电解抛光方法技术

通过在电解液内在阳电极与反电极之间施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，电解抛光靶材料。阳电极由一种电极材料形成，在使用恒电势器的电化学测量中，在０．１Ｍ的高氯酸溶液内，相对于银／氯化银电极，施加＋２．５Ｖ电压时，该电极材料具有不高于１０ｍＡ／ｃｍ＃＋［２］的电流密度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请基于2001年十月3日提交的先前的日本专利申请No.2001-307608并要求其优先权，该申请的整个内容在此结合以供参考。通常在上述的电解抛光中使用铂作为阳电极。然而已经发现，在使由诸如钌(ruthenium)等贵金属制成的布线材料受到使用铂的阳电解电解抛光时，在铂阳电极上会产生氧。如果在电解抛光期间在铂阳电极上产生氧，就要耗电，其结果是不能溶解贵金属布线材料。氧的产生不只是在铂阳电极和贵金属布线材料组合使用时遇到的问题。一般来说，当电解液内诸如OH-等还原剂与阳电极表面接触而夺取阳电极电子，从而转化为诸如O2等氧化剂时，就会产生氧。其结果是在电解抛光处理期间降低了电流的效率。还应当注意的是，在普通的电解抛光处理中，在电解抛光处理期间，因为电解液的扩散，在反电极上氢的产生，及反电极中心部分与边缘部分之间电场强度的差别，电场是不稳定的。其结果是在受到电解抛光处理的材料中产生局部电解抛光。根据本专利技术的第二方面，提供了一种，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，从而电解抛光靶材料，其中所述阳电极在其侧面设有绝缘膜。进而，根据本专利技术的第三方面，提供了一种，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，从而电解抛光靶材料，其中所述反电极具有在其表面上形成的固态电解质膜，离子交换树脂膜或电阻率膜(resistivity film)。首先，现在将参照附图说明图1到6说明一个例子，其中根据本专利技术的一个实施例的用于形成半导体器件中的填埋布线层。如图1所示，半导体基片11上形成绝缘膜12(例如低-k等离子氧化硅膜，low-k plasma silicon oxide film)。然后，通过反应离子蚀刻(RIE)法以感光耐蚀膜13用作为掩模在绝缘膜12中形成布线槽14。在下一步骤，例如通过氧等离子灰化法(oxygen plasma ashing method)去除感光耐蚀膜13，然后在已形成的布线槽14的内表面和绝缘膜12的上表面形成阻挡层15，例如氧化钛层，如图2所示。在形成阻挡层15之后，例如通过CVD方法形成金属布线材料16，填充布线槽14并覆盖阻挡层15的上表面，如图3所示。金属布线材料可以是Cu，W，Ru，Ag，和/或Al。然后，金属布线材料层16受到电解抛光处理。在进行电解抛光处理时，如图4所示，电压施加在阳电极17与反电极18之间，并且阳电极17被扫描同时保持阳电极17与在电解液(未示出)内的金属布线材料层16的表面接触。在阳电极17扫描期间，金属布线材料层16被离子化并溶解到电解液中，从而被抛光。这样，连续进行电解抛光处理，直到露出绝缘膜12上表面上的阻挡层15，如图5所示。作为电解液，可以使用诸如磷酸或硫酸等电解质溶液。在电解抛光处理之后，通过普通的CMP技术去除绝缘膜12上表面的阻挡层15。根据本专利技术的第一方面，阳电极17整个由一种电极材料形成，在使用恒电热器的电化学测量中，在0.1M的高氯酸溶液内相对于银/氯化银电极施加+2.5V电压时，该材料的电流具有不高于10mA/cm2的电流密度。根据这第一方面，即使在由贵金属诸如钌制成的布线材料受到电极抛光处理的情况下，也能够抑制在阳电极上氧的产生，从而使得能够有效电解抛光贵金属制成的布线材料。所使用的阳电极材料例如包括，钻石状碳。一般在进行电极抛光处理时，0.2mA/cm2-30A/cm2的电流施加在阳电极与反电极之间。反电极可由普通的反电极材料制成，诸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt，或C。根据本专利技术的第二方面，具有在如图7所示侧面上形成的绝缘膜21的阳电极17，被用于以上参照图1到6所述的电极抛光方法。根据这第二方面，因为除了与被电解抛光的材料(靶材料)接触的表面部分之外，阳电极17的侧面以绝缘膜21覆盖，因而阳电极与电解液之间接触的区域减少。其结果是，能够减少电解液内诸如OH-等还原剂接触阳电极表面，从而夺取了阳电极的电子，因而被转化为诸如O2等氧化剂的机会。于是改进了进行电解抛光处理中电流的效率。绝缘膜21可由无机材料诸如SiO2，或有机聚合物(绝缘清漆)诸如聚碳酸酯形成。这种情形下，阳电极17可由普通阳电极材料诸如Cu，W，Ru，Ag，Al，或Pt形成。反电极18可由普通的反电极材料诸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt或C形成。在进行电解抛光处理时可在阳电极与反电极之间施加0.2mA/cm2-30A/cm2的电流。根据本专利技术的第三方面，在参照图1到6前面所述的中，使用如图8所示在表面上形成有固态电解质膜，离子交换树脂膜，或电阻率膜(一般表示在22)的反电极18。根据这第三方面，固态电解质膜，离子交换树脂膜，或电阻率膜位于反电极上，以便例如抑制在反电极上氢的产生。其结果是，稳定了电解抛光处理期间的电场，以便可对被电解抛光的材料施加均匀的电解抛光处理。用于本专利技术的固态电解质例如包括聚苯胺，聚乙炔，聚对苯(polyparaphenylene)，聚噻吩，聚吡咯，多并苯。固态电解质可以掺杂受体物质或供体物质以控制电阻率。受体物质例如包括卤素原子，诸如Br，I，Cl，和F；刘易斯酸，诸如BF3(BF4-)，PF3(或PF6-)，AsF3(或AsF6-)，SbF5(或SbF6-)，或SO3；质子酸，诸如HNO3，H2SO4，HCL，HF，FSO3H，或CF3SO3H；过渡元素卤化物诸如FeCL3，MoCL5，SnCL4，MoF5；及有机物诸如三氯乙醛。供体物质例如包括碱金属，诸如Li，Na，K，和Cs，及烷基铵，诸如四乙基铵和四丁基铵。离子交换树脂例如包括阳离子交换树脂，它们具有基体树脂诸如多羟基酚醛树脂，苯乙烯-二乙烯基苯树脂或含氟树脂，向它们键合有酸性基团，诸如酸性羟基，羧基或磺酸基；及具有上述基体树脂的阴离子交换树脂，对它们键合有碱性基，诸如氨基或季铵基。此外，上述的电阻率膜例如可由沸石，磷酸锆，纤维素，藻蛋白酸，腐殖酸，具有亚氨乙酸基的螯合树脂，磷到二(2-乙基己基)酯，或三辛基胺形成。在本专利技术的第三方面，阳电极可由普通的阳电极材料形成，诸如Cu，W，Ru，Ag，Al，或Pt。而且，反电极可由普通的反电极材料诸如Cu，W，Ru，Ag，Al，Pt或C形成。在进行电解抛光处理时通常在阳电极与反电极之间施加0.2mA/cm2-30A/cm2的电流。顺便来说，可以采用第一方面和第三方面的组合及第二方面与第三方面的另一种组合，以获得组合各方面的优点。现在将参照本专利技术的例子对本专利技术进行说明，虽然本专利技术不限于以下的例子。在以下所述的每一例子中，电解抛光应用到前面参照图1到6所述的埋线层的形成。例子1通过普通等离子CVD方法在半导体基片11的表面上形成低-k等离子氧化硅绝缘膜12，厚度达0.6μm，然后通过使用感光耐蚀膜13的普通的RIE在绝缘膜12中形成深度为0.4μm规定图案的布线槽14。然后，通过普通的氧等离子灰化法去除光耐蚀膜13，然后通过普通CVD方法在布线槽14的内表面和绝缘膜12的上表面形成TiN阻挡层15厚度达20nm。进而，在已在绝缘膜12表面形成的TiN阻挡层15上，通过普通的CVD方法沉积由钌组成的金属布线材料层16厚度达0.6μm，填充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解抛光方法，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，从而电解抛光靶材料；其中所述阳电极由一种电极材料形成，在使用恒电势器的电化学测量中，在０．１Ｍ的高氯酸溶液内，相对于银／氯化银电极，施加＋２．５Ｖ电压时，该电极材料具有不高于１０ｍＡ／ｃｍ↑［２］的电流密度。

【技术特征摘要】
JP 2001-10-3 307608/20011.一种电解抛光方法，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，从而电解抛光靶材料；其中所述阳电极由一种电极材料形成，在使用恒电势器的电化学测量中，在0.1M的高氯酸溶液内，相对于银/氯化银电极，施加+2.5V电压时，该电极材料具有不高于10mA/cm2的电流密度。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述阳电极由钻石状碳形成。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述靶材料是填埋的金属布线材料，该金属布线材料在半导体基片之上绝缘膜内提供的布线槽内形成，并覆盖所述绝缘膜的表面。4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述电解抛光包括抛光在所述绝缘膜上的所述布线材料部分，有选择地留下所述布线槽内的布线材料。5.一种电解抛光方法，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材料的表面接触，从而电解抛光靶材料，其中所述阳电极在其侧面具有绝缘膜。6.根据权利要求5的方法，其特征在于，除了与所述靶材料接触的部分之外，所述绝缘膜覆盖阳电极的整个表面。7.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述绝缘材料包含氧化硅或聚碳酸酯。8.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述靶材料是填埋的金属布线材料，该金属布线材料在半导体基片之上绝缘膜内提供的布线槽内形成，并覆盖所述绝缘膜的表面。9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述电解抛光包括抛光在所述绝缘膜上的所述布线材料部分，有选择地留下所述布线槽内的布线材料。10.一种电解抛光方法，包括在电解液内跨阳电极与反电极施加电压，同时使所述阳电极与靶材...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井嘉孝，小助川広志，小寺雅子，宫下直人，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]