[发明专利]磨料颗粒、抛光浆料及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2005年12月16日，申请号为200510134775.9，发明名称为“磨料颗粒、抛光浆料及其制造方法”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于化学机械抛光(以下简称为“CMP”)制程的浆料。特别是涉及一种用于浅槽隔离(STI，shallow trench isolatein)CMP制程的抛光浆料，该抛光浆料为制造256M(mega)或更高的D-RAM超高集成半导体(设计标准小于或等于0.13μm)所必需，其能够以很高的移除速率对晶圆进行抛光，与氮化物比较而言，该抛光浆料具有优异的氧化物移除选择性。此外，本发明还涉及磨料颗粒，以及该磨料颗粒和抛光浆料的制造方法。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是一种半导体加工技术，即在晶片与抛光垫之间使用磨料颗粒进行机械加工的同时还使用浆料进行化学蚀刻。这种方法从上个世纪的八十年代由美国IBM公司开发成功至今，已经成为全球生产亚微米级半导体晶片制造中的整体表面化技术的核心工艺。

抛光浆料的种类按其所要处理对象大致可分为氧化物抛光浆料、金属抛光浆料和多硅晶片抛光浆料等三种。氧化物抛光浆料适用于抛光浅槽隔离(STI，shallow trench isolation)工艺中中间层绝缘膜的表面以及二氧化硅(SiO₂)层，它大致包括抛光粒子、脱离子水、pH稳定剂和表面活性剂等成分。其中的抛光粒子在抛光制程中所起的作用就是通过抛光机产生的压力而对被加工物表面进行机械抛光处理。抛光粒子的成分可以是二氧化硅(SiO₂)、二氧化铈(CeO₂)或三氧化二铝(Al₂O₃)。

具体地说，在STI工艺中，通常将二氧化铈浆料用于抛光二氧化硅层，此时，可主要采用氮化硅层作为抛光终止层。通常，可将添加剂加入该二氧化铈浆料以减小氮化物层的移除速度，从而改善氧化物层对氮化物层的抛光速度选择性。但是，使用添加剂是不利的，原因在于其可减小氧化物层的移除速度以及氮化物层的移除速度。此外，二氧化铈浆料的抛光剂颗粒通常大于硅石浆料的抛光剂颗粒，而让晶圆表面具有划痕。

但是，如果氧化物层对氮化物层的抛光速度选择性较低，则由于过量氧化物层被移除，邻近氮化物层图案被破坏，导致在被加工表面发生凹陷现象。因此，不可能实现均匀的表面平整性。

因此，在STI的CMP制程中所使用的抛光浆料要具备高选择性、高抛光速度、高分散度、高度稳定的微观划痕分布以及高度集中和均匀的粒子粒度分布范围。另外，粒度≥1μm的粒子的数量必须控制在预定范围之内。

日本日立公司的美国专利号为6,221,118和6,343,976的两项专利技术提供了STI CMP中所采用的常规技术，即制备二氧化铈的方法，采用二氧化铈做抛光粒子时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。这两项专利描述了STI CMP工艺中抛光浆料必须具备的特性、含添加剂聚合物的类型以及在各种特殊情况和一般情况下使用它们的方法。尤其值得一提的是，这两项专利中还提出了抛光粒子、初级抛光粒子及二级粒子粒度均值的范围以及煅烧温度的改变可导致抛光粒子粒度改变及其抛光表面划痕改变的情况。另外一种常规技术，美国专利号为6,420,269属于日立公司的技术，为我们提供了制备多种二氧化铈粒子的方法以及采用二氧化铈做抛光粒子时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。同时，美国专利编号6,615,499，属于日立公司的专利技术还为我们提供了在预定的X-射线辐射范围内依赖锻烧升温速度的抛光粒子峰值密度的变化率及抛光去除速度的变化情况。另外，早些时期属于日本Showa Denko有限公司的美国专利号为6,436,835、6,299,659、6,478,836、6,410,444及6,387,139的专利所提供的技术中，也为我们指出了制备二氧化铈的方法以及采用二氧化铈做抛光粒子时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。这些专利中大多是描述抛光浆料的添加剂、其对抛光效果的影响以及耦合添加剂。

但是，上述现有技术仅揭示构成抛光浆料的磨料颗粒的平均颗粒尺寸及其范围，而缺少关于磨料颗粒的原材料的种类及特征、涉及这些特征的煅烧制程以及以此方式所获得的二氧化铈颗粒的特性等细节。