專(zhuān)利名稱(chēng)：用于拋光半導(dǎo)體薄層的氧化鈰漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于拋光半導(dǎo)體薄層的氧化鈰漿料，該漿料具有良好的分散穩(wěn)定性和優(yōu)異的拋光性能且不會(huì)產(chǎn)生劃痕。
背景技術(shù)：
含水的氧化鈰(鈰土)漿料被廣泛用于半導(dǎo)體或絕緣薄層的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，但是傳統(tǒng)的氧化鈰漿料具有下述缺點(diǎn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存氧化鈰顆粒沉淀，并且再分散時(shí)團(tuán)聚形成大顆粒。為此，在分散劑和分散裝置的輔助下，進(jìn)行了許多嘗試來(lái)提高氧化鈰漿料的分散穩(wěn)定性能。
近來(lái)，隨著半導(dǎo)體層上形成的電路圖案和半導(dǎo)體芯片間隙的微縮，開(kāi)發(fā)不產(chǎn)生劃痕的氧化鈰漿料成為必要。日本未審專(zhuān)利公開(kāi)2003-171653提出一種氧化鈰漿料，其中顆粒尺寸大于3μm的二次氧化鈰顆粒的數(shù)量小于1％，但是這種漿料仍會(huì)產(chǎn)生劃痕且不適用于拋光具有窄線寬(narrow line width)小于0.16μm的微圖案(micro-pattern)的晶片。
因此，需要從氧化鈰拋光漿料里完全去除會(huì)產(chǎn)生劃痕的研磨顆粒。近來(lái)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)痕量的顆粒尺寸大于700nm(尤其是大于1μm)的顆粒就會(huì)在晶片的表面上產(chǎn)生劃痕。
為此，日本未審專(zhuān)利公開(kāi)2003-188122提出一種具有包含平均顆粒尺寸為1至95nm的研磨顆粒的氧化鈰漿料，其中尺寸大于0.56μm的顆粒濃度小于100,000/1ml。然而，由于研磨顆粒過(guò)于細(xì)微，這種漿料拋光產(chǎn)率較低和平化特性較差。
發(fā)明簡(jiǎn)介為此，本發(fā)明的主要目的是提供一種氧化鈰漿料，在該漿料中大尺寸顆粒的含量明顯減少，所以其具有良好的分散穩(wěn)定性和優(yōu)異的拋光特性，這些特性可以有利地用在半導(dǎo)體和電致發(fā)光器件的CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于拋光半導(dǎo)體薄層的氧化鈰含水漿料，其包含體積平均顆粒尺寸(mean volume particle size)為0.1到0.2μm的氧化鈰顆粒，該漿料的特征在于當(dāng)在1970g0的平均離心力(g)的作用下離心2分鐘后，所述含水漿料中的固體含量降低20重量％或更少，其中g(shù)0代表重力加速度。
發(fā)明詳述本發(fā)明的用于拋光的氧化鈰漿料的特征在于當(dāng)在1970g0(g0＝重力加速度；9.8m/sec2)的平均離心力(g)的作用下離心2分鐘后，漿料中的固體含量降低20重量％或更少，從而其中基本上不含平均顆粒尺寸大于0.7μm的氧化鈰顆粒，在用于形成線寬小于0.16μm的微圖案的襯底上，這樣的氧化鈰顆粒會(huì)上產(chǎn)生劃痕。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)激光散射粒徑分布分析儀測(cè)得，所述氧化鈰漿料的體積平均顆粒尺寸在0.1到0.2μm之間，其D100的范圍在0.5到0.7μm之間，D100表示顆粒尺寸分布的累積值為100處的顆粒尺寸(即，在漿料中出現(xiàn)的最大顆粒的顆粒尺寸)。
在制備本發(fā)明的氧化鈰含水漿料時(shí)，可以首先將氧化鈰粉末分散到水中，接著對(duì)所得的含水漿料進(jìn)行離心，直到如上所述的含水漿料的固體含量減少小于20重量％。
具體而言，首先，采用任何已知的分散方法(例如，超聲波、濕磨和高壓沖擊分散方法)將氧化鈰粉末分散到水中，制得濃度大約為0.5到20重量％的含水漿料。氧化鈰粉末原料可以通過(guò)商購(gòu)獲得或用傳統(tǒng)的工藝制備，例如，通過(guò)在650到900℃煅燒鈰的碳酸鹽、氫氧化物、硝酸鹽、氯化物或醋酸鹽得到氧化鈰，然后使用濕磨或干磨粉碎所得的氧化鈰，從而制得平均顆粒直徑在10到100nm之間的氧化鈰粉末。煅燒和研磨步驟可以以相反的順序進(jìn)行。
在制備氧化鈰漿料時(shí)，優(yōu)選使用分散劑。所得到的氧化鈰漿料可具有4到9的pH值?？梢愿鶕?jù)氧化鈰在水中的表面電勢(shì)值來(lái)選擇分散劑，優(yōu)選使用陰離子型化合物。所述分散劑的代表性實(shí)例是聚(丙烯酸)、聚(乙稀硫酸)(poly(vinylsulfuric acid))、聚(異丁烯酸)、聚丙烯酰胺和聚芳基胺(polyarylamine)。優(yōu)選所述分散劑的重均分子量為1,000到50,000。如果分散劑的分子量小于1,000，則氧化鈰漿料變得不穩(wěn)定；如果分散劑的分子量大于50,000，則氧化鈰漿料的粘性太高，從而會(huì)影響其儲(chǔ)存穩(wěn)定性。基于所用的氧化鈰，分散劑的用量通常在0.1到10重量％之間。當(dāng)分散劑的用量小于0.1重量％時(shí)，漿料穩(wěn)定性變差，而當(dāng)分散劑的用量大于10重量％時(shí)，漿料中的未附著的分散劑會(huì)使?jié){料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差。
根據(jù)本發(fā)明，隨后對(duì)均勻分散的氧化鈰漿料進(jìn)行離心處理。在本發(fā)明中，在幾千rpm的轉(zhuǎn)速下對(duì)氧化鈰漿料進(jìn)行離心，優(yōu)選在1,000到5,000rpm的轉(zhuǎn)速下對(duì)氧化鈰漿料進(jìn)行離心，以便強(qiáng)行去除顆粒尺寸大于700nm的較大顆粒。使用柱狀離心機(jī)進(jìn)行離心處理，在該離心機(jī)中漿料被送入底部，然后從旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)頂部排出，從而將漿料中的較大顆粒粘到離心機(jī)的內(nèi)壁上。
對(duì)所述氧化鈰漿料進(jìn)行離心直到在前面提到的離心條件下固體含量減少達(dá)到20重量％或更少，優(yōu)選10重量％或更少。借助本發(fā)明所定義的固體含量變化值，可以評(píng)估平均顆粒尺寸相同的兩種漿料中大顆粒的相對(duì)含量。
根據(jù)需要，可以進(jìn)一步采用已知方法使用過(guò)濾器對(duì)經(jīng)過(guò)如上的離心的漿料進(jìn)行過(guò)濾。
固體含量變化滿足上述要求的本發(fā)明漿料具有良好的長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性，從而防止了顆粒附聚，并且使拋光處理期間產(chǎn)生的劃痕數(shù)目降低90％或更多。而且，本發(fā)明漿料的平均顆粒尺寸使得其能夠以良好的拋光生產(chǎn)率拋光襯底。因此，本發(fā)明漿料可以有利地用在對(duì)用于形成窄線寬小于0.16μm的微圖案的晶片的CMP處理中，或者用在對(duì)層間絕緣膜或淺溝槽的隔離(STI)的CMP處理中。
在隨后的實(shí)施例中進(jìn)一步描述和說(shuō)明本發(fā)明，然而，這些實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
制備1氧化鈰粉末的制備在750℃下氧化氫氧化鈰(ceria hydroxide)得到氧化鈰粉末，用球磨機(jī)研磨，得到平均顆粒直徑大約為40nm(使用XRD(X射線衍射)分析器測(cè)得)的氧化鈰粉末。
制備2制備拋光層在8英寸硅晶片上形成厚度為10,000的氧化硅層，根據(jù)PE-TEOS(等離子增強(qiáng)-四乙基原硅酸鹽)方法來(lái)制備待拋光層。
制備3氧化鈰漿料的制備將制備1中獲得的800g氧化鈰粉末分散到9,260g去離子水中，使用旋漿式攪拌器攪拌30分鐘獲得氧化鈰含水懸浮液。在攪拌的同時(shí)，將20g的含有40重量％的聚(丙稀酸)(重均分子量為3,000)的分散劑加入如上制得的氧化鈰懸浮液中。反應(yīng)期間，使用稀氨水或不含堿金屬離子(alkali ion)的硝酸將溶液的pH值保持在4-8。在200Mpa的壓力下使用高壓可濕分散機(jī)，將得到的溶液制成漿料，從而獲得8重量％氧化鈰漿料。
拋光漿料的制備實(shí)施例1將制備3中獲得的氧化鈰漿料通過(guò)以1,500rpm速度旋轉(zhuǎn)的柱狀離心機(jī)進(jìn)行離心，然后向其中加入去離子水，獲得5重量％的本發(fā)明氧化鈰漿料。
實(shí)施例2除了旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)?,000rmp外，重復(fù)實(shí)施例1的步驟，獲得5重量％的氧化鈰拋光漿料。
實(shí)施例3除了在離心之后通過(guò)1μm過(guò)濾器進(jìn)一步過(guò)濾所獲得的氧化鈰漿料外，重復(fù)上述實(shí)施例1的步驟，得到5重量％的氧化鈰漿料。
比較實(shí)施例1僅用去離子水對(duì)制備3中獲得的氧化鈰漿料進(jìn)行簡(jiǎn)單稀釋?zhuān)瑳](méi)有進(jìn)行離心，獲得5重量％的氧化鈰拋光漿料。
比較實(shí)施例2將制備3中獲得的氧化鈰漿料通過(guò)3μm過(guò)濾器過(guò)濾，沒(méi)有經(jīng)過(guò)離心，用去離子水稀釋?zhuān)@得5重量％氧化鈰拋光漿料。
比較實(shí)施例3在650℃氧化氫氧化鈰(ceria hydroxide)得到氧化鈰粉末，用球磨機(jī)研磨該粉末得到平均顆粒直徑大約為25nm(使用XRD(X射線衍射)分析器測(cè)得)的氧化鈰粉末。按照制備3的方法，將這種氧化鈰粉末做成漿料，離心并稀釋獲得5重量％的氧化鈰拋光漿料。

結(jié)果顯示兩個(gè)多層膜A和B在所有的測(cè)試層壓溫度下都給出對(duì)于良好的切片和晶片粘著性能而言可接受的剝離強(qiáng)度，對(duì)切片帶的剝離強(qiáng)度為0.05-小于0.5N/cm，對(duì)硅晶片的剝離強(qiáng)度為0.5-10N/cm。比較例膜C在所有層壓溫度下，對(duì)切片帶都具有可接受的剝離強(qiáng)度，然而在低于商業(yè)上所需的50℃的層壓溫度下，其對(duì)硅晶片的粘性是不令人滿意的。比較例膜D在所有層壓溫度下對(duì)硅晶片都具有可接受的剝離強(qiáng)度，然而在所有測(cè)試條件下，其對(duì)切片帶的粘性都太高。比較例商品膜H對(duì)切片帶具有良好的粘性，但在低于50℃時(shí)對(duì)硅晶片的粘度不足。
首先將脫膜襯墊從切片帶和要測(cè)試的膜上移走，制得樣本用于測(cè)試對(duì)切片帶的剝離強(qiáng)度。之后將上述兩層膜在室溫和0.21MPa的壓力下層壓在一起并切成10mm寬的帶子。從膜的剩余暴露表面去除脫膜襯墊，并隨后將層壓結(jié)構(gòu)(切片帶加膜)在合適的試驗(yàn)溫度下層壓到載玻片上，使切片帶位于上表面，膜貼著載玻片。剝離由人工開(kāi)始。
首先將脫膜襯墊從要測(cè)試的膜上移走并將其在指定的測(cè)試溫度下層壓到硅公司制造)和IC1000/suba IV層疊墊(stacked pad)(由美國(guó)Rodel Inc.制造)，在3.5psi的壓力下持續(xù)90秒，來(lái)拋光制備2中獲得的待拋光層。以150ml/min的速率添加拋光漿料，上標(biāo)度盤(pán)(upward plate)轉(zhuǎn)速是104rpm，下標(biāo)度盤(pán)(downward plate)轉(zhuǎn)速是110rpm。
拋光后，使用AIT-XP(由美國(guó)KLAT Tenco公司制造)測(cè)定在所述層上形成的尺寸大于0.16μm的劃痕數(shù)目，使用Therma-waveOptiprobe 300系列(美國(guó)Therma-wave的產(chǎn)品)測(cè)定拋光量。結(jié)果也在表2中列出。
表2

如表2中所示，根據(jù)本發(fā)明的氧化鈰漿料與現(xiàn)有的漿料相比，具有優(yōu)異的分散穩(wěn)定性，且其在足夠的高的拋光速率下能顯著地降低劃痕數(shù)目。
雖然，上面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述和說(shuō)明，但是在不偏離隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于拋光半導(dǎo)體薄層的氧化鈰含水漿料，其包含體積平均顆粒尺寸為0.1到0.2μm的氧化鈰顆粒，該漿料的特征在于當(dāng)在1970g0的平均離心力(g)的作用下離心2分鐘后，所述含水漿料中的固體含量降低20重量％或更少，其中g(shù)0代表重力加速度。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鈰含水漿料，其通過(guò)將氧化鈰粉末以0.5到20重量％的濃度分散到水中，并將所得漿料以1,000到5,000rpm的轉(zhuǎn)速離心而制得。
3.如權(quán)利要求2所述的氧化鈰含水漿料，其中使所述漿料通過(guò)柱狀離心機(jī)進(jìn)行離心。
4.一種使用如權(quán)利要求1所述的氧化鈰含水漿料拋光半導(dǎo)體或絕緣材料薄層的表面的方法。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述半導(dǎo)體薄層用于形成線寬小于0.16μm的微圖案。
全文摘要
一種不附聚的氧化鈰含水漿料，其具有良好的分散穩(wěn)定性和優(yōu)異的拋光生產(chǎn)率并產(chǎn)生較少的劃痕，其包含體積平均顆粒尺寸為0.1到0.2μm的氧化鈰顆粒，且其特征在于當(dāng)在1970g
文檔編號(hào)C09G1/02GK1680510SQ200510067780
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者趙允珠, 鄭鐘植, 崔東泉 申請(qǐng)人:三星康寧株式會(huì)社