(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面の凹凸を有する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金属膜とを研磨して凸部分の前記第金属膜と第２金属膜を除去して凹部分に前記第１金属膜と第２金属膜を埋め込む半導体装置の製造方法において、前記第２金属膜表面を酸化する酸化性物質と、前記酸化した第２金属膜表面の第２金属酸化膜をリン酸により水溶化して金属イオン化することにより前記凸部の第２金属膜を研磨するとともに、保護膜形成剤により保護膜を前記凹凸を有する前記第２金属表面に形成することにより凸部を選択的に研磨し、凹部は研磨を抑制しながら前記第２金属膜表面を平坦化する砥粒フリーの第１研磨液による第１研磨工程と、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金属膜を研磨する第２研磨工程よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
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１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
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１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
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、前記第２金属膜表面を酸化する酸化性物質と、前記酸化した第２金属膜表面の第２金属酸化膜をリン酸により水溶化して金属イオン化することにより前記絶縁膜上の第２金属膜を研磨するとともに、保護膜形成剤により、保護膜を前記第２金属表面に形成することにより前記絶縁膜上の第２金属膜を選択的に研磨し、前記開口部内は研磨を抑制しながら前記第２金属膜表面を研磨する砥粒フリーの第１研磨液を用いた第１研磨工程によって、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る工程と、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金属膜を第２研磨工程によって除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
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５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
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５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
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、前記第２金属膜表面を酸化する過酸化水素と、リン酸により前記第２金属酸化膜を水溶化して金属イオン化することにより前記絶縁膜上の第２金属膜を研磨するとともに、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保護膜形成剤により、保護膜を前記第２金属表面に形成することにより前記絶縁膜上の第２金属膜を選択的に研磨し、前記開口部内は研磨を抑制しながら前記第２金属膜表面を研磨する砥粒フリーの第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。
【請求項９】
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８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
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８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板表面の凹凸を有する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金属膜とを研磨して凸部分の前記第金属膜と第２金属膜を除去して凹部分に前記第１金属膜と第２金属膜を埋め込む半導体装置の製造方法において、前記第２金属膜表面を酸化する酸化性物質と、前記酸化した第２金属膜表面の第２金属酸化膜をリン酸により水溶化して金属イオン化することにより前記凸部の第２金属膜を研磨するとともに、保護膜形成剤により保護膜を前記凹凸を有する前記第２金属表面に形成することにより凸部を選択的に研磨し、凹部は研磨を抑制しながら前記第２金属膜表面を平坦化する砥粒フリーの第１研磨液による研磨工程と、その後、ドライエッチング法によって上記第１金属膜を除去する第２工程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１２】
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、前記第２金属膜表面を酸化する酸化性物質と、前記酸化した第２金属膜表面の第２金属酸化膜をリン酸により水溶化して金属イオン化することにより前記凸部の第２金属膜を研磨するとともに、保護膜形成剤により保護膜を前記凹凸を有する前記第２金属表面に形成することにより凸部を選択的に研磨し、凹部は研磨を抑制しながら前記第２金属膜表面を平坦化する砥粒フリーの第１研磨液による研磨工程と、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工程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。
【請求項１３】
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１１又は１２記載の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(Chemical Mechanical 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２−２７８８２２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１０ｎｍ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（Ｈ2Ｏ2）、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―１３５４６６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２００ｎｍ／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２００〜４００ｎｍ／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―９４４５５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ＣＭＰ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１００ｎｍ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１０ｎｍ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。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（５００ｎｍ／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(orthophosphoric 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（polyphosphoric acid、例えば二リン酸（ピロリン酸、pyrophosphoric 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（dishing）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（tolyltriazole、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,cetyl 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(organic 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Ｃｕ2+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(carboxylic 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(succinic acid)、酒石酸(tartaric acid)、フタル酸(phthalic acid)、マレイン酸(maleic acid)、フマル酸(fumaric acid)、乳酸(lactic acid)、ピメリン酸(pimelic acid)、アジピン酸(adipic acid)、グルタル酸(glutaric acid)、シュウ酸(oxalic acid)、サリチル酸(salicylic acid)、グリコール酸(glycollic acid)、トリカルバリル酸(tricarballylic acid)、安息香酸(benzoic acid)、ギ酸(formic acid)、酢酸(acetic acid)、プロピオン酸(propionic acid)、酪酸(butyric acid)、吉草酸(valeric 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 acid)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０．０００１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０．０５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Ｃｕ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、Ｔｉ、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Ｃｕ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ＣＭＰ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２０ｒｐｍ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ＩＣ１０００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２００ｃｃ／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。ＣＭＰ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２００ｎｍ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％、ＢＴＡ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５５０ｎｍ／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０．１ｎｍ／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。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、ＳｉＯ2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ＴｉＮ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５００ｎｍ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２３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８００ｎｍ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ＭＩＳＦＥＴ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（ＳｉＯ２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２１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ＣＭＰ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１１−２２６８７６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５０ｎｍ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ＬＳＩ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ＳｉＯ２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ＣＭＰ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４７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１００ｎｍ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５５を設ける。
【０１１７】
本発明のＣＭＰ技術によれば、図９の（ｂ４）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５０ｎｍ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、Ｐ１〜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８０ｎｍ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、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。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０．１ｎｍ／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。
【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ＢＴＡ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％、ＢＴＡ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１１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、ＴｉＮ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３２０ｎｍ／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、２８：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。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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