JPH10329031A

JPH10329031A - 半導体素子類の研磨方法およびそれに用いる樹脂砥石の製造方法

Info

Publication number: JPH10329031A
Application number: JP9139454A
Authority: JP
Inventors: Masaji Ogata; 正次尾形; Akihiro Moriya; 明宏守屋; Michio Tanimoto; 道夫谷本; Shigeo Moriyama; 茂夫森山
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体用シリコンウエハ、シリコンウエハ上に
形成された配線材料、あるいは多層配線を行う際に形成
する層間絶縁膜などの研磨及び平坦化に有用な加工法を
提供する。【解決手段】下記のような砥石を用いて研磨を行う。軟
化温度が５０〜１８０℃の自己発泡性または発泡剤によ
り、発泡性を付与した発泡性熱硬化性樹脂１００体積％
と、平均粒径が０．１〜５μｍの砥粒５０〜２００体積
％を必須成分とし、軟化温度が５０〜１８０℃の自己発
泡性または発泡剤により、発泡性を付与した発泡性熱硬
化性樹脂単独または平均粒径が０．１〜５μｍの砥粒を
加えた状態で、発泡性熱硬化性樹脂を平均粒径５μｍ以
下に粉砕し両者を均一に分散混合した後、当該混合物を
型に入れ１４０〜２２０℃、０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ²
の加圧下で気孔率が４０〜６０体積％になるように成形
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、研磨による基板表
面の平坦化技術に係り、特に半導体集積回路の製造過程
で用いるための研磨方法及びそれに用いる研磨砥石に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程は多くのプロセス処理工
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について、図１（ａ）〜（ｆ）を用いて説明
する。図１（ａ）は一層目の配線が形成されているウエ
ハの断面図を示している。トランジスタ部が形成されて
いるウエハ基板１の表面には絶縁膜２が形成されてお
り、その上にアルミニウム等の配線層３が設けられてい
る。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２にコン
タクトホールが設けられているので、配線層のその部分
３’は多少へこんでいる。図１（ｂ）に示す２層目の配
線工程では、一層目の上に絶縁膜４、金属アルミ層５を
形成し、さらに、このアルミ層を配線パターン化するた
め露光用ホトレジスト膜６を塗布する。次に、図１
（ｃ）に示すようにステッパ７を用いて、２層目の配線
回路パターンを上記ホトレジスト膜６上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト膜６の表面が凹凸になって
いると、図に示すようにホトレジスト膜表面の凹部と凸
部８では、同時に焦点が合わないことになり、解像不良
という重大な障害となる。上記の不具合を解消するた
め、次に述べるような基板表面の平坦化処理が検討され
ている。図１（ａ）の処理工程の次に、図１（ｄ）に示
すように、絶縁層４を形成後、図中９のレベルまで平坦
となるように後述する方法によって研磨加工し、図１
（ｅ）の状態を得る。その後、金属アルミ層５とホトレ
ジスト層６を形成し、図１（ｆ）のようにステッパ７で
露光する。この状態ではレジスト表面が平坦であるので
前記解像不良の問題は生じない。図２に、上記絶縁膜パ
ターンを平坦化するため、従来一般的に用いられている
化学機械研磨加工法を示す。研磨パッド１１を定盤上１
２に貼り付けて回転しておく。この研磨パッドとして
は、例えば発泡ウレタン樹脂を薄いシート状にスライス
して成形したものが用いられ、被加工物の種類や仕上げ
たい表面粗さの程度によって、その材質や微細な表面構
造を種々選択して使い分ける。他方、加工すべきウエハ
１は、弾性のある押さえパッド１３を介してウエハホル
ダ１４に固定する。このウエハホルダ１４を回転しなが
ら研磨パッド１１表面に荷重し、さらに研磨パッド１１
の上に研磨スラリー１５を供給することにより、ウエハ
表面上の絶縁膜４の凸部が研磨除去され、平坦化され
る。二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、一般的に研
磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられる。コロ
イダルシリカは、直径３０ｎｍ程度の微細なシリカ粒子
を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させたもの
であり、アルカリによる化学作用が加わるため、砥粒の
みによる機械的研磨に比べ、飛躍的に高い加工能率と加
工ダメージの少ない滑面を得られる特徴がある。このよ
うに、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを供給し
ながら加工する方法は、遊離砥粒研磨技術として良く知
られている。しかしながら、従来の遊離砥粒研磨加工に
よるウエハ平坦化技術には、大きく２つの欠点がある。
その一つは、加工に際して比較的軟質な研磨パッドを用
いざるを得ないため、パターンの種類や段差の状態によ
っては十分に平坦化できない、というパターン寸法依存
性の問題であり、もう一つは、研磨工程で必要とされる
大量の高純度スラリ等の消耗品コストの問題である。上
記従来技術として、砥粒を金属粉末やレジン樹脂で結合
して制作した砥石を、研磨定盤とする固定砥粒加工法
が、１st International ABTEC Conference （Seoul、
１１月１９９３年）の講演論文集Ｐ８０−Ｐ８５に記載
されているが、加工面に微細なスクラッチがしばしば発
生する欠点が知られている。これは砥石の組成及び特性
が、半導体素子の平坦化研磨の用途に適合されていない
ためである。従来から、最も平滑な鏡面を得ようとする
場合、砥粒を樹脂で固めた樹脂（レジノイド）砥石がよ
く使われる。

【０００３】砥石に使用する樹脂を発泡させた多孔質樹
脂砥石は、特にシリコンウエハのような硬脆材料の研磨
材として優れた研磨性を有することが知られているが、
このような多孔質樹脂砥石は、例えば特公昭５４−５５
１号公報あるいは特開昭６３−１５０１６２号公報など
に記載されているように、ポリビニルアルコール水溶液
に砥粒及び石炭酸、ホルマリン、酸触媒などを加えて十
分に攪拌したスラリー状の混合物を型に流して加熱し、
ポリビニルアルコールのアセタール化反応と同時に、石
炭酸とホルマリンの初期縮合反応を起こし成形体を形成
し、次いでこの成形体を型から取り出し十分に水洗した
後、乾燥、これをさらに高温に加熱して初期縮合物の反
応を完結させ、微孔性のポリアセタール砥石を製造する
方法が知られている。また、特開昭５８−２２３５６５
号公報に記載されているように、砥粒の表面を液状のフ
ェノール樹脂初期縮合物で被覆し、次いでその表面に粉
末のノボラック樹脂を付着させ、これを型に入れてホッ
トまたはコールドプレスし、脱型後焼成することによっ
て製造する方法などもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような多孔質樹脂
砥石を用いて試料表面に傷を付けずに、より平滑な研磨
面を得るには砥粒の粒径を細かくする必要がある。とこ
ろが、砥粒を細かくすると比表面積が増大するため混合
物の粘度が急上昇し、混合、予備反応及び予備成形など
の作業性が著しく低下するうえ、気孔率が思うように上
がらない、砥石としての研磨速度が著しく低下するなど
の問題があった。その対策として樹脂の粘度を下げたり
希釈用の溶剤や分散媒の量を増やすことが考えられる。
しかし、この場合、成形などの作業性は改善されるが、
樹脂を硬化する過程で砥粒が沈降するため均一な組成の
砥石が得られなくなったり、気孔を形成するために混合
物を機械的に泡立てたり発泡剤を添加する必要があり、
均一かつ微細な気孔を形成することが難しかった。その
ため、こうして得られた樹脂砥石は、目詰まりを起こし
やすく、十分な研磨速度が得られなかったり、被研磨物
表面に傷を付けるという問題があった。

【０００５】また、従来の製法は液状の樹脂や溶剤ある
いは分散媒を使用するため、砥粒を配合した混合物がス
ラリー状だったりするため、混合、成形などの作業性に
も問題があった。そのため、成形が容易で、組成及び気
孔の大きさや分布が均一で研磨速度が速く、かつ表面を
傷付けずに平坦な研磨面が得られる多孔質樹脂砥石用組
成物並びに成形体が強く求められていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記状況に鑑
みなされたものであり、特に半導体用シリコンウエハ、
シリコンウエハ上に形成された配線材料、あるいは多層
配線を行う際に形成する層間絶縁膜などの研磨、及び平
坦化に有用な加工法、及び半導体素子の製法を提供する
ものである。具体的に微細な砥粒を配合した成形が容易
で、組成及び気孔の大きさや分布が均一で、研磨性が優
れた多孔質樹脂砥石を用いて加工するものであり、さら
にはこの用途に最適な樹脂組成物並びに該組成物を用い
た多孔質成形体を提供するものである。その具体的な手
段は、軟化温度が５０〜１８０℃の自己発泡性または発
泡剤を配合して、発泡性を付与した発泡性熱硬化性樹脂
１００体積％に、平均粒径が０．１〜５μｍの砥粒成分
５０〜２００体積％を必須成分として用い、樹脂成分を
予め単独またはこれに砥粒成分を加えた状態で平均５μ
ｍ以下に粉砕し、両者を均一に分散混合した後、当該混
合物を型に入れ、型温度１４０〜２２０℃で０．１〜２
０ｋｇ／ｃｍ² の加圧下で成形し、気孔率４０〜６０体
積％の成形体とした砥石を用いて平坦化研磨を行うこと
にある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いる発泡性熱硬化性樹
脂とは、自己発泡性のフェノール樹脂、メラミン樹脂、
ポリウレタン樹脂あるいはこれらの樹脂及び尿素樹脂、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹
脂、ポリイミド樹脂、シアネートエステル樹脂あるいは
ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂に発泡剤を配
合したものである。これらの発泡性熱硬化性樹脂の中で
も特に本発明の多孔質樹脂砥石用には、ヘキサミンを硬
化剤とするフェノール樹脂あるいはこれにメラミン樹脂
を併用した自己発泡性樹脂が適している。ここでフェノ
ール樹脂とは、フェノール類とホルムアルデヒドを酸ま
たはアルカリ触媒の存在下で反応させて得られる樹脂中
間体、ビニルフェノール、ｎ−プロペニルフェノール、
イソプロペニルフェノール、ｎ−ブテニルフェノールあ
るいはこれらの誘導体などを熱重合、イオン重合または
ラジカル重合させて得られる樹脂中間体などであり、こ
れらは単独あるいはヘキサメチレンテトラミンのような
アミン系硬化剤とともに加熱することにより、三次元網
目構造を形成して硬化する熱硬化性樹脂である。ヘキサ
メチレンテトラミン〔（ＣＨ₂ ）₆Ｎ₄〕は、約２６３℃
で昇華する粉体で、フェノール樹脂の硬化剤（架橋剤）
として広く用いられる化合物である。メラミン樹脂は、
通常メラミンとホルムアルデヒドをアルカリ性触媒の存
在下で付加重合反応によって得られる中間体（メチロー
ル化メラミン）で、酸性触媒の存在下で加熱すると水及
びホルムアルデヒドを発生しながら、三次元網目構造を
形成して硬化する熱硬化性樹脂である。

【０００８】本発明の多孔質樹脂砥石用に、ヘキサミン
を硬化剤とするフェノール樹脂あるいはこれにメラミン
樹脂を併用したものを用いる場合、フェノール樹脂を４
５〜８０重量部、ヘキサメチレンテトラミンを５〜２０
重量部及び（ｃ）メラミン樹脂を０〜５０重量部の範囲
で使用することが望ましい。その理由は以下による。す
なわち、フェノール樹脂が４５重量部以下では硬化した
樹脂が非常に脆くなり、８５重量部以上では樹脂の硬化
性や発泡性が低下するためである。また、ヘキサメチレ
ンテトラミンは５重量部以下では樹脂の硬化性や発泡性
が低く、２０重量部以上では硬化物が著しく脆くなるた
めである。本発明の目的は樹脂成分として、フェノール
樹脂系樹脂と硬化剤としてのヘキサメチレンテトラミン
を用いるだけでも達成することができるが、弾力性に富
みかつ微細な気孔を均一かつ多量に発生させるために
は、メラミン樹脂を併用することが望ましい。しかし、
メラミン樹脂が５０重量部以上になると硬化性や発泡性
が低下し、硬化物が脆くなるため使用量は５０重量部以
下にすることが望ましい。

【０００９】本発明において、発泡性熱硬化性樹脂の軟
化温度を５０〜１８０℃とする理由は、軟化温度が５０
℃以下では、樹脂成分を単独またはこれに砥粒成分を加
えた状態で微粉砕する際、樹脂成分が凝集したり粉砕装
置に付着して粉砕しにくくなり、しかも微粉砕後、ブロ
ッキングを起こし易いためである。また、軟化温度が１
８０℃以上では樹脂の硬化温度を高くする必要があり、
成形作業がしにくくなるためである。熱硬化性樹脂に発
泡性を付与するために配合する発泡剤とは、熱硬化性樹
脂に配合して加熱すると所定の温度で熱分解し、窒素
（Ｎ₂）、炭酸（ＣＯ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、ホル
ムアルデヒド（ＣＨ₂Ｏ）などのガスを発生し、硬化し
た熱硬化性樹脂中に多量の気孔を生成する化合物であ
り、具体的にはジニトロペンタメチルテトラミン、アゾ
ジカルボンアミド、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスル
ホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジ
ド、ｐ−トルエンスルホニルアセトンヒドラゾーン、ヒ
ドラゾジカルボンアミドなどである。これらの発泡剤は
樹脂成分に対し０〜２０重量％、好ましくは０〜１０重
量％の範囲で用いることが望ましい。

【００１０】砥粒成分は特に限定されるものではなく、
一般に用いられている酸化セリウム、酸化シリカ、アル
ミナ以外に目的に応じてシリコンカーバイド、ボロンカ
ーバイド、ジルコニウム、ダイヤモンド、サファイヤな
どを用いることができる。特に、半導体分野の用途には
酸化セリウム、酸化シリカ及びアルミナから選ばれる少
なくとも一種を用いることが望ましい。砥粒の粒径は、
研磨性に著しい影響を及ぼし、研磨速度の観点から粒径
が大きい方が望ましく、スクラッチを発生させずに平坦
な研磨面を得るためには、粒径が細かい方が望ましいと
云われている。しかし、本発明では砥石を多孔質化し、
しかも、樹脂成分と砥粒を粉末状態で混合した後成形す
るため、樹脂成分と砥粒の結合力を適度に保つことがで
きる。そのため、研磨時砥石は磨耗し表面には常に新生
面が表れる。その結果、細かい砥粒を使用しても研削速
度を得ることができ、本発明においては平均粒径０．１
〜５μｍ、好ましくは０．３〜１μｍの砥粒を使用する
ことが望ましい。この平均粒径は、一時粒子の平均値が
この範囲に入るものは勿論含まれるが、二次凝集体とし
て平均粒径がこの範囲に入るものであっても良い。な
お、砥粒の粒度分布はなるべく狭いものが望ましい。平
均粒径が０．１μｍ以下の砥粒を用いた場合は、成形時
に樹脂成分と砥粒の融着度合いが著しく低下するため好
ましくない。樹脂成分１００体積％に対する砥粒成分の
配合量を５０〜２００体積％とする理由は、砥粒成分の
配合量を５０体積％以下では十分な研磨性が得られない
ためである。また、２００体積％以上では砥粒と樹脂成
分の漏れが不十分になり成形時に混合物が融着しにく
く、その結果、成形品が著しく脆くなって研磨時に砥石
の崩壊や砥粒の脱落が生じ、十分な研磨性が得られなく
なるためである。

【００１１】本発明において、樹脂成分は単独または砥
粒を加えた状態で５μｍ以下に粉砕し砥粒と均一に混合
される。この点が本発明の重要なポイントであり、従来
の樹脂砥石と製造法が異なる点である。樹脂成分を単独
または砥粒を加えた状態で５μｍ以下に粉砕する理由
は、樹脂成分と砥粒をできるだけ均一に分散、混合する
ためであり、できれば樹脂成分は、０．５μｍ以下に粉
砕することが望ましい。粉砕及び混合にはボールミル、
ミキサーなどの他、メカノケミカル効果を利用した各種
粉砕及び粉体表面改質装置を利用することができる。こ
れらの装置を用いて樹脂成分を粉砕及び混合する場合、
樹脂成分が装置の内壁に融着するのを防止し、かつ出来
るだけ微粉砕が行えるようにするために、装置自体を冷
却して作業すると顕著な効果がある。なお、樹脂成分を
単独で粉砕した場合には、これに砥粒を加えて均一に混
合して、目的の砥石用樹脂組成物が得られる。

【００１２】こうして得られた混合物は、型温１４０〜
２２０℃、成形圧力０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ² の範囲で
成形することによって、気孔率が４０〜６０容積％の多
孔質成形体とすることができる。この場合、型温が１４
０℃以下では樹脂の硬化反応が遅く成形に時間がかかり
過ぎること、樹脂の発泡が不十分なために成形体の気孔
率を高めることができなくなり好ましくない。また、２
２０℃以上では成形作業がしにくくなり好ましくない。
一方、成形圧力を０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ² の範囲で行
うのは、０．１ｋｇ／ｃｍ² 以下では成形体の気孔率が
大きくなり過ぎたり、樹脂成分と砥粒の融着が不十分な
ために成形体脆くなること、また、２０ｋｇ／ｃｍ² 以
上では逆に気孔率が小さくなり十分な研磨性が得られな
くなるためである。

【００１３】本発明の樹脂組成物は、このような温度及
び圧力範囲で成形を行うことにより組成及び気孔の大き
さや分布が均一で、樹脂成分と砥粒が適度に結合した成
形体を得ることができるが、必要に応じて砥石としての
特性を損なわない範囲であれば気孔の大きさや均一性を
調整するための調泡剤、砥粒の分散や湿潤あるいは濡れ
性などを調整するための添加剤、樹脂成分と砥粒の結合
強度を調整するためのカップリング剤などを使用するこ
とができる。その場合、調泡剤としては変性ポリシロキ
サン化合物、シリコーン樹脂などを用いることができ
る。また、樹脂成分と砥粒の分散あるいは湿潤、濡れ性
などを調整するための添加剤としては、ポリカルボン酸
のアルキルアミン塩、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸
エステルの塩、アニオン性及びノニオン性多官能ポリマ
ーのアルキロールアミン塩、高分子共重合体、高分子不
飽和ポリカルボン酸、アクリル酸またはアクリル酸系共
重合物のアンモニウム塩またはナトリウム塩などを使用
することができる。

【００１４】樹脂成分と砥粒の結合強度を調整するため
のカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチル
ジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシラ
ン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−
γ（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチ
ルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメト
キシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシ
シランなどのシラン系カップリング剤、チタネート、ジ
ルコアルミネートまたはアルミキレート系のカップリン
グ剤などを使用することができる。なお、半導体分野で
は被研削物を汚染させないことが重要である。本発明の
樹脂成分や砥粒はもとより、これらの添加剤は、イオン
性不純物ができるだけ少ないものを用いることが望まし
い。また、これらの樹脂成分以外の各種添加剤の使用量
は必要最小限に留めることが望ましい。

【００１５】本発明で用いる樹脂砥石用組成物におい
て、樹脂成分は砥粒を固定するバインダと同時に、発泡
剤や縮合反応時に発生する縮合水やホルマリンによっ
て、成形体に気孔を形成し、砥石に保水性を付与する役
割がある。また、本発明の樹脂砥石は、樹脂成分と砥粒
を粉末状態で混合した後成形するため、樹脂成分と砥粒
の結合が適度に保持されており、研磨時砥石は適度に擦
り減り、表面には常に新生面が表れるそのため、本発明
の樹脂砥石は目詰まりを起こしにくく、研磨速度が速
い、スクラッチが発生しにくい、平滑な研磨面が得られ
るなどの特徴を有する。

【００１６】

【実施例】次に、実施例によって本発明をより具体的に
説明する。実施例１〜１１樹脂成分として、平均粒径１μｍに微粉砕した軟化温度
が８５℃のノボラック型フェノール樹脂、平均粒径１．
５μｍに微粉砕した軟化温度が８５℃のポリパラビニル
フェノール、平均粒径１．３μｍに微粉砕したヘキサメ
チレンテトラミン、平均粒径０．８μｍに微粉砕した軟
化温度が９５℃のメラミン樹脂及び砥粒成分として、平
均粒径０．６μｍの酸化セリウムをヘンシェルミキサー
を用いて第１表に示す割合で混合し、目的とする１１種
類の樹脂砥石用組成物を得た。表中の砥粒（酸化セリウ
ム）の体積分率はノボラック型フェノール樹脂、ポリパ
ラビニルフェノール樹脂及びヘキサメチレンテトラミン
の比重を１．２５、メラミン樹脂の比重を１．４８、酸
化セリウムの比重を７．３として計算で求めた値であ
る。

【００１７】

【表１】

【００１８】次に、上記各組成物を金型温度１６０℃、
成形圧力１ｋｇ／ｃｍ² で１５分間加圧成形して、φ５
０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの多孔質成形体を作製した。成形
体は金型から取り出した後、１６０℃の恒温槽中でさら
に１時間加熱し樹脂を完全に硬化させた。こうして得ら
れた成形体は、表１に示すように気孔率は４０〜６０体
積％であった。なお、表中の気孔率は、上記配合表から
気孔率ゼロの成形品の比容（比重の逆数）を計算によっ
て求め、これと実際の成形品の比容との比から計算によ
り求めた値である。一方成形品の圧縮特性はほぼ気孔率
に依存し、気孔率が小さいほど圧縮強度、弾性率共に大
きな値を示す傾向がある。次に、上記多孔質成形体のう
ちから実施例１〜４及び１１の成形体（樹脂砥粒）につ
いて、シリコンウエハ上に形成した層間絶縁膜〔プラズ
マＣＶＤ法で形成したＳｉＯ₂ 膜（１μｍ）〕を研磨し
た。研磨は水を流しながら多孔質成形体に０．５ｋｇｆ
／ｃｍ² の荷重をかけ、シリコンウエハ及び砥石は、相
対速度が１０ｃｍ／ｓｅｃになるようにそれぞれ同方向
に回転させながら行った。研磨を約３分間行った場合の
総研磨量を研磨時間で割った平均研磨速度及び研磨後の
表面粗さを測定した。その結果、表２に示すように、実
用上十分な研磨速度及び表面粗さを得ることができた。
なお、研磨面を顕微鏡で詳細に観察した結果、ウエハ表
面にはスクラッチが全く発生していないことが確認され
た。

【００１９】

【表２】

【００２０】図３（ａ）〜（ｅ）に本発明を用いて、１
つのトランジスタと１つのキャパシタからなるメモリセ
ルを製造したときの工程の一例を示す。なお、図３は図
４のＡ−Ａ’断面を示したものである。ここで、１１０
はソース領域、１２０はドレイン領域、１１１、１２１
はそれぞれの領域への接続部、２１０はキャパシタ下部
電極、２３０はキャパシタ上部電極、１０６はビット
線、１４１はゲート電極を示す。図３（ａ）は、ｐ型シ
リコン基板１０１上に選択酸化法を用いて、メモリセル
間を電気的に分離するために、厚さ８００ｎｍのシリコ
ン酸化膜からなる素子分離型膜１０２及びスイッチング
用ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜となるシリコン酸
化膜を形成した後の基板断面図である。その後、ＭＯＳ
トランジスタの閾値電圧制御のために、ボロンをイオン
打ち込みし、更に化学気相成長法（以下ＣＶＤ法と略
記）でゲート電極１４１となる多結晶シリコン膜を３０
０ｎｍの厚さ堆積する。次に図３（ｂ）に示すように、
ＭＯＳトランジスタのゲート電極１４１及びゲート絶縁
膜１３０を周知のホトエッチングにより形成する。多結
晶シリコン膜には導電性を持たせるためリンを添加す
る。その後、砒素をイオン打ち込みしＭＳＯトランジス
タのソース領域１１０、ドレイン領域１２０を形成す
る。次に、図３（ｃ）に示したように基板表面に層間絶
縁膜となるＰＳＧ（リンガラス）膜１０３をＣＶＤ法で
５００ｎｍの厚さ堆積後、約２００ｎｍの平坦化研磨を
行う。ＰＳＧ膜１０３の研磨に用いた砥石の弾性率は５
０ｋｇ／ｍｍ² である。その後、ＰＳＧ膜に接続部１１
１を設け、ビット線１０６を形成する（図４）。次
に、図３（ｄ）に示したように、層間絶縁膜となるＰＳ
Ｇ膜１０４をＣＶＤ法で５００ｎｍの厚さ堆積後、平坦
化研磨を行い、更にホトエッチングにより開口して接続
部１２１を形成する。このＰＳＧ膜１０４の表面は、弾
性率が５０ｋｇ／ｍｍの砥石を用いて平坦化する。
なお、従来の軟質研磨パッドでＰＳＧ膜を研磨後、弾性
率が５０ｋｇ／ｍｍ² の砥石で研磨することにより、よ
りダメージのない研磨を行うことができる。その後、キ
ャパシタ下部電極２１０となる多結晶シリコン膜をＣＶ
Ｄ法により形成し、所望の形状に加工する。この多結晶
シリコン膜にも導電性を持たせるためにリンを添加す
る。次に、その上にキャパシタ絶縁膜２２０及びキャパ
シタ電極２３０を形成する。（図３（ｅ））。上記方法
により、メモリセルの表面を従来に比べより平坦にする
ことができ、微細で信頼性の高い半導体装置を得ること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、成形が容易で、組成及
び気孔の大きさや分布が均一で、研磨性が優れた多孔質
樹脂砥石の提供を可能とし、半導体用ウエハや層間絶縁
膜、配線材料を始め、各種材料表面の平坦化、微細加
工、多層化、高性能化、高信頼度化を達成することが可
能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）はウエハ表面の平坦化工程の説
明図である。

【図２】化学機械研磨法を説明する図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は半導体装置の製造工程を示す
装置断面図である。

【図４】図３（ｅ）に示した装置の平面図である。

【符号の説明】

１．ウエハ基板２．絶縁膜３．配線層４．絶縁膜５．アルミ層６．ホトレジスト膜７．ステッパ１１．研磨パッド１２．定盤１３．押えパッド１４．ウエハホルダ１５．スラリー１０１．シリコン基板１０２．素子分離電膜１０６．ビット線１１０．ソース領域１２０．ドレイン領域１４１．ゲート電極２１０．下部電極２３０．上部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷本道夫東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者森山茂夫東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹凸パターンが形成されている基板の表面
上に薄膜を形成するステップと、該基板の該薄膜が形成
されている面を研磨工具表面上に押しつけて相対運動さ
せながら、該凹凸パターンを平坦化するステップとを含
む研磨方法において、上記研磨工具として、軟化温度が
５０〜１８０℃の自己発泡性または発泡剤により、発泡
性を付与した発泡性熱硬化性樹脂１００体積％と、平均
粒径が０．１〜５μｍの砥粒５０〜２００体％を必須成
分とする樹脂砥石を用いることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】樹脂砥石の組成分である発泡性熱硬化性樹
脂がフェノール系樹脂４５〜８０重量部、ヘキサメチレ
ンテトラミン５〜２０重量部及びメラミン樹脂０〜５０
重量部からなる自己発泡性熱硬化性樹脂であることを特
徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】樹脂砥石の組成分である砥粒が酸化セリウ
ム、酸化シリカ及びアルミナから選ばれる少なくとも一
種であることを特徴とする請求項１または２に記載の研
磨方法。
【請求項４】樹脂砥石の組成分である発泡性熱硬化性樹
脂が、発泡剤としてジニトロペンタメチルテトラミン、
アゾジカルボンアミド、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼン
スルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラ
ジド、ｐ−トルエンスルホニルアセトンヒドラゾーン、
ヒドラゾジカルボンアミドから選ばれる少なくとも一種
を配合した熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項５】軟化温度が５０〜１８０℃の自己発泡性ま
たは発泡剤により、発泡性を付与した発泡性熱硬化性樹
脂単独または平均粒径が０．１〜５μｍの砥粒を加えた
状態で、発泡性熱硬化性樹脂を平均粒径５μｍ以下に粉
砕し両者を均一に分散混合した後、当該混合物を型に入
れ１４０〜２２０℃、０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ² の加圧
下で成形し、気孔率を４０〜６０体積％とすることを特
徴とする樹脂砥石の製造方法。
【請求項６】請求項５に記載の樹脂砥石を用い、ウエハ
または相関絶縁膜及び多層配線板材料を研磨することを
特徴とする半導体素子の研磨方法。