流すために必要な導電性を確保した電解
研磨液が用いられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電解研磨液
中のアルミナ砥粒が凝集を起こしてしまうとスクラッチ
等の致命的な欠陥を発生し易くなるため、電解研磨を行
う際には電解研磨液中で研磨砥粒が完全に分散している
必要がある。このため、電解研磨液のｐＨを酸側に維持
することで、アルミナ砥粒をプラスに帯電させて自らの
ゼータ電位によって互いに反発させ、良好な分散状態を
実現している。
中のアルミナ砥粒が凝集を起こしてしまうとスクラッチ
等の致命的な欠陥を発生し易くなるため、電解研磨を行
う際には電解研磨液中で研磨砥粒が完全に分散している
必要がある。このため、電解研磨液のｐＨを酸側に維持
することで、アルミナ砥粒をプラスに帯電させて自らの
ゼータ電位によって互いに反発させ、良好な分散状態を
実現している。
【００１２】しかしながら、添加する電解質によって
は、電解研磨液のｐＨが中性又はアルカリ側に傾き、ア
ルミナ砥粒のゼータ電位の減少、ひいてはアルミナ砥粒
同士の凝集・沈殿を招く。この結果、研磨時にスクラッ
チの発生やアルミナ砥粒の残存等の巨大な欠陥を生じ、
配線間のショートやオープン等を引き起こすおそれがあ
る。
は、電解研磨液のｐＨが中性又はアルカリ側に傾き、ア
ルミナ砥粒のゼータ電位の減少、ひいてはアルミナ砥粒
同士の凝集・沈殿を招く。この結果、研磨時にスクラッ
チの発生やアルミナ砥粒の残存等の巨大な欠陥を生じ、
配線間のショートやオープン等を引き起こすおそれがあ
る。
【００１３】また、電解研磨液に導電性を付与するため
に用いられる電解質によっては、研磨終点におけるＣｕ
膜表面の腐食による荒れや、電流集中によるピット等が
生じ、良好な終点表面を形成することが困難となる。す
なわち、単純に電解質を添加するだけでは、表面粗度が
粗く配線電気抵抗が不安定な面が形成されてしまう。
に用いられる電解質によっては、研磨終点におけるＣｕ
膜表面の腐食による荒れや、電流集中によるピット等が
生じ、良好な終点表面を形成することが困難となる。す
なわち、単純に電解質を添加するだけでは、表面粗度が
粗く配線電気抵抗が不安定な面が形成されてしまう。
【００１４】さらに、電解研磨液にはエッチング作用が
あるため、半導体ウェーハ表面の金属膜面積の割合が研
磨開始当初の全面にわたって成膜されている１００％の
状態から、余剰部分の除去を終了し配線パターンのみが
残った状態まで減少させる場合に、微細な配線部へ溶出
レートが集中することにより取り残される巨大残存部分
や幅広配線部と、独立した微細配線部との除去速度差が
増大し、微細配線の溶出レートが加速的に上昇して配線
が消失するおそれがある。
あるため、半導体ウェーハ表面の金属膜面積の割合が研
磨開始当初の全面にわたって成膜されている１００％の
状態から、余剰部分の除去を終了し配線パターンのみが
残った状態まで減少させる場合に、微細な配線部へ溶出
レートが集中することにより取り残される巨大残存部分
や幅広配線部と、独立した微細配線部との除去速度差が
増大し、微細配線の溶出レートが加速的に上昇して配線
が消失するおそれがある。
【００１５】そこで本発明はこのような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、研磨砥粒の凝集沈殿を発生
することなく導電性を向上することが可能な電解研磨液
を提供することを目的とする。また、本発明は、研磨対
象となる金属膜や配線の欠陥を引き起こすことなく良好
な平坦化を実現することが可能な電解研磨方法及び半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
みて提案されたものであり、研磨砥粒の凝集沈殿を発生
することなく導電性を向上することが可能な電解研磨液
を提供することを目的とする。また、本発明は、研磨対
象となる金属膜や配線の欠陥を引き起こすことなく良好
な平坦化を実現することが可能な電解研磨方法及び半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る電解研磨液は、研磨対象となる金属
膜表面を電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面
に研磨パッドを摺動させて平坦化を行う電解研磨方法に
用いられる電解研磨液であって、少なくとも研磨砥粒
と、上記研磨砥粒の帯電状態を維持する電解質とを含有
することを特徴とする。
めに、本発明に係る電解研磨液は、研磨対象となる金属
膜表面を電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面
に研磨パッドを摺動させて平坦化を行う電解研磨方法に
用いられる電解研磨液であって、少なくとも研磨砥粒
と、上記研磨砥粒の帯電状態を維持する電解質とを含有
することを特徴とする。
【００１７】以上のように構成された電解研磨液は、導
電性を付与するための電解質として、研磨砥粒の帯電状
態を維持する電解質を用いる。このため、電解研磨液は
高い導電性を有しつつ、研磨砥粒の帯電状態が中和せず
に互いに反発しあうので研磨砥粒の凝集沈殿を引き起こ
すことがない。
電性を付与するための電解質として、研磨砥粒の帯電状
態を維持する電解質を用いる。このため、電解研磨液は
高い導電性を有しつつ、研磨砥粒の帯電状態が中和せず
に互いに反発しあうので研磨砥粒の凝集沈殿を引き起こ
すことがない。
【００１８】また、本発明に係る電解研磨方法は、電解
研磨液中で、研磨対象となる金属膜表面を電解作用によ
って酸化しながら当該金属膜表面に研磨パッドを摺動さ
せて平坦化を行う電解研磨方法であって、上記電解研磨
液は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電状態
を維持する電解質とを含有することを特徴とする。
研磨液中で、研磨対象となる金属膜表面を電解作用によ
って酸化しながら当該金属膜表面に研磨パッドを摺動さ
せて平坦化を行う電解研磨方法であって、上記電解研磨
液は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電状態
を維持する電解質とを含有することを特徴とする。
【００１９】以上のような構成の電解研磨方法では、上
述したような高い導電性を示す電解研磨液を用いるの
で、高い電解電流値が得られるとともに、極間距離を大
きくすることができる。また、本発明の電解研磨方法で
は、研磨砥粒の分散状態が良好な電解研磨液を用いるの
で、研磨後に砥粒残りやスクラッチ等の欠陥の発生がな
い。
述したような高い導電性を示す電解研磨液を用いるの
で、高い電解電流値が得られるとともに、極間距離を大
きくすることができる。また、本発明の電解研磨方法で
は、研磨砥粒の分散状態が良好な電解研磨液を用いるの
で、研磨後に砥粒残りやスクラッチ等の欠陥の発生がな
い。
【００２０】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、基板上に形成された絶縁膜に金属配線を形成するた
めの配線溝を形成する工程と、上記配線溝を埋め込むよ
うに上記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、電解研磨
液中で、上記絶縁膜上に形成した金属膜表面を電解作用
によって酸化しながら当該金属膜表面に研磨パッドを摺
動させて平坦化を行う工程とを有し、上記電解研磨液
は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電状態を
維持する電解質とを含有することを特徴とする。
は、基板上に形成された絶縁膜に金属配線を形成するた
めの配線溝を形成する工程と、上記配線溝を埋め込むよ
うに上記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、電解研磨
液中で、上記絶縁膜上に形成した金属膜表面を電解作用
によって酸化しながら当該金属膜表面に研磨パッドを摺
動させて平坦化を行う工程とを有し、上記電解研磨液
は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電状態を
維持する電解質とを含有することを特徴とする。
【００２１】以上のような構成の半導体装置の製造方法
では、配線の表面の平坦化に際して、上述したような高
い導電性を示すとともに研磨砥粒の分散状態が良好な電
解研磨液を用いた電解研磨方法を実施するので、研磨後
に欠陥等を発生することなく、配線の表面を高度に平坦
化する。
では、配線の表面の平坦化に際して、上述したような高
い導電性を示すとともに研磨砥粒の分散状態が良好な電
解研磨液を用いた電解研磨方法を実施するので、研磨後
に欠陥等を発生することなく、配線の表面を高度に平坦
化する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した電解研磨
液、電解研磨方法及び半導体装置の製造方法について、
図面を参照しながら詳細に説明する。
液、電解研磨方法及び半導体装置の製造方法について、
図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】本発明の電解研磨液は、研磨対象となる金
属膜表面を電解作用によって酸化しながらこの金属膜表
面に研磨パッドを摺動させて平坦化を行う電解研磨方法
に用いられる電解研磨液である。なお、以下の説明で
は、金属膜がＣｕ膜である場合を例に挙げて説明する。
属膜表面を電解作用によって酸化しながらこの金属膜表
面に研磨パッドを摺動させて平坦化を行う電解研磨方法
に用いられる電解研磨液である。なお、以下の説明で
は、金属膜がＣｕ膜である場合を例に挙げて説明する。
【００２４】この電解研磨液は、ＣＭＰに用いるスラリ
ーをベースとしたものであり、平坦化能力を高めるため
のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有する研磨砥粒（以下、
アルミナ砥粒と称する。）、砥粒分散剤、酸化剤、錯体
形成剤、防食剤や光沢剤等の種々の添加剤等を含有す
る。さらに、本発明の電解研磨液は、電解電流を流すた
めに必要な導電性を向上するための電解質を含有してい
る。
ーをベースとしたものであり、平坦化能力を高めるため
のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有する研磨砥粒（以下、
アルミナ砥粒と称する。）、砥粒分散剤、酸化剤、錯体
形成剤、防食剤や光沢剤等の種々の添加剤等を含有す
る。さらに、本発明の電解研磨液は、電解電流を流すた
めに必要な導電性を向上するための電解質を含有してい
る。
【００２５】アルミナ砥粒は、Ｃｕ膜と対向して配され
る研磨パッドによってＣｕ膜に押圧されるとともに摺動
されることによって、電解作用による酸化や錯体形成等
によって変質したＣｕ膜表面の凸部を機械的に削り取
り、除去するものである。このアルミナ砥粒の粒子径
は、一次粒子径が０．０５μｍ程度であり、二次粒子径
が０．１μｍ〜０．３μｍ程度であることが好ましい。
る研磨パッドによってＣｕ膜に押圧されるとともに摺動
されることによって、電解作用による酸化や錯体形成等
によって変質したＣｕ膜表面の凸部を機械的に削り取
り、除去するものである。このアルミナ砥粒の粒子径
は、一次粒子径が０．０５μｍ程度であり、二次粒子径
が０．１μｍ〜０．３μｍ程度であることが好ましい。
【００２６】ここで、アルミナ砥粒のゼータ電位及び平
均粒径の変化すなわち分散状態のｐＨ依存性について、
図１を参照しながら説明する。電解研磨液中のアルミナ
砥粒は、電解研磨液のｐＨによってゼータ電位が大きく
変動し、特にｐＨ９付近にゼータ電位がゼロになる等電
点を有する。この等電点においてはアルミナ砥粒同士の
静電的な反発力が消失するので、アルミナ砥粒の凝集が
顕著となる。また、界面活性剤による分散効果もｐＨに
よって大きく変動する。そこで、電解研磨液のアルミナ
砥粒の分散状態を安定化させるためにはｐＨを適正範囲
に調整する必要があり、具体的には電解研磨液を酸性領
域又は中性領域、特にｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範囲内
とする必要がある。
均粒径の変化すなわち分散状態のｐＨ依存性について、
図１を参照しながら説明する。電解研磨液中のアルミナ
砥粒は、電解研磨液のｐＨによってゼータ電位が大きく
変動し、特にｐＨ９付近にゼータ電位がゼロになる等電
点を有する。この等電点においてはアルミナ砥粒同士の
静電的な反発力が消失するので、アルミナ砥粒の凝集が
顕著となる。また、界面活性剤による分散効果もｐＨに
よって大きく変動する。そこで、電解研磨液のアルミナ
砥粒の分散状態を安定化させるためにはｐＨを適正範囲
に調整する必要があり、具体的には電解研磨液を酸性領
域又は中性領域、特にｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範囲内
とする必要がある。
【００２７】そして、電解研磨液に添加される電解質に
は、アルミナ砥粒が良好に分散する酸性領域、具体的に
はｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範囲内で充分な導電性を発
現することが要求される。このため、電解質としてナト
リウムやカリウム等のアルカリ金属類を直接用いること
は、電解研磨液のｐＨをアルカリ側にシフトさせるため
不向きである。
は、アルミナ砥粒が良好に分散する酸性領域、具体的に
はｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範囲内で充分な導電性を発
現することが要求される。このため、電解質としてナト
リウムやカリウム等のアルカリ金属類を直接用いること
は、電解研磨液のｐＨをアルカリ側にシフトさせるため
不向きである。
【００２８】本発明の電解研磨液では、上述したような
アルミナ砥粒と、アルミナ砥粒が高いゼータ電位を示す
ｐＨを大きく変動させないような特定の電解質とを組み
合わせて含有することで、電解研磨液の導電性が高めら
れるとともに、アルミナ砥粒のプラスの帯電状態が維持
されて互いに反発しあい、アルミナ砥粒の凝集沈殿が抑
制される。このため、この電解研磨液を後述するような
電解研磨方法及び半導体装置の製造方法に適用すること
で、アルミナ砥粒の凝集沈殿に起因するスクラッチ等の
欠陥を生じることなく金属膜の平坦化を実現する。
アルミナ砥粒と、アルミナ砥粒が高いゼータ電位を示す
ｐＨを大きく変動させないような特定の電解質とを組み
合わせて含有することで、電解研磨液の導電性が高めら
れるとともに、アルミナ砥粒のプラスの帯電状態が維持
されて互いに反発しあい、アルミナ砥粒の凝集沈殿が抑
制される。このため、この電解研磨液を後述するような
電解研磨方法及び半導体装置の製造方法に適用すること
で、アルミナ砥粒の凝集沈殿に起因するスクラッチ等の
欠陥を生じることなく金属膜の平坦化を実現する。
【００２９】また、電解研磨液が含有する電解質には、
上述した電解研磨液のｐＨを大きく変動させること以外
にも、様々な特性が要求される。例えば、電解質には酸
化力がないことが要求される。その理由は、硝酸や塩酸
等の強い酸化力を示す酸や、ヨウ素等の酸化力のある電
解質を電解研磨液に添加すると、これら酸化力のある電
解質がＣｕ膜表面を酸化して、この酸化Ｃｕと電解研磨
液中の錯体形成剤とが反応することで錯体を形成し、Ｃ
ｕが溶出するおそれがあるためである。
上述した電解研磨液のｐＨを大きく変動させること以外
にも、様々な特性が要求される。例えば、電解質には酸
化力がないことが要求される。その理由は、硝酸や塩酸
等の強い酸化力を示す酸や、ヨウ素等の酸化力のある電
解質を電解研磨液に添加すると、これら酸化力のある電
解質がＣｕ膜表面を酸化して、この酸化Ｃｕと電解研磨
液中の錯体形成剤とが反応することで錯体を形成し、Ｃ
ｕが溶出するおそれがあるためである。
【００３０】また、電解質には、Ｃｕ膜と直接作用しな
いこと、すなわちＣｕ膜に対する溶解作用を持たないこ
とが要求される。その理由は、硫酸イオン、アンモニウ
ムイオン、塩素イオン等を例えば硫酸アンモニウム等の
形で電解研磨液に添加すると、Ｃｕ膜と反応して水溶性
錯体を形成してＣｕを溶出させたり、直接Ｃｕ膜を溶解
してＣｕを溶出させたりするおそれがあるためである。
いこと、すなわちＣｕ膜に対する溶解作用を持たないこ
とが要求される。その理由は、硫酸イオン、アンモニウ
ムイオン、塩素イオン等を例えば硫酸アンモニウム等の
形で電解研磨液に添加すると、Ｃｕ膜と反応して水溶性
錯体を形成してＣｕを溶出させたり、直接Ｃｕ膜を溶解
してＣｕを溶出させたりするおそれがあるためである。
【００３１】さらに、電解質には、Ｃｕ膜に対する腐食
性又は特異吸着性を持たないことが要求される。その理
由は、Ｃｕ膜に対する腐食性又は特異吸着性を示すプロ
ピオン酸や塩素イオン等を電解研磨液に添加すると、研
磨終点でＣｕ膜表面の腐食、荒れやピット等の欠陥を生
じ、Ｃｕ膜表面の平坦性が損なわれるためである。
性又は特異吸着性を持たないことが要求される。その理
由は、Ｃｕ膜に対する腐食性又は特異吸着性を示すプロ
ピオン酸や塩素イオン等を電解研磨液に添加すると、研
磨終点でＣｕ膜表面の腐食、荒れやピット等の欠陥を生
じ、Ｃｕ膜表面の平坦性が損なわれるためである。
【００３２】本発明の電解研磨液は、上述したような条
件を満足する電解質を用いることで、Ｃｕ膜を酸化させ
たり、Ｃｕ膜に対して直接作用してＣｕを溶解させた
り、Ｃｕ膜の腐食を引き起こしたりする等の悪影響を及
ぼすことがない。このため、電解研磨液は、後述するよ
うな電解研磨方法に用いられたときに、さらに優れた平
坦性及び良好な配線形成を実現することができる。
件を満足する電解質を用いることで、Ｃｕ膜を酸化させ
たり、Ｃｕ膜に対して直接作用してＣｕを溶解させた
り、Ｃｕ膜の腐食を引き起こしたりする等の悪影響を及
ぼすことがない。このため、電解研磨液は、後述するよ
うな電解研磨方法に用いられたときに、さらに優れた平
坦性及び良好な配線形成を実現することができる。
【００３３】上述したような条件を満足する電解質は、
酸化力のない酸、酸化力のない中性塩、酸化力のない中
性金属塩、Ｃｕイオン等に大別される。
酸化力のない酸、酸化力のない中性塩、酸化力のない中
性金属塩、Ｃｕイオン等に大別される。
【００３４】このうち酸化力のない酸としては、例えば
リン酸等が挙げられる。また、酸化力のない中性塩とし
ては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等が挙げられる。
また、酸化力のない中性金属塩としては、硫酸アルミニ
ウム、リン酸アルミニウム、硫酸コバルト、硫酸ニッケ
ル等が挙げられる。また、Ｃｕイオンは、酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）、無水硫酸銅、リン酸銅等を電解研磨液に添加する
ことによって生成したものであってもよいし、被研磨対
象であるＣｕ膜に通電することによってＣｕを電気分解
させて電解研磨液に溶解させたものであってもよい。こ
れら電解質の中でも、特にリン酸を用いることが好まし
い。
リン酸等が挙げられる。また、酸化力のない中性塩とし
ては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等が挙げられる。
また、酸化力のない中性金属塩としては、硫酸アルミニ
ウム、リン酸アルミニウム、硫酸コバルト、硫酸ニッケ
ル等が挙げられる。また、Ｃｕイオンは、酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）、無水硫酸銅、リン酸銅等を電解研磨液に添加する
ことによって生成したものであってもよいし、被研磨対
象であるＣｕ膜に通電することによってＣｕを電気分解
させて電解研磨液に溶解させたものであってもよい。こ
れら電解質の中でも、特にリン酸を用いることが好まし
い。
【００３５】これら電解質の添加量には最適範囲がそれ
ぞれ存在する。例えば電解質としてリン酸を用いる場合
には、電解質未添加の電解研磨液を１００ｇに対してリ
ン酸を４ｇ〜８ｇ程度の割合で添加することが好まし
く、リン酸の添加量を上記範囲内とすることで、ｐＨの
大きな変動を伴うことなくｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範
囲内とし、電解研磨に必要な導電性を得ることができ
る。また、例えば電解質として硫酸ナトリウムを用いる
場合には、電解質未添加の電解研磨液を１００ｇに対し
て硫酸ナトリウムを２ｇ〜４ｇ程度の割合で添加するこ
とが好ましく、硫酸ナトリウムの添加量を上記範囲内と
することで、ｐＨの大きな変動を伴うことなく電解研磨
に必要な導電性を得ることができる。なお、本明細書に
おいては、上述した電解研磨に必要な導電性とは、この
電解研磨液を用いて極間２０ｍｍで２Ｖの電圧を印加し
た場合に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２〜３０ｍＡ／ｃ
ｍ２程度以上であることを示す。
ぞれ存在する。例えば電解質としてリン酸を用いる場合
には、電解質未添加の電解研磨液を１００ｇに対してリ
ン酸を４ｇ〜８ｇ程度の割合で添加することが好まし
く、リン酸の添加量を上記範囲内とすることで、ｐＨの
大きな変動を伴うことなくｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範
囲内とし、電解研磨に必要な導電性を得ることができ
る。また、例えば電解質として硫酸ナトリウムを用いる
場合には、電解質未添加の電解研磨液を１００ｇに対し
て硫酸ナトリウムを２ｇ〜４ｇ程度の割合で添加するこ
とが好ましく、硫酸ナトリウムの添加量を上記範囲内と
することで、ｐＨの大きな変動を伴うことなく電解研磨
に必要な導電性を得ることができる。なお、本明細書に
おいては、上述した電解研磨に必要な導電性とは、この
電解研磨液を用いて極間２０ｍｍで２Ｖの電圧を印加し
た場合に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２〜３０ｍＡ／ｃ
ｍ２程度以上であることを示す。
【００３６】また、上述したアルミナ砥粒及び電解質の
他の、電解研磨液の組成について説明する。
他の、電解研磨液の組成について説明する。
【００３７】界面活性剤は、元来水溶しないアルミナ砥
粒の、電解研磨液中での分散状態を安定化させることを
目的として添加される成分である。すなわち、界面活性
剤によって個々のアルミナ砥粒にミセル構造を形成し、
水和させることで電解研磨液中のアルミナ砥粒の分散を
安定化させ、アルミナ砥粒の凝集・沈殿を防止する。
粒の、電解研磨液中での分散状態を安定化させることを
目的として添加される成分である。すなわち、界面活性
剤によって個々のアルミナ砥粒にミセル構造を形成し、
水和させることで電解研磨液中のアルミナ砥粒の分散を
安定化させ、アルミナ砥粒の凝集・沈殿を防止する。
【００３８】代表的な界面活性剤としては、アニオン系
界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活
性剤、両性イオン系界面活性剤等が挙げられるが、プラ
スに帯電しているアルミナ砥粒の分散向上を図るために
は、特にアニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性
剤を用いることが好ましい。
界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活
性剤、両性イオン系界面活性剤等が挙げられるが、プラ
スに帯電しているアルミナ砥粒の分散向上を図るために
は、特にアニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性
剤を用いることが好ましい。
【００３９】具体的なアニオン系界面活性剤としては、
脂肪酸ナトリウムや脂肪酸カリウム等の脂肪酸塩、アル
キル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩、アル
キルベンゼンスルフォン酸ナトリウム等のアルキルベン
ゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸
塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸塩、ポリオキシ
エチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレン
アルキルエーテル酢酸塩等が挙げられる。
脂肪酸ナトリウムや脂肪酸カリウム等の脂肪酸塩、アル
キル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩、アル
キルベンゼンスルフォン酸ナトリウム等のアルキルベン
ゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸
塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸塩、ポリオキシ
エチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレン
アルキルエーテル酢酸塩等が挙げられる。
【００４０】また、具体的なノニオン系界面活性剤とし
ては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シアルキレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エス
テル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリド等が挙
げられる。
ては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シアルキレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エス
テル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン
脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリド等が挙
げられる。
【００４１】酸化剤は、錯体形成剤がキレートを生成可
能なようにＣｕ膜表面を酸化してＣｕ酸化物とするため
のものである。具体的な酸化剤としては例えばＨ２Ｏ２
等を使用可能である。この場合、Ｈ２Ｏ２の濃度は５容
積％程度であること、すなわち、例えば３０％Ｈ２Ｏ２
を用いる場合には、電解研磨液にこの３０％Ｈ２Ｏ２溶
液を１５容積％程度添加することが好ましい。
能なようにＣｕ膜表面を酸化してＣｕ酸化物とするため
のものである。具体的な酸化剤としては例えばＨ２Ｏ２
等を使用可能である。この場合、Ｈ２Ｏ２の濃度は５容
積％程度であること、すなわち、例えば３０％Ｈ２Ｏ２
を用いる場合には、電解研磨液にこの３０％Ｈ２Ｏ２溶
液を１５容積％程度添加することが好ましい。
【００４２】錯体形成剤は、上述した酸化剤によってＣ
ｕ膜表面に形成されたＣｕ酸化物と反応して、脆弱な不
溶性キレートを生成するものである。具体的な錯体形成
剤としてはキナルジン酸、アントラニル酸等が挙げら
れ、その濃度は１重量％程度であることが好ましい。
ｕ膜表面に形成されたＣｕ酸化物と反応して、脆弱な不
溶性キレートを生成するものである。具体的な錯体形成
剤としてはキナルジン酸、アントラニル酸等が挙げら
れ、その濃度は１重量％程度であることが好ましい。
【００４３】また、電解研磨液には、上述したような成
分の他に、防食剤、光沢剤等の種々の添加剤が添加され
ていても良い。
分の他に、防食剤、光沢剤等の種々の添加剤が添加され
ていても良い。
【００４４】以上のような組成の電解研磨液は、図２に
示すような電解研磨装置１を用いた電解研磨方法に用い
られる。この電解研磨装置１は、ウェーハ上に形成され
る被研磨対象であり且つ陽極として通電されるＣｕ膜を
電解作用と機械的研磨とによって平坦化するための装置
である。なお、本発明の電解研磨方法は、以下に説明す
る電解研磨装置を用いた電解研磨方法に限定されず、様
々な電解研磨方法に適用しうることは言うまでもない。
示すような電解研磨装置１を用いた電解研磨方法に用い
られる。この電解研磨装置１は、ウェーハ上に形成され
る被研磨対象であり且つ陽極として通電されるＣｕ膜を
電解作用と機械的研磨とによって平坦化するための装置
である。なお、本発明の電解研磨方法は、以下に説明す
る電解研磨装置を用いた電解研磨方法に限定されず、様
々な電解研磨方法に適用しうることは言うまでもない。
【００４５】本発明の電解研磨装置１は、ウェーハＷに
研磨を行うための装置本体２と、装置本体２に所定の電
解電流を供給する電源３と、装置本体２内の電解槽に電
解研磨液を供給する電解研磨液タンク４と、ウェーハＷ
を電解研磨装置１へ導入するためのウェーハ投排部５
と、ウェーハ投排部５からのウェーハＷを洗浄するウェ
ーハ洗浄部６と、装置本体２へのウェーハＷの搬送及び
脱着を行うウェーハ搬送部７と、これら装置本体２、電
解研磨液タンク４、ウェーハ投排部５、ウェーハ洗浄部
６及びウェーハ搬送部７を制御する制御部８と、制御部
８を操作するための操作部９とを備える。
研磨を行うための装置本体２と、装置本体２に所定の電
解電流を供給する電源３と、装置本体２内の電解槽に電
解研磨液を供給する電解研磨液タンク４と、ウェーハＷ
を電解研磨装置１へ導入するためのウェーハ投排部５
と、ウェーハ投排部５からのウェーハＷを洗浄するウェ
ーハ洗浄部６と、装置本体２へのウェーハＷの搬送及び
脱着を行うウェーハ搬送部７と、これら装置本体２、電
解研磨液タンク４、ウェーハ投排部５、ウェーハ洗浄部
６及びウェーハ搬送部７を制御する制御部８と、制御部
８を操作するための操作部９とを備える。
【００４６】このうち装置本体２は、ウェーハＷのＣｕ
膜が形成された面側を下向きにチャッキングするウェー
ハチャック１０と、ウェーハチャック１０を矢印ｒ方向
に所定の回転数で回転駆動するウェーハ回転軸１１と、
ウェーハチャック１０を上下方向、すなわちＺ軸方向に
案内するとともに下向きに所定の圧力で加圧するウェー
ハ加圧手段１２とを備える。また、ウェーハ加圧手段１
２は、カウンターウェイト１３を有し、ウェーハチャッ
ク１０やウェーハ回転軸１１等の自重をキャンセルした
うえで、０．１ＰＳＩ（約７ｇ／ｃｍ２）単位で加工圧
力の設定が可能な構造である。
膜が形成された面側を下向きにチャッキングするウェー
ハチャック１０と、ウェーハチャック１０を矢印ｒ方向
に所定の回転数で回転駆動するウェーハ回転軸１１と、
ウェーハチャック１０を上下方向、すなわちＺ軸方向に
案内するとともに下向きに所定の圧力で加圧するウェー
ハ加圧手段１２とを備える。また、ウェーハ加圧手段１
２は、カウンターウェイト１３を有し、ウェーハチャッ
ク１０やウェーハ回転軸１１等の自重をキャンセルした
うえで、０．１ＰＳＩ（約７ｇ／ｃｍ２）単位で加工圧
力の設定が可能な構造である。
【００４７】また、装置本体２には、上述したウェーハ
チャック１０と対向する位置に、所定量の本発明の電解
研磨液Ｅを溜めておく電解槽１４が設置されている。そ
して電解槽１４内には、電解研磨液Ｅに没した状態で、
ウェーハＷ表面に接触摺動する平面ドーナツ型の研磨パ
ッド１５が配設される。研磨パッド１５は、定盤１６に
貼り付けられた状態で、定盤１６を支持するパッド回転
軸１７によって矢印Ｒ方向に所定の回転数で回転駆動さ
れる。研磨パッド１５は、例えば発泡ポリウレタン、発
泡ポリプロピレン、ポリビニルアセタール等からなり、
硬度（ヤング率）が０．０２ＧＰａ〜０．１０ＧＰａで
あり、厚み方向に貫通して電解研磨液Ｅを介在させるス
ラリー供給穴を有している。また、定盤１６上の研磨パ
ッド１５の内周縁及び外周縁には、後述するウェーハＷ
のエッジに部に接触摺動しウェーハＷを陽極として通電
する陽極通電リング１８，１９がそれぞれ配される。陽
極通電リング１８，１９の電極材料は、例えば黒鉛、焼
結Ｃｕ合金、焼結銀合金等のカーボン系合金や、Ｐｔ、
Ｃｕ等からなる。また、研磨パッド１５のさらに下方に
は、定盤１６を介してウェーハＷに対向するように陰極
板２０が配される。陰極板２０は、電解研磨液Ｅを介し
て陰極通電される。陰極板２０は円盤形状を呈し、電極
材料は例えばＣｕ、Ｐｔ等からなる。また、電解槽１４
には廃液用配管２１が取り付けられ、この廃液用配管２
１は、使用済みの電解研磨液Ｅを装置本体２の外部へ排
出する。
チャック１０と対向する位置に、所定量の本発明の電解
研磨液Ｅを溜めておく電解槽１４が設置されている。そ
して電解槽１４内には、電解研磨液Ｅに没した状態で、
ウェーハＷ表面に接触摺動する平面ドーナツ型の研磨パ
ッド１５が配設される。研磨パッド１５は、定盤１６に
貼り付けられた状態で、定盤１６を支持するパッド回転
軸１７によって矢印Ｒ方向に所定の回転数で回転駆動さ
れる。研磨パッド１５は、例えば発泡ポリウレタン、発
泡ポリプロピレン、ポリビニルアセタール等からなり、
硬度（ヤング率）が０．０２ＧＰａ〜０．１０ＧＰａで
あり、厚み方向に貫通して電解研磨液Ｅを介在させるス
ラリー供給穴を有している。また、定盤１６上の研磨パ
ッド１５の内周縁及び外周縁には、後述するウェーハＷ
のエッジに部に接触摺動しウェーハＷを陽極として通電
する陽極通電リング１８，１９がそれぞれ配される。陽
極通電リング１８，１９の電極材料は、例えば黒鉛、焼
結Ｃｕ合金、焼結銀合金等のカーボン系合金や、Ｐｔ、
Ｃｕ等からなる。また、研磨パッド１５のさらに下方に
は、定盤１６を介してウェーハＷに対向するように陰極
板２０が配される。陰極板２０は、電解研磨液Ｅを介し
て陰極通電される。陰極板２０は円盤形状を呈し、電極
材料は例えばＣｕ、Ｐｔ等からなる。また、電解槽１４
には廃液用配管２１が取り付けられ、この廃液用配管２
１は、使用済みの電解研磨液Ｅを装置本体２の外部へ排
出する。
【００４８】図３〜図６を参照しながら、上述のような
構成の電解研磨装置１にてウェーハＷ上に形成されたＣ
ｕ膜２２を研磨する方法について説明する。先ず、ウェ
ーハ搬送部７から搬入されたウェーハＷをウェーハチャ
ック１０により下向きにチャッキングする。
構成の電解研磨装置１にてウェーハＷ上に形成されたＣ
ｕ膜２２を研磨する方法について説明する。先ず、ウェ
ーハ搬送部７から搬入されたウェーハＷをウェーハチャ
ック１０により下向きにチャッキングする。
【００４９】次に図３及び図４に示すように、ウェーハ
回転軸１１とウェーハ加圧手段１２とにより、矢印ｒ方
向にウェーハＷを１０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍにて回転させ
るとともに、研磨パッド１５に対して０．５ＰＳＩ〜
１．５ＰＳＩ（３５ｇ／ｃｍ２〜１０５ｇ／ｃｍ２）程
度の加工圧力で押圧する。これと同時に、定盤１６に貼
り付けられた研磨パッド１５を、パッド回転軸１７によ
り矢印Ｒ方向に６０ｒｐｍ〜１２０ｒｐｍにて回転さ
せ、電解研磨液Ｅを介してウェーハＷ表面に接触摺動さ
せる。
回転軸１１とウェーハ加圧手段１２とにより、矢印ｒ方
向にウェーハＷを１０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍにて回転させ
るとともに、研磨パッド１５に対して０．５ＰＳＩ〜
１．５ＰＳＩ（３５ｇ／ｃｍ２〜１０５ｇ／ｃｍ２）程
度の加工圧力で押圧する。これと同時に、定盤１６に貼
り付けられた研磨パッド１５を、パッド回転軸１７によ
り矢印Ｒ方向に６０ｒｐｍ〜１２０ｒｐｍにて回転さ
せ、電解研磨液Ｅを介してウェーハＷ表面に接触摺動さ
せる。
【００５０】このとき、図３及び図５に示すように、研
磨パッド１５の内周に配された陽極通電リング１８の一
部及び研磨パッド１５の外周に配された陽極通電リング
１９の一部と、ウェーハＷ上に形成されたＣｕ膜２２の
外周部の一部とが常に接触摺動するようになされてい
る。また、図５及び図６に示すように、研磨パッド１５
には膜厚方向に貫通するスラリー供給穴１５ａが形成さ
れているとともに、ウェーハＷ表面（Ｃｕ膜２２）から
パッド支え網１５ｂ、定盤１６を通じて陰極板２０まで
電解研磨液Ｅが介在するようになされている。
磨パッド１５の内周に配された陽極通電リング１８の一
部及び研磨パッド１５の外周に配された陽極通電リング
１９の一部と、ウェーハＷ上に形成されたＣｕ膜２２の
外周部の一部とが常に接触摺動するようになされてい
る。また、図５及び図６に示すように、研磨パッド１５
には膜厚方向に貫通するスラリー供給穴１５ａが形成さ
れているとともに、ウェーハＷ表面（Ｃｕ膜２２）から
パッド支え網１５ｂ、定盤１６を通じて陰極板２０まで
電解研磨液Ｅが介在するようになされている。
【００５１】このため、電源３から例えば１Ｖ〜３Ｖの
電圧を印加することによって、陽極通電リング１８，１
９を経由してＣｕ膜２２に陽極通電し、対向する研磨パ
ッド１５のスラリー供給穴１５ａを介して陰極板２０へ
電解研磨に必要な電解電流（電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２
〜５０ｍＡ／ｃｍ２）が流れる。そして、陽極として電
解作用を受けるＣｕ膜２２表面が陽極酸化され、表層に
Ｃｕ酸化物被膜が形成する。このＣｕ酸化物と電解研磨
液Ｅ中に含まれる錯体形成剤とが反応することでＣｕ錯
体形成物を生成し、このＣｕ錯体形成物によって高電気
抵抗層、不溶性錯体被膜、不動態被膜等の変質層がＣｕ
膜２２表面に形成される。
電圧を印加することによって、陽極通電リング１８，１
９を経由してＣｕ膜２２に陽極通電し、対向する研磨パ
ッド１５のスラリー供給穴１５ａを介して陰極板２０へ
電解研磨に必要な電解電流（電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２
〜５０ｍＡ／ｃｍ２）が流れる。そして、陽極として電
解作用を受けるＣｕ膜２２表面が陽極酸化され、表層に
Ｃｕ酸化物被膜が形成する。このＣｕ酸化物と電解研磨
液Ｅ中に含まれる錯体形成剤とが反応することでＣｕ錯
体形成物を生成し、このＣｕ錯体形成物によって高電気
抵抗層、不溶性錯体被膜、不動態被膜等の変質層がＣｕ
膜２２表面に形成される。
【００５２】この電解作用によるＣｕ膜２２の陽極酸化
と同時に、上述したようにワイピングを行う。すなわち
Ｃｕ膜２２の表面に対して研磨パッド１５を加圧しなが
ら摺動させることによって、凹凸を有するＣｕ膜２２の
凸部の表層に存在する変質層を機械的に除去して下地の
Ｃｕを露出させる。一方で、凹部の変質層は除去せずそ
のまま残存する。さらに、凸部の変質層除去後の、Ｃｕ
が露出した部分が再び電解作用を受けるようになる。こ
のような電解研磨及びワイピングのサイクルを繰り返し
行うことによって、ウェーハＷ上に形成されたＣｕ膜２
２の平坦化が進行する。
と同時に、上述したようにワイピングを行う。すなわち
Ｃｕ膜２２の表面に対して研磨パッド１５を加圧しなが
ら摺動させることによって、凹凸を有するＣｕ膜２２の
凸部の表層に存在する変質層を機械的に除去して下地の
Ｃｕを露出させる。一方で、凹部の変質層は除去せずそ
のまま残存する。さらに、凸部の変質層除去後の、Ｃｕ
が露出した部分が再び電解作用を受けるようになる。こ
のような電解研磨及びワイピングのサイクルを繰り返し
行うことによって、ウェーハＷ上に形成されたＣｕ膜２
２の平坦化が進行する。
【００５３】本発明では、上述したようなアルミナ砥粒
と、アルミナ砥粒が高いゼータ電位を示すｐＨを大きく
変動させないような特定の電解質とを組み合わせて含有
する電解研磨液を用いるので、アルミナ砥粒の凝集沈殿
に起因するスクラッチ等の欠陥を生じることなく、Ｃｕ
膜の平坦化を実現する。また、本発明では高い導電性を
示す電解研磨液を用いるので、例えば通常のＣＭＰ用ス
ラリーを電解研磨液として用いる場合に比べて、同じ印
加電圧での電解電流を高めることができる。また、同じ
理由により、極間距離を大きくできるので、電解作用の
均一性が良好となり、均一な変質層をＣｕ膜表層に形成
できる。この結果、Ｃｕ膜の平坦性をさらに高めること
ができる。さらに本発明によれば、低い接触圧力にてＣ
ｕ膜の除去が効率よく行われる。具体的には、研磨パッ
ド１５の加工圧力１ＰＳＩ（７０ｇ／ｃｍ２）におい
て、５０００Å／分もの高研磨レートを実現することが
できる。
と、アルミナ砥粒が高いゼータ電位を示すｐＨを大きく
変動させないような特定の電解質とを組み合わせて含有
する電解研磨液を用いるので、アルミナ砥粒の凝集沈殿
に起因するスクラッチ等の欠陥を生じることなく、Ｃｕ
膜の平坦化を実現する。また、本発明では高い導電性を
示す電解研磨液を用いるので、例えば通常のＣＭＰ用ス
ラリーを電解研磨液として用いる場合に比べて、同じ印
加電圧での電解電流を高めることができる。また、同じ
理由により、極間距離を大きくできるので、電解作用の
均一性が良好となり、均一な変質層をＣｕ膜表層に形成
できる。この結果、Ｃｕ膜の平坦性をさらに高めること
ができる。さらに本発明によれば、低い接触圧力にてＣ
ｕ膜の除去が効率よく行われる。具体的には、研磨パッ
ド１５の加工圧力１ＰＳＩ（７０ｇ／ｃｍ２）におい
て、５０００Å／分もの高研磨レートを実現することが
できる。
【００５４】なお、電解研磨方法を実施する際の通電シ
ーケンスとしては、例えば以下の４つの通電シーケンス
を例示できるが、これに限定されるものではない。
ーケンスとしては、例えば以下の４つの通電シーケンス
を例示できるが、これに限定されるものではない。
【００５５】（１）同時電解：電解作用を生じさせるた
めの通電動作と研磨パッドによる機械的な研磨動作とを
同時に行う方法である。
めの通電動作と研磨パッドによる機械的な研磨動作とを
同時に行う方法である。
【００５６】（２）シーケンシャル電流：研磨パッドに
よる機械的な研磨動作中に通電をオン／オフする方法で
ある。この方法では、研磨パッドによる摺動動作の継続
中に電流印加を間欠的に行うことで電解作用によるＣｕ
膜表面の荒れ、微小ピット等の欠陥の成長を抑えて、研
磨パッドによる研磨作用によって回復するために必要な
非通電時間を設ける。例えば１秒〜数十秒程度の非通電
時間を設定することで、研磨作用によって欠陥のある電
解面から欠陥のない研磨面に完全に回復する。
よる機械的な研磨動作中に通電をオン／オフする方法で
ある。この方法では、研磨パッドによる摺動動作の継続
中に電流印加を間欠的に行うことで電解作用によるＣｕ
膜表面の荒れ、微小ピット等の欠陥の成長を抑えて、研
磨パッドによる研磨作用によって回復するために必要な
非通電時間を設ける。例えば１秒〜数十秒程度の非通電
時間を設定することで、研磨作用によって欠陥のある電
解面から欠陥のない研磨面に完全に回復する。
【００５７】（３）完全分離シーケンス：通電しない状
態での研磨パッドによる研磨動作の終了後、研磨パッド
がＣｕ膜に接触しない状態で通電動作のみを行う方法、
及びこの動作シーケンスを繰り返す方法である。表層が
不安定となる電解作用中にはＣｕ膜表面に研磨パッドが
接触しないようにするので、表面欠陥の発生を抑制する
ことができる。
態での研磨パッドによる研磨動作の終了後、研磨パッド
がＣｕ膜に接触しない状態で通電動作のみを行う方法、
及びこの動作シーケンスを繰り返す方法である。表層が
不安定となる電解作用中にはＣｕ膜表面に研磨パッドが
接触しないようにするので、表面欠陥の発生を抑制する
ことができる。
【００５８】（４）同時パルス：上記（２）に示すシー
ケンシャル電流の変形例である。例えば、ＯＮ／ＯＦＦ
時間＝１０ｍｓ〜１００ｍｓ／１０ｍｓ〜１０００ｍｓ
のＤＣ又は矩形波状のＤＣパルス電流を印加すること
で、電解面からの回復時間を電気的に設定する方法であ
る。
ケンシャル電流の変形例である。例えば、ＯＮ／ＯＦＦ
時間＝１０ｍｓ〜１００ｍｓ／１０ｍｓ〜１０００ｍｓ
のＤＣ又は矩形波状のＤＣパルス電流を印加すること
で、電解面からの回復時間を電気的に設定する方法であ
る。
【００５９】上述した電解研磨方法は、ＬＳＩ等の半導
体装置の製造において、配線溝埋め込みのために成膜さ
れた金属膜の余剰金属を除去して平坦化し、金属配線を
形成する研磨工程に適用することができる。以下、上述
した電解研磨方法がその製造工程中に行われる半導体装
置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造
方法は、Ｃｕからなる金属配線を、いわゆるダマシン法
を用いて形成するものである。なお、以下の説明では、
配線溝とコンタクトホールとを同時に加工するデュアル
ダマシン構造におけるＣｕ配線形成について説明する
が、配線溝のみ又は接続孔のみが形成されるシングルダ
マシン構造におけるＣｕ配線形成についても適用し得る
ことは勿論である。
体装置の製造において、配線溝埋め込みのために成膜さ
れた金属膜の余剰金属を除去して平坦化し、金属配線を
形成する研磨工程に適用することができる。以下、上述
した電解研磨方法がその製造工程中に行われる半導体装
置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造
方法は、Ｃｕからなる金属配線を、いわゆるダマシン法
を用いて形成するものである。なお、以下の説明では、
配線溝とコンタクトホールとを同時に加工するデュアル
ダマシン構造におけるＣｕ配線形成について説明する
が、配線溝のみ又は接続孔のみが形成されるシングルダ
マシン構造におけるＣｕ配線形成についても適用し得る
ことは勿論である。
【００６０】先ず、図７（ａ）に示すように、トランジ
スタ等のデバイス（図示は省略する。）が予め作製され
たシリコン等からなるウェーハ基板３１上に、ポーラス
シリカ等の低誘電率材料からなる層間絶縁膜３２が形成
される。この層間絶縁膜３２は、例えば減圧ＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition)法等によって形成される。
スタ等のデバイス（図示は省略する。）が予め作製され
たシリコン等からなるウェーハ基板３１上に、ポーラス
シリカ等の低誘電率材料からなる層間絶縁膜３２が形成
される。この層間絶縁膜３２は、例えば減圧ＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition)法等によって形成される。
【００６１】次に、図７（ｂ）に示すように、ウェーハ
基板３１の不純物拡散領域（図示は省略する。）に通じ
るコンタクトホールＣＨ及び配線溝Ｍを、例えば公知の
フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて
形成する。
基板３１の不純物拡散領域（図示は省略する。）に通じ
るコンタクトホールＣＨ及び配線溝Ｍを、例えば公知の
フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて
形成する。
【００６２】次に、図７（ｃ）に示すように、バリアメ
タル膜３３を、層間絶縁膜３２上、コンタクトホールＣ
Ｈ及び配線溝Ｍ内に形成する。バリアメタル膜３３は、
例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、
ＣｏＷ、ＣｏＷＰ等の材料をスパッタリング装置、真空
蒸着装置などを用いたＰＶＤ（Physical Vapor Deposit
ion）法によって形成される。このバリアメタル膜３３
は、層間絶縁膜へのＣｕの拡散を防止する目的で形成さ
れるものである。
タル膜３３を、層間絶縁膜３２上、コンタクトホールＣ
Ｈ及び配線溝Ｍ内に形成する。バリアメタル膜３３は、
例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、
ＣｏＷ、ＣｏＷＰ等の材料をスパッタリング装置、真空
蒸着装置などを用いたＰＶＤ（Physical Vapor Deposit
ion）法によって形成される。このバリアメタル膜３３
は、層間絶縁膜へのＣｕの拡散を防止する目的で形成さ
れるものである。
【００６３】上述したバリアメタル膜３３の形成後に、
配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨに対するＣｕの埋め
込みが行われる。このＣｕの埋め込みは、従来から用い
られている種々の公知技術、例えば電解めっき法、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリングとリフロー法、高圧リフロー法、
無電解めっき等により行うことができる。なお、成膜速
度や成膜コスト、形成される金属材料の純度、密着性な
どの観点からは、電解めっき法によりＣｕの埋め込みを
行うことが好ましい。この電解めっき法によりＣｕの埋
め込みを行う場合には、図７（ｄ）に示すように、バリ
アメタル膜３３上に、配線形成材料と同じ材料、すなわ
ちＣｕからなるシード膜３４をスパッタリング法等によ
り形成する。このシード膜３４は、Ｃｕを配線溝Ｍ及び
コンタクトホールＣＨ内に埋め込んだ際に、Ｃｕグレイ
ンの成長を促すために形成される。
配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨに対するＣｕの埋め
込みが行われる。このＣｕの埋め込みは、従来から用い
られている種々の公知技術、例えば電解めっき法、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリングとリフロー法、高圧リフロー法、
無電解めっき等により行うことができる。なお、成膜速
度や成膜コスト、形成される金属材料の純度、密着性な
どの観点からは、電解めっき法によりＣｕの埋め込みを
行うことが好ましい。この電解めっき法によりＣｕの埋
め込みを行う場合には、図７（ｄ）に示すように、バリ
アメタル膜３３上に、配線形成材料と同じ材料、すなわ
ちＣｕからなるシード膜３４をスパッタリング法等によ
り形成する。このシード膜３４は、Ｃｕを配線溝Ｍ及び
コンタクトホールＣＨ内に埋め込んだ際に、Ｃｕグレイ
ンの成長を促すために形成される。
【００６４】配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨに対す
るＣｕの埋め込みは、上述した各種の方法で、図７
（ｅ）に示すように、配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣ
Ｈ内を含む層間絶縁膜３２上の全体にわたってＣｕ膜３
５を形成することにより行われる。このＣｕ膜３５は、
少なくとも配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨの深さ以
上の膜厚を有し、また配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣ
Ｈという段差のある層間絶縁膜３２上に形成されるた
め、そのパターンに応じた段差を有する膜となる。な
お、電解めっき法によりＣｕの埋め込みを行った場合、
バリアメタル膜３３上に形成されたシード膜３４は、Ｃ
ｕ膜３５と一体化する。
るＣｕの埋め込みは、上述した各種の方法で、図７
（ｅ）に示すように、配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣ
Ｈ内を含む層間絶縁膜３２上の全体にわたってＣｕ膜３
５を形成することにより行われる。このＣｕ膜３５は、
少なくとも配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨの深さ以
上の膜厚を有し、また配線溝Ｍ及びコンタクトホールＣ
Ｈという段差のある層間絶縁膜３２上に形成されるた
め、そのパターンに応じた段差を有する膜となる。な
お、電解めっき法によりＣｕの埋め込みを行った場合、
バリアメタル膜３３上に形成されたシード膜３４は、Ｃ
ｕ膜３５と一体化する。
【００６５】そして、上述したＣｕ膜３５が形成された
ウェーハ基板３１に対して研磨工程が行われるが、この
研磨工程では上述した電解研磨液を用いた電解研磨及び
研磨パッドによるワイピングを同時に行う電解研磨方法
が実施される。すなわち、Ｃｕ膜３５を陽極として通電
するとともにＣｕ膜３５と陰極板とを電解研磨液中で対
向させ、電解電流を流して電解研磨を行う。これと同時
に、電解研磨作用によってＣｕ膜３５表面に生じた変質
層に対して、ポーラスシリカ等の超低誘電率材料の破壊
圧力である例えば１．５ＰＳＩ（１０５ｇ／ｃｍ２）程
度以下の圧力で研磨パッドを押圧し且つ摺動させてワイ
ピングを行い、Ｃｕ膜３５の凸部の変質層を除去する。
この研磨パッドによるワイピングでは、Ｃｕ膜３５の凸
部の変質層のみが除去され、凹部の変質層はそのまま残
存する。そして、電解研磨を進行させ、下地のＣｕ膜３
５をさらに陽極酸化させる。このとき、Ｃｕ膜３５の凹
部には変質層が残存しているため、電解研磨が進行せ
ず、その結果Ｃｕ膜３５の凸部のみが研磨されことにな
る。このように、電解研磨による変質層の形成と、ワイ
ピングによる変質層の除去とを繰り返し行うことによっ
て図７（ｆ）に示すようにＣｕ膜３５が平坦化され、配
線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨ内にＣｕ配線３６が形
成される。
ウェーハ基板３１に対して研磨工程が行われるが、この
研磨工程では上述した電解研磨液を用いた電解研磨及び
研磨パッドによるワイピングを同時に行う電解研磨方法
が実施される。すなわち、Ｃｕ膜３５を陽極として通電
するとともにＣｕ膜３５と陰極板とを電解研磨液中で対
向させ、電解電流を流して電解研磨を行う。これと同時
に、電解研磨作用によってＣｕ膜３５表面に生じた変質
層に対して、ポーラスシリカ等の超低誘電率材料の破壊
圧力である例えば１．５ＰＳＩ（１０５ｇ／ｃｍ２）程
度以下の圧力で研磨パッドを押圧し且つ摺動させてワイ
ピングを行い、Ｃｕ膜３５の凸部の変質層を除去する。
この研磨パッドによるワイピングでは、Ｃｕ膜３５の凸
部の変質層のみが除去され、凹部の変質層はそのまま残
存する。そして、電解研磨を進行させ、下地のＣｕ膜３
５をさらに陽極酸化させる。このとき、Ｃｕ膜３５の凹
部には変質層が残存しているため、電解研磨が進行せ
ず、その結果Ｃｕ膜３５の凸部のみが研磨されことにな
る。このように、電解研磨による変質層の形成と、ワイ
ピングによる変質層の除去とを繰り返し行うことによっ
て図７（ｆ）に示すようにＣｕ膜３５が平坦化され、配
線溝Ｍ及びコンタクトホールＣＨ内にＣｕ配線３６が形
成される。
【００６６】半導体装置は、上述した研磨工程の後に、
バリアメタル膜３３の研磨及び洗浄が行われ、図７
（ｇ）に示すように、Ｃｕ配線３６が形成されたウェー
ハ基板３１上にキャップ膜３７が形成される。そして、
上述した層間絶縁膜３２の形成（図７（ａ）にて図示）
からキャップ膜３７の形成までの各工程が繰り返されて
多層化される。
バリアメタル膜３３の研磨及び洗浄が行われ、図７
（ｇ）に示すように、Ｃｕ配線３６が形成されたウェー
ハ基板３１上にキャップ膜３７が形成される。そして、
上述した層間絶縁膜３２の形成（図７（ａ）にて図示）
からキャップ膜３７の形成までの各工程が繰り返されて
多層化される。
【００６７】以上のように、半導体装置の製造工程中に
上述したような電解研磨液を用いた電解研磨方法を行う
ことで、アルミナ砥粒の凝集沈殿に起因する砥粒残りや
スクラッチ等の欠陥がないので、配線のショートやオー
プン等の不良がない。また、導電性の高い電解研磨液を
用いて配線を研磨するので、極間距離を広く確保すると
ともに安定して均一な電流密度分布で通電され、電流集
中によるピット等の不都合を生じることなく配線表面の
粗度が良好となり、電気抵抗の安定なＣｕ配線が得られ
る。
上述したような電解研磨液を用いた電解研磨方法を行う
ことで、アルミナ砥粒の凝集沈殿に起因する砥粒残りや
スクラッチ等の欠陥がないので、配線のショートやオー
プン等の不良がない。また、導電性の高い電解研磨液を
用いて配線を研磨するので、極間距離を広く確保すると
ともに安定して均一な電流密度分布で通電され、電流集
中によるピット等の不都合を生じることなく配線表面の
粗度が良好となり、電気抵抗の安定なＣｕ配線が得られ
る。
【００６８】また、上述した電解研磨液を用いるので、
腐食による荒れ等の欠陥が生じることがなく、Ｃｕを溶
解させないので、微細なＣｕ配線３６に対する溶出レー
トの増大を抑え、配線消失や配線断面積の不足等の不良
発生を回避することができる。
腐食による荒れ等の欠陥が生じることがなく、Ｃｕを溶
解させないので、微細なＣｕ配線３６に対する溶出レー
トの増大を抑え、配線消失や配線断面積の不足等の不良
発生を回避することができる。
【００６９】さらに、上述の電解研磨液を用いた電解研
磨方法では非研磨面を構成する材料に機械的強度が要求
されないので、脆弱な超低誘電率材料を用いた半導体装
置の製造工程に適用可能である。したがって本発明によ
れば、半導体装置の絶縁材料として超低誘電率材料の採
用が可能となり、今後のさらなるＬＳＩの高速化及び低
消費電力化に寄与することができる。
磨方法では非研磨面を構成する材料に機械的強度が要求
されないので、脆弱な超低誘電率材料を用いた半導体装
置の製造工程に適用可能である。したがって本発明によ
れば、半導体装置の絶縁材料として超低誘電率材料の採
用が可能となり、今後のさらなるＬＳＩの高速化及び低
消費電力化に寄与することができる。
【００７０】なお、本発明は上述の記載に限定されるこ
とはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。
とはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。
【００７１】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、特定の研磨砥粒と特定の電解質とを組み合
わせることで、高い導電性と研磨砥粒の安定な分散状態
とを両立可能な電解研磨液を提供することが可能であ
る。
明によれば、特定の研磨砥粒と特定の電解質とを組み合
わせることで、高い導電性と研磨砥粒の安定な分散状態
とを両立可能な電解研磨液を提供することが可能であ
る。
【００７２】また、本発明によれば、上述したような高
い導電性と研磨砥粒の良好な分散状態とを両立した電解
研磨液を用いることで、金属膜の高度な平坦化が可能な
電解研磨方法を提供することができる。
い導電性と研磨砥粒の良好な分散状態とを両立した電解
研磨液を用いることで、金属膜の高度な平坦化が可能な
電解研磨方法を提供することができる。
【００７３】また、本発明によれば、配線表面の平坦化
に際して、上述したような高い導電性と研磨砥粒の良好
な分散状態とを両立した電解研磨液を用いて電解研磨方
法を実施するので、ショートやオープン等の不良を引き
起こすことなく、電気抵抗の安定な表面の配線を形成可
能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
に際して、上述したような高い導電性と研磨砥粒の良好
な分散状態とを両立した電解研磨液を用いて電解研磨方
法を実施するので、ショートやオープン等の不良を引き
起こすことなく、電気抵抗の安定な表面の配線を形成可
能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図１】アルミナ砥粒のゼータ電位及び分散状態のｐＨ
依存性を示す特性図である。
依存性を示す特性図である。
【図２】本発明を適用した電解研磨装置を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】電解研磨装置の研磨パッドとウェーハとの摺動
状態を説明するための平面図である。
状態を説明するための平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４中の円Ｂの拡大断面図である。
【図６】図３中の円Ｃの拡大平面図である。
【図７】本発明を適用した半導体装置の製造方法を説明
するための図であり、（ａ）は層間絶縁膜形成工程を示
す断面図、（ｂ）はデュアルダマシン構造形成工程を示
す断面図、（ｃ）はバリアメタル膜成膜工程を示す断面
図、（ｄ）はシード膜成膜工程を示す断面図、（ｅ）は
Ｃｕ埋め込み工程を示す断面図、（ｆ）は電解研磨工程
を示す断面図、（ｇ）はキャップ膜成膜工程を示す断面
図である。
するための図であり、（ａ）は層間絶縁膜形成工程を示
す断面図、（ｂ）はデュアルダマシン構造形成工程を示
す断面図、（ｃ）はバリアメタル膜成膜工程を示す断面
図、（ｄ）はシード膜成膜工程を示す断面図、（ｅ）は
Ｃｕ埋め込み工程を示す断面図、（ｆ）は電解研磨工程
を示す断面図、（ｇ）はキャップ膜成膜工程を示す断面
図である。
１ 電解研磨装置
２ 装置本体
３ 電源
４ 電解研磨液タンク
５ ウェーハ投排部
６ ウェーハ洗浄部
７ ウェーハ搬送部
８ 制御部
９ 操作部
１０ ウェーハチャック
１１ ウェーハ回転軸
１２ ウェーハ加圧手段
１３ カウンターウェイト
１４ 電解槽
１５ 研磨パッド
１６ 定盤
１７ パッド回転軸
１８，１９ 陽極通電リング
２０ 陰極板
２１ 廃液用配管
２２ Ｃｕ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高橋 新吾
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
(72)発明者 駒井 尚紀
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
(72)発明者 田井 香織
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
(72)発明者 堀越 浩
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
(72)発明者 大鳥居 英
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
Ｆターム(参考） 3C059 AA02 GA00 GB03
Claims (43)
- 【請求項１】 研磨対象となる金属膜表面を電解作用に
よって酸化しながら当該金属膜表面に研磨パッドを摺動
させて平坦化を行う電解研磨方法に用いられる電解研磨
液であって、 少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電状態を維持
する電解質とを含有することを特徴とする電解研磨液。 - 【請求項２】 上記電解質は、上記金属膜に対する溶解
作用を持たないことを特徴とする請求項１記載の電解研
磨液。 - 【請求項３】 上記電解質は、上記金属膜に対する腐食
性又は特異吸着性を持たないことを特徴とする請求項１
記載の電解研磨液。 - 【請求項４】 上記電解質は、酸化力のない酸、酸化力
のない中性塩、酸化力のない中性金属塩、上記金属膜を
構成する金属イオンのうち少なくとも１種であることを
特徴とする請求項１記載の電解研磨液。 - 【請求項５】 上記酸化力のない酸は、リン酸であるこ
とを特徴とする請求項４記載の電解研磨液。 - 【請求項６】 上記酸化力のない中性塩は、硫酸ナトリ
ウム、硫酸カリウムのうち少なくとも一種であることを
特徴とする請求項４記載の電解研磨液。 - 【請求項７】 上記酸化力のない中性金属塩は、硫酸ア
ルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸コバルト、硫酸
ニッケルのうち少なくとも一種であることを特徴とする
請求項４記載の電解研磨液。 - 【請求項８】 上記金属膜を酸化して酸化物を生成する
酸化剤を含有することを特徴とする請求項１記載の電解
研磨液。 - 【請求項９】 上記酸化物と反応して不溶性キレートを
生成する錯体形成剤を含有することを特徴とする請求項
８記載の電解研磨液。 - 【請求項１０】 界面活性剤を含有することを特徴とす
る請求項１記載の電解研磨液。 - 【請求項１１】 上記金属膜はＣｕを含有することを特
徴とする請求項１記載の電解研磨液。 - 【請求項１２】 上記研磨砥粒はアルミナを含有するこ
とを特徴とする請求項１記載の電解研磨液。 - 【請求項１３】 酸性又は中性であることを特徴とする
請求項１２記載の電解研磨液。 - 【請求項１４】 ｐＨ３．０〜ｐＨ３．５の範囲内であ
ることを特徴とする請求項１３記載の電解研磨液。 - 【請求項１５】 電解研磨液中で、研磨対象となる金属
膜表面を電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面
に研磨パッドを摺動させて平坦化を行う電解研磨方法で
あって、 上記電解研磨液は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥
粒の帯電状態を維持する電解質とを含有することを特徴
とする電解研磨方法。 - 【請求項１６】 上記電解質は、上記金属膜に対する溶
解作用を持たないことを特徴とする請求項１５記載の電
解研磨方法。 - 【請求項１７】 上記電解質は、上記金属膜に対する腐
食性又は特異吸着性を持たないことを特徴とする請求項
１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項１８】 上記電解質は、酸化力のない酸、酸化
力のない中性塩、酸化力のない中性金属塩、上記金属膜
を構成する金属イオンのうち少なくとも１種であること
を特徴とする請求項１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項１９】 上記酸化力のない酸は、リン酸である
ことを特徴とする請求項１８記載の電解研磨方法。 - 【請求項２０】 上記酸化力のない中性塩は、硫酸ナト
リウム、硫酸カリウムのうち少なくとも一種であること
を特徴とする請求項１８記載の電解研磨方法。 - 【請求項２１】 上記酸化力のない中性金属塩は、硫酸
アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸コバルト、硫
酸ニッケルのうち少なくとも一種であることを特徴とす
る請求項１８記載の電解研磨方法。 - 【請求項２２】 上記電解研磨液は、上記金属膜を酸化
して酸化物を生成する酸化剤を含有することを特徴とす
る請求項１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項２３】 上記電解研磨液は、上記酸化物と反応
して不溶性キレートを生成する錯体形成剤を含有するこ
とを特徴とする請求項２２記載の電解研磨方法。 - 【請求項２４】 上記電解研磨液は、界面活性剤を含有
することを特徴とする請求項１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項２５】 上記金属膜はＣｕを含有することを特
徴とする請求項１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項２６】 上記研磨砥粒はアルミナを含有するこ
とを特徴とする請求項１５記載の電解研磨方法。 - 【請求項２７】 上記電解研磨液は酸性又は中性である
ことを特徴とする請求項２６記載の電解研磨方法。 - 【請求項２８】 上記電解研磨液はｐＨ３．０〜ｐＨ
３．５の範囲内であることを特徴とする請求項２７記載
の電解研磨方法。 - 【請求項２９】 基板上に形成された絶縁膜に金属配線
を形成するための配線溝を形成する工程と、上記配線溝
を埋め込むように上記絶縁膜上に金属膜を形成する工程
と、 電解研磨液中で、上記絶縁膜上に形成した金属膜表面を
電解作用によって酸化しながら当該金属膜表面に研磨パ
ッドを摺動させて平坦化を行う工程とを有し、上記電解
研磨液は、少なくとも研磨砥粒と、上記研磨砥粒の帯電
状態を維持する電解質とを含有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３０】 上記電解質は、上記金属膜に対する溶
解作用を持たないことを特徴とする請求項２９記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３１】 上記電解質は、上記金属膜に対する腐
食性又は特異吸着性を持たないことを特徴とする請求項
２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３２】 上記電解質は、酸化力のない酸、酸化
力のない中性塩、酸化力のない中性金属塩、上記金属膜
を構成する金属イオンのうち少なくとも１種であること
を特徴とする請求項２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３３】 上記酸化力のない酸は、リン酸である
ことを特徴とする請求項３２記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３４】 上記酸化力のない中性塩は、硫酸ナト
リウム、硫酸カリウムのうち少なくとも一種であること
を特徴とする請求項３２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３５】 上記酸化力のない中性金属塩は、硫酸
アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸コバルト、硫
酸ニッケルのうち少なくとも一種であることを特徴とす
る請求項３２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３６】 上記電解研磨液は、上記金属膜を酸化
して酸化物を生成する酸化剤を含有することを特徴とす
る請求項２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３７】 上記電解研磨液は、上記酸化物と反応
して不溶性キレートを生成する錯体形成剤を含有するこ
とを特徴とする請求項３６記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３８】 上記電解研磨液は、界面活性剤を含有
することを特徴とする請求項２９記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項３９】 上記金属膜はＣｕを含有することを特
徴とする請求項２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４０】 上記研磨砥粒はアルミナを含有するこ
とを特徴とする請求項２９記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４１】 上記電解研磨液は酸性又は中性である
ことを特徴とする請求項４０記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４２】 上記電解研磨液はｐＨ３．０〜ｐＨ
３．５の範囲内であることを特徴とする請求項４１記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４３】 上記絶縁膜は低誘電率材料であること
を特徴とする請求項２９記載の半導体装置の製造方法。
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