專(zhuān)利名稱(chēng)：用于化學(xué)機(jī)械拋光的二氧化鈰研磨劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多層金屬配線(xiàn)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體元件制程的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工序中的研磨劑及其制造方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于淺溝槽隔離(STI，Shallow Trench Isolation)工序的化學(xué)機(jī)械拋光工序中的研磨劑及其制造方法，該STI工序中的化學(xué)機(jī)械拋光工序?qū)τ诖笥?56M兆字節(jié)DRAM(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)＜0.13μm)的超大規(guī)模集成半導(dǎo)體的制程來(lái)說(shuō)是必不可少的。
背景技術(shù)：
硅的局部氧化工序(LOCOS)是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體元件隔離工序，LOCOS工序在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)小于0.25μm時(shí)達(dá)到極限。因此引入一種新型的STI工序作為L(zhǎng)OCOS工序的替代技術(shù)。
參照?qǐng)D7(a)對(duì)STI工序簡(jiǎn)介如下。如圖7(a)所示，藉由在晶片11的表面沉積氮化膜(Si3N4膜)13、將氮化膜13圖案化(參照?qǐng)D7(b))并在形成電子元件的部分之間的絕緣區(qū)域形成溝槽(由圖7(c)中標(biāo)號(hào)15表示)，從而執(zhí)行此STI工序。以絕緣材料(即，氧化膜(SiO2膜)17)填充溝槽15(見(jiàn)圖7(d))，然后通過(guò)采用CMP工序移除氧化膜17，完成平坦化工序(見(jiàn)圖7(e))。
此時(shí)，為了不對(duì)晶片表面造成損傷，當(dāng)用來(lái)保護(hù)元件的氮化膜暴露時(shí)就應(yīng)該停止CMP工序。否則，在整體平坦化工序中氧化膜與氮化膜圖案就會(huì)同時(shí)受到研磨，導(dǎo)致氮化膜圖案損壞而使氧化膜被移除過(guò)多，形成凹陷(dishing)現(xiàn)象，如圖7(e)中虛線(xiàn)所示。因此，STI的CMP工序中所采用的研磨劑必須具備氧化膜對(duì)氮化膜的高度選擇性。
STI的CMP工序是一種整體平坦化拋光技術(shù)。在此工序中，當(dāng)晶片表面與彈性?huà)伖鈮|接觸時(shí)，晶片表面與拋光漿料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，采用機(jī)械方法利用壓盤(pán)和晶片夾具的運(yùn)動(dòng)移除晶片表面的氧化膜。機(jī)械作用與化學(xué)反應(yīng)共同使晶片表面的材料被移除。一旦暴露出氮化膜就停止拋光從許，從而實(shí)現(xiàn)元件之間的絕緣以及晶片表面的整體平坦化。
STI的CMP工序要求較高的選擇性、拋光速度、分散穩(wěn)定性(dispersionstability)與微劃痕分布的穩(wěn)定性(micro-scratch stability)。顆粒尺寸分布范圍應(yīng)狹窄而均勻，超過(guò)預(yù)定尺寸，例如1μm的大顆粒數(shù)量必須控制在預(yù)定的范圍之內(nèi)。
在先的STI CMP研磨劑制造技術(shù)見(jiàn)日本日立化學(xué)公司的公布于2001年4月24日的美國(guó)專(zhuān)利No.6,221,118，‘氧化銫研磨劑與襯底的拋光方法’。在該公開(kāi)文獻(xiàn)中，對(duì)滿(mǎn)足STI的CMP研磨劑特性要求的聚合物與顆粒的制造方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。
另一在先技術(shù)見(jiàn)于個(gè)關(guān)于日本日立化學(xué)公司的公布于2002年7月16日的美國(guó)專(zhuān)劑No.6,420,269‘用于拋光襯底上形成的絕緣膜的氧化銫研磨劑及其拋光方法’。但是，在該公開(kāi)文獻(xiàn)中，僅對(duì)基本的特性如選擇性與拋光速度有所描述，而對(duì)于化學(xué)添加劑的使用與使用量、拋光顆粒尺寸分布范圍、粘度、尺寸大于1μm的拋光顆粒的數(shù)目等等具有高度選擇性的半導(dǎo)體STI CMP工序所要求的性能未進(jìn)行詳實(shí)的說(shuō)明。
因此，為了制造出高質(zhì)量的CMP研磨劑，有必要詳細(xì)而綜合地探討適宜各種半導(dǎo)體圖案、顆粒分布范圍、粘度以及尺寸大于1μm的較大顆粒的特性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所導(dǎo)致的問(wèn)題，本發(fā)明目的之一是提供一種采用現(xiàn)有分散裝置與技術(shù)根據(jù)0.25μm的設(shè)計(jì)規(guī)則生產(chǎn)超大規(guī)模集成半導(dǎo)體的STI CMP工序所必需的研磨劑，及其制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種研磨劑及其制造方法，藉由將一種化學(xué)添加劑混合入漿料使該研磨劑具有適用于各種圖案的高選擇性研磨特性并在CMP工序之后抑制半導(dǎo)體生產(chǎn)中致命的微劃痕。
另外，采取分別制造二氧化鈰漿料和化學(xué)添加劑的方法，從而本發(fā)明的CMP研磨劑可控制氧化膜的拋光速度并且具有較高的氧化膜對(duì)氮化膜的選擇性。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，CMP研磨劑包括一種二氧化鈰漿料和一種藉由將聚合分子與單體混合且合成而形成的具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑。
二氧化鈰漿料可能包含二氧化鈰粉末、水以及陰離子基聚合物，并且符合牛頓粘度特性。陰離子基聚合物可選自由下列各種物質(zhì)組成的群聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺、聚羧酸酯及羧基-丙烯基聚合物。化學(xué)添加劑中的聚合分子可以是聚丙烯酸(PAA)或甲基丙烯酸烷基酯，且單體可選自由下列各種物質(zhì)組成的群丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮。漿料與化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
在本發(fā)明的另一方面，一種制造CMP研磨劑的方法包括下列步驟提供二氧化鈰漿料；藉由在反應(yīng)器中將一種聚合分子與一種聚合單體的混合并合成來(lái)制造含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑；以及混合所述漿料與化學(xué)添加劑。
提供二氧化鈰漿料的步驟可包括下列步驟藉由固態(tài)合成制造二氧化鈰；將所述二氧化鈰與水混合；藉由高能碾磨機(jī)研磨所述混合物；藉由高壓分散裝置分散所述研磨產(chǎn)物；以及藉由添加陰離子基聚合物對(duì)所述分散產(chǎn)物進(jìn)行分散穩(wěn)定化處理?？商砑又亓堪俜直葹?.0001-10％的此陰離子基聚合物。在分散穩(wěn)定化處理步驟之后，該制造CMP研磨劑的方法還可以包括一個(gè)藉由過(guò)濾器移除漿料中較大顆粒的步驟。聚合分子的分子量可為2,000-1,000,000。制造化學(xué)添加劑的步驟還可包括一個(gè)將額外的溶劑加入合成的化學(xué)添加劑的步驟。加入額外的溶劑的步驟可導(dǎo)致合成的化學(xué)添加劑的重量百分比為0.03-10％。


圖1是本發(fā)明的二氧化鈰CMP研磨劑的制程的示意圖。
圖2展示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的CMP漿料的粘度特性測(cè)試結(jié)果。
圖3是常規(guī)研磨劑研磨特性中在氧化膜中殘留顆粒的測(cè)試結(jié)果。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的CMP研磨劑研磨特性中在氧化膜中殘留顆粒的測(cè)試結(jié)果。
圖5是常規(guī)研磨劑研磨特性中在氮化膜中殘留顆粒的測(cè)試結(jié)果。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的CMP研磨劑研磨特性中在氮化膜中殘留顆粒的測(cè)試結(jié)果。
圖7是STI工序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
最佳模式參見(jiàn)圖1，制造二氧化鈰漿料與化學(xué)添加劑的方法描述如下。
制造二氧化鈰漿料制造二氧化鈰漿料的步驟包括藉由固態(tài)合成制造二氧化鈰；將該二氧化鈰與水混合；藉由高能碾磨機(jī)研磨該混合物；藉由高壓分散裝置分散該研磨產(chǎn)物；以及藉由添加陰離子基聚合物對(duì)分散產(chǎn)物進(jìn)行分散穩(wěn)定化處理。
下面對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)描述本發(fā)明中所采用的二氧化鈰顆粒是通過(guò)固態(tài)合成來(lái)合成，且隨后在高剪切混合器中將合成的二氧化鈰顆粒與高純水混合。接著，為控制混合的研磨顆粒的尺寸，在高能碾磨機(jī)中對(duì)該混合研磨顆粒行研磨。研磨顆粒的濃度保持在10-50重量％，混合比例較佳20-40重量％。
在研磨工序中，通過(guò)將高能碾磨機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制在900-1600rpm之內(nèi)使?jié){料的顆粒尺寸分布范圍為100-250nm。通過(guò)泵將研磨過(guò)的漿料輸送入適宜的分散裝置，例如中間研磨機(jī)和高壓分散裝置，以進(jìn)行分散。雖然，可以選用任何一種分散裝置，但考慮到分散的重復(fù)性、最小化分散工序中的潛在污染、平均顆粒大小及其分散后的分散性等等，較佳使用高壓分散裝置。
盡管本發(fā)明中的高壓分散裝置可以選用Microfluiducs公司的Microfluidizer以及Nanomizer公司的Nanomier或其它類(lèi)似裝置，但是也可使用其它種類(lèi)的裝置。同時(shí)，考慮到持久性，較佳將高硬度的較大金剛石顆粒用作用于分散的顆粒，其為高壓分散裝置的核心零件。
高壓分散裝置的適當(dāng)壓力優(yōu)選為10,000-20.000psi。因?yàn)椴僮鲏毫Φ陀?0,000psi時(shí)，顆粒的分散效率不高，而操作壓力高于20,000psi時(shí)，不僅負(fù)面影響裝置的效率而且還影響較大顆粒的持久性。因此，較佳在上述壓力范圍內(nèi)執(zhí)行分散工序。
由于完成了控制漿料平均顆粒大小的工序，通過(guò)添加陰離子基聚合物，在中性pH范圍內(nèi)的二氧化鈰顆粒界面電位變?yōu)樨?fù)值，同時(shí)二氧化鈰顆粒得以穩(wěn)定。
這里采用的陰離子基聚合物的實(shí)例較佳選自由下列物質(zhì)組成的群聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺、聚羧酸酯以及羧基-丙烯基聚合物。
聚合物在水中的可溶性是必須考慮的一個(gè)基本特性。以研磨劑顆粒的量計(jì)算，所添加的陰離子基聚合物的量較佳為0.0001-10.0重量％，更佳為0.001-3.0重量％，最佳為0.02-2.0重量％。即使在分子量超過(guò)10,000的情況下，陽(yáng)離子物質(zhì)也可能導(dǎo)致已分散漿料中顆粒的再結(jié)聚，從而促使形成較大顆粒。
經(jīng)穩(wěn)定化處理的二氧化鈰漿料較佳符合牛頓粘度特性，其流變學(xué)特性詳見(jiàn)圖2。即，在圖2中，盡管在分散穩(wěn)定化處理前的漿料粘性與剪切速度成反比，但是在分散穩(wěn)定化處理后其粘性就不隨著剪切速度的變化而變化了，即其符合牛頓粘度特性。在對(duì)漿料進(jìn)行分散穩(wěn)定化處理之后，可藉由過(guò)濾器移除較大顆粒來(lái)控制漿料中研磨顆粒的尺寸分布。
因?yàn)榘瓷鲜龇椒ㄖ圃斓臐{料較佳在CMP工序之前即刻與化學(xué)添加劑混合(此點(diǎn)將在下文描述)，所以制造漿料的最后一步是藉由在漿料中加入超純水來(lái)控制漿料的濃度。
根據(jù)本發(fā)明，如果在漿料中加入了分子量低于10,000的聚合物或陰離子物質(zhì)，那么這種聚合物或其類(lèi)似物就會(huì)被二氧化鈰顆粒(即研磨劑)的表面吸收。因此，中性pH范圍內(nèi)的二氧化鈰顆粒的界面電位就會(huì)變成負(fù)值且表面電位同時(shí)會(huì)有所增加，所以研磨劑的分散穩(wěn)定性得以保證。從而，使得STI CMP工序中所需的研磨劑可具備拋光特性，例如平均顆粒尺寸、分散穩(wěn)定性、粘度、較大顆粒的數(shù)量及其類(lèi)似特性、拋光速率、晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)、微劃痕以及其它類(lèi)似特性。
化學(xué)添加劑的制造再次參照?qǐng)D1，通過(guò)下列步驟來(lái)制造化學(xué)添加劑提供聚合分子和單體原材料；使該原材料與溶劑混合并反應(yīng)；以及藉由向在先前步驟中所獲得的混合物中加入額外的溶劑來(lái)控制混合濃度。
在本發(fā)明所采用藉由使聚合分子與單體混合而制造的具有二個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑中，包括兩個(gè)官能團(tuán)的聚合物稱(chēng)為共聚物，因此本發(fā)明中所采用的聚合物可以稱(chēng)為多官能團(tuán)聚合物或接枝共聚物。
此處將聚丙烯酸(PAA)或甲基丙烯酸鹽用作聚合分子的實(shí)例，而將丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮用作單體的實(shí)例?；瘜W(xué)添加劑的制造是通過(guò)將它們?cè)诜磻?yīng)器中混合而完成的。聚丙烯酸(PAA)或甲基丙烯酰胺的分子量較佳為2,000-1,000,000，較佳范圍為5,000-500,000，最佳范圍為10,000-100,000。
根據(jù)合成聚合物各自的官能團(tuán)，反應(yīng)器中合成的各種化學(xué)添加劑可應(yīng)用于半導(dǎo)體工序中各種不同的生產(chǎn)工序，包括圖案化。以所添加的溶劑的重量計(jì)算，所添加的合成化學(xué)添加劑的量的范圍較佳為0.03-10％，更佳為0.05-5％，且最佳為0.1-3％。
通過(guò)將藉由合成各種聚合分子所制造的化學(xué)添加劑與二氧化鈰漿料以1∶1的比例進(jìn)行混合制得CMP研磨劑，其可應(yīng)用于半導(dǎo)體制程中各種圖案化工序。
例如，可通過(guò)使聚丙烯酸(PAA)或甲基丙烯酰鹽的聚合分子與丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺的單體合成來(lái)獲得用于低密度STI圖案平坦化的化學(xué)添加劑。如果將二氧化鈰漿料與化學(xué)添加劑混合以用作研磨劑，則可以提高氧化膜的拋光速度，并且還可提高氧化膜對(duì)氮化膜選擇性，從而提高加工速度，即拋光速率。
此外，可通過(guò)使聚丙烯酸(PAA)或甲基丙烯酰鹽的聚合分子與乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮的單體混合來(lái)獲得用于高密度STI圖案平坦化的化學(xué)添加劑。此化學(xué)添加劑的采用使得在即將形成元件的晶片表面的部分形成了一個(gè)鈍化層。此鈍化層可抑制由于氮化層圖案損壞而使氧化膜被過(guò)度移除而形成的凹陷(dishing)現(xiàn)象。鈍化層還可以最大限度地減少因圖案之間的狹窄空間所容易導(dǎo)致的對(duì)元件的損傷。
如果在半導(dǎo)體裝置的CMP工序之前即刻將化學(xué)添加劑與二氧化鈰漿料混合，則可達(dá)到作為本發(fā)明的CMP研磨劑的最佳結(jié)果。
化學(xué)添加劑中每一種成分均將在下列實(shí)施例中予以詳述。根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的CMP研磨劑的性能能亦將在下文中予以詳述。
實(shí)施例1將50kg的合成高純二氧化鈰粉末與150kg的高純水在高剪切混合器中混合。隨后，將此混合物在高能碾磨機(jī)中研磨以控制其顆粒尺寸，并且藉由高壓分散穩(wěn)定裝置進(jìn)行分散。接著，添加作為陰離子基聚合物的聚甲基丙烯酸胺(商品名為DarvanC，可向R.T.Vanderbilt公司購(gòu)買(mǎi))，其中添加的量為二氧化鈰粉末重量的1％。然后，在藉由將額外的480kg的高純水加入混合物并攪拌而獲得重量百分比為2％的二氧化鈰漿料之后，藉由將2kg重量百分比為10％的二氧化鈰漿料與8kg的高純水而得到10kg重量百分比為2％的二氧化鈰漿料，從而制造出最終漿料樣品。亦即，將研磨顆粒的濃度控制在重量百分比為2％。
獨(dú)立于上述步驟，在將0.3kg的聚丙烯酸(PAA)與0.05kg的丙烯酰胺和極少量的高純水混合后，使它們反應(yīng)，通過(guò)將這些化學(xué)物質(zhì)加入額外的9.5kg的高純水中即可制成了約10kg的化學(xué)添加劑(液態(tài))。
接著，將先前制造的二氧化鈰漿料與化學(xué)添加劑以1∶1的比例混合。從采用上述方法獲得的二氧化鈰漿料與化學(xué)添加劑所制造的研磨劑的物質(zhì)特性和拋光性能連同詳細(xì)的比較實(shí)例展現(xiàn)于表2與3以及圖3至6中。
實(shí)施例2至10盡管實(shí)施例2至10中使用以相同于實(shí)施例1的方法所制造漿料，但是將表1中所述的作為化學(xué)添加劑的化合物與上述漿料混合。兩者混合比例與實(shí)施例1相同，亦為1∶1。
表1各實(shí)施例化學(xué)添加劑中化合物的種類(lèi)

比較實(shí)例1藉由以與實(shí)施例1中相同的方法但不添加化學(xué)添加劑來(lái)制造該漿料，從而制備比較實(shí)例1。
為了將本發(fā)明的實(shí)施例與可購(gòu)得的研磨劑進(jìn)行對(duì)比，將Hitachi化學(xué)藥品公司的HS 8005的測(cè)試結(jié)果作為另外一個(gè)比較實(shí)例，與本發(fā)明實(shí)施例和比較實(shí)例1的結(jié)果一起展示。
研磨劑性能的對(duì)比測(cè)試對(duì)根據(jù)實(shí)施例1至10、比較實(shí)例1與HS 8005的CMP研磨劑的性能進(jìn)行了各項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試儀器如下
1)平均粒度N4 Plus，購(gòu)自Coulter-Beckman公司。
2)分散穩(wěn)定度N4 Plus，購(gòu)自Coulter-Beckman公司。
3)粘度DVII+粘度計(jì)，購(gòu)自Brookfield公司。
4)動(dòng)電位(Zeta Potential)Acousto-Sizer II，購(gòu)自Colloidaldynamic公司。
5)顆粒數(shù)量AccuSizer 780APS，購(gòu)自PSS公司。
對(duì)根據(jù)實(shí)施例1至10、比較實(shí)例1與HS 8005的CMP研磨劑的性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如表2所示。
表2 CMP研磨劑性能試驗(yàn)的結(jié)果。

表2顯示，實(shí)施例1至10與比較實(shí)例1的顆粒平均尺寸與分散穩(wěn)定性較好，實(shí)施例的動(dòng)電勢(shì)的絕對(duì)值低于比較實(shí)例1。此即為在漿料中加入化學(xué)添加劑導(dǎo)致動(dòng)電勢(shì)的絕對(duì)值降低的原因。但因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，研磨劑會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性降低的問(wèn)題，所以如前所述，較佳在CMP工序之前即刻在拋光漿料中加入化學(xué)添加劑。然而，除非將化學(xué)添加劑的加入漿料，否則不能避免氮化膜被拋光，導(dǎo)致殘余顆粒和微劃痕。
而且，通過(guò)與Hitachi公司的HS8005的對(duì)比，本發(fā)明實(shí)施例1至10的平均顆粒尺寸較小，分散穩(wěn)定性較佳，動(dòng)電勢(shì)的絕對(duì)值較大，尺寸超過(guò)1μm的顆粒數(shù)量較少，因此本發(fā)明實(shí)施例的性能優(yōu)于HS8005。
拋光性能測(cè)試對(duì)根據(jù)實(shí)施例1至10、比較實(shí)例1與HS8005的CMP研磨劑進(jìn)行了拋光性能測(cè)試。采用購(gòu)自Strasbaugh公司6EC做為CMP裝置。測(cè)試中所用的具有氧化膜的晶片是通過(guò)以PETEOS涂布8inch晶片的整個(gè)表面來(lái)制備，且具有氮化膜的晶片是通過(guò)以Si3N4涂布8inch的晶片的整個(gè)表面來(lái)制備。
拋光性能測(cè)試條件如下1)墊片IC1000/SUBAIV，購(gòu)自Rodel公司。
2)膜厚測(cè)量?jī)xNano-Spec 180，購(gòu)自Nano-metrics公司3)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速70rpm4)錠子速度70rpm5)向下作用力4psi6)背壓0psi7)研磨劑供給速度100ml/min在上述條件下，在以各種研磨劑對(duì)晶片拋光1分鐘之后，通過(guò)拋光所移除的厚度來(lái)獲得拋光速率。下表3所示的各種研磨劑的拋光性能是通過(guò)對(duì)每種研磨劑的三個(gè)或三個(gè)以上測(cè)試結(jié)果取平均值而獲得。
另外，晶片表面上出現(xiàn)的微劃痕數(shù)量的測(cè)量是采用購(gòu)自KLA-Tencor公司的Surfscan 6200來(lái)完成。根據(jù)實(shí)施例1至10、比較實(shí)例1與HS8005的CMP研磨劑拋光性能的測(cè)試結(jié)果展示于表3。
表3各種研磨劑的拋光性能測(cè)試結(jié)果

表3的測(cè)試結(jié)果顯示實(shí)施例1至10中的研磨劑對(duì)氧化膜的拋光速度與Hitachi的HS8005相比較高，并且在拋光材料選擇性的對(duì)比中其比后者高出10倍。尤其是，本發(fā)明實(shí)施例中的研磨劑在拋光殘留顆粒與微劃痕方面更表現(xiàn)出較優(yōu)越的性能。但是，對(duì)于實(shí)施例4、5與9，其化學(xué)添加劑中的乙烯基單體非常適宜用于高密度圖案，但這些研磨劑與其它實(shí)施例相比，氧化膜的拋光速度較低。然而，因?yàn)閷?shí)施例4、5與9對(duì)氮化膜的拋光速度亦較低，拋光所造成的對(duì)電子元件的損傷亦降至了最低。因比較實(shí)例1中不合有化學(xué)添加劑，故其對(duì)氮化膜的拋光速度較高但拋光選擇性卻較低。比較實(shí)例1中研磨劑在殘留顆粒與微劃痕兩方面的性能亦較差。
同時(shí)，圖3至圖6是常規(guī)研磨劑(Hitachi公司的HS8005)與本發(fā)明實(shí)施例中研磨劑在殘留顆粒與微劃痕兩方面性能的對(duì)比圖示。
圖3與圖4所示分別為常規(guī)研磨劑(Hitachi公司的HS8005)與本發(fā)明實(shí)施例1中研磨劑在氧化膜中的殘留顆粒與微劃痕兩方面性能測(cè)試的結(jié)果。
圖5與圖6所示分別為常規(guī)研磨劑(Hitachi公司的HS8005)與本發(fā)明實(shí)施例中研磨劑在氮化膜中的殘留顆粒與微劃痕兩方面性能測(cè)試的結(jié)果。
在以激光掃描晶片表面之后可對(duì)殘留顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)，而表面劃痕則采用肉眼觀察并計(jì)數(shù)。如圖3至6所示，與采用HS8005拋光的晶片相比，采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的研磨劑拋光的晶片表面氧化膜與氮化膜層殘留的顆粒與劃痕均較少。值得注意的是，在殘留顆粒大小分布方面，本發(fā)明的研磨劑的缺陷亦比Hitachi公司的HS8005的要少。
實(shí)施例11為確定本發(fā)明CMP研磨劑中化學(xué)添加劑濃度對(duì)CMP工序的影響，用于低密度與高密度的圖案的化學(xué)添加劑，分別采用以溶劑重量計(jì)算在3％、5％與10％之間變化的聚合分子與單體化合物的添加量來(lái)制造。根據(jù)各自化學(xué)添加劑的研磨劑的拋光性能的結(jié)果示于表4。
表4化學(xué)添加劑濃度不同的CMP工序試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，隨著化學(xué)添加劑的濃度降低，拋光工序中氧化物的移除速率會(huì)升高。在一個(gè)實(shí)際進(jìn)行的拋光工序中，考慮到產(chǎn)率，氧化物的移除速率較佳為2,000或更大，更佳為2,500或更大，化學(xué)添加劑的濃度較佳為5重量％或更低?？傊?dāng)化學(xué)添加劑的濃度為3重量％時(shí)，研磨劑對(duì)氧化物具有較高的移除速率且對(duì)氮化物具有適當(dāng)?shù)囊瞥俾剩虼丝梢垣@得理想的拋光工藝。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明可以制造具有作為STI CMP研磨劑所必需的優(yōu)良物質(zhì)特性的研磨劑。因此，在將根據(jù)本發(fā)明的研磨劑用作STI CMP研磨劑時(shí)，可將該研磨劑用于超大規(guī)模集成半導(dǎo)體工序中所需的圖案化工序中。
而且，本發(fā)明的CMP研磨劑具備優(yōu)良的移除速率，優(yōu)良的拋光選擇性，優(yōu)良的晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)并且可最小化微劃痕的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，包括一種二氧化鈰漿料；和一種化學(xué)添加劑，該化學(xué)添加劑具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)，該化學(xué)添加劑藉由將一種聚合分子與一種單體混合且合成來(lái)制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述二氧化鈰漿料包括二氧化鈰粉末、水與陰離子基聚合物，并且該二氧化鈰漿料符合牛頓粘度特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述陰離子基聚合物是選自由聚甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸銨、聚羧酸酯以及羧基-丙烯基聚合物所組成的群。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中在所述化學(xué)添加劑中，所述聚合分子為聚丙烯酸，且所述單體是選自由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺與乙基甲基丙烯酰胺所組成的群。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述漿料與所述化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中在所述化學(xué)添加劑中，所述聚合分子為聚丙烯酸，且所述單體為乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述漿料與所述化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中在所述化學(xué)添加劑中，所述聚合分子為甲基丙烯酸烷基酯，且所述單體是選自由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺與乙基甲基丙烯酰胺所組成的群。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述漿料與所述化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中在所述化學(xué)添加劑中，所述聚合分子為甲基丙烯酸烷基酯，且所述單體為乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑，其特征在于其中所述漿料與所述化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
12.一種制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，包括提供二氧化鈰漿料；在反應(yīng)器中將一種聚合分子與一種單體混合且合成來(lái)制造含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑；以及將所述二氧化鈰漿料與所述化學(xué)添加劑混合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述提供二氧化鈰漿料的步驟包括通過(guò)固態(tài)合成制備二氧化鈰；將所述二氧化鈰與水混合而得一混合物；藉由高能碾磨機(jī)研磨所述混合物而得一研磨產(chǎn)物；藉由高壓分散裝置分散所述研磨產(chǎn)物；以及藉由添加陰離子聚合物對(duì)所述分散產(chǎn)物進(jìn)行分散穩(wěn)定化處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述陰離子聚合物是選自由聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、聚羧酸酯以及羧基-丙烯基聚合物所組成的群。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中添加重量百分比為0.0001-10％的所述陰離子聚合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，在所述分散穩(wěn)定化處理步驟之后，其特征在于還包括一個(gè)藉由過(guò)濾器移除較大顆粒的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述聚合分子的分子量為2,000-1,000,000。
18.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述制造化學(xué)添加劑的步驟還包括將額外的溶劑加入合成的化學(xué)添加劑的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述添加額外的溶劑的步驟導(dǎo)致合成的化學(xué)添加劑溶液的重量百分比為0.03-10％。
20.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中在所述化學(xué)添加劑中，所述聚合分子為聚丙烯酸或甲基丙烯酸，且所述單體是選自由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮所組成的群。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造化學(xué)機(jī)械拋光研磨劑的方法，其特征在于其中所述二氧化鈰漿料與所述化學(xué)添加劑的混合比例為1∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)研磨劑，其包括二氧化鈰漿料與含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑，其中該化學(xué)添加劑是通過(guò)將一種聚合分子與一種單體混合且合成來(lái)獲得。本發(fā)明還涉及制造該CMP研磨劑的方法，其包括提供二氧化鈰漿料、通過(guò)在反應(yīng)器中將該聚合分子與該單體混合且合成來(lái)制造含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的化學(xué)添加劑，以及將該二氧化鈰漿料與該化學(xué)添加劑混合。因此，在將根據(jù)本發(fā)明的研磨劑用作STI CMP研磨劑時(shí)，則有可能將該研磨劑用于超大規(guī)模集成半導(dǎo)體制程中所需的圖案化工序。而且，本發(fā)明中的研磨劑具有優(yōu)良的移除速率、優(yōu)良的拋光選擇性、優(yōu)良的晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)，并且可使微劃痕的發(fā)生最小化。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1826397SQ200480012926
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者白云揆, 樸在勤, 金相均, 加藤健夫, 樸容國(guó) 申請(qǐng)人:K.C.科技股份有限公司, 漢陽(yáng)大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)