(57)【要約】  【課題】  埋め込み配線が密集している領域に生じるエロージョン、及び埋め込み配線の配線幅が広い領域に生じるディッシングを抑制して、埋め込み配線の表面高さを均一化する。  【解決手段】  絶縁膜３１に細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２を形成した後、絶縁膜３１の上にバリア層３２及び銅膜３３を堆積し、その後、銅膜３３をリフローする。研磨パッド上に、銅イオンを含有する研磨スラリーを供給しながら銅膜３３に対して化学機械研磨を行なう。その後、銅膜３３に対する化学機械研磨を続けながら、銅膜３３に負の電圧を印加して、銅膜３３の表面に銅のメッキ層４３を形成することにより、細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３の表面高さと絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さとをほぼ等しくする。【選択図】      図４
2004149926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成された絶縁膜に凹状溝を形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜の上にバリア層を形成した後、前記凹状溝を充填するように該バリア層の上に金属膜を形成する工程（ｂ）と、
前記金属膜に対して化学機械研磨と電解メッキとを並行して行ない、前記凹状溝に埋め込み配線を形成する工程（ｃ）とを備えることを特徴とする埋め込み配線の形成方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）は、前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜は前記化学機械研磨によって除去され、かつ前記凹状溝に形成された前記金属膜の表面には該金属膜を構成する金属と同種の金属のイオンよりなるメッキ層が成長することを特徴とする請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）は、前記化学機械研磨により前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜の膜厚が初期膜厚の８０〜１０％の範囲内になったときに前記電解メッキを始めることを特徴とする請求項１又は２に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）は、前記化学機械研磨により前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜の膜厚が初期膜厚の８０％以上であるときに前記電解メッキを始めることを特徴とする請求項１又は２に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）は、前記バリア層の上に前記金属膜を堆積した後、該金属膜に対して熱処理を施すことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項６】
前記金属膜は銅膜であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の埋め込み配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにおける埋め込み配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に埋め込み配線（プラグも含む）を形成する手法としては、半導体基板上に形成された酸化膜等の絶縁膜に配線用凹状溝又はプラグ用凹部よりなる凹状部を形成した後、凹状部を含む絶縁膜の上に全面に亘って銅等よりなる導電膜を堆積し、その後、絶縁膜の上に堆積されている導電膜（凹状部内を除く導電膜）を化学機械研磨により除去することによって、凹状部に埋め込み配線を形成する方法が提案されている。
【０００３】
以下、従来の埋め込み配線の形成方法を、図１４〜図１６を参照しながら銅の埋め込み配線を形成する場合を例にとって説明する。
【０００４】
図１４は従来の化学機械研磨装置の概略構成を示しており、図１４に示すように、回転運動をする定盤１０１の上に研磨パッド１０２が設けられており、該研磨パッド１０２の上方に、研磨パッド１０２の上に研磨スラリー１０３を供給する研磨スラリー供給管１０４が設けられている。また、研磨パッド１０２の上方には、被研磨基板１０５を保持すると共に保持した被研磨基板１０５を研磨パッド１０２に押し付ける基板保持ヘッド１０６が上下動可能に設けられている。
【０００５】
従来の化学機械研磨装置においては、定盤１０１の回転に伴って回転運動をする研磨パッド１０２の上に研磨スラリー１０３を供給しながら、基板保持ヘッド１０６により被研磨基板１０５を研磨パッド１０２に押し付けると、被研磨基板１０５の表面に堆積された銅等の金属膜は化学機械研磨されて平坦になる。
【０００６】
図１５は、銅等の金属膜を研磨するための研磨スラリー１０３の成分を模式的に示しており、研磨スラリー１０３は、水１１０にアルミナ又はシリカ等の砥粒１１１及び過酸化水素等の酸化剤１１２が含有されてなる。この研磨スラリー１０３は、酸化剤１１２により金属膜を酸化させると共に酸化した金属膜を砥粒１１１により研磨して除去することにより、金属膜を平坦化するものである。
【０００７】
以下、前記の化学機械研磨装置及び研磨スラリーを用いて、銅の埋め込み配線を形成する方法について、図１６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０００８】
まず、図１６（ａ）に示すように、図示しない半導体基板上に形成された絶縁膜１２０に、信号線等の細幅の埋め込み配線を形成するための細幅の配線用凹状溝１２１、及び電圧電源線、検査用電極又は外部接続用電極等の広幅の埋め込み配線を形成するための広幅の配線用凹状溝１２２を形成した後、絶縁膜１２０の上に全面に亘って例えばＴｉＮよりなるバリア層１２３を堆積し、その後、バリア層１２３の上に全面に亘って銅膜１２４を堆積する。尚、図１６（ａ）において、溝パターン密集領域とは細幅の埋め込み配線ひいては細幅の配線用凹状溝１２１が密集している領域を示し、溝幅の大きいパターン領域とは、電圧電源線、検査用電極又は外部用電極等の広幅の埋め込み配線ひいては広幅の配線用凹状溝１２２が形成される領域を示している。
【０００９】
次に、銅膜１２４に対して熱処理を施してリフローすることにより、図１６（ｂ）に示すように、銅膜１２４を細幅の配線用凹状溝１２１及び広幅の配線用凹状溝１２２の底部の隅にまで確実に充填する。
【００１０】
次に、前記の研磨スラリー１０３を用いて銅膜１２４に対して化学機械研磨を施すと、図１６（ｃ）に示すように、銅膜１２４よりなる通常の埋め込み配線１２５及び広幅の埋め込み配線１２６が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、前記のようにして化学機械研磨を行なうと、図１６（ｃ）に示すように、溝幅の大きいパターン領域においては、広幅の埋め込み配線１２５の中央部の膜厚が減少する、いわゆるディッシングが起きると共に、溝パターン密集領域においては、細幅の埋め込み配線１２５の高さが所定値に対して減少する、いわゆるエロージョンが起きる。
【００１２】
このように、エロージョン又はディッシングが起きると、埋め込み配線の高さが低減して配線抵抗が増大するので、埋め込み配線の信頼性が低下するという問題がある。
【００１３】
また、埋め込み配線に表面段差があると、リソグラフィの焦点深度の問題から、パターン形成に不具合が生じてしまう。
【００１４】
前記に鑑み、本発明は、埋め込み配線が密集している領域に生じるエロージョン、及び埋め込み配線の配線幅が広い領域に生じるディッシングを抑制して、埋め込み配線の表面高さを均一化し、これにより、埋め込み配線の信頼性を向上させると共にリソグラフィの焦点深度のマージンを確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するため、本発明に係る埋込み配線の形成方法は、半導体基板の上に形成された絶縁膜に凹状溝を形成する工程（ａ）と、前記絶縁膜の上にバリア層を形成した後、前記凹状溝を充填するように該バリア層の上に金属膜を形成する工程（ｂ）と、前記金属膜に対して化学機械研磨と電解メッキとを並行して行ない、前記凹状溝に埋め込み配線を形成する工程（ｃ）とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の埋め込み配線の形成方法によると、凹状溝に埋め込み配線を形成する工程（ｃ）において金属膜に対して化学機械研磨と電解メッキとを並行して行なうので、金属膜の表面が化学機械研磨されるため金属膜の膜厚は薄くなるが、金属膜の表面にメッキ層が形成される。この場合、金属膜の凸状部においてはメッキ層は速やかに研磨される一方、金属膜の凹状部においてはメッキ層は研磨され難いので、埋め込み配線が密集していたり又は埋め込み配線の配線幅が広いために金属膜が凹状になり易い領域に選択的にメッキ層が形成される。従って、埋め込み配線が密集している領域に生じるエロージョン及び埋め込み配線の配線幅が広い領域に生じるディッシングが抑制される。
【００１７】
本発明に係る埋め込み配線の形成方法において、前記工程（ｃ）は、前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜は前記化学機械研磨によって除去され、かつ前記凹状溝に形成された前記金属膜の表面には該金属膜を構成する金属と同種の金属のイオンよりなるメッキ層が成長することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る埋め込み配線の形成方法において、前記工程（ｃ）は、前記化学機械研磨により前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜の膜厚が初期膜厚の８０〜１０％の範囲内になったときに前記電解メッキを始めることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る埋め込み配線の形成方法において、前記工程（ｃ）は、前記化学機械研磨により前記絶縁膜の凸部の上の前記金属膜の膜厚が初期膜厚の８０％以上であるときに前記電解メッキを始めることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る埋め込み配線の形成方法において、前記工程（ｂ）は、前記バリア層の上に前記金属膜を堆積した後、該金属膜に対して熱処理を施すことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る埋め込み配線の形成方法において、前記金属膜は銅膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る埋込み配線の形成方法によると、金属膜の表面が化学機械研磨されるため金属膜の膜厚は薄くなるが、金属膜の表面にメッキ層が形成されるため、埋め込み配線が密集している領域に生じるエロージョン及び埋め込み配線の配線幅が広い領域に生じるディッシングが抑制され、埋め込み配線の表面高さが均一化されるので、配線抵抗のバラツキが減少し、これにより、埋め込み配線の信頼性が向上する。また、リソグラフィにおける焦点深度のマージンを確保することができる。
【００２３】
本発明の埋込み配線の形成方法において、電解メッキを、金属膜の膜厚が初期膜厚の８０％〜１０％になったときに開始すると、化学機械研磨の効率が向上するので、スループットを向上させることができる。
【００２４】
本発明の埋込み配線の形成方法において、電解メッキを、金属膜の膜厚が初期膜厚の１００％〜８０％になったときに開始すると、化学機械研磨と電解メッキとをほぼ同時に進行させることができるので、埋め込み配線が密集している領域に生じるエロージョン及び埋め込み配線の配線幅が広い領域に生じるディッシングを確実に抑制して、埋め込み配線の表面高さが確実に均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る研磨スラリー１０の成分を模式的に示しており、第１の実施形態に係る研磨スラリー１０は、水１１にアルミナ又はシリカ等の砥粒１２、過酸化水素等の酸化剤１３、及び被研磨膜を構成する金属と同種の金属のイオン１４が含有されてなる。金属イオン１４としては、被研磨膜が銅膜の場合には、銅イオン（Ｃｕ2+）が挙げられる。
【００２６】
研磨スラリー１０に銅イオンを含有させる方法としては、研磨スラリー１０に硫酸銅（ＣｕＳＯ4 ）を混合し、混合された硫酸銅をイオン化させてＣｕ2+及びＳＯ4 2-を生じさせる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る基板の研磨装置の概略構成を示しており、図３は図２における一点鎖線の部分を拡大して示している。
【００２８】
図２に示すように、回転運動をする定盤２０の上に研磨パッド２１が設けられており、該研磨パッド２１の上方に、研磨パッド２１の上に第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を供給する研磨スラリー供給管２３が設けられている。また、研磨パッド２１の上方には、被研磨基板２４を保持すると共に保持した被研磨基板２４の被研磨膜を研磨パッド２１に押し付ける基板保持ヘッド２５が上下動可能に設けられている。
【００２９】
第２の実施形態の特徴として、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に直流電圧源２６及び電流計２７が直列に接続されており、直流電圧源２６、研磨スラリー供給管２３、研磨スラリー１０、銅膜３３、基板保持ヘッド２５及び電流計２７の間で閉回路が形成されている。
【００３０】
また、図３に示すように、被研磨基板２４は、シリコンウェハ３０と、該シリコンウェハ３０の上に順次堆積されてなる絶縁膜３１、ＴｉＮ層よりなるバリア層３２及び銅膜３３とからなる。この場合、シリコンウェハ３０の側面は丸みを持っているため、銅膜３３はシリコンウェハ３０の厚さ方向のほぼ中央部まで延びるように形成されている。
【００３１】
また、基板保持ヘッド２５は導電性材料により構成されていると共に、基板保持ヘッド２５における研磨パッド２１と対向する部位には絶縁体３５が取り付けられている。
【００３２】
これらによって、銅膜３３はその周縁部（ヘッド導電部）において基板保持ヘッド２５と電気的に接続されていると共に、基板保持ヘッド２５と研磨パッド２１ひいては研磨パッド２１上の研磨スラリー１０とは電気的に絶縁されている。
【００３３】
（第１の基板の研磨方法）
以下、第２の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう、第１の基板の研磨方法について図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハ３０（図４（ａ）〜（ｄ）においては図示を省略している。）の上に形成された絶縁膜３１に、信号線等の細幅の埋め込み配線を形成するための細幅の配線用凹状溝４１、及び電圧電源線、検査用電極又は外部接続用電極等の広幅の埋め込み配線を形成するための広幅の配線用凹状溝４２を形成した後、絶縁膜３１の上に全面に亘って例えばＴｉＮよりなるバリア層３２を堆積し、その後、バリア層３２の上に全面に亘って銅膜３３を堆積する。尚、溝パターン密集領域及び溝幅の大きいパターン領域の意味については、図１６（ａ）に示した従来の基板の研磨方法と同様である。
【００３５】
次に、銅膜３３に対して熱処理を施してリフローすることにより、図４（ｂ）に示すように、銅膜３３を細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２の底部の隅にまで充填する。
【００３６】
次に、定盤２０を回転して研磨パッド２１を回転しながら、研磨スラリー供給管２３から第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を研磨パッド２１の上に供給すると共に、基板保持ヘッド２５を降下させて、銅膜３３に対して化学機械研磨を施す。
【００３７】
そして、銅膜３３に対する化学機械研磨が或る程度まで進行した段階で、銅膜３３に対する化学機械研磨を続けながら、直流電圧源２６から研磨スラリー供給管２３に正の電圧を印加する一方、基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加する。
【００３８】
このようにすると、研磨スラリー１０に含まれている銅の正イオン（Ｃｕ2+）は、基板保持ヘッド２５を介して負の電圧が印加されている銅膜３３に引き寄せられると共に銅膜３３から電子を貰って、銅膜３３の表面に銅原子として付着する。すなわち、図４（ｃ）に示すように、銅膜３３は化学機械研磨によって膜厚が薄くなるが、銅膜３３の表面に銅の電解メッキが施されるため、銅膜３３の表面に銅のメッキ層４３が形成される。この場合、銅膜３３の表面にはほぼ等しい膜厚のメッキ層４３が成長するが、絶縁膜３１の凸部３１ａの上の銅膜３３に付着するメッキ層４３は化学機械研磨によって速やかに除去されるので、細幅の配線用凹状溝４１に堆積されている銅膜３３の表面高さと絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さとはほぼ等しくなる。また、広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３の表面高さは、絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さよりも若干低いが、銅の電解メッキを行なわない場合に比べて高くなるので、つまり絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さに接近するので、銅膜３３の表面の段差は緩和される。
【００３９】
その後、銅膜３３に対する化学機械研磨、研磨スラリー供給管２３への正の電圧の印加、及び基板保持ヘッド２５への負の電圧の印加を継続すると、広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３の表面高さは絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さよりも低いため、広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３の表面にはメッキ層４３が成長し、段差は徐々に緩和される。
【００４０】
次に、バリア層３２が研磨により除去され、絶縁膜３１が露出した段階で、銅膜３３に対する化学機械研磨、研磨スラリー供給管２３への正の電圧の印加、及び基板保持ヘッド２５への負の電圧の印加を終了する。このようにすると、図４（ｄ）に示すように、細幅の配線用凹状溝４１に堆積される細幅の埋め込み配線４５と広幅の配線用凹状溝４２に堆積される広幅の埋め込み配線４６と絶縁膜３１の凸部３１ａの高さとはほぼ等しくなる。もっとも、広幅の埋め込み配線４６の中央部の表面高さは絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さよりも若干低い。
【００４１】
以上説明したように、第１の基板の研磨方法によると、銅膜３３に対して化学機械研磨と銅の電解メッキとを並行して行なうので、溝パターン密集領域の細幅の埋め込み配線４５及び広幅の埋め込み配線４６の表面高さと、絶縁膜３１の表面高さとをほぼ等しくすることができる。
【００４２】
尚、直流電圧源２６から研磨スラリー供給管２３に正の電圧を印加すると共に基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して電解メッキを始めるタイミングとしては、絶縁膜３１の凸部３１ａの上の銅膜３３の膜厚が初期膜厚の８０〜１０％の範囲内になったときが好ましい。その理由は次の通りである。すなわち、銅膜３３の膜厚が初期膜厚の８０％を超える状態で電解メッキを始めると、メッキ層４３を堆積させながらメッキ層４３及び銅膜３３を化学機械研磨するため、化学機械研磨の研磨レートが実質的に低下するためであり、銅膜３３の膜厚が初期膜厚の１０％未満になる状態で電解メッキを始めると、デッシングやエロージョンの抑制効果が殆どないためである。
【００４３】
このように、銅膜３３の膜厚が初期膜厚の８０〜１０％の範囲内になったときに、研磨スラリー供給管２３に正の電圧を印加すると共に基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加するようにすると、銅膜３３の膜厚が化学機械研磨により或る程度まで減少するまでの間は化学機械研磨のみが行なわれるため、化学機械研磨の効率が向上するので、スループットの低減を抑制することができる。
【００４４】
尚、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に直流電圧源２６を接続する代わりに、研磨スラリー供給管２３に一の直流電圧源から正の電圧を印加すると共に、基板保持ヘッド２５に他の直流電圧源から負の電圧を印加してもよい。このようにすると、研磨スラリー供給管２３への正の電圧の印加と、基板保持ヘッド２５への負の電圧の印加とを独立に制御することができる。また、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に、直流電圧源２６のほかに交流電圧源をも直列に接続してもよい。
【００４５】
（第２の基板の研磨方法）
以下、第２の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう、第２の基板の研磨方法について図５（ａ）〜（ｃ）及び図６を参照しながら説明する。
【００４６】
まず、第１の基板の研磨方法と同様に、配線用凹状溝が形成された絶縁膜３１の上にバリア層３２及び銅膜３３を順次堆積した後、銅膜３３をリフローして細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２に充填する。
【００４７】
次に、研磨スラリー供給管２３から第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を研磨パッド２１の上に供給しながら、銅膜３３に対して化学機械研磨を行なう。その後、銅膜３３の膜厚が或る程度まで減少したときに、直流電圧源２６から研磨スラリー供給管２３に正の一定の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の一定の電圧を印加すると共に、電流計２７によって研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流値を測定して、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間の抵抗値を算出しながら、銅膜３３に対して銅の電解メッキを施す。
【００４８】
このようにすると、電解メッキが盛んに行なわれているときには大きい電流が流れるので、電流値が大きく且つメッキ抵抗は小さい一方、電解メッキが行なわれなくなると小さい電流しか流れないので、電流値は小さく且つメッキ抵抗は大きくなる。
【００４９】
図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は、銅膜３３に対して電解メッキを施しながら化学機械研磨を行なったときの、シリコンウェハ３０の上に形成されている絶縁膜３１、バリア層３２及び銅膜３３の露出状態を示しており、図５（ａ）〜（ｃ）は断面構造を表わし、図６（ａ）〜（ｃ）は平面構造を表わしている。また、図７は銅膜３３に対して電解メッキを施しながら化学機械研磨を行なったときの研磨時間と抵抗値との関係を示している。
【００５０】
図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、化学機械研磨の初期においては、銅膜３３の膜厚が十分に大きくて、バリア層３２が露出していないため、大きな電流が流れるので、図６のグラフのＡに示すように、抵抗値は小さい。
【００５１】
その後、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、化学機械研磨が進行して、銅膜３３の膜厚が小さくなっていき、バリア層３２が露出し始めると、バリヤー３２を構成するＴｉＮはＣｕに比べて比抵抗が大きくため、電流値が低下していくので、図６のグラフのＢに示すように、抵抗値は増加し続ける。
【００５２】
その後、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、化学機械研磨がさらに進行して、絶縁膜３１が大きく露出すると、電流が殆ど流れなくなるので、図６のグラフのＣに示すように、抵抗値はほぼ無限大になって抵抗値の増加は飽和する。この状態で、化学機械研磨及び電解メッキを終了する。
【００５３】
このようにして、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流値ひいては抵抗値を算出することにより、化学機械研磨の終点を検出することができる。
【００５４】
尚、第２の基板の研磨方法は、電解メッキと化学機械研磨とを同時に行ないながら、研磨スラリー供給管２３と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流値ひいては抵抗値を算出して化学機械研磨の終点を検出したが、これに代えて、電解メッキを行なわずに化学機械研磨のみを行ないながら、電流値ひいては抵抗値を算出することにより、化学機械研磨の終点を検出することもできる。
【００５５】
（第３の基板の研磨方法）
以下、第２の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう、第３の基板の研磨方法について、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００５６】
まず、図８（ａ）に示すように、シリコンウェハ３０（図８（ａ）〜（ｄ）においては図示を省略している。）の上に形成された絶縁膜３１に細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２を形成した後、絶縁膜３１の上に全面に亘って例えばＴｉＮよりなるバリア層３２を堆積し、その後、バリア層３２の上に全面に亘って銅膜３３を堆積する。次に、銅膜３３に対して熱処理を施してリフローすることにより、銅膜３３を細幅の配線用凹状溝４１及び広幅の配線用凹状溝４２の底部の隅にまで充填する。尚、溝パターン密集領域及び溝幅の大きいパターン領域の意味については、図１６（ａ）に示した従来の基板の研磨方法と同様である。
【００５７】
次に、研磨スラリー供給管２３から第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を回転している研磨パッド２１の上に供給して銅膜３３に対して化学機械研磨を行なうと共に、直流電圧源２６から研磨スラリー供給管２３に正の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して銅膜３３に対して銅の電解メッキを施す。
【００５８】
このようにすると、図８（ｂ）に示すように、化学機械研磨の開始当初から銅の電解メッキを行なっているため、銅膜３３の表面に銅のメッキ層４３が大きく成長するので、広幅の配線用凹状溝４２に堆積された銅膜３３及びメッキ層４３に発生するディッシングは、第１の基板の研磨方法に比べて小さい。
【００５９】
従って、広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３及びメッキ層４３の表面高さは、絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さよりも若干低いが、絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さに大きく接近するので、表面の段差は大きく緩和される。また、細幅の配線用凹状溝４１に堆積された銅膜３３及びメッキ層４３は、絶縁膜３１の凸部３１ａ上の銅膜３３と同じ高さになる。
【００６０】
その後、化学機械研磨及び電解メッキを継続すると、図８（ｃ）に示すように、広幅の配線用凹状溝４２に堆積されている銅膜３３及びメッキ層３３の表面高さは絶縁膜３１の凸部３１ａの表面高さと同等となる。
【００６１】
さらに、化学機械研磨及び電解メッキを継続し、絶縁膜３１が露出した段階で化学機械研磨及び電解メッキを終了すると、図８（ｄ）に示すように、細幅の配線用凹状溝４１に堆積される細幅の埋め込み配線４５と広幅の配線用凹状溝４２に堆積される広幅の埋め込み配線４６と絶縁膜３１の凸部３１ａの高さとは等しくなる。
【００６２】
以上説明したように、第３の基板の研磨方法によると、銅膜３３に対して最初から化学機械研磨と電解メッキとを並行して行なうので、溝パターン密集領域の細幅の埋め込み配線４５及び広幅の埋め込み配線４６の表面高さと、絶縁膜３１の表面高さとを確実に等しくすることができる。
【００６３】
尚、銅膜に対して銅の電解メッキを行なうタイミングとしては、化学機械研磨の開始と同時でもよいが、絶縁膜３１の凸部３１ａの上の銅膜３３の膜厚が初期膜厚の８０％以上であるときに行なってもよい。このようにすると、広幅の埋め込み配線４６の表面高さと、絶縁膜３１の表面高さとを確実に等しくすることができる。
【００６４】
また、第１〜第３の基板の研磨方法においては、研磨スラリー１０に正の金属イオンである銅イオンを含有させたが、これに代えて、研磨スラリー１０に負の金属イオンを含有させる場合には、研磨スラリー供給管２３に負の電圧を印加する一方、基板保持ヘッド２５に正の電圧を印加する。
【００６５】
（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態に係る基板の研磨装置の概略構成を示しており、図９に示すように、回転運動をする定盤２０の上に研磨パッド２１が設けられており、該研磨パッド２１の上方に、研磨パッド２１の上面に第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を供給する研磨スラリー供給管２３が設けられている。また、研磨パッド２１の上方には、被研磨基板２４を保持すると共に保持した被研磨基板２４を研磨パッド２１に押し付ける基板保持ヘッド２５が上下動可能に設けられている。
【００６６】
第３の実施形態の特徴として、研磨スラリー供給管２３と研磨パッド２１との間に、研磨スラリー供給管２３から研磨パッド２１の上に供給される研磨スラリー１０に接触するように、チタン等の導電材料よりなる棒状の導電体５１が設けられており、該導電体５１の先端部は研磨スラリー１０との接触面積が大きくなるように球状に形成されている。
【００６７】
また、導電体５１と基板保持ヘッド２５との間には、直流電圧源２６及び電流計２７が直列に接続されており、直流電圧源２６、導電体５１、研磨スラリー１０、銅膜３３、基板保持ヘッド２５及び電流計２７の間で閉回路が形成されている。
【００６８】
第３の実施形態に係る基板の研磨装置によると、銅膜３３に対する化学機械研磨を行ないながら、直流電圧源２６から導電体５１に正の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して銅膜３３に対して銅の電解メッキを施すことができる。また、電流計２７により、導電体５１と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流の大きさを検出することができる。
【００６９】
従って、第３の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて、前記の第１〜第３の基板の研磨方法を確実に実行することができる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態に係る基板の研磨装置の概略構成を示しており、図１０に示すように、回転運動をする定盤２０の上に研磨パッド２１が設けられており、該研磨パッド２１の上方に、研磨パッド２１の上面に第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を供給する研磨スラリー供給管２３が設けられている。また、研磨パッド２１の上方には、被研磨基板２４を保持すると共に保持した被研磨基板２４を研磨パッド２１に押し付ける基板保持ヘッド２５が上下動可能に設けられている。
【００７１】
第４の実施形態の特徴として、回転する研磨パッド２１の周縁部と接触しながら回転する導電性材料よりなるローラ５２ａと、該ローラ５２ａを回転自在に保持する導電性材料よりなるローラ保持体５２ｂとから構成されるローラ部材５２が設けられている。これにより、ローラ部材５２のローラ５２ａは、研磨パッド２１の上に供給される研磨スラリー１０と接触することができる。
【００７２】
また、ローラ部材５２のローラ保持体５１ｂと基板保持ヘッド２５との間には、直流電圧源２６及び電流計２７が直列に接続されており、直流電圧源２６、ローラ部材５２、研磨スラリー１０、銅膜３３、基板保持ヘッド２５及び電流計２７の間で閉回路が形成されている。
【００７３】
第４の実施形態に係る基板の研磨装置によると、銅膜３３に対する化学機械研磨を行ないながら、直流電圧源２６からローラ部材５２に正の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して、銅膜３３に対して銅の電解メッキを施すことができる。また、電流計２７により、ローラ部材５２と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流の大きさを検出することができる。
【００７４】
従って、第４の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて、前記の第１〜第３の基板の研磨方法を確実に実行することができる。
【００７５】
（第５の実施形態）
図１１は本発明の第５の実施形態に係る基板の研磨装置の概略構成を示しており、図１１に示すように、回転運動をする定盤２０の上に研磨パッド２１が設けられており、該研磨パッド２１の上方に、研磨パッド２１の上面に第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を供給する研磨スラリー供給管２３が設けられている。また、研磨パッド２１の上方には、被研磨基板２４を保持すると共に保持した被研磨基板２４を研磨パッド２１に押し付ける基板保持ヘッド２５が上下動可能に設けられている。
【００７６】
第５の実施形態の特徴として、基板保持ヘッド２５の表面には絶縁性被膜５３を介して導電性被膜５４が設けられており、該導電性被膜５４は、研磨パッド２１の上に供給される研磨スラリー１０と接触することができる。
【００７７】
また、導電性被膜５４と基板保持ヘッド２５との間には、直流電圧源２６及び電流計２７が直列に接続されており、直流電圧源２６、導電性被膜５４、研磨スラリー１０、銅膜３３、基板保持ヘッド２５及び電流計２７の間で閉回路が形成されている。
【００７８】
第５の実施形態に係る基板の研磨装置によると、銅膜３３に対する化学機械研磨を行ないながら、直流電圧源２６から導電性被膜５４に正の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して、銅膜３３に対して銅の電解メッキを施すことができる。また、電流計２７により、導電性被膜５４と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流の大きさを検出することができる。
【００７９】
従って、第５の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて、前記の第１〜第３の基板の研磨方法を確実に実行することができる。
【００８０】
（第６の実施形態）
図１２は本発明の第６の実施形態に係る基板の研磨装置の概略構成を示し、図１３は第６の実施形態に係る基板の研磨装置における研磨パッド２１の構造を模式的に示している。
【００８１】
図１２に示すように、回転運動をする定盤２０の上に導電性の研磨パッド２１が設けられており、該研磨パッド２１の上方に、研磨パッド２１の上面に第１の実施形態に係る研磨スラリー１０を供給する研磨スラリー供給管２３が設けられている。また、研磨パッド２１の上方には、被研磨基板２４を保持すると共に保持した被研磨基板２４を研磨パッド２１に押し付ける基板保持ヘッド２５が上下動可能に設けられている。
【００８２】
第６の実施形態の特徴として、図１３に示すように、導電性の研磨パッド２１は、炭素の重合体よりなるシート状体５５と、該シート状体５５の内部に散在する導電性粒子５６とから構成されている。
【００８３】
また、導電性の研磨パッド２１と基板保持ヘッド２５との間には、直流電圧源２６及び電流計２７が直列に接続されており、直流電圧源２６、研磨パッド２１、研磨スラリー１０、銅膜３３、基板保持ヘッド２５及び電流計２７の間で閉回路が形成されている。
【００８４】
第６の実施形態に係る基板の研磨装置によると、銅膜３３に対する化学機械研磨を行ないながら、直流電圧源２６から研磨パッド２１に正の電圧を印加し且つ基板保持ヘッド２５に負の電圧を印加して、銅膜３３に対して銅の電解メッキを施すことができる。また、電流計２７により、研磨パッド２１と基板保持ヘッド２５との間に流れる電流の大きさを検出することができる。
【００８５】
従って、第６の実施形態に係る基板の研磨装置を用いて、前記の第１〜第３の基板の研磨方法を確実に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る研磨スラリーを示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る基板の研磨装置の要部を示す、図２における一点鎖線で囲む部分の拡大断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の各実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう第１の基板の研磨方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう第２の基板の研磨方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう第２の基板の研磨方法の各工程を示す斜視図である。
【図７】本発明の各実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう第２の基板の研磨方法における研磨時間と抵抗値との関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の各実施形態に係る基板の研磨装置を用いて行なう第３の基板の研磨方法の各工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る基板の研磨装置の概略断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る基板の研磨装置における研磨パッドの構造を示す模式図である。
【図１４】従来の基板の研磨装置の概略断面図である。
【図１５】従来の研磨スラリーを示す模式図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、従来の基板の研磨方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  研磨スラリー
１１  水
１２  砥粒
１３  酸化剤
１４  金属のイオン
２０  定盤
２１  研磨パッド
２３  研磨スラリー供給管
２４  被研磨基板
２５  基板保持ヘッド
２６  直流電圧源
２７  電流計
３０  シリコンウェハ
３１  絶縁膜
３１ａ  凸部
３２  バリア層
３３  銅膜
３５  絶縁体
４１  細幅の配線用凹状溝
４２  広幅の配線用凹状溝
４３  メッキ層
４５  細幅の埋め込み配線
４６  広幅の埋め込み配線
５１  導電体
５２  ローラ部材
５２ａ  ローラ
５２ｂ  ローラ保持体
５３  絶縁性被膜
５４  導電性被膜
５５  シート状体
５６  導電性粒子
【図１】
2004149926.tif 000003
【図２】
2004149926.tif 000004
【図３】
2004149926.tif 000005
【図４】
2004149926.tif 000006
【図５】
2004149926.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004149926.tif 000009
【図８】
2004149926.tif 000010
【図９】
2004149926.tif 000011
【図１０】
2004149926.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004149926.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004149926.tif 000017
【図１６】
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