JP2004141990A - 電解研磨組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することが可能な電解研磨組成物を提供する。
【解決手段】基板に設けられた研磨対象である銅または銅合金などの金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物（電解液ＥＬ）であって、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、金属に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液とし、電解質として、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む構成とする。
【選択図】 図３
【解決手段】基板に設けられた研磨対象である銅または銅合金などの金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物（電解液ＥＬ）であって、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、金属に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液とし、電解質として、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む構成とする。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電解研磨組成物に関し、特に銅配線を有する半導体装置の製造方法において、銅配線形成に伴う凹凸面を平坦化する研磨工程に用いる電解研磨組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程のひとつである配線層形成工程においては、配線となるトレンチ（溝）に埋め込むようにメッキされた銅の表面の段差を緩和解消する目的で化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術が採用されている。
【０００３】
上記のＣＭＰ技術は、半導体基板上の絶縁膜に配線形状の溝を形成し、前記絶縁膜上に配線となる銅膜の拡散防止のためのバリヤ膜を形成した後、前記銅膜を堆積し、ＣＭＰにより研磨処理し、前記溝内にのみ銅膜を残存させて埋め込み配線を形成する方法である。
【０００４】
ところで、前記絶縁膜としてはＳｉＯ２ などの絶縁膜が従来より広く使われている。
しかしながら、さらなる信号遅延速度を減少させ、素子性能を向上させる目的から、アルミニウム配線から銅配線採用による低抵抗化要求があったと同様に、配線容量低減のために絶縁膜の誘電率の低下が要求されている。
低誘電率絶縁膜としては、多孔質酸化物膜、有機系塗布膜などが考案されており、これらの誘電率はＳｉＯ２ 膜の約４．０に対して２．２以下と低い。
【０００５】
しかしながら、これら低誘電率膜は機械的な強度が低いという特性を有している。
その結果、上述したＣＭＰ工程において押圧される２００ｇ／ｃｍ２ 以上の研磨圧力により破壊、剥離されてしまい、配線を形成することができないという問題が生じていた。
【０００６】
上記の問題に対して、電解研磨による平坦化および埋め込みを行う配線形成方法が開示されている（特許文献１および２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３２２０３６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２６２０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１および２に記載されている電解研磨に用いられている電解研磨組成物は、電解研磨処理時に銅または銅合金などの金属を溶解しすぎてしまい、研磨速度を制御することや、十分に平坦化を行うことが困難となる場合があったため、電解研磨処理時に銅または銅合金などを溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することが可能な電解研磨組成物が望まれていた。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することが可能な電解研磨組成物を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電解研磨組成物は、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物であって、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、前記金属層の金属と反応して前記金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、前記金属層に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液である。
【００１１】
上記の本発明の電解研磨組成物は、好適には、前記電解質が、第１電解質と、前記第１電解質と同程度以上の解離度を有し、前記キレート剤による錯体形成反応を補助して、前記金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
【００１２】
上記の本発明の電解研磨組成物は、電解質とキレート剤と防食剤とを含む水溶液であり、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる。
ここで、上記の電解質は、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する。例えば、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
また、キレート剤は、水溶性であり、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する。
また、防食剤は、金属層に対して表面に保護膜を形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電解研磨組成物の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物であり、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、金属に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液である。
【００１５】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、好ましくは、電解質が、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
【００１６】
本実施形態に係る電解研磨組成物の研磨対象である金属層は、好ましくは銅を含む。
【００１７】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、好ましくはキレート剤として有機酸を含む。
上記の有機酸としては、例えば、キナルジン酸、２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジンカルボン酸、キノン、アントラニル酸およびフェニルアラニンなどを用いることができる。
【００１８】
上記の有機酸は、電解研磨組成物中に０．５重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
有機酸の含有量を０．５重量％未満にすると銅または銅系金属などの金属表面に、銅などの金属の錯体を充分に形成することが困難になる。その結果、電解研磨時において、その電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００１９】
上記の第１電解質は、電解研磨のための銅などの金属表面を陽極酸化させるために必要な電解電流を通電するときに電解組成物の抵抗を低くする作用を有する。
かかる第１電解質としては、Ｈ＋ イオンを含み、例えば、硝酸およびその化合物、硫酸およびその化合物を挙げることができ、これらは１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
特に、第１電解質として硝酸を用いることが望ましい。
【００２０】
上記のＨ＋ イオンの濃度としては、電解研磨組成物のｐＨが０．２〜１．６の範囲となるようにすることが望ましい。
ｐＨが０．２未満では、使用するパッド材料の溶出や銅表面の電気化学的溶解などが起こり、平坦化が困難となる。一方、ｐＨが１．６を越えると、十分な導電性が得られず、さらに７．０の中性域からアルカリ領域までＨ＋ イオン濃度が低下すると陰極への不純物、砥粒、＋帯電物、銅イオンの析出などにより、陰極の導電状態が悪化するため、導電性確保が困難となる。
さらに望ましくは、上記のｐＨ範囲で、かつ、使用するパッド材料を溶解しない範囲における最も高い濃度のＨ＋イオンを含有する。
【００２１】
また、第１電解質は、電解研磨組成物中に１．５重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
第１電解質の含有量を１．５重量％未満にすると電解研磨のための銅などの金属表面を陽極酸化させるために必要な電解電流を通電することが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００２２】
第１電解質は、電解研磨組成物中に１２重量％以下の含有量で含有されることが望ましい。
第１電解質の含有量が１２重量％を越えると、銅などの金属表面の電気化学的溶出により平坦化が困難になる。さらには、電解研磨のための錯体拭取りを行うためのパッド材を溶解あるいは変質させ、銅などの金属表面に形成される錯体を拭取るために必要な機械的摺動作用を行うことが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい第１電解質の含有量は、６重量％程度である。
【００２３】
第２電解質としては、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して銅などの金属層の表面の光沢を維持する作用を有する。
第２電解質は、第１電解質と同程度以上の解離度を有するため、緩衝なく第１電解質の解離を妨げることがない。
かかる第２電解質としては、たとえば、リン酸、酒石酸、クエン酸、シュウ酸、酢酸およびそれらの化合物を挙げることができ、これらは１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
特に、第２電解質としてはリン酸を用いることが望ましい。
【００２４】
第２電解質は、電解研磨組成物中に２重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
第２電解質の含有量を２重量％未満にすると、キレート剤による錯体形成反応を補助して銅などの金属層の表面の光沢を維持することが困難になる。その結果、電解研磨時においてその良好な配線表面品質を維持した状態で、かつ、電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００２５】
第２電解質は、電解研磨組成物中に１０重量％以下の含有量で含有されることが望ましい。
第２電解質の含有量が１０重量％を越える濃度とすると銅などの金属表面の電気化学的溶出により平坦化が困難になる。さらには、電解研磨のための錯体拭取りを行う為のパッド材を溶解あるいは変質させ、銅などの金属表面に形成される錯体を拭取るために必要な機械的摺動作用をおこなうことが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい第２電解質の含有量は、５重量％程度である。
【００２６】
防食剤は、銅などの金属層に対して表面に強固な保護膜を形成することで電解研磨中の電解電流通電時に第１電解質および第２電解質による銅などの金属層の一様な溶出を防止し、凸部の選択除去による充分な平坦化を行う為に必要な防食作用を有する。
防食剤としては、たとえばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）およびその誘導体として、例えばトリルトリアゾール（ＴＴＡ）、ベンゾトリアゾールカルボン酸（ＢＴＡ−ＣＯＯＨ）を挙げることができる。これらは、１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
防食剤としては、特にベンゾトリアゾールカルボン酸（ＢＴＡ−ＣＯＯＨ）を用いることが好ましい。
【００２７】
防食剤は電解研磨組成物中に、５０〜２００ｐｐｍの含有量で含有されることが好ましい。
防食剤の含有量を５０ｐｐｍ未満にすると、電解研磨中の電解電流通電時に第１電解質および第２電解質による銅などの金属層の溶出を防止することができず一様に化学溶出し、充分な平坦化を行うことが困難になる。
一方、その含有量が２００ｐｐｍを越えると、強固な保護膜を過剰に形成し、その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい防食剤の含有量は７５ｐｐｍ程度である。
【００２８】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、研磨砥粒をさらに含有することが好ましい。
研磨砥粒は、電解研磨による電解電流の通電時の銅などの金属表面において、キレート剤と銅の反応により形成される銅などの金属錯体と、防食剤により形成される保護膜とを機械的に研磨除去する作用を有する。
研磨砥粒を含有することにより、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることができる。
【００２９】
研磨砥粒としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化セリウム、マンガン酸化物を挙げることができ、これらは、１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
研磨砥粒としては、特にアルミナをもちいることが好ましい。
【００３０】
研磨砥粒は電解研磨組成物中に１〜２０重量％の含有量で含有されることが好ましい。
研磨砥粒の含有量を１重量％未満にすると、キレート剤と銅などの金属との反応により形成される銅などの金属錯体と、防食剤により形成される保護膜とを機械的に研磨除去することが困難になる。
一方、その含有量が２０重量％を越えると、電解研磨による電解電流の通電時における銅などの金属表面において、部分的に絶縁される箇所が多数形成されてしまい、その結果、電解研磨時において、良好な電解研磨表面を得ることが困難になる。
より好ましい砥粒含有量は１．５重量％程度である。
【００３１】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、砥粒分散剤をさらに含有することが好ましい。
【００３２】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、界面活性剤をさらに含有することが好ましい。
界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテルあるいはアルキルベンゼンスルホン酸塩などを用いることができる。
【００３３】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、酸化剤をさらに含有することが好ましい。
酸化剤としては、例えば、ＮＯ３ − イオンやＳＯ４ ２− イオンを含む化合物、あるいは、Ｈ２ Ｏ２ 、ＨＣｌＯ、ＳＯ３ 、ＳＯ２ 、Ｎ２ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２ 、Ｏ３ 、Ｆ２ 、Ｃｌ２ 、Ｂｒ２ 、Ｏ２ などを用いることができる。
【００３４】
次に、上記の本実施形態に係る電解研磨組成物を用い、半導体装置の製造工程においてデュアルダマシン法による銅配線を形成する方法について説明する。
【００３５】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば不図示の不純物拡散領域が適宜形成されている、例えばシリコン等の半導体基板１０上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜１１を、例えば反応源としてＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を用いて減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１０の不純物拡散領域に通じるコンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂを、例えば公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成する。なお、配線用溝１１ｂの深さは、例えば、８００ｎｍ程度である。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、バリアメタル膜１２を層間絶縁膜１１の表面、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂ内に形成する。このバリアメタル膜１２は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＣｏＷもしくはＣｏＷＰ等の材料をスパッタリング装置、真空蒸着装置等をもちいたＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、例えば２５ｎｍ程度の膜厚で形成する。
バリアメタル膜１２は、配線を構成する材料が層間絶縁膜１１中に拡散するのを防止するため、および、層間絶縁膜１１との密着性を上げるために設けられる。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、バリアメタル膜１２上に、配線形成材料と同じ材料の銅からなるシード膜１３を公知のスパッタリング法により、例えば１５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。シード膜１３は、銅を配線用溝１１ｂおよびコンタクトホール１１ａ内に埋め込んだ際に、銅グレインの成長を促すために形成する。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂを埋め込むように、バリアメタル膜１２上に銅からなる銅膜１４を銅のシード膜１３と一体化して、例えば１６００ｎｍ程度の膜厚で形成する。銅膜１４は、好ましくは、電解メッキ法または無電解メッキ法によって形成するが、ＣＶＤ法、スパッタリング法などによって形成してもよい。
銅膜１４の表面には、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂの埋め込みによって生じた、例えば、８００ｎｍ程度の高さの凹凸が形成されている。
【００４０】
次に、図３（ｆ）に示すように、陰極部材２０を銅膜１４に平行に配置し、本実施形態に係る電解研磨組成物（以下電解液と称する）ＥＬを陰極部材２０と銅膜１４との間に介在させる。
次に、陰極部材２０を陰極として、銅膜１４およびバリアメタル膜１２を陽極として、電圧を印加する。
この電解研磨時の被処理基板への陽極通電により、電解液ＥＬ中に予め調整された解離しやすく導電性の良い第１電解質の作用により、水の存在下で容易に陽極通電される銅が陽極酸化されて銅の酸化物が形成され、それが電解液ＥＬの水により水和されて水和物となる。
この時、電解液ＥＬ中に予め調整された水溶性のキレート剤（有機酸）の作用により、キレート剤が銅の水和物と反応して、図３（ｇ）に示すように、銅膜１４の表面に脆弱な不溶性銅錯体からなるキレート膜１５が生成される。キレート剤は、銅と反応して銅よりも機械的強度が弱く水に難溶性である銅錯体を形成する機能を有する。
キレート膜１５は脆弱であるため、ワイピングなどにより容易に除去することが可能である。
【００４１】
上記の反応において、銅膜１４の表面には、第１電解質による通電時に電流の通過の妨げとなる電気化学的不働態皮膜（不図示）が銅膜１４の表層に形成されると、不働態皮膜の存在下では陽極酸化反応が進まないためにキレート化されなくなるが、電解液ＥＬ中に予め調整された第２電解質の作用により、電気化学的不働態皮膜が溶解され、銅の水和物の生成反応を促進することができる。第２電解質は、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する機能を有する。
即ち、電気化学的不働態皮膜まで溶解して速やかに第２電解質による銅錯体が形成され、エネルギー的にさらに安定なキレート剤の銅錯体へと反応が速やかに進む。
【００４２】
次に、図４（ｈ）に示すように、研磨パッドによるワイピングなどによって、銅膜１４の表面に形成されたキレート膜１５の凸部を選択的に除去する。
当該キレート膜１５の機械的強度および密着力は非常に小さいため、研磨パッドによるワイピングなどによって、凸部のキレート膜１５から容易かつ優先的に研磨除去される。研磨パッドによるワイピング時の圧力は、例えば３５〜１０５ｇ／ｃｍ２ とすることが望ましい。
このとき、電気抵抗の低い銅膜１４の凸部が電解液中に露出し、再び陽極酸化およびキレート化が進んで図４（ｉ）に示す状態となる。
なお、図４（ｈ）以降は、陰極部材Ｅおよび電解液ＥＬの図中への記載を省略してある。
【００４３】
ここで、銅膜の陽極酸化、キレート化およびワイピングの各工程において、第１電解質の作用である陽極酸化反応による銅の酸化物の形成、および、第２電解質の作用である電気化学的不働態皮膜の溶解が過剰に進んでしまうと、銅膜の表面の凹凸が平坦化されることなく銅の陽極酸化およびキレート化が進み、除去されてしまうことになる。
しかし、キレート膜１５が形成されたときのキレート膜１５の近傍を拡大した断面図である図５に示すように、電解液ＥＬ中に予め調整された防食剤の作用により、キレート膜１５がワイピングなどで拭取り除去されずに残存する銅膜１４の表面において、防食剤と銅が結合して強固な保護膜１７が形成される。防食剤は、銅に対して表面に強固な保護膜１７を形成する機能を有し、保護膜１７は銅膜１４に形成された酸化銅膜１６とキレート膜１５の界面に形成される。
この結果、保護膜１７の存在する部分では、過剰な第１電解質の作用である陽極酸化反応による銅の酸化物の形成、および、第２電解質の作用である電気化学的不働態皮膜の溶解が抑制されることになる。
また、保護膜１７はワイピングなどで除去することができるため、上記のキレート膜１５を除去するためのワイピング処理において、保護膜１７も同時に凸部から除去され、この結果、キレート膜１５が除去された銅膜１４の凸部においては保護膜１７も除去され、この凸部から再び陽極酸化およびキレート化が進んで図４（ｉ）に示す状態へとなる。
このようにして、良好な研磨表面を維持した状態で、凹凸を平坦化しながら電解研磨を進行することができる。
【００４４】
その後、上述のようにワイピングなどによりキレート膜１５の凸部を選択的に除去し、露出した銅膜１４の表面を集中的に陽極酸化し、再びキレート化する工程を繰り返す。
この結果、図６（ｊ）に示すように、銅膜１４の表面が平坦化される。
【００４５】
さらに、図６（ｋ）に示すように、バリアメタル膜１２上の余分な銅膜１４がなくなるまで、ワイピングなどによりキレート膜１５の凸部を選択的に除去し、露出した銅膜１４の表面を集中的に陽極酸化し、再びキレート化する工程を繰り返す。
この結果、図６（ｌ）に示すように、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂ内を除いた部分の銅膜１４を除去でき、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂに埋め込まれた埋め込み配線１４ａを形成することができる。
【００４６】
本実施形態に係る電解研磨組成物を用いて電解研磨を行うことにより、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することができる。
【００４７】
次に、本実施形態に係る電解研磨組成物を用いて電解研磨を行うことができる電解研磨装置について説明する。
【００４８】
（電解研磨装置Ａ）
図７は横型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、ウェーハチャックＣＨを支持するウェーハ回転軸ＷＲがウェーハ移動方向ＤＲＷＦに移動することで、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解研磨組成物（電解液）ＥＬ中に浸漬され、固定またはウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、電解液ＥＬ中に配置された陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
【００４９】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部表面は摺動可能となっており、ウェーハＷＦの外周部と陽極部材ＡＮを接触させたままでウェーハＷＦを回転駆動することができる。
【００５０】
（電解研磨装置Ｂ）
図８は縦型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が横向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、ウェーハチャックＣＨを支持するウェーハ移動軸ＷＭがウェーハ移動方向ＤＲＷＦに移動することで、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、固定される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、電解液ＥＬ中に配置された陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
【００５１】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
ウェーハＷＦを回転駆動することができるように保持する場合には、陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部表面は摺動可能な構造として、ウェーハＷＦの外周部と陽極部材ＡＮを接触させたままでウェーハＷＦを回転駆動する。
【００５２】
上記の電解研磨装置Ａ，Ｂにおいては、陰極部材の形状をウェーハＷＦの大きさと同様の円盤形状とする他、同心円型あるいはブロック型に分割し、個別に電圧を印加することで、電解の作用領域を分割し、その強度分布を変化させることでウェーハの面内の除去分布を均一化させる構成とすることができる。
【００５３】
（電解研磨装置Ｃ）
図９はいわゆるカップ型の電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が上向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、固定される。
カップＣＰを支持するカップ移動軸ＣＭがカップ移動方向ＤＲＣＰに移動させ、ウェーハＷＦのエッジに接した状態で停止させ、ウェーハＷＦとカップＣＰとから電解研磨浴を構成する。ウェーハＷＨの研磨面が電解研磨浴の底面となる。
このように構成された電解研磨浴に、本実施形態に係る電解液ＥＬが供給され、ウェーハＷＦの研磨面が電解液ＥＬと接する状態となり、電解液ＥＬは液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周部に保持されたリング状の陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、カップＣＰの奥側である電解研磨浴の電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置のウェーハＷＦの上方に配置され、電源から電圧が印加される。
【００５４】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００５５】
（電解研磨装置Ｄ）
図１０（ａ）は回転駆動する研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１０（ｂ）は模式図である。また、図１１（ａ）は図１０（ａ）中の領域Ｘの拡大図であり、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）中の領域Ｙの拡大図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置された研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００５６】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの内外周あるいはそのいずれか一方に配置されたリング状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。図１１（ｂ）に示すように、リング状の陽極部材ＡＮは上向きに加工圧力よりも弱い力、例えば１／１０程度の力で容易に変位するバネＳＰにより上向きに押し上げられているが、ウェーハＷＦの下降押圧によりウェーハの内外周のエッジに接地、摺動する。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド回転軸ＰＲの回転により回転駆動される。
研磨パッドＰＤは、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、電解液ＥＬを通過させるための開口部ＳＨが設けられており、保持ネットＮＴにより保持されている。
【００５７】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部ＳＨに存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの回転駆動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００５８】
（電解研磨装置Ｅ）
図１２（ａ）は線型移動するベルト型の研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１２（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置されたベルト型の研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００５９】
ウェーハＷＦへの給電は、ベルト型の研磨パッドＰＤの両側に配置された直線状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの外周を摺動接地させて行う。陽極部材ＡＮは上向きに加工圧力よりも弱い力、例えば１／１０程度の力で容易に変位するバネ（不図示）により上向きに押し上げられているが、ウェーハＷＦの下降押圧によりウェーハの外周のエッジに接地、摺動する。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
ベルト型の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド回転ローラＲＬの回転により、パッド移動方向ＤＲＰＤに線型移動される。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６０】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部に存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの線型移動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６１】
（電解研磨装置Ｆ）
図１３（ａ）は円盤状の研磨パッドが回転しながらその中心が円運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１３（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置された円盤状の研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００６２】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周に配置されたリング状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
円盤状の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド中心ＣＰＤを中心として回転しながら、電解研磨浴回転軸ＢＲの回転によりパッド中心ＣＰＤがリング状の陽極部材ＡＮの中心ＣＡＮを中心とする円形の軌跡ＴＲＰＤを描くように運動をする。陰極部材ＣＡは研磨パッドＰＤとともに上記運動をする。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６３】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部に存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの上記運動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６４】
（電解研磨装置Ｇ）
図１４（ａ）はリング状の研磨パッドが回転しながらその中心が直線運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１４（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が上向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００６５】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周に配置された直線状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置、例えばリング状の研磨パッドＰＤの中央部に研磨パッドＰＤを保持するパッド回転軸ＰＲに固定されて配置され、電源から電圧が印加される。
リング状の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド中心を中心として回転しながら、そのパッド中心が直線の軌跡ＴＲＰＤを描くように運動し、ウェーハＷＦの全面を相対的に摺動する。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６６】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの上記運動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６７】
（ウェーハへの給電方法）
上記の電解研磨装置Ａ〜Ｇにおいて、ウェーハへの陽極の給電方法は、以下の３つの方法を取ることができる。
図１５（ａ）〜（ｃ）はウェーハへの陽極の給電方法を示す模式図である。
まず、図１５（ａ）に示すように、研磨される銅膜ＣＦをウェーハＷＦの裏面まで連続的に成膜し、ウェーハチャックＣＨ上面からウェーハＷＦへ給電することができる。
また、図１５（ｂ）に示すように、回転あるいは移動するウェーハＷＦのエッジ部分に摺動接触する陽極部材ＡＮを配置し、ウェーハＷＦの上面からウェーハに給電することもできる。
また、図１５（ｃ）に示すように、回転あるいは移動するウェーハＷＦのエッジ部分の近傍に接触させずに陽極部材ＡＮを配置する方法もあり、この場合にはウェーハＷＦのエッジ部と陽極部材ＡＮの間隙ｄに存在する電解液を介して通電がなされ、ウェーハＷＦの上面からウェーハに給電する。
【００６８】
（実施例１：通電による研磨速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハを研磨の対象とし、電解研磨を行った。
研磨パッドとしてアイオン株式会社製発泡ポリビニルアセタールを用い、研磨圧力を９０ｇ／ｃｍ２ 、パッド相対速度を１．３５ｍ／秒として電解研磨あるいは化学的機械研磨を行った。
条件Ａとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％含有する電解液Ａを用い、通電を行わず２分間化学的機械研磨を行った。
【００６９】
一方、条件Ｂとして、上記の電解液Ａに、さらに第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ添加した電解液Ｂを用い、陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０〜１．２Ｖ（ＤＣ）の範囲で変化させて２分間電解研磨を行った。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１６に示す。図中、Ａは条件Ａの結果を示し、Ｂは条件Ｂの結果を示し、Ｂについては０〜１．２Ｖの印加電圧について順番に示している。
【００７０】
このように、本実施形態に電解研磨組成物を用いて電解研磨することで、通電を伴わない場合の研磨速度の３０倍以上である研磨速度を実現でき、従来よりもさらに高い研磨処理速度を達成できることが確認された。
【００７１】
（実施例２：第２電解質による研磨速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハを研磨の対象とし、電解研磨を行った。
研磨パッドとしてアイオン株式会社製発泡ポリビニルアセタールを用い、研磨圧力を９０ｇ／ｃｍ２ 、パッド相対速度を１．３５ｍ／秒として電解研磨あるいは化学的機械研磨を行った。
条件Ｃとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％、第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ含有する電解液Ｃを用い、陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０．６Ｖ（ＤＣ）として２分間電解研磨を行った。
【００７２】
一方、条件Ｄとして、上記の電解液Ｃに、さらに第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％添加した電解液Ｄを用い、上記と同様に陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０．６Ｖ（ＤＣ）として２分間電解研磨を行った。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１７に示す。図中、Ｃは条件Ｃの結果を示し、Ｄは条件Ｄの結果を示す。
【００７３】
このように、本実施形態に電解研磨組成物を用いて電解研磨するときに、第２電解質をさらに添加するとで、第２電解質を添加しない場合の研磨速度の２倍以上の高い研磨処理速度を達成できることが確認された。
【００７４】
（実施例３：防食剤によるエッチング速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハをエッチングの対象とし、エッチングを行った。
条件Ｅとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％、第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ含有する電解液Ｅを用い、シリコンウェーハを２分間浸漬した。
【００７５】
一方、条件Ｆとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを１０ｐｐｍ添加した電解液Ｆを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｇとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを１００ｐｐｍ添加した電解液Ｇを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｈとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを５００ｐｐｍ添加した電解液Ｈを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｉとして、上記の電解液Ｅに、さらに第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％添加した電解液Ｉを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１８に示す。図中、Ｅ〜Ｉは上記の各条件Ｅ〜Ｉの結果を示す。
【００７６】
このように、本実施形態の電解研磨組成物を用いて電解研磨するときに、防食剤をさらに添加することで、処理基板を浸漬した時のエッチング速度が、５ｎｍ／分以下とすることができることが確認された。
本明細書において、「実質的に電解研磨処理時に銅または銅合金等を溶解させない」とは、上記のように処理基板を浸漬した時のエッチング速度が、５ｎｍ／分以下であることを示すものとする。
【００７７】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、研磨対象となる金属層は銅に限定されず、その他の金属材料を用いることができる。
また、上記の実施の形態においてはキレート剤の種類や陰極部材あるいは陽極部材などの材質は特に限定されない。
さらに、本発明は半導体装置の製造工程以外の工程における銅膜などの研磨方法や研磨装置として適用できる。
また、実施形態における半導体装置の製造に限定されず、銅膜の平坦化以外の工程であるコンタクトホールあるいは配線用溝の形成工程やバリアメタル層の形成工程などは適宜変更可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の電解研磨組成物によれば、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電解研磨組成物を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は半導体基板への絶縁膜形成工程まで、（ｂ）はコンタクトホールおよび配線用溝の形成工程まで、（ｃ）はバリアメタル膜の形成工程までを示す。
【図２】図２は、図１の続きの工程の断面図であり、（ｄ）はシード膜としての銅膜の形成工程まで、（ｅ）は銅膜の形成工程までを示す。
【図３】図３は、図２の続きの工程の断面図であり、（ｆ）は銅膜の陽極酸化の工程まで、（ｇ）はキレート膜の形成工程までを示す。
【図４】図４は、図３の続きの工程の断面図であり、（ｈ）は凸部のキレート膜の除去工程まで、（ｉ）はキレート膜の再形成工程までを示す。
【図５】図５は本発明の実施形態に係る電解研磨組成物を用いた半導体装置の製造工程においてキレート膜が形成されたときのキレート膜近傍を拡大した断面図である。
【図６】図６は、図４の続きの工程の断面図であり、（ｊ）は銅膜の平坦化工程まで、（ｋ）は余分な銅膜の除去工程まで、（ｌ）はバリアメタル膜の露出工程までを示す。
【図７】図７は横型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図８】図８は縦型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図９】図９はいわゆるカップ型の電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は回転駆動する研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１０（ｂ）は模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は図１０（ａ）中の領域Ｘの拡大図であり、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）中の領域Ｙの拡大図である。
【図１２】図１２（ａ）は線型移動するベルト型の研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１２（ｂ）は模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は円盤状の研磨パッドが回転しながらその中心が円運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１３（ｂ）は模式図である。
【図１４】図１４（ａ）はリング状の研磨パッドが回転しながらその中心が直線運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１４（ｂ）は模式図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）はウェーハへの陽極の給電方法を示す模式図である。
【図１６】図１６は実施例１の結果を示す図である。
【図１７】図１７は実施例２の結果を示す図である。
【図１８】図１８は実施例３の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板、１１…層間絶縁膜、１１ａ…配線用溝、１１ｂ…コンタクトホール、１２…バリアメタル膜、１３…シード膜、１４…銅膜、１４ａ…埋め込み配線、１５…キレート膜、１６…酸化銅膜、１７…保護膜、２０…陰極部材、ＢＡ…電解研磨浴、ＥＬ…電解研磨組成物（電解液）、ＷＦ…ウェーハ、ＡＮ…陽極部材、ＣＡ…陰極部材、ＣＨ…ウェーハチャック、ＷＲ…ウェーハ回転軸、ＤＲＷＦ…ウェーハ移動方向、ＷＭ…ウェーハ移動軸、ＣＰ…カップ、ＣＭ…カップ移動軸、ＤＲＣＰ…カップ移動方向、ＰＤ…研磨パッド、ＰＲ…パッド回転軸、ＳＨ…開口部、ＮＴ…保持ネット、ＳＰ…バネ、ＲＬ…パッド回転ローラ、ＣＡＮ…陽極部材の中心、ＣＰＤ…パッドの中心、ＴＲＰＤ…軌跡、ＢＲ…電解研磨浴回転軸、ＣＷＦ…ウェーハの中心、ＣＦ…銅膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は電解研磨組成物に関し、特に銅配線を有する半導体装置の製造方法において、銅配線形成に伴う凹凸面を平坦化する研磨工程に用いる電解研磨組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程のひとつである配線層形成工程においては、配線となるトレンチ（溝）に埋め込むようにメッキされた銅の表面の段差を緩和解消する目的で化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術が採用されている。
【０００３】
上記のＣＭＰ技術は、半導体基板上の絶縁膜に配線形状の溝を形成し、前記絶縁膜上に配線となる銅膜の拡散防止のためのバリヤ膜を形成した後、前記銅膜を堆積し、ＣＭＰにより研磨処理し、前記溝内にのみ銅膜を残存させて埋め込み配線を形成する方法である。
【０００４】
ところで、前記絶縁膜としてはＳｉＯ２ などの絶縁膜が従来より広く使われている。
しかしながら、さらなる信号遅延速度を減少させ、素子性能を向上させる目的から、アルミニウム配線から銅配線採用による低抵抗化要求があったと同様に、配線容量低減のために絶縁膜の誘電率の低下が要求されている。
低誘電率絶縁膜としては、多孔質酸化物膜、有機系塗布膜などが考案されており、これらの誘電率はＳｉＯ２ 膜の約４．０に対して２．２以下と低い。
【０００５】
しかしながら、これら低誘電率膜は機械的な強度が低いという特性を有している。
その結果、上述したＣＭＰ工程において押圧される２００ｇ／ｃｍ２ 以上の研磨圧力により破壊、剥離されてしまい、配線を形成することができないという問題が生じていた。
【０００６】
上記の問題に対して、電解研磨による平坦化および埋め込みを行う配線形成方法が開示されている（特許文献１および２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３２２０３６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２６２０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１および２に記載されている電解研磨に用いられている電解研磨組成物は、電解研磨処理時に銅または銅合金などの金属を溶解しすぎてしまい、研磨速度を制御することや、十分に平坦化を行うことが困難となる場合があったため、電解研磨処理時に銅または銅合金などを溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することが可能な電解研磨組成物が望まれていた。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することが可能な電解研磨組成物を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電解研磨組成物は、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物であって、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、前記金属層の金属と反応して前記金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、前記金属層に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液である。
【００１１】
上記の本発明の電解研磨組成物は、好適には、前記電解質が、第１電解質と、前記第１電解質と同程度以上の解離度を有し、前記キレート剤による錯体形成反応を補助して、前記金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
【００１２】
上記の本発明の電解研磨組成物は、電解質とキレート剤と防食剤とを含む水溶液であり、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる。
ここで、上記の電解質は、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する。例えば、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
また、キレート剤は、水溶性であり、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する。
また、防食剤は、金属層に対して表面に保護膜を形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電解研磨組成物の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物であり、水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、金属層の金属と反応して金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、金属に対して表面に保護膜を形成する防食剤とを含む水溶液である。
【００１５】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、好ましくは、電解質が、第１電解質と、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む。
【００１６】
本実施形態に係る電解研磨組成物の研磨対象である金属層は、好ましくは銅を含む。
【００１７】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、好ましくはキレート剤として有機酸を含む。
上記の有機酸としては、例えば、キナルジン酸、２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジンカルボン酸、キノン、アントラニル酸およびフェニルアラニンなどを用いることができる。
【００１８】
上記の有機酸は、電解研磨組成物中に０．５重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
有機酸の含有量を０．５重量％未満にすると銅または銅系金属などの金属表面に、銅などの金属の錯体を充分に形成することが困難になる。その結果、電解研磨時において、その電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００１９】
上記の第１電解質は、電解研磨のための銅などの金属表面を陽極酸化させるために必要な電解電流を通電するときに電解組成物の抵抗を低くする作用を有する。
かかる第１電解質としては、Ｈ＋ イオンを含み、例えば、硝酸およびその化合物、硫酸およびその化合物を挙げることができ、これらは１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
特に、第１電解質として硝酸を用いることが望ましい。
【００２０】
上記のＨ＋ イオンの濃度としては、電解研磨組成物のｐＨが０．２〜１．６の範囲となるようにすることが望ましい。
ｐＨが０．２未満では、使用するパッド材料の溶出や銅表面の電気化学的溶解などが起こり、平坦化が困難となる。一方、ｐＨが１．６を越えると、十分な導電性が得られず、さらに７．０の中性域からアルカリ領域までＨ＋ イオン濃度が低下すると陰極への不純物、砥粒、＋帯電物、銅イオンの析出などにより、陰極の導電状態が悪化するため、導電性確保が困難となる。
さらに望ましくは、上記のｐＨ範囲で、かつ、使用するパッド材料を溶解しない範囲における最も高い濃度のＨ＋イオンを含有する。
【００２１】
また、第１電解質は、電解研磨組成物中に１．５重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
第１電解質の含有量を１．５重量％未満にすると電解研磨のための銅などの金属表面を陽極酸化させるために必要な電解電流を通電することが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００２２】
第１電解質は、電解研磨組成物中に１２重量％以下の含有量で含有されることが望ましい。
第１電解質の含有量が１２重量％を越えると、銅などの金属表面の電気化学的溶出により平坦化が困難になる。さらには、電解研磨のための錯体拭取りを行うためのパッド材を溶解あるいは変質させ、銅などの金属表面に形成される錯体を拭取るために必要な機械的摺動作用を行うことが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい第１電解質の含有量は、６重量％程度である。
【００２３】
第２電解質としては、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して銅などの金属層の表面の光沢を維持する作用を有する。
第２電解質は、第１電解質と同程度以上の解離度を有するため、緩衝なく第１電解質の解離を妨げることがない。
かかる第２電解質としては、たとえば、リン酸、酒石酸、クエン酸、シュウ酸、酢酸およびそれらの化合物を挙げることができ、これらは１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
特に、第２電解質としてはリン酸を用いることが望ましい。
【００２４】
第２電解質は、電解研磨組成物中に２重量％以上の含有量で含有されることが望ましい。
第２電解質の含有量を２重量％未満にすると、キレート剤による錯体形成反応を補助して銅などの金属層の表面の光沢を維持することが困難になる。その結果、電解研磨時においてその良好な配線表面品質を維持した状態で、かつ、電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
【００２５】
第２電解質は、電解研磨組成物中に１０重量％以下の含有量で含有されることが望ましい。
第２電解質の含有量が１０重量％を越える濃度とすると銅などの金属表面の電気化学的溶出により平坦化が困難になる。さらには、電解研磨のための錯体拭取りを行う為のパッド材を溶解あるいは変質させ、銅などの金属表面に形成される錯体を拭取るために必要な機械的摺動作用をおこなうことが困難になる。その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい第２電解質の含有量は、５重量％程度である。
【００２６】
防食剤は、銅などの金属層に対して表面に強固な保護膜を形成することで電解研磨中の電解電流通電時に第１電解質および第２電解質による銅などの金属層の一様な溶出を防止し、凸部の選択除去による充分な平坦化を行う為に必要な防食作用を有する。
防食剤としては、たとえばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）およびその誘導体として、例えばトリルトリアゾール（ＴＴＡ）、ベンゾトリアゾールカルボン酸（ＢＴＡ−ＣＯＯＨ）を挙げることができる。これらは、１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
防食剤としては、特にベンゾトリアゾールカルボン酸（ＢＴＡ−ＣＯＯＨ）を用いることが好ましい。
【００２７】
防食剤は電解研磨組成物中に、５０〜２００ｐｐｍの含有量で含有されることが好ましい。
防食剤の含有量を５０ｐｐｍ未満にすると、電解研磨中の電解電流通電時に第１電解質および第２電解質による銅などの金属層の溶出を防止することができず一様に化学溶出し、充分な平坦化を行うことが困難になる。
一方、その含有量が２００ｐｐｍを越えると、強固な保護膜を過剰に形成し、その結果、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることが困難になる。
より好ましい防食剤の含有量は７５ｐｐｍ程度である。
【００２８】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、研磨砥粒をさらに含有することが好ましい。
研磨砥粒は、電解研磨による電解電流の通電時の銅などの金属表面において、キレート剤と銅の反応により形成される銅などの金属錯体と、防食剤により形成される保護膜とを機械的に研磨除去する作用を有する。
研磨砥粒を含有することにより、電解研磨時においてその電解研磨速度を充分に高めることができる。
【００２９】
研磨砥粒としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化セリウム、マンガン酸化物を挙げることができ、これらは、１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
研磨砥粒としては、特にアルミナをもちいることが好ましい。
【００３０】
研磨砥粒は電解研磨組成物中に１〜２０重量％の含有量で含有されることが好ましい。
研磨砥粒の含有量を１重量％未満にすると、キレート剤と銅などの金属との反応により形成される銅などの金属錯体と、防食剤により形成される保護膜とを機械的に研磨除去することが困難になる。
一方、その含有量が２０重量％を越えると、電解研磨による電解電流の通電時における銅などの金属表面において、部分的に絶縁される箇所が多数形成されてしまい、その結果、電解研磨時において、良好な電解研磨表面を得ることが困難になる。
より好ましい砥粒含有量は１．５重量％程度である。
【００３１】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、砥粒分散剤をさらに含有することが好ましい。
【００３２】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、界面活性剤をさらに含有することが好ましい。
界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテルあるいはアルキルベンゼンスルホン酸塩などを用いることができる。
【００３３】
本実施形態に係る電解研磨組成物は、酸化剤をさらに含有することが好ましい。
酸化剤としては、例えば、ＮＯ３ − イオンやＳＯ４ ２− イオンを含む化合物、あるいは、Ｈ２ Ｏ２ 、ＨＣｌＯ、ＳＯ３ 、ＳＯ２ 、Ｎ２ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２ 、Ｏ３ 、Ｆ２ 、Ｃｌ２ 、Ｂｒ２ 、Ｏ２ などを用いることができる。
【００３４】
次に、上記の本実施形態に係る電解研磨組成物を用い、半導体装置の製造工程においてデュアルダマシン法による銅配線を形成する方法について説明する。
【００３５】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば不図示の不純物拡散領域が適宜形成されている、例えばシリコン等の半導体基板１０上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜１１を、例えば反応源としてＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を用いて減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１０の不純物拡散領域に通じるコンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂを、例えば公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成する。なお、配線用溝１１ｂの深さは、例えば、８００ｎｍ程度である。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、バリアメタル膜１２を層間絶縁膜１１の表面、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂ内に形成する。このバリアメタル膜１２は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＣｏＷもしくはＣｏＷＰ等の材料をスパッタリング装置、真空蒸着装置等をもちいたＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、例えば２５ｎｍ程度の膜厚で形成する。
バリアメタル膜１２は、配線を構成する材料が層間絶縁膜１１中に拡散するのを防止するため、および、層間絶縁膜１１との密着性を上げるために設けられる。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、バリアメタル膜１２上に、配線形成材料と同じ材料の銅からなるシード膜１３を公知のスパッタリング法により、例えば１５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。シード膜１３は、銅を配線用溝１１ｂおよびコンタクトホール１１ａ内に埋め込んだ際に、銅グレインの成長を促すために形成する。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂを埋め込むように、バリアメタル膜１２上に銅からなる銅膜１４を銅のシード膜１３と一体化して、例えば１６００ｎｍ程度の膜厚で形成する。銅膜１４は、好ましくは、電解メッキ法または無電解メッキ法によって形成するが、ＣＶＤ法、スパッタリング法などによって形成してもよい。
銅膜１４の表面には、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂの埋め込みによって生じた、例えば、８００ｎｍ程度の高さの凹凸が形成されている。
【００４０】
次に、図３（ｆ）に示すように、陰極部材２０を銅膜１４に平行に配置し、本実施形態に係る電解研磨組成物（以下電解液と称する）ＥＬを陰極部材２０と銅膜１４との間に介在させる。
次に、陰極部材２０を陰極として、銅膜１４およびバリアメタル膜１２を陽極として、電圧を印加する。
この電解研磨時の被処理基板への陽極通電により、電解液ＥＬ中に予め調整された解離しやすく導電性の良い第１電解質の作用により、水の存在下で容易に陽極通電される銅が陽極酸化されて銅の酸化物が形成され、それが電解液ＥＬの水により水和されて水和物となる。
この時、電解液ＥＬ中に予め調整された水溶性のキレート剤（有機酸）の作用により、キレート剤が銅の水和物と反応して、図３（ｇ）に示すように、銅膜１４の表面に脆弱な不溶性銅錯体からなるキレート膜１５が生成される。キレート剤は、銅と反応して銅よりも機械的強度が弱く水に難溶性である銅錯体を形成する機能を有する。
キレート膜１５は脆弱であるため、ワイピングなどにより容易に除去することが可能である。
【００４１】
上記の反応において、銅膜１４の表面には、第１電解質による通電時に電流の通過の妨げとなる電気化学的不働態皮膜（不図示）が銅膜１４の表層に形成されると、不働態皮膜の存在下では陽極酸化反応が進まないためにキレート化されなくなるが、電解液ＥＬ中に予め調整された第２電解質の作用により、電気化学的不働態皮膜が溶解され、銅の水和物の生成反応を促進することができる。第２電解質は、第１電解質と同程度以上の解離度を有し、キレート剤による錯体形成反応を補助して、金属層の表面の光沢を維持する機能を有する。
即ち、電気化学的不働態皮膜まで溶解して速やかに第２電解質による銅錯体が形成され、エネルギー的にさらに安定なキレート剤の銅錯体へと反応が速やかに進む。
【００４２】
次に、図４（ｈ）に示すように、研磨パッドによるワイピングなどによって、銅膜１４の表面に形成されたキレート膜１５の凸部を選択的に除去する。
当該キレート膜１５の機械的強度および密着力は非常に小さいため、研磨パッドによるワイピングなどによって、凸部のキレート膜１５から容易かつ優先的に研磨除去される。研磨パッドによるワイピング時の圧力は、例えば３５〜１０５ｇ／ｃｍ２ とすることが望ましい。
このとき、電気抵抗の低い銅膜１４の凸部が電解液中に露出し、再び陽極酸化およびキレート化が進んで図４（ｉ）に示す状態となる。
なお、図４（ｈ）以降は、陰極部材Ｅおよび電解液ＥＬの図中への記載を省略してある。
【００４３】
ここで、銅膜の陽極酸化、キレート化およびワイピングの各工程において、第１電解質の作用である陽極酸化反応による銅の酸化物の形成、および、第２電解質の作用である電気化学的不働態皮膜の溶解が過剰に進んでしまうと、銅膜の表面の凹凸が平坦化されることなく銅の陽極酸化およびキレート化が進み、除去されてしまうことになる。
しかし、キレート膜１５が形成されたときのキレート膜１５の近傍を拡大した断面図である図５に示すように、電解液ＥＬ中に予め調整された防食剤の作用により、キレート膜１５がワイピングなどで拭取り除去されずに残存する銅膜１４の表面において、防食剤と銅が結合して強固な保護膜１７が形成される。防食剤は、銅に対して表面に強固な保護膜１７を形成する機能を有し、保護膜１７は銅膜１４に形成された酸化銅膜１６とキレート膜１５の界面に形成される。
この結果、保護膜１７の存在する部分では、過剰な第１電解質の作用である陽極酸化反応による銅の酸化物の形成、および、第２電解質の作用である電気化学的不働態皮膜の溶解が抑制されることになる。
また、保護膜１７はワイピングなどで除去することができるため、上記のキレート膜１５を除去するためのワイピング処理において、保護膜１７も同時に凸部から除去され、この結果、キレート膜１５が除去された銅膜１４の凸部においては保護膜１７も除去され、この凸部から再び陽極酸化およびキレート化が進んで図４（ｉ）に示す状態へとなる。
このようにして、良好な研磨表面を維持した状態で、凹凸を平坦化しながら電解研磨を進行することができる。
【００４４】
その後、上述のようにワイピングなどによりキレート膜１５の凸部を選択的に除去し、露出した銅膜１４の表面を集中的に陽極酸化し、再びキレート化する工程を繰り返す。
この結果、図６（ｊ）に示すように、銅膜１４の表面が平坦化される。
【００４５】
さらに、図６（ｋ）に示すように、バリアメタル膜１２上の余分な銅膜１４がなくなるまで、ワイピングなどによりキレート膜１５の凸部を選択的に除去し、露出した銅膜１４の表面を集中的に陽極酸化し、再びキレート化する工程を繰り返す。
この結果、図６（ｌ）に示すように、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂ内を除いた部分の銅膜１４を除去でき、コンタクトホール１１ａおよび配線用溝１１ｂに埋め込まれた埋め込み配線１４ａを形成することができる。
【００４６】
本実施形態に係る電解研磨組成物を用いて電解研磨を行うことにより、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することができる。
【００４７】
次に、本実施形態に係る電解研磨組成物を用いて電解研磨を行うことができる電解研磨装置について説明する。
【００４８】
（電解研磨装置Ａ）
図７は横型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、ウェーハチャックＣＨを支持するウェーハ回転軸ＷＲがウェーハ移動方向ＤＲＷＦに移動することで、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解研磨組成物（電解液）ＥＬ中に浸漬され、固定またはウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、電解液ＥＬ中に配置された陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
【００４９】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部表面は摺動可能となっており、ウェーハＷＦの外周部と陽極部材ＡＮを接触させたままでウェーハＷＦを回転駆動することができる。
【００５０】
（電解研磨装置Ｂ）
図８は縦型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が横向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、ウェーハチャックＣＨを支持するウェーハ移動軸ＷＭがウェーハ移動方向ＤＲＷＦに移動することで、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、固定される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、電解液ＥＬ中に配置された陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
【００５１】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
ウェーハＷＦを回転駆動することができるように保持する場合には、陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部表面は摺動可能な構造として、ウェーハＷＦの外周部と陽極部材ＡＮを接触させたままでウェーハＷＦを回転駆動する。
【００５２】
上記の電解研磨装置Ａ，Ｂにおいては、陰極部材の形状をウェーハＷＦの大きさと同様の円盤形状とする他、同心円型あるいはブロック型に分割し、個別に電圧を印加することで、電解の作用領域を分割し、その強度分布を変化させることでウェーハの面内の除去分布を均一化させる構成とすることができる。
【００５３】
（電解研磨装置Ｃ）
図９はいわゆるカップ型の電解研磨装置の構成を示す模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が上向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、固定される。
カップＣＰを支持するカップ移動軸ＣＭがカップ移動方向ＤＲＣＰに移動させ、ウェーハＷＦのエッジに接した状態で停止させ、ウェーハＷＦとカップＣＰとから電解研磨浴を構成する。ウェーハＷＨの研磨面が電解研磨浴の底面となる。
このように構成された電解研磨浴に、本実施形態に係る電解液ＥＬが供給され、ウェーハＷＦの研磨面が電解液ＥＬと接する状態となり、電解液ＥＬは液面を保持しながら随時循環される。
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周部に保持されたリング状の陽極部材ＡＮとウェーハＷＦの外周部とを接触させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、カップＣＰの奥側である電解研磨浴の電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置のウェーハＷＦの上方に配置され、電源から電圧が印加される。
【００５４】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化されて、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００５５】
（電解研磨装置Ｄ）
図１０（ａ）は回転駆動する研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１０（ｂ）は模式図である。また、図１１（ａ）は図１０（ａ）中の領域Ｘの拡大図であり、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）中の領域Ｙの拡大図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置された研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００５６】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの内外周あるいはそのいずれか一方に配置されたリング状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。図１１（ｂ）に示すように、リング状の陽極部材ＡＮは上向きに加工圧力よりも弱い力、例えば１／１０程度の力で容易に変位するバネＳＰにより上向きに押し上げられているが、ウェーハＷＦの下降押圧によりウェーハの内外周のエッジに接地、摺動する。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド回転軸ＰＲの回転により回転駆動される。
研磨パッドＰＤは、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、電解液ＥＬを通過させるための開口部ＳＨが設けられており、保持ネットＮＴにより保持されている。
【００５７】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部ＳＨに存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの回転駆動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００５８】
（電解研磨装置Ｅ）
図１２（ａ）は線型移動するベルト型の研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１２（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置されたベルト型の研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００５９】
ウェーハＷＦへの給電は、ベルト型の研磨パッドＰＤの両側に配置された直線状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの外周を摺動接地させて行う。陽極部材ＡＮは上向きに加工圧力よりも弱い力、例えば１／１０程度の力で容易に変位するバネ（不図示）により上向きに押し上げられているが、ウェーハＷＦの下降押圧によりウェーハの外周のエッジに接地、摺動する。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
ベルト型の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド回転ローラＲＬの回転により、パッド移動方向ＤＲＰＤに線型移動される。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６０】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部に存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの線型移動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６１】
（電解研磨装置Ｆ）
図１３（ａ）は円盤状の研磨パッドが回転しながらその中心が円運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１３（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が下向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、電解液ＥＬ中に配置された円盤状の研磨パッドＰＤにウェーハＷＦの研磨面が押圧され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００６２】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周に配置されたリング状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置に配置され、電源から電圧が印加される。
円盤状の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド中心ＣＰＤを中心として回転しながら、電解研磨浴回転軸ＢＲの回転によりパッド中心ＣＰＤがリング状の陽極部材ＡＮの中心ＣＡＮを中心とする円形の軌跡ＴＲＰＤを描くように運動をする。陰極部材ＣＡは研磨パッドＰＤとともに上記運動をする。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６３】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、研磨パッドＰＤを貫通する開口部に存在する電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの上記運動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６４】
（電解研磨装置Ｇ）
図１４（ａ）はリング状の研磨パッドが回転しながらその中心が直線運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１４（ｂ）は模式図である。
図示しないウェーハ搬送機構により搬送された被研磨対象であるウェーハＷＦは、ウェーハＷＦの研磨面が上向きとなるようにウェーハチャックＣＨに保持され、電解研磨浴ＢＡに供給された本実施形態に係る電解液ＥＬ中に浸漬され、ウェーハ回転軸ＷＲの回転により回転駆動される。
電解液ＥＬは電解研磨浴ＢＡに溜められた状態であり、液面を保持しながら随時循環される。
【００６５】
ウェーハＷＦへの給電は、ウェーハＷＦの外周に配置された直線状の陽極部材ＡＮによりウェーハＷＦの内外周を摺動接地させて行う。あるいは、ウェーハチャックＣＨ側からウェーハＷＦのエッジへ陽極接地してもよい。
円盤状の陰極部材ＣＡは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中にウェーハＷＦの表面に対向する位置、例えばリング状の研磨パッドＰＤの中央部に研磨パッドＰＤを保持するパッド回転軸ＰＲに固定されて配置され、電源から電圧が印加される。
リング状の研磨パッドＰＤは、電解研磨浴ＢＡの電解液ＥＬ中に浸漬されてウェーハＷＦに対向する向きおよび位置に配置され、パッド中心を中心として回転しながら、そのパッド中心が直線の軌跡ＴＲＰＤを描くように運動し、ウェーハＷＦの全面を相対的に摺動する。
研磨パッドＰＤは、電解研磨装置Ｄの研磨パッドと同様に、電解液ＥＬを通過させるための開口部が設けられている。
【００６６】
電解研磨を行うには、陽極部材ＡＮから通電されるウェーハＷＦの表面を陽極、対向する陰極部材ＣＡを陰極として、電解液ＥＬを介して電解電流を通電する。これにより、陽極であるウェーハＷＦの表面が陽極電解作用を受け、陽極酸化され、さらには電解液ＥＬ中のキレート剤によりキレート化される。このとき、研磨パッドＰＤに押圧されたウェーハＷＦの表面はウェーハＷＦの自転および研磨パッドＰＤの上記運動により相対運動し、機械的研磨がなされ、ウェーハＷＦの表面の金属膜が平坦化されながら除去される。
【００６７】
（ウェーハへの給電方法）
上記の電解研磨装置Ａ〜Ｇにおいて、ウェーハへの陽極の給電方法は、以下の３つの方法を取ることができる。
図１５（ａ）〜（ｃ）はウェーハへの陽極の給電方法を示す模式図である。
まず、図１５（ａ）に示すように、研磨される銅膜ＣＦをウェーハＷＦの裏面まで連続的に成膜し、ウェーハチャックＣＨ上面からウェーハＷＦへ給電することができる。
また、図１５（ｂ）に示すように、回転あるいは移動するウェーハＷＦのエッジ部分に摺動接触する陽極部材ＡＮを配置し、ウェーハＷＦの上面からウェーハに給電することもできる。
また、図１５（ｃ）に示すように、回転あるいは移動するウェーハＷＦのエッジ部分の近傍に接触させずに陽極部材ＡＮを配置する方法もあり、この場合にはウェーハＷＦのエッジ部と陽極部材ＡＮの間隙ｄに存在する電解液を介して通電がなされ、ウェーハＷＦの上面からウェーハに給電する。
【００６８】
（実施例１：通電による研磨速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハを研磨の対象とし、電解研磨を行った。
研磨パッドとしてアイオン株式会社製発泡ポリビニルアセタールを用い、研磨圧力を９０ｇ／ｃｍ２ 、パッド相対速度を１．３５ｍ／秒として電解研磨あるいは化学的機械研磨を行った。
条件Ａとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％含有する電解液Ａを用い、通電を行わず２分間化学的機械研磨を行った。
【００６９】
一方、条件Ｂとして、上記の電解液Ａに、さらに第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ添加した電解液Ｂを用い、陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０〜１．２Ｖ（ＤＣ）の範囲で変化させて２分間電解研磨を行った。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１６に示す。図中、Ａは条件Ａの結果を示し、Ｂは条件Ｂの結果を示し、Ｂについては０〜１．２Ｖの印加電圧について順番に示している。
【００７０】
このように、本実施形態に電解研磨組成物を用いて電解研磨することで、通電を伴わない場合の研磨速度の３０倍以上である研磨速度を実現でき、従来よりもさらに高い研磨処理速度を達成できることが確認された。
【００７１】
（実施例２：第２電解質による研磨速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハを研磨の対象とし、電解研磨を行った。
研磨パッドとしてアイオン株式会社製発泡ポリビニルアセタールを用い、研磨圧力を９０ｇ／ｃｍ２ 、パッド相対速度を１．３５ｍ／秒として電解研磨あるいは化学的機械研磨を行った。
条件Ｃとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％、第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ含有する電解液Ｃを用い、陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０．６Ｖ（ＤＣ）として２分間電解研磨を行った。
【００７２】
一方、条件Ｄとして、上記の電解液Ｃに、さらに第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％添加した電解液Ｄを用い、上記と同様に陰極と陽極の間の極間距離を６ｍｍとして、印加電圧を０．６Ｖ（ＤＣ）として２分間電解研磨を行った。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１７に示す。図中、Ｃは条件Ｃの結果を示し、Ｄは条件Ｄの結果を示す。
【００７３】
このように、本実施形態に電解研磨組成物を用いて電解研磨するときに、第２電解質をさらに添加するとで、第２電解質を添加しない場合の研磨速度の２倍以上の高い研磨処理速度を達成できることが確認された。
【００７４】
（実施例３：防食剤によるエッチング速度の変化）
上記の電解研磨装置を用いて、下地酸化膜上に、バリヤメタルとして３０ｎｍの膜厚のＴａＮ膜を形成し、その上層にＰＶＤ法により１００ｎｍの銅膜を形成し、さらにメッキにより１０００ｎｍの銅膜を堆積したシリコンウェーハをエッチングの対象とし、エッチングを行った。
条件Ｅとして、研磨砥粒としてアルミナを１．５重量％、有機酸としてキナルジン酸を０．９重量％、第１電解質として硝酸（ＨＮＯ３ ）を６重量％、防食剤としてベンゾトリアゾールカルボン酸を７５ｐｐｍ含有する電解液Ｅを用い、シリコンウェーハを２分間浸漬した。
【００７５】
一方、条件Ｆとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを１０ｐｐｍ添加した電解液Ｆを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｇとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを１００ｐｐｍ添加した電解液Ｇを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｈとして、上記の電解液Ｅに、さらにベンゾトリアゾールを５００ｐｐｍ添加した電解液Ｈを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
また、条件Ｉとして、上記の電解液Ｅに、さらに第２電解質としてリン酸（Ｈ３ ＰＯ４ ）を５重量％添加した電解液Ｉを用い、上記とウェーハを２分間浸漬した。
上記の各条件の研磨速度の測定は、処理の前後で、１０ｍｍ間隔で全面を四短針シート抵抗測定器（ナプソン製ＲＴ−８０）によりシート抵抗測定し、抵抗率１．７０３μΩｃｍとして膜厚に換算した。
結果を図１８に示す。図中、Ｅ〜Ｉは上記の各条件Ｅ〜Ｉの結果を示す。
【００７６】
このように、本実施形態の電解研磨組成物を用いて電解研磨するときに、防食剤をさらに添加することで、処理基板を浸漬した時のエッチング速度が、５ｎｍ／分以下とすることができることが確認された。
本明細書において、「実質的に電解研磨処理時に銅または銅合金等を溶解させない」とは、上記のように処理基板を浸漬した時のエッチング速度が、５ｎｍ／分以下であることを示すものとする。
【００７７】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、研磨対象となる金属層は銅に限定されず、その他の金属材料を用いることができる。
また、上記の実施の形態においてはキレート剤の種類や陰極部材あるいは陽極部材などの材質は特に限定されない。
さらに、本発明は半導体装置の製造工程以外の工程における銅膜などの研磨方法や研磨装置として適用できる。
また、実施形態における半導体装置の製造に限定されず、銅膜の平坦化以外の工程であるコンタクトホールあるいは配線用溝の形成工程やバリアメタル層の形成工程などは適宜変更可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の電解研磨組成物によれば、電解研磨処理時に銅または銅合金などの研磨対象である金属層を溶解せず、低研磨圧力下でも、より高い速度で研磨処理を可能にする電解電流を通電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電解研磨組成物を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は半導体基板への絶縁膜形成工程まで、（ｂ）はコンタクトホールおよび配線用溝の形成工程まで、（ｃ）はバリアメタル膜の形成工程までを示す。
【図２】図２は、図１の続きの工程の断面図であり、（ｄ）はシード膜としての銅膜の形成工程まで、（ｅ）は銅膜の形成工程までを示す。
【図３】図３は、図２の続きの工程の断面図であり、（ｆ）は銅膜の陽極酸化の工程まで、（ｇ）はキレート膜の形成工程までを示す。
【図４】図４は、図３の続きの工程の断面図であり、（ｈ）は凸部のキレート膜の除去工程まで、（ｉ）はキレート膜の再形成工程までを示す。
【図５】図５は本発明の実施形態に係る電解研磨組成物を用いた半導体装置の製造工程においてキレート膜が形成されたときのキレート膜近傍を拡大した断面図である。
【図６】図６は、図４の続きの工程の断面図であり、（ｊ）は銅膜の平坦化工程まで、（ｋ）は余分な銅膜の除去工程まで、（ｌ）はバリアメタル膜の露出工程までを示す。
【図７】図７は横型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図８】図８は縦型の電解研磨浴を有する電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図９】図９はいわゆるカップ型の電解研磨装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は回転駆動する研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１０（ｂ）は模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は図１０（ａ）中の領域Ｘの拡大図であり、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）中の領域Ｙの拡大図である。
【図１２】図１２（ａ）は線型移動するベルト型の研磨パッドを有する電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１２（ｂ）は模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は円盤状の研磨パッドが回転しながらその中心が円運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１３（ｂ）は模式図である。
【図１４】図１４（ａ）はリング状の研磨パッドが回転しながらその中心が直線運動をする電解研磨装置の構成を示す上面図であり、図１４（ｂ）は模式図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）はウェーハへの陽極の給電方法を示す模式図である。
【図１６】図１６は実施例１の結果を示す図である。
【図１７】図１７は実施例２の結果を示す図である。
【図１８】図１８は実施例３の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板、１１…層間絶縁膜、１１ａ…配線用溝、１１ｂ…コンタクトホール、１２…バリアメタル膜、１３…シード膜、１４…銅膜、１４ａ…埋め込み配線、１５…キレート膜、１６…酸化銅膜、１７…保護膜、２０…陰極部材、ＢＡ…電解研磨浴、ＥＬ…電解研磨組成物（電解液）、ＷＦ…ウェーハ、ＡＮ…陽極部材、ＣＡ…陰極部材、ＣＨ…ウェーハチャック、ＷＲ…ウェーハ回転軸、ＤＲＷＦ…ウェーハ移動方向、ＷＭ…ウェーハ移動軸、ＣＰ…カップ、ＣＭ…カップ移動軸、ＤＲＣＰ…カップ移動方向、ＰＤ…研磨パッド、ＰＲ…パッド回転軸、ＳＨ…開口部、ＮＴ…保持ネット、ＳＰ…バネ、ＲＬ…パッド回転ローラ、ＣＡＮ…陽極部材の中心、ＣＰＤ…パッドの中心、ＴＲＰＤ…軌跡、ＢＲ…電解研磨浴回転軸、ＣＷＦ…ウェーハの中心、ＣＦ…銅膜。
Claims (20)
- 基板に設けられた研磨対象である金属層を平坦化するための電解研磨に用いられる電解研磨組成物であって、
水に溶解して電離し、水溶液に導電性を付与する電解質と、
前記金属層の金属と反応して前記金属よりも機械的強度が弱く水に難溶性である金属錯体を形成する、水溶性のキレート剤と、
前記金属層に対して表面に保護膜を形成する防食剤と
を含む水溶液である
電解研磨組成物。 - 前記電解質が、第１電解質と、前記第１電解質と同程度以上の解離度を有し、前記キレート剤による錯体形成反応を補助して、前記金属層の表面の光沢を維持する第２電解質とを含む
請求項１に記載の電解研磨組成物。 - 前記金属層が銅を含む
請求項１に記載の電解研磨組成物。 - 前記キレート剤が有機酸を含む
請求項１に記載の電解研磨組成物。 - 前記有機酸が、キナルジン酸、２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジンカルボン酸、キノン、アントラニル酸およびフェニルアラニンから選ばれる少なくとも１つを含む
請求項４に記載の電解研磨組成物。 - 前記第１電解質がＨ＋ イオンを含む
請求項２記載の電解研磨組成物。 - 前記Ｈ＋ イオンの濃度は、前記電解研磨組成物のｐＨの値が０．２〜１．６となるような範囲の濃度である
請求項６記載の電解研磨組成物。 - 前記第１電解質が硝酸を含む
請求項２記載の電解研磨組成物。 - 前記第１電解質が前記電解研磨組成物中に１．５〜１２重量％含有される
請求項２記載の電解研磨組成物。 - 前記第２電解質がリン酸を含む
請求項２記載の電解研磨組成物。 - 前記第２電解質が前記電解研磨組成物中に２〜１０重量％含有される
請求項２記載の電解研磨組成物。 - 前記防食剤がベンゾトリアゾールまたはその誘導体を含む
請求項１記載の電解研磨組成物。 - 前記防食剤が前記電解研磨組成物中に５０〜２００ｐｐｍの濃度で含有される
請求項１記載の電解研磨組成物。 - 研磨砥粒をさらに含有する
請求項１記載の電解研磨組成物。 - 前記研磨砥粒が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化セリウムおよびマンガン酸化物から選ばれる少なくとも１つの材料からなる
請求項１４記載の電解研磨組成物。 - 前記研磨砥粒が前記電解研磨組成物中に１〜２０重量％含有される
請求項１４記載の電解研磨組成物。 - 研磨砥粒分散剤をさらに含有する
請求項１４記載の電解研磨組成物。 - 界面活性剤をさらに含有する
請求項１記載の電解研磨組成物。 - 酸化剤をさらに含有する
請求項１に記載の電解研磨組成物。 - 前記酸化剤が硝酸イオンを含有する化合物を含む
請求項１９記載の電解研磨組成物。
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