(57)【要約】      （修正有）【課題】配線抵抗が低く、且つ、断線や配線間ショートが抑制されたダマシン法による配線を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】下地絶縁膜２及び下層配線３が形成された半導体基板１上に層間絶縁膜４を形成する。その後、層間絶縁膜４に配線溝５及びホール６を形成した後、ＴａＮ膜７及びＣｕ膜８を順次形成する。その後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜４上のＣｕ膜８を除去して、配線溝５内にＣｕ膜８ａを形成する。その後、ＣＭＰ法によりＴａＮ膜７の一部を研磨して、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂを残存させる。その後、フッ酸溶液によって層間絶縁膜４の表面部をエッチングして空間を形成する。その後、ＣＭＰ法によりＴａＮ膜７ｂ及び層間絶縁膜４の表面部を研磨する。【選択図】図１
2005026482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された配線溝と、
前記配線溝内に形成されたバリア膜と金属膜からなる配線とを備え、
前記配線のうち少なくとも前記金属膜の上面が、前記絶縁膜の上面よりも高く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記金属膜の上面は、前記絶縁膜の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ高く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置において、
前記金属膜と前記絶縁膜との間に形成された前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜の上面よりも高く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された配線溝と、
前記配線溝内に形成されたバリア膜と金属膜からなる配線とを備え、
前記金属膜と前記絶縁膜との間に形成された前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜及び前記金属膜の上面よりも低く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置において、
前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ低く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記金属膜は、Ｃｕ膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記バリア膜は、ＴａＮ膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜に配線溝を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記配線溝を含む前記絶縁膜上にバリア膜を形成する工程（ｃ）と、
前記バリア膜上に金属膜を形成する工程（ｄ）と、
前記金属膜をＣＭＰ法によって、前記配線溝領域以外の前記バリア膜が露出するまで研磨する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記バリア膜の一部を研磨する工程（ｆ）と、
前記工程（ｆ）の後に、前記絶縁膜の表面部をウェットエッチングして前記バリア膜の残部との間に空間を形成する工程（ｇ）と、
前記工程（ｇ）の後に、前記バリア膜の残部をＣＭＰ法によって研磨して除去する工程（ｈ）と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）では、フッ化水素を含んだ溶液を用いて前記絶縁膜の表面部をウェットエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｈ）では、超音波を与えながら研磨を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｈ）では、二酸化炭素の気体を多く含んだ機能水を供給して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜に配線溝を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記配線溝を含む前記絶縁膜上にバリア膜を形成する工程（ｃ）と、
前記バリア膜上に金属膜を形成する工程（ｄ）と、
前記金属膜をＣＭＰ法によって、前記配線溝領域以外の前記バリア膜が露出するまで研磨する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記バリア膜の一部を研磨する工程（ｆ）と、
前記工程（ｆ）の後に、前記絶縁膜上に残存する前記バリア膜の残部をウェットエッチングで除去する工程（ｇ）と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
前記バリア膜は、ＴａＮ膜であり、
前記工程（ｇ）では、過酸化水素水を含んだ溶液を用いて、前記ＴａＮ膜の残部をウェットエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）では、超音波を与えながらウェットエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）の後に、前記絶縁膜をＣＭＰ法により１０ｎｍ〜５０ｎｍ研磨する工程（ｈ）を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｈ）では、二酸化炭素の気体を多く含んだ機能水を供給し、超音波を与えながら研磨を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項８〜１６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜は、Ｃｕ膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にダマシン構造の配線を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高速化に伴い、配線抵抗を下げるために配線材料としてＡｌやＡｌ合金からＣｕに置き換える開発が進められている。従来のＡｌ材料の場合には、レジストをマスクにして、ドライエッチングによりＡｌ材料をパターニングしてＡｌ配線を形成していた。しかしながら、Ｃｕ材料の場合には、Ｃｕの性質から、ドライエッチングによってＣｕ配線を形成することが非常に困難である。そのため、Ｃｕ配線の形成方法として、配線溝が形成された絶縁膜上にＣｕ膜を形成した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて配線溝内にＣｕ膜を埋め込み形成する、いわゆるダマシン法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来のデュアルダマシン法を用いたＣｕ配線の形成方法について説明する。
【０００４】
図５（ａ）〜（ｄ）は、従来のデュアルダマシン法を用いたＣｕ配線の形成工程を示す断面図である。
【０００５】
まず、図５（ａ）に示す工程で、半導体基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成した後、下地絶縁膜１０２上に下層配線１０３を形成する。その後、下層配線１０３及び下地絶縁膜１０２上に層間絶縁膜１０４を形成する。その後、層間絶縁膜１０４に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、上層配線を形成するための配線溝１０５と、配線溝１０５に形成される上層配線と下層配線１０３とを接続するコンタクトを形成するためのホール１０６を形成する。
【０００６】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、配線溝１０５及びホール１０６の形成された層間絶縁膜１０４上に、絶縁膜との密着性の向上および絶縁膜中へのＣｕ拡散防止のためのバリア膜となるＴａＮ膜１０７を堆積する。その後、ＴａＮ膜１０７上にＣｕ膜１０８を形成する。
【０００７】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１０４上の不要なＣｕ膜１０８を研磨除去して、配線溝１０５及びホール１０６内にＣｕ膜１０８ａを形成する。このとき、ＴａＮ膜１０７とＣｕ膜１０８は化学的特性が大きく異なるため、Ｃｕ膜１０８はＴａＮ膜１０７をストッパー膜として、均一に研磨残り無く除去することが出来る。
【０００８】
次に、図５（ｄ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜１０４上の不要なＴａＮ膜１０７を研磨除去して、配線溝１０５及びホール１０６内にＴａＮ膜１０７ａを埋め込み形成する。
【０００９】
この構成によって、配線溝１０５内には、ＴａＮ膜１０７ａとＣｕ膜１０８ａからなる上層配線１０９が形成され、ホール１０６内には、下層配線１０３と上層配線１０９とを接続するＴａＮ膜１０７ａとＣｕ膜１０８ａからなるコンタクト１１０が形成される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１２５３８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のＣｕ配線の形成方法には、下記のような不具合があった。図６（ａ）〜（ｃ）は、従来のＣｕ配線の形成方法における問題を説明するための断面図である。
【００１２】
従来のＣｕ配線の形成方法では、図５（ｄ）に示す工程において、ＴａＮ膜１０７を研磨する際に、層間絶縁膜１０４との選択比が小さいため均一に除去することが困難である。
【００１３】
そのため、ＴａＮ膜１０７に対するオーバー研磨時間が短いと、図６（ａ）に示すように、配線溝１０５のエッジ部付近にヒゲ状のＴａＮ膜１０７ｂが発生しやすいという課題がある。このようなヒゲ状のＴａＮ膜１０７ｂが残存すると、配線間ショートが発生するという問題がある。
【００１４】
一方、ＴａＮ膜１０７に対するオーバー研磨時間を長くすると、図６（ｂ）に示すように、上層配線１０９において、特に幅広配線部では、配線断面が皿状に研磨されて窪む現象、いわゆるディッシング１１１が発生するという課題がある。さらに、微細配線が密集した微細配線密集部では、Ｃｕ膜１０８ａと層間絶縁膜１０４とが共に研磨されて窪んでしまう現象、いわゆるエロージョンが発生するという課題がある。このような、ディッシングやエロージョンが発生すると、配線の断線や配線抵抗の増加が生じ、信頼性が低下するという問題がある。
【００１５】
さらに、図６（ｃ）に示すように、ディッシングやエロージョンの発生した基板上に、層間絶縁膜１１２を形成した場合、ディッシング１１１やエロージョンによって窪んだ箇所上の層間絶縁膜１１２には、窪み部１１３が形成される。このような層間絶縁膜１１２にダマシン法によって上層の配線を形成する場合、窪み部１１３にＴａＮ膜やＣｕ膜の研磨残りが発生するという課題がある。
【００１６】
本発明の目的は、配線抵抗が低く、且つ、断線や配線間ショートが抑制されたダマシン法による配線を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された配線溝と、前記配線溝内に形成されたバリア膜と金属膜からなる配線とを備え、前記配線のうち少なくとも前記金属膜の上面が、前記絶縁膜の上面よりも高く形成されている。
【００１８】
この構成によれば、配線抵抗が低く、且つ、断線や配線間ショートが抑制されたダマシン法による配線を有する半導体装置を形成することができる。
【００１９】
上記第１の半導体装置において、前記金属膜の上面は、前記絶縁膜の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ高く形成されている。
【００２０】
上記第１の半導体装置において、前記金属膜と前記絶縁膜との間に形成された前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜の上面よりも高く形成されている。
【００２１】
本発明の第２の半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された配線溝と、前記配線溝内に形成されたバリア膜と金属膜からなる配線とを備え、前記金属膜と前記絶縁膜との間に形成された前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜及び前記金属膜の上面よりも低く形成されている。
【００２２】
この構成によれば、配線抵抗が低く、且つ、断線や配線間ショートが抑制されたダマシン法による配線を有する半導体装置を形成することができる。
【００２３】
上記第２の半導体装置において、前記バリア膜の上端は、前記絶縁膜の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ低く形成されている。
【００２４】
上記第１及び第２の半導体装置において、前記金属膜は、Ｃｕ膜である。
【００２５】
上記第１及び第２の半導体装置において、前記バリア膜は、ＴａＮ膜である。
【００２６】
本発明の第１の半導体装置の製造方法において、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、前記絶縁膜に配線溝を形成する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記配線溝を含む前記絶縁膜上にバリア膜を形成する工程（ｃ）と、前記バリア膜上に金属膜を形成する工程（ｄ）と、前記金属膜をＣＭＰ法によって、前記配線溝領域以外の前記バリア膜が露出するまで研磨する工程（ｅ）と、前記工程（ｅ）の後に、前記バリア膜の一部を研磨する工程（ｆ）と、前記工程（ｆ）の後に、前記絶縁膜の表面部をウェットエッチングして前記バリア膜の残部との間に空間を形成する工程（ｇ）と、前記工程（ｇ）の後に、前記バリア膜の残部をＣＭＰ法によって研磨して除去する工程（ｈ）とを有する。
【００２７】
この構成によれば、バリア膜の一部を研磨した後に、絶縁膜の表面部をウェットエッチングしバリア膜の残部との間に空間を形成してからバリア膜の残部をＣＭＰ法によって研磨するため、ディッシングやエロージョンを防止することができ、且つ、容易にバリア膜の残部を研磨することが可能となるため、バリア膜の残存による配線間ショートを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００２８】
上記第１の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｇ）では、フッ化水素を含んだ溶液を用いて前記絶縁膜の表面部をウェットエッチングする。
【００２９】
上記第１の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｈ）では、超音波を与えながら研磨を行う。
【００３０】
上記第１の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｈ）では、二酸化炭素の気体を多く含んだ機能水を供給し、超音波を与えながら研磨を行う。
【００３１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、前記絶縁膜に配線溝を形成する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記配線溝を含む前記絶縁膜上にバリア膜を形成する工程（ｃ）と、前記バリア膜上に金属膜を形成する工程（ｄ）と、前記金属膜をＣＭＰ法によって、前記配線溝領域以外の前記バリア膜が露出するまで研磨する工程（ｅ）と、前記工程（ｅ）の後に、前記バリア膜の一部を研磨する工程（ｆ）と、前記工程（ｆ）の後に、前記絶縁膜上に残存する前記バリア膜の残部をウェットエッチングで除去する工程（ｇ）とを有する。
【００３２】
この構成によれば、バリア膜の一部を研磨した後に、バリア膜の残部をウェットエッチングで除去するため、ディッシングやエロージョンを防止することができ、且つ、容易にバリア膜の残部を除去することが可能となるため、バリア膜の残存による配線間ショートを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３３】
上記第２の半導体装置の製造方法において、前記バリア膜は、ＴａＮ膜であり、前記工程（ｇ）では、過酸化水素水を含んだ溶液を用いて、前記ＴａＮ膜の残部をウェットエッチングする。
【００３４】
上記第２の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｇ）では、超音波を与えながらウェットエッチングする。
【００３５】
上記第２の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｇ）の後に、前記絶縁膜をＣＭＰ法により１０ｎｍ〜５０ｎｍ研磨する工程（ｈ）を含む。
【００３６】
上記第２の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｈ）では、二酸化炭素の気体を多く含んだ機能水を供給し、超音波を与えながら研磨を行う。
【００３７】
上記第１及び第２の半導体装置の製造方法において、前記金属膜は、Ｃｕ膜である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
【００３９】
図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００４０】
まず、図１（ａ）に示す工程で、半導体基板１上に下地絶縁膜２を形成した後、下地絶縁膜２上に下層配線３を形成する。その後、下層配線３及び下地絶縁膜２上に酸化膜からなる厚さ４００〜６００ｎｍの層間絶縁膜４を形成する。その後、層間絶縁膜４に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、上層配線を形成するための深さ２００〜４００ｎｍの配線溝５と、配線溝５に形成される上層配線と下層配線３とを接続するコンタクトを形成するためのホール６を形成する。このとき、配線溝５及びホール６は、配線溝５を形成した後にホール６を形成する方法、あるいは、ホール６を形成した後に配線溝５を形成する方法のどちらの方法で形成しても良い。
【００４１】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、配線溝５及びホール６の形成された層間絶縁膜４上に、絶縁膜との密着性の向上および絶縁膜中へのＣｕ拡散防止のためのバリア膜となる厚さ１５ｎｍ〜２０ｎｍのＴａＮ膜７を堆積する。その後、ＴａＮ膜７上に、金属配線となる厚さ５５０ｎｍのＣｕ膜８を形成する。
【００４２】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上の不要な領域（配線溝５及びホール６以外の領域）のＣｕ膜８を研磨除去して、配線溝５及びホール６内にＣｕ膜８ａを形成する。このとき、ＴａＮ膜７とＣｕ膜８は化学的特性が大きく異なるため、Ｃｕ膜８はＴａＮ膜７をストッパー膜として、均一に研磨残り無く除去することが出来る。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上の不要な領域（配線溝５及びホール６以外の領域）のＴａＮ膜７を研磨除去して、配線溝５及びホール６内にＴａＮ膜７ａを形成する。このとき、ディッシングやエロージョンが発生しないように、ＴａＮ膜７に対するオーバー研磨時間を短くする。この結果、層間絶縁膜４上のＴａＮ膜７を完全には除去することができないので、配線溝５のエッジ部付近にヒゲ状ＴａＮ膜７ｂが残存した状態となる。
【００４４】
次に、図２（ａ）に示す工程で、ヒゲ状ＴａＮ膜７ｂが残存している基板上にフッ酸（ＨＦ）を含むフッ酸溶液を供給し、層間絶縁膜４の表面部を１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度エッチングする。このとき、層間絶縁膜４の表面部のエッチングは、ＣＭＰ装置から取り出して、フッ酸溶液に浸水させてエッチングしても良いが、工程の簡略化を図るためには、ＣＭＰ装置内において、基板上にフッ酸溶液は供給してエッチングすることが望ましい。この結果、フッ酸溶液によってＴａＮ膜７ｂはエッチングされないが、層間絶縁膜４はエッチングされるため、ヒゲ状ＴａＮ膜７ｂと層間絶縁膜４の上面との間には空間２０が生じ、ヒゲ状ＴａＮ膜７ｂは下地の層間絶縁膜４の上面から浮き上がった状態となる。
【００４５】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、基板上の全面に対して層間絶縁膜換算で１０ｎｍ〜５０ｎｍの研磨をする。このとき、ヒゲ状ＴａＮ膜７ｂと層間絶縁膜４の上面との間には、空間２０が存在し、ヒゲ状ＴａＮ膜７ｂが浮き上がった状態になっているため、ＣＭＰの研磨量が少なくても容易に除去することができる。この結果、配線溝５内には、ＴａＮ膜７ａとＣｕ膜８ａからなる上層配線９が形成され、ホール６内には、下層配線３と上層配線９とを接続するＴａＮ膜７ａとＣｕ膜８ａからなるコンタクト１０が形成される。そして、上層配線９の上面は、層間絶縁膜４の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度高く、突き出した形状となる。
【００４６】
この第１の実施形態によれば、Ｃｕ膜８研磨後のＴａＮ膜７の研磨では、層間絶縁膜４上にヒゲ状のＴａＮ膜７ｂが残存する程度までしか研磨しないため、ディッシングやエロージョンを防止することができる。さらに、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂは、層間絶縁膜４の表面部をフッ酸溶液でエッチングして浮き上がった状態で研磨するため、少ない研磨量で容易に除去することができる。従って、ディッシングやエロージョンによる配線抵抗の増加や断線を防止することができ、かつ、ヒゲ状のバリア層の残存による配線間ショートを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００４７】
なお、第１の実施形態において、図２（ｂ）に示す工程で、５ｋＨｚ以上の超音波を与えながらヒゲ状のＴａＮ膜７ｂ及び層間絶縁膜４を研磨しても良い。このように、超音波を与えながら研磨することによって、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂの除去効果を高めることができる。同様に、図２（ｂ）に示す工程で、層間絶縁膜４を研磨する際に、研磨材にＣＯ２の気体を多く含んだ機能水を供給し、超音波によって研磨材をバブリング状態にして研磨を行っても良い。このようにすれば、研磨によって除去されたヒゲ状のＴａＮ膜が、半導体基板上の表面に再付着しにくいので、一層信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
【００４９】
図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００５０】
まず、図３（ａ）に示す工程で、半導体基板１上に下地絶縁膜２を形成した後、下地絶縁膜２上に下層配線３を形成する。その後、下層配線３及び下地絶縁膜２上に酸化膜からなる厚さ４００〜６００ｎｍの層間絶縁膜４を形成する。その後、層間絶縁膜４に、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、上層配線を形成するための深さ２００〜４００ｎｍの配線溝５と、配線溝５に形成される上層配線と下層配線３とを接続するコンタクトを形成するためのホール６を形成する。このとき、配線溝５及びホール６は、配線溝５を形成した後にホール６を形成する方法、あるいは、ホール６を形成した後に配線溝５を形成する方法のどちらの方法で形成しても良い。
【００５１】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、配線溝５及びホール６の形成された層間絶縁膜４上に、絶縁膜との密着性の向上および絶縁膜中へのＣｕ拡散防止のためのバリア膜となる厚さ１５ｎｍ〜２０ｎｍのＴａＮ膜７を堆積する。その後、ＴａＮ膜７上に、金属配線となる厚さ５５０ｎｍのＣｕ膜８を形成する。
【００５２】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上の不要な領域（配線溝５及びホール６以外の領域）のＣｕ膜８を研磨除去して、配線溝５及びホール６内にＣｕ膜８ａを形成する。このとき、ＴａＮ膜７とＣｕ膜８は化学的特性が大きく異なるため、Ｃｕ膜８はＴａＮ膜７をストッパー膜として、均一に研磨残り無く除去することが出来る。
【００５３】
次に、図３（ｄ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜４上の不要な領域（配線溝５及びホール６以外の領域）のＴａＮ膜７を研磨除去して、配線溝５及びホール６内にＴａＮ膜７ａを形成する。このとき、ディッシングやエロージョンが発生しないように、ＴａＮ膜７に対するオーバー研磨時間を短くする。この結果、層間絶縁膜４上のＴａＮ膜７を完全には除去することができないので、配線溝５のエッジ部付近にヒゲ状のＴａＮ膜７ｂが残存した状態となる。
【００５４】
次に、図４（ａ）に示す工程で、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂが残存している基板上に、滴下装置２１から過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を５〜１０％程度含んだＨ２Ｏ２水溶液２２を供給してヒゲ状のＴａＮ膜７ｂを除去する。このＨ２Ｏ２水溶液によって、Ｃｕ膜及び層間絶縁膜（酸化膜）はほとんどエッチングされないが、ＴａＮ膜は溶解されエッチングされる。この結果、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂは、Ｈ２Ｏ２水溶液２２によって、選択的に除去することができる。そして、配線溝５内のＴａＮ膜７ａも一部がエッチングされるため、層間絶縁膜４とＣｕ膜８ａとの間に、層間絶縁膜４の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の深さを有する窪み部２３が形成される。このとき、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂのエッチングは、ＣＭＰ装置から取り出して、外部の滴下装置を用いてＨ２Ｏ２水溶液を供給してエッチングしても良いが、工程の簡略化を図るためには、ＣＭＰ装置内に滴下装置を内蔵させて、内蔵の滴下装置から基板上にＨ２Ｏ２水溶液を供給してエッチングすることが望ましい。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、ＣＭＰ法を用いて、基板上の全面に対して層間絶縁膜換算で１０ｎｍ〜５０ｎｍの研磨を行う。これにより、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂを確実に除去することができる。この結果、配線溝５内には、ＴａＮ膜７ａとＣｕ膜８ａからなる上層配線９が形成され、ホール６内には、下層配線３と上層配線９とを接続するＴａＮ膜７ａとＣｕ膜８ａからなるコンタクト１０が形成される。そして、上層配線９のうちのＣｕ膜８ａの上面は、層間絶縁膜４の上面に対して１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度高く、突き出した形状となる。
【００５６】
なお、Ｈ２Ｏ２水溶液によってヒゲ状のＴａＮ膜７ｂを確実に除去すれば、図４（ｂ）に示すＣＭＰ処理は必ずしも行う必要はない。
【００５７】
この第２の実施形態によれば、Ｃｕ膜８研磨後のＴａＮ膜７の研磨では、層間絶縁膜４上にヒゲ状のＴａＮ膜７ｂが残存する程度までしか研磨しないため、ディッシングやエロージョンを防止することができる。さらに、ヒゲ状のＴａＮ膜７ｂは、Ｈ２Ｏ２水溶液によって容易に除去することができる。従って、ディッシングやエロージョンによる配線抵抗の増加や断線を防止することができ、かつ、ヒゲ状のバリア膜の残存による配線間ショートを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００５８】
なお、第２の実施形態において、図４（ｂ）に示す工程で、５ｋＨｚ以上の超音波を与えながら層間絶縁膜４を研磨しても良い。このように、超音波を与えながら研磨することによって、たとえヒゲ状のＴａＮ膜７ｂが残存していてもヒゲ状のＴａＮ膜７ｂの除去効果を高めることができる。同様に、図４（ｂ）に示す工程で、層間絶縁膜４を研磨する際に、研磨材にＣＯ２の気体を多く含んだ機能水を供給し、超音波によって研磨材をバブリング状態にして研磨を行っても良い。このようにすれば、研磨によって除去されたヒゲ状のＴａＮ膜が、半導体基板上の表面に再付着しにくいので、一層信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００５９】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態では、下層配線３は、ドライエッチングを用いて形成した金属配線やゲート配線、あるいは、下地絶縁膜２にダマシン法により埋め込み形成した金属配線であってもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、ディッシングやエロージョンによる配線抵抗の増加や断線を防止することができ、かつ、バリア膜の残存による配線間ショートを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図５】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図６】従来の半導体装置の製造方法における問題を説明するための断面図
【符号の説明】
１  半導体基板
２  下地絶縁膜
３  下層配線
４  層間絶縁膜
５  配線溝
６  ホール
７  ＴａＮ膜
７ａ  ＴａＮ膜
７ｂ  ＴａＮ膜
８  Ｃｕ膜
８ａ  Ｃｕ膜
９  上層配線
１０  コンタクト
２０  空間
２１  滴下装置
２２  Ｈ２Ｏ２水溶液
２３  窪み部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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