專利名稱：電解拋光方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)基于2001年十月3日提交的先前的日本專利申請(qǐng)No.2001-307608并要求其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容在此結(jié)合以供參考。
通常在上述的電解拋光中使用鉑作為陽(yáng)電極。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使由諸如釕(ruthenium)等貴金屬制成的布線材料受到使用鉑的陽(yáng)電解電解拋光時(shí)，在鉑陽(yáng)電極上會(huì)產(chǎn)生氧。如果在電解拋光期間在鉑陽(yáng)電極上產(chǎn)生氧，就要耗電，其結(jié)果是不能溶解貴金屬布線材料。
氧的產(chǎn)生不只是在鉑陽(yáng)電極和貴金屬布線材料組合使用時(shí)遇到的問題。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)電解液內(nèi)諸如OH-等還原劑與陽(yáng)電極表面接觸而奪取陽(yáng)電極電子，從而轉(zhuǎn)化為諸如O2等氧化劑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氧。其結(jié)果是在電解拋光處理期間降低了電流的效率。
還應(yīng)當(dāng)注意的是，在普通的電解拋光處理中，在電解拋光處理期間，因?yàn)殡娊庖旱臄U(kuò)散，在反電極上氫的產(chǎn)生，及反電極中心部分與邊緣部分之間電場(chǎng)強(qiáng)度的差別，電場(chǎng)是不穩(wěn)定的。其結(jié)果是在受到電解拋光處理的材料中產(chǎn)生局部電解拋光。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種電解拋光方法，包括在電解液內(nèi)跨陽(yáng)電極與反電極施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，從而電解拋光靶材料，其中所述陽(yáng)電極在其側(cè)面設(shè)有絕緣膜。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種電解拋光方法，包括在電解液內(nèi)跨陽(yáng)電極與反電極施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，從而電解拋光靶材料，其中所述反電極具有在其表面上形成的固態(tài)電解質(zhì)膜，離子交換樹脂膜或電阻率膜(resistivity film)。
首先，現(xiàn)在將參照

圖1到6說(shuō)明一個(gè)例子，其中根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電解拋光方法用于形成半導(dǎo)體器件中的填埋布線層。
如圖1所示，半導(dǎo)體基片11上形成絕緣膜12(例如低-k等離子氧化硅膜，low-k plasma silicon oxide film)。然后，通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法以感光耐蝕膜13用作為掩模在絕緣膜12中形成布線槽14。
在下一步驟，例如通過氧等離子灰化法(oxygen plasma ashing method)去除感光耐蝕膜13，然后在已形成的布線槽14的內(nèi)表面和絕緣膜12的上表面形成阻擋層15，例如氧化鈦層，如圖2所示。
在形成阻擋層15之后，例如通過CVD方法形成金屬布線材料16，填充布線槽14并覆蓋阻擋層15的上表面，如圖3所示。金屬布線材料可以是Cu，W，Ru，Ag，和/或Al。
然后，金屬布線材料層16受到電解拋光處理。在進(jìn)行電解拋光處理時(shí)，如圖4所示，電壓施加在陽(yáng)電極17與反電極18之間，并且陽(yáng)電極17被掃描同時(shí)保持陽(yáng)電極17與在電解液(未示出)內(nèi)的金屬布線材料層16的表面接觸。在陽(yáng)電極17掃描期間，金屬布線材料層16被離子化并溶解到電解液中，從而被拋光。這樣，連續(xù)進(jìn)行電解拋光處理，直到露出絕緣膜12上表面上的阻擋層15，如圖5所示。作為電解液，可以使用諸如磷酸或硫酸等電解質(zhì)溶液。
在電解拋光處理之后，通過普通的CMP技術(shù)去除絕緣膜12上表面的阻擋層15。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，陽(yáng)電極17整個(gè)由一種電極材料形成，在使用恒電熱器的電化學(xué)測(cè)量中，在0.1M的高氯酸溶液內(nèi)相對(duì)于銀/氯化銀電極施加+2.5V電壓時(shí)，該材料的電流具有不高于10mA/cm2的電流密度。根據(jù)這第一方面，即使在由貴金屬諸如釕制成的布線材料受到電極拋光處理的情況下，也能夠抑制在陽(yáng)電極上氧的產(chǎn)生，從而使得能夠有效電解拋光貴金屬制成的布線材料。所使用的陽(yáng)電極材料例如包括，鉆石狀碳。一般在進(jìn)行電極拋光處理時(shí)，0.2mA/cm2-30A/cm2的電流施加在陽(yáng)電極與反電極之間。反電極可由普通的反電極材料制成，諸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt，或C。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，具有在如圖7所示側(cè)面上形成的絕緣膜21的陽(yáng)電極17，被用于以上參照?qǐng)D1到6所述的電極拋光方法。根據(jù)這第二方面，因?yàn)槌伺c被電解拋光的材料(靶材料)接觸的表面部分之外，陽(yáng)電極17的側(cè)面以絕緣膜21覆蓋，因而陽(yáng)電極與電解液之間接觸的區(qū)域減少。其結(jié)果是，能夠減少電解液內(nèi)諸如OH-等還原劑接觸陽(yáng)電極表面，從而奪取了陽(yáng)電極的電子，因而被轉(zhuǎn)化為諸如O2等氧化劑的機(jī)會(huì)。于是改進(jìn)了進(jìn)行電解拋光處理中電流的效率。絕緣膜21可由無(wú)機(jī)材料諸如SiO2，或有機(jī)聚合物(絕緣清漆)諸如聚碳酸酯形成。這種情形下，陽(yáng)電極17可由普通陽(yáng)電極材料諸如Cu，W，Ru，Ag，Al，或Pt形成。反電極18可由普通的反電極材料諸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt或C形成。在進(jìn)行電解拋光處理時(shí)可在陽(yáng)電極與反電極之間施加0.2mA/cm2-30A/cm2的電流。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在參照?qǐng)D1到6前面所述的電解拋光方法中，使用如圖8所示在表面上形成有固態(tài)電解質(zhì)膜，離子交換樹脂膜，或電阻率膜(一般表示在22)的反電極18。根據(jù)這第三方面，固態(tài)電解質(zhì)膜，離子交換樹脂膜，或電阻率膜位于反電極上，以便例如抑制在反電極上氫的產(chǎn)生。其結(jié)果是，穩(wěn)定了電解拋光處理期間的電場(chǎng)，以便可對(duì)被電解拋光的材料施加均勻的電解拋光處理。用于本發(fā)明的固態(tài)電解質(zhì)例如包括聚苯胺，聚乙炔，聚對(duì)苯(polyparaphenylene)，聚噻吩，聚吡咯，多并苯。固態(tài)電解質(zhì)可以摻雜受體物質(zhì)或供體物質(zhì)以控制電阻率。受體物質(zhì)例如包括鹵素原子，諸如Br，I，Cl，和F；劉易斯酸，諸如BF3(BF4-)，PF3(或PF6-)，AsF3(或AsF6-)，SbF5(或SbF6-)，或SO3；質(zhì)子酸，諸如HNO3，H2SO4，HCL，HF，F(xiàn)SO3H，或CF3SO3H；過渡元素鹵化物諸如FeCL3，MoCL5，SnCL4，MoF5；及有機(jī)物諸如三氯乙醛。供體物質(zhì)例如包括堿金屬，諸如Li，Na，K，和Cs，及烷基銨，諸如四乙基銨和四丁基銨。
離子交換樹脂例如包括陽(yáng)離子交換樹脂，它們具有基體樹脂諸如多羥基酚醛樹脂，苯乙烯-二乙烯基苯樹脂或含氟樹脂，向它們鍵合有酸性基團(tuán)，諸如酸性羥基，羧基或磺酸基；及具有上述基體樹脂的陰離子交換樹脂，對(duì)它們鍵合有堿性基，諸如氨基或季銨基。
此外，上述的電阻率膜例如可由沸石，磷酸鋯，纖維素，藻蛋白酸，腐殖酸，具有亞氨乙酸基的螯合樹脂，磷到二(2-乙基己基)酯，或三辛基胺形成。
在本發(fā)明的第三方面，陽(yáng)電極可由普通的陽(yáng)電極材料形成，諸如Cu，W，Ru，Ag，Al，或Pt。而且，反電極可由普通的反電極材料諸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt或C形成。在進(jìn)行電解拋光處理時(shí)通常在陽(yáng)電極與反電極之間施加0.2mA/cm2-30A/cm2的電流。
順便來(lái)說(shuō)，可以采用第一方面和第三方面的組合及第二方面與第三方面的另一種組合，以獲得組合各方面的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在將參照本發(fā)明的例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，雖然本發(fā)明不限于以下的例子。在以下所述的每一例子中，電解拋光應(yīng)用到前面參照?qǐng)D1到6所述的埋線層的形成。
例子1通過普通等離子CVD方法在半導(dǎo)體基片11的表面上形成低-k等離子氧化硅絕緣膜12，厚度達(dá)0.6μm，然后通過使用感光耐蝕膜13的普通的RIE在絕緣膜12中形成深度為0.4μm規(guī)定圖案的布線槽14。
然后，通過普通的氧等離子灰化法去除光耐蝕膜13，然后通過普通CVD方法在布線槽14的內(nèi)表面和絕緣膜12的上表面形成TiN阻擋層15厚度達(dá)20nm。進(jìn)而，在已在絕緣膜12表面形成的TiN阻擋層15上，通過普通的CVD方法沉積由釕組成的金屬布線材料層16厚度達(dá)0.6μm，填充布線槽14并覆蓋絕緣層12的上表面。
在沉積金屬布線材料層(釕層)16之后，除了沉積在布線槽14內(nèi)的部分之外，釕層16受到電解拋光處理。使用由鉆石狀碳(hyper-C)組成的陽(yáng)電極17進(jìn)行電解拋光處理。在進(jìn)行電解拋光處理時(shí)，使用0.1M高氯酸水溶液作為電解液，在+2.5V電壓下(相對(duì)于銀/氯化銀電極)進(jìn)行電解拋光處理。對(duì)釕層16進(jìn)行30秒鐘的電解拋光，使得在絕緣膜12表面上形成的阻擋層15露出。然后通過普通的CMP技術(shù)去除對(duì)應(yīng)于阻擋層15厚度的TiN阻擋層15和釕層16。
順便來(lái)說(shuō)，在使用恒電勢(shì)器的電化學(xué)測(cè)量中，在0.1M的高氯酸溶液內(nèi)(相對(duì)于銀/氯化銀電極)施加+2.5V電壓時(shí)，觀察了氧產(chǎn)生的情形。如圖9所示，在使用鉑陽(yáng)電極的情形下，識(shí)別出源于氧的產(chǎn)生的100mA/cm2的電流密度，如曲線“a”所表示。然而，在使用鉆石狀碳的情形下幾乎不產(chǎn)生這種電流，如曲線“b”所表示。在使用鉑電極的情形下，即使在相同的條件下試圖進(jìn)行電解，釕層也不被拋光。
例子2如同例子1中那樣形成填埋布線，所不同的是在側(cè)面形成有絕緣膜21的鉑電極被用作為陽(yáng)電極17。絕緣膜21由絕緣清漆形成，即漆酚和漆酶等的混合物。
在電解拋光處理期間，電流不僅流過陽(yáng)極/基片界面，而且還流過陽(yáng)極/電解液界面，于是顯著降低了電流效率。然而在這例子中，在除了陽(yáng)電極與基片之間的接觸面之外陽(yáng)電極側(cè)面上形成絕緣膜。其結(jié)果是，流過陽(yáng)極/電解液界面的電流被抑制，以至改進(jìn)了電流的效率。
例子3如例子1中形成填埋布線，所不同在于，使用鉑電極作為反電極18，其整個(gè)表面以全氟砜(perfluoro-sulfone)型離子交換樹脂膜覆蓋。所使用的全氟代-磺基型離子交換樹脂膜是要阻擋氫離子。其結(jié)果是，能夠在反電極表面抑制氫的產(chǎn)生，從而使能夠在穩(wěn)定化的電場(chǎng)之下進(jìn)行電解拋光處理。
對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員顯然可以看出有其它的優(yōu)點(diǎn)和改型。因而，就其較廣泛的方面不限于這里所示和所述的代表性實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)。因而，在不背離由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物定義的總的發(fā)明概念的精神和范圍之下，可以形成各種改型。
權(quán)利要求
1.一種電解拋光方法，包括在電解液內(nèi)跨陽(yáng)電極與反電極施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，從而電解拋光靶材料；其中所述陽(yáng)電極由一種電極材料形成，在使用恒電勢(shì)器的電化學(xué)測(cè)量中，在0.1M的高氯酸溶液內(nèi)，相對(duì)于銀/氯化銀電極，施加+2.5V電壓時(shí)，該電極材料具有不高于10mA/cm2的電流密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述陽(yáng)電極由鉆石狀碳形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述靶材料是填埋的金屬布線材料，該金屬布線材料在半導(dǎo)體基片之上絕緣膜內(nèi)提供的布線槽內(nèi)形成，并覆蓋所述絕緣膜的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述電解拋光包括拋光在所述絕緣膜上的所述布線材料部分，有選擇地留下所述布線槽內(nèi)的布線材料。
5.一種電解拋光方法，包括在電解液內(nèi)跨陽(yáng)電極與反電極施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，從而電解拋光靶材料，其中所述陽(yáng)電極在其側(cè)面具有絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，除了與所述靶材料接觸的部分之外，所述絕緣膜覆蓋陽(yáng)電極的整個(gè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述絕緣材料包含氧化硅或聚碳酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述靶材料是填埋的金屬布線材料，該金屬布線材料在半導(dǎo)體基片之上絕緣膜內(nèi)提供的布線槽內(nèi)形成，并覆蓋所述絕緣膜的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述電解拋光包括拋光在所述絕緣膜上的所述布線材料部分，有選擇地留下所述布線槽內(nèi)的布線材料。
10.一種電解拋光方法，包括在電解液內(nèi)跨陽(yáng)電極與反電極施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，從而電解拋光靶材料，其中所述反電極具有在其表面上形成的固態(tài)電解質(zhì)膜，離子交換樹脂膜或電阻率膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜包含從聚苯胺，聚乙炔，聚對(duì)苯，聚噻吩，聚吡咯和多并苯選擇至少一種成分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)摻有受體物質(zhì)或供體物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述受體物質(zhì)至少包含從鹵素原子，劉易斯酸，質(zhì)子酸，過渡金屬鹵化物，及有機(jī)物中選擇的一種成分。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述供體物質(zhì)至少包含從堿金屬，及烷基銨選擇的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述離子交換樹脂是陽(yáng)離子交換樹脂或陰離子交換樹脂。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述陽(yáng)離子交換樹脂包括酸基，以及基體樹脂，所述基體樹脂包含至少?gòu)亩嗔u基酚醛樹脂，苯乙烯-二乙烯基苯樹脂及含氟樹脂選擇的一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述陰離子交換樹脂包括堿基，以及基體樹脂，所述基體樹脂包含至少?gòu)亩嗔u基酚醛樹脂，苯乙烯-二乙烯基苯樹脂及含氟樹脂選擇的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述電阻率膜包含至少?gòu)姆惺?，磷酸鋯，纖維素，藻蛋白酸，腐殖酸，具有亞氨乙酸基的螯合樹脂，磷酸二(2-乙基己基)酯，及三辛殖胺選擇的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述靶材料是填埋的金屬布線材料，該金屬布線材料在半導(dǎo)體基片之上絕緣膜內(nèi)提供的布線槽內(nèi)形成，并覆蓋所述絕緣膜的表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述電解拋光包括拋光在所述絕緣膜上的所述布線材料部分，有選擇地留下所述布線槽內(nèi)的布線材料。
全文摘要
通過在電解液內(nèi)在陽(yáng)電極與反電極之間施加電壓，同時(shí)使所述陽(yáng)電極與靶材料的表面接觸，電解拋光靶材料。陽(yáng)電極由一種電極材料形成，在使用恒電勢(shì)器的電化學(xué)測(cè)量中，在0.1M的高氯酸溶液內(nèi)，相對(duì)于銀/氯化銀電極，施加+2.5V電壓時(shí)，該電極材料具有不高于10mA/cm
文檔編號(hào)C25F3/30GK1411039SQ02144068
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月3日
發(fā)明者松井嘉孝, 小助川広志, 小寺雅子, 宮下直人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝