專利名稱：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)過長時(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)行了許多嘗試來提高氧化鈰漿料的分散穩(wěn)定性能。
近來，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，開發(fā)不產(chǎn)生劃痕的氧化鈰漿料成為必要。日本未審專利公開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，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，日本未審專利公開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，通過激光散射粒徑分布分析儀測得，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商購獲得或用傳統(tǒng)的工藝制備，例如，通過在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值來選擇分散劑，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濾器對(duì)經(jīng)過如上的離心的漿料進(jìn)行過濾。
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1μm過濾器進(jìn)一步過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)行簡單稀釋，沒有進(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3μm過濾器過濾，沒有經(jīng)過離心，用去離子水稀釋，獲得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試的膜上移走，制得樣本用于測試對(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。剝離由人工開始。
首先將脫膜襯墊從要測試的膜上移走并將其在指定的測試溫度下層壓到硅公司制造)和IC1000/suba IV層疊墊(stacked pad)(由美國Rodel Inc.制造)，在3.5psi的壓力下持續(xù)90秒，來拋光制備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(upward plate)轉(zhuǎn)速是104rpm，下標(biāo)度盤(downward plate)轉(zhuǎn)速是110rpm。
拋光后，使用AIT-XP(由美國KLAT Tenco公司制造)測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Therma-wave的產(chǎn)品)測定拋光量。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