本发明专利技术属于微电子加工中的化学机械抛光浆液领域，具体涉及氧化硅－氧化铈核壳复合磨料颗粒及其制备和应用。本发明专利技术的氧化硅－氧化铈核壳复合磨料颗粒包含氧化硅和氧化铈，且所述复合磨料颗粒的内核为球形氧化硅内核，外壳为氧化铈包覆层。由本发明专利技术的氧化硅－氧化铈核壳复合磨料颗粒配制成的抛光液对超大规模集成电路玻璃、二氧化硅介质层和ＳＴＩ进行抛光，可以提高抛光去除率和抛光选择比，减少抛光缺陷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子加工中的化学机械抛光浆液领域，具体涉及氧化硅-氧化铈核 壳复合磨料颗粒及其制备和应用。
技术介绍
随着集成电路(IC)产业的飞速发展，IC特征尺寸不断缩小，硅片尺寸不断增大， IC工艺变得越来越复杂和精细。目前微电子技术已在向将几十亿个元器件集成在一个芯片 上的方向发展，这就导致了芯片结构的立体化，布线多层化。然而，要在大直径硅片上实现 布线多层立体化结构，刻蚀工艺要求每一层都应具有很高的全局平整度，尤其是层表面的 平整度，这是实现多层布线的关键。而传统的抛光工艺已不能满足这一要求，化学机械抛光 技术不仅能满足这种要求，而且能够减少缺陷，还可以通过提高表面平整度来提高套刻精 度，从而达到减小特征尺寸提高集成度的目的。目前集成电路化学机械抛光中最常用的抛光磨料是氧化硅磨料和氧化铈磨料。氧 化硅磨料由于其较好的分散性、均勻性和低廉的价格成为目前最广泛采用的化学机械抛光 磨料，而且，化学性质较活泼，后清洗过程废液处理较容易。但其缺点是相对于氧化物来说 硬度稍低，去除率较低，并且在STI(浅沟槽隔离)的抛光中氧化硅与氮化硅之间的去除率 选择比较低。对于二氧化硅介质层的抛光，国外一些大公司，如美国的Cobat，Rodel公司， 日本的不二见株式会社等都采用大粒径磨料(130nm左右)来提高抛光过程中的机械作用， 以此提高抛光速率，进而提高生产效率。但是这种方法同时也产生了严重的表面划伤等问 题，已很难满足下一代IC制造的要求。氧化铈磨料由于其可与氧化硅发生化学反应，故在相同条件下，氧化铈的抛光速 率大约是氧化硅的三倍，尤其是在中性抛光液中保持较高的去除率。但其缺点是价格较贵， 颗粒不规则，大小不一，粒度分布较大，黏度大，容易团聚，会造成划伤，且其沉淀在介质膜 上吸附严重，为后清洗带来困难。综合考虑，氧化铈磨料不能满足下一代IC制造的要求。因此，如何提高二氧化硅介质层的去除率而又保持较好的表面质量以及如何提高 氧化硅于氮化硅之间的抛光选择比集成电路制造中的一大难题。为此，许多学者将氧化铈 包覆于氧化硅表面形成氧化硅-氧化铈复合磨料，这种复合磨料弥补了单一的氧化硅和氧 化铈磨料的缺点和不足。Zhenyu Lu等人在《Journal of Materials Research))2003,18(10) :2323_2330 中 研究了氧化硅_氧化铈混合磨料对热氧化的二氧化硅层的抛光，发现制得的氧化硅_氧化 铈混合磨料的抛光速率明显高于纯氧化硅磨料。但这种磨料的制备方法是通过调节PH值 控制粒子的表面电荷使其表面电位相反而使小粒径的氧化铈吸附在大粒径的氧化硅表面 构成核壳结构，只能在特定的PH值下使用。Seung-Ho Lee等人在《Journal ofMaterials Research)) 2003,17 (10) =2744-2749中提到了氧化硅表面包覆一层氧化铈的复合磨料，并 且对热氧化的二氧化硅层进行了抛光，发现制得的氧化硅_氧化铈复合磨料的抛光速率明 显高于纯氧化硅磨料。但他们用的氧化硅磨料都是商品气相氧化硅，粒径为300 400nm，并且没有研究在STI中的应用。肖保其等人在《摩擦学学报》2008，28 (2) :103_107中提到 了氧化硅-氧化铈复合磨料在光学玻璃表面加工中的应用，但没有将复合磨料与纯氧化铈 的磨料进行比较，没有显示出此种磨料的优点。柴明霞等人在《无机化学学报》2007，(4) 623-629也提到了氧化硅-氧化铈复合磨料在玻璃抛光中的应用，但用的氧化硅是自有机 硅制得的，成本较高，且反应废液污染较严重，而且制备磨料的过程中需要经过煅烧，可能 会造成粒子的二次团聚，影响抛光效果
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种氧化硅_氧化铈核壳复合磨料 颗粒及其制备和应用。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题一种氧化硅_氧化铈核壳复合磨料颗粒，该氧化硅_氧化铈核壳复合磨料颗粒包 含氧化硅和氧化铈，且所述复合磨料颗粒的内核为球形氧化硅内核，外壳为氧化铈包覆层。较佳的，所述复合磨料颗粒的粒径为23 ieonm ；且所述球形氧化硅内核的粒径 为20 140nm，进一步优选为50 140nm，且所述球形氧化硅内核的粒径小于复合磨料颗 粒的粒径。较佳的，所述氧化硅-氧化铈核壳复合磨料颗粒中，以氧化硅的总重量计，氧化铈 的重量百分比为2 30%，进一步优选为2 20%。本专利技术所述的氧化硅_氧化铈核壳复合磨料颗粒的制备方法包括如下步骤1)以水玻璃为原料，通过初纯、晶种制备、增加粒径和纯化步骤制得高纯硅溶胶；2)在步骤1)中制得的高纯硅溶胶中加入稳定剂，加热至70 100°C，再加入铈盐 和碱液，在70 100°C的温度条件下反应2 24h，反应完毕以后进行陈化，然后再经超滤、 稀释、再超滤处理后即制得氧化硅-氧化铈核壳复合磨料初产品；3)将步骤2)中制得的氧化硅_氧化铈核壳复合磨料初产品进行水热晶化后再进 行超滤、稀释、再超滤处理后即制得所述氧化硅_氧化铈核壳复合磨料颗粒。所述步骤1)中，高纯硅溶胶磨料的制备方法可由本领域技术人员参考现有技术 进行，优选的，其制备步骤可参考中国公开专利CN101077946A中所述的方法进行。较佳的，步骤1)中，所述高纯硅溶胶中含有粒径为20 140nm的氧化硅颗粒，且 以所述高纯硅溶胶的总重量计，氧化硅颗粒的重量百分比为2 10%。较佳的，步骤2)中，所述陈化时间为0. 5 5小时，优选为2小时。较佳的，步骤2)中，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，且以所述高纯硅溶胶中 含有的二氧化硅颗粒的重量计，加入的稳定剂的重量百分比为0. 05 10%，优选为0. 05 1%。较佳的，步骤2)中，所述铈盐选自三价铈盐或四价铈盐。优选的，所述三价铈盐选自硝酸铈(化学式为Ce (NO3) 3)、醋酸铈(化学式为 Ce (CH3COO)3)、氯化铈(化学式为=CeCl3)和硫酸铈(化学式为=Ce2(SO4)3)中的一种。优选的，所述四价铈盐选自硝酸铈铵(化学式为(NH4)2Ce(NO3)6)、三氟甲基磺酸铈 (化学式为C4CeF12O12S4)和硫酸高铈(化学式为=Ce(SO4)2)中的一种。较佳的，步骤2)中，当加入的铈盐为三价铈盐时，还需要在加入铈盐和碱液的同时加入氧化剂；优选的，所述氧化剂为过氧化氢。进一步优选的，以所述高纯硅溶胶的重量计，加入的氧化剂的重量百分比为0. 1 5%。较佳的，步骤2)中，所述碱液选自氢氧化钾、尿素、六亚甲基四胺和氨水中的一 种或多种的混合物，进一步优选为尿素。较佳的，步骤2)中，以所述高纯硅溶胶的重量计，加入的铈盐的重量百分比为2 20%，加入的碱液的重量百分比为1 10%。较佳的，步骤3)中，所述水热晶化的温度为100 240°C，水热晶化的时间为1 24小时。所述步骤2)和步骤3)中的超滤步骤可由技术人员根据本领域公知常识进行确定。本专利技术还公开了一种用于超大规模集成电路STI化学机械抛光的抛光液，其特征 在于，所述抛光液中含有上述氧化硅-氧化铈核壳复合磨料颗粒。较佳的，所述用于超大规模集成电路STI化学机械抛光的抛光液中还含有pH调节 齐U、表面活性剂、分散剂和水。优选的，所述用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化硅－氧化铈核壳复合磨料颗粒，其特征在于，所述氧化硅－氧化铈核壳复合磨料颗粒包含氧化硅和氧化铈，且所述复合磨料颗粒的内核为球形氧化硅内核，外壳为氧化铈包覆层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张泽芳，刘卫丽，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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