化学机械研磨颗粒、浆料及其制造方法技术

一种化学机械研磨颗粒、浆料及其制造方法，将有机纳米颗粒置入含纳米级氧化铈的反应溶液，由颗粒间的静电吸引力，组装纳米级氧化铈于有机纳米颗粒表面，以形成具有二氧化铈壳层的化学机械研磨颗粒，并以此组成化学机械研磨浆料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种研磨材料及其制造方法，特别是关于一种化学机械研磨颗粒、浆料及其制造方法。
技术介绍
半导体产业技术日新月异，为了增加组件的有效使用体积，导线不断的朝向微细化及多层化发展，导致半导体制程技术的困难度增高。相较于其它平坦化方式，化学机械研磨技术(chemical mechanical polishing，CMP)具有全区域平坦化(global planarization)的特性，有助于良率的提升，为半导体制程技术中不可或缺的一项技术。在化学机械研磨制程中，具有相当多的变量如：研磨浆料、研磨垫(polishing pad)、研磨机台的设计、研磨时的操作条件，如转速、流速、施与晶圆的压力等。其中影响最直接的就是研磨浆料(polishing slurry)，研磨浆料系以陶瓷粉体作为主体，亦是产生机械研磨(mechanical abrasion)效果的关键物质，直接影响研磨移除率、研磨选择率、晶圆平坦度，进而影响积层的粗糙度(roughness)及缺陷密度(defect densities)等。而陶瓷粉体的特性，包括粉体成分、粒径大小、粒径分布、粉体型态、粉体纯度与晶型构造等性质，均直接影响浆料的性质，决定研磨成效的好坏。目前国内外半导体厂的化学机械研磨制程，皆是使用无机型陶瓷颗粒(ceramic particles)所组成的研磨浆料，其依研磨颗粒种类的不同可大约略区分为氧化硅、氧化铝及氧化铈研磨颗粒。氧化硅研磨颗粒可利用气相合成(fumed silica)或液相合成的方式来制造，液相合成又可区分为沉淀性硅颗粒(precipitated silica)及硅胶体(colloidal silica)两类，沉淀性硅颗粒其通常是由硅酸钠(NaSiO2)合成而得到，与离子交换法所制造出来的硅胶体研-->磨液相比较，硅胶体研磨液的钠离子污染虽然偏高，但相对于沉淀法而言仍较低，故其一直被当作硅晶圆一次及二次抛光研磨使用的研磨颗粒。硅胶体颗粒呈现圆球状，所以不容易在研磨过程中造成晶圆的刮伤，但其缺点是研磨速率较低，且价格较高。氧化铝研磨颗粒一般常作为金属层研磨使用，如钨(tungsten)及铜(copper)等。但氧化铝的硬度较高，常发生刮伤晶圆表面或是颗粒残留镶嵌于金属线的缺点。氧化铝的合成，常用固态反应法、液相溶液法及溶胶-凝胶法(sol-gel)等。固态反应法制备成本低，但纯度较低且粒径大；而溶液法可制备纯度高、粒径小的氧化铝颗粒，但会有硬凝聚(hard aggregate)的现象。溶胶-凝胶法(sol-gel)则是利用铝金属醇盐在水溶液中经水解制备成先导物(precursor)后，再进行缩合、聚合作用形成分子团，然后再经过煅烧处理以获得氧化铝颗粒。由于氧化铈研磨颗粒表面具有对于氧化硅极强的活性的路易斯酸位置(Lewis acid active site)，可与其形成氧桥基键结(oxygenbridging bonding)，特别是对于浅沟渠隔离技术(shallow trench isolation，STI)制程，具有提高选择比的优点，可提供足够的研磨速率。所谓高选择比是指对二氧化硅的磨除率高于氮化硅硬质罩。然而氧化铈研磨颗粒的铈为稀土元素，其价格较高，另外氧化铈研磨颗粒的粒径大都超过100纳米，在水中稳定性较差且容易聚集，需添加分散剂并调整在中性的pH值范围使用，以避免颗粒的聚集。此外，氧化铈研磨颗粒比重太大，不易于水溶液中悬浮，易沉降造成研磨剂传输时管路及过滤器堵塞。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种化学机械研磨颗粒、浆料及其制造方法，由特殊制程，形成具有二氧化铈壳层的纳米研磨颗粒，并以此组成化学机械研磨浆料。为实现上述目的，本专利技术提供的化学机械研磨颗粒，包含：一有机纳米颗粒；-->一二氧化铈壳层，形成于该有机纳米颗粒表面。所述的化学机械研磨颗粒，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。所述的化学机械研磨颗粒，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。本专利技术提供的化学机械研磨颗粒的制造方法，步骤包含：将一有机纳米颗粒置入一反应溶液，其含有复数纳米级氧化铈；及组装该纳米级氧化铈于该有机纳米颗粒表面以形成一化学机械研磨颗粒。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该反应溶液包含尿素及硝酸铵铈溶液。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该反应溶液的酸碱值为pH2.0～5.3之间。本专利技术提供的化学机械研磨浆料，包含：复数化学机械研磨颗粒，包含：一有机纳米颗粒；一二氧化铈壳层，形成于该有机纳米颗粒表面；及一界面活性剂，该化学机械研磨颗粒分散于该界面活性剂。所述的化学机械研磨浆料，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。所述的化学机械研磨浆料，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。所述的化学机械研磨浆料，其中该界面活性剂为一离子型界面活性剂。-->所述的化学机械研磨浆料，其中该离子型界面活性剂为十二烷基硫酸钠。本专利技术提供的化学机械研磨浆料的制造方法，步骤包含：将复数有机纳米颗粒置入一反应溶液，其含有复数纳米级氧化铈；组装该纳米级氧化铈于该有机纳米颗粒表面以形成复数化学机械研磨颗粒；分离该化学机械研磨颗粒与大部分的该反应溶液；及混合该化学机械研磨颗粒与一界面活性剂。所述的化学机械研磨浆料的制造方法，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。所述的化学机械研磨浆料的制造方法，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该反应溶液包含尿素及硝酸铵铈溶液。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该反应溶液的酸碱值为pH2.0～5.3之间。所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其中该分离该化学机械研磨颗粒与大部分的该反应溶液的步骤，以离心方式使该化学机械研磨颗粒与该反应溶液分离。所述的化学机械研磨浆料的制造方法，其中该界面活性剂为一离子型界面活性剂。所述的化学机械研磨浆料，其中该离子型界面活性剂为十二烷基硫酸钠。本专利技术提供的化学机械研磨颗粒，由于有机纳米颗粒具有弹性，可避免目前使用无机研磨颗粒研磨所造成晶圆表面刮偒(scratch)问题，并提高化学机械研磨制程的平坦度。本专利技术提供的化学机械研磨颗粒的制造方法，由颗粒间的静电吸引力，组装纳米级氧化铈于有机纳米颗粒表面以形成化学机械研磨颗粒。-->本专利技术提供的化学机械研磨浆料，包含界面活性剂及复数化学机械研磨颗粒。化学机械研磨颗粒包括有机纳米颗粒二氧化铈壳层，二氧化铈壳层形成于有机纳米颗粒表面；化学机械研磨颗粒分散于界面活性剂。本专利技术提供的化学机械研磨浆料的制造方法，包含将有机纳米颗粒置入含纳米级氧化铈的反应溶液；由颗粒间的静电吸引力，组装纳米级氧化铈于有机纳米颗粒表面以形成化学机械研磨颗粒；分离化学机械研磨颗粒与大部分的反应溶液；混合化学机械研磨颗粒与界面活性剂。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；及图2为本专利技术实施例的二氧化硅与氮化硅选择比示意图。具体实施方式为使对本专利技术的目的、特征及其功能有进一步的了解，详细说明如下：本专利技术实施例提供化学机械研磨颗粒与浆料的制造方法，先形成化学机械研本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨颗粒，包含：一有机纳米颗粒；一二氧化铈壳层，形成于该有机纳米颗粒表面。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械研磨颗粒，包含：一有机纳米颗粒；一二氧化铈壳层，形成于该有机纳米颗粒表面。2.如权利要求1所述的化学机械研磨颗粒，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。3.如权利要求1所述的化学机械研磨颗粒，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。4.一种化学机械研磨颗粒的制造方法，步骤包含：将一有机纳米颗粒置入一反应溶液，其含有复数纳米级氧化铈；及组装该纳米级氧化铈于该有机纳米颗粒表面以形成一化学机械研磨颗粒。5.如权利要求4所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。6.如权利要求4所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。7.如权利要求4所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其特征在于，其中该反应溶液包含尿素及硝酸铵铈溶液。8.如权利要求4所述的化学机械研磨颗粒的制造方法，其特征在于，其中该反应溶液的酸碱值为pH2.0～5.3之间。9.一种化学机械研磨浆料，包含：复数化学机械研磨颗粒，包含：一有机纳米颗粒；一二氧化铈壳层，形成于该有机纳米颗粒表面；及一界面活性剂，该化学机械研磨颗粒分散于该界面活性剂。10.如权利要求9所述的化学机械研磨浆料，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒以乳化聚合法合成。11.如权利要求9所述的化学机械研磨浆料，其特征在于，其中该有机性纳米颗粒为纳米级聚苯乙烯颗粒。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光祖，詹舒斐，刘旭娟，蔡明莳，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]