抛光浆料及其制备方法和抛光基板的方法技术

本发明专利技术是有关于一种抛光浆料及其制备方法和抛光基板的方法。具体的说，是一种用于抛光半导体晶片的化学机械抛光浆料。更具体的说，本发明专利技术提供了这种浆料的制备方法及其抛光基板的方法，此种浆料对≥２５６兆Ｄ－ＲＡＭ的超高集成半导体硅片（其厚度≤０．１３μｍ）的浅槽隔离ＣＭＰ生产工艺中做阻隔膜的氮化物层具有较高的选择性，并且减少了抛光表面的微观划痕现象的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抛光浆料，具体的说是一种化学机械抛光(以下简称‘CMP’)浆料，可用于半导体薄片表面的化学机械抛光。更具体的说，本专利技术涉及了一种高性能抛光浆料的制备方法及其抛光基板的方法。这种抛光浆料在256兆或更高的D-RAM超高集成半导体硅片(设计标准≤0.13μm)制作工艺的浅槽隔离CMP过程中，对用作阻隔膜的氮化物层具备高选择性，并且可减少抛光面上微观划痕的出现。
技术介绍
CMP是一种半导体加工技术，即在夹持晶片与抛光垫之间导入抛光浆料，在其化学腐蚀对加工表面进行抛光的同时还进行机械抛光。这种方法自从上个世纪八十年代由美国IBM公司开发成功至今，现今已成为全球生产亚微米级半导体芯片的最基本的方法。抛光浆料按其所要处理表面的种类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STI工艺中绝缘膜的表面以及氧化硅的表面，它大致由抛光粒子、脱离子水、pH稳定剂和表面活性剂等成分组成。其中的抛光粒子在抛光中所起的作用就是通过抛光机产生的压力采用机械的方法对被加工物表面进行抛光处理。抛光粒子的成分可以是氧化硅(SiO2)、二氧化铈(CeO2)或三氧化二铝(Al2O3)。特别的是，二氧化铈抛光浆料经常在STI(浅槽隔离)工艺中用于二氧化硅表面抛光，此时，通常主要采用氮化硅作为抛光阻滞面。通常在二氧化铈浆料中加入添加剂来减小氮化物层的消除速率，改善氧化物层对氮化物层抛光速率的选择性。缺点是使用添加剂不仅降低了氮化物层的消除速率，而且降低了氧化物层的消除速率。二氧化铈浆料中抛光粒子的粒径大于硅石浆料，因此会伤及晶片的表面。虽然如此，如果氧化物层对氮化物层的选择速度较低，通常情况下，会因过量氧化物层被除去，邻近氮化物层被破坏而在被加工表面形成碟形凹坑。这样，就不会达到抛光的目的。因此，在STI CMP过程中所使用的抛光浆料要具备高选择性、高抛光速率、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有限的范围以内。日本日立公司美国专利号为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。尤其特别的是，这两项专利中还提出了抛光粒子、初级抛光粒子及次级抛光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，美国专利号为6,420,269，属于日立公司的常规技术，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煅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。而且，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，还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及其对抛光效果的影响以及耦合添加剂的情况。然而，以上专利技术仅提供了浆料中抛光粒子的平均粒径和范围，缺少对颗粒分散方法的说明。如果二氧化铈的特性与分散稳定性可显著地影响二氧化铈粒子的分散状态与粒度，从而显著地影响到抛光表面的微观划痕的数目，那么，寻找通过对二氧化铈煅烧温度的调节以控制二氧化铈特性与分散稳定性从而确保抛光粒子具备最佳分散能力的工艺方法就变得极为重要了。另外，在上述过程中还需要找到分散剂的适宜加入量、合适的分散设备，通过最终优选的工艺以得到合适的浆料。
技术实现思路
因此，本专利技术是基于解决先前工艺中所存在的上述问题而提出的，本专利技术的目的之一是提供一种高性能的纳米级二氧化铈抛光浆料，此种浆料可用于高度集成，厚度≤0.13μm的半导体晶片尤其是STI的生产过程，而且还可以通过对抛光粒子采取适当的措施，进行适当预处理，适当的分散处理及添加化学试剂，试剂量的调节以及转移样本等方法尽可能地降低晶片表面可对半导体造成致命损伤的微观划痕的尺寸。特别地，本专利技术提供了一种通过控制浆液原液煅烧条件来改变抛光粒子表面积及分散稳定性的方法。另外，当采用二氧化铈粉末与脱离子水(DI水)混合制备浆料，并根据浆料的PH值采用分散仪器调节分散剂最佳填充量及其填加时机从而控制抛光粒子的分散稳定性时，本专利技术揭示了抛光浆料分散稳定性的改变。基于上述说明，本专利技术的目的就是提供一种抛光表面微观划痕出现率尽可能低、抛光速度适宜且抛光粒子分散稳定性良好的抛光浆料。本专利技术的另一个目的是说明一种制备方法，即对一种符合一定设计要求的，具备上面所述特性的，可有效抛光半导体晶片表面一种浆料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种抛光浆料，其中包括通过改变抛光粒子比表面积而减小粒子结块尺寸从而改善抛光粒子分散稳定性的抛光粒子。抛光粒子比表面积分布范围可为1～100m2/g，优选采用3～72m2/g，最佳采用5～25m2/g。单粒抛光粒子大小可为15～40nm，优选采用18～30nm，最佳采用20～25nm。抛光粒子比表面积可通过在煅烧过程中调整煅烧温度或持温时间来控制。本专利技术提供了一种抛光浆料，其中包括抛光粒子、脱离子水及分散剂，其中的抛光粒子结块度经过了最小化处理，其粒径的中值变化范围(dD50)在强制分散处理，即通过调节分散剂最佳填充量及其填充时机控制抛光粒子分散稳定性的处理方法，之前之后均≤30。抛光粒子尺寸中值变化范围优选为≤10。浆料的电导率优选采用900μs/cm，最佳范围为500～600μs/cm。分散剂由阴离子聚合物组成，其中至少包含下列物质中的一种；聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、聚羧酸铵及羧酸-丙烯酸聚合物。抛光粒子中包括二氧化铈。另外，本专利技术提供了一种制备抛光浆料的方法。此法包括制备抛光粒子的方法、脱离子水的方法及分散剂的方法；准备抛光粒子与脱离子水、分散剂的混合物，对此混合物进行研磨。抛光粒子、脱离子水及分散剂的混合物的制备方法还包括研磨抛光粒子与脱离子水的混合物；测量此混合物的PH值，根据PH值确定分散剂的用量；再充分混合分散剂、抛光粒子与脱离子水三者的混合物。关于确定分散剂的用量，当抛光粒子与脱离子水混合物的PH值为8.7～9.5时，分散剂用量应为抛光粒子总重量的2.2～3.0％，当抛光粒子与脱离子水混合物的PH值为8.0～8.7时，分散剂用量应为抛光粒子总重量的1.4～2.2％，当抛光粒子与脱离子水混合物的PH值为7.4～8.0时，分散剂用量应为抛光粒子总重量的0.6～1.4％。制备此混合物，是将分散剂加至脱离子水中，混合；再加入抛光粒子。并且，亦可以将抛光粒子加入脱离子水中；再加入分散剂。另外，亦可以将抛光粒子与分散剂同时加入脱离子水中混合。对抛光粒子、脱离子水与分散剂三者的混合物的研磨处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光浆料，其特征在于其包括抛光粒子、脱离子水与分散剂，通过分散剂的填加量与填加时机的控制使其中的抛光粒子的结块程度降至最低，在强制分散处理前、后抛光粒子的中值粒径变化（ｄＤ５０）范围为≤３０。

【技术特征摘要】
KR 2004-7-28 10-2004-0059245;KR 2004-7-28 10-2004-1.一种抛光浆料，其特征在于其包括抛光粒子、脱离子水与分散剂，通过分散剂的填加量与填加时机的控制使其中的抛光粒子的结块程度降至最低，在强制分散处理前、后抛光粒子的中值粒径变化(dD50)范围为≤30。2.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于其中抛光粒子的中值粒径变化(dD50)范围为≤10。3.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于其电导率为300～900μs/cm。4.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于其电导率为500～600μs/cm。5.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于其中的分散剂由阴离子化合物组成，此阴离子化合物是下面所列物质中的一种或几种聚甲基丙稀酸、聚丙稀酸、聚甲基丙稀酸铵、聚羧酸铵与羧酸-丙烯酸聚合物。6.根据权利要求1-5中任一项所述的抛光浆料，其特征在于其中的抛光粒子成分为二氧化铈。7.一种制备抛光浆料的方法，其特征在于包括制备抛光粒子、脱离子水与分散剂；制备抛光粒子、脱离子水与分散剂的混合物；以及研磨抛光粒子、脱离子水与分散剂的混合物。8.根据权利要求7所述的制备抛光浆料的方法，其特征在于其中抛光粒子、脱离子水与分散剂的混合物的制备包括研磨抛光粒子与脱离子水的混合物；测量抛光粒子与脱离子水的混合物的PH值；根据PH值确定所需填加分散剂的重量；以及将分散剂与抛光粒子与脱离子水的混合物混合。9.根据权利要求8所述的制备抛光浆料的方法，其特征在于当抛光粒子与脱离子水混合物的PH值为8.7～9.5时，其中所加入分散剂的重量占抛光粒子总重量的百分比为2.2～3.0％。10.根据权利要求8所述的制备抛光浆料的方法，其特征在于当抛光粒子与脱离子水混合物的PH值...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大亨，洪锡敏，全宰贤，白云揆，朴在勤，金容国，
申请(专利权)人：KC科技股份有限公司，汉阳大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]