專利名稱：形貌控制的氧化鈰顆粒和制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米級(jí)形貌控制的氧化鈰拋光材料制備方法及其應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是形貌控制的氧化鋪顆粒和制備方法及其在半導(dǎo)體器件淺溝隔離(Shallow TrenchIsolation, STI)制造工藝中化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)城市化、科技化、人性化的發(fā)展，集成電路的應(yīng)用得到了蓬勃的發(fā)展，大規(guī)模集成電路(VLIC)是由各個(gè)獨(dú)立的器件通過特定的電子學(xué)通路連接起來的，因此在集成電路制造中必須能夠把器件按要求隔離開來，隨后這些器件按設(shè)計(jì)要求互相連接以形成所需要的特定的電路結(jié)構(gòu)；隔離的優(yōu)劣會(huì)造成是否漏電、擊穿低、閂鎖效應(yīng)(Latch up)等，因此隔離技術(shù)是集成電路制造中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；0.5 μ m以上的MOS工藝器件之間的隔離一般采用“局部氧化結(jié)構(gòu)”(Local Oxidation of Silicon, LOCOS),它的特點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單,在3~0.5 μ m的工藝中被廣泛采用,其缺點(diǎn)是隔離區(qū)會(huì)形成鳥嘴形的結(jié)構(gòu)(Birds Beak)和伴隨的應(yīng)力，減小了有源區(qū)的有效長(zhǎng)度；局部氧化結(jié)構(gòu)的制作過程是利用氮化硅(SiN)薄膜掩蔽氧化層的特點(diǎn)，先在器件的有源區(qū)覆蓋一層Si3N4，接著在暴露的隔離場(chǎng)區(qū)通過濕氧氧化生長(zhǎng)一層較厚的氧化層，最后去除Si3N4層，形成有源區(qū)后在有源區(qū)中制作器件；隨著器件向深亞微米發(fā)展，即使改進(jìn)的局部氧化結(jié)構(gòu)仍存在應(yīng)力和“鳥嘴”問題，并存在場(chǎng)氧減薄效應(yīng)(Field oxide thinning),于是出現(xiàn)了“淺溝渠隔離技術(shù)”(Shallow TrenchIsolation, STI)取代了局部氧化結(jié)構(gòu)，在0.25 μ m及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，淺溝渠隔離技術(shù)被廣泛采用，在器件進(jìn)一步向90 nm節(jié)點(diǎn)以下發(fā)展時(shí)，淺溝渠隔離需要高選擇性的CMP工藝，即對(duì)氧化硅有高去除率，對(duì)氮化硅有零損失率的CMP拋光液，當(dāng)器件進(jìn)一步向60 nm節(jié)點(diǎn)以下發(fā)展時(shí)，淺溝渠隔離拋光工藝引起的劃傷越來越成為引起重視的問題，尋求和設(shè)計(jì)對(duì)氧化硅有高去除率和對(duì)氮化硅有零損失率，并且低劃傷的拋光材料的制備及其配方成為十分迫切的問題，隨之而來的是低劃傷拋光材料的制備和拋光材料顆粒形貌不能控制問題的彰顯。氧化鈰的CMP拋 光去除率是指在拋光過程中，氧化鈰顆粒通過本身和結(jié)合了化學(xué)，機(jī)械以及其它相關(guān)作用對(duì)拋光件表面物質(zhì)的去除能力，它有別于單純以機(jī)械切削為機(jī)理的研磨，氧化鈰CMP拋光去除率是由多種因素決定的，其中由磨料顆粒的平均粒度大小，磨料顆粒的形狀，機(jī)械壓力下磨料顆粒與工件間表面化學(xué)行為是幾個(gè)重要的因素；另一方面，拋光后直接呈現(xiàn)的劃傷缺陷和下道工藝氮化娃剝離(Nitride stripping)后才顯露的潛影式的微米級(jí)大小劃傷缺陷(Latent Micro-scratches),主要?dú)w結(jié)于磨料顆粒的機(jī)械作用以及與它相關(guān)的作用，一個(gè)方案是利用超小顆粒的納米級(jí)拋光液，劃傷缺陷固然可以減少，但低拋光去除率增加了拋光時(shí)間，并降低了拋光后晶片的平整度，這大大減少了使用超小顆粒的納米級(jí)拋光液的可行性；所以，既能維持拋光去除率又能盡量減少劃傷缺陷似乎是一個(gè)難以兩全的問題。拋光磨料顆粒有不同的形狀，一般來說，顆粒形狀帶有不規(guī)則鋒利棱角的顆粒在拋光工件表面上以滑動(dòng)為主，由此引起的局部摩擦力比較大，其結(jié)果是一方面拋光去除率較大，同時(shí)產(chǎn)生劃傷缺陷的幾率也高，圓潤的顆粒在拋光工件表面上以滾動(dòng)為主，其機(jī)械摩擦作用和拋光去除率相對(duì)較小，產(chǎn)生劃傷缺陷的幾率就低；而隨著人們對(duì)拋光過程和形成劃傷缺陷機(jī)理的理解，通過形貌的可控性去調(diào)控去除率和劃傷缺陷相互關(guān)系以達(dá)到工藝最佳化是非常必要的，由特定形貌的顆粒組合配方拋光液可以滿足化學(xué)機(jī)械平整化特定階段中不同的側(cè)重與要求，使半導(dǎo)體器件淺溝渠隔離制造工藝中的化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)達(dá)到去除率和劃傷缺陷最優(yōu)化，既保持拋光的去除率又能降低拋光后的劃傷缺陷，又提高了器件淺溝隔離工藝的成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種形貌控制的氧化鈰顆粒和制備方法及其應(yīng)用，解決現(xiàn)有拋光過程中的穩(wěn)定性差，成品率低及生產(chǎn)成本高等技術(shù)問題。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種形貌控制的氧化鈰顆粒的制備工藝，所述形貌控制的氧化鈰顆粒是由下列步驟制備的:
第一步:將含鈰的化合物配制成含鈰水相溶液，攪拌均勻，所述含鈰的化合物采用硝酸鈰、碳酸鈰或硫酸鈰中的一種或多種混合物，所述含鈰水相溶液的鈰離子摩爾濃度為0.1-1.0M ；
第二步:將上述攪拌均勻的含鈰水相溶液與堿性溶液體系邊攪拌邊均勻地混合，所述堿性溶液體系的氫氧離子摩爾濃度為0.01-10M，體積為上述含鈰水相溶液的6-8倍，所述堿性溶液體系為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液；
第三步:將上述混合均勻的溶液在 常溫常壓或水熱法條件下升溫至100°C，生成氧化鈰或氧化鈰前體，所述常溫常壓為溫度24.5-25.5 V，壓強(qiáng)為608-912毫米汞柱；
第四步:將上述生成的氧化鈰或氧化鈰前體先過濾分離，再依次用去離子水和乙醇洗滌，最后在空氣中烘干，烘干溫度為60°C，烘干后在空氣中進(jìn)行煅燒2-4h，煅燒溫度為400-600 °C,自然冷卻至室溫。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:在堿性溶液體系內(nèi)含有添加劑穩(wěn)定pH值,所述添加劑采用烷基胺或烷氧基胺化合物，體積濃度為0.l_5ml/m3，所述烷基胺或烷氧基胺化合物為六亞甲基四胺或乙醇胺。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述形貌控制的氧化鈰顆粒在淺溝渠隔離拋光工藝中的拋光液的應(yīng)用為，根據(jù)拋光過程階段對(duì)去除率和劃傷缺陷的要求，配成拋光液，用于不同的拋光階段，具體做法是:將拋光過程分成粗拋和精拋兩個(gè)階段，在粗拋階段利用高去除率的氧化鈰粒子完成去除量以保持最佳平整度，然后在精拋階段利用低劃傷的氧化鈰粒子實(shí)現(xiàn)對(duì)劃傷缺陷的要求。本發(fā)明所述一種形貌控制的氧化鈰顆粒和制備方法及其應(yīng)用采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:(1)本發(fā)明采用水熱化學(xué)法和常規(guī)化學(xué)法不同的顆粒材料的制備技術(shù)，利用控制的反應(yīng)條件制備多種形貌控制的氧化鈰顆粒，在理解使淺溝渠隔離制造工藝中的化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)對(duì)去除率和劃傷缺陷在不同拋光工藝階段中不同的側(cè)重與要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種形貌控制的氧化鈰顆粒配制組合拋光液，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的工藝組合，使淺溝渠隔離制造工藝中的化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)成品率達(dá)到比較理想的狀態(tài)。(2)本發(fā)明通過制備多種形貌控制的氧化鈰顆粒和配制組合拋光液，建立多種形貌控制的氧化鈰顆粒有關(guān)拋光去除率和劃傷缺陷的數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)數(shù)字化模型，用于對(duì)各種不同工藝要求設(shè)計(jì)出合適的工藝流程和操作參數(shù)，可以解決拋光過程中不易解決的穩(wěn)定性的問題，使規(guī)模生產(chǎn)具有更好重復(fù)性；使工藝設(shè)置優(yōu)化并提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本。


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圖1為本發(fā)明的制備多面體氧化鈰顆粒的掃描電鏡圖(SEM)；
圖2為本發(fā)明的制備棒狀氧化鈰顆粒的掃描電鏡圖(SEM)；
圖3為本發(fā)明對(duì)照例固體化學(xué)法氧化鈰顆粒的掃描電鏡圖(SEM)；
圖4為氧化鈰拋光液組合應(yīng)用的技術(shù)方案。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
實(shí)施例1:如圖1所示多面體氧化鈰顆粒的制備方法，步驟為:
第一步:將一定量的含鈰的化合物， 配制成鈰離子濃度為0.5M的水相溶液10毫升，攪拌均勻，在攪拌的條件下逐步加入70毫升氫氧離子濃度為Kr2 M的氫氧化鈉溶液，充分?jǐn)嚢?0分鐘；
第二步:將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)釜中，加熱到100°C并維持20h，利用過濾分離出反應(yīng)生成物，依次用去離子水和乙醇洗滌反應(yīng)生成物，并在空氣中烘干，烘干溫度為60 0C ；
第三步:將烘干后的反應(yīng)生成物在600°C的馬弗爐中煅燒2h，自然冷卻至室溫后取出。實(shí)施例2:如圖2所示棒狀氧化鈰顆粒的制備方法，步驟為:
第一步:將一定量的含鈰的化合物，配制成鈰離子濃度為0.5M的水相溶液10毫升，攪拌均勻，在攪拌的條件下逐步加入70毫升氫氧離子濃度為6M的氫氧化鈉溶液，充分?jǐn)嚢?0分鐘；
第二步:將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)釜中，加熱到100°C并維持20h，利用過濾分離出顆粒形態(tài)的反應(yīng)生成物，依次用去離子水和乙醇洗滌反應(yīng)生成物，并在空氣中烘干，烘干溫度為60°C ；
第三步:將烘干后的反應(yīng)生成物在600°C的馬弗爐中煅燒2h，自然冷卻至室溫后取出。對(duì)照例1:如圖3所示，利用固體化學(xué)法生產(chǎn)氧化鈰顆粒的制備方法，步驟為: 第一步:將含鈰的化合物碳酸鈰或氫氧化鈰加入煅燒爐中進(jìn)行煅燒，逐漸升溫至
600°C，在此溫度下恒溫2-4h，得到氧化鈰粉體；
第二步:將所得氧化鈰粉體配方成PH為3-4的漿料，粗磨15h，然后調(diào)節(jié)pH為3-4再精磨2h，最后得到氧化鈰拋光漿料。對(duì)照例2:利用常規(guī)濕法化學(xué)氧化鈰顆粒的制備方法，步驟為:
第一步:將一定量的含鈰的化合物，配制成一定濃度的水相溶液，典型鈰離子濃度范圍為0.05-0.5 M,攪拌均勻，在攪拌的條件下逐步加入氫氧化鈉溶液或其他堿性溶液體系溶液至pH為9，充分?jǐn)嚢?0分鐘；第二步:過濾分離出顆粒形式的反應(yīng)生成物，依次用去離子水和乙醇洗滌反應(yīng)生成物，并在空氣中烘干，烘干溫度為60°C ；
第三步:將烘干后的反應(yīng)生成物在600°C的馬弗爐中煅燒2h，自然冷卻至室溫后取出。所述形貌控制的氧化鈰顆粒在淺溝渠隔離拋光工藝中的拋光液的應(yīng)用為，根據(jù)拋光過程階段對(duì)去除率和劃傷缺陷的要求，配成拋光液，用于不同的拋光階段，具體技術(shù)方案參見圖4:將拋光過程分成粗拋和精拋兩個(gè)階段，在粗拋階段利用高去除率的氧化鈰粒子完成大部分去除量并得以保持最佳平整度，此時(shí)隨著拋光時(shí)間的增加，磨量和劃傷缺陷逐步增大，然后在精拋階段利用低劃傷的氧化鈰粒子進(jìn)行精密加工，此時(shí)隨著拋光時(shí)間的增加，整體磨量有少許增大，重要的是劃傷缺陷逐步得到修整，從而得以實(shí)現(xiàn)對(duì)劃傷缺陷的工藝要求。測(cè)試性能:
對(duì)實(shí)施例1~2和對(duì)照例1~2的氧化鈰顆粒粒度大小和氧化鈰顆粒形狀測(cè)試，結(jié)果見表
權(quán)利要求
1.一種形貌控制的氧化鈰顆粒的制備工藝，其特征在于:所述形貌控制的氧化鈰顆粒是由下列步驟制備的: 第一步:將含鈰的化合物配制成含鈰水相溶液，攪拌均勻，所述含鈰的化合物采用硝酸鈰、碳酸鈰或硫酸鈰中的一種或多種混合物，所述含鈰水相溶液的鈰離子摩爾濃度為0.1-1.0M ； 第二步:將上述攪拌均勻的含鈰水相溶液與堿性溶液體系邊攪拌邊均勻地混合，所述堿性溶液體系的氫氧離子摩爾濃度為0.01-10M，體積為上述含鈰水相溶液的6-8倍，所述堿性溶液體系為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液； 第三步:將上 述混合均勻的溶液在常溫常壓或水熱法條件下升溫至100°C，生成氧化鈰或氧化鈰前體，所述常溫常壓為溫度24.5-25.5 V，壓強(qiáng)為608-912毫米汞柱； 第四步:將上述生成的氧化鈰或氧化鈰前體先過濾分離，再依次用去離子水和乙醇洗滌，最后在空氣中烘干，烘干溫度為60°C，烘干后在空氣中進(jìn)行煅燒2-4h，煅燒溫度為400-600 °C,自然冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形貌控制的氧化鈰顆粒的制備工藝，其特征在于:所述堿性溶液體系內(nèi)含有添加劑穩(wěn)定PH值，所述添加劑采用烷基胺或烷氧基胺化合物，體積濃度為_5ml/m3，所述烷基胺或烷氧基胺化合物為六亞甲基四胺或乙醇胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形貌控制的氧化鈰顆粒的制備工藝，其特征在于:所述形貌控制的氧化鈰顆粒在淺溝渠隔離拋光工藝中的拋光液的應(yīng)用為，根據(jù)拋光過程階段對(duì)去除率和劃傷缺陷的要求，配成拋光液，用于不同的拋光階段，具體做法是:將拋光過程分成粗拋和精拋兩個(gè)階段，在粗拋階段利用高去除率的氧化鈰粒子完成去除量以保持最佳平整度，然后在精拋階段利用低劃傷的氧化鈰粒子實(shí)現(xiàn)對(duì)劃傷缺陷的要求。
全文摘要
一種形貌控制的氧化鈰顆粒和制備方法及其應(yīng)用，通過控制堿性溶液的濃度從而進(jìn)一步控制所生成的氧化鈰顆粒的粒度和形狀；根據(jù)拋光過程階段對(duì)磨量和劃傷缺陷的不同要求，將形貌控制的氧化鈰顆粒組合起來配方成適應(yīng)不同拋光過程階段的拋光液，本發(fā)明配制的拋光液特別適用于90納米以下的半導(dǎo)體器件淺溝隔離技術(shù)中拋光工藝的應(yīng)用，由于形貌的可控性使得可選擇特定形貌的顆粒滿足化學(xué)機(jī)械平整化特定階段的要求，使半導(dǎo)體器件淺溝渠隔離制造工藝中的化學(xué)機(jī)械平整化達(dá)到既保持拋光的去除率又能降低拋光后的劃傷缺陷，從而提高了器件淺溝隔離工藝的成品率。
文檔編號(hào)C01F17/00GK103086417SQ20131002888
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者茅云, 奚瑞華 申請(qǐng)人:吳江創(chuàng)源新材料科技有限公司