JP2008196047A - Electrolytic liquid for electrolytic polishing and electrolytic polishing method - Google Patents

Electrolytic liquid for electrolytic polishing and electrolytic polishing method Download PDF

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章 小寺
Yasushi Taima
康 當間
Tsukuru Suzuki
作 鈴木
Takayuki Saito
孝行 斎藤
Itsuki Obata
厳貴 小畠
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • C25F3/22Polishing of heavy metals

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a machined surface having high flattening characteristics while ensuring a higher processing rate for an conductive material with a low voltage applied, and to remove an unnecessary conductive material and expose a barrier film without causing dishing, erosion, or etching at the interface between the barrier film and a metal (conductive material) in polishing of a conductive material such as copper formed on a surface of a substrate in a semiconductor manufacturing process in particular. <P>SOLUTION: The electrolytic liquid for use in electrolytic polishing for polishing a conductive material on a surface of a polishing object comprises an aqueous solution containing at least one organic acid or its salt, at least one strong acid having a sulfonic acid group, a corrosion inhibitor, and a water-soluble polymeric compound. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、被研磨物表面の導電性物質を電解研磨で研磨する時に使用される電解液及び該電解液を用いた電解研磨方法に係わり、特に、半導体デバイス及びディスプレイ等の電子機器の基板表面に形成された導電性材料や、真空機器及び高圧機器等の高精度の仕上げが要求される金属材料等を電解研磨で研磨する時に使用される電解液及び該電解液を用いた電解研磨方法に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution used for polishing an electroconductive substance on the surface of an object to be polished by electropolishing and an electropolishing method using the electrolytic solution, and more particularly to a substrate surface of an electronic device such as a semiconductor device and a display. The present invention relates to an electrolytic solution used for polishing an electroconductive material formed on a metal, a metal material that requires high-precision finishing such as a vacuum device and a high-pressure device, and an electropolishing method using the electrolytic solution. .

半導体集積回路の配線金属材料として、従来、アルミニウムやアルミニウム合金が一般に使われてきたが、昨今では、電気抵抗が低くエレクロトマイグレーション耐性の高い銅が用いられるようになってきている。銅配線は、基板の絶縁層内に設けたビアホール(接続孔)やトレンチ(溝)にめっきによって銅を埋込み、しかる後、過剰の銅や銅拡散防止用のバリア膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械研磨)により除去して平坦化するダマシン法により一般に形成される。この種のCMP装置は、研磨パッド(研磨布)を貼った研磨テーブルと、被研磨物としての半導体ウェーハ等の基板を保持する研磨ヘッドとを有し、研磨ヘッドで保持した基板を研磨テーブルに貼設した研磨パッドに向けて所定の圧力で押圧しつつ、基板及び研磨テーブルを同時に回転させ、両者の摺動面に研磨剤(スラリ)を供給することで、基板の表面を研磨パッドで平坦且つ鏡面状に研磨するようにしている。   Conventionally, aluminum or an aluminum alloy has been generally used as a wiring metal material for a semiconductor integrated circuit. Recently, however, copper having a low electrical resistance and a high electromigration resistance has been used. For copper wiring, copper is embedded in via holes (connection holes) and trenches (grooves) provided in the insulating layer of the substrate by plating, and then an excessive copper or barrier film for preventing copper diffusion is CMP (Chemical Mechanical Polishing: It is generally formed by a damascene method that is removed by chemical mechanical polishing and flattened. This type of CMP apparatus has a polishing table with a polishing pad (polishing cloth) and a polishing head for holding a substrate such as a semiconductor wafer as an object to be polished, and the substrate held by the polishing head is used as a polishing table. The substrate and the polishing table are simultaneously rotated while being pressed against the affixed polishing pad with a predetermined pressure, and the surface of the substrate is flattened with the polishing pad by supplying an abrasive (slurry) to both sliding surfaces. In addition, the mirror surface is polished.

図1(a)〜(d)は、銅配線基板の従来の製造方法の一例を工程順に示す。図1(a)に示すように、絶縁膜(層間絶縁膜)10及びハードマスク12の内部に、バリア膜16で包囲された銅からなる下層配線14を形成した後、この上に、Si−Nバリア膜18、第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22、及びハードマスク24を順次積層しながら、これらの内部に、例えばリソグラフィー・エッチング技術により、ビアホール26とトレンチ28を形成する。そして、その上にバリア膜30、更にその上に電解めっきの給電層として銅シード膜32を形成する。   1A to 1D show an example of a conventional manufacturing method of a copper wiring board in the order of steps. As shown in FIG. 1A, after a lower layer wiring 14 made of copper surrounded by a barrier film 16 is formed inside an insulating film (interlayer insulating film) 10 and a hard mask 12, Si— While sequentially laminating the N barrier film 18, the first insulating film 20, the second insulating film 22, and the hard mask 24, a via hole 26 and a trench 28 are formed therein by, for example, a lithography etching technique. Then, a barrier film 30 is formed thereon, and a copper seed film 32 is formed thereon as a power feeding layer for electrolytic plating.

銅拡散防止のためのバリア膜30としては、W,Ta/Ta,Ti,W,WSi(X,Yは合金により任意の数値を示す),TaSi,TiSi(X,Y,Zは合金により任意の数値),RuまたはRu/WCNなどの金属材料が一般に用いられる。 The barrier film 30 for preventing copper diffusion, W, Ta / Ta X N Y, Ti X N Y, W X N Y, W X Si Y (X, Y represents any numeric an alloy), Ta X Si Y N Z, Ti X Si Y N Z (X, Y, Z is any number of an alloy), metal material such as Ru or Ru / WCN are generally employed.

そして、図1(b)に示すように、基板Wのビアホール26及びトレンチ28内にめっき等で配線材料としての銅34を充填するとともに、ハードマスク24上に銅34を堆積する。その後、図1(c)に示すように、研磨剤スラリを用いた化学的機械研磨(CMP)により、基板Wの最表面の銅34及びシード膜32を除去し、更に、絶縁膜22上のバリア膜30を除去して研磨工程を終了する。これにより、図1(d)に示すように、絶縁膜20,22の内部に銅34からなる上層配線36を形成する。   Then, as shown in FIG. 1B, copper 34 as a wiring material is filled in the via hole 26 and the trench 28 of the substrate W by plating or the like, and the copper 34 is deposited on the hard mask 24. Thereafter, as shown in FIG. 1C, the copper 34 and the seed film 32 on the outermost surface of the substrate W are removed by chemical mechanical polishing (CMP) using an abrasive slurry, and further on the insulating film 22. The barrier film 30 is removed and the polishing process is completed. Thereby, as shown in FIG. 1D, the upper layer wiring 36 made of copper 34 is formed inside the insulating films 20 and 22.

半導体産業の分野では、近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、絶縁膜(層間絶縁膜)として、従来のCVD−SiO膜よりも誘電率の更に低いLow-k材と呼ばれる有機または無機材料を使用する傾向にある。材料の誘電率を下げるための方法の一つに膜密度を下げる方法があるが、膜密度の低下により、これらのLow-k材は、機械的強度が従来のSiO膜に比べて低い。このため、前述の絶縁膜(層間絶縁膜)20,22として、Low−k材(低誘電率絶縁層)を使用し、化学的機械研磨(CMP)により、基板Wの最表面の銅34及びシード膜32、更にはバリア膜30を除去しようとすると、絶縁膜(Low-k材)22とハードマスク24等とが剥離し易くなるばかりでなく、この時に加えられる押圧力によって、絶縁膜(層間絶縁膜)20,22が容易に破壊される。絶縁膜(層間絶縁膜)20,22の破壊を防止するため、押圧力を低い値に抑えると、研磨速度が低下して生産性に問題が生じる。このため、CMPプロセスの適用は一般に困難である。 In the field of the semiconductor industry, with the recent high integration of semiconductor devices, an organic or inorganic material called a low-k material having a dielectric constant lower than that of a conventional CVD-SiO 2 film is used as an insulating film (interlayer insulating film). Tend to use. One of the methods for lowering the dielectric constant of the material is a method of lowering the film density. Due to the lowering of the film density, these low-k materials have lower mechanical strength than the conventional SiO 2 film. For this reason, a low-k material (low dielectric constant insulating layer) is used as the insulating films (interlayer insulating films) 20 and 22, and the copper 34 and the outermost surface of the substrate W are formed by chemical mechanical polishing (CMP). If the seed film 32 and further the barrier film 30 are to be removed, the insulating film (low-k material) 22 and the hard mask 24 and the like are not easily peeled off, but the insulating film (by the pressing force applied at this time) The interlayer insulating films 20 and 22 are easily broken. In order to prevent the insulating films (interlayer insulating films) 20 and 22 from being destroyed, if the pressing force is suppressed to a low value, the polishing rate is lowered, resulting in a problem in productivity. For this reason, application of the CMP process is generally difficult.

この問題を解決する手段として、化学研磨や電解研磨で基板の最表面の銅やシード膜等を研磨することが考えられる。これらの研磨方法は、従来のCMPとは対照的に、機械的な作用を用いることなく基板表面の銅等の導電性物質を化学的または陽極的に溶解させて、研磨面の平滑化及び鏡面化等を行うものである。従って、塑性変形による加工変質層や転位等の欠陥は発生せず、Low−k材等の材料の特性を損なわずに研磨を行うといった課題が達成される。   As a means for solving this problem, it is conceivable to polish copper, a seed film or the like on the outermost surface of the substrate by chemical polishing or electrolytic polishing. In contrast to conventional CMP, these polishing methods chemically or anodically dissolve a conductive material such as copper on the surface of the substrate without using a mechanical action, thereby smoothing and polishing the polished surface. It is to make it. Therefore, defects such as work-affected layers and dislocations due to plastic deformation do not occur, and the problem of polishing without impairing the properties of materials such as low-k materials is achieved.

しかしながら、化学研磨や電解研磨は、一般に、従来のCMPのように、研磨対象物に研磨パッドなどを接触させて加圧することなく、研磨を行うため、次のような不具合が生じる可能性がある。すなわち、これらの方法により、例えば基板内の金属配線となるビアホールやトレンチに埋込むようにめっきなどで成膜された金属(銅)表面を研磨して平坦化する場合、CMPと同等の研磨速度を確保しようとすると、成膜時に形成された金属表面の凹凸の凹部及び凸部が同等の速度で除去される。そのため、研磨を継続しても金属表面が平坦化されず、金属配線の中央部がより薄くなる。換言すれば、断面から配線部を観察すると、皿のように湾曲に過研磨された状態となるディッシングが生じる。   However, chemical polishing and electropolishing generally perform polishing without bringing a polishing pad or the like into contact with an object to be polished and applying pressure as in conventional CMP, which may cause the following problems. . That is, when polishing and planarizing a metal (copper) surface formed by plating or the like so as to be buried in a via hole or a trench that becomes a metal wiring in a substrate by using these methods, a polishing rate equivalent to CMP is used. If it is going to ensure, the uneven | corrugated recessed part and convex part of the metal surface which were formed at the time of film-forming will be removed at an equivalent speed. Therefore, even if polishing is continued, the metal surface is not flattened, and the central portion of the metal wiring becomes thinner. In other words, when the wiring part is observed from the cross section, dishing that is over-polished into a curved shape like a dish occurs.

この問題を解決する1つの手段として、電解研磨の一形態である、CMPと電解研磨の原理を組合せた手法である複合電解研磨(電気化学的機械研磨)により、金属表面を平坦化加工する方法がある。この方法は、例えば、研磨パッド(研磨布)を貼った研磨テーブルを陰極、研磨ヘッドに保持された半導体ウェーハ等の基板(被研磨物)表面の金属(銅)を陽極となし、両者の間に電圧を印加しつつ、研磨ヘッドで保持した基板を研磨パッドに対して一定の圧力で押圧しながら両者を回転させ、両者の摺動面に電解液を供給することで、基板表面の金属を電気化学的機械研磨する方法である(例えば、特許文献1〜4参照)。   As one means for solving this problem, a method of flattening a metal surface by composite electropolishing (electrochemical mechanical polishing), which is a method combining the principle of CMP and electropolishing, which is a form of electropolishing. There is. In this method, for example, a polishing table with a polishing pad (polishing cloth) is used as a cathode, and a metal (copper) on the surface of a substrate (object to be polished) such as a semiconductor wafer held by a polishing head is used as an anode. While applying a voltage to the substrate, the substrate held by the polishing head is pressed against the polishing pad with a constant pressure while rotating the two, and supplying the electrolyte to the sliding surfaces of both, This is a method of electrochemical mechanical polishing (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

これらの方法の加工原理は、電解作用によって、基板(被研磨物)の金属表面の酸化及び溶解を促進し、かつ研磨パッドによって基板上の酸化膜の除去を促進することによって、金属表面を平坦化することに基づく。しかし、電気化学的機械研磨を含めた電解研磨では、金属に対するCMPと同程度の加工速度を確保し、かつCMP以上の加工面の平坦性を得るという高い要求をクリアするには一般に困難である。その理由の1つとして、一般に、金属と研磨パッドとの間に印加する電圧を増加させると金属に対する加工速度は上昇するが、それに伴い、加工面が荒れたり、加工面に発生する欠陥が増大したりすることが挙げられる。   The processing principle of these methods is that the metal surface is flattened by promoting the oxidation and dissolution of the metal surface of the substrate (object to be polished) by electrolytic action and promoting the removal of the oxide film on the substrate by the polishing pad. Based on. However, electropolishing including electrochemical mechanical polishing is generally difficult to meet the high demands of ensuring a processing speed comparable to CMP for metal and obtaining flatness of the processed surface higher than CMP. . One of the reasons is that, generally, when the voltage applied between the metal and the polishing pad is increased, the processing speed for the metal increases, but along with this, the processing surface becomes rough and defects generated on the processing surface increase. To do.

特開2004−141990号公報JP 2004-141990 A 特表2005−518670号公報JP 2005-518670 Gazette 特開2005−340600号公報JP-A-2005-340600 米国特許出願公開第2006/0006074号明細書US Patent Application Publication No. 2006/00000074

前述したように、複合電解研磨(電気化学的機械研磨)を含めた電解研磨では、加工速度を上げるために電解電圧を上げると、加工面の荒れが大きくなったり、加工面に欠陥が発生したりするなどの問題が生じる。また、これらの研磨法における最大の問題は、電解研磨時に研磨対象となる銅等の金属(導電性物質)を過剰に溶解(エッチング)してしまい、研磨面にディッシングやエロージョンが生じて十分な平坦性が得られないことである。特に、配線部間(フィールド部及びスペース部)に位置する銅等の金属をエッチング除去して、バリア膜まで露出させるプロセスにおいては、ディッシングや、バリア膜と金属(導電性物質)の界面でエッチングが起こりやすい。これは、電解液中に含まれる保護皮膜形成剤が、高い電圧の印加によって、本来保護すべき部分に対する保護効果を失うからである。したがって、保護皮膜形成剤が効果をもつ低い電解電圧でも、CMPと同等レベルの導電性物質に対する高い加工速度が得られるようになれば、複合電解研磨(電気化学的機械研磨)を含めた電解研磨は、Low−k材等の脆弱材料を有する半導体デバイス等に対するCMPよりダメージが低い加工法として有用となる。   As described above, in electropolishing including composite electropolishing (electrochemical mechanical polishing), when the electrolysis voltage is increased to increase the processing speed, the roughness of the processed surface increases or defects occur on the processed surface. Problems occur. The biggest problem with these polishing methods is that the metal (conductive material) such as copper to be polished during electropolishing is excessively dissolved (etched), resulting in sufficient dishing and erosion on the polished surface. The flatness cannot be obtained. In particular, in the process of etching away metal such as copper located between the wiring parts (field part and space part) to expose the barrier film, etching is performed at the interface between the barrier film and the metal (conductive substance). Is likely to occur. This is because the protective film forming agent contained in the electrolytic solution loses its protective effect on the portion that should be protected originally by applying a high voltage. Therefore, if a high processing speed for a conductive material equivalent to that of CMP can be obtained even at a low electrolysis voltage where the protective film forming agent is effective, electropolishing including composite electropolishing (electrochemical mechanical polishing) Is useful as a processing method with less damage than CMP for semiconductor devices having fragile materials such as Low-k materials.

一般に、研磨対象物である銅等の導電性物質(金属)の抵抗率よりもバリア膜の抵抗率の方が高く、また導電性物質よりもバリア膜の方が酸化(溶解)電位が高いことから、電解電圧の制御が難しい。例えば、バルク研磨において、研磨速度を上げるために設定した高い電圧のままで研磨を続けると、保護膜形成剤が本来保護すべき部分に対する保護効果を失ったり、抵抗率が大きく異なる導電性物質とバリア膜との界面に電界が集中したりするため、異常加工が起こりやすい。   Generally, the resistivity of the barrier film is higher than that of the conductive material (metal) such as copper, which is the object to be polished, and the barrier film has a higher oxidation (dissolution) potential than the conductive material. Therefore, it is difficult to control the electrolysis voltage. For example, in bulk polishing, if the polishing is continued with a high voltage set to increase the polishing rate, the protective film forming agent loses the protective effect on the portion that should be protected originally, or the conductive material having a significantly different resistivity. Abnormal machining is likely to occur because the electric field concentrates on the interface with the barrier film.

表面に存在する凹凸の段差が一般に大きい研磨初期の場合は、研磨パッドが凸部に作用する面圧と凹部に作用する面圧との間に十分な面圧差があるため、凸部に形成された保護膜は研磨パッドで除去され、凹部は保護膜で保護されながら研磨が進む。これによって、表面の凹凸が徐々に解消されていく。しかし、研磨の進行に伴い表面の凹凸の段差が小さくなるにつれ、凹凸に対する面圧差が徐々に小さくなるため、過研磨を抑制したい部分に形成される保護膜は、研磨パッドの研磨に対して耐性のあるものでなければ保護性が十分ではなく、更にバリア膜が露出した場合には、強い保護性が要求される。   In the initial stage of polishing, where the uneven step on the surface is generally large, the polishing pad has a sufficient difference in surface pressure between the surface pressure acting on the convex portion and the surface pressure acting on the concave portion. The protective film is removed by the polishing pad, and the polishing proceeds while the recess is protected by the protective film. As a result, surface irregularities are gradually eliminated. However, as the unevenness of the surface becomes smaller as the polishing progresses, the surface pressure difference with respect to the unevenness gradually becomes smaller, so the protective film formed on the part where overpolishing is desired is resistant to polishing of the polishing pad. If the barrier film is not present, the protective property is insufficient, and if the barrier film is exposed, a strong protective property is required.

ここでいう、電解研磨とは、導電性物質と対向電極との間を電解液で導通させ、電気化学作用によって、導電性物質を加工する研磨方法であり、ここでは、後述の電気化学的機械研磨も含む。また、化学的機械研磨(CMP)は、超LSIデバイスのプラナリゼーション(多層配線の層間膜の平坦化)を目的として開発された、工作物と研磨液の固液反応を利用した湿式のメカノケミカル加工法である。電気化学的機械研磨は、導電性物質と対向電極との間を電解液で導通させ、電気化学作用及び機械的作用によって、導電性物質を加工する研磨方法である。   Electropolishing as used herein refers to a polishing method in which a conductive substance and a counter electrode are electrically connected to each other by an electrolytic solution, and the conductive substance is processed by an electrochemical action. Including polishing. Chemical mechanical polishing (CMP) was developed for the purpose of planarization of VLSI devices (planarization of the interlayer film of multilayer wiring) and is a wet mechanochemical that utilizes the solid-liquid reaction between the workpiece and polishing liquid. It is a processing method. Electrochemical mechanical polishing is a polishing method in which an electrically conductive substance and a counter electrode are electrically connected with an electrolyte solution, and the conductive substance is processed by an electrochemical action and a mechanical action.

このように、電解研磨を半導体製造プロセスに適用するにあたり、電解研磨によってバリア膜を露出させようとすると、本来残すべき配線金属等の導電性物質まで過研磨(ディッシング)されるという問題がある。このため、配線金属等の導電性物質に対するこのような過研磨をなくし、研磨により配線部間(フィールド部及びスペース部)のバリア膜が露出したときに、ディッシングやバリア膜と金属(導電性物質)の界面でのエッチングが起こらない研磨方法が求められている。   Thus, when applying electropolishing to a semiconductor manufacturing process, if an attempt is made to expose the barrier film by electropolishing, there is a problem that conductive material such as wiring metal that should be left is overpolished (dishing). For this reason, such over-polishing for conductive materials such as wiring metal is eliminated, and when the barrier film between the wiring portions (field portion and space portion) is exposed by polishing, dishing or barrier film and metal (conductive material) A polishing method that does not cause etching at the interface is required.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に半導体製造プロセスにおける基板表面に形成された銅等の導電性物質の研磨において、低い印加電圧で導電性物質に対するより高い加工速度を確保しつつ、高い平坦化特性を有する加工面を得ること、ディッシングやエロージョン、バリア膜と金属(導電性物質)の界面でのエッチングを生じさせることなく、不要な導電性物質を除去してバリア膜を露出させることができるようにした電解研磨用電解液及び電解研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in particular, in polishing a conductive material such as copper formed on a substrate surface in a semiconductor manufacturing process, while ensuring a higher processing speed for the conductive material with a low applied voltage. Get a processed surface with high planarization characteristics, remove unwanted conductive material and expose the barrier film without causing dishing or erosion, etching at the interface between the barrier film and metal (conductive material) An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for electropolishing and an electropolishing method which can be performed.

請求項1に記載の発明は、被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨に用いる電解液であって、有機酸またはその塩の1種類以上と、スルホン酸基を有する強酸の1種類以上と、腐食抑制剤と、水溶性高分子化合物を含む水溶液であることを特徴とする電解研磨用電解液である。   The invention described in claim 1 is an electrolytic solution used for electropolishing that polishes a conductive material on the surface of an object to be polished, and includes one or more organic acids or salts thereof and one strong acid having a sulfonic acid group. An electrolytic solution for electropolishing which is an aqueous solution containing the above, a corrosion inhibitor, and a water-soluble polymer compound.

有機酸またはその塩の1種類以上と、スルホン酸基を有する強酸の1種類以上とを共に含む電解液を使用して電解研磨を行うことによって、より低い印加電圧で導電性物質に対する高い加工速度が得られる。これによって、印加電圧を上昇させることなく、導電性物質に対する加工速度を増加させることができるので、加工速度の増加に伴って加工面の荒れが増加することを抑制できる。更に、腐食抑制剤と水溶性高分子化合物を含む電解液を使用して電解研磨を行うことによって、ピット等の表面欠陥の発生を抑制し、かつ平坦性の良好な加工面が得られる。   By performing electropolishing using an electrolytic solution containing both one or more organic acids or salts thereof and one or more strong acids having a sulfonic acid group, a high processing speed for a conductive material at a lower applied voltage Is obtained. Thereby, since the processing speed for the conductive material can be increased without increasing the applied voltage, it is possible to suppress an increase in the roughness of the processed surface as the processing speed increases. Furthermore, by performing electrolytic polishing using an electrolytic solution containing a corrosion inhibitor and a water-soluble polymer compound, generation of surface defects such as pits can be suppressed, and a processed surface with good flatness can be obtained.

請求項2に記載の発明は、前記有機酸は、カルボキシル基を有することを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
カルボキシル基を有する有機酸は、電解反応によって溶解した金属イオンと可溶性錯体を形成しやすく、金属イオンの拡散を容易にする。したがって、カルボキシル基を有する有機酸を使用することで、導電性物質に対する加工速度を増加させることができる。
The invention according to claim 2 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the organic acid has a carboxyl group.
An organic acid having a carboxyl group easily forms a soluble complex with a metal ion dissolved by an electrolytic reaction, and facilitates diffusion of the metal ion. Therefore, by using an organic acid having a carboxyl group, the processing speed for the conductive substance can be increased.

請求項3に記載の発明は、前記有機酸は、ヒドロキシ基を更に有することを特徴とする請求項2に記載の電解研磨用電解液である。
カルボキシル基とヒドロキシ基の両方を有する有機酸は、電解反応によって溶解した金属イオンと更に可溶性錯体を形成しやすい。したがって、カルボキシル基とヒドロキシ基の両方を有する有機酸を使用することで、導電性物質に対する加工速度を増加させることができる。
The invention according to claim 3 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 2, wherein the organic acid further has a hydroxy group.
An organic acid having both a carboxyl group and a hydroxy group easily forms a soluble complex with a metal ion dissolved by an electrolytic reaction. Therefore, by using an organic acid having both a carboxyl group and a hydroxy group, the processing speed for the conductive material can be increased.

請求項4に記載の発明は、前記有機酸は、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸からなる群から選択されるいずれか1種類または2種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
請求項5に記載の発明は、前記有機酸の濃度が0.1〜80重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
In the invention described in claim 4, the organic acid is acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, citric acid, aconitic acid, glyoxylic acid, glycol. 2. The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the electrolyte is one or two or more selected from the group consisting of acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, and tartaric acid.
The invention according to claim 5 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the organic acid is 0.1 to 80% by weight.

請求項6に記載の発明は、前記スルホン酸基を有する強酸は、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6であるアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸及びフルオロスルホン酸の1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
請求項7に記載の発明は、前記スルホン酸基を有する強酸の濃度が0.1〜20重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
According to a sixth aspect of the present invention, the strong acid having a sulfonic acid group is methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, or trifluoromethanesulfone. The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the electrolytic solution is one or more of acid and fluorosulfonic acid.
The invention according to claim 7 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is 0.1 to 20% by weight.

請求項8に記載の発明は、前記腐食抑制剤は、ベンゾトリアゾール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
ベンゾトリアゾール及びその誘導体からなる腐食抑制剤は、電解研磨時における加工表面保護膜として効果が高く、ベンゾトリアゾール及びその誘導体からなる腐食抑制剤を使用することで良好な段差解消性が得られる。ベンゾトリアゾール及びその誘導体としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾール、5−クロロベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール−5−カルボン酸、及び5−ニトロベンゾトリアゾール等が挙げられる。
The invention according to claim 8 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of benzotriazole and derivatives thereof.
A corrosion inhibitor composed of benzotriazole and its derivatives is highly effective as a processed surface protective film during electropolishing, and good step resolution can be obtained by using a corrosion inhibitor composed of benzotriazole and its derivatives. Examples of benzotriazole and derivatives thereof include benzotriazole, tolyltriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 5-chlorobenzotriazole, benzotriazole-5-carboxylic acid, and 5-nitrobenzotriazole. .

請求項9に記載の発明は、前記腐食抑制剤の濃度が0.001〜5重量%であることを特徴とする請求項8に記載の電解研磨用電解液である。   The invention according to claim 9 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 8, wherein the concentration of the corrosion inhibitor is 0.001 to 5% by weight.

請求項10に記載の発明は、前記水溶性高分子化合物は、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンから選ばれる1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
請求項11に記載の発明は、前記水溶性高分子化合物の濃度が0.005〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液である。
The invention according to claim 10 is characterized in that the water-soluble polymer compound is polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, polymethacrylamide, polymethoxyethylene, The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the electrolytic solution is one or more selected from polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl pyrrolidone.
The invention according to claim 11 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the water-soluble polymer compound is 0.005 to 5% by weight.

請求項12に記載の発明は、砥粒を更に含有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の電解研磨用電解液である。
電解研磨に際して、砥粒を含む電解液を使用することによって、加工速度を増大させ、加工面の欠陥や荒れを抑制することができる。砥粒としては、アルミナ、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、酸化ジルコニア、酸化セリウム、酸化チタン、及び酸化マンガンから選ばれる1種類以上が挙げられる。
The invention according to claim 12 is the electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 11, further comprising abrasive grains.
In electrolytic polishing, by using an electrolytic solution containing abrasive grains, the processing speed can be increased and defects and roughness of the processed surface can be suppressed. As an abrasive grain, one or more types chosen from alumina, colloidal silica, fumed silica, zirconia oxide, cerium oxide, titanium oxide, and manganese oxide are mentioned.

請求項13に記載の発明は、前記砥粒の濃度が0.01〜10重量%であることを特徴とする請求項12に記載の電解研磨用電解液である。
請求項14に記載の発明は、界面活性剤を更に含有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の電解研磨用電解液である。
電解研磨に際して、界面活性剤を含む電解液を使用することによって、砥粒の分散性を向上させ、研磨面の荒れを更に抑制することができる。
The invention according to claim 13 is the electrolytic solution for electropolishing according to claim 12, wherein the concentration of the abrasive grains is 0.01 to 10% by weight.
The invention according to claim 14 is the electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 13, further comprising a surfactant.
In the electrolytic polishing, by using an electrolytic solution containing a surfactant, it is possible to improve the dispersibility of the abrasive grains and further suppress the roughness of the polished surface.

請求項15に記載の発明は、導電率が5〜200mS/cmであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の電解研磨用電解液である。
電解研磨に際して、異なる導電率を有する電解液を使用することによって、同一の印加電圧で得られる加工速度が異なってくる。したがって、電解液の導電率を調整することによって、ある電圧において、所望の加工速度が得られるように、電解液を調整できる。
The invention according to claim 15 is the electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 14, wherein the conductivity is 5 to 200 mS / cm.
By using electrolytic solutions having different electrical conductivities during electropolishing, the processing speed obtained with the same applied voltage varies. Therefore, by adjusting the conductivity of the electrolytic solution, the electrolytic solution can be adjusted so that a desired processing speed can be obtained at a certain voltage.

請求項16に記載の発明は、pHが2〜10であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の電解研磨用電解液である。
電解液のpHを調整することによって、加工速度、段差解消性及び表面荒れそれぞれについて最適な電解液を調製できる。
The invention according to claim 16 is the electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 15, wherein the pH is 2 to 10.
By adjusting the pH of the electrolytic solution, it is possible to prepare an optimal electrolytic solution for each of processing speed, level difference elimination property, and surface roughness.

請求項17に記載の発明は、成分中に前記導電性物質が0.001〜10重量%含まれていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の電解研磨用電解液である。
研磨の対象となる導電性物質を予め電解液中に溶解させておくと、電解液と導電性物質との界面の抵抗が抑制され、研磨時において研磨対象物表面からの導電性物質を含む研磨生成物の電解液中への拡散が促進される。これにより、研磨速度が向上し、かつ研磨面の表面荒れの抑制が可能になる。
The invention according to claim 17 is the electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 16, wherein 0.001 to 10% by weight of the conductive substance is contained in a component. is there.
When the conductive material to be polished is previously dissolved in the electrolytic solution, the resistance at the interface between the electrolytic solution and the conductive material is suppressed, and polishing including the conductive material from the surface of the polishing target during polishing is performed. Diffusion of the product into the electrolyte is promoted. As a result, the polishing rate is improved and surface roughness of the polished surface can be suppressed.

請求項18に記載の発明は、被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨に用いる電解液であって、該電解液の組成が全組成物重量に対して、(a)2〜80重量%の有機酸、(b)2〜20重量%のスルホン酸基を有する強酸、(c)0.01〜1重量%の腐食抑制剤、(d)0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、(e)0.01〜2重量%の砥粒、及び(f)0.01〜1重量%の界面活性剤とを備え、pHが2〜10に調整された電解研磨用電解液である。   The invention according to claim 18 is an electrolytic solution used for electrolytic polishing for polishing a conductive substance on the surface of an object to be polished, wherein the composition of the electrolytic solution is (a) 2 to 80 with respect to the total composition weight. % By weight organic acid, (b) a strong acid having 2-20% by weight sulfonic acid groups, (c) 0.01-1% by weight corrosion inhibitor, (d) 0.01-1% by weight water-soluble Electrolysis for electropolishing comprising a polymer compound, (e) 0.01 to 2% by weight of abrasive grains, and (f) 0.01 to 1% by weight of a surfactant, wherein the pH is adjusted to 2 to 10 It is a liquid.

請求項19に記載の発明は、被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨方法であって、請求項1乃至18のいずれかに記載の電解液の存在下で、研磨パッドで前記導電性物質の表面を擦りつつ、前記導電性物質と前記対向電極との間に電圧を印加することを特徴とする電解研磨方法である。   The invention according to claim 19 is an electrolytic polishing method for polishing a conductive material on the surface of an object to be polished, wherein the conductive material is polished with a polishing pad in the presence of the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 18. A voltage is applied between the conductive material and the counter electrode while rubbing the surface of the conductive material.

請求項20に記載の発明は、被研磨物表面のバリア膜上に形成された導電性物質と、該導電性物質と対面する位置に配置された対向電極との間に電解液を存在させて、研磨パッドで前記導電性物質の表面を擦りつつ電圧を印加して、配線用凹部に導電性物質が埋め込まれた配線部以外の導電性物質を除去するのに際し、(a)有機酸またはその塩の1種類以上、(b)スルホン酸基を有する強酸の1種類以上、(c)腐食抑制剤、及び(d)水溶性高分子化合物を含む水溶液からなる電解液を使用し、前記配線部の上部に位置する導電性物質を、該配線部の上部以外に位置する導電性物質よりも遅い速度で研磨して、配線部の上部に位置する導電性物質を配線部の上部以外に位置する導電性物質に対して凸形状とする第1ステップと、該第1ステップによって形成された凸形状の導電性物質を研磨すると同時に、配線部の上部以外に位置する導電性物質をバリア膜が露出するまで研磨する第2ステップを有することを特徴とする電解研磨方法である。   According to a twentieth aspect of the present invention, an electrolyte is present between a conductive material formed on a barrier film on a surface of an object to be polished and a counter electrode disposed at a position facing the conductive material. When removing the conductive material other than the wiring portion in which the conductive material is embedded in the wiring recess by applying a voltage while rubbing the surface of the conductive material with a polishing pad, (a) an organic acid or its Using the electrolytic solution comprising one or more kinds of salts, (b) one or more strong acids having a sulfonic acid group, (c) a corrosion inhibitor, and (d) a water-soluble polymer compound, The conductive material located above the wiring portion is polished at a slower rate than the conductive material located outside the upper portion of the wiring portion, and the conductive material located above the wiring portion is located outside the upper portion of the wiring portion. A first step of forming a convex shape with respect to the conductive material; An electropolishing method characterized by comprising a second step of polishing a conductive material located on a portion other than the upper portion of the wiring portion until the barrier film is exposed at the same time as polishing the convex conductive material formed by the step. is there.

例えば、配線用凹部に導電性物質を埋め込んだ配線部の上部に位置する導電性物質を配線部の上部以外(フィールド部やスペース部を含む配線部間)に位置する導電性物質よりも遅い速度で研磨し、配線部の上部に位置する導電性物質を配線部間に位置する導電性物質に対して凸形状にしてから、配線部間に位置する導電性物質と共に、バリア膜が露出するまで研磨することにより、配線部間に位置する導電性物質が除去されてバリア膜が露出し始めるときのディッシング量を小さくでき、導電性物質(配線金属)の過研磨によるディッシングやバリア膜と金属(導電性物質)の界面でのエッチングの発生が極力少ない状態で、配線部間の導電性物質を残留させることなく研磨することができる。   For example, the conductive material located at the top of the wiring part where the conductive material is embedded in the wiring recess is slower than the conductive material located outside the upper part of the wiring part (between the wiring part including the field part and the space part) The conductive material located on the upper part of the wiring part is made convex with respect to the conductive substance located between the wiring parts until the barrier film is exposed together with the conductive substance located between the wiring parts. By polishing, the amount of dishing when the conductive material located between the wiring portions is removed and the barrier film begins to be exposed can be reduced. Dishing due to overpolishing of the conductive material (wiring metal) and the barrier film and metal ( It is possible to polish without leaving the conductive material between the wiring portions in a state where the occurrence of etching at the interface of the conductive material) is as small as possible.

請求項21に記載の発明は、前記電解液のpHが3〜4.5に調整されていることを特徴とする請求項20に記載の電解研磨方法である。
これにより、導電性物質表面の初期の凹凸形状において、例えばパッド押圧影響の少ない凹部表面に十分な耐性を有する保護膜を形成しつつ電解研磨を行うことができる。ここで、pHが4.5以上の電解液を使用して電解研磨を行うと、凹部表面に形成される保護膜の強度が不十分であるため、例えば、初期に凹形状であった配線部上部の形状が、研磨中に凸形状にすることが困難になる。一方、pH3より低い電解液を使用して電解研磨を行うと、過剰エッチングにより凹部が凸形状にならないばかりか、段差の解消性が悪く、研磨面の荒れも大きくなる。
The invention according to claim 21 is the electrolytic polishing method according to claim 20, wherein the pH of the electrolytic solution is adjusted to 3 to 4.5.
Thereby, in the initial uneven | corrugated shape of the surface of an electroconductive substance, electropolishing can be performed, for example, forming the protective film which has sufficient tolerance on the recessed part surface with little pad press influence. Here, when electrolytic polishing is performed using an electrolytic solution having a pH of 4.5 or more, the strength of the protective film formed on the concave surface is insufficient. It becomes difficult to make the upper shape convex during polishing. On the other hand, when electrolytic polishing is performed using an electrolytic solution having a pH lower than 3, not only the concave portion does not become convex due to excessive etching, but also the level of unevenness is poor and the roughness of the polished surface increases.

請求項22に記載の発明は、前記電解液は、砥粒及び界面活性剤を更に含有することを特徴とする請求項20または21に記載の電解研磨方法である。
砥粒を含む電解液を使用して電解研磨を行うことで、研磨面が荒れたり、研磨面に欠陥が生じたりすることを抑制できる。また、電解液に界面活性剤を更に含むことで、砥粒の分散性を向上させて、研磨面の荒れを更に抑制できる。
The invention according to claim 22 is the electrolytic polishing method according to claim 20 or 21, wherein the electrolytic solution further contains abrasive grains and a surfactant.
By performing electropolishing using an electrolytic solution containing abrasive grains, it is possible to prevent the polished surface from becoming rough or causing defects on the polished surface. Further, by further including a surfactant in the electrolytic solution, it is possible to improve the dispersibility of the abrasive grains and further suppress the roughness of the polished surface.

請求項23に記載の発明は、前記腐食抑制剤は、ベンゾトリアゾール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法である。
請求項24に記載の発明は、前記ベンゾトリアゾールの誘導体の群から選択される1種類以上の腐食抑制剤は、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールであることを特徴とする請求項23に記載の電解研磨方法である。
23. The electropolishing method according to claim 20, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of benzotriazole and derivatives thereof. It is.
24. The invention according to claim 24, wherein the one or more corrosion inhibitors selected from the group of benzotriazole derivatives are 5-methyl-1H-benzotriazole. This is an electrolytic polishing method.

請求項25に記載の発明は、前記腐食抑制剤は、3−アミノ−5−メチル−4H−1,2,4−トリアゾールであることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法である。
請求項26に記載の発明は、前記腐食抑制剤は、ビスムチオール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法である。
請求項27に記載の発明は、前記腐食抑制剤は、サリチルアルデヒド及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることをあることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法である。
The invention according to claim 25 is characterized in that the corrosion inhibitor is 3-amino-5-methyl-4H-1,2,4-triazole. This is an electrolytic polishing method.
The invention according to claim 26 is the electrolytic polishing method according to any one of claims 20 to 22, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of bismuthiol and derivatives thereof. is there.
The invention according to claim 27 is characterized in that the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of salicylaldehyde and derivatives thereof. This is an electrolytic polishing method.

請求項28に記載の発明は、前記導電性物質の残膜厚を渦電流の変化にて検出することを特徴とする請求項20乃至27のいずれかに記載の電解研磨方法である。
研磨対象物である導電性物質の膜厚の変化やバリア膜の露出の状態は、渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能であり、これをフィードバックして、例えば導電性物質と対向電極との間に印加する電圧を制御することで、バリア膜が露出を開始した後に、トレンチ等に埋込まれた導電性物質(配線金属)が過剰に研磨されることを防止することができる。
The invention according to claim 28 is the electropolishing method according to any one of claims 20 to 27, wherein the remaining film thickness of the conductive material is detected by a change in eddy current.
Changes in the film thickness of the conductive material that is the object to be polished and the exposure state of the barrier film can be monitored by sensing changes in the eddy current, and this is fed back, for example, between the conductive material and the counter electrode. By controlling the voltage applied during this period, it is possible to prevent the conductive material (wiring metal) embedded in the trench or the like from being excessively polished after the exposure of the barrier film.

本発明の電解加工用電解液によれば、例えば基板表面に形成された銅等の導電性物質を電解研磨(加工)する際に、低押圧で、より速い加工速度で、過剰なエッチングを防止しつつ、平坦化特性よく加工することが可能である。
本発明の電解研磨方法によれば、例えばバリア膜上の余剰な銅等の配線金属(導電性物質)を研磨により除去して配線を形成する際、配線金属の過研磨によるディッシングやバリア膜と金属(導電性物質)の界面でのエッチングの発生が極力少ない状態で、配線部間の導電性物質を残留させることなく研磨できる。
According to the electrolytic solution for electrolytic processing of the present invention, for example, when electropolishing (processing) a conductive material such as copper formed on the surface of a substrate, excessive etching is prevented at a low processing pressure and at a higher processing speed. However, it is possible to process with good planarization characteristics.
According to the electrolytic polishing method of the present invention, for example, when wiring is formed by removing excess wiring metal (conductive material) such as copper on the barrier film by polishing, dishing due to overpolishing of the wiring metal and the barrier film Polishing can be performed without leaving the conductive material between the wiring portions in a state where the occurrence of etching at the interface of the metal (conductive material) is as small as possible.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に成膜した、配線材料の銅(及びシード膜)の不要部分を除去して、バリア膜を露出させるようにした例を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following example, an example in which an unnecessary portion of the copper (and seed film) of the wiring material formed on the surface of the barrier film of the substrate as an object to be polished is removed to expose the barrier film.

図2は、電解研磨装置の一例を示す平面図で、図3は、図2の縦断正面図である。この電解研磨装置は、例えば、図1(b)に示すように、表面に銅めっきを施すことで、配線用凹部としてのビアホール26及びトレンチ28内に配線金属として銅34を充填させるとともに、ハードマスク24上に銅34を堆積させた基板(研磨対象物)Wを用意し、この基板の表面に、研磨処理を施して、ハードマスク24上の導電性物質としての銅34(及びシード膜32)を除去し、これによって、図1(c)に示すように、バリア膜30を露出させるのに使用される。そして、更にハードマスク24上のバリア膜30を除去することで、図1(d)に示すように、絶縁膜20,22の内部に銅34からなる上層配線36が形成される。   FIG. 2 is a plan view showing an example of an electropolishing apparatus, and FIG. 3 is a longitudinal front view of FIG. In this electrolytic polishing apparatus, for example, as shown in FIG. 1B, copper plating is applied to the surface to fill the via hole 26 and the trench 28 as the wiring recess with the copper 34 as the wiring metal and A substrate (polishing object) W on which copper 34 is deposited on the mask 24 is prepared, and the surface of this substrate is subjected to a polishing process to form copper 34 (and a seed film 32 as a conductive material on the hard mask 24). ) And thereby used to expose the barrier film 30, as shown in FIG. 1 (c). Further, by removing the barrier film 30 on the hard mask 24, as shown in FIG. 1D, an upper wiring 36 made of copper 34 is formed inside the insulating films 20 and 22.

図2及び図3に示すように、電解研磨装置には、回転自在な研磨テーブル(ターンテーブル)50と、表面(銅34の形成面)を下向きにして、基板Wを着脱自在に保持する上下動及び回転自在な基板ホルダ(研磨ヘッド)52と、研磨テーブル50及び基板ホルダ52の周囲を囲繞して、研磨時及び研磨後に研磨テーブル50の上面に向けて供給される電解液や純水等の液体の外部への飛散を防止する有底円筒状の加工チャンバ54が備えられている。加工チャンバ54の側部には、内部に溜まった液体を外部に排出する排出口54aが設けられている。基板ホルダ(研磨ヘッド)52は、研磨テーブル50上の所定の研磨位置と、該研磨位置の側方の基板受渡し位置との間を移動自在に構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the electrolytic polishing apparatus includes a rotatable polishing table (turn table) 50 and upper and lower surfaces that hold the substrate W detachably with the surface (formation surface of the copper 34) facing downward. A movable and rotatable substrate holder (polishing head) 52, and surroundings of the polishing table 50 and the substrate holder 52, an electrolytic solution or pure water supplied toward the upper surface of the polishing table 50 during and after polishing A bottomed cylindrical processing chamber 54 is provided to prevent the liquid from splashing outside. At the side of the processing chamber 54, there is provided a discharge port 54a for discharging the liquid accumulated inside to the outside. The substrate holder (polishing head) 52 is configured to be movable between a predetermined polishing position on the polishing table 50 and a substrate delivery position on the side of the polishing position.

研磨テーブル50の上面には、研磨テーブル50のほぼ全域を覆う大きさの円板状の加工電極56が配置され、加工電極56の上面は、その全域に亘って研磨パッド(研磨布)58で覆われており、研磨パッド58の上面が研磨面となっている。研磨パッド58の内部には、上下に貫通する多数の貫通孔58aが設けられている。これにより、研磨テーブル50の上面に供給された電解液等の液体は、研磨パッド58の内部に保持される。そして、研磨の際、研磨パッド58の貫通孔58a内に保持された電解液を通して、加工電極56と基板Wの表面に設けた銅34等の導電性物質とが電気的に接続される。研磨パッド58は、CMP用の研磨パッドを用いることができ、この例では、全面に多数の貫通孔58aを有するニッタ・ハース社製のIC-1000から構成されている。   On the upper surface of the polishing table 50, a disk-shaped processing electrode 56 having a size covering almost the entire region of the polishing table 50 is disposed. The upper surface of the processing electrode 56 is covered with a polishing pad (polishing cloth) 58 over the entire region. The upper surface of the polishing pad 58 is a polishing surface. Inside the polishing pad 58, a large number of through holes 58a penetrating vertically are provided. Thereby, the liquid such as the electrolyte supplied to the upper surface of the polishing table 50 is held inside the polishing pad 58. During polishing, the processing electrode 56 and a conductive material such as copper 34 provided on the surface of the substrate W are electrically connected through the electrolytic solution held in the through hole 58a of the polishing pad 58. The polishing pad 58 may be a CMP polishing pad. In this example, the polishing pad 58 is composed of an IC-1000 manufactured by Nitta Haas having a large number of through holes 58a on the entire surface.

なお、全面に渡って貫通孔があれば、研磨パッド58全体は、格子状または円環状の溝が形成されたものであってもよい。また、研磨パッド58自体に通液性があれば、必ずしも研磨パッド58に貫通孔が開いていなくてもよい。   If there are through holes over the entire surface, the entire polishing pad 58 may be formed with a lattice-like or annular groove. Further, if the polishing pad 58 itself has liquid permeability, the polishing pad 58 may not necessarily have a through hole.

研磨テーブル50の上方に位置して、研磨中に研磨テーブル50の上面に向けて電解液を供給する電解液供給ノズル60が配置されている。この電解液供給ノズル60は、電解液を一時的に貯蔵する電解液貯蔵タンク62から延び、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプまたはベローズポンプ等の図示しない電解液供給手段を内部に設けた電解液供給ライン64に接続されている。更に、研磨テーブル50の上方に位置して、研磨後に研磨テーブル50の上面に向けてリンス及び洗浄用の純水を供給する純水供給ノズル66が配置されている。   An electrolytic solution supply nozzle 60 is disposed above the polishing table 50 and supplies an electrolytic solution toward the upper surface of the polishing table 50 during polishing. The electrolytic solution supply nozzle 60 extends from an electrolytic solution storage tank 62 that temporarily stores the electrolytic solution, and an electrolytic solution supply line 64 in which an electrolytic solution supply unit (not shown) such as a tube pump, a diaphragm pump, or a bellows pump is provided. It is connected to the. Further, a pure water supply nozzle 66 is disposed above the polishing table 50 to supply rinse and cleaning pure water toward the upper surface of the polishing table 50 after polishing.

なお、この例では、沈殿や分解の起こりやすい添加剤成分を電解液貯蔵タンク62と別の貯蔵容器68内に保管しておき、電解液貯蔵タンク62内に貯蔵されている電解液に貯蔵容器68内に保管された添加成分を添加しながら、所定の条件で調製された電解液を電解液供給ノズル60から研磨テーブル50の上面に向けて供給するようにしている。貯蔵容器68を設けることなく、所定の条件で調製されて電解液貯蔵タンク62に貯蔵されている電解液を、電解液供給ノズル60から直接研磨テーブル50の上面に向けて供給するようにしてもよい。   In this example, an additive component that is likely to precipitate or decompose is stored in a separate storage container 68 from the electrolytic solution storage tank 62, and the storage container stores the electrolytic solution stored in the electrolytic solution storage tank 62. While adding the additive components stored in 68, an electrolyte prepared under predetermined conditions is supplied from the electrolyte supply nozzle 60 toward the upper surface of the polishing table 50. Without providing the storage container 68, the electrolyte prepared under predetermined conditions and stored in the electrolyte storage tank 62 may be supplied directly from the electrolyte supply nozzle 60 toward the upper surface of the polishing table 50. Good.

加工チャンバ54内の研磨テーブル50の外側に位置して、上面が研磨パッド58の表面とほぼ面一となるように、円柱状の給電電極70が配置されている。これにより、基板ホルダ52を下降させて、基板ホルダ52で保持した基板Wを研磨パッド58に向けて所定の押圧力で押圧した時に、給電電極70の上面が、基板Wの外周部で銅34等の導電性物質の表面(下面)に接触し、これによって、研磨対象物としての導電性物質に給電するようになっている。給電電極70は、印加する電圧及び電圧波形を制御可能な電源72の陽極に接続され、前記加工電極56は、電源72の陰極に接続される。   A cylindrical power supply electrode 70 is disposed so as to be positioned outside the polishing table 50 in the processing chamber 54 so that the upper surface is substantially flush with the surface of the polishing pad 58. Thus, when the substrate holder 52 is lowered and the substrate W held by the substrate holder 52 is pressed against the polishing pad 58 with a predetermined pressing force, the upper surface of the power supply electrode 70 is made of copper 34 at the outer peripheral portion of the substrate W. The surface is contacted with the surface (lower surface) of the conductive material such as a power source, and thereby power is supplied to the conductive material as the object to be polished. The power supply electrode 70 is connected to the anode of a power source 72 that can control the voltage to be applied and the voltage waveform, and the processing electrode 56 is connected to the cathode of the power source 72.

次に、図2及び図3に示す電解研磨装置を使用した電解研磨について説明する。先ず、表面を下向きにして基板Wを保持した基板ホルダ52を研磨テーブル50の上方の所定位置に位置させる。次に、研磨テーブル50を回転させながら、この上面に向けて電解液供給ノズル60から電解液を供給し、同時に、基板ホルダ52を基板Wと共に回転させながら下降させて、基板Wを所定の押圧力で研磨パッド58に向けて押圧する。そして、給電電極70が基板Wの表面の銅34に接触した時に、給電電極70を電源72の陽極に、加工電極56を電源72の陰極にそれぞれ接続して、加工電極56と基板Wの表面の銅34との間に所定の電圧を印加する。これによって、陽極となる銅34の表面で電解反応を起こさせて該銅34を研磨する。なお、この時、研磨パッド58に設けた貫通孔58aを通して、加工電極56と基板Wの銅34の表面との間は電解液で満たされる。   Next, electropolishing using the electropolishing apparatus shown in FIGS. 2 and 3 will be described. First, the substrate holder 52 holding the substrate W with the surface facing downward is positioned at a predetermined position above the polishing table 50. Next, while rotating the polishing table 50, the electrolyte solution is supplied from the electrolyte solution supply nozzle 60 toward the upper surface, and at the same time, the substrate holder 52 is lowered while rotating together with the substrate W, thereby pushing the substrate W to a predetermined level. Press toward the polishing pad 58 with pressure. When the feeding electrode 70 contacts the copper 34 on the surface of the substrate W, the feeding electrode 70 is connected to the anode of the power source 72 and the processing electrode 56 is connected to the cathode of the power source 72. A predetermined voltage is applied to the copper 34. Thus, the copper 34 is polished by causing an electrolytic reaction on the surface of the copper 34 serving as an anode. At this time, the space between the processing electrode 56 and the surface of the copper 34 of the substrate W is filled with the electrolytic solution through the through hole 58a provided in the polishing pad 58.

つまり、陽極となる基板Wの銅34の表面は、陽極酸化されると同時に、銅34の表面には、電解液中の腐食抑制剤と水溶性高分子化合物により保護膜が形成される。このとき、研磨パッド58に向けて押圧された基板Wの銅34は、基板Wの回転運動と研磨テーブル50の回転運動により、研磨パッド58と相対運動して機械的研磨がなされるが、基板Wの銅34の表面に存在する凹部に形成された保護膜は除去されず、銅34の表面に存在する凸部に形成された保護膜のみに電解研磨が進行することになる。このように、基板Wの銅34の表面に存在する凹凸に形成された保護膜のうち、凸部の保護膜のみを選択的に除去することで、銅34は、その表面を平坦化されながら研磨される。   That is, the surface of the copper 34 of the substrate W serving as the anode is anodized, and at the same time, a protective film is formed on the surface of the copper 34 by the corrosion inhibitor and the water-soluble polymer compound in the electrolytic solution. At this time, the copper 34 of the substrate W pressed toward the polishing pad 58 is moved relative to the polishing pad 58 and mechanically polished by the rotational motion of the substrate W and the rotational motion of the polishing table 50. The protective film formed in the concave portion existing on the surface of the copper 34 of W is not removed, and the electropolishing proceeds only to the protective film formed in the convex portion existing on the surface of the copper 34. As described above, by selectively removing only the protective film of the convex portion from the protective film formed on the concave and convex portions present on the surface of the copper 34 of the substrate W, the copper 34 has its surface flattened. Polished.

そして、電解研磨終了後、加工電極56及び給電電極70を電源72から切離し、電解液の供給を停止した後、基板ホルダ52を上昇させ、しかる後、研磨後の基板Wを基板ホルダ52で次工程に搬送する。   Then, after the electropolishing is completed, the processing electrode 56 and the feeding electrode 70 are disconnected from the power source 72, the supply of the electrolytic solution is stopped, the substrate holder 52 is raised, and the polished substrate W is then transferred to the substrate holder 52. Transport to process.

次に、この図2及び図3に示す電解研磨装置に使用される電解液について説明する。
電解液は、(1)有機酸またはその塩の1種類以上、(2)スルホン酸基を有する強酸の1種類以上、(3)腐食抑制剤(窒素含有複素環化合物)、(4)水溶性高分子化合物、(5)pH調整剤、(6)砥粒、及び(7)界面活性剤を含んでいる。更に、電解液は、その成分中に、研磨の対象となる(8)導電性物質、例えば銅を含んでいてもよい。
Next, an electrolytic solution used in the electropolishing apparatus shown in FIGS. 2 and 3 will be described.
The electrolyte is (1) one or more organic acids or salts thereof, (2) one or more strong acids having a sulfonic acid group, (3) a corrosion inhibitor (nitrogen-containing heterocyclic compound), and (4) water-soluble. It contains a polymer compound, (5) a pH adjuster, (6) abrasive grains, and (7) a surfactant. Further, the electrolytic solution may contain (8) a conductive substance to be polished, such as copper, in its components.

なお、この例では、銅を研磨するようにしているが、研磨の対象となる導電性物質としては、銅の他に、例えば銅合金、銀やその合金、金やその合金、アルミニウムやその合金、タングステンやその合金または窒化物・炭化物・窒素炭化物、チタンやその合金または窒化物・炭化物・窒素炭化物、タンタルやその合金または窒化物・炭化物・窒素炭化物、ルテニウムやその合金、及びこれらの組合せが挙げられる。   In this example, copper is polished, but as the conductive material to be polished, in addition to copper, for example, copper alloy, silver or its alloy, gold or its alloy, aluminum or its alloy Tungsten, alloys thereof, nitrides, carbides, nitrogen carbides, titanium, alloys thereof, nitrides, carbides, nitrogen carbides, tantalum, alloys thereof, nitrides, carbides, nitrogen carbides, ruthenium, alloys thereof, and combinations thereof. Can be mentioned.

電解液に含まれる各成分について以下に説明する。
電解液に含まれる有機酸は、研磨の対象となる銅等の金属(導電性物質)と可溶性錯体を形成する必要がある。つまり、銅等の金属と配位結合して水溶液中に溶解するもので、少なくとも有機酸単独で水に溶解する必要がある。有機酸は、その分子内にカルボキシル基(−COOH)を1個以上有するもの、またカルボキシル基と共にヒドロキシ基(−OH)を1個以上有するものであることが好ましい。また、これら有機酸は、液のpHを安定化させるpH緩衝作用も有している。
Each component contained in the electrolytic solution will be described below.
The organic acid contained in the electrolytic solution needs to form a soluble complex with a metal (conductive substance) such as copper to be polished. That is, it is coordinated with a metal such as copper and is dissolved in an aqueous solution, and at least an organic acid needs to be dissolved in water alone. The organic acid preferably has one or more carboxyl groups (—COOH) in the molecule and one or more hydroxy groups (—OH) together with the carboxyl groups. These organic acids also have a pH buffering action that stabilizes the pH of the liquid.

電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を1個有するカルボン酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、n−酪酸、イソ酪酸、n−吉草酸、イソ吉草酸、ソルビン酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、レブリン酸、安息香酸、m−トルイル酸、またはアセチルサリチル酸などが挙げられる。また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、α−ケトグルタル酸、アコニット酸、フタル酸、またはピロメリト酸などが挙げられる。   Examples of the carboxylic acid having one carboxyl group that can be preferably used in the electrolyte include formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, isobutyric acid, n-valeric acid, isovaleric acid, and sorbic acid. , Glyoxylic acid, pyruvic acid, levulinic acid, benzoic acid, m-toluic acid, or acetylsalicylic acid. In addition, carboxylic acids having two or more carboxyl groups, which are organic acids that can be preferably used in the electrolyte, include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, maleic acid. Examples thereof include acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, α-ketoglutaric acid, aconitic acid, phthalic acid, and pyromellitic acid.

また、電解液に好ましく使用することのできる有機酸である、カルボキシル基と共にヒドロキシ基を1個以上有するカルボン酸としては、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸、オキサル酢酸、サリチル酸、m−ヒドロキシ安息香酸、ゲンチシン酸、プロトカテク酸、没食子酸、グルクロン酸、シアル酸、またはアスコルビン酸などが挙げられる。   In addition, examples of carboxylic acids having at least one hydroxy group together with a carboxyl group, which are organic acids that can be preferably used in an electrolytic solution, include citric acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, tartaric acid, oxalacetic acid, Examples include salicylic acid, m-hydroxybenzoic acid, gentisic acid, protocatechuic acid, gallic acid, glucuronic acid, sialic acid, or ascorbic acid.

これらカルボン酸の塩としては、カリウム塩、アンモニウム塩、アルキルアミン塩またはヒドロキシルアミン塩などが挙げられる。これらの1種を電解液に加えても2種以上の混合物を加えてもよい。
以上に挙げた有機酸の群のうち、特に好ましく使用することのできるものは、マロン酸、コハク酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、または酒石酸である。これらの有機酸を添加した電解液を用いて研磨実験を行うと、比較的速い加工速度で、かつ平滑な加工表面が得られることが確かめられている。
Examples of these carboxylic acid salts include potassium salts, ammonium salts, alkylamine salts, and hydroxylamine salts. One of these may be added to the electrolytic solution, or a mixture of two or more may be added.
Among the organic acid groups listed above, those that can be particularly preferably used are malonic acid, succinic acid, citric acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, or tartaric acid. It has been confirmed that when a polishing experiment is performed using an electrolytic solution to which these organic acids are added, a smooth processed surface can be obtained at a relatively high processing speed.

有機酸の濃度は、加工時の温度での飽和溶解度以下である必要がある。何故ならば飽和溶解度を超えると有機酸が電解液中に析出してしまい安定な加工が行えないからである。例えば、マレイン酸の溶解度は、78重量%(25℃)である。一方、逆に有機酸の濃度が0.1%より低いと、溶解する金属と配位結合する有機酸の加工部表面への供給量が不足し、加工が速やかに進まず、加工面が荒れるなどの問題が生じる。また濃度が低いと十分なpH緩衝作用を持たなくなる。以上の理由から、有機酸の濃度は、0.1〜80重量%であることが好ましく、1〜50重量%であることが更に好ましい。   The concentration of the organic acid needs to be equal to or lower than the saturation solubility at the processing temperature. This is because when the saturation solubility is exceeded, the organic acid is precipitated in the electrolytic solution and stable processing cannot be performed. For example, the solubility of maleic acid is 78% by weight (25 ° C.). On the other hand, if the concentration of the organic acid is lower than 0.1%, the supply amount of the organic acid coordinated with the dissolved metal to the surface of the processed portion is insufficient, the processing does not proceed quickly, and the processing surface becomes rough. Problems arise. On the other hand, if the concentration is low, the pH buffering action is not sufficient. For the above reasons, the concentration of the organic acid is preferably 0.1 to 80% by weight, and more preferably 1 to 50% by weight.

電解液に含まれるスルホン酸基を有する強酸は、エッチング作用を促進するとともに、電解液の導電率を上げて加工のための電流を流しやすくするためのものである。ここで、強酸とは、酸の強弱を示す第1解離定数の逆数の対数であるpKaが3以下のものをいう。
一般に、強酸を用いると、銅の溶解が始まる電位が低い。すなわち、低い印加電圧で銅の加工が可能となる。しかし、硫酸、硝酸または過塩素酸を用いると、銅のエッチング等により加工面の荒れが激しく、またリン酸は、表面光沢が得られる濃度域では粘度が高いために銅の加工に必要な電圧が比較的高いなどの問題がある。これに対して、例えばメタンスルホン酸を用いた場合は、銅加工に必要な電圧が低く、かつ加工表面も比較的平滑で、良好な加工特性が得られることが確かめられている。
The strong acid having a sulfonic acid group contained in the electrolytic solution is for accelerating the etching action and increasing the conductivity of the electrolytic solution so that a current for processing can easily flow. Here, the strong acid means a pKa having a logarithm of the reciprocal of the first dissociation constant indicating the strength of the acid is 3 or less.
In general, when a strong acid is used, the potential at which copper dissolution begins is low. That is, copper can be processed with a low applied voltage. However, when sulfuric acid, nitric acid or perchloric acid is used, the roughening of the processed surface is severe due to copper etching, etc., and phosphoric acid has high viscosity in the concentration range where surface gloss can be obtained, so the voltage required for processing copper There are problems such as relatively high. On the other hand, for example, when methanesulfonic acid is used, it is confirmed that the voltage required for copper processing is low, the processing surface is relatively smooth, and good processing characteristics can be obtained.

好ましく使用することができるスルホン酸基を有する強酸としては、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6であるアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、またはフルオロスルホン酸などが挙げられ、これら1種類以上を使用することができる。スルホン酸基を有する強酸の濃度は、0.1〜20重量%であることが好ましく、5〜20重量%であることが更に好ましい。スルホン酸基を有する強酸の濃度が低すぎると電解液の導電率が低くなり、電流が流れにくくなる。このため、スルホン酸基を有する強酸の濃度は、5重量%以上であることが好ましい。また、スルホン酸基を有する強酸の濃度が20重量%を越えると、電解液中の有機酸やその他の成分の飽和溶解度が減じて沈殿を生じるおそれがある。   The strong acid having a sulfonic acid group that can be preferably used includes methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, trifluoromethanesulfonic acid, or Examples thereof include fluorosulfonic acid, and one or more of these can be used. The concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is preferably 0.1 to 20% by weight, and more preferably 5 to 20% by weight. If the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is too low, the electrical conductivity of the electrolytic solution is lowered, and it becomes difficult for current to flow. For this reason, it is preferable that the density | concentration of the strong acid which has a sulfonic acid group is 5 weight% or more. On the other hand, when the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group exceeds 20% by weight, the saturated solubility of the organic acid and other components in the electrolytic solution may be reduced, thereby causing precipitation.

電解液に含まれる腐食抑制剤は、窒素含有複素環化合物であることが好ましく、加工の対象となる銅等の金属と化合物を形成し、金属表面に保護膜を形成することで、金属の腐食を抑制する化合物として知られているものでよい。このような腐食抑制剤は、過剰な加工を抑制しディッシング等を防止するため平坦化を促進する効果がある。   The corrosion inhibitor contained in the electrolytic solution is preferably a nitrogen-containing heterocyclic compound, and forms a compound with a metal such as copper to be processed, and forms a protective film on the metal surface, thereby corroding the metal. It may be a compound known as a compound that suppresses the above. Such a corrosion inhibitor has an effect of promoting flattening in order to suppress excessive processing and prevent dishing and the like.

好ましく使用することのできる腐食抑制剤として、従来から一般に知られている銅の腐食抑制剤であるベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。上記のような平坦化を促進する効果を有するものとして、他に、インドール、2−エチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−5メチル−4H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1H−テトラゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾールナトリウム、2−メチルベンゾチアゾール、(2−ベンゾチアゾリルチオ)酢酸、3−(2−ベンゾチアゾリルチオ)プロピオン酸、2−メルカプト−2−チアゾリン、2−メルカプトベンズオキサゾール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、ピリジン、フェナジン、アクリジン、1−ヒドロキシピリジン−2−チオン、2−アミノピリジン、2−アミノピリミジン、トリチオシアヌル酸、2−ジブチルアミノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、2−アニリノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、6−アミノプリン、6−チオグアニン及びこれらの組合せからなる群より選ばれる1種類以上を挙げることができる。   Examples of corrosion inhibitors that can be preferably used include benzotriazole and its derivatives, which are conventionally known corrosion inhibitors for copper. In addition to the above-described effects of promoting flattening, indole, 2-ethylimidazole, benzimidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3-amino- 5-methyl-4H-1,2,4-triazole, 5-amino-1H-tetrazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzothiazole sodium, 2-methylbenzothiazole, (2-benzothiazolylthio) acetic acid, 3- (2-benzothiazolylthio) propionic acid, 2-mercapto-2-thiazoline, 2-mercaptobenzoxazole, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, 5-methyl-1,3,4 -Thiadiazole-2-thiol, 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2 Thiol, pyridine, phenazine, acridine, 1-hydroxypyridine-2-thione, 2-aminopyridine, 2-aminopyrimidine, trithiocyanuric acid, 2-dibutylamino-4,6-dimercapto-s-triazine, 2-anilino-4 , 6-dimercapto-s-triazine, 6-aminopurine, 6-thioguanine, and combinations thereof.

腐食抑制剤は、その濃度が低いと、保護膜形成が不十分となるため、銅等の金属に過剰なエッチングが生じて平坦な加工面が得られない。一方、飽和溶解度以下であっても、腐食抑制剤の濃度が高すぎると、銅等の金属表面に保護性が過剰に形成されて加工速度が低下し、しかも均一に加工ができないため、加工表面の荒れやピットの原因にもなる。以上のことから、腐食抑制剤の濃度は、0.001〜5重量%であることが好ましく、0.02〜2重量%であることが更に好ましい。   When the concentration of the corrosion inhibitor is low, the formation of a protective film becomes insufficient, so that excessive etching occurs in a metal such as copper and a flat processed surface cannot be obtained. On the other hand, even if it is below the saturation solubility, if the concentration of the corrosion inhibitor is too high, the protective surface is excessively formed on the metal surface such as copper, the processing speed is reduced, and the processing surface cannot be uniformly processed. It also causes rough and pits. From the above, the concentration of the corrosion inhibitor is preferably 0.001 to 5% by weight, and more preferably 0.02 to 2% by weight.

電解液に含まれる水溶性高分子化合物は、腐食抑制剤と共に保護膜を形成し、過剰なエッチングを抑制して、銅等の金属表面を平坦化するのに効果がある。また、水溶性高分子化合物を含む電解液にあっては、銅等の金属表面(加工面)表層近傍での電解液粘度が高くなるため、金属表面に存在する微細な凹凸の凹部に粘性皮膜が形成され、微細な凹凸も研磨されて光沢面が得られる。   The water-soluble polymer compound contained in the electrolytic solution is effective in forming a protective film together with the corrosion inhibitor, suppressing excessive etching, and flattening the surface of a metal such as copper. In addition, in an electrolytic solution containing a water-soluble polymer compound, the viscosity of the electrolytic solution near the surface of a metal surface (processed surface) such as copper is increased, so that a viscous film is formed on minute concave and convex portions present on the metal surface. Is formed, and fine irregularities are also polished to obtain a glossy surface.

好ましく使用することのできる水溶性高分子化合物のうち、上記のような効果を有するものとして、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンなどから選ばれる1種類以上を挙げることができる。   Among the water-soluble polymer compounds that can be preferably used, polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, One or more types selected from methacrylamide, polymethoxyethylene, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, and the like can be given.

これらの水溶性高分子化合物として、質量平均分子量が1,000〜500,000のものを用いることができる。質量平均分子量が500,000を越える場合には、電解液中に溶解せず腐食抑制剤や砥粒と凝集を起こす原因となってしまい、質量平均分子量が1,000未満では銅等の金属表面に十分な保護膜が形成できず平坦化性能が悪化する。水溶性高分子化合物の質量平均分子量は、1,000〜100,000であることが好ましく、2,000〜25,000であることが更に好ましい。   As these water-soluble polymer compounds, those having a mass average molecular weight of 1,000 to 500,000 can be used. If the weight average molecular weight exceeds 500,000, it will not dissolve in the electrolyte solution and cause aggregation with corrosion inhibitors and abrasive grains. If the weight average molecular weight is less than 1,000, sufficient protection is provided for metal surfaces such as copper. A film cannot be formed and the planarization performance deteriorates. The mass average molecular weight of the water-soluble polymer compound is preferably 1,000 to 100,000, and more preferably 2,000 to 25,000.

水溶性高分子化合物の濃度は、電解研磨の加工速度を低下させず、かつ過剰な加工作用を抑制するため、0.005〜5重量%であることが好ましく、0.01〜2重量%であることが更に好ましい。   The concentration of the water-soluble polymer compound is preferably 0.005 to 5% by weight and 0.01 to 2% by weight in order not to reduce the processing rate of electropolishing and to suppress excessive processing action. More preferably it is.

電解液のpHを調整するため、電解液にpH調整剤を添加しても良い。好ましいpH調整剤としては、主にアルカリが用いられ、アンモニア、アルキルアミン、ヒドロキシアミン、ポリアミン、アルカリ金属化合物(例えば水酸化カリウム)、及びアルカリ土類金属化合物から選ばれる1種類以上が選択できる。アルカリの濃度は、一般には0.1〜20重量%で、被加工物の用途、材料、含有する有機酸または有機酸塩及び強酸の濃度と調整するpHにより適宜決めればよい。   In order to adjust the pH of the electrolytic solution, a pH adjusting agent may be added to the electrolytic solution. As a preferable pH adjuster, alkali is mainly used, and one or more kinds selected from ammonia, alkylamine, hydroxyamine, polyamine, alkali metal compound (for example, potassium hydroxide), and alkaline earth metal compound can be selected. The alkali concentration is generally 0.1 to 20% by weight, and may be appropriately determined depending on the use of the workpiece, the material, the concentration of the organic acid or organic acid salt and strong acid contained, and the pH to be adjusted.

好ましい電解液のpHは2〜10である。電解液のpHが低い場合は、電解研磨装置の材料選定に耐腐食性を考慮しなければならず、また加工速度は高くなる一方、加工面の粗さが増え、銅等の金属の過剰エッチングが進み平坦な加工面が得にくくなる。電解液のpHが高い場合は、腐食抑制剤及び/または水溶性高分子化合物と銅との間における保護膜形成が不十分となり、平坦化作用が不十分となることがある。従って、半導体基板の銅配線プロセスのように、加工速度が高く、表面荒れのない光沢面で平坦化が求められる場合、電解液のpHは3〜6であることが特に好ましい。   The pH of a preferable electrolytic solution is 2-10. When the pH of the electrolytic solution is low, corrosion resistance must be taken into consideration when selecting the material for the electropolishing apparatus, and the processing speed increases, while the roughness of the processed surface increases, resulting in excessive etching of metals such as copper. As a result, it becomes difficult to obtain a flat processed surface. When the pH of the electrolytic solution is high, formation of a protective film between the corrosion inhibitor and / or the water-soluble polymer compound and copper may be insufficient, and the planarization action may be insufficient. Therefore, the pH of the electrolytic solution is particularly preferably 3 to 6 when flattening is required on a glossy surface having a high processing speed and no surface roughness as in a copper wiring process of a semiconductor substrate.

電解液には砥粒が含まれることが好ましい。砥粒には銅等の金属を機械的に研磨除去する作用があるが、本発明においては、腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物により形成された金属保護膜を適宜機械的に研磨除去する作用もある。この砥粒の作用により、余分な保護膜が除去されて、電解研磨における加工速度が十分速くなる。   The electrolyte solution preferably contains abrasive grains. The abrasive grains have an action of mechanically removing metals such as copper, but in the present invention, an action of mechanically removing the metal protective film formed of the corrosion inhibitor and the water-soluble polymer compound appropriately. There is also. By the action of the abrasive grains, an extra protective film is removed, and the processing speed in electropolishing is sufficiently increased.

電解液として好ましく用いることのできる砥粒としては、アルミナ、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、及び酸化マンガンから選ばれる1種類以上を挙げることができる。これらの中でも、アルミナ、コロイダルシリカ、またはヒュームドシリカが好ましく用いられる。   As an abrasive grain that can be preferably used as an electrolytic solution, one or more kinds selected from alumina, colloidal silica, fumed silica, zirconium oxide, cerium oxide, titanium oxide, and manganese oxide can be exemplified. Among these, alumina, colloidal silica, or fumed silica is preferably used.

電解研磨として有効に機能させる場合における電解液中の砥粒の濃度は、10重量%以下であることが好ましく、砥粒の効果を出すためには、砥粒の濃度は、0.01重量%以上であることが必要である。一方、電解液中に分散させて使用する砥粒が無くとも研磨パッドのような固定砥粒を使用し、研磨パッドを銅等の金属表面に接触させることで保護膜除去の効果は有効であるので、そのような場合には電解液中に砥粒はなくてもよく、もちろん固定砥粒との併用も可能である。砥粒を使用する場合、砥粒の濃度が10重量%を越えると砥粒粒子の凝集が増加し、電解液の粘性が極端に高くなる場合もあり、加工面への砥粒堆積による電解研磨の阻害やスクラッチ発生の原因となる。このため、最適な砥粒の濃度は、0.05〜2重量%である。   The concentration of abrasive grains in the electrolytic solution in the case of effectively functioning as electrolytic polishing is preferably 10% by weight or less. In order to exert the effect of abrasive grains, the concentration of abrasive grains is 0.01% by weight. That is necessary. On the other hand, the effect of removing the protective film is effective by using fixed abrasive grains such as a polishing pad even if there are no abrasive grains used dispersed in the electrolyte, and contacting the polishing pad with a metal surface such as copper. Therefore, in such a case, there is no need to have abrasive grains in the electrolytic solution, and of course, combined use with fixed abrasive grains is also possible. When using abrasive grains, if the concentration of the abrasive grains exceeds 10% by weight, the aggregation of the abrasive grains increases, and the viscosity of the electrolytic solution may become extremely high. Electropolishing by depositing abrasive grains on the work surface may occur. It may cause inhibition and scratching. For this reason, the optimal abrasive grain concentration is 0.05 to 2% by weight.

電解液は界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤は、砥粒の分散性を向上させるものであればよく、カチオン性、アニオン性、両性、及び非イオン性のいずれも使用することができる。例えば、アニオン性界面活性剤としては、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アミドスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸塩、またはそのホルマリン縮合物が用いられる。また、カチオン性界面活性剤としては、例えば脂肪族アミン塩や脂肪族アンモニウム塩等が用いられる。これらは、砥粒の濃度や電解液のpHにより、適宜選択し用いられる。界面活性剤は、好ましくはアニオン性界面活性剤で、特に好ましくは、アルキルスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物である。   The electrolytic solution may contain a surfactant. The surfactant is not particularly limited as long as it improves the dispersibility of the abrasive grains, and any of cationic, anionic, amphoteric and nonionic can be used. For example, as the anionic surfactant, alkyl ether carboxylate, alkyl sulfate, alkyl sulfonate, amide sulfonate, alkyl allyl sulfonate, naphthalene sulfonate, or a formalin condensate thereof is used. As the cationic surfactant, for example, an aliphatic amine salt or an aliphatic ammonium salt is used. These are appropriately selected and used depending on the concentration of the abrasive grains and the pH of the electrolytic solution. The surfactant is preferably an anionic surfactant, particularly preferably an alkyl sulfonate or a naphthalene sulfonic acid formalin condensate.

電解液の導電率は、5〜200mS/cmであることが望ましい。電解液の導電率が低いと、加工速度を上げるために印加電圧または電流を高くしなければばらないが、その場合には、酸素発生による研磨に対する電流効率の低下、加工表面のピット発生、保護膜の破壊による平坦化作用への悪影響等がある。したがって、より低い電圧で電解研磨を行うことが望まれ、そのためには、電解液の導電率が5〜200mS/cmであることが好ましい。   The conductivity of the electrolytic solution is preferably 5 to 200 mS / cm. If the electrolyte conductivity is low, the applied voltage or current must be increased in order to increase the processing speed. In this case, however, the current efficiency decreases due to the generation of oxygen, the generation of pits on the processed surface, and protection. There is an adverse effect on the flattening action due to the destruction of the film. Therefore, it is desired to perform electropolishing at a lower voltage, and for this purpose, the conductivity of the electrolytic solution is preferably 5 to 200 mS / cm.

電解研磨における研磨速度向上や研磨面の表面荒れを抑制するため、電解液は、その成分に研磨の対象となる導電性物質、例えば銅を含んでいることが望ましい。導電性物質、例えば銅の電解液中の濃度は、0.001重量%以上、より好ましくは0.005重量%以上、更に好ましくは0.01重量%以上である。これにより、研磨時において研磨対象物表面からの導電性物質、例えば銅、またはこれを含む研磨生成物の電解液中への拡散が促進される。また、導電性物質、例えば銅の電解液中の濃度は、10%以下、好ましくは1%以下である。これは、導電性物質の濃度が1%以上となると、電解液中の導電性物質成分が電解液中の他の電解液成分を消費する可能性が大きいためである。なお、導電性物質が化合物の場合には、その成分比に応じて複数の導電性物質成分を電解液中に含めるようにしてもよい。   In order to suppress an increase in the polishing rate in electrolytic polishing and to suppress surface roughness of the polished surface, the electrolytic solution preferably contains a conductive substance to be polished, such as copper, in its components. The concentration of the conductive substance such as copper in the electrolytic solution is 0.001% by weight or more, more preferably 0.005% by weight or more, and still more preferably 0.01% by weight or more. This promotes diffusion of a conductive substance from the surface of the object to be polished, such as copper, or a polishing product containing the same into the electrolytic solution during polishing. The concentration of the conductive substance, for example, copper, in the electrolytic solution is 10% or less, preferably 1% or less. This is because when the concentration of the conductive material is 1% or more, the conductive material component in the electrolytic solution is likely to consume other electrolytic solution components in the electrolytic solution. In the case where the conductive material is a compound, a plurality of conductive material components may be included in the electrolytic solution in accordance with the component ratio.

電解液の組成の例としては、(1)2〜80重量%の有機酸、(2)2〜20重量%のスルホン酸基を有する強酸、(3)0.01〜1重量%の腐食抑制剤、(4)0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、(5)0.01〜2重量%の砥粒、及び(6)約0.01〜1重量%の界面活性剤を備えている水溶液が挙げられる。電解液の溶媒は、脱イオン水、好ましくは超純水である。   Examples of the composition of the electrolyte include (1) 2 to 80% by weight organic acid, (2) 2 to 20% by weight sulfonic acid group strong acid, and (3) 0.01 to 1% by weight corrosion inhibition. An agent, (4) 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, (5) 0.01 to 2% by weight of abrasive grains, and (6) about 0.01 to 1% by weight of a surfactant. An aqueous solution is provided. The electrolyte solvent is deionized water, preferably ultrapure water.

本発明の電解液を用いた電解研磨は、基板等の被研磨物表面に形成された銅等の導電性物質表面に存在する凹凸の凹部を腐食抑制剤により保護しつつ、導電性物質の凸部を優先的に加工して平坦化加工するものであり、研磨パッドで導電性物質の表面を擦りつつ電解研磨する電気化学的機械研磨に特に有効である。すなわち、先ず、導電性物質の表面に、過剰なエッチングを抑制するため腐食抑制剤による保護膜を形成した後、硬度と平坦性のある研磨パッドで導電性物質の表面を擦ることにより、導電性物質の凹部表面に形成された保護膜を残しながら、導電性物質の凸部表面に形成された保護膜を選択的に除去する。そして、続いて電解研磨することにより、導電性物質の凸部を優先的に加工して、導電性物質表面の凹凸を解消することができる。研磨パッドとしては、例えばCMP用の研磨パッドを用いることができる。   The electropolishing using the electrolytic solution of the present invention is a method in which the uneven surface of a conductive material such as copper formed on the surface of an object to be polished such as a substrate is protected by a corrosion inhibitor while the uneven surface of the conductive material is protected. The portion is preferentially processed and flattened, and is particularly effective for electrochemical mechanical polishing in which the surface of the conductive material is rubbed with a polishing pad while being electropolished. That is, first, after forming a protective film with a corrosion inhibitor to suppress excessive etching on the surface of the conductive material, the surface of the conductive material is rubbed with a polishing pad having hardness and flatness. The protective film formed on the convex surface of the conductive substance is selectively removed while leaving the protective film formed on the concave surface of the substance. Then, by conducting electropolishing, the convex portions of the conductive material can be processed preferentially, and the irregularities on the surface of the conductive material can be eliminated. As the polishing pad, for example, a polishing pad for CMP can be used.

以下、種々の電解液を用い、直径40mm部分が加工できる自作のチップ試験機を使用して銅の加工(研磨)実験を行った時の結果を以下に説明する。チップ試験機は、銅の電極電位を制御できるようになっており、銅と対向電極との間に電圧を印加しつつ、露出した銅を加工テーブルに貼付けた研磨パッドで研磨することで加工が進行する。研磨テーブルの回転速度250rpm(中心より30mm位置での線速度が0.78m/s)で、0.5psi(35g/cm)の面圧で、電流密度あるいは銅の電極電位を一定にして銅の研磨(加工)を行った。ただし、腐食抑制剤の効果の確認などの場合には、研磨パッドを銅表面に接触させない状態(面圧0psi)で電流密度や電極電位の測定を行うことも可能である。 Hereinafter, the results when a copper processing (polishing) experiment is performed using various electrolytic solutions and a self-made chip tester capable of processing a 40 mm diameter portion will be described. The chip testing machine can control the copper electrode potential, and while applying a voltage between the copper and the counter electrode, polishing is performed by polishing the exposed copper with a polishing pad affixed to the processing table. proceed. The polishing table rotation speed is 250 rpm (linear speed at 30 mm from the center is 0.78 m / s), surface pressure is 0.5 psi (35 g / cm 2 ), and the current density or copper electrode potential is constant. Was polished (processed). However, in the case of confirming the effect of the corrosion inhibitor, it is also possible to measure the current density and the electrode potential in a state where the polishing pad is not in contact with the copper surface (surface pressure 0 psi).

加工に供した基板は、表面に、厚さ約250nmの酸化膜(SiO)、厚さ30nmのTaN膜からなるバリヤメタル、厚さ100nmの銅シード層、及び厚さ1500nmの銅めっき膜が順次形成された銅膜付き基板(銅ブランケットウェーハ)からなるシリコン基板である。 The substrate used for processing has an oxide film (SiO 2 ) with a thickness of about 250 nm, a barrier metal made of a TaN film with a thickness of 30 nm, a copper seed layer with a thickness of 100 nm, and a copper plating film with a thickness of 1500 nm on the surface. It is a silicon substrate made of a formed copper film-coated substrate (copper blanket wafer).

A.各種有機酸と電極電位の関係
表1は、前述のチップ試験機を使用し、有機酸の種類を変えた電解液を用いながら、電解液中に一定電流密度(40mA/cm)が流れるようにして銅を研磨した場合の電極電位を示す。電極電位が低いことは、同じ電極電位に保った場合に流れる電流が多く、加工速度が速くなることを意味する。したがって、電極電位が低いことが好ましい。
A. Table 1 shows the relationship between various organic acids and electrode potentials. A constant current density (40 mA / cm 2 ) flows in the electrolytic solution while using the above-described chip tester and using an electrolytic solution with different types of organic acids. The electrode potential when copper is polished is shown. A low electrode potential means that a large amount of current flows when the same electrode potential is maintained, and the processing speed increases. Therefore, it is preferable that the electrode potential is low.

Figure 2008196047
Figure 2008196047

表1でアスコルビン酸以外はカルボキシル基を有する有機酸である。表1から、カルボキシル基を持たないアスコルビン酸(7.55Vvs.Ag/AgCl)と比較して、カルボキシル基を有する有機酸は、いずれも電極電位が低く、好ましい有機酸であることが判る。   In Table 1, organic acids other than ascorbic acid have a carboxyl group. From Table 1, it can be seen that the organic acid having a carboxyl group has a low electrode potential and is a preferable organic acid as compared with ascorbic acid having no carboxyl group (7.55 V vs. Ag / AgCl).

B.各種強酸と電極電位の関係
表2は、前述のチップ試験機で、強酸の種類を変えながら、電解液中に一定電流密度(40mA/cm)が流れるようして銅を研磨した場合の電極電位を示す。表1と同様に、電極電位が低いことは、同じ電極電位に保った場合に流れる電流が多く、加工速度が速くなることを意味する。したがって、電極電位が低いことが好ましい。
B. Table 2 shows the relationship between various strong acids and electrode potentials. Table 2 shows the electrodes when copper is polished by the above-mentioned chip tester so that a constant current density (40 mA / cm 2 ) flows in the electrolyte while changing the type of strong acid. Indicates potential. Similar to Table 1, a low electrode potential means that a large amount of current flows when the same electrode potential is maintained, and the processing speed increases. Therefore, it is preferable that the electrode potential is low.

Figure 2008196047
Figure 2008196047

表2から、リン酸を添加した電解液(番号2)を使用した電解研磨における電極電位は、メタンスルホン酸を添加した電解液(番号1)や硝酸を混合した電解液(番号3)を使用した電解研磨よりも高くなっていることが判る。また、硝酸を添加した電解液(番号3)や硫酸を添加した電解液(番号4)を使用した電解研磨では、加工面が荒れており、メタンスルホン酸を添加した電解液(番号1)を使用した電解研磨の方が加工状態が良かった。したがって、これら強酸の中で、メタンスルホン酸が最も好ましい電解質であることが判る。   From Table 2, the electrode potential in electropolishing using an electrolytic solution (No. 2) added with phosphoric acid is an electrolytic solution (No. 1) added with methanesulfonic acid or an electrolytic solution (No. 3) mixed with nitric acid. It can be seen that it is higher than the electropolishing performed. Moreover, in the electrolytic polishing using the electrolytic solution added with nitric acid (No. 3) or the electrolytic solution added with sulfuric acid (No. 4), the processed surface is rough, and the electrolytic solution added with methanesulfonic acid (No. 1) is used. The electrolytic polishing used was in a better processing state. Therefore, it can be seen that methanesulfonic acid is the most preferred electrolyte among these strong acids.

C.各種有機酸と強酸の混合による電極電位の低下
表3は、各種有機酸に強酸を添加した電解液と添加しない電解液を使用して、銅の加工を行った場合の電極電位を示す。表3から、例えばマロン酸にあっては、メタンスルホン酸の添加することにより、電極電位が4.51[Vvs.Ag/AgCl]から2.04[Vvs.Ag/AgCl]に低下していることが判る。これらの結果は、有機酸と強酸の混合により、同じ電極電位で比較すると、電流密度が増加し、加工速度が増加することを示している。
C. Decrease in electrode potential due to mixing of various organic acids and strong acid Table 3 shows electrode potentials when copper is processed using an electrolytic solution in which a strong acid is added to various organic acids and an electrolytic solution in which no strong acid is added. From Table 3, for example, in the case of malonic acid, the electrode potential is 4.51 [Vvs. Ag / AgCl] to 2.04 [Vvs. It can be seen that [Ag / AgCl] is lowered. These results show that the current density increases and the processing speed increases when compared with the same electrode potential by mixing organic acid and strong acid.

Figure 2008196047
Figure 2008196047

D.腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物の添加効果
表4は、ベース電解液として、1Mマロン酸+1.4Mメタンスルホン酸を用い、各種の腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物を添加したり、添加しなかったりした種々の電解液を使用し、前述のチップ試験機で2[Vvs.Ag/AgCl]の電極電位に保った状態での電流密度を測定した結果を示す。研磨は行っていない(面圧0psi)。
D. Effect of addition of corrosion inhibitor and water-soluble polymer compound Table 4 shows that 1M malonic acid + 1.4M methanesulfonic acid is used as the base electrolyte, and various corrosion inhibitors and water-soluble polymer compounds are added or added. In the above-described chip tester, 2 [Vvs. The result of having measured the current density in the state maintained at the electrode potential of [Ag / AgCl] is shown. Polishing is not performed (surface pressure 0 psi).

Figure 2008196047
Figure 2008196047

表4から、腐食抑制剤、または腐食抑制剤と水溶性高分子化合物の双方添加した液(番号2〜24)は、これらを添加していない液(番号1)よりも得られる電流密度が低く、腐食(電解反応)を抑制していることが分かる。一方、水溶性高分子化合物単独の添加(番号25〜30)では電流密度の低下は見られず、腐食(電解反応)を抑制していないことが分かる。   From Table 4, the current density obtained from the liquid to which the corrosion inhibitor or both the corrosion inhibitor and the water-soluble polymer compound (numbers 2 to 24) are added is lower than the liquid to which these are not added (number 1). It can be seen that corrosion (electrolytic reaction) is suppressed. On the other hand, the addition of the water-soluble polymer compound alone (Nos. 25 to 30) does not show a decrease in current density, indicating that corrosion (electrolytic reaction) is not suppressed.

E.砥粒の効果
図2及び図3に示す電解研磨装置を使用して、電解液中の砥粒の有無が加工面の表面粗さと加工速度に与える影響を調べた。加工に供した基板(被研磨物)は、銅ブランケットウェーハである。研磨パッドとして、発泡ポリウレタン製研磨パッド(IC1000:ニッタ・ハース株式会社製)を用いた。研磨圧力0.5psi(約35g/cm)、研磨パッドと被加工物(基板W)中心との相対速度1.6m/s、電解液量100ml/minの条件で電解研磨を行った。平坦化特性は、触針式のプロファイラー(Dektak3ST:ULVAC)により基板に形成されたパターンの凹凸を測定することにより評価した。
E. Effect of Abrasive Grains Using the electropolishing apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the influence of the presence or absence of abrasive grains in the electrolytic solution on the surface roughness and processing speed of the processed surface was investigated. A substrate (substance to be polished) subjected to processing is a copper blanket wafer. As the polishing pad, a foamed polyurethane polishing pad (IC1000: manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) was used. Electropolishing was performed under the conditions of a polishing pressure of 0.5 psi (about 35 g / cm 2 ), a relative speed of 1.6 m / s between the polishing pad and the center of the workpiece (substrate W), and an electrolytic solution amount of 100 ml / min. The planarization characteristics were evaluated by measuring the unevenness of the pattern formed on the substrate with a stylus type profiler (Dektak 3ST: ULVAC).

つまり、1Mマロン酸+1.4Mメタンスルホン酸+0.3%ベンゾトリアゾール+0.49%ポリアクリル酸(分子量:5000)+0.7メタノール+0.05%界面活性剤(β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物)MX2045L(花王株式会社製)、pH4.3の液に砥粒を加えた電解液と、砥粒を加えない電解液を使用して銅の電解研磨を行った時の加工面の表面粗さと加工速度を比較した。砥粒を加えない電解液を使用して銅の電解研磨を行った場合では、表面粗さRmax=328nm、加工速度736nm/minであったのに対し、0.5%のシリカ砥粒を加えた電解液を使用して銅の電解研磨を行った場合では、表面粗さRmax=49nm、加工速度777nm/minであった。これにより、砥粒を加えた電解液を使用することで、表面粗さが改善され、かつ加工速度が向上することが判った。   That is, 1M malonic acid + 1.4M methanesulfonic acid + 0.3% benzotriazole + 0.49% polyacrylic acid (molecular weight: 5000) +0.7 methanol + 0.05% surfactant (β-naphthalenesulfonic acid formaldehyde condensate) MX2045L (manufactured by Kao Corporation), surface roughness and processing when copper is electropolished using an electrolytic solution in which abrasive grains are added to a solution of pH 4.3 and an electrolytic solution in which abrasive grains are not added The speed was compared. When electrolytic polishing of copper was performed using an electrolytic solution without adding abrasive grains, the surface roughness Rmax = 328 nm and the processing speed was 736 nm / min, whereas 0.5% silica abrasive grains were added. When electrolytic polishing of copper was performed using the electrolytic solution, the surface roughness Rmax = 49 nm and the processing speed was 777 nm / min. Thereby, it turned out that surface roughness is improved and processing speed improves by using the electrolyte solution which added the abrasive grain.

F.水溶性高分子化合物の影響
図2及び図3に示す電解研磨装置を使用して、電解液中の水溶性高分子化合物の有無が加工速度、加工面の段差解消性及び表面粗さに与える影響を調べた。加工に供した基板(被研磨物)は、銅めっきパターンウェーハ(Sematech 854AZ)である。研磨圧力は1.5psiとし、他の条件は、前述の電解液中の砥粒の有無が加工面の表面粗さと加工速度に与える影響を調べた場合と同様である。
F. Effect of water-soluble polymer compound Using the electropolishing apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the effect of the presence or absence of the water-soluble polymer compound in the electrolyte solution on the processing speed, level difference elimination of the processed surface, and surface roughness I investigated. The substrate (substance to be polished) subjected to processing is a copper plating pattern wafer (Sematech 854AZ). The polishing pressure is 1.5 psi, and the other conditions are the same as those in the case where the influence of the presence or absence of abrasive grains in the electrolytic solution on the surface roughness and processing speed of the processing surface is examined.

つまり、1Mマロン酸+1.4Mメタンスルホン酸+0.3%ベンゾトリアゾール+0.6%ポリアクリル酸アンモニウム(分子量:10,000)+0.7%メタノール+0.05%界面活性剤MX2045L(β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物)、pH3の電解液を用いて電解研磨を行ったところ、良好な加工速度、段差解消性及び表面粗さが得られた。   In other words, 1M malonic acid + 1.4M methanesulfonic acid + 0.3% benzotriazole + 0.6% ammonium polyacrylate (molecular weight: 10,000) + 0.7% methanol + 0.05% surfactant MX2045L (formaldehyde β-naphthalene sulfonate) Condensation) When electrolytic polishing was carried out using an electrolyte solution having a pH of 3, a good processing speed, level difference elimination property and surface roughness were obtained.

これに対して、前述の電解液からポリアクリル酸アンモニウムを除いた、1Mマロン酸+1.4Mメタンスルホン酸+0.1%ベンゾトリアゾール+0.7%メタノール+0.05%界面活性剤MX2045L(β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物)、pH3の電解液を用いて電解研磨を行ったところ、良好な加工速度、段差解消性及び表面粗さが得られなかった。特に加工面には、直径数μm、深さ数百nmのエッチピットが発生していた。これは、水溶性高分子化合物であるポリアクリル酸アンモニウムが腐食抑制剤の効果を高め、かつ機械的研磨を容易にしているためであると考えられる。   On the other hand, 1M malonic acid + 1.4M methanesulfonic acid + 0.1% benzotriazole + 0.7% methanol + 0.05% surfactant MX2045L (β-naphthalene) obtained by removing ammonium polyacrylate from the electrolytic solution described above. When electrolytic polishing was carried out using a sulfonic acid formaldehyde condensate) and an electrolyte solution having a pH of 3, good processing speed, level difference elimination property and surface roughness were not obtained. In particular, etch pits having a diameter of several μm and a depth of several hundred nm were generated on the processed surface. This is considered to be because ammonium polyacrylate, which is a water-soluble polymer compound, enhances the effect of the corrosion inhibitor and facilitates mechanical polishing.

G.電解液中への導電性物質成分濃度の影響
図2及び図3に示す電解研磨装置を使用して、電解液中の導電性物質、この例にあっては銅の有無及び濃度が、研磨速度及び研磨後の表面荒れに与える影響を調べた。加工に供した基板(被研磨物)は、銅ブランケットウェーハである。研磨圧力0.5psi(約35g/cmの条件で、電解液として、1Mマロン酸+1.4Mメタンスルホン酸+0.3%ベンゾトリアゾール+0.6%ポリアクリル酸アンモニウム(分子量:10,000)+0.7%メタノール+0.05%陰イオン界面活性剤(β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物)、pH3の液に、0.5%の濃度で砥粒を加えた液をベースとして、銅(導電性物質)の濃度を変化させた電解液を使用した。その他条件は、前述の電解液中の砥粒の有無が加工面の表面粗さと加工速度に与える影響を調べた場合と同様である。
G. Effect of Concentration of Conductive Substance Component in Electrolyte Solution Using the electropolishing apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the presence or concentration of the electroconductive substance in the electrolyte solution, in this example, copper, is determined by the polishing rate. And the influence on surface roughness after polishing was investigated. A substrate (substance to be polished) subjected to processing is a copper blanket wafer. Polishing pressure 0.5 psi (1M malonic acid + 1.4M methanesulfonic acid + 0.3% benzotriazole + 0.6% ammonium polyacrylate (molecular weight: 10,000) +0.7 as an electrolyte under the condition of about 35 g / cm 2 Copper (conducting substance) based on a solution of 0.5% methanol + 0.05% anionic surfactant (β-naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate), pH 3 and abrasive grains at a concentration of 0.5% The other conditions were the same as in the case of examining the influence of the presence or absence of abrasive grains in the electrolyte on the surface roughness and processing speed of the processed surface.

図4および図5に研磨後の表面粗さ(Rmax)及び研磨速度の銅濃度依存性を示す。図4より、電解液中の銅濃度が増加すると共に表面粗さは減少し、銅濃度が0.005%以上の電解液を使用して研磨した場合は、銅未添加の電解液を使用して研磨した場合に比較して、1/2以下の表面粗さが得られることが判る。また、図5より、研磨速度についても、銅濃度が0.01%以上の電解液を使用して研磨した場合は、銅未添加の電解液を使用して研磨した場合に比較して、約2.5倍以上の研磨速度が得られることが判る。   4 and 5 show the copper concentration dependence of the surface roughness (Rmax) and the polishing rate after polishing. As shown in FIG. 4, when the copper concentration in the electrolytic solution increases and the surface roughness decreases, and when polishing is performed using an electrolytic solution having a copper concentration of 0.005% or more, an electrolytic solution containing no copper is used. It can be seen that a surface roughness of 1/2 or less can be obtained as compared with the case of polishing. Also, from FIG. 5, the polishing rate is about 10% higher when the copper concentration is polished using an electrolytic solution than copper, and compared with the case where the copper-free electrolytic solution is used for polishing. It can be seen that a polishing rate of 2.5 times or more can be obtained.

次に、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に成膜した配線材料の不要部分を除去して、バリア膜を露出させるプロセスの例を説明する。
バリア膜を露出させるプロセスに用いる電解液(以下、第2電解液)では、配線部の上部に位置する導電性物質を、該配線部の上部以外に位置する導電性物質よりも遅い速度で研磨して、配線部の上部に位置する導電性物質を配線部の上部以外に位置する導電性物質に対して凸形状とする第1ステップと、該第1ステップによって形成された凸形状の導電性物質を研磨すると同時に、配線部の上部以外に位置する導電性物質をバリア膜が露出するまで研磨する第2ステップを、電解液を変えずに行う。
図6は、このプロセスに用いる電解研磨装置の例を示す縦断正面図である。図6に示す電解研磨装置において、図2及び図3に示す電解研磨装置と同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
Next, an example of a process for removing an unnecessary portion of the wiring material formed on the surface of the barrier film of the substrate as an object to be polished and exposing the barrier film will be described.
In the electrolytic solution used for the process of exposing the barrier film (hereinafter referred to as the second electrolytic solution), the conductive material located above the wiring portion is polished at a slower rate than the conductive material located outside the upper portion of the wiring portion. Then, the first step of making the conductive material located above the wiring portion convex with respect to the conductive material located outside the upper portion of the wiring portion, and the convex shaped conductivity formed by the first step At the same time as polishing the material, the second step of polishing the conductive material located outside the upper portion of the wiring portion until the barrier film is exposed is performed without changing the electrolytic solution.
FIG. 6 is a longitudinal front view showing an example of an electropolishing apparatus used in this process. In the electropolishing apparatus shown in FIG. 6, the same or corresponding members as those in the electropolishing apparatus shown in FIGS.

研磨テーブル50の上方に位置して、研磨中に研磨テーブル50の上面に向けてバリア膜露出プロセス用(以下、本プロセス)の電解液(第2電解液)を供給する電解液供給ノズル60が配置されている。電解液供給ノズル60は、第2電解液を一時的に貯蔵する電解液貯蔵タンク62から延び、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプまたはベローズポンプ等の図示しない電解液供給手段を内部に設けた電解液供給ライン64に接続されている。更に、研磨テーブル50の上方に位置して、研磨後に研磨テーブル50の上面に向けてリンス及び洗浄用の純水を供給する純水供給ノズル66が配置されている。   An electrolytic solution supply nozzle 60 is provided above the polishing table 50 and supplies an electrolytic solution (second electrolytic solution) for a barrier film exposure process (hereinafter, this process) toward the upper surface of the polishing table 50 during polishing. Has been placed. The electrolyte supply nozzle 60 extends from an electrolyte storage tank 62 that temporarily stores the second electrolyte, and includes an electrolyte supply line (not shown) such as a tube pump, a diaphragm pump, or a bellows pump. 64. Further, a pure water supply nozzle 66 is disposed above the polishing table 50 to supply rinse and cleaning pure water toward the upper surface of the polishing table 50 after polishing.

なお、この例では、沈殿や分解の起こりやすい添加剤成分を電解液貯蔵タンク62と別の貯蔵容器68内に保管しておき、電解液貯蔵タンク62内に貯蔵されている第2電解液に貯蔵容器68内に保管された添加成分を添加しながら、所定の条件で調製された第2電解液を電解液供給ノズル60から研磨テーブル50の上面に向けて供給するようにしている。貯蔵容器68を設けることなく、所定の条件で調製されて電解液貯蔵タンク62に貯蔵されている第2電解液を、電解液供給ノズル60から直接研磨テーブル50の上面に向けて供給するようにしてもよい。   In this example, an additive component that is likely to precipitate or decompose is stored in a separate storage container 68 from the electrolytic solution storage tank 62, and the second electrolytic solution stored in the electrolytic solution storage tank 62 is stored in the second electrolytic solution. While adding the additive components stored in the storage container 68, the second electrolyte prepared under predetermined conditions is supplied from the electrolyte supply nozzle 60 toward the upper surface of the polishing table 50. Without providing the storage container 68, the second electrolytic solution prepared under predetermined conditions and stored in the electrolytic solution storage tank 62 is supplied directly from the electrolytic solution supply nozzle 60 toward the upper surface of the polishing table 50. May be.

研磨テーブル50には、基板Wの表面の銅34等の導電性物質の膜厚(残膜厚)を検知する、例えば渦電流センサからなる膜厚検知センサ74がその上面を加工電極56の表面に露出させて埋設されている。この膜厚検知センサ74からの出力信号は、図示しないスリップリングを介して制御部76に入力され、この制御部76からの出力信号で、電源72、研磨テーブル50を回転させるテーブル駆動部78及び基板ホルダ52を回転及び上下動させるホルダ駆動部80等が制御される。   The polishing table 50 is provided with a film thickness detection sensor 74 composed of, for example, an eddy current sensor for detecting the film thickness (remaining film thickness) of a conductive material such as copper 34 on the surface of the substrate W. It is buried exposed. An output signal from the film thickness detection sensor 74 is input to the control unit 76 via a slip ring (not shown). With the output signal from the control unit 76, a power source 72, a table driving unit 78 that rotates the polishing table 50, and A holder driving unit 80 for rotating and moving the substrate holder 52 up and down is controlled.

また、この膜厚検知センサ74は、膜厚をセンシングし研磨終点を検知して、研磨を終了する信号を出力する。研磨終了において、印加電圧を止めるタイミングは、電圧の印加を停止し、しかる後に第2電解液の供給を終了させる順序が、研磨性能を損なわないために好ましい。   The film thickness detection sensor 74 senses the film thickness, detects the polishing end point, and outputs a signal for finishing the polishing. The timing for stopping the applied voltage at the end of the polishing is preferably the order in which the application of the voltage is stopped and then the supply of the second electrolytic solution is ended so as not to impair the polishing performance.

次に、図6に示す電解研磨装置を用いたバリア膜露出プロセスに用いる第2電解液について説明する。
第2電解液は、(1)有機酸またはその塩の1種類以上、(2)スルホン酸基を有する強酸の1種類以上、(3)腐食抑制剤、(4)水溶性高分子化合物、(5)pH調整剤、(6)砥粒、及び(7)界面活性剤を含んでいる。第2電解液は、その成分中に、研磨の対象となる(8)導電性物質、例えば銅を含んでいてもよい。
Next, the second electrolytic solution used in the barrier film exposure process using the electropolishing apparatus shown in FIG. 6 will be described.
The second electrolyte includes (1) one or more organic acids or salts thereof, (2) one or more strong acids having a sulfonic acid group, (3) a corrosion inhibitor, (4) a water-soluble polymer compound, ( 5) A pH adjuster, (6) abrasive grains, and (7) a surfactant. The second electrolytic solution may contain (8) a conductive material to be polished, for example, copper, in its components.

本プロセスの第2電解液は、pH3〜6に調整されていることが好ましく、pH3〜4.5に調整されていることがより好ましい。つまり、電解液は、そのpHにより、銅等の研磨対象物(導電性物質)の酸化状態と、腐食抑制剤、水溶性高分子化合物及び有機酸との相互作用が異なり、研磨時に銅等の表面に形成される保護膜の膜質に違いがでてくる。例えば、銅とBTA(ベンゾトリアゾール)のような腐食抑制剤の錯体形成に高分子化合物が介在する場合、電解液のpHが中性付近では、BTAの保護作用が弱く、電解エッチング耐性が弱い。一方、第2電解液のpHを3〜4.5に設定することで、緻密で強い保護膜が形成されると考えられている。   It is preferable that the 2nd electrolyte solution of this process is adjusted to pH 3-6, and it is more preferable that it is adjusted to pH 3-4.5. In other words, depending on the pH of the electrolytic solution, the oxidation state of the object to be polished (conductive material) such as copper and the interaction with the corrosion inhibitor, the water-soluble polymer compound and the organic acid are different. A difference appears in the quality of the protective film formed on the surface. For example, when a polymer compound is present in the formation of a complex of a corrosion inhibitor such as copper and BTA (benzotriazole), the protective action of BTA is weak and the electrolytic etching resistance is weak when the pH of the electrolyte is near neutral. On the other hand, it is considered that a dense and strong protective film is formed by setting the pH of the second electrolytic solution to 3 to 4.5.

本プロセスの第2電解液に含まれる有機酸は、前述の電解液と同様に、研磨の対象となる銅等の金属(導電性物質)と可溶性錯体を形成する必要がある。つまり、銅等の金属と配位結合して水溶液中に溶解するもので、少なくとも有機酸単独で水に溶解する必要がある。有機酸は、前述の電解液と同様、その分子内にカルボキシル基(−COOH)を1個以上有するもの、またカルボキシル基と共にヒドロキシ基(−OH)を1個以上有するものであることが好ましい。有機酸の好ましい具体例としては、前述の電解液と同様のものが挙げられる。   The organic acid contained in the second electrolytic solution of this process needs to form a soluble complex with a metal (conductive substance) such as copper to be polished, like the above-described electrolytic solution. That is, it is coordinated with a metal such as copper and is dissolved in an aqueous solution, and at least an organic acid needs to be dissolved in water alone. The organic acid is preferably one having at least one carboxyl group (—COOH) in the molecule, and one having at least one hydroxy group (—OH) together with the carboxyl group, as in the above-described electrolytic solution. Preferable specific examples of the organic acid include those similar to the above-described electrolytic solution.

有機酸のうち、特に好ましく使用することのできるものは、マロン酸、コハク酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、またはグルコン酸である。   Among the organic acids, malonic acid, succinic acid, citric acid, glycolic acid, lactic acid, or gluconic acid can be particularly preferably used.

第2電解液に含まれる腐食抑制剤は、窒素含有複素環化合物であることが好ましく、研磨の対象となる銅等の金属と化合物を形成し、金属表面に保護膜を形成することで、金属の腐食を抑制する化合物として知られているものでよい。このような腐食抑制剤は、過剰な研磨を抑制しディッシング等を防止する効果がある。   The corrosion inhibitor contained in the second electrolytic solution is preferably a nitrogen-containing heterocyclic compound, and forms a compound with a metal such as copper to be polished, and forms a protective film on the metal surface. It may be a compound known as a compound that inhibits corrosion. Such a corrosion inhibitor has an effect of suppressing excessive polishing and preventing dishing and the like.

好ましく使用することのできる腐食抑制剤として、従来から一般に知られている銅の腐食抑制剤であるベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。ベンゾトリアゾール及びその誘導体としては、ベンゾトリアゾール(BTA)、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾール(トリルトリアゾール)、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾール、5−クロロベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール−5−カルボン酸、及び5−ニトロベンゾトリアゾール等が挙げられる。腐食抑制の効果とともに、加工後の表面状態を荒れの少ない光沢面とするには、ベンゾトリアゾール、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールが好ましい。   Examples of corrosion inhibitors that can be preferably used include benzotriazole and its derivatives, which are conventionally known corrosion inhibitors for copper. Examples of benzotriazole and derivatives thereof include benzotriazole (BTA), 5-methyl-1H-benzotriazole (tolyltriazole), 1-hydroxybenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 5-chlorobenzotriazole, benzotriazole-5 Examples thereof include carboxylic acid and 5-nitrobenzotriazole. Benzotriazole and 5-methyl-1H-benzotriazole are preferred for making the surface state after processing a glossy surface with little roughness, together with the effect of inhibiting corrosion.

上記のような過剰な研磨を抑制し、銅等の研磨対象物の凹部表面に保護膜を形成して配線部間の銅等の導電性物質をクリアした後のディッシング等を防止する効果を有するものとして、他に、インドール、2−エチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−5メチル−4H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1H−テトラゾールのようなジアゾール、トリアゾール、テトラゾール等の誘導体、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾールナトリウム、2−メチルベンゾチアゾール、(2−ベンゾチアゾリルチオ)酢酸、3−(2−ベンゾチアゾリルチオ)プロピオン酸、2−メルカプト−2−チアゾリン、2−メルカプトベンズオキサゾール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール(ビスムチオール)、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオールのようなチアゾール誘導体、ピリジン、フェナジン、アクリジン、1−ヒドロキシピリジン−2−チオン、2−アミノピリジン、2−アミノピリミジン、トリチオシアヌル酸、2−ジブチルアミノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、2−アニリノ−4,6−ジメルカプト−s−トリアジン、6−アミノプリン、6−チオグアニン、チオ尿素、サリチル酸、サリチルアルデヒド、サリチルアルデヒドオキシムのようなサリチル酸誘導体、さらには、8−キリノール、2−メチル−8−キリノール(2-メチル-8−ヒドロキシキノリン)のようなヒドロキシキノリン類及びこれらの組合せからなる群より選ばれる1種類以上を挙げることができる。   The above-described excessive polishing is suppressed, and a protective film is formed on the concave surface of an object to be polished such as copper to have an effect of preventing dishing after clearing a conductive substance such as copper between wiring portions. In addition, indole, 2-ethylimidazole, benzimidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3-amino-5methyl-4H-1,2,4-triazole Derivatives of diazole such as 5-amino-1H-tetrazole, triazole, tetrazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzothiazole sodium, 2-methylbenzothiazole, (2-benzothiazolylthio) acetic acid, 3 -(2-benzothiazolylthio) propionic acid, 2-mercapto-2-thiazoline, 2-merca Tobenzoxazole, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (bismuthiol), 5-methyl-1,3,4-thiadiazole-2-thiol, 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2 Thiazole derivatives such as thiols, pyridine, phenazine, acridine, 1-hydroxypyridine-2-thione, 2-aminopyridine, 2-aminopyrimidine, trithiocyanuric acid, 2-dibutylamino-4,6-dimercapto-s-triazine , 2-anilino-4,6-dimercapto-s-triazine, 6-aminopurine, 6-thioguanine, thiourea, salicylic acid, salicylaldehyde, salicylic aldehyde derivatives such as salicylaldehyde oxime, and 8-chilinol, 2- Methyl-8-quinolinol (2-methyl-8-hydride One or more kinds selected from the group consisting of hydroxyquinolines such as (roxyquinoline) and combinations thereof.

これらは、例えば、銅または銅の酸化物の表面に吸着、あるいは銅または銅の酸化物との間でキレート錯体またはポリマー状の錯体を形成することにより、銅等の研磨対象物の凹部表面により強い保護膜を形成させることができる。   These are, for example, adsorbed on the surface of copper or a copper oxide, or formed a chelate complex or a polymer complex with copper or a copper oxide, thereby forming a concave surface of a polishing object such as copper. A strong protective film can be formed.

本プロセスの第2電解液に含まれる水溶性高分子化合物は、腐食抑制剤と共に保護膜形成に関わり、均一な保護膜を形成し、かつ過剰なエッチングを抑制することにより、銅等の金属表面を平坦化するのに効果がある。また、水溶性高分子化合物を含む電解液にあっては、銅等の金属表面(研磨面)表層近傍での電解液粘度が高くなるため、金属表面に存在する微細な凹凸の凹部に粘性皮膜が形成され、微細な凹凸も研磨されて光沢面が得られる。   The water-soluble polymer compound contained in the second electrolytic solution of this process is involved in the formation of a protective film together with a corrosion inhibitor, forms a uniform protective film, and suppresses excessive etching, thereby reducing the surface of a metal such as copper. It is effective in flattening. In addition, in an electrolytic solution containing a water-soluble polymer compound, the viscosity of the electrolytic solution in the vicinity of the surface of a metal surface (polished surface) such as copper is increased, so that a viscous film is formed on a minute uneven surface on the metal surface. Is formed, and fine irregularities are also polished to obtain a glossy surface.

好ましく使用することのできる水溶性高分子化合物のうち、上記のような効果を有するものとして、前述の電解液と同様な、ポリアクリル酸またはその塩等を挙げることができる。水溶性高分子化合物の好ましい分子量、濃度についても、前述の電解液と同様である。   Among the water-soluble polymer compounds that can be preferably used, those having the above-described effects include polyacrylic acid or a salt thereof similar to the above-described electrolytic solution. The preferable molecular weight and concentration of the water-soluble polymer compound are also the same as those of the above-described electrolytic solution.

水溶性高分子化合物を添加することなく、腐食抑制剤のみを添加した電解液を使用すると、強固ではあるが不均一な保護膜が形成され、この状態で電解研磨を行うと、研磨面の研磨速度のばらつきや表面荒れ、ピットの発生等が生じやすい。一方、水溶性高分子化合物を添加することにより、表面荒れやピットが抑制されてより均一な研磨ができることから、高分子化合物は、腐食抑制剤による保護膜の強さを調整し、均一な保護膜とする作用がある。従って、研磨初期において、銅等の研磨対象物の凹部表面に強い保護膜を形成させるために、水溶性高分子化合物濃度が低い電解液を供給し、バリア膜が露出し研磨終点に近づいたら、高分子化合物の濃度が高い電解液を供給して、保護膜の強度を調整し、より均一な表面状態となるように研磨してもよい。   If an electrolytic solution containing only a corrosion inhibitor is used without adding a water-soluble polymer compound, a strong but non-uniform protective film is formed. If electropolishing is performed in this state, the polished surface is polished. Variations in speed, surface roughness, and pits are likely to occur. On the other hand, by adding a water-soluble polymer compound, surface roughness and pits can be suppressed and more uniform polishing can be achieved. Therefore, the polymer compound can be uniformly protected by adjusting the strength of the protective film with a corrosion inhibitor. It works as a film. Therefore, in the initial stage of polishing, in order to form a strong protective film on the concave surface of an object to be polished such as copper, an electrolytic solution having a low water-soluble polymer compound concentration is supplied, and when the barrier film is exposed and approaches the polishing end point, An electrolytic solution having a high concentration of the polymer compound may be supplied to adjust the strength of the protective film and be polished so as to obtain a more uniform surface state.

本プロセスに用いる第2電解液のpHを調整するため、前述の電解液と同様に、pH調整剤を添加してもよい。   In order to adjust the pH of the second electrolytic solution used in this process, a pH adjusting agent may be added in the same manner as the above-described electrolytic solution.

第2電解液のpHは一般に2〜10である。しかし、半導体基板の銅配線プロセスのように、研磨速度が高く、表面荒れのない光沢面で平坦化が求められる場合には、第2電解液のpHは、3〜6であることが好ましく、研磨初期に凹部であったところを研磨途中で凸形状としてさらに銅の研磨を行いバリア膜の一部が少なくとも露出するまで研磨する場合、すなわちバリア膜露出プロセスには、第2電解液のpHは、3〜4.5であることが更に好ましい。   The pH of the second electrolyte is generally 2-10. However, when the polishing rate is high and flattening is required on the glossy surface without surface roughness, as in the copper wiring process of the semiconductor substrate, the pH of the second electrolytic solution is preferably 3 to 6, In the case where the concave portion in the initial stage of polishing is formed into a convex shape in the middle of polishing and further copper is polished until at least a part of the barrier film is exposed, that is, in the barrier film exposure process, the pH of the second electrolytic solution is 3 to 4.5 is more preferable.

さらに、第2電解液は砥粒を含有していてもよい。砥粒には銅等の金属(研磨対象物)を機械的に研磨除去する作用があるが、研磨パッドを併用する場合、腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物により形成された保護膜を適宜機械的に研磨除去する作用もある。   Furthermore, the second electrolytic solution may contain abrasive grains. Abrasive grains have the effect of mechanically polishing and removing metals such as copper (objects to be polished), but when a polishing pad is used in combination, a protective film formed of a corrosion inhibitor and a water-soluble polymer compound is appropriately machined. There is also an action to polish and remove.

本プロセスの第2電解液は、前述の電解液と同様の界面活性剤を含有していてもよい。導電率においても前述の電解液と同じある。   The 2nd electrolyte solution of this process may contain surfactant similar to the above-mentioned electrolyte solution. The conductivity is the same as that of the above-described electrolyte.

第2電解液の組成の例としては、(1)2〜80重量%の有機酸、(2)2〜20重量%のスルホン酸基を有する強酸、(3)0.01〜1重量%の腐食抑制剤、(4)0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、(5)0.01〜2重量%の砥粒、及び(6)約0.01〜1重量%の界面活性剤を備えている水溶液で、pH3〜6、好ましくはpH3〜4.5に調整されたものが挙げられる。電解液の溶媒は、脱イオン水、好ましくは超純水である。   Examples of the composition of the second electrolyte include (1) 2 to 80% by weight organic acid, (2) 2 to 20% by weight sulfonic acid group strong acid, and (3) 0.01 to 1% by weight. A corrosion inhibitor, (4) 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, (5) 0.01 to 2% by weight of abrasive grains, and (6) about 0.01 to 1% by weight of a surface activity. Examples of the aqueous solution provided with the agent include those adjusted to pH 3 to 6, preferably pH 3 to 4.5. The electrolyte solvent is deionized water, preferably ultrapure water.

次に、図6に示す電解研磨装置を使用した電解研磨について説明する。先ず、表面を下向きにして基板Wを保持した基板ホルダ(研磨ヘッド)52を研磨テーブル50の上方の所定位置に位置させる。次に、研磨テーブル50を回転させながら、この上面に向けて電解液供給ノズル60から第2電解液を供給し、同時に、基板ホルダ(研磨ヘッド)52を基板Wと共に回転させながら下降させて、例えば1psi(約70g/cm)以下の押圧力で基板Wを研磨パッド58の表面に向けて押圧する。そして、給電電極70が基板Wの表面の銅34等の導電性物質に接触した時に、給電電極70を電源72の陽極に、加工電極56を電源72の陰極にそれぞれ接続して、加工電極56と基板Wの表面の銅34等の導電性物質との間に所定の電圧を印加する。これによって、陽極となる銅34等の導電性物質の表面で電解反応を起こさせて該導電性物質を研磨する。なお、この時、研磨パッド58に設けた貫通孔58aを通して、加工電極56と基板Wの銅34等の導電性物質の表面との間は第2電解液で満たされて電気的に接続される。 Next, electropolishing using the electropolishing apparatus shown in FIG. 6 will be described. First, the substrate holder (polishing head) 52 holding the substrate W with the surface facing downward is positioned at a predetermined position above the polishing table 50. Next, while rotating the polishing table 50, the second electrolyte is supplied from the electrolyte supply nozzle 60 toward the upper surface, and at the same time, the substrate holder (polishing head) 52 is lowered while rotating together with the substrate W, For example, the substrate W is pressed toward the surface of the polishing pad 58 with a pressing force of 1 psi (about 70 g / cm 2 ) or less. When the power supply electrode 70 comes into contact with a conductive material such as copper 34 on the surface of the substrate W, the power supply electrode 70 is connected to the anode of the power source 72, and the processing electrode 56 is connected to the cathode of the power source 72. A predetermined voltage is applied between the surface of the substrate W and a conductive material such as copper 34 on the surface of the substrate W. As a result, an electrolytic reaction is caused on the surface of the conductive material such as copper 34 to be the anode, and the conductive material is polished. At this time, the processing electrode 56 and the surface of the conductive material such as the copper 34 of the substrate W are filled with the second electrolytic solution and electrically connected through the through hole 58a provided in the polishing pad 58. .

この銅34等の導電性物質の表面に研磨パッド58を擦り付けて電解研磨を行い、バリア膜を露出させるプロセスについて説明する。まず、導電性物質表面の初期凹凸形状の凸部を凹部よりも速い研磨速度で研磨し、研磨中に導電性物質表面の凹形状が凸形状となるように研磨して、バリア膜30(図1(b)参照)が露出する直前またはバリア膜30の少なくとも一部が露出するまで研磨する。   A process of exposing the barrier film by carrying out electrolytic polishing by rubbing the polishing pad 58 on the surface of the conductive material such as copper 34 will be described. First, the convex part of the initial concavo-convex shape on the surface of the conductive material is polished at a polishing rate faster than that of the concave part, and is polished so that the concave shape of the surface of the conductive substance becomes a convex shape during the polishing. 1 (b)) is polished immediately before exposure or until at least a part of the barrier film 30 is exposed.

つまり、例えば、陽極となる基板Wの銅34の表面は、陽極酸化されると同時に、銅34の表面には、第2電解液中の腐食抑制剤と水溶性高分子化合物により保護膜が形成される。このとき、研磨パッド58に向けて押圧された基板Wの銅34は、基板Wの回転運動と研磨テーブル50の回転運動により、研磨パッド58と相対運動して機械的研磨がなされるが、基板Wの銅34の表面に存在する凹部表面に形成された保護膜は除去されず、銅34の表面に存在する凸部に形成された保護膜は研磨パッドで擦られるため、除去されるか、保護性が弱くなり、凸部の電解加工が進行することになる。このように、基板Wの銅34の表面に存在する凹凸に形成された保護膜のうち、凸部の保護膜のみを選択的に除去することで、凸部の銅34が選択的に除去される。   That is, for example, the surface of the copper 34 of the substrate W serving as the anode is anodized, and at the same time, a protective film is formed on the surface of the copper 34 by the corrosion inhibitor and the water-soluble polymer compound in the second electrolytic solution. Is done. At this time, the copper 34 of the substrate W pressed toward the polishing pad 58 is moved relative to the polishing pad 58 and mechanically polished by the rotational motion of the substrate W and the rotational motion of the polishing table 50. The protective film formed on the concave surface present on the surface of the copper 34 of W is not removed, and the protective film formed on the convex portion present on the surface of the copper 34 is rubbed with a polishing pad, The protective property becomes weak, and the electrolytic processing of the convex portion proceeds. As described above, by selectively removing only the protective film of the convex portion among the protective films formed on the concave and convex portions present on the surface of the copper 34 of the substrate W, the copper 34 of the convex portion is selectively removed. The

研磨パッド58で常時擦られる銅34の凸部に対し、研磨パッド58による機械的研磨の影響の小さい銅34の凹部表面では、腐食抑制剤、水溶性高分子化合物及び銅の酸化膜により、強い保護膜が形成される。これにより、銅34の凹部表面における研磨速度が遅くなり、銅34の表面に存在する初期の凹形状が凸形状となる。保護膜を形成し凸形状とした部分は、凹形状のまま研磨するのに比べて、さらに研磨を進めた時にディッシングがおこりにくくなる。これによって、バリア膜が露出するまで研磨しても、導電性物質(配線金属)の過研磨によるディッシングやバリア膜と金属(導電性物質)の界面でのエッチングの発生が極力少ない状態で、導電性物質を残留させることなく研磨することができる。   On the concave surface of the copper 34 that is less affected by mechanical polishing by the polishing pad 58, the convex portion of the copper 34 that is constantly rubbed with the polishing pad 58 is stronger due to the corrosion inhibitor, the water-soluble polymer compound, and the copper oxide film. A protective film is formed. Thereby, the grinding | polishing speed in the recessed part surface of the copper 34 becomes slow, and the initial concave shape which exists in the surface of the copper 34 becomes a convex shape. A portion formed with a protective film and having a convex shape is less likely to be dished when the polishing is further advanced, compared to polishing with a concave shape. As a result, even if polishing is performed until the barrier film is exposed, the conductive material (wiring metal) is overpolished and dishing due to overpolishing and etching at the interface between the barrier film and the metal (conductive material) are minimized. It is possible to polish without leaving a substance.

この原理を、図7に示すように、バリア膜80の表面の、配線部82aに対応する部分に初期凹部84aを、配線部間82bに対応する部分に初期凸部84bをそれぞれ表面に有する初期形状を例として、導電性物質としての銅84を研磨する時を参照して更に詳しく説明する。   As shown in FIG. 7, this principle is based on the fact that the surface of the barrier film 80 has an initial concave portion 84a on the surface corresponding to the wiring portion 82a and an initial convex portion 84b on the surface corresponding to the portion 82b between the wiring portions. The shape will be described in more detail with reference to the case of polishing the copper 84 as the conductive material, taking the shape as an example.

まず、研磨初期にあっては、銅(導電性物質)84の初期凸部84bの表面に保護膜が形成され、この保護膜は、研磨パッド58による機械的研磨によって除去されるのであるが、この時、図7(a)に示すように、初期凸部84bに形成される保護膜よりも、研磨パッド58の研磨に対して耐性のある強い保護膜86を初期凹部84aの表面に形成させる。腐食抑制剤を含む第2電解液を用いることにより、初期凹部84aの表面に初期凸部84bに比べ強い保護膜86を形成することができる。これにより、配線部82aに対応する初期凹部84aにおける銅84の研磨速度が、配線部間82bに対応する初期凸部84bにおける銅84の研磨速度よりも低下し、これによって、図7(b)に示すように、銅84の表面の配線部82aに対応する部分に凸部84cが、配線部間82bに対応する部分に凹部84dがそれぞれ形成される。   First, in the initial stage of polishing, a protective film is formed on the surface of the initial convex portion 84b of the copper (conductive substance) 84, and this protective film is removed by mechanical polishing with the polishing pad 58. At this time, as shown in FIG. 7A, a stronger protective film 86 that is more resistant to polishing of the polishing pad 58 than the protective film formed on the initial convex portion 84b is formed on the surface of the initial concave portion 84a. . By using the second electrolytic solution containing the corrosion inhibitor, the protective film 86 stronger than the initial convex portion 84b can be formed on the surface of the initial concave portion 84a. As a result, the polishing rate of the copper 84 in the initial concave portion 84a corresponding to the wiring portion 82a is lower than the polishing rate of the copper 84 in the initial convex portion 84b corresponding to the inter-wiring portion 82b, thereby FIG. 7 (b). As shown in FIG. 4, a convex portion 84c is formed in a portion corresponding to the wiring portion 82a on the surface of the copper 84, and a concave portion 84d is formed in a portion corresponding to the inter-wiring portion 82b.

引き続いて、凹部84d、凸部84cの研磨を行うと、配線部間82bに対応する凹部84dに位置する銅84が除去されバリア膜80の少なくとも一部が露出し始める。バリア膜80の研磨速度は著しく遅いため、表面に保護膜86の形成されている逆転凸部84cの部分が研磨されて、図7(c)に示すように、逆転凸部84cが徐々に平坦になる。   Subsequently, when the concave portions 84d and the convex portions 84c are polished, the copper 84 located in the concave portions 84d corresponding to the inter-wiring portions 82b is removed, and at least a part of the barrier film 80 starts to be exposed. Since the polishing rate of the barrier film 80 is extremely slow, the portion of the reverse protrusion 84c on which the protective film 86 is formed is polished, and the reverse protrusion 84c is gradually flattened as shown in FIG. become.

このように、銅クリア(配線部間82bのバリア膜80が露出する)まで導電性物質84を研磨する際、配線部82aに対応する初期凹部84aに保護膜86を形成させ、凹凸逆転させて凸部を形成することにより、配線部82aに対応する銅等の導電性物質84の表面にデッィシングやバリア膜80と導電性物質84との界面でエッチングが発生することを防止しつつ、導電性物質(銅)84を好適に研磨することができる。   As described above, when polishing the conductive material 84 until the copper clear (barrier film 80 between the wiring portions 82b is exposed), the protective film 86 is formed in the initial concave portion 84a corresponding to the wiring portion 82a, and the concave and convex portions are reversed. By forming the convex portion, the surface of the conductive material 84 such as copper corresponding to the wiring portion 82a is prevented from being etched or etched at the interface between the barrier film 80 and the conductive material 84. The substance (copper) 84 can be suitably polished.

そして、電解研磨終了後、加工電極56及び給電電極70を電源72から切離し、第2電解液の供給を停止した後、基板ホルダ(研磨ヘッド)52を上昇させ、しかる後、研磨後の基板Wを基板ホルダ52で次工程に搬送する。   Then, after the electropolishing is completed, the processing electrode 56 and the feeding electrode 70 are disconnected from the power source 72, the supply of the second electrolytic solution is stopped, the substrate holder (polishing head) 52 is raised, and then the polished substrate W is polished. Is transferred to the next process by the substrate holder 52.

バリア膜が露出した基板に対しては、さらにバリア膜を研磨する。バリア膜の研磨方法としては、例えばCMPを用いることができる。   For the substrate where the barrier film is exposed, the barrier film is further polished. As a method for polishing the barrier film, for example, CMP can be used.

次に、電解研磨に際して、加工電極56と基板Wの表面の銅34等の導電性物質との間に印加する電圧(印加電圧)について説明する。印加電圧は、研磨レートや電源72のコストを考慮すると、直流電圧であることが好ましい。印加電圧は、研磨開始から研磨終了まで、一定電圧としてよいが、好ましい印加電圧の変化ステップについて説明する。   Next, a voltage (applied voltage) applied between the processing electrode 56 and a conductive material such as copper 34 on the surface of the substrate W during electropolishing will be described. In consideration of the polishing rate and the cost of the power source 72, the applied voltage is preferably a DC voltage. The applied voltage may be a constant voltage from the start of polishing to the end of polishing, but a preferable step of changing the applied voltage will be described.

電圧印加の変化ステップとしては、まず、第1ステップ初期においては、銅34等の導電性物質の凹部表面への保護膜形成を促進するため、例えば、印加電圧を、2.5V以下、0.1V以上の低い電圧とし、次いで印加電圧を上げる方法が挙げられる。これは、銅34等の導電性物質の凹部表面に保護膜を形成する場合、研磨パッドが接触しないか、または研磨パッドの接触面圧が低い場合であっても、印加電圧が高いと、凹部表面に形成された保護膜が破壊されて、凹部内に位置する銅34等の導電性物質がエッチングされてしまうからである。つまり、研磨初期においては、低い印加電圧で研磨を行うことで、研磨パッドが接触しないか、または接触しても接触面圧が低い部位における強い保護膜の成長を促して、凹部表面に強い保護膜を形成し、その後、電圧を上げて凸部の研磨を行うことにより、凹部表面に保護膜を効率よく形成することができる。   As the voltage application changing step, first, in the initial stage of the first step, for example, the applied voltage is set to 2.5 V or less, 0. A method in which the voltage is set to a low voltage of 1 V or higher and then the applied voltage is increased is exemplified. This is because when a protective film is formed on the concave surface of a conductive material such as copper 34, the concave portion is formed when the applied voltage is high even if the polishing pad does not contact or the contact surface pressure of the polishing pad is low. This is because the protective film formed on the surface is broken and the conductive material such as copper 34 located in the recess is etched. In other words, in the initial stage of polishing, polishing is performed with a low applied voltage, so that a strong protective film is promoted in a portion where the polishing pad is not in contact or the contact surface pressure is low even if the polishing pad is in contact, and the recess surface is strongly protected. A protective film can be efficiently formed on the surface of the concave portion by forming the film and then polishing the convex portion by increasing the voltage.

また、バルク研磨(バリア膜が露出する前までの研磨)の場合は、研磨速度を速くするために、例えば3.5V以上の高い印加電圧で研磨する。電解研磨では一般に電圧が高いほど研磨速度が上昇するが、気泡発生等が起因して、ピットの発生や表面荒れが生ずるため、電圧は10V以下、さらに好ましくは5V以下である。そして、バリア膜が露出を開始しことを膜厚検知センサ74で検知した後に、印加電圧をバルク研磨時における印加電圧の3/4以下、1/10以上の電圧とする。これにより、配線部の導電性物質に過研磨が起こってしまうことを防止するとともに、配線部の導電性物質へのダメージを小さくすることができる。さらには、バリア膜が露出を開始した後の印加電圧は、バルク研磨時における印加電圧の1/2以下であることが好ましい。   Further, in the case of bulk polishing (polishing before the barrier film is exposed), polishing is performed at a high applied voltage of, for example, 3.5 V or higher in order to increase the polishing rate. Generally, in electropolishing, the higher the voltage, the higher the polishing rate. However, the generation of bubbles or the like causes the generation of pits and surface roughness, so the voltage is 10 V or less, more preferably 5 V or less. After the film thickness detection sensor 74 detects that the barrier film starts to be exposed, the applied voltage is set to 3/4 or less and 1/10 or more of the applied voltage during bulk polishing. Accordingly, it is possible to prevent overpolishing of the conductive material in the wiring portion and to reduce damage to the conductive material in the wiring portion. Furthermore, the applied voltage after the exposure of the barrier film is preferably ½ or less of the applied voltage during bulk polishing.

また、印加電圧として、パルスを使用することにより、平坦化を効率よく行うことができる。例えば、ON−OFFパルスの場合、ONではエッチングが進み、OFFでは保護膜形成が促進される。ただし、銅の電解研磨でパルス電圧を用いる場合は、デューティ比によっては研磨レートが著しく減少してしまう。例えば、ON−OFF時間が1:1、すなわちデューティ比50%だと研磨レートは半分程度になってしまう。   In addition, by using a pulse as the applied voltage, planarization can be performed efficiently. For example, in the case of an ON-OFF pulse, etching proceeds when ON, and formation of a protective film is promoted when OFF. However, when a pulse voltage is used in the electrolytic polishing of copper, the polishing rate is significantly reduced depending on the duty ratio. For example, when the ON-OFF time is 1: 1, that is, when the duty ratio is 50%, the polishing rate becomes about half.

ここで、デューティ比(D)とは、パルス電圧1周期当たりに、加工電極に対する導電性物質の電位が正電位に維持される時間、もしくは正電位において周期的に変化する場合には、その平均の電位に対して、正の値を示す時間をパーセントで表したものであり、Tをパルス幅、Ttotを周期とした時、次の式で計算される。
D=(T/Ttot)×100
Here, the duty ratio (D) is the time during which the potential of the conductive material with respect to the machining electrode is maintained at a positive potential per cycle of the pulse voltage, or the average when the potential changes periodically at the positive potential. The time when a positive value is expressed as a percentage with respect to the potential is expressed by the following equation, where T p is the pulse width and T tot is the period.
D = (T p / T tot ) × 100

速い研磨速度が必要なバルク研磨(バリア膜が露出する前までの研磨)では連続波の直流電圧を用いることが好ましいが、一方、バリア膜が露出を開始した後の研磨では、銅等の導電性物質の急激な溶解を防止するために、一旦電圧を低下させ、また電圧を上げることを繰り返すパルス波形を用いることが好ましい。パルス波形としては、図8(a)に示す矩形波、図8(b)に示すサイン波、図8(c)に示すランプ波(のこぎり波)、または三角波(図示せず)のいずれかを使用することができる。急激な銅等の導電性物質の溶解を防止するために、電位の立ち上がり時間が緩やかな、サイン波またはランプ波または三角波が好ましい。最低電位から最高電位までの立ち上がり時間は1μsから1sが好ましい。   In bulk polishing that requires a high polishing rate (polishing before the barrier film is exposed), it is preferable to use a continuous wave DC voltage. On the other hand, in polishing after the barrier film starts to be exposed, a conductive material such as copper is used. In order to prevent rapid dissolution of the active substance, it is preferable to use a pulse waveform in which the voltage is once decreased and the voltage is repeatedly increased. As the pulse waveform, one of a rectangular wave shown in FIG. 8A, a sine wave shown in FIG. 8B, a ramp wave (sawtooth wave) shown in FIG. 8C, or a triangular wave (not shown) is used. Can be used. In order to prevent rapid dissolution of a conductive material such as copper, a sine wave, a ramp wave, or a triangular wave with a slow potential rise time is preferable. The rise time from the lowest potential to the highest potential is preferably 1 μs to 1 s.

ここで、矩形波、三角波、ランプ波またはサイン波等による最低電位は、加工電極に対する導電性物質の電位が負電位、零または正電位いずれでもよい。酸素気泡の発生を抑制する目的であれば、負電位がよいが、研磨する導電性物質が銅のように、加工電極に対して導電性物質の電位が正電位の場合に研磨が進むものは、負電位になると、研磨対象物である導電性物質表面に析出物が生成することがあり、研磨速度も遅くなるため、最低電位は、零または正電位であることが好ましい。これらは、残膜量やプロセス時間等に応じて適宜決めればよい。   Here, the lowest potential due to a rectangular wave, a triangular wave, a ramp wave, a sine wave, or the like may be a negative potential, zero, or a positive potential of the conductive material with respect to the processing electrode. For the purpose of suppressing the generation of oxygen bubbles, a negative potential is good. However, when the conductive material to be polished is copper, polishing proceeds when the potential of the conductive material is positive with respect to the processing electrode. When a negative potential is reached, precipitates may be generated on the surface of the conductive material that is the object to be polished, and the polishing rate is also slowed. Therefore, the minimum potential is preferably zero or positive. These may be appropriately determined according to the amount of remaining film, process time, and the like.

また、パルス波形の周波数は、導電性物質の特定箇所を通過する研磨パッドの貫通孔の周期と同期しないようにすることが好ましく、これによって、導電性物質表面で研磨箇所と非研磨箇所が生じて、研磨面の面内均一性が悪くなることを防止することができる。   Further, it is preferable that the frequency of the pulse waveform is not synchronized with the period of the through-hole of the polishing pad that passes through a specific portion of the conductive material, thereby generating a polished portion and a non-polished portion on the surface of the conductive material. Thus, it is possible to prevent the in-plane uniformity of the polished surface from being deteriorated.

H.腐食抑制剤を電解液に添加する効果
電解液に添加される腐食抑制剤の保護効果を確認するために、直径40mm部分が研磨できるチップ試験機を使用して銅の加工(研磨)実験を行った。この時の結果を以下に説明する。
H. Effect of adding a corrosion inhibitor to the electrolyte To confirm the protective effect of the corrosion inhibitor added to the electrolyte, a copper processing (polishing) experiment was conducted using a chip tester capable of polishing a 40 mm diameter portion. It was. The results at this time will be described below.

チップ試験機は、銅の電極電位を制御できるようになっており、銅と加工電極(対向電極)との間に電圧を印加しつつ、露出した銅を研磨テーブルに貼付けた研磨パッドで研磨することで研磨が進行する。研磨テーブルの回転速度250rpm(中心より30mm位置での線速度が0.78m/s)で、0.5psi(35g/cm)の面圧で、電流密度あるいは銅の電極電位を一定にして銅の研磨を行った。腐食抑制剤の効果の確認では、研磨パッドを銅表面に接触させない状態(面圧0psi)で電流密度や電極電位の測定を行うことも可能である。 The chip testing machine can control the electrode potential of copper, and polishes the exposed copper with a polishing pad affixed to the polishing table while applying a voltage between the copper and the processing electrode (counter electrode). Polishing progresses. The polishing table rotation speed is 250 rpm (linear speed at 30 mm from the center is 0.78 m / s), surface pressure is 0.5 psi (35 g / cm 2 ), and the current density or copper electrode potential is constant. Was polished. In confirming the effect of the corrosion inhibitor, it is also possible to measure the current density and the electrode potential in a state where the polishing pad is not in contact with the copper surface (surface pressure 0 psi).

加工に供した基板は、表面に、厚さ約250nmの酸化膜(SiO)、厚さ30nmのTaN膜からなるバリア膜、厚さ100nmの銅シード膜、及び厚さ1500nmの銅めっき膜が順次形成された銅膜付き基板(銅ブランケットウェーハ)からなるシリコン基板である。 The substrate used for processing has an oxide film (SiO 2 ) with a thickness of about 250 nm, a barrier film made of a TaN film with a thickness of 30 nm, a copper seed film with a thickness of 100 nm, and a copper plating film with a thickness of 1500 nm on the surface. It is a silicon substrate which consists of a board | substrate with a copper film (copper blanket wafer) formed sequentially.

表5は、ベース電解液として、1mol/Lマロン酸+1.4mol/Lメタンスルホン酸を用い、各種の腐食抑制剤及び水溶性高分子化合物をベース電解液に添加した電解液を使用し、前述のチップ試験機で銅の電極電位を2[Vvs.Ag/AgCl]に保った状態で、研磨を行っていない場合(面圧0psi)と、研磨を行った場合(面圧0.5psi)における電流密度を測定した結果を示す。   Table 5 uses 1 mol / L malonic acid + 1.4 mol / L methanesulfonic acid as a base electrolyte, and uses an electrolyte obtained by adding various corrosion inhibitors and water-soluble polymer compounds to the base electrolyte. The electrode potential of copper was 2 [Vvs. The results of measuring the current density when polishing is not performed (surface pressure of 0 psi) and when polishing is performed (surface pressure of 0.5 psi) while being maintained at [Ag / AgCl] are shown.

Figure 2008196047
Figure 2008196047

表5の研磨を行っていない場合(面圧0psi)を比較すると、ベース電解液に腐食抑制剤または腐食抑制剤と水溶性高分子化合物の双方を添加した液(番号2〜12)は、これらを添加していない液(番号1)よりも得られる電流密度が低く、腐食(電解反応)を抑制していること、つまり保護膜を形成していることが判る。さらに、腐食を抑制している電解液条件(番号2〜9)で研磨を行った場合(面圧0.5psi)の電流密度を比較すると、番号2の条件に比べて番号3〜9の条件では、電流密度が抑制されパッド研磨に対してより強い保護膜が形成されていることが判る。   Comparing the cases where the polishing in Table 5 is not performed (surface pressure 0 psi), the solutions (numbers 2 to 12) in which the corrosion inhibitor or both the corrosion inhibitor and the water-soluble polymer compound are added to the base electrolyte are as follows. It can be seen that the current density obtained is lower than that of the liquid not added with (No. 1), which suppresses corrosion (electrolytic reaction), that is, forms a protective film. Further, when the current density in the case of polishing (surface pressure 0.5 psi) when polishing is performed under the electrolytic solution conditions (numbers 2 to 9) suppressing corrosion, the conditions of numbers 3 to 9 are compared with the conditions of number 2 Then, it turns out that a current density is suppressed and a stronger protective film is formed against pad polishing.

更に電解液として、1mol/Lマロン酸+1.4mol/Lメタンスルホン酸+0.49%ポリアクリル酸(平均分子量:5000)+0.7%メタノール+0.05%(界面活性剤 MX2045L 花王製)+0.05%のシリカ砥粒に、腐食抑制剤として5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールを加えたもの、3−アミノ−5−メチル−4H−1,2,4−トリアゾールを加えたものをそれぞれpH4に設定し、前述のチップ試験機により基板を研磨した。基板として、シリコンを基材としてバリア膜と銅が成膜された直径4インチの銅めっきパターンウェーハ(Sematech 854AZ)を、電流密度を40mA/cm、面圧0.5psi、で研磨を行ったところ良好な光沢面が得られた。 Furthermore, 1 mol / L malonic acid + 1.4 mol / L methanesulfonic acid + 0.49% polyacrylic acid (average molecular weight: 5000) + 0.7% methanol + 0.05% (surfactant MX2045L manufactured by Kao) +0. A combination of 05% silica abrasive with 5-methyl-1H-benzotriazole as a corrosion inhibitor and 3-amino-5-methyl-4H-1,2,4-triazole added to pH 4 respectively. The substrate was polished by the above-described chip tester. As a substrate, a 4-inch diameter copper-plated pattern wafer (Sematech 854AZ) in which a barrier film and copper were formed using silicon as a base material was polished at a current density of 40 mA / cm 2 and a surface pressure of 0.5 psi. However, a good glossy surface was obtained.

更に、図6に示す電解研磨装置を使用して、シリコンを基材としてバリア膜と銅が成膜された直径4インチの銅めっきパターンウェーハの加工(研磨)実験を行った。その時の結果を以下に説明する。   Further, using the electrolytic polishing apparatus shown in FIG. 6, a processing (polishing) experiment of a copper plating pattern wafer having a diameter of 4 inches in which a barrier film and copper were formed using silicon as a base material was performed. The results at that time will be described below.

I.電解液のpHの影響(配線部間残膜あり)
図6に示す電解研磨装置を使用して、電解液のpHが、パターンウェーハの凹凸に対して形成する保護膜とディッシングに与える影響を調べた。加工に供した基板(被研磨物)は、銅めっきパターンウェーハ(Sematech 854AZ)である。研磨パッドとして、発泡ポリウレタン製研磨パッド(IC1000:ニッタ・ハース株式会社製)を用いた。研磨圧力0.5psi(約35g/cm)、研磨パッドと被研磨物(基板W)中心との相対速度1.6m/s、電解液量100ml/minの条件で電解研磨を行った。パターンの凹凸を示す段差の評価は、触針式のプロファイラー(Dektak3ST:ULVAC)によって行った。
I. Effect of electrolyte pH (with residual film between wiring parts)
Using the electropolishing apparatus shown in FIG. 6, the influence of the pH of the electrolytic solution on the protective film and dishing formed on the unevenness of the patterned wafer was examined. The substrate (substance to be polished) subjected to processing is a copper plating pattern wafer (Sematech 854AZ). As the polishing pad, a foamed polyurethane polishing pad (IC1000: manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) was used. Electropolishing was performed under conditions of a polishing pressure of 0.5 psi (about 35 g / cm 2 ), a relative speed of 1.6 m / s between the polishing pad and the center of the object to be polished (substrate W), and an amount of electrolyte of 100 ml / min. Evaluation of the level | step difference which shows the unevenness | corrugation of a pattern was performed by the stylus type profiler (Dektak3ST: ULVAC).

つまり、1mol/Lマロン酸+1.4mol/Lメタンスルホン酸+0.3%ベンゾトリアゾール+0.6%ポリアクリル酸アンモニウム(平均分子量:10000)+0.7%メタノール+0.05%(界面活性剤 MX2045L 花王製)に0.05%のシリカ砥粒を加え、pH4、pH4.5、及びpH4.75にそれぞれ設定した電解液を使用して銅の電解研磨を行った時の研磨面の凹凸形状を比較した。研磨量としては、配線部間の銅を残した状態で比較した。その結果を図9に示す。なお、図9において、(A)は研磨前の断面プロファイル表面を、(B)は研磨後の断面プロファイル表面を示す。このことは、以下同様である。   That is, 1 mol / L malonic acid + 1.4 mol / L methanesulfonic acid + 0.3% benzotriazole + 0.6% ammonium polyacrylate (average molecular weight: 10,000) + 0.7% methanol + 0.05% (surfactant MX2045L Kao Comparison of the concavo-convex shape of the polished surface when electrolytic polishing of copper was performed using an electrolyte set to pH 4, pH 4.5, and pH 4.75. did. The amount of polishing was compared with copper remaining between the wiring portions. The result is shown in FIG. In FIG. 9, (A) shows the cross-sectional profile surface before polishing, and (B) shows the cross-sectional profile surface after polishing. The same applies to the following.

図9(a)に示すように、pH4の電解液を使用して研磨を行うと、研磨初期に凹部であった所が凸形状となっており、研磨初期に凹部に強い保護膜が形成されたことが判る。また、図9(b)に示すように、pH4.5の電解液を使用して研磨を行った場合も凹部であった所が凸形状となっていることが判る。pH4に比べると平坦性はよいが、凹凸形状の逆転の度合いは小さくなっている。一方、図9(c)に示すように、pH4.75の電解液を使用して研磨すると、凹部であった所が凸形状となる現象がおきていないことが判る。これは、pHが上がるにつれ、凹部表面に形成される保護膜が弱くなるためであると考えられる。   As shown in FIG. 9 (a), when polishing is performed using an electrolyte solution having a pH of 4, a concave portion at the initial stage of the polishing has a convex shape, and a strong protective film is formed on the concave portion at the initial stage of polishing. You can see that Moreover, as shown in FIG.9 (b), when grinding | polishing using the electrolyte solution of pH4.5, it turns out that the place which was a recessed part becomes convex shape. Compared to pH 4, the flatness is good, but the degree of reversal of the uneven shape is small. On the other hand, as shown in FIG. 9C, it can be seen that when the electrolytic solution having a pH of 4.75 is used for polishing, the phenomenon that the concave portion becomes a convex shape does not occur. This is considered to be because the protective film formed on the concave surface becomes weaker as the pH increases.

J.配線部間バリア膜露出時の効果
更に、配線部間のバリア膜が露出開始したときの、ディッシングへの影響について調べた。図6に示す電解研磨装置を使用し、研磨条件は、電解液以外は「電解液のpHの影響(配線部間残膜あり)」の場合と同様である。
J. et al. Effect of Barrier Film Exposure Between Wiring Portions Further, the influence on dishing when the barrier film between wiring portions started to be exposed was examined. The electrolytic polishing apparatus shown in FIG. 6 is used, and the polishing conditions are the same as in the case of “effect of pH of electrolytic solution (with residual film between wiring portions)” except for the electrolytic solution.

つまり、1mol/Lマロン酸+1.4mol/Lメタンスルホン酸+0.3%ベンゾトリアゾール+0.49%ポリアクリル酸(平均分子量:5000)+0.7%メタノール+0.05%界面活性剤(MX2045L)に0.05%のシリカ砥粒を加え、pH4.3に調製した電解液を使用して銅の電解研磨を行った時の研磨面の凹凸形状を評価した。その結果を図10に示す。   That is, 1 mol / L malonic acid + 1.4 mol / L methanesulfonic acid + 0.3% benzotriazole + 0.49% polyacrylic acid (average molecular weight: 5000) + 0.7% methanol + 0.05% surfactant (MX2045L) The uneven shape of the polished surface was evaluated when electrolytic polishing of copper was performed using an electrolytic solution prepared by adding 0.05% silica abrasive grains and adjusting the pH to 4.3. The result is shown in FIG.

図10に示すように、配線部間が露出しても配線部は保護膜により凸形状となっており、ディッシングが抑制されていることが判る。   As shown in FIG. 10, it can be seen that even if the space between the wiring portions is exposed, the wiring portions are convex due to the protective film, and dishing is suppressed.

K.印加電圧の影響(配線部間残膜あり)
図6に示す電解研磨装置を使用して、加工電極と銅(導電性物質)との間に印加する電圧(印加電圧)を4Vと3Vとした場合を比較した。研磨条件、電解液成分は「電解液のpHの影響(配線部間残膜あり)」の場合と同様で、電解液のpHは4.5とし、相対速度を0.8m/sとして研磨を行った。その結果を図11に示す。
K. Effect of applied voltage (with residual film between wiring parts)
Using the electropolishing apparatus shown in FIG. 6, the case where the voltage (applied voltage) applied between the machining electrode and copper (conductive substance) was 4 V and 3 V was compared. Polishing conditions and electrolyte components are the same as in the case of “Effect of pH of electrolyte (with residual film between wiring parts)”, and the pH of electrolyte is 4.5 and the relative speed is 0.8 m / s. went. The result is shown in FIG.

図11(a)に示すように、電圧4Vの場合はディッシングが生じているが、図11(b)に示すように、加工電極と銅(導電性物質)との間に印加する電圧(印加電圧)を4Vから3Vに下げることにより、ディッシングが起こらず、凸形状となっていることが判る。これは、印加電圧を下げることにより保護膜の破壊が抑制され、その結果ディッシング(過研磨)が抑制されているためと考えられる。   As shown in FIG. 11 (a), dishing occurs when the voltage is 4V. However, as shown in FIG. 11 (b), the voltage applied between the machining electrode and copper (conductive substance) (application) It can be seen that by lowering the voltage from 4V to 3V, dishing does not occur and a convex shape is obtained. This is presumably because the destruction of the protective film is suppressed by lowering the applied voltage, and as a result, dishing (overpolishing) is suppressed.

L.印加電圧の影響(配線部間バリア膜露出)
図6に示す電解研磨装置を使用して、加工電極と銅(導電性物質)との間に印加する電圧(印加電圧)を一定にして研磨を行った場合と、バリア膜が露出を開始した後に印加電圧を下げた場合を比較した。研磨条件、電解液成分は「研磨パッドと被研磨物中心との相対速度、及び印加電圧の影響(配線部間残膜あり)」の場合に準じ、電解液のpHは4.3である。つまり、印加電圧を4Vでバルク研磨を開始し、そのまま4Vで研磨した場合と、バリア膜が露出し始めたのち、印加電圧を半分の2Vにして、銅クリアした場合を比較した。その結果を図12に示す。
L. Influence of applied voltage (barrier film exposure between wiring parts)
When the electropolishing apparatus shown in FIG. 6 was used to polish with a constant voltage (applied voltage) applied between the processing electrode and copper (conductive material), the barrier film started to be exposed. The case where the applied voltage was lowered later was compared. The pH of the electrolytic solution is 4.3 according to the polishing conditions and the electrolytic solution component according to the case of “the influence of the relative speed between the polishing pad and the center of the object to be polished and the applied voltage (with a residual film between wiring portions)”. That is, a comparison was made between the case where bulk polishing was started at an applied voltage of 4 V and the polishing was performed at 4 V as it was, and the case where the applied voltage was reduced to 2 V after the barrier film began to be exposed and the copper was cleared. The result is shown in FIG.

図12(a)に示すように、印加電圧が4Vと高いまま研磨を継続すると、バリア膜の露出とともに過研磨が生ずるが、図12(b)に示すように、バリア膜が露出を開始した後に印加電圧を4Vから2Vに下げると過研磨が抑制されていることが判る。これは、バリア膜と配線部の銅(導電性物質)との界面への電界集中や保護膜の破壊を抑制しているためと考えられる。   As shown in FIG. 12A, when polishing is continued while the applied voltage is as high as 4 V, over-polishing occurs with the exposure of the barrier film, but the barrier film starts to be exposed as shown in FIG. 12B. When the applied voltage is lowered from 4V to 2V later, it can be seen that overpolishing is suppressed. This is presumably because the electric field concentration at the interface between the barrier film and the copper (conductive material) in the wiring portion and the destruction of the protective film are suppressed.

銅配線基板の従来の製造方法の一例を工程順に示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional manufacturing method of a copper wiring board in order of a process. 電解研磨装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of an electropolishing apparatus. 図2の縦断正面図である。FIG. 3 is a longitudinal front view of FIG. 2. 電解液中の銅濃度を変化させて研磨した場合における、銅濃度と表面粗さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between copper concentration and surface roughness at the time of grinding | polishing by changing the copper concentration in electrolyte solution. 電解液中の銅濃度を変化させて研磨した場合における、銅濃度と研磨速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a copper concentration and a grinding | polishing speed | rate at the time of grind | polishing by changing the copper concentration in electrolyte solution. 電解研磨装置の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of an electropolishing apparatus. 図6に示す電解研磨装置を使用した本発明における研磨の原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principle of grinding | polishing in this invention using the electrolytic polishing apparatus shown in FIG. 本発明における電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform in this invention. 「電解液のpHの影響(配線部間残膜あり)」における研磨結果のパターンウェーハの断面プロファイルである。It is the cross-sectional profile of the pattern wafer of the grinding | polishing result in "the influence of pH of electrolyte solution (there is a residual film between wiring parts)". 「配線部間バリア膜露出時」における研磨結果のパターンウェーハの断面プロファイルである。It is a cross-sectional profile of a pattern wafer as a result of polishing at the time of “barrier film exposure between wiring parts”. 「印加電圧の影響(配線部間残膜あり)」における研磨結果のパターンウェーハの断面プロファイルである。It is the cross-sectional profile of the pattern wafer of the grinding | polishing result in "the influence of an applied voltage (with the residual film between wiring parts)". 「印加電圧の影響(配線部間バリア膜露出)」における研磨結果のパターンウェーハの断面プロファイルである。It is a cross-sectional profile of the pattern wafer of the grinding | polishing result in "the influence of an applied voltage (barrier film exposure between wiring parts)".

符号の説明Explanation of symbols

14 下層配線
26 ビアホール
28 トレンチ
30 バリア膜
32 シード膜
34 配線部(銅)
36 上層配線
50 研磨テーブル
52 基板ホルダ(研磨ヘッド)
54 加工チャンバ
56 加工電極
58 研磨パッド
58a 貫通孔
60 電解液供給ノズル
62 電解液貯蔵タンク
64 電解液供給ライン
66 純水供給ノズル
68 貯蔵容器
70 給電電極
72 電源
74 膜厚検知センサ
76 制御部
80 バリア膜
82a 配線部
82b 配線部間
84 銅(導電性物質)
84a 初期凹部
84b 初期凸部
84c 逆転凸部
84d 逆転凹部
86 保護膜
14 Lower layer wiring 26 Via hole 28 Trench 30 Barrier film 32 Seed film 34 Wiring part (copper)
36 Upper layer wiring 50 Polishing table 52 Substrate holder (polishing head)
54 Processing chamber 56 Processing electrode 58 Polishing pad 58a Through hole 60 Electrolyte supply nozzle 62 Electrolyte storage tank 64 Electrolyte supply line 66 Pure water supply nozzle 68 Storage container 70 Power supply electrode 72 Power supply 74 Film thickness detection sensor 76 Control unit 80 Barrier Film 82a Wiring part 82b Between wiring parts 84 Copper (conductive substance)
84a Initial concave part 84b Initial convex part 84c Reverse rotation convex part 84d Reverse rotation concave part 86 Protective film

Claims (28)

被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨に用いる電解液であって、
有機酸またはその塩の1種類以上と、
スルホン酸基を有する強酸の1種類以上と、
腐食抑制剤と、
水溶性高分子化合物を含む水溶液であることを特徴とする電解研磨用電解液。
An electrolytic solution used for electrolytic polishing for polishing a conductive material on the surface of an object to be polished,
One or more organic acids or salts thereof;
One or more strong acids having sulfonic acid groups;
A corrosion inhibitor;
An electrolytic solution for electropolishing which is an aqueous solution containing a water-soluble polymer compound.
前記有機酸は、カルボキシル基を有することを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the organic acid has a carboxyl group. 前記有機酸は、ヒドロキシ基を更に有することを特徴とする請求項2に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 2, wherein the organic acid further has a hydroxy group. 前記有機酸は、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸からなる群から選択されるいずれか1種類または2種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The organic acids are acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, citric acid, aconitic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid The electrolytic solution for electrolytic polishing according to claim 1, wherein the electrolytic solution is any one selected from the group consisting of and tartaric acid. 前記有機酸の濃度が0.1〜80重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the organic acid is 0.1 to 80% by weight. 前記スルホン酸基を有する強酸は、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6であるアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸及びフルオロスルホン酸の1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The strong acid having a sulfonic acid group is one or more of methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, trifluoromethanesulfonic acid, and fluorosulfonic acid. The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein: 前記スルホン酸基を有する強酸の濃度が0.1〜20重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the strong acid having a sulfonic acid group is 0.1 to 20% by weight. 前記腐食抑制剤は、ベンゾトリアゾール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of benzotriazole and derivatives thereof. 前記腐食抑制剤の濃度が0.001〜5重量%であることを特徴とする請求項8に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 8, wherein the concentration of the corrosion inhibitor is 0.001 to 5% by weight. 前記水溶性高分子化合物は、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンから選ばれる1種類以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The water-soluble polymer compound includes polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, polymethacrylamide, polymethoxyethylene, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, The electrolytic solution for electrolytic polishing according to claim 1, wherein the electrolytic solution is one or more selected from polyvinylpyrrolidone and polyvinylpyrrolidone. 前記水溶性高分子化合物の濃度が0.005〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 1, wherein the concentration of the water-soluble polymer compound is 0.005 to 5% by weight. 砥粒を更に含有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 11, further comprising abrasive grains. 前記砥粒の濃度が0.01〜10重量%であることを特徴とする請求項12に記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to claim 12, wherein the concentration of the abrasive grains is 0.01 to 10% by weight. 界面活性剤を更に含有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 13, further comprising a surfactant. 導電率が5〜200mS/cmであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 14, wherein the electrical conductivity is 5 to 200 mS / cm. pHが2〜10であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 15, wherein the pH is 2 to 10. 成分中に前記導電性物質が0.001〜10重量%含まれていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の電解研磨用電解液。   The electrolytic solution for electropolishing according to any one of claims 1 to 16, wherein 0.001 to 10% by weight of the conductive substance is contained in a component. 被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨に用いる電解液であって、該電解液の組成が全組成物重量に対して、(a)2〜80重量%の有機酸、(b)2〜20重量%のスルホン酸基を有する強酸、(c)0.01〜1重量%の腐食抑制剤、(d)0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、(e)0.01〜2重量%の砥粒、及び(f)0.01〜1重量%の界面活性剤を備え、pHが2〜10に調整された電解研磨用電解液。   An electrolytic solution used for electrolytic polishing for polishing a conductive material on the surface of an object to be polished, the composition of the electrolytic solution being (a) 2 to 80% by weight of an organic acid based on the total composition weight, (b) A strong acid having 2 to 20% by weight of a sulfonic acid group, (c) 0.01 to 1% by weight of a corrosion inhibitor, (d) 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, (e) 0. An electrolytic solution for electropolishing comprising 01 to 2% by weight of abrasive grains and (f) 0.01 to 1% by weight of a surfactant, the pH of which is adjusted to 2 to 10. 被研磨物表面の導電性物質を研磨する電解研磨方法であって、
請求項1乃至18のいずれかに記載の電解液の存在下で、
研磨パッドで前記導電性物質の表面を擦りつつ、前記導電性物質と前記対向電極との間に電圧を印加することを特徴とする電解研磨方法。
An electropolishing method for polishing a conductive material on a surface of an object to be polished,
In the presence of the electrolyte solution according to any one of claims 1 to 18,
An electrolytic polishing method, wherein a voltage is applied between the conductive material and the counter electrode while rubbing the surface of the conductive material with a polishing pad.
被研磨物表面のバリア膜上に形成された導電性物質と、該導電性物質と対面する位置に配置された対向電極との間に電解液を存在させて、研磨パッドで前記導電性物質の表面を擦りつつ電圧を印加して、配線用凹部に導電性物質が埋め込まれた配線部以外の導電性物質を除去するのに際し、
(a)有機酸またはその塩の1種類以上、(b)スルホン酸基を有する強酸の1種類以上、(c)腐食抑制剤、及び(d)水溶性高分子化合物を含む水溶液からなる電解液を使用し、
前記配線部の上部に位置する導電性物質を、該配線部の上部以外に位置する導電性物質よりも遅い速度で研磨して、配線部の上部に位置する導電性物質を配線部の上部以外に位置する導電性物質に対して凸形状とする第1ステップと、
該第1ステップによって形成された凸形状の導電性物質を研磨すると同時に、配線部の上部以外に位置する導電性物質をバリア膜が露出するまで研磨する第2ステップを有することを特徴とする電解研磨方法。
An electrolytic solution is present between the conductive material formed on the barrier film on the surface of the object to be polished and the counter electrode disposed at a position facing the conductive material, and the conductive material is removed by the polishing pad. When applying a voltage while rubbing the surface to remove the conductive material other than the wiring portion in which the conductive material is embedded in the wiring recess,
(A) one or more organic acids or salts thereof, (b) one or more strong acids having a sulfonic acid group, (c) an aqueous solution containing a corrosion inhibitor, and (d) a water-soluble polymer compound Use
The conductive material located above the wiring portion is polished at a slower rate than the conductive material located outside the upper portion of the wiring portion, and the conductive material located above the wiring portion is removed from the upper portion of the wiring portion. A first step having a convex shape with respect to the conductive substance located in
An electrolytic process characterized by comprising a second step of polishing the convex conductive material formed by the first step, and simultaneously polishing the conductive material located at a portion other than the upper portion of the wiring portion until the barrier film is exposed. Polishing method.
前記電解液は、pHが3〜4.5に調整されていることを特徴とする請求項20に記載の電解研磨方法。   21. The electrolytic polishing method according to claim 20, wherein the electrolytic solution has a pH adjusted to 3 to 4.5. 前記電解液は、砥粒及び界面活性剤を更に含有することを特徴とする請求項20または21に記載の電解研磨方法。   The electrolytic polishing method according to claim 20 or 21, wherein the electrolytic solution further contains abrasive grains and a surfactant. 前記腐食抑制剤は、ベンゾトリアゾール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法。   The electropolishing method according to any one of claims 20 to 22, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of benzotriazole and derivatives thereof. 前記ベンゾトリアゾールの誘導体の群から選択される1種類以上の腐食抑制剤は、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾールであることを特徴とする請求項23に記載の電解研磨方法。   24. The electropolishing method according to claim 23, wherein the one or more types of corrosion inhibitors selected from the group of benzotriazole derivatives is 5-methyl-1H-benzotriazole. 前記腐食抑制剤は、3−アミノ−5−メチル−4H−1,2,4−トリアゾールであることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法。   23. The electropolishing method according to claim 20, wherein the corrosion inhibitor is 3-amino-5-methyl-4H-1,2,4-triazole. 前記腐食抑制剤は、ビスムチオール及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法。   The electropolishing method according to any one of claims 20 to 22, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of bismuthiol and derivatives thereof. 前記腐食抑制剤は、サリチルアルデヒド及びその誘導体の群から選択される1種類以上であることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の電解研磨方法。   23. The electropolishing method according to claim 20, wherein the corrosion inhibitor is at least one selected from the group of salicylaldehyde and derivatives thereof. 前記導電性物質の残膜厚を渦電流の変化で検出することを特徴とする請求項20乃至27のいずれかに記載の電解研磨方法。   28. The electrolytic polishing method according to claim 20, wherein the remaining film thickness of the conductive material is detected by a change in eddy current.
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