一种制备二氧化铈悬浮液的方法、二氧化铈悬浮液及抛光液技术

本发明专利技术公开了一种制备二氧化铈悬浮液的方法、二氧化铈悬浮液及抛光液。该方法是将CeO2颗粒与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为CeO2悬浮液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种制备二氧化铈悬浮液的方法、二氧化铈悬浮液及抛光液


[0001]本专利技术涉及STI CMP用抛光液的制备
，特别是涉及一种制备二氧化铈悬浮液的方法。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(Chemical
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mechanical polishing，CMP)是超大规模集成电路制造中唯一可同时实现全局平坦化和局部平坦化的技术，其中浅沟槽隔离化学机械抛光(STI CMP)是集成电路制造的一个重要工序。
[0003]STI是用来形成隔离器件的结构，STI结构的形成过程具体为：在硅晶片上先沉积一层较薄(约为10nm)的四乙基正硅酸盐(Tetra
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ethyl
‑
ortho
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silicate，TEOS)基二氧化硅，再在其上沉积一层厚度约为35nm的氮化硅膜层，这层TEOS二氧化硅是为了缓冲氮化硅膜层和硅晶片之间的应力以减轻或避免对硅晶片带来的损伤。然后在硅晶片的表面进行刻蚀形成隔离沟槽；再用高密度等离子体(High Density Plasma，HDP)二氧化硅涂覆硅晶片表面，以对沟槽进行填充。沟槽被HDP SiO2充分填充后，用抛光液将沟槽外的硅晶片表面的HDP SiO2以CMP的方式去除，并在氮化硅膜层表面停止抛光。然后用高温的磷酸对氮化硅膜层进行刻蚀以将氮化硅去除，HDP SiO2因为不被磷酸刻蚀而被保留，于是在硅晶片表面形成了STI结构。可见，STI CMP要求抛光液在SiO2和Si3N4之间具有高的去除选择性，以保证沟槽外的HDP SiO2层被彻底去除且Si3N4层被保留。
[0004]STI CMP工艺中使用的抛光液主要成分为CeO2悬浮液，该悬浮液中的二氧化铈(CeO2)颗粒(直径为20nm至1μm)对SiO2和Si3N4具有高的去除选择性。制备CeO2悬浮液的通常过程是将制备得到的CeO2颗粒分散至水中形成CeO2悬浮液。然而，由于CeO2颗粒在空气中的毛细力作用下通常会发生团聚，粘在一起形成结块，很难在水中对结块直接分散，这样得到的CeO2悬浮液一般静置1天就会出现明显沉降，稳定性较差，用于抛光不仅会降低SiO2的去除速率，还会增加表面划痕，导致抛光后SiO2层的表面缺陷多(见Lei H,Lu H,Luo J et al.“Preparation ofα
‑
alumina
‑
g
‑
polyacrylamide composite abrasive and chemical mechanical polishing behavior”[J].Thin Solid Films,2008,516(10):3005
–
3008.)，抛光后表面质量差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种制备CeO2悬浮液的方法，该方法制备出的CeO2悬浮液的稳定性得以提高。该方法将CeO2颗粒与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为CeO2悬浮液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5
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2mm，优选0.5
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1.5mm。
[0006]粉碎时球磨机中的磨球与CeO2颗粒的质量比为2
‑
8，优选5
‑
7。
[0007]粉碎时水与CeO2颗粒的质量比为2
‑
32，优选8
‑
32。
[0008]粉碎的时间为6
‑
12h，优选10
‑
12h。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种由上述方法制备得到的CeO2悬浮液，该悬浮液中CeO2颗粒分布更均匀，其中的CeO2颗粒的粒径为90
‑
150nm。
[0010]静置7天无明显沉降。
[0011]第三方面，本专利技术提供一种化学机械抛光用抛光液，包括上述方法制备得到的CeO2悬浮液。
[0012]所述CeO2悬浮液中CeO2颗粒的浓度为0.0075wt.％
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0.15wt.％，优选0.03wt.％
‑
0.15wt.％。
[0013]其对二氧化硅的去除速率为对氮化硅的去除速率为对氮化硅的去除速率为优选的，其对二氧化硅和氮化硅的去除速率选择比为12
‑
16(优选13
‑
16)。
[0014]用所述抛光液对二氧化硅和氮化硅空白晶圆片进行抛光后，二氧化硅表面的粗糙度≤0.3nm，氮化硅的粗糙度≤0.2nm。
[0015]本专利技术方法用球磨机湿磨粉碎CeO2颗粒，即：将CeO2颗粒和水的混合物置于球磨机中进行粉碎，同时调整球磨过程中的磨球直径、磨球
‑
磨料质量比、水
‑
磨料质量比、球磨时间等参数，使上述参数对CeO2颗粒的粉碎发挥协同作用，将团聚至微米级的CeO2颗粒粉碎至电镜下平均粒径约为100nm的纳米颗粒，显著改善了CeO2颗粒的团聚和板结现象，得到的悬浮液稳定性好、静置7天后仍无明显沉降。
[0016]将上述方法制备得到的CeO2悬浮液用于STI CMP的抛光液中，并对SiO2和Si3N4进行化学机械抛光，发现抛光后的SiO2和Si3N4空白晶圆片具有良好的表面质量，即：化学机械抛光后，不仅氧化硅的表面粗糙度在0.3nm以下，氮化硅的表面粗糙度在0.2nm以下，而且抛光后的SiO2和Si3N4空白晶圆片厚度均匀性好、表面划痕少。实验表明本专利技术悬浮液中CeO2浓度仅为0.03wt.％时，对氧化硅的去除速率即可达到市售CeO2悬浮液(CeO2浓度为0.25wt.％)的4倍；即：本专利技术方法制备得到的CeO2悬浮液在低CeO2浓度下就可达到高去除速率的效果，在提高去除速率的同时节约了成本。
附图说明
[0017]图1所示为球磨前后的CeO2纳米颗粒在扫描电镜下的形貌照片；
[0018]图2所示为实施例4和7的悬浮液中CeO2颗粒的X射线衍射(XRD)图；
[0019]图3所示为实施例4和比较例1
‑
3的CeO2悬浮液中CeO2粒径
‑
光强分布曲线图；
[0020]图4所示为实施例1
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3、实施例6
‑
7和比较例4的CeO2悬浮液中CeO2粒径
‑
光强分布曲线图；
[0021]图5所示为实施例4和比较例1
‑
3的CeO2悬浮液的稳定性照片；
[0022]图6所示为实施例1
‑
3、实施例6
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7和比较例4的CeO2悬浮液的稳定性照片；
[0023]图7所示为实施例7、9和比较例6
‑
7的CeO2悬浮液的稳定性照片；
[0024]图8不同浓度的实施例5的氧化铈悬浮液对氧化硅和氮化硅的去除速率曲线图；
[0025]图9不同浓度的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备CeO2悬浮液的方法，其特征在于，将CeO2颗粒与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为CeO2悬浮液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5
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2mm，优选0.5
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1.5mm。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，粉碎时球磨机中的磨球与CeO2颗粒的质量比为2
‑
8，优选5
‑
7。3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，粉碎时水与CeO2颗粒的质量比为2
‑
32，优选8
‑
32。4.根据权利要求1
‑
3任一所述方法，其特征在于，粉碎的时间为6
‑
12h，优选10
‑
12h。5.权利要求1
‑
4任一所述方法制备得到的CeO2悬浮液，其特征在于，其中的CeO2颗粒的粒径为90
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢李乐，王同庆，柴智敏，路新春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：