JP2001185515A - 研磨方法、配線形成方法、半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置 - Google Patents

研磨方法、配線形成方法、半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクラッチやはがれ、ディシング、エロージ
ョンを抑制し、且つ高い研磨速度で研磨する技術を提供
する。 【解決手段】 酸化性物質と、リン酸と、保護膜形成剤
とを含む研磨液で研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属膜の研磨技術に
関し、特に半導体装置等の電子回路装置の多層配線形成
に使用される研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置（以下ＬＳＩ
と記す）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工
技術が開発されている。化学機械研磨法（以下ＣＭＰ(C
hemicalMechanical Polishing）と記す）もその一つで
あり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における
層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形
成において頻繁に利用される技術である。この技術は、
例えば米国特許Ｎｏ．４９４４８３６に開示されてい
る。
【０００３】また、最近はＬＳＩの高速性能化を達成す
るために、配線材料を従来のアルミニウム（Ａｌ）合金
から低抵抗の銅（Ｃｕ）合金を利用しようとすることが
試みられている。しかし、Ｃｕ合金はＡｌ合金配線の形
成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加
工が困難である。
【０００４】そこで、溝加工の施された絶縁膜上にＣｕ
合金薄膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のＣｕ
合金薄膜をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成す
る、所謂ダマシン（damascene）法が主に採用されてい
る。
【０００５】この技術は、例えば特開平２−２７８８２
２号公報に開示されており、Ｃｕ合金薄膜と絶縁膜との
間には接着性向上とＣｕ拡散バリアの目的から、数１０
ｎｍ程度の厚さの窒化チタン（ＴｉＮ）膜やタンタル
（Ｔａ）膜もしくは窒化タンタル（ＴａＮ）膜等のバリ
ア金属膜を挿入することが一般的となっている。
【０００６】従来、配線に用いられるＣｕ合金等の金属
膜のＣＭＰに用いられる研磨液は、研磨砥粒と酸化性物
質（酸化剤と呼ぶこともある）を主成分とするものが一
般的である。
【０００７】酸化性物質の酸化作用で金属膜表面を酸化
し乍ら、研磨砥粒によってその酸化物を機械的に除去す
るのが基本的なＣＭＰのメカニズムである。これに関し
ては、株式会社サイエンスフォーラム発行、柏木正弘編
集「ＣＭＰのサイエンス」１９９７年８月２０日発行の
第２９９頁に開示されている。
【０００８】研磨砥粒としては、数１０〜数１００ｎｍ
の粒子径を持つアルミナ砥粒やシリカ砥粒が知られてい
るが、一般に市販されているメタルＣＭＰ用の砥粒の多
くは前者である。
【０００９】酸化性物質としては、過酸化水素（Ｈ
2Ｏ2）、硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）、過ヨウ素酸カ
リウム（ＫＩＯ3）が一般に用いられており、これらは
例えば、上記の「ＣＭＰのサイエンス」の第２９９頁か
ら第３００頁に開示されている。これらの中でも過酸化
水素が金属イオンを含まないことから、最近では頻繁に
用いられるようになってきた。
【００１０】しかしながら、従来のメタルＣＭＰ用の研
磨砥粒を主成分として含む研磨液を用いて埋め込み配線
やプラグを形成する場合、以下の（１）〜（７）に挙げ
る問題があった。
【００１１】即ち、（１）ディシング（dishing、配線
部材の凹み）やエロージョン（絶縁膜部の削れ）の発
生、（２）スクラッチ（研磨傷）の発生、（３）はがれ
の発生、（４）ＣＭＰ後洗浄による砥粒除去の必要性、
（５）高い研磨剤コスト、（６）研磨剤供給装置、廃液
処理設備に係わる高いコスト、（７）ＣＭＰ装置からの
クリーンルーム内における発塵である。
【００１２】上記の問題点は研磨砥粒を含む研磨剤によ
ってＣＭＰを行うことが原因となっている。しかし、従
来のＣＭＰの方法では、研磨砥粒は酸化剤によって形成
された酸化層を速やかに除去すべく機械的除去効果を生
じさせるために必要であり、研磨砥粒を加えないと実用
的な研磨速度に達しなかった。
【００１３】これに対して、本願出願人は砥粒を含まな
い研磨液によって金属膜を研磨して埋め込み配線構造を
形成する方法を研究し、その技術を特開平１１―１３５
４６６号公報に開示した。それによれば、酸化性物質
と、酸化物を水溶性化する物質と水と、必要であれば防
食性物質を含む研磨液を用いて、金属膜表面に機械的な
摩擦をかけることにより埋め込み金属配線を形成するこ
とができる。例えば、過酸化水素水とクエン酸とベンゾ
トリアゾール（以下、ＢＴＡと略す。）を含む砥粒フリ
ー研磨液でＣｕ配線を形成する方法がその一例である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記の砥粒フリー研磨
液を用いると前述の（１）〜（７）の問題は解決される
が、通常の研磨条件におけるＣｕ等の金属の研磨速度が
８０〜１５０ｎｍ／分であった。３００ｇ／ｃｍ2以上
の高い研磨荷重をかけても研磨速度が飽和して２００ｎ
ｍ／分を超えず、スループットをこれ以上向上させるこ
とができないという問題があった。市販のアルミナ研磨
液の場合は高い研磨荷重をかけることにより２００〜４
００ｎｍ／分の研磨速度まで達するが、この場合はスク
ラッチやはがれ等の問題点がより深刻になった。
【００１５】一方、これまでに本発明に関係する公報が
いくつか公開されている。その一つとして特開平７―９
４４５５号公報にＣｕ用の砥粒含有研磨液の一つとして
リン酸水溶液が開示されている（上記公報の実施例
４）。濃度３％のリン酸を含む砥粒含有研磨液を用いる
ことにより絶縁膜に対するＣｕの研磨速度比を１４．５
まで増加することができると記載されている（上記公報
の図５；Ｃｕが１００％の場合）。
【００１６】しかし、我々の実験では、砥粒とリン酸水
溶液の組み合わせだけでは実用的な研磨条件（研磨荷重
５００ｇ／ｃｍ2以下、定盤回転数９０ｒｐｍ以下）に
おいて、５０ｎｍ／分以上の研磨速度は得られず、砥粒
を取り除くと２０ｎｍ／分以下の研磨速度であった。従
って、この砥粒含有研磨液は研磨速度比は高いものの、
十分高いスループットで精度の高い（例えば、エロージ
ョンの発生がない）研磨を行うことはできなかった。
【００１７】これに対し、本発明で開示する研磨液の研
磨速度は５００ｎｍ／分以上の高いものであり、上記公
報の研磨液と比較すると１桁以上優れたものである。
【００１８】また、特開平１０―２６５７６６号公報に
開示されているタングステンＣＭＰ用の砥粒含有研磨液
においても、リン酸もしくは有機酸を安定剤として用い
ているが、この場合の安定剤とは研磨液中に添加する触
媒（硝酸第２鉄）と酸化剤（過酸化水素）の反応を抑制
する薬剤である。
【００１９】我々の実験によると、この研磨液のＣｕの
エッチング速度は１００ｎｍ／分以上であり、Ｃｕ膜を
研磨することは可能であるが、Ｃｕ配線はエッチングに
よって消滅してしまった。即ち、この研磨液はＣｕのＣ
ＭＰには適用できないものであった。この公報から、砥
粒を含まない研磨液にリン酸を添加してＣｕの研磨速度
を増加させるという本発明の考え方は予測できないもの
である。
【００２０】特開平１１―２１５４６号公報にはＣｕの
ＣＭＰ用研磨液が開示されている。研磨液は研磨砥粒と
酸化剤（例えば尿素―過酸化水素水）と錯生成剤（例え
ばシュウ酸アンモニウム）と膜生成剤（ＢＴＡ）と界面
活性剤から構成されるものである。
【００２１】同公報の[００２５]欄及び[００３４]欄
に、チタンやタンタルのようなバリア層の研磨速度を促
進するためにもしくはこの研磨液のｐＨを調整するため
に、硫酸、リン酸、硝酸等の無機酸を加えることが記載
されている。ここで記載されている界面活性剤は研磨砥
粒の沈降、凝集、分解を抑制するためのものであり、我
々の実験では、この公報に記載された研磨液から研磨砥
粒を除去した研磨液ではＣｕ膜を研磨することは実質的
に困難であった。即ち、この研磨液は砥粒によるＣｕ酸
化物の機械的除去作用を必須作用とした研磨液である。
この公報から、砥粒を含まない研磨液に界面活性剤や増
粘剤を添加するという発明は予測できないものである。
【００２２】遊離砥粒を用いない研磨液は、特開昭５２
―２１２２２号公報にカメラ部品等の銅装飾品の化学研
磨液として開示されている。研磨液は界面活性剤と過酸
化水素と硫酸とリン酸から構成されたものであり、砥粒
が付着したエメリー(emery)研磨紙で銅表面を研磨して
光沢を出すことを目的としている。この界面活性剤は研
磨面の濡れ性を向上することにより光沢を出す効果があ
るが、我々の実験によればこの研磨液のエッチング速度
は１０００ｎｍ／分以上であり、本発明の数１００ｎｍ
レベルの埋め込みＣｕ配線を形成するための研磨液とし
ては用いることができないものである。
【００２３】本発明の研磨液のＣｕのエッチング速度は
１０ｎｍ／分以下であることが必要である。その理由を
以下に説明する。本発明の研磨液を適用する半導体装置
の配線層の厚さは通常３００ｎｍ〜１０００ｎｍであ
る。研磨時間が数分であることを考慮すると、例えば１
００ｎｍ程度のエッチング速度を有する研磨液を適用し
た場合、配線部分のＣｕが数１００ｎｍの深さまでエッ
チングされる可能性がある。すなわち、ディシングが数
１００ｎｍに達する可能性がある。ディシング量を数１
０ｎｍ以下に抑制するためには、研磨液のエッチング速
度を１０ｎｍ以下にしなければならない。さらに、オー
バー研磨時間を考慮すると１ｎｍ／分以下であることが
望ましい。
【００２４】特開昭５５―４７３８２号公報、及び特開
平６―５７４５５号公報には砥粒を含まない研磨液が開
示されている。前者はＡｌ製機械加工品のバリ取り等に
用いる化学研磨液で、酸（リン酸を含む）と芳香族Ａｌ
キレート剤から構成され、必要に応じて界面活性剤と過
酸化水素を添加したものである。後者は黄銅のメッキ前
処理用の化学研磨液であり、過酸化水素とオキシキノリ
ンと錯化剤と界面活性剤から構成され、必要に応じてリ
ン酸や硫酸を添加して光沢や梨地の調節を行う研磨液で
ある。界面活性剤は濡れ性を向上するためと、気泡発生
によるミストを防止するために添加している。いずれの
化学研磨液のエッチング速度も１００ｎｍ／分以上であ
り、これらはエッチング作用によって研磨する（摩擦を
かけない）研磨液である。従って、本発明の埋め込みＣ
ｕ配線を形成するための研磨液としては用いることがで
きないものである。又、本発明の対象としているＬＳＩ
の埋め込み配線用の研磨液はナノメータレベルで平坦性
を出す必要があり、これら公報に記載された研磨液の光
沢レベル以上に要求される平坦性（光沢）のレベルが高
いものである。
【００２５】本発明はかかる点を鑑みてなされたもので
あり、埋め込み金属配線やビア等のプラグを形成する研
磨工程において、上記（１）〜（７）の問題点を改善す
る新しい研磨方法を提供するものである。
【００２６】更に具体的には、Ｃｕ、Ｃｕを主成分とす
る合金、Ｃｕ化合物等の金属に対するエッチング速度が
１０ｎｍ／分以下であり、研磨速度の高速化（５００ｎ
ｍ／分以上）を実現することのできる改良された研磨方
法や半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば以
下の通りである。
【００２８】即ち、本発明の一つはＣｕ又はＣｕを主成
分とする合金もしくはＣｕ化合物からなる金属膜を、酸
化性物質と、リン酸と、保護膜形成剤とを含む研磨液を
用いた化学機械研磨によって除去するものである。
【００２９】リン酸(phosphoric acid)は酸化性物質に
よって酸化された金属膜表面の酸化物を効率良く水溶性
化する働きがある。リン酸としてはオルトリン酸(ortho
phosphoric acid、H3PO4)が代表的なものであり、本発
明では特に断らない限りオルトリン酸をリン酸と称す
る。
【００３０】オルトリン酸以外にも、亜リン酸（ホスホ
ン酸、phosphorous acid、H2PHO3）、次亜リン酸（ホス
フィン酸、hypophosphorous acid、HPH2O2）、メタリン
酸(metaphosphoric acid、HPO3)や、ポリリン酸（polyp
hosphoric acid、例えば二リン酸（ピロリン酸、pyroph
osphoric acid））、もしくはリン酸基を含む物質が挙
げられる。
【００３１】これらの中で、オルトリン酸と亜リン酸が
最も研磨速度を高める効果がある。また、オルトリン酸
は化学的安定性に優れ、価格が最も安いという利点があ
る。
【００３２】亜リン酸や次亜リン酸はオルトリン酸と比
較して、研磨液の有害性が低いという利点がある。オル
トリン酸と亜リン酸は次亜リン酸やメタリン酸と比較し
て刺激性が低いという利点がある。亜リン酸はオルトリ
ン酸と比較して研磨面の荒れが発生しにくいという利点
がある。
【００３３】金属膜の過剰な酸化やエッチングを抑制す
る物質としては保護膜形成剤が有効である。このための
保護膜形成剤としては、研磨液に添加することにより研
磨する金属のエッチング速度を低減する効果があるもの
であれば良く、配線加工後に生じるディシング（dishin
g）を抑制することができる。
【００３４】本発明の研磨液に保護膜形成剤を添加する
前の金属膜に対するエッチング速度は５０ｎｍ／分を超
えるものである。即ち、本質的に腐食性の高い研磨液で
ある。この研磨液に保護膜形成剤を添加することにより
防食効果が得られ、本発明のＣＭＰ用の研磨液として用
いることができるようになる。具体的には１０ｎｍ／分
以下のエッチング速度になるように添加することが望ま
しい。
【００３５】保護膜形成剤としてはＣｕやＣｕ合金に対
するＢＴＡ(benzotriazole)が代表的なものである。他
に実用上使えるものとしては、トリルトリアゾール（to
lyltriazole、以下ＴＴＡと記す）、ＢＴＡカルボン酸
（BTA carboxylic acid、以下ＢＴＡ−ＣＯＯＨと記
す）等のＢＴＡの誘導体やキナルジン酸（quinaldinic
acid）もある。その内でも、ＢＴＡが最も安価であり、
水への溶解度が高い（室温において純水への溶解度が２
重量％）という利点がある。
【００３６】保護膜形成剤の研磨液中における溶解度を
上げるためにアルコールを添加することは非常に有効で
ある。研磨液の温度が０℃近くまで低下した場合や添加
物を加えた場合は、保護膜形成剤の研磨液への溶解度は
純水への溶解度よりも下回り、結晶化して研磨液中で析
出することがあるため、室温における純水への溶解度の
２倍以上にしておくことが必要である。例えば、ＢＴＡ
を保護膜形成剤として使う場合、メタノール(methanol)
を１％程度研磨液に添加することによりＢＴＡの溶解度
は２倍以上に上がる。エタノール(ethanol)やイソプロ
ピルアルコール(isopropyl alcohol)でも同様の効果が
ある。
【００３７】これ以外の保護膜形成剤としては、界面活
性剤や増粘剤が挙げられ、これらのポリマーがＣＭＰ中
に研磨液と金属の界面に吸着して、ポリマーの保護膜を
形成することによりエッチングを抑制する効果がある。
上記のＢＴＡのようにＣｕに選択的に吸着しないため、
汎用性がある。
【００３８】これらのポリマーの中ではカルボキシル基
を含むものが金属の研磨速度を向上する目的から望まし
い。例えば、ポリアクリル酸(polyacrylic acid)、ポリ
メタクリル酸(polymethacrylic acid)、及びこれらのア
ンモニウム塩(ammonium salt)、トリエタノールアミン
塩(triethanolamine salt)、モノエタノールアミン塩、
トリエチルアミン塩(triethylamine salt)、ジイソプロ
パノールアミン塩(diisopropanolamine salt)等が挙げ
られる。
【００３９】また、分子量の高いポリマーの保護膜形成
効果はさらに高く、特に増粘作用の高い架橋型ポリマー
(bridged bond type polymer)は研磨速度をさらに増加
する効果がある。例えば、架橋型ポリアクリル酸及びそ
の塩である。
【００４０】界面活性剤の中には殺菌、防かび作用のあ
るポリマーもあるが、これも研磨特性を高める効果とと
もに、研磨液使用前の保管液中や廃液中でかびやバクテ
リアが発生する問題を防ぐことができる。例えば塩化セ
チルピリジニウム（セチルピリジニウムクロライド,cet
yl pyridinium chloride）がこの例である。
【００４１】保護膜形成剤は、２種類の物質を混合して
用いることにより研磨速度を個々に用いた場合よりも増
加させることが可能である。例えば、防食剤と界面活性
剤、防食剤と増粘剤がその例であり、ＢＴＡとポリアク
リル酸アンモニウム塩、ＢＴＡと架橋型ポリアクリル酸
アンモニウム塩、ＢＴＡと塩化セチルピリジニウムの組
み合わせがその具体例である。
【００４２】なお、界面活性剤を添加した場合の泡立ち
を防止するために、消泡剤を更に添加することができ
る。
【００４３】必要に応じて、上記の研磨液に有機酸(org
anic acid)もしくはその塩を添加することもできる。有
機酸はリン酸と同様、研磨する金属をイオン（例えばＣ
ｕ2+イオン）化する際に、効率良く水溶性化する作用が
あり、リン酸系の酸のみの場合よりも研磨のウエハ内均
一性を向上する効果と、研磨面の表面荒れを防止する効
果がある。
【００４４】有機酸の中でも水酸基やカルボキシル基を
含むヒドロキシ酸(hydroxy acid)、カルボン酸(carboxy
lic acid)、ヒドロキシカルボン酸は研磨速度を高める
効果が高い。
【００４５】例えば、クエン酸(citric acid)、リンゴ
酸(malic acid)、マロン酸(malonic acid)、コハク酸(s
uccinic acid)、酒石酸(tartaric acid)、フタル酸(pht
halic acid)、マレイン酸(maleic acid)、フマル酸(fum
aric acid)、乳酸(lactic acid)、ピメリン酸(pimelic
acid)、アジピン酸(adipic acid)、グルタル酸(glutari
cacid)、シュウ酸(oxalic acid)、サリチル酸(salicyli
c acid)、グリコール酸(glycollic acid)、トリカルバ
リル酸(tricarballylic acid)、安息香酸(benzoicaci
d)、ギ酸(formic acid)、酢酸(acetic acid)、プロピオ
ン酸(propionic acid)、酪酸(butyric acid)、吉草酸(v
aleric acid)などの有機酸及びそれらの塩が挙げられ
る。その他にＥＤＴＡ(etylenediaminetetraacetic aci
d)等のキレート剤(chelating agent)も用いることがで
きる。
【００４６】塩は溶解度を高める効果があり、金属成分
を含まないもの、例えばアンモニウム塩、もしくは半導
体素子に悪影響を及ぼさない元素（例えばアルミニウム
等）を含むものが望ましい。また、これらの薬剤は複数
を組み合わせて用いても良い。
【００４７】上記の酸のうち、マロン酸、酒石酸、リン
ゴ酸、クエン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グ
リコール酸、トリカルバリル酸、乳酸が高研磨速度、低
エッチング速度の観点から、本発明の研磨液に添加する
有機酸として望ましい。
【００４８】上記の酸のうち、クエン酸、リンゴ酸、マ
ロン酸、酒石酸は食品添加物としても一般に使用されて
おり、毒性が低く、廃液としての害も低く、臭いもな
く、水への溶解度も高いために本発明の研磨液に使用す
る有機酸として特に望ましい。
【００４９】酸化性物質は研磨する金属膜の表面を酸化
させる作用がある物質である。過酸化水素が金属成分を
含まないことから最も適している。また、硝酸、硝酸第
二鉄、過ヨウ素酸カリウムも十分な酸化力があり、金属
成分が障害にならない場合には用いることができる。こ
れらの酸化性物質は複数を組み合わせて用いても良い。
【００５０】研磨砥粒に関しては、アルミナ砥粒やシリ
カ砥粒が本発明の研磨液に含まれていると研磨速度をさ
らに増加する効果が期待できる。但し、上に記載した問
題点（１）〜（７）が発生するため、このような問題点
が障害にならない場合には適用できる。砥粒含有量の目
安としては、次のように、各種の目的に応じて異なる。
ディシングとエロージョンを抑制する目的は、上記の研
磨砥粒の濃度を０．０５重量％以下にすることにより達
成される。
【００５１】ＳｉＯ２等の絶縁膜表面に発生するスクラ
ッチを低減する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．５
重量％未満にすることにより達成される。
【００５２】金属膜表面に発生するスクラッチを低減す
る目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．１重量％以下に
することにより達成される。
【００５３】はがれを低減する目的は、上記の研磨砥粒
の濃度を０．３重量％以下にすることによって達成され
る。
【００５４】洗浄性を向上する目的は、上記の研磨砥粒
の濃度を０．０１重量％以下にすることによって達成さ
れる。
【００５５】研磨液のコストを低減する目的は、上記の
研磨砥粒の濃度を０．００１重量％以下にすることによ
って達成される。
【００５６】研磨剤供給装置、廃液処理設備のコスト問
題を解決する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．００
０１重量％以下にすることによって達成される。
【００５７】クリーンリーム内の発塵を抑制する目的
は、上記の研磨砥粒を添加しないことによって達成され
る。
【００５８】上記の種々の目的に応じた微量の砥粒含有
量以下の研磨液をもって「砥粒フリー研磨液」を定義す
べきであるが、本願発明ではデイッシング、エロージョ
ン及びスクラッチの抑制が主の狙いであるので、この目
的を考慮して特段のことが無い限りシリカ砥粒或いはア
ルミナ等の砥粒が全く含まれていない研磨液又は０．０
５重量％以下しか含まれていない研磨液を「実質的に砥
粒を含有しない研磨液」或いは「砥粒フリーの研磨液」
ということにする。
【００５９】埋め込みＣｕ配線又はビア等のプラグを形
成する場合、Ｃｕの研磨（第１ステップ）では砥粒を実
質的に含まない砥粒フリーの研磨液を用い、その後バリ
ア金属の研磨（第２ステップ）では砥粒を含む研磨液に
切り替える二つのステップ研磨を行うことにより、上記
の問題点の特に（１）、（２）、（５）、（６）を大き
く改善することができる。
【００６０】この場合、バリア金属膜を高速で研磨で
き、かつ下地の窪みによるＣｕ膜やバリア金属膜の研磨
残り等のトラブルを回避できる利点がある。
【００６１】研磨液の供給方法としては、Ｃｕ用研磨定
盤とバリア金属用研磨定盤のそれぞれに個別に供給する
方法もあるが、一つの同じ組成の砥粒フリー研磨液をＣ
ｕ用研磨定盤とバリア金属用研磨定盤の両方に供給し、
さらに砥粒分散液をバリア金属用研磨定盤に追加して供
給する方法が便利である。このように砥粒の有無以外は
同じ組成の研磨液を使用する場合は、研磨液の保管がし
やすくなるだけでなく液の性質や性能の管理が簡単にな
る。
【００６２】また、研磨砥粒が埋め込まれた研磨パッド
を用いたり、砥石を用いることも可能である。このこと
により研磨廃液内の砥粒成分を低減することができ、
（６）の廃液処理の問題解決が容易になる。砥石を用い
る場合はＣｕの研磨から行っても平坦性が向上する利点
があり、上記の（１）の問題を解決する。
【００６３】上記の２ステップで研磨する場合、第一ス
テップと第二ステップで研磨液の組成を変えることがで
きる。最も効果があるのは、第二ステップでＣｕの研磨
速度を下げることにより、エロージョンやディシングを
積極的に抑制することである。このためには研磨液中の
保護膜形成剤の濃度を第二ステップで増加して、バリア
金属膜の研磨速度をＣｕの研磨速度に対して相対的に増
加させることである。例えば、ＢＴＡ及び又はポリマー
の添加濃度を高くすることにより、バリア金属／Ｃｕ選
択比を２倍以上に高めることができる。研磨液中に添加
しなくても、研磨液と同時に、例えば高濃度（１％程
度）のＢＴＡ水を同時に研磨定盤上に流すことにより同
様の効果が得られる。
【００６４】上記の２ステップ研磨を行う代わりに、ド
ライエッチング法を組み合わせた配線形成方法もある。
すなわち、第一ステップをＣｕの砥粒フリーＣＭＰ、第
二ステップを研磨液を用いないドライエッチング法によ
るバリア金属膜の除去とすることにより、完全砥粒フリ
ープロセスとすることが可能となる。これによって、上
記の（１）〜（７）の問題を解決する。
【００６５】バリア金属のドライエッチング法に用いる
ガスとしては六フッ化硫黄（ＳＦ6）が最も適してい
る。ＳＦ6はプラズマ解離により多くのＦラジカルを生
成するので、ＴｉＮやＴａＮを選択的に除去するのに有
利であり、かつＣｕとの反応性が低いためである。Ｃｕ
とバリア金属のエッチング選択比は３以上であることが
望ましい。さらにこのドライエッチングプロセスのマー
ジンを広げるためにはこの選択比が５以上であることが
なお望ましい。
【００６６】なお、研磨する金属膜としては、Ｃｕ、Ｔ
ｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ等に適用できる。特に、Ｃｕ
はＣｕを主成分とする合金もしくはＣｕ化合物の場合も
含めて砥粒を実質的に含まない砥粒フリー研磨液を用い
た場合の研磨速度が高く、本発明の対象金属として最も
適している。Ｔｉ及びＴｉＮ、 Ｔａ及びＴａＮに関し
ては砥粒を含まない研磨液を用いた場合の研磨速度はＣ
ｕほど高くないが、砥粒を含む研磨剤を用いることによ
り適用可能である。
【００６７】酸化性物質とリン酸と保護膜形成剤から構
成された研磨液を用いて、例えばＣｕのＣＭＰを行う
と、まずＣｕ膜表面が保護膜形成剤によって被覆保護さ
れる。Ｃｕ膜表面の凸部は常に研磨布の機械的摩擦を受
けるため、保護膜形成剤によって形成された保護膜は容
易に除去される。
【００６８】研磨液に晒されたＣｕ膜表面は酸化性物質
によって酸化され、表面に薄い酸化層が形成される。
【００６９】次にリン酸が供給されると前記酸化層が水
溶液となって溶出して前記酸化層の厚さが減る。酸化層
が薄くなった部分は再度酸化性物質に晒されて酸化層の
厚さが増し、この反応を繰り返してＣＭＰが進行する。
【００７０】従って、Ｃｕ膜表面の凸部は表面の反応生
成物が除去され易く、かつ局所的に加熱されるために反
応が促進され、上記の酸化／水溶性化の繰り返し反応は
防食性保護膜が形成された凹部よりも速く進行する。す
わなち、凸部の研磨速度は速くなり平坦化される。
【００７１】上記保護膜形成剤は金属膜表面に付着して
凹部の反応を抑制し、最終的にディシングの発生を阻止
する効果がある。ＢＴＡ誘導体のように一般的に防食剤
として用いられている保護膜形成剤は非常に強固な保護
膜をＣｕ膜表面に形成する。また、ポリアクリル酸のよ
うな界面活性効果を有するポリマーも研磨液とＣｕ表面
との界面にポリマーの膜を形成することにより防食剤と
しての効果を発揮する。
【００７２】保護膜形成剤の研磨液中への添加濃度の目
安としては、研磨速度を５００ｎｍ／分以上に保ち、か
つエッチング速度が１０ｎｍ／分以下であるようにする
ことが望ましい（速度比が５０以上）。さらに、エッチ
ング速度は１ｎｍ／分以下（速度比が５００以上）であ
ればなお望ましい。それ以上の濃度で添加するとＣＭＰ
速度が低下することがある。それ以下の濃度で添加する
とエッチング速度が高くなり、ＣＭＰを行うことはでき
るがディシングが発生し易くなる。
【００７３】本発明によればこのような研磨特性の調整
が簡単にでき、特に電極配線密度が著しく異なる微細な
多層配線を有するＬＳＩや電子回路装置の実現に大きく
貢献するものである。
【００７４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて具体
的に詳細に説明する。
【００７５】（実施例１）本実施例ではＣｕのＣＭＰを
行うことによってＣｕ配線を形成する方法について説明
する。
【００７６】図１の（ａ）は本発明の実施例において使
用するＣＭＰ装置の主要部を示す概略断面図である。研
磨布２が貼り付けられた定盤１の上部にバッキングパッ
ド５によって半導体ウエハ４を裏返した状態で支持した
ホルダ３を配置し、定盤１及びホルダ３を回転させてＣ
ＭＰを行う構造になっている。
【００７７】ＣＭＰ中に半導体ウエハ４がはずれないよ
うにホルダ３にはリテーナリング６が設けられている。
ＣＭＰ中における研磨荷重はホルダ３の上部に加える荷
重で調節した。標準的な研磨荷重は２２０ｇ／ｃｍ2、
定盤の回転数は６０ｒｐｍ、ホルダの回転数は２０ｒｐ
ｍとした。なお、研磨荷重や回転数はこれに限られるも
のではない。研磨布２はロデール社製の硬質布ＩＣ１０
００を用いた。必要に応じて研磨布２には溝加工が施さ
れたものを用いても良い。
【００７８】図２はこのＣＭＰ装置の主要部を上から見
た平面図である。研磨定盤は同一構造のものが２つあ
り、第一定盤１はＣｕの研磨用、第二定盤１１はバリア
金属の研磨用として用いた。いずれの定盤にも図１のよ
うに研磨布２が貼り付けられている。両定盤１，１１間
を搬送機構１２がウエハ４を搬送することによって連続
して（２ステップで）研磨することが可能である。な
お、簡略化のためホルダ３は図示されていない。１３は
ウエハローダー、１４はウエーハアンローダーである。
更に、バフ研磨を行うために３つの定盤（図示省略）を
有するものであっても良い。
【００７９】本発明の研磨液９は図１の定盤１上部に設
けられた第１の液体供給口７から研磨布２上に約２００
ｃｃ／分の速度で滴下してＣＭＰを行う。ＣＭＰが終了
した段階で第１の供給口７を閉じて研磨液９の供給を停
止し、第２の液体供給口８から純水を約３０００ｃｃ／
分の速度で供給してリンスを３０〜６０秒間行う。ＣＭ
Ｐは室温で行う。
【００８０】その後、ウエハ４を乾燥しないような状態
で保持し、ブラシスクラブ洗浄により研磨液を除去した
後、ウエハをリンサードライヤもしくはスピンナ等で乾
燥させる。
【００８１】まず、配線パターンが形成されていない平
坦な半導体ウエハを用いて本発明の研磨液の基礎的な研
磨特性を調べた。試料は図１の（ｂ）にその断面図を示
すように、平坦なシリコンの半導体基板２０上に厚さ２
００ｎｍのシリコン酸化膜２３を形成した後、接着層と
して厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜（バリア金属膜）２２と厚
さ２０００ｎｍのＣｕ膜２１をスパッタリング法によっ
て真空中で連続成膜したものである。ウエハ４の直径は
５インチである。
【００８２】本実施例で用いた研磨液は過酸化水素水
（市販の３０重量％Ｈ2Ｏ2水溶液）とオルトリン酸（以
下、リン酸と略す。）とＢＴＡとメタノールから構成さ
れた水溶液であり、アルミナやシリカ等の研磨砥粒を実
質的に含まない所謂砥粒フリーの研磨液である。組成は
過酸化水素水は３０重量％、リン酸は０．２重量％、Ｂ
ＴＡは０．２重量％、メタノールは１重量％である。こ
のリン酸系砥粒フリー研磨液を用いて、Ｃｕ膜２１の研
磨速度とエッチング速度を測定した。研磨速度及びエッ
チング速度はＣｕ膜２１の電気抵抗値変化から換算して
求めた。研磨時間は２分とした。
【００８３】その結果、Ｃｕ膜２１の研磨速度は５５０
ｎｍ／分であった。エッチング速度は１．０ｎｍ／分以
下に抑制されており、ディシング発生の問題はないこと
がわかった。なお、ＳｉＯ2膜２３の研磨速度は０．１
ｎｍ／分以下であり、エロージョン発生の問題もないこ
とがわかった。この実験から判るように、前記した特開
平１１―１３５４６６に開示されている従来の有機酸系
砥粒フリー研磨液（例えば、過酸化水素水は３０重量
％、クエン酸は０．１５重量％、ＢＴＡは０．２重量
％）の約５倍の研磨速度が得られていることが理解され
る。
【００８４】上記の研磨液にリン酸を加えない研磨液、
もしくは過酸化水素水を加えない研磨液ではＣｕ膜２１
はほとんど研磨されなかった（研磨速度が５０ｎｍ／分
以下）。また、ＢＴＡを加えない研磨液ではＣｕ膜２１
に対し２００ｎｍ／分程度の研磨速度が得られたが、エ
ッチング速度が１００ｎｍ／分と非常に高い値となり、
埋め込み配線加工用の研磨液としては適さないことがわ
かった。
【００８５】次に、Ｃｕ膜２１を上記研磨によって除去
してバリア金属膜２２を露出した後、上記の研磨液にシ
リカ砥粒を１重量％加えた研磨液を用いてバリア金属で
あるＴｉＮの研磨を行った。上記のＣｕ膜２１に対する
のと同様の研磨方法により実験した結果、ＴｉＮ膜２２
の研磨速度は１００ｎｍ／分の値が得られた。また、Ｓ
ｉＯ2膜２３の研磨速度は１ｎｍ／分以下であった。
【００８６】なお、この基礎実験ではバリア金属として
ＴｉＮを用いたが、Ｔａ及びＴａＮも研磨時間を変えて
同様の方法で実験した結果、ＴａとＴａＮの研磨速度は
それぞれ４０ｎｍ／分、５０ｎｍ／分の値が得られた。
【００８７】一方、リン酸の代わりに亜リン酸、次亜リ
ン酸、メタリン酸を用いて研磨液を作製し、上と同様に
Ｃｕの研磨速度を測定した結果、それぞれ５５０ｎｍ／
分、５２０ｎｍ／分、５００ｎｍ／分であった。いずれ
もエッチング速度は１．０ｎｍ／分以下に抑制されてお
り、ディシング発生の問題はないことがわかった。
【００８８】更に、亜リン酸はリン酸と比較して、研磨
面の表面荒れを抑制する効果があることが研磨面の顕微
鏡観察でわかった。また、いずれの研磨液においてもＴ
ｉＮの研磨速度は１００ｎｍ／分、ＴａとＴａＮの研磨
速度はそれぞれ４０ｎｍ／分及び５０ｎｍ／分であっ
た。なお、ＳｉＯ2の研磨速度は０．１ｎｍ／分以下で
あり、エロージョン発生の問題もないことがわかった。
【００８９】次に、本発明に関わるリン酸の研磨液を用
いて実際に埋め込み配線乃至埋め込みプラグを形成した
例を説明する。なお、亜リン酸、次亜リン酸、メタリン
酸等の他のリン酸系研磨液でも同様の方法により実施で
きる。
【００９０】図３の（ａ）に試料の研磨前の半導体ウエ
ーハの断面構造の例を示す。不純物ドープ層や絶縁膜
（図示省略）が形成されたシリコン基板２５上に厚さ５
００ｎｍのＢＰＳＧ膜（ホウ素とリンが添加されたシリ
コン酸化膜）２４と厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜２
３を成膜し、リソグラフィ工程及びドライエッチ工程に
よって深さ５００ｎｍの配線用の溝パターン２８をシリ
コン酸化膜２３内に形成した。
【００９１】その溝２８の底面部、側面部及びシリコン
酸化膜２３の表面上に接着層（バリア金属層）として厚
さ５０ｎｍのＴｉＮ層２２を成膜した後に、厚さ８００
ｎｍのＣｕ薄膜２１をスパッタリング法により真空中で
連続成膜した。さらに段差被覆性を良くするためにスパ
ッタ装置内で摂氏４５０度で３分間の真空熱処理を行っ
た。
【００９２】なお、シリコン基板２５の表面部分にはＭ
ＩＳＦＥＴを構成するソース、ドレイン等の不純物をド
ープした半導体領域やゲート絶縁膜やゲート電極が形成
されているが、前述したようにここでは簡略化のため図
示を省略してある。
【００９３】この試料４を、前述のリン酸系砥粒フリー
研磨液を用いて図２の第一定盤１においてＣＭＰを行っ
た。その結果、上方部のＣｕ膜２１が研磨によって除去
され、図３の（ｂ）にその断面図を（ｃ）に平面図を示
すように、ディシングやエロージョンが約５０ｎｍ以下
の実質的に平坦な表面形状に加工することができた。従
来の有機酸系砥粒フリー研磨液と比較して約４分の１の
時間で研磨が終了した。はがれや研磨傷は発生しなかっ
た。なお、断面図（ｂ）は平面図（ｃ）でのＢ−Ｂライ
ンでの断面を示している。
【００９４】引き続き、上記のリン酸系研磨液にシリカ
砥粒を１重量％添加した研磨液を用いて、絶縁膜（Ｓｉ
Ｏ２膜）２３上に残されたＴｉＮ膜２２の研磨を図２の
第二定盤１１にて行った。研磨時間は４０秒である。そ
の結果、絶縁膜上のＴｉＮ膜２２が除去され、図３の
（ｄ）に断面図を（ｅ）に平面図を示すように、ディシ
ングやエロージョンが約５０ｎｍ以下の実質的にほぼ平
坦な表面形状の埋め込み配線層２１'に加工することが
できた。なお、断面図（ｄ）は平面図（ｅ）でのＤ−Ｄ
ラインでの断面を示している。
【００９５】一つの定盤でＣｕとバリア金属の両方の研
磨を行うと、研磨パッド２に残留した砥粒によって、砥
粒フリー研磨の際にエロージョンが発生した。このこと
から、砥粒フリーＣＭＰ専用の研磨定盤及びパッドを用
意しなければならないことがわかった。
【００９６】上記の埋め込み配線と同様にして、図４の
（ａ）に断面を示す試料を２ステップでＣＭＰすること
によって、図４の（ｄ）に断面図を（ｅ）に平面図を示
すように、ＳｉＯ２等の絶縁膜によってその周囲が取り
囲まれたＣｕの埋め込みプラグ構造（２１'）を形成す
ることができた。
【００９７】Ｃｕ膜２１に対するＣＭＰ後のバリア金属
が溝内に残存した状態は図３と同様に図４の（ｂ）及び
（ｃ）に示した。いずれの段階においてもディシングや
エロージョンは約５０ｎｍ以下となる形状に加工するこ
とができた。はがれや研磨傷は発生しなかった。なお、
この例では、プラグを形成する場合のＣｕの成膜は、孔
２８内へのＣｕの埋め込み性を向上させるために電解メ
ッキ法で行った。
【００９８】上記のバリア金属の研磨で用いた研磨液の
ＢＴＡ濃度は０．２重量％であり、この濃度はＣｕ研磨
に用いた研磨液の濃度と同じである。
【００９９】バリア金属用の研磨液でＣｕの研磨速度を
低減し、ディシングをさらに抑制するためにはバリア金
属用研磨液のＢＴＡ濃度を高めることが有効である。例
えば、バリア金属を研磨する際にＢＴＡを０．５重量％
に増加することにより、Ｃｕの研磨速度は半分程度まで
低下する。バリア金属用の研磨液中にこの濃度のＢＴＡ
を予め添加しておく方法と、定盤１１にＣｕ研磨液の供
給と同時に例えば１％ＢＴＡ水を追加供給する方法があ
る。図２の１６はそのような研磨液の組成調整を可能と
するための液体供給管である。
【０１００】図３の（ｄ）で形成された埋め込みＣｕ配
線２１'の電気抵抗率を測定した結果、ＴｉＮ層の部分
も含めて１．９マイクロオームセンチメートルの値を得
た。また、蛇行配線（配線幅０．３マイクロメートルか
ら３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配
線間隔０．３マイクロメートルから３マイクロメート
ル、長さ４０ｍｍ）を用いて導通／絶縁試験を行った結
果、ほぼ１００％の歩留まりが得られた。
【０１０１】更に、図５の（ａ）に断面図を示すよう
に、不純物がドープされた半導体層４５から絶縁層２４
内の溝に埋め込まれたタングステンからなるプラグ４２
を有する半導体基板に対して、上記図４で説明したよう
にＣｕプラグ２１’を形成した。その結果、タングステ
ンプラグ４２を通して、正常に導通が得られ、ＬＳＩと
しての動作も正常であることがわかった。この場合も、
最上層を形成する絶縁膜２３及びその中に埋め込まれた
配線プラグ２１’の平坦特性は、前記同様デイッシング
及びエロージョンが５０ｎｍ以下の実質的に平坦な主表
面を呈していることを確認した。
【０１０２】また、本発明は後で詳細に説明するが、基
本的には図５の（ｂ）に示すような多層配線構造体の形
成のために極めて有益である。即ち、基板２５上の第１
絶縁層２４の上に第１配線層３０を設け、その上に第２
絶縁層２３を堆積し、この絶縁層２３に貫通する溝２８
を設け、この溝２８内部表面及び絶縁膜２３の表面にバ
リア金属膜２２及びＣｕ膜２１を被着させ、前述したよ
うに本発明のＣＭＰ技術によって絶縁膜２３上の金属２
１及び２２を除去して埋め込み配線又はプラグ２１’を
形成し、しかる後通常の方法で所定パターンを有する第
２層目の配線層３３を形成する。この時、第２層目の配
線層はスパッタリングや蒸着技術によって絶縁層２３の
全表面に被着され、それに対して微細なパターンを有す
るフォトマスクを用いた写真処理或いはドライエッチン
グ技術によって所定の微細なパターンに加工されるが、
その際の焦点合わせや位置合わせ等の処理で絶縁膜２３
及び配線層３３の表面の平坦特性は非常に大事であり、
本発明が極めて有益に貢献する。
【０１０３】なお、図５の（ｂ）のように本発明のＣＭ
Ｐ技術を用いてＣｕの埋め込み配線或いはプラグ２１を
形成した時に、前記した研磨液中の保護膜形成剤等によ
ってＣｕ表面に薄い保護膜が形成されているので、第２
の配線層との電気的接続特性を改善するために第２配線
層を被着する前にこのＣｕの表面をアンモニアプラズマ
等の還元性雰囲気でのプラズマで処理してその保護膜を
除去しておくことは重要である。このプラズマ処理の詳
細は本願出願人が先に特許出願した特願平１１−２２６
８７６に記載されている通りであり、ここでは省略す
る。また、以下の各種適用例でもこのプラズマ処理を施
したが詳細な説明は重複を避けるために省略した。
【０１０４】更に、図３の埋め込み配線構造と図４の埋
め込みプラグ構造の製造プロセスを繰り返し行うことに
より、図６のような積層配線構造を形成することもでき
た。図６の（ｂ）は平面図であり、（ａ）はそのＡ−Ａ
ラインでの断面図を示している。３１は埋め込みＣｕ配
線である。プラグ４０の導通歩留まりはほぼ１００％の
値が得られ、ＬＳＩとしての正常な動作も確認した。な
お、プラグ４０の材料はＣｕを用いても、タングステン
を用いても同様に導通を得ることができた。
【０１０５】タングステンの場合は、ＣＶＤによる成膜
が埋め込み性の観点から有利であり、ＴｉＮやＴｉ等の
接着金属膜は設けなくとも良い。
【０１０６】更に、図７のようなデュアルダマシンによ
って形成されたプラグ４１を形成することもできた。こ
れにより積層配線の工程数を減少させることが可能とな
った。この方法でもＬＳＩとしての正常な動作を確認し
た。同図の（ｂ）は平面図を、（ａ）はそのＡ−Ａライ
ンでの断面図を示している。
【０１０７】図６及び図７で形成された多層配線構造体
においても、最上層を形成する絶縁膜３５及びその中に
埋め込まれた配線層２１’の平坦特性は、前記同様バリ
ア金属層と共にデイッシング及びエロージョンが５０ｎ
ｍ以下の実質的に平坦な共通の主表面を呈していること
を確認した。
【０１０８】図６及び図７の配線形成方法及びプラグ形
成方法を用いることにより、配線層が３層以上となるＬ
ＳＩの多層配線形成に適用することができた。特に、一
つの半導体チップ上に電極配線密度が場所によって大い
に異なる多層配線を有するシステムＬＳＩに適用して、
その効果を確認した。
【０１０９】以下、そのことについて詳細に説明する。
【０１１０】図８の（ａ）は、エロージョンやデイシン
グを発生させる従来の研磨液乃至研磨方法でＣＭＰを行
った場合の配線要部断面図であり、配線部の表面にＳｉ
Ｏ２等の絶縁膜２３の部分的エッチングによる窪み、即
ちエロージョンが発生し、またＣｕ等の金属部２１の部
分的沈み込みによる窪み、即ちデイシングが発生してい
る。
【０１１１】それに対し、本発明によれば図８の（ｂ）
に示したように、配線部材を埋め込んだ絶縁膜２３及び
その配線部材にエロージョンやデイシングを５０ｎｍ以
下に抑えた即ち実質的に平坦な表面を実現することがで
き、これが多層配線の形成に極めて大きな効果をもたら
すのである。
【０１１２】図９を基に、従来のＣＭＰ技術によって多
層配線を形成した場合と本発明の研磨液乃至研磨方法を
用いたＣＭＰによって多層配線を形成した場合との違い
を説明する。なお、図９では簡略化のために、層間絶縁
膜内に埋め込まれた金属配線部材乃至プラグを主体に描
かれており、それらに接続された複数の多層配線の構成
は省略されている。それらの構成はすでに述べた図１の
（ｂ）及びその説明から明らかである。
【０１１３】図９の（ａ１）〜（ａ５）は従来の研磨液
を用いたＣＭＰによって多層配線を形成した場合の多層
配線要部の工程毎の拡大断面図を示す。（ａ１）におけ
る２１はＣＭＰによって絶縁膜２３の中に埋め込まれた
Ｃｕ等のプラグであり、（ａ２）のようにその上に所定
パターンの第２層目の配線５２が設けられ、その上に第
３番目の層間絶縁膜５３が設けられる。（ａ３）のよう
に、絶縁膜５３内に溝が設けられ、その溝内部を埋める
ように絶縁膜５３上にＣｕ等の金属膜５４が形成され
る。次いで、（ａ４）のように、この金属膜５４に対し
て２度目のＣＭＰが施される。しかし、（ａ１）のＣＭ
Ｐ工程で発生した窪み（エロージョン乃至デイシング）
４７の中に金属５４が残ってしまうため、それを除去す
べく過剰のＣＭＰを継続させて第２層目の埋め込み配線
部材乃至プラグ５４を形成し、（ａ５）のように窪み４
７よりも深さが深くされた窪み４８を有する多層配線構
造となっている。
【０１１４】このように従来の研磨液でＣＭＰを行う
と、下層で発生したディシングやエロージョンの影響で
上層になるほど研磨残りが発生するという問題があっ
た。図９の（ａ４）に示した研磨残りを除去するために
余分なオーバーＣＭＰ時間が上層になるにつれて増加
し、さらにそれがディシングやエロージョンを加速する
という問題があった。即ち、この余分なＣＭＰによって
図９の（ａ５）に示したように上層になればなるほどデ
ィシングやエロージョンが増加していた。
【０１１５】配線層数が３層以上になると研磨残りがさ
らに増大し、これを完全に除去しようとすると密集部の
配線自体がエロージョンによって半分以上消滅するとい
う問題が発生する。すなわち、従来の研磨方法ではディ
シング及びエロージョンを５０ｎｍ以下に抑制すること
は困難であった。また、７層まで作製した場合も当然１
００ｎｍ以下に抑制することは困難であった。
【０１１６】一方、図９の（ｂ１）から（ｂ５）は本発
明の研磨方法を用いたＣＭＰにより多層配線を形成した
場合の同様な工程別の要部断面図であり、（ｂ１）にお
ける２１はＣＭＰによって第２層目の絶縁膜２３の中に
埋め込まれたＣｕ等の金属配線部材又はプラグであり、
それらはその下の第１番目の絶縁層５０上の第１配線層
５１に接続されている。次いで、（ｂ２）のようにその
上に所定パターンの第２層目の配線層５２が設けられ、
その上に第３番目の層間絶縁膜５３が設けられる。次
に、（ｂ３）のように、第３の絶縁膜５３内に溝が設け
られ、その溝内部を埋めるように絶縁膜５３上にＣｕ等
の金属膜５４が形成される。次いで、（ｂ４）のよう
に、この金属膜５４に対して２度目のＣＭＰが施され
る。しかる後、（ｂ５）のように、この第３絶縁層５３
及び第２の配線部材又はプラグ５４上に第３の配線層５
５を設ける。
【０１１７】本発明のＣＭＰ技術によれば、図９の（ｂ
４）に示したように研磨残りは全く発生せず、平坦な第
２番目の配線部材又はプラグ５４及び第３の絶縁層５３
の共通主表面を実現できた。従って、図９の（ｂ５）に
示したように、この第３の絶縁層上に通常のリソグラフ
ィ技術によって微細なパターン形状の第３の配線層５６
を設けることが容易にできた。
【０１１８】同様な工程を繰り返して行い第４層まで金
属配線を作製してもディシング及びエロージョンが５０
ｎｍ以下に抑制することが可能となった。
【０１１９】また、図１０に示したように第７層まで本
発明のＣＭＰを使って金属配線を作製しても最上層のデ
ィシング及びエロージョンを８０ｎｍ以下に抑制するこ
とが可能となった。図１０は試作した電子回路装置の要
部断面図であり、Ｄはベースとなる半導体等の基板、Ｐ
１〜Ｐ７は絶縁膜内に埋め込まれたＣｕの金属配線部材
乃至プラグ（このようなプラグをビアとも称する）等の
配線部材であり、Ｍ１〜Ｍ７はそれら金属配線部材乃至
プラグと電気的に接続された配線層である。
【０１２０】この図１０はシングルダマシンを採用した
場合であり、層間絶縁層内に埋設された配線部材又はプ
ラグ形成も含めて１４回のＣＭＰ（Ｍ１〜Ｍ７、Ｐ１〜
Ｐ７）を繰り返して完成させたものである。これをデュ
アルダマシンで形成した場合でも同様にディシング及び
エロージョンを８０ｎｍ以下に抑制することができた。
【０１２１】この種の多層配線構造体を有する電子回路
装置では、その用途にもよって異なるが、大体が第１０
層目位の配線層から下層部に比べ比較的にラフなパター
ンで配線が形成されているので、図１０に示したように
少なくとも上方の第７層目の配線Ｍ７をその上に形成す
る第７番目の埋め込み配線部材又はプラグ及びそれを埋
め込む層間絶縁膜Ｐ７（即ち、化学機械研磨処理が施さ
れて形成される最上部の絶縁層）が形成する主表面レベ
ルを上記したように平坦にすることが望ましい。本発明
では上記したように、その内に埋設された上記配線部材
又はプラグがエロージョン８０ｎｍ以下、デイシング８
０ｎｍ以下の実質的に平坦な主表面レベルを有している
（即ち、起伏又は凹凸の高低差が８０ｎｍ以下の実質的
に平坦な）最上層絶縁膜を得ることができた。しかも、
この平坦な共通主表面がほぼ基板の上部の広い領域にま
たがって得ることができ、その上の堆積絶縁膜の平坦度
も８０ｎｍ以下にすることができた。
【０１２２】更に、図１１はＬＳＩチップ内におけるメ
モリアレイ部１０２とロジック等の周辺回路部１０１の
上に多層配線を形成した場合の要部断面図を示したもの
である。メモリアレイ部１０２を構成する半導体基板
（チップ）の領域にはＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュ
メモリ等のように多数の半導体回路素子（図示省略）が
周辺回路部１０１を構成する半導体基板の領域よりもは
るかに高密度にその中に集積されており、従って、半導
体基板２５の表面上部の電極配線が密集しており、周辺
回路部と比較して電極配線密度が３０％以上の割合で著
しく高い。
【０１２３】従って、メモリアレイ部１０２と周辺回路
部１０１とでは電極配線密度の疎密差が大きく、従来の
研磨方法ではメモリアレイ部１０２の上部の多層金属配
線形成時のオーバーＣＭＰ時間が長くなり、図１１の
（a）に示したようにロジック部１０１と比較してエロ
ージョン及びディシングが増大する。これを多層化する
と図９の（a１）〜（ａ５）で説明した問題が発生し、
３層以上積層すると配線抵抗が大幅に増大するという問
題が発生した。
【０１２４】この対策方法として、みかけ上の電極配線
密度を均等にするために、電気的にどこにも接続されて
いないダミー配線や１ミクロンオーダーのダミープラグ
を予め多数設けその上に堆積した絶縁層や金属膜を研磨
することも考えられるが、不要な寄生配線容量が発生す
る等の心配が有る。
【０１２５】これに対して、本発明の研磨方法はオーバ
ーＣＭＰに対する耐性が高いため、このような電極配線
の疎密差の大きい部分が同一チップ内に共存するＬＳＩ
であっても、本発明に関わるＣＭＰを繰り返し行なうこ
とによって、図１１の（b）に示したようにディシング
及びエロージョンを５０ｎｍ以下に抑制することができ
た。特に、このように電極配線密度が極端に大きいメモ
リマットをチップ内に内蔵するＬＳＩに本発明を適用す
ることによって、上方の第３層目の積層配線５５を上記
したように実質的に平坦な（即ち、起伏又は凹凸の高低
差が５０ｎｍ以下の）第３番目のプラグ及び層間絶縁膜
５３の共通主表面上に形成することができた。また、こ
の平坦な主表面が素子形成密度乃至配線密度の異なる離
間した半導体領域にまたがって１枚の半導体ウエーハ上
部に形成できたことは、これからの更に大規模なＬＳＩ
へ展開する上で大いに貢献するものである。
【０１２６】また、このように形成された第３層配線の
上に更に配線層を積層しても配線抵抗の増大なく平坦な
配線層を形成することができる。
【０１２７】上記図９乃至１１からも判るように、本発
明によれば化学機械研磨を多数回（少なくとも３回）繰
り返して多層配線構造体を形成しても、エロージョンや
デイシングが極めて少ない実質的平坦な最上層を実現す
ることができる。それにより、ＬＳＩや電子回路装置を
製造する上で例えば次のような種々の効果を発揮するも
のである。（１）Ｃｕ配線抵抗をＬＳＩの設計規格通り
に低い値で作製でき、（２）オーバーＣＭＰをせずとも
ウエーハ面内での配線抵抗のばらつきが減少できる。ま
た、（３）その上の層に対するリソグラフィ工程で光学
的焦点合わせもやりやすくなり精度高く加工でき、それ
により（４）上部にダマシン配線を形成する場合には研
磨残りを防止することができる。（５）無駄なダミー配
線やプラグ（ビア）を設ける必要が無い。
【０１２８】（実施例２）本実施例で用いたＣｕ用の砥
粒フリー研磨液は過酸化水素水（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水
溶液）とリン酸とポリアクリル酸アンモニウム塩から構
成された水溶液である。組成は、過酸化水素水は３０重
量％、リン酸は０．２重量％、ポリアクリル酸アンモニ
ウム塩は０．１重量％である。この研磨液を用いて、Ｃ
ｕ膜の研磨速度とエッチング速度を測定した。研磨特性
の評価は実施例１と同様に行った。バリア金属膜の研磨
用には上記の研磨液にシリカ砥粒を１％添加したものを
用いた。
【０１２９】その結果、Ｃｕの研磨速度は５００ｎｍ／
分、エッチング速度は１．０ｎｍ／分以下に抑制されて
おり、ディシング発生の問題はないことがわかった。前
記した従来の有機酸系砥粒フリー研磨液の約５倍の研磨
速度が得られた。なお、ＳｉＯ2の研磨速度は０．１ｎ
ｍ／分以下であり、エロージョン発生の問題もないこと
がわかった。
【０１３０】シリカ砥粒を１％添加した研磨液によるバ
リアメタルＴｉＮの研磨速度は１００ｎｍ／分であっ
た。本実施例ではＴｉＮを用いたが、ＴａとＴａＮも研
磨時間を変えて同様に実施できる。ＴａとＴａＮの研磨
速度はそれぞれ４０ｎｍ／分、５０ｎｍ／分であった。
なお、ＳｉＯ2の研磨速度は１ｎｍ／分以下であった。
【０１３１】埋め込み配線を形成する試料を、前述の研
磨液で２ステップでＣＭＰを行った結果、図３の（ｄ）
及び（ｅ）のように、ディシングやエロージョンが約５
０ｎｍ以下となる形状に加工することができた。従来の
有機酸系砥粒フリー研磨液と比較して約５分の１の時間
でＣｕ研磨が終了した。はがれや研磨傷も発生しなかっ
た。
【０１３２】プラグ構造も図４（ｄ）及び（ｅ）のよう
に、ディシングやエロージョンが約５０ｎｍ以下となる
形状に加工することができた。
【０１３３】形成されたＣｕ配線の電気抵抗率を測定し
た結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マイクロオーム
センチメートルの値を得た。また、蛇行配線（配線幅
０．３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ
４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイクロメート
ルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を用いて導
通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩留まりが
得られた。
【０１３４】図５、図６及び図７のような積層配線構造
を作製することもできた。ＬＳＩの動作も正常であるこ
とがわかった。又、図１０及び図１１の（ｂ）のような
多層配線を有する電子回路システム及びＬＳＩにも適用
した結果、実施例１で説明したのとほぼ同じ効果が得ら
れることも確認した。
【０１３５】本実施例２ではポリアクリル酸アンモニウ
ム塩を用いたが、代わりに同じ濃度の塩化セチルピリジ
ニウムを添加することにより、上記の研磨速度を達成
し、かつ研磨液保管時や廃液中におけるかび及びバクテ
リアの発生を防止することができた。
【０１３６】さらに、本実施例２で用いたポリアクリル
酸アンモニウム塩の分子量は１万程度のものであるが、
分子量１０万程度のものを用いることによりＣｕの研磨
速度を２０％増加させることが可能であった。又、分子
量１００万を超える架橋型ポリアクリル酸アンモニウム
塩を用いることによりＣｕの研磨速度を３０％増加させ
ることが可能であった。
【０１３７】本実施例２で用いた研磨液に、第二の保護
膜形成剤としてさらにＢＴＡを０．２重量％添加するこ
とによりＣｕの研磨速度を５０％増加させることが可能
であった。
【０１３８】（実施例３）本実施例で用いた研磨液は過
酸化水素水（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）とリン酸とＢ
ＴＡとメタノールから構成された水溶液である。組成は
過酸化水素水は３０重量％、リン酸は０．２重量％、Ｂ
ＴＡは０．２重量％、メタノールは１重量％である。さ
らに、この研磨液にシリカ砥粒を１％添加したものも用
意した。これら２種類の研磨液を用いて、Ｃｕ膜の研磨
速度とエッチング速度を測定した。研磨特性の評価は実
施例１と同様に行った。
【０１３９】その結果、シリカ砥粒入りの研磨液のＣｕ
の研磨速度は８００ｎｍ／分であり、エッチング速度は
１．０ｎｍ／分以下に抑制されており、ディシング発生
の問題はないことがわかった。シリカ砥粒を含まない研
磨液のＣｕの研磨速度は実施例１と同様に５５０ｎｍ／
分であった。
【０１４０】又、シリカ砥粒入りの研磨液のＴｉＮの研
磨速度は１００ｎｍ／分、シリカ砥粒を含まない研磨液
のＴｉＮの研磨速度は２０ｎｍ／分であった。Ｔａの研
磨速度はそれぞれ４０ｎｍ／分（砥粒有り）、１０ｎｍ
／分（砥粒無し）であり、ＴａＮの研磨速度はそれぞれ
５０ｎｍ／分（砥粒有り）、１５ｎｍ／分（砥粒無し）
の値が得られた。以下の実験では、ＴｉＮをバリア金属
膜として用いた例を示す。 ＴａとＴａＮも研磨時間を
変えて同様の方法で実施できる。
【０１４１】図３の（ａ）に示した埋め込みＣｕ配線を
形成する試料を、シリカ砥粒入りの研磨液で１ステップ
で（即ち、Ｃｕ膜とＴｉＮ膜を続けて図２の第二定盤１
１で）ＣＭＰを行った結果と実施例１と同様に２ステッ
プで研磨した場合でＣｕ配線の加工形状を比較した。１
ステップで研磨した場合は図８の（ａ）のような形状に
加工され、５０ｎｍ以上のエロージョンが発生した。デ
ィシングに関しては５０ｎｍ以下に抑制されている。一
方、２ステップでＣＭＰした試料の同じ配線構造の部分
を観察した結果は図８の（ｂ）に示すように実質的に平
坦な表面が得られることが判った。砥粒の有無によるエ
ロージョンの大きさの違いが見られる。
【０１４２】又、研磨傷を表面欠陥検査装置で調べる
と、１ステップの場合はウエハ当たり数１０〜数１００
個の研磨傷が発生していることがわかった。
【０１４３】このような問題があるものの、上記の１ス
テップＣＭＰは２ステップＣＭＰの場合と比較して、Ｔ
ｉＮの研磨時間まで含めると約３分の１の時間で研磨が
終了したので、スループット向上の観点からはメリット
がある。
【０１４４】１ステップＣＭＰで形成されたＣｕ配線の
電気抵抗率を測定した結果、ＴｉＮ層の部分も含めて
１．９マイクロオームセンチメートルの値を得た（膜厚
減少分を考慮）。但し、配線抵抗値は２ステップで得た
値と比較して１０％程度高い値となった。これはエロー
ジョンが大きかったためと考えられる。また、蛇行配線
（配線幅０．３マイクロメートルから３マイクロメート
ル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイク
ロメートルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を
用いて導通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩
留まりが得られた。
【０１４５】更に、実施例１と同様に、図５，６，７，
１０及び１１のように積層配線を形成してＬＳＩを試作
した結果ほぼ同様な効果が得られ、又ＬＳＩの回路動作
を調べた結果、正常に動作することも確認した。
【０１４６】（実施例４）本実施例４では、砥粒フリー
の研磨液でＣｕを研磨した後ドライエッチング法によっ
てバリア金属を除去した完全砥粒フリープロセスについ
ての例を述べる。
【０１４７】ドライエッチングにはＳＦ6（六弗化硫
黄）ガスを用いた。ガス流量は２５ｃｃ／分、処理圧力
は５ｍｍＴｏｒｒ、プラズマ用高周波出力は６００Ｗ、
バイアス用高周波出力は０〜１００Ｗである。
【０１４８】この条件でバリア金属膜とＳｉＯ2膜のエ
ッチング選択比を調べた結果、バイアス電力が高くなる
ほどエッチング速度が増加するが、バイアス電力を印加
しない場合に最も選択比が高くなった。バイアス電力０
で、ＴｉＮ／ＳｉＯ2選択比が１５、ＴａＮ／ＳｉＯ2選
択比が１１であった。
【０１４９】ＴｉＮやＴａＮはＦラジカルによるエッチ
ング効果が大きいのに対して、ＳｉＯ2はＦラジカルの
みによってはエッチングされにくく、バイアス電力印加
によるイオンの加速効果を必要とするために、バイアス
電力を印加しない方が選択比が大きくなったものと考え
られる。
【０１５０】なお、Ｃｕはこの条件では全くエッチング
されないことも確認した。
【０１５１】ドライエッチング速度はＴｉＮの場合で３
２０ｎｍ／分、ＴａＮの場合で２４０ｎｍ／分であっ
た。
【０１５２】以下に上記のドライエッチング法を用いて
Ｃｕ配線乃至プラグを形成する方法をより詳細に説明す
る。バリア金属はＴａＮを用いた。ＴｉＮの場合も全く
同様である。
【０１５３】図３や図４の（ａ）に示した試料を用意
し、ＣｕのＣＭＰに関しては、他の実施例に記載したリ
ン酸系砥粒フリー研磨液を用いて同様に実施した。その
後、ウエハをブラシスクラブ洗浄して乾燥後、ドライエ
ッチング装置にて上記の条件でＴａＮ膜の除去を行った
結果、図３の（ｄ）及び（ｅ）のようにディシングやエ
ロージョンが約５０ｎｍ以下となる形状に加工すること
ができた。
【０１５４】また、プラグに関しても図４（ｄ）及び
（ｅ）のような平坦構造を形成することができた。この
場合、Ｃｕの成膜は埋め込み性を向上させるために公知
の電解メッキ法で行った。この場合も、ディシングやエ
ロージョンは約５０ｎｍ以下となる形状に加工すること
ができた。はがれや研磨傷は発生しなかった。
【０１５５】上の方法で形成されたＣｕ配線の電気抵抗
率を測定した結果、ＴａＮ層の部分も含めて１．９マイ
クロオームセンチメートルの値を得た。また、蛇行配線
（配線幅０．３マイクロメートルから３マイクロメート
ル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイク
ロメートルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を
用いて導通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩
留まりが得られた。
【０１５６】又、図５のように不純物ドープ層４５から
タングステンプラグ４２を通して正常に導通が得られ、
ＬＳＩの動作も正常であることを確認した。
【０１５７】図３の配線構造と図４のプラグ構造の製造
プロセスを繰り返し行うことにより図６のような積層配
線構造を形成することもできた。プラグの導通歩留まり
はほぼ１００％の値が得られ、ＬＳＩの正常な動作も確
認した。
【０１５８】なお、プラグの材料はＣｕを用いても、タ
ングステンを用いても同様に導通を得ることができた。
タングステンの場合はＣＶＤによる成膜が埋め込み性の
観点から有利であり、接着金属膜は無くても良い。ま
た、この場合はタングステンのＣＭＰを行った。
【０１５９】さらに、図７のようなデュアルダマシンに
よって形成されたプラグ４１を形成することもできた。
これにより積層配線の工程数を減少させることが可能と
なった。この方法でもＬＳＩの正常な動作を確認した。
【０１６０】更に、実施例１と同様に、図５，６，７，
１０及び１１のように積層配線を形成してＬＳＩを試作
した結果ほぼ同様な効果が得られ、又ＬＳＩの回路動作
を調べた結果正常に動作することも確認した。
【０１６１】（実施例５）本実施例５で用いた研磨液は
過酸化水素水（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）とリン酸と
ＢＴＡとメタノールとマロン酸から構成された水溶液で
ある。組成は過酸化水素水は３０重量％、リン酸は０．
２重量％、ＢＴＡは０．２重量％、メタノールは１重量
％、マロン酸は０．１重量％である。この研磨液を用い
て、Ｃｕ膜の研磨速度とエッチング速度を測定した。研
磨特性の評価は実施例１と同様に行った。
【０１６２】その結果、研磨速度は６００ｎｍ／分であ
り、エッチング速度は１．０ｎｍ／分以下に抑制されて
おり、ディシング発生の問題はないことがわかった。実
施例１の研磨液と比較して、研磨速度が５０ｎｍ／分速
く、Ｃｕの研磨面の滑らかさが向上していることが走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察でわかった。
【０１６３】図３の（ａ）に示した埋め込み配線を形成
する試料を、前述の研磨液でＣＭＰを行った結果、図３
の（ｄ）及び（ｅ）のように、ディシングやエロージョ
ンが約５０ｎｍ以下となる形状に加工することができ
た。従来の有機酸系砥粒フリー研磨液と比較して約６分
の１の時間で研磨が終了した。はがれや研磨傷も発生し
なかった。
【０１６４】プラグ構造も図４の（ｄ）及び（ｅ）のよ
うに、ディシングやエロージョンが約５０ｎｍ以下とな
る形状に加工することができた。
【０１６５】形成されたＣｕ配線の電気抵抗率を測定し
た結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マイクロオーム
センチメートルの値を得た。また、蛇行配線（配線幅
０．３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ
４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイクロメート
ルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を用いて導
通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩留まりが
得られた。
【０１６６】図５、図６のような積層配線構造を作製す
ることもでき、ＬＳＩの動作も正常であることがわかっ
た。
【０１６７】更に、実施例１と同様に、図５，６，７，
１０及び１１のように積層配線を形成してＬＳＩを試作
した結果ほぼ同様なの効果が得られ、又ＬＳＩの回路動
作を調べた結果、正常に動作することも確認した。
【０１６８】
【発明の効果】本発明のリン酸を含む研磨液でＣＭＰを
行う方法は、従来の研磨液でＣＭＰを行う方法と比較し
て、スクラッチやはがれ、ディシング、エロージョンを
抑制し、且つ高い研磨速度で研磨を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＭＰ装置の概略を示す断面図。
【図２】ＣＭＰ装置の概略を示す平面図。
【図３】ＣＭＰ工程を説明するための配線要部の構造
図。
【図４】ＣＭＰ工程を説明するための他の配線要部の構
造図。
【図５】ＣＭＰによって形成された配線要部の構造図。
【図６】ＣＭＰによって形成された他の配線要部の構造
図。
【図７】ＣＭＰによって形成された更に他の配線要部の
構造図。
【図８】本発明の効果を説明するための配線要部の構造
図。
【図９】本発明の他の効果を説明するための配線要部の
構造図。
【図１０】本発明による多層配線を有する電子回路装置
の要部断面図。
【図１１】本発明の更に他の効果を説明するための配線
要部の構造図。
【符号の説明】
２１：Ｃｕ等の金属膜、２１‘：絶縁層内に埋め込まれ
た金属配線部乃至プラグ、２２：バリア金属膜、２３：
１層目の配線層部分のＳｉＯ２膜、２４：ＢＰＳＧ膜、
２５：不純物ドープ層や絶縁膜が形成されたＳｉ基板、
２６：金属膜表面の凹部、２７：金属膜表面の凸部、２
８：絶縁膜に設けられた溝、３１…２層目のＣｕ配線、
３５…２層目のＳｉＯ2膜、３９…２層目のバリア金属
膜、４０…プラグ、４１…デュアルダマシンによって形
成されたプラグ、４２…タングステン、４５…不純物ド
ープ層、５２…１層目の配線層と２層目の配線層の間の
層間絶縁層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ (72)発明者 佐久間 憲之 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 本間 喜夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB02 CB03 DA02 DA12 4K057 WA10 WB04 WE04 WE11 WE12 WE13 WE15 WE25 WE30 WN01 5F033 HH11 HH12 HH33 JJ11 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 MM01 MM02 MM05 MM12 MM13 NN06 PP15 QQ09 QQ11 QQ12 QQ35 QQ48 QQ50 QQ73 QQ85 RR04 RR15 TT02 WW01 XX00 XX01

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｃｕ又はＣｕを主成分とする合金もしくは
    Ｃｕ化合物からなる金属膜を、酸化性物質と、リン酸
    と、保護膜形成剤とを含む研磨液を用いた化学機械研磨
    によって除去することを特徴とする研磨方法。
  2. 【請求項２】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前記
    リン酸はオルトリン酸、もしくは亜リン酸であることを
    特徴とする請求項１記載の研磨方法。
  3. 【請求項３】上記保護膜形成剤はベンゾトリアゾールで
    あることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨方法。
  4. 【請求項４】上記保護膜形成剤はカルボキシル基を有す
    るポリマーであることを特徴とする請求項１又は２記載
    の研磨方法。
  5. 【請求項５】上記保護膜形成剤はポリアクリル酸、又は
    ポリアクリル酸アンモニウム塩、又はポリアクリル酸ア
    ミン塩、もしくはそれらの架橋物であることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の研磨方法。
  6. 【請求項６】絶縁膜上に形成された金属膜を酸化性物
    質、リン酸、ベンゾトリアゾール、及びポリマーを含む
    研磨液を用いて除去することを特徴とする研磨方法。
  7. 【請求項７】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前記
    リン酸はオルトリン酸又は亜リン酸であり、前記ポリマ
    ーはポリアクリル酸、又はポリアクリル酸アンモニウム
    塩、又はポリアクリル酸アミン塩、もしくはそれらの架
    橋物であることを特徴とする請求項６記載の研磨方法。
  8. 【請求項８】前記金属膜はバリア金属からなる第１金属
    膜及びその上に形成されたＣｕ又はＣｕを主成分とする
    合金もしくはＣｕ化合物からなる第２金属膜であること
    を特徴とする請求項６又は７記載の研磨方法。
  9. 【請求項９】絶縁膜上に形成されたバリア金属からなる
    第１金属膜と、上記第１金属膜の表面に形成されたＣｕ
    又はＣｕを主成分とする合金もしくはＣｕ化合物からな
    る第２金属膜とを除去する研磨方法において、酸化性物
    質と、リン酸と、保護膜形成剤とを含む砥粒フリーの第
    １研磨液を用いて上記第２金属膜を研磨し、その後、上
    記第１研磨液に砥粒を加えてなる第２研磨液を用いて上
    記第１金属膜を研磨することを特徴とする研磨方法。
  10. 【請求項１０】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前
    記リン酸はオルトリン酸又は亜リン酸であり、上記保護
    膜形成剤はベンゾトリアゾールであることを特徴とする
    請求項９記載の研磨方法。
  11. 【請求項１１】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前
    記リン酸はオルトリン酸又は亜リン酸であり、上記保護
    膜形成剤はカルボキシル基を有するポリマーであること
    を特徴とする請求項９記載の研磨方法。
  12. 【請求項１２】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前
    記リン酸はオルトリン酸又は亜リン酸であり、上記保護
    膜形成剤はポリアクリル酸、又はポリアクリル酸アンモ
    ニウム塩、又はポリアクリル酸アミン塩、もしくはそれ
    らの架橋物であることを特徴とする請求項９記載の研磨
    方法。
  13. 【請求項１３】半導体領域の上部に開口部を有する絶縁
    膜を形成し、前記絶縁膜上及び上記開口部内にバリア金
    属からなる第１金属膜とＣｕ又はＣｕを主成分とする合
    金もしくはＣｕ化合物からなる第２金属膜とを堆積させ
    て上記開口部内を上記堆積金属膜で充填し、酸化性物質
    と、リン酸と、保護膜形成剤とを含む砥粒フリーの第１
    研磨液を用いた化学機械研磨によって上記絶縁膜上の上
    記第２金属膜を除去して上記第１金属膜表面及び上記開
    口部内の上記第２金属膜表面を露出させ、その後、砥粒
    を含む第２研磨液を用いて上記絶縁膜上に露出した上記
    第１金属膜を化学機械研磨によって除去することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】上記第２研磨液の上記砥粒を除いた組成
    は上記第１研磨液と同じであることを特徴とする請求項
    １３記載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項１５】上記第２研磨液は上記第１研磨液よりも
    保護膜形成剤の含有量が多くされていることを特徴とす
    る請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項１６】半導体領域の上部に開口部を有する絶縁
    膜を形成し、前記絶縁膜上及び上記開口部内にバリア金
    属からなる第１金属膜とＣｕ又はＣｕを主成分とする合
    金もしくはＣｕ化合物からなる第２金属膜とを堆積させ
    て上記開口部内を上記堆積金属膜で充填し、過酸化水素
    と、リン酸と、ベンゾトリアゾールと、ポリアクリル酸
    又はその塩又はその架橋物とを含む砥粒フリーの第１研
    磨液を用いた化学機械研磨によって上記絶縁膜上の上記
    第２金属膜を除去して上記第１金属膜表面及び上記開口
    部内の上記第２金属膜表面を露出させ、その後、砥粒を
    含む第２研磨液を用いて上記絶縁膜上に露出した上記第
    １金属膜を化学機械研磨によって除去することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項１７】上記第２研磨液の上記砥粒を除いた組成
    は上記第１研磨液と同じであることを特徴とする請求項
    １６記載の半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項１８】上記第２研磨液は上記第１研磨液よりも
    ベンゾトリアゾール、或いはポリアクリル酸又はその塩
    又はその架橋物の含有量が多くされていることを特徴と
    する請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項１９】絶縁膜上に形成されたバリア金属からな
    る第１金属膜と、上記第１金属膜の表面に形成されたＣ
    ｕ又はＣｕを主成分とする合金もしくはＣｕ化合物から
    なる第２金属膜とを除去して配線を形成する方法におい
    て、酸化性物質と、リン酸と、保護膜形成剤とを含む砥
    粒フリーの研磨液を用いて上記第２金属膜を研磨し、そ
    の後、ドライエッチング法によって上記第１金属膜を除
    去することを特徴とする配線形成方法。
  20. 【請求項２０】半導体領域の上部に設けられた第１配線
    層上に上記第１配線層に達する溝を有する絶縁層を形成
    し、上記絶縁層の上部及び上記溝内にバリア金属からな
    る第１金属膜とＣｕ又はＣｕを主成分とする合金もしく
    はＣｕ化合物からなる第２金属膜との積層膜を上記溝内
    を充填するように堆積させて、酸化性物質と、リン酸
    と、保護膜形成剤とを含む研磨液を用いた化学機械研磨
    によって上記絶縁層上の上記第２金属膜及び第１金属膜
    を除去して上記溝内に埋め込まれた上記第２金属膜を露
    出させ、上記露出した第２金属膜の表面を還元性雰囲気
    のプラズマで処理し、しかる後、上記第２金属膜の上部
    に第２配線層を被着させることを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  21. 【請求項２１】前記酸化性物質は過酸化水素であり、前
    記リン酸はオルトリン酸又は亜リン酸であり、上記保護
    膜形成剤はベンゾトリアゾール及び又はカルボキシル基
    を有するポリマーであることを特徴とする請求項１９又
    は２０記載の半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項２２】複数の配線層がそれぞれの配線層との間
    に絶縁層を挟んで順次積層され、上記絶縁層内に化学機
    械研磨によって埋設された金属の配線部材又はプラグで
    上記配線層間が電気的に接続されてなる多層配線構造体
    を有し、上記絶縁層の内上方に位置する最上絶縁層はそ
    の中に埋設した金属の配線部材又はプラグと共に平坦度
    ８０ｎｍ以下の実質的に平坦な主表面レベルを呈してい
    ることを特徴とする電子回路装置。
  23. 【請求項２３】離間する第１半導体領域及び第２半導体
    領域を主表面に有する半導体基板、及び上記第１及び第
    ２半導体領域の上部に設けられた少なくとも３層の配線
    層、上記配線層はそれぞれの間に絶縁層を挟んで順次積
    層され、化学機械研磨によって上記絶縁層内に埋め込ま
    れた金属の配線部材又はプラグで上記配線層間が接続さ
    れている、とを有し、上記配線層は上記第１半導体領域
    の上部の方が上記第２半導体領域の上部よりも配線密度
    が大きく、上記絶縁層の内上方に位置する第３番目の絶
    縁層及びその内に埋め込まれた上記配線部材又はプラグ
    がエロージョン５０ｎｍ以下かつデイシング５０ｎｍ以
    下の実質的に平坦な共通主表面レベルを上記第１及び第
    ２半導体領域上部にまたがって有していることを特徴と
    する半導体集積回路装置。
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