CN100366694C - 化学机械抛光用水分散体及其用途和所用的水分散体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使所要抛光的表面平面化和具有高储存稳定性的用于化学机械抛光的水分散体，一种在抛光不同材料的表面时具有优异的选择性的化学机械抛光工艺，和一种半导体设备生产工艺。第一水分散体包含水溶性季铵盐，无机酸盐，磨料颗粒和水介质。第二水分散体包含至少一种水溶性季铵盐，非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物，磨料颗粒和水介质。第二水分散体由通过将水溶性季铵盐和无机酸盐混入水介质而得到的第一水分散体材料(I)，和通过将水溶性聚合物和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物混入水介质而得到的第二水分散体材料(II)组成。磨料颗粒包含在至少一种水分散体材料中。

Description

化学机械抛光用水分散体及其用途和所用的水分散体材料
技术领域：
本发明涉及一种用于化学机械抛光的水分散体和利用该分散体的化学机械抛光工艺。另外，本发明尤其涉及一种具有高储存稳定性，甚至防止在高浓度状态下储存时随着时间而变质，可通过化学机械抛光而提供具有优异的平面化和减少表面缺陷的抛光表面并可用于生产半导体设备的用于化学机械抛光的水分散体，利用这种分散体的具有优异的抛光和去除选择性的化学机械抛光工艺，和半导体设备的生产工艺。
背景技术：
随着集成度和多层布线在半导体设备中的形成的增加，采用一种化学机械抛光用于抛光所要处理的膜。该技术通过将合适的布线材料包埋在具有所需图案的凹槽，孔或类似物(在工艺晶片的电介质上形成)中并随后化学和机械抛光电介质而用于去除过量布线材料和形成布线。
除了形成布线，这种化学机械抛光工艺还用于形成电容器，门电极和类似物和采用在硅晶片如SOI(在绝缘体上的硅)基材的镜面抛光。
通过这种化学机械抛光工艺抛光的物体包括各种膜如多晶硅膜(聚晶体管线硅膜)，单晶硅膜，氧化硅膜，铝膜，钨膜和铜膜。在这种化学机械抛光步骤中，如果通过将布线材料包埋在凹槽或类似物中而形成的具有厚度X(埃)的起始过量膜在去除速率V(埃/分钟)下抛光，那么物体应该通过仅进行抛光标准时间X/V(min)而自然得到。但在半导体设备的实际的生产步骤中，进行超过标准时间X/V(min)的过抛光以去除留在除凹槽或类似物之外的其它部分上的布线材料。″凹弯″(一部分布线变成凹面形式)或″侵蚀″(通过交替形成布线部分和绝缘部分而形成的交替布线的一部分变成凹面形式)由这些过抛光所引起。这些现象不优选，因为半导体设备产量下降。
另外，表面包括磨损状状态的所谓的″擦痕″的缺陷在某些情况下可通过抛光而引起。该现象在某些情况下也可如同凹弯和侵蚀而降低半导体设备的产量。
已经提出各种组合物如用于抑制这些凹弯和侵蚀的用于化学机械抛光的水分散体，用于抑制表面缺陷如擦痕的用于化学机械抛光的水分散体和同时具有这两种性能的用于化学机械抛光的水分散体。
例如已经公开，优异的表面平面化能力可通过使用包含硅石和哌嗪的组合物抛光硅晶片而实现(日本专利申请延迟公开No.154760/1993)。但该公开组合物中的基本组分哌嗪是一种控制环境排放的目标物质，因此其使用在安全和对环境影响方面带来问题。
另外，公开了包含至少一种选自二氧化硅，氧化铝，氧化铈，氧化钛，氮化硅，氧化锆和二氧化锰的磨料颗粒和水，和另外包含溶解态碱性有机化合物的用于抛光的组合物。据说利用这些用于抛光的组合物可实现大的去除速率，并可减少表面缺陷在抛光表面上的出现(参见，例如，日本专利申请延迟公开No.321569/1998)。
随着要求增加集成度和半导体设备的微型化，发展了布线节距的微型化和较薄电介质的形成。通过对布线节距的微型化，氧化硅膜和由氮化物如氮化硅或氮化钛组成的阻碍层也变得细小。但如果阻碍层过抛光，不能实现阻碍层的预期功能，并造成侵蚀或类似现象，这样在某些情况下可损害作为半导体基材的功能。
另外，抛光表面上的包括擦痕的表面缺陷影响使得沉积在其上的电介质的电性能变差，且该影响通过形成较薄电介质而变得更大。
如果具有上述阻碍层的所要抛光的表面使用上述这种用于抛光的组合物进行抛光，不容易同时提高针对所要抛光的层和阻碍层的抛光和去除选择性，并减少包括擦痕的表面缺陷。
本文所用的″抛光和去除选择性″是指所要抛光的一种材料实现高速率的抛光和去除，同时其它材料的抛光和去除速率低的性能，和是指当抛光由例如，至少2材料组成的所要抛光的表面时，仅一种所要抛光的材料可以高效率抛光而没有过抛光其它所要抛光的材料的性能。更具体地，术语″针对所要所要抛光的层和阻碍层的抛光和去除选择性″是指当同时抛光都所要抛光的层和阻碍层时仅所要抛光的层可以高效率抛光而没有过抛光阻碍层的性能。
为了解决上述问题，已经提出了在针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性方面改进的组合物和在抛光氮化物的去除速率(以下还称作″抛光速率″)方面受到控制的组合物。
例如，日本专利申请延迟公开No.321569/1998公开，氧化硅膜的抛光速率可通过上述用于抛光的组合物而控制，这样增加针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性。但没有研究控制氮化物的抛光速率。
还公开了一种用于抛光的组合物，其中组合包含四甲基铵盐，碱和过氧化氢。据说利用该组合物可控制氮化物的抛光速率以增加针对氧化物和氮化物的抛光和去除选择性(例如，日本专利申请延迟公开No.270401/1998)。但该组合物具有优异的针对氧化物和氮化物的抛光和去除选择性，但没有研究针对多晶(成为门电极的材料)和氮化物的抛光和去除选择性和针对多晶和氧化硅的抛光和去除选择性。
对于上述用于抛光的组合物，尤其是，没有研究在高浓度状态下的长期稳定性，其中相应组分的浓度高于实际用于抛光的抛光可适应状态，而且该组合物被设定在制备组合物之后的几个小时内使用。因此，该组合物包括实际的使用成本增加方面的因素，如需要在其中组分浓度已控制低至其使用时的状态下传输和储存。
发明内容
本发明是基于前述情况进行的且其第一目的是提供一种用于化学机械抛光的水分散体，它具有优异的表面平面化能力例如通过化学机械抛光的表面的凹弯，侵蚀或类似现象在平面化步骤中减少，具有优异的针对多晶和氧化硅的抛光和去除选择性和针对多晶和氮化物的抛光和去除选择性，甚至在高浓度状态下具有优异的长期稳定性；使用该组合物化学机械抛光工艺；和半导体设备的生产工艺。
本发明的第二目的是提供一种用于化学机械抛光的水分散体，这样通过化学机械抛光，抛光的表面凹弯、侵蚀或包括擦痕的表面缺陷在平面化步骤中受到抑制，而且它具有优异的针对多晶和氧化硅的抛光和去除选择性和针对多晶和氮化物的抛光和去除选择性，甚至在高浓度状态下具有优异的长期稳定性；使用该组合物化学机械抛光工艺；和半导体设备的生产工艺。
根据本发明，因此提供了通过将水溶性季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒混入水介质而得到的用于化学机械抛光的第一水分散体(以下还称作″第一淤浆″)。
根据本发明，还提供了一种通过将至少一种水溶性季铵盐，不为该水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物和磨料颗粒混入水介质而得到的用于化学机械抛光的第二水分散体(以下还称作″第二淤浆″)。
根据本发明，进一步提供了一种制备用于化学机械抛光的水分散体的材料，包括通过将至少一种水溶性季铵盐和无机酸盐混入水介质而得到的第一水分散体材料(I)，和通过将至少一种水溶性聚合物和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物混入水介质而得到的第二水分散体材料(II)，其中磨料颗粒被混入第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种，且用于化学机械抛光的水分散体通过第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)而得到。
根据本发明，进一步提供了一种化学机械抛光工艺，包括将所要抛光的表面使用上述用于化学机械抛光的任何水分散体抛光。
化学机械抛光工艺可进一步包括，将所要抛光的表面使用非以上用于化学机械抛光的水分散体的另一用于化学机械抛光的水分散体抛光。
根据本发明，进一步提供了一种用于生产半导体设备的方法，其中半导体设备通过将半导体基材上的所要抛光的表面使用上述用于化学机械抛光的任何水分散体抛光而生产。
具体实施方式
以下描述按照本发明的用于化学机械抛光水分散体(以下还简单地称作″淤浆″)。
根据本发明，主要提供第一淤浆和第二淤浆。
<第一淤浆>
第一淤浆通过将水可溶季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒混入水介质而得到。
以下详细描述构成第一淤浆的相应组分。
第一淤浆可在如下所述的高浓度状态下长期储存。但以下描述的相应组分的优选的混合比例(以下还称作″特定混合比例″)是用于抛光的抛光可适应状态中的所有的值。
[1]水溶性季铵盐：
水溶性季铵盐优选为以下结构式(1)表示的化合物
[NR4]+[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基。
顺便说说，4个R基可彼此相同或不同。
其具体例子包括化合物如四甲基氢氧化铵，四乙基氢氧化铵，四丙基氢氧化铵，四异丙基氢氧化铵，四丁基氢氧化铵和四异丁基氢氧化铵。其中，四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵是尤其优选的。
上述水溶性季铵盐可单独或结合使用。
水溶性季铵盐的混合比例优选为0.005-5％质量，更优选0.008-4％质量，尤其优选0.01-3％质量，基于第一淤浆的总质量。如果水溶性季铵盐的混合比例低于0.005％质量，在某些情况下不能实现足够的抛光速率。无需包含比例超过5％质量的水溶性季铵盐。
顺便说说，将水溶性季铵盐溶解在用于化学机械抛光的所得水分散体中，且其一部分作为离子被包含。
[2]无机酸盐：
无机酸盐的例子包括钠盐，钾盐，铵盐无机酸如氢氯酸，硝酸，硫酸，碳酸和磷酸；和钠盐，钾盐和铵盐具有氢硫酸盐离子，碳酸氢盐离子或氢磷酸盐离子。其中，铵盐是优选的，其中碳酸铵，硝酸铵和硫酸铵是尤其优选的。这些无机酸盐可单独或结合使用。
无机酸盐的混合比例优选为0.005-5％质量，更优选0.008-4％质量，尤其优选0.01-3％质量，基于第一淤浆的总质量。
如果无机酸盐的混合比例低于0.005％质量，控制凹弯和侵蚀的作用，即，减少凹弯和侵蚀的作用在某些情况下可能变得不足。无需包含比例超过5％质量的无机酸盐。
[3]磨料颗粒：
磨料颗粒包括无机颗粒，有机颗粒和复合颗粒。
作为无机颗粒的例子，可以提及二氧化硅，氧化铝，氧化铈，氧化钛，氧化锆，氮化硅，二氧化锰和类似物的颗粒。其中，二氧化硅的颗粒是优选的。
作为氧化硅颗粒的具体例子，可以提及通过热解工艺合成的热解硅石，其中氯化硅或类似物与氧和氢在蒸气相中反应，通过溶胶-凝胶工艺合成的胶体硅石，其中金属醇盐水解和冷凝，和通过无机胶体工艺合成的胶体硅石，其中杂质通过纯化被去除。
通过溶胶-凝胶工艺或胶体工艺合成的胶体硅石处于其中原始颗粒在水介质中结合或聚集的状态，即，在二级颗粒的状态，如果其颗粒直径较小。处于这种状态的无机颗粒优选具有平均颗粒直径1-3,000nm，更优选2-1,000nm，以原始颗粒计。
二级颗粒的平均颗粒直径优选为5-5,000nm，更优选5-3,000nm，尤其优选10-1,000nm。如果使用其二级颗粒的平均颗粒直径小于5nm的无机颗粒，那么所得用于化学机械抛光的水分散体在某些情况下不能实现足够的高的抛光速率。另一方面，对于使用其二级颗粒的平均颗粒直径超过5,000nm的无机颗粒，对凹弯和侵蚀的防止作用在某些情况下可变得不足，和另外，往往会出现表面缺陷如擦痕。
原始颗粒的平均颗粒直径可由预期颗粒的比表面积的测量值和传输型电子显微镜的观察结果，等而计算。二级颗粒的平均颗粒直径可利用激光散射衍射测量设备，或类似物而测定。
另一方面，无机颗粒如通过热解工艺合成的硅石以二级颗粒的形式生产，且非常难以在水介质中将它们分散为原始颗粒状态，因此这些颗粒作为通过聚集原始颗粒而得到的二级颗粒存在。因此，由热解工艺所合成的硅石形成的无机颗粒足够使用，只要规定其二级颗粒。
在无机颗粒如通过热解工艺合成的硅石中，其二级颗粒的平均颗粒直径优选为10-10,000nm，更优选20-7,000nm，尤其优选50-5,000nm。通过使用由热解硅石(其二级颗粒的平均颗粒直径落入该范围内)组成的无机颗粒，可以提供一种可实现高抛光速率，充分防止凹弯和侵蚀和具有高稳定性的淤浆。
作为有机颗粒的例子，可以提及分别由以下物质组成的聚合物颗粒：(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物，(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物如聚甲基丙烯酸甲酯，(3)聚氯乙烯，聚缩醛，饱和聚酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚碳酸酯和苯氧基树脂，和(4)聚烯烃和烯烃共聚物如聚乙烯，聚丙烯，聚(1-丁烯)和聚(4-甲基-1-戊烯)，以及其它热塑性树脂。
这些有机颗粒可通过研磨由乳液聚合反应工艺，悬浮液聚合反应工艺，乳液分散体聚合反应工艺，本体聚合反应工艺或类似工艺得到的树脂的方法，或其它方法而制成。有机颗粒也可以是具有交联结构的共聚物的颗粒，所述结果通过使可交联单体如二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯在上述聚合反应工艺中共存而得到。
有机颗粒优选为上述树脂中的选自(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物和(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物如聚甲基丙烯酸甲酯的树脂，和具有交联结构的其共聚物。
在如上所述的这些有机颗粒中，几乎所有的其颗粒一般作为淤浆中的简单的颗粒而存在。这些有机颗粒的平均颗粒直径优选为10-5,000nm，更优选15-3,000nm，尤其优选20-1,000nm。通过使用平均颗粒直径在该范围内的有机颗粒，可以提供一种可实现高抛光速率，充分防止凹弯和侵蚀和具有高稳定性的用于化学机械抛光的水分散体。
在本发明中，作为复合颗粒的具体例子，可以提及通过将有机颗粒与无机颗粒整合而得到的无机有机复合颗粒，和所得通过将改性物质键接到有机颗粒的表面上而得到的改性的颗粒。
由有机有机复合颗粒组成的复合颗粒是通过将有机颗粒与无机颗粒整合使得这些颗粒不容易分离而得到的那些。并不特别限定这些有机颗粒和无机颗粒的种类。例如，可以使用以上提及的相同的有机颗粒和无机颗粒。
并不特别限定复合颗粒的具体结构。例如，优选使用通过将由聚合物颗粒组成的有机颗粒与无机颗粒通过合适的方法结合而得到的那些。
更具体地，处于其中有机颗粒和无机颗粒的ζ电势极性相互不同的状态，通过电静电力在，例如，水介质中结合的颗粒可用作复合颗粒。
有机颗粒的ζ电势在整个pH范围或排除低pH范围的宽pH范围内通常是负值。尤其是，由具有羧基，磺酸基团或类似物的聚合物组成的有机颗粒肯定具有负ζ电势，和由具有氨基或类似物的聚合物组成的有机颗粒在特定pH范围内具有正ζ电势。另一方面，无机颗粒的ζ电势具有高pH依赖性，和一些无机颗粒在特性pH处具有等电点，此时ζ电势是零。在这些无机颗粒中，其ζ电势的极性在该点上下反转。
根据上述事实，将特定种类的有机颗粒与特定种类的无机颗粒结合，并将两种颗粒在某个pH范围内混合使得其ζ电势变成相互相反的极性，这样可得到其中这些有机颗粒和无机颗粒通过电静电力被整合的无机有机复合颗粒。即使混合的有机颗粒和无机颗粒的ζ电势在混合时具有相同的极性，通过在混合之后改变pH以产生其中其ζ电势变成相互相反的极性的状态，也可得到其中有机颗粒和无机颗粒已整合的无机有机复合颗粒。
在本发明中，复合颗粒可以是改性的有机颗粒，其中合适的改性物质已键接到例如由，聚合物颗粒组成的有机颗粒的表面上。作为聚合物颗粒的例子，可以提及聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的颗粒。其上已键接有改性物质的聚合物颗粒可通过，例如以下方法得到，其中用于改性物质的反应性材料，如烷氧基硅烷，铝醇盐或钛醇盐在存在聚合物颗粒的情况下缩聚以在聚合物颗粒的表面上形成改性物质。
如果用于改性物质的材料是烷氧基硅烷，可得到其中聚合物颗粒在其表面上具有聚硅氧烷的改性的有机颗粒。另一方面，如果用于改性物质的材料是铝醇盐或钛醇盐，可得到具有包含铝或钛原子的原子团的改性的有机颗粒。在上述方法中，聚合物颗粒的表面也可用硅烷偶联剂或类似物处理。
在本发明中，复合颗粒也可是通过将无机颗粒如硅石颗粒或矾土颗粒键接到由合适聚合物颗粒组成的有机颗粒的表面上而结合的无机有机复合颗粒。在这种情况下，无机颗粒可以物理形式连接到聚合物颗粒表面上的粘结组分如聚硅氧烷上或通过存在于聚合物颗粒表面上的官能团如羟基而化学键接。
其中无机有机复合颗粒如上所述通过电静电力整合，已被改性物质通过例如，烷氧基硅烷，铝醇盐，钛醇盐或类似物在存在这些无机有机复合颗粒情况下的缩聚反应而改性的那些也可用作复合颗粒。
如果复合颗粒由无机有机复合颗粒组成，这些复合颗粒根据形成复合颗粒的相应有机颗粒和无机颗粒的颗粒直径和组分比例以任何以下状态(1)-(3)存在，或以其中存在一种以上状态的状态存在。
状态(1)：其中无机颗粒作为壳颗粒粘附到由有机颗粒组成的核颗粒的表面上。
状态(2)：其中有机颗粒作为壳颗粒粘附到由无机颗粒组成的核颗粒的表面上。
状态(3)：其中有机颗粒和无机颗粒已相互聚集而没有形成透明核-壳结构。
在上述状态中，状态(1)或(3)是优选的。
在每个状态(1)-(3)中，无机颗粒可以是任何状态的原始颗粒和二级颗粒，或两种颗粒可混合。
对于形成无机有机复合颗粒的无机颗粒和有机颗粒的组分比例，无机颗粒的比例优选为1-2,000质量份，更优选10-1,000质量份/100质量份有机颗粒。
在本发明中，复合颗粒的平均颗粒直径优选为20-20,000nm，更优选50-10,000nm，尤其优选50-5,000nm。
通过包含满足上述条件的复合颗粒，可提供一种可实现高抛光速率，充分防止凹弯和侵蚀和具有高稳定性的淤浆。
磨料颗粒的混合比例可控制至优选0.01-10％质量，更优选0.03-8％质量，尤其优选0.05-5％质量，基于第一淤浆的总质量。如果磨料颗粒的混合比例低于0.01％质量，所得淤浆不能实现足够的抛光速率。另一方面，如果混合比例超过10％质量，所得淤浆变得高成本和可在某些情况下储存稳定性变差。
[4]水介质：
第一淤浆通过将如上所述的水溶性季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒，和视需要包含的组分混入水介质中以将它们分散在水介质中而得到。作为水介质，可使用水，包含水和其量或比例不损害抛光性能的水溶性醇的混合介质，或类似物。但水是尤其优选的。
[5]其它组分：
第一淤浆通过如上所述将水溶性季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒混入水介质而得到和可根据需要包含除了上述组分之外的添加剂如有机酸或其盐，氧化剂和/或表面活性剂。也可包含水可溶聚合物。
有机酸的具体例子包括甲酸，乙酸，丙酸，p-甲苯磺酸，异戊二烯磺酸，葡萄糖酸，乳酸，柠檬酸，酒石酸，苹果酸，乙醇酸，己二酸，丙二酸，草酸，琥珀酸，富马酸，马来酸和邻苯二甲酸，以及为氨基酸的丙氨酸，甘氨酸，天门冬氨酸和甘氨酰基甘氨酸。
有机酸的盐包括上述有机酸的碱金属盐如钾盐和铵盐。
这些有机酸或其盐可单独或结合使用。另外，有机酸和盐可结合使用。
有机酸或其盐的混合比例可控制至优选最多1％质量，更优选最多0.5％质量，基于第一淤浆的总质量。
有机酸的混合比例控制在上述范围内，这样所得淤浆可实现足够的抛光特性和变得稳定。
氧化剂的具体例子包括过氧化氢，有机过氧化物如过乙酸，过苯甲酸和氢过氧化叔丁基，硝酸化合物如硝酸和硝酸铁，全卤化合物如高氯酸，过硫酸盐如过硫酸铵，多价金属盐如硝酸铁和硝酸铈铵，和杂多酸如硅钨酸，磷钨酸，硅钼酸和磷钼酸。其中，过氧化氢和有机过氧化物(其中不含金属元素，和其分解产物是无害的)是优选的。通过包含这些氧化剂，抛光速率可极大地提高，尤其是，如果抛光在晶片上形成的金属膜如所要加工的膜。
这些氧化剂可单独或结合使用。
氧化剂的混合比例可控制至最多15％质量，优选0.001-15％质量，更优选0.03-10％质量，尤其优选0.01-8％质量，基于第一淤浆的总质量。
氧化剂的混合比例被控制在上述范围内，这样所得淤浆可实现足够的高抛光速率。
作为表面活性剂，可以提及阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂和两性表面活性剂。
其中，阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂是优选的。
阳离子表面活性剂的具体例子包括脂族胺盐和脂族铵盐。
阴离子表面活性剂的具体例子包括羧酸盐如脂肪酸皂和烷基醚羧酸盐，磺酸盐如烷基苯磺酸盐，烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐，硫酸盐如高级醇硫酸盐和烷基醚硫酸盐，和磷酸盐如烷基磷酸盐。
非离子表面活性剂的具体例子包括醚型表面活性剂如聚氧基亚乙基烷基醚，醚酯型表面活性剂如甘油酯的聚氧基亚乙基醚，酯型表面活性剂如聚乙二醇脂肪酸酯，甘油酯和脱水山梨醇酯，乙炔二醇和其氧化乙烯加成物，和乙炔醇。两性表面活性剂的具体例子包括烷基甜菜碱和氧化胺。
这些表面活性剂可单独或结合使用。也可结合使用不同种类的表面活性剂。
表面活性剂的混合比例可优选控制至最多1％质量，更优选最多0.5％质量，基于第一淤浆的总质量。表面活性剂的混合比例被控制在以上范围内，这样所得淤浆可实现足够的抛光特性和变得稳定。
水溶性聚合物的具体例子包括纤维素，羧基甲基纤维素，羟基乙基纤维素，聚乙二醇，聚亚乙基亚胺，和聚丙烯酸和其盐。
这些水溶性聚合物可单独或结合使用。
水溶性聚合物的混合比例可控制至优选最多1％质量，更优选最多0.5％质量基于第一淤浆的总质量。
水溶性聚合物的混合比例被控制在以上范围内，这样所得淤浆可实现足够的抛光特性和变得稳定。
根据需要视需要包含的这些添加剂可在制备第一淤浆时混合，或也可在第一淤浆的供给管线中或在抛光台上在实施化学机械抛光步骤时通过单独制备其水溶液而混合。
第一淤浆的优选的pH随着所要抛光的膜的种类而变化。例如，如果抛光单晶硅膜或多晶硅膜，优选的pH范围是7-13，更优选9-12。如果pH低于7，在某些情况下不能实现足够的抛光性能。
另一方面，如果pH超过13，淤浆自身的温度下在某些情况下可变差。第一淤浆不优选具有太低或高的pH。
为了调节第一淤浆的pH，可以使用酸或碱。可用的碱的例子包括氢氧化钾和氨。
作为用第一淤浆抛光的膜，优选的是硅型膜。其具体例子包括无定形硅膜，单晶硅膜，多晶硅膜，氮化硅膜和类似物。
如果硅型膜是多晶硅膜或无定形硅膜，砷和磷或类似物可掺杂到多晶和/或无定形硅中，相应形成这些膜。
如果化学机械抛光使用第一淤浆进行，抛光使用水溶性季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒和视需要包含的组分的相应组分的混合比例落入上述特定混合比例范围内的淤浆。用于该抛光的第一淤浆可通过将相应组分按照对应于特定混合比例的量混合而制成。另外，可事先制备其中相应组分的浓度高于实际用于抛光的抛光可适应状态中的特定混合比例的高浓度产品，和该高浓度产品可在抛光时用水或类似物稀释使得相应组分的混合比例达到特定混合比例。
第一淤浆的高浓度产品通过将相应组分混合使得有关相应组分的混合比例的比率范围等于有关特定混合比例的比率范围而得到，且相应组分此时的混合比例优选使得水溶性季铵盐是最多10％质量，无机酸盐是最多10％质量，和磨料颗粒是最多20％质量，都基于高浓度产品的总质量。
第一淤浆可在长时间储存之后在其使用时通过在化学机械抛光步骤中根据需要进行稀释而具有起始抛光性能，即使该淤浆是通过将相应组分按照对应于特定混合比例的量混合而制成的抛光可适应状态下的淤浆或处于高浓度状态下的淤浆。
例如，在40℃下在高浓度状态下储存30天或90天并稀释之后，第一淤浆可具有起始性能，即使它用于抛光步骤。
顺便说说，术语″起始″是指在混合相应组分之后不久几个小时(1-5小时)的流逝时间。
[6]所要抛光的表面的化学机械抛光：
根据本发明的第一化学机械抛光工艺包括，用第一淤浆抛光所要抛光的表面。如果所要抛光的表面的化学机械抛光使用第一淤浆进行，市售化学机械抛光装置如型号″EPO-112″或型号″EPO-222″(由Ebara公司制造)；型号″Mirra″(由应用材料公司制造)；或类似物可用于在规定的抛光条件下进行抛光。
根据本发明第一化学机械抛光工艺的一个实施方案，例如，凹槽部分在半导体基材上形成，多晶硅膜在包括该凹槽的半导体基材的整个表面上形成，多晶硅膜随后使用如上所述的这种化学机械抛光装置和第一淤浆经受抛光处理以去除没有包埋在凹槽部分中的多晶硅膜的其它部分，这样具有优异的表面特性和由多晶组成的包埋凹槽可在形成于半导体基材上的凹槽部分中形成。
根据另一实施方案，氧化硅膜在半导体基材上形成，和凹槽部分另外在所得堆叠膜上形成。在多晶硅膜进一步沉积在形成于堆叠膜上的凹槽部分中之后，沉积的多晶硅膜使用氧化硅膜作为阻碍层进行抛光处理，并将通过该抛光处理暴露的表面作为所要抛光的表面进行处理，使用，例如，上述化学机械抛光装置和第一淤浆进行抛光处理，这样具有优异的表面特性和由多晶组成的包埋凹槽可在形成于堆叠膜(通过将氧化硅膜堆叠在半导体基材上而得到)上的凹槽部分中形成，因为第一淤浆具有优异的针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性。在该实施方案，即使抛光处理按照与所述实施方案相同的方式进行，只是形成氮化物膜替代氧化硅膜，和该氮化物膜用作阻碍层，具有优异的表面特性和由多晶组成的包埋凹槽可在形成于堆叠膜(通过将氮化物膜堆叠在半导体基材上而得到)上的凹槽部分中形成，因为第一淤浆具有优异的针对多晶硅膜和氮化物膜的抛光和去除选择性。
根据进一步实施方案，单晶硅膜可使用上述化学机械抛光装置和第一淤浆抛光成镜面状态。
根据进一步实施方案，凹槽部分在半导体基材上形成，布线材料膜在包括该凹槽的半导体基材的整个表面上形成，且化学机械抛光处理随后使用上述化学机械抛光装置和第一淤浆进行以去除没有包埋在凹槽部分中的布线材料膜的其它部分，这样具有优异的表面特性的包埋布线可在形成于半导体基材上的凹槽部分中形成。
针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性和针对多晶硅膜和氮化物膜的抛光和去除选择性分别可通过将所要抛光的相应膜在相同的条件下抛光并相互比较，具体地，通过确定两个膜之间的抛光速率的比率而评估。术语″相同的条件″是指，使用特定型号的抛光装置，并使工作台和其头的旋转速度，抛光压力，抛光时间，所用的抛光垫的种类和用于化学机械抛光的水分散体的单位时间加料量相同。″抛光速率的比率″可由多晶硅膜，氧化硅膜和氮化物膜的相应抛光速率的值计算，其中这些膜分别在相同的条件下抛光。
氮化物膜的例子包括氮化硅膜，氮化钛膜和氮化钽膜。
在本发明第一化学机械抛光工艺中，表示为多晶硅膜抛光速率与氧化硅膜抛光速率的比率的第一特定抛光速率比率在其中氧化硅膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下可控制至至少30，优选至少100，尤其优选至少300。另外，表示为多晶硅膜抛光速率与氮化物膜抛光速率的比率的第二特定抛光速率比率在其中氮化物膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下可控制至至少50，优选至少100，尤其优选至少300。
在完成抛光处理之后，优选去除留在抛光表面上的磨料颗粒。磨料颗粒的去除可通过普通清洁方法进行。例如，清洁使用包含相应质量比率约1∶1∶5的氨，过氧化氢和水的碱性洗涤溶液在刷清洗之后进行，这样可去除粘附到抛光表面上的磨料颗粒。
为了去除吸附到抛光表面上的杂质金属物质，清洁可使用例如，由柠檬酸水溶液，氢氟酸和柠檬酸的混合水溶液或氢氟酸和亚乙基二胺-四乙酸(EDTA)的混合水溶液组成的洗涤溶液来进行。
如果磨料颗粒仅由有机颗粒组成，抛光表面也可在存在氧的情况下加热至高温，这样燃烧和去除抛光表面上的有机颗粒。作为特定燃烧方法的例子，可以提及通过使氧等离子体发挥作用或通过向下流动供给氧自由基而进行的灰化处理。通过该方法，可容易去除留在抛光表面上的有机颗粒。
[7]半导体设备的生产工艺：
根据本发明的半导体设备的第一生产工艺是一种使用第一淤浆生产半导体设备的工艺。术语″半导体设备″广义上是指抛光晶片，配有该晶片或固定有该晶片的各种设备和配有由该晶片制成的基材的各种设备(即，结合有该基材的各种设备)。
<第二淤浆>
第二淤浆通过将至少一种水溶性季铵盐，非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物和磨料颗粒混入水介质而得到。
以下详细描述第二淤浆。
第二淤浆以包含至少水溶性季铵盐，非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物，磨料颗粒和水介质的含所有组分的淤浆形式或由用于制备用于化学机械抛光的水分散体的材料组成的双液混合型淤浆形式供给。用于制备用于化学机械抛光的水分散体的材料包括通过将至少一种水溶性季铵盐和无机酸盐混入水介质而得到的第一水分散体材料(I)，和通过将至少一种水溶性聚合物和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物混入水介质而得到的第二水分散体材料(II)，其中磨料颗粒被混入第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种且用于化学机械抛光的水分散体通过第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)而制成。
第二淤浆可如下所述在高浓度状态下长期储存。但以下描述的相应组分的优选的特定混合比例是用于抛光的抛光可适应状态中的所有值。
[1]水溶性季铵盐和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物：
含所有组分的淤浆包含水溶性季铵盐和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物。
在双液混合型淤浆中，水可溶季铵盐包含在第一水分散体材料(I)中，同时至少非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物包含在第二水分散体材料(II)。该第二水分散体材料(II)可进一步包含水溶性季铵盐。
作为水溶性季铵盐，优选使用季烷基铵盐，且季烷基铵盐优选为表示为以下结构式(1)的化合物
[NR4]+[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基。
顺便说说，4个R基团可相互相同或不同。
作为其具体例子，例如提及与构成第一淤浆的水溶性季铵盐时所例举的相同的化合物。其中，四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵尤其优选使用。
非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物的例子包括水溶性胺。
水溶性胺的例子包括(1)烷基胺如甲基胺，二甲基胺，三甲基胺，乙基胺，二乙基胺和三乙基胺，(2)烷醇胺如二乙醇胺，三乙醇胺和氨基乙基乙醇胺，(3)亚烷基胺如二亚乙基三胺，三亚乙基四胺。四亚乙基五胺，五亚乙基六胺和三亚乙基二胺，和(4)亚胺如亚乙基亚胺。其中，二乙醇胺，三乙醇胺和类似物优选使用。
任何上述胺的盐可用作水溶性胺。
水溶性胺可单独或结合使用。
水溶性季铵盐和非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物(以下还称作″特定碱性有机化合物″)的混合比例可以是0.005-10％质量，优选0.005-8％质量，更优选0.008-5％质量，尤其优选0.01-4％质量，基于含所有组分的淤浆或双液混合型淤浆形式的第二淤浆的总质量。如果特定碱性有机化合物的混合比例低于0.005％质量，在某些情况下不能实现足够的抛光速率。无需包含比例超过10％质量的特定碱性有机化合物。
将特定碱性有机化合物溶解在淤浆中，且其一部分作为离子而包含。
[2]无机酸盐：
作为无机酸盐，可用作可用作构成第一淤浆的无机酸盐时所例举的任何化合物。
无机酸盐的混合比例可以是0.005-8％质量，优选0.005-6％质量，更优选0.008-4％质量，尤其优选0.01-3％质量，基于含所有组分的淤浆或双液混合型淤浆形式的第二淤浆的总质量。
如果无机酸盐的混合比例低于0.005％质量，防止凹弯和侵蚀的作用在某些情况下可变得不足。无需包含比例超过8％质量的无机酸盐。
[3]水溶性聚合物：
水溶性聚合物的例子包括纤维素衍生物如甲基纤维素，甲基羟基乙基纤维素，甲基羟基丙基纤维素，羟基乙基纤维素，羟基丙基纤维素，羧基甲基纤维素，羧基乙基纤维素，和羧基甲基羟基乙基纤维素；多糖如脱乙酰壳多糖；以及水溶性聚合物如聚乙二醇，聚亚乙基亚胺，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯基醇，聚丙烯酸和其盐，聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯。其中，纤维素衍生物，和聚丙烯酸和其盐是优选的，其中羟基乙基纤维素和羧基甲基纤维素是更优选的。
这些水溶性聚合物可单独或结合使用。
水溶性聚合物的混合比例可以是0.001-5％质量，优选0.001-3％质量，更优选0.003-2％质量，尤其优选0.005-1％质量，基于含所有组分的淤浆或双液混合型淤浆形式的第二淤浆的总质量。
如果水溶性聚合物的混合比例低于0.001％质量，防止凹弯和侵蚀的作用在某些情况下可变得不足，且表面缺陷可增加。无需包含比例超过5％质量的水溶性聚合物。
[4]磨料颗粒：
在第二淤浆中，磨料颗粒作为含所有组分的淤浆中的基本组分被包含，且在双液混合型淤浆中被包含在第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种。
作为磨料颗粒，可使用作为可用作构成第一淤浆的磨料颗粒的颗粒时所例举的任何颗粒。
磨料颗粒的混合比例可控制至0.01-10％质量，优选0.03-8％质量，尤其优选0.05-5％质量，基于含所有组分的淤浆或双液混合型淤浆形式的第二淤浆的总质量。如果磨料颗粒的混合比例低于0.01％质量，所得淤浆不能实现任何足够的抛光速率。另一方面，如果混合比例超过10％质量，所得淤浆变得高成本和在某些情况下可在储存稳定性方面变差。
[5]水介质：
构成第二淤浆的含所有组分的淤浆或双液混合型淤浆中的第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)相应通过将上述相应组分，和视需要包含的组分混入水介质中以将它们分散在水介质中而得到。作为水介质，可使用水，包含其量或比例不损害抛光性能的水和水溶性醇的混合介质，或类似物。但水是尤其优选的。
[6]其它组分：
含所有组分的淤浆通过如上所述将水溶性季铵盐，非水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物和磨料颗粒混入水介质而得到且可根据需要包含添加剂如有机酸或其盐，氧化剂和/或表面活性剂以及上述组分。
这些其它添加剂也可包含在双液混合型淤浆中。在这种情况下，其它添加剂可包含在第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种。
作为有机酸和其盐，氧化剂和表面活性剂，可以提及例如与可包含在第一淤浆中的那些相同的化合物。
在双液混合型淤浆中，水溶性聚合物也可根据需要包含在第一水分散体材料(I)中。
水溶性聚合物的具体例子包括在可用作构成第二水分散体材料(II)的聚合物时所例举的那些聚合物。
如果水溶性聚合物也包含在第一水分散体材料(I)中，包含在第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的水溶性聚合物的总混合比例可以是0.001-5％质量，优选0.001-3％质量，更优选0.003-2％质量，尤其优选0.005-1％质量，基于双液混合型淤浆的总质量。
水溶性聚合物的混合比例被控制在以上范围内，这样所得淤浆可实现足够的抛光特性和变得稳定。
在含所有组分的淤浆的情况下，可根据需要视需要包含的这些添加剂可在其制备时相应地混合，或也可在该淤浆的供给管线中或在抛光台上在实施化学机械抛光步骤时通过单独制备其水溶液而混合。
在双液混合型淤浆的情况下，这些添加剂可相应地在制备第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)时混合，可在混合第一水分散体材料(I)与第二水分散体材料(II)时混合，或也可在该淤浆的供给管线中或在抛光台上在实施化学机械抛光步骤时通过单独制备其水溶液而混合。
第二淤浆的优选的pH优选在与第一淤浆中的优选pH范围相同的范围内。
用第二淤浆抛光的膜的例子包括硅型膜如氧化硅膜，多晶硅膜，单晶硅膜，无定形硅膜和氮化硅膜，纯金属膜如纯钨膜，纯铝膜和纯铜膜，和由钨，铝或铜与任何其它金属的合金组成的合金膜。也可提及由金属如钽或钛，氧化物如氧化钽或氧化钛，或氮化物如氮化钛或氮化钽组成的阻碍层(隔绝层)。其中，第二淤浆可合适地用于抛光，尤其，硅型膜。
对于以上″多晶硅膜″和″无定形硅膜″，砷，磷或类似物可分别掺杂到多晶和无定形硅中以形成这些膜。这同样适用于在本说明书的其它位置描述的多晶硅膜和无定形硅膜。
如果化学机械抛光使用第二淤浆进行，抛光使用其中如上所述相应组分和视需要包含的组分的混合比例落入特定混合比例的范围内的淤浆进行。用于该抛光的第二淤浆可通过将相应组分按照对应于特定混合比例的量混合而制成。另外，可事先制备其中相应组分的浓度高于实际用于抛光的抛光可适应状态中的浓度的高浓度产品，和该高浓度产品可在抛光时用水或类似物稀释使得相应组分的混合比例达到特定混合比例。
第二淤浆的高浓度产品通过将相应组分混合使得有关相应组分的混合比例的比率范围等于有关特定混合比例的比率范围而得到，且相应组分此时的混合比例优选使得水溶性季铵盐是最多10％质量，无机酸盐是最多10％质量，和磨料颗粒是最多20％质量，都基于高浓度产品的总质量。
第二淤浆可在长时间储存之后在其使用时通过在化学机械抛光步骤中根据需要进行稀释而具有起始抛光性能，即使该淤浆是通过将相应组分按照对应于特定混合比例的量混合而制成的抛光可适应状态下的淤浆或处于高浓度状态下的淤浆。
例如，在40℃下在高浓度状态下储存30天或90天并稀释之后，第二淤浆可具有起始性能，即使它用于抛光步骤。
如果双液混合型淤浆用于进行化学机械抛光步骤，第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)可混合用于淤浆加料管线，或可单独加料到化学机械抛光装置的抛光台和混合用于抛光台。另外，第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)也可在使用之前事先混合以将所得混合物储存在罐或类似物中。在这种情况下，该混合物可优选在双液混合型淤浆的稳定性变差之前使用。
并不特别限定第一水分散体材料(I)与第二水分散体材料(II)的比率，只要实现预期的抛光速率，凹弯，充分防止侵蚀，擦痕和类似现象，并实现优异的稳定性。但第一水分散体材料(I)与第二水分散体材料(II)的比率[(I)/(II)]优选为30/70-70/30，以质量比率计。
[7]所要抛光的表面的化学机械抛光：
根据本发明的第二化学机械抛光工艺包括用第二淤浆抛光所要抛光的表面。
如果所要抛光的表面的化学机械抛光使用第二淤浆进行，作为可用于使用第一淤浆的第一化学机械抛光工艺的抛光装置所例举的抛光装置可在规定的抛光条件下进行抛光。
根据本发明第二化学机械抛光工艺的一个实施方案，例如，凹槽部分在半导体基材(也包括半导体晶片)上形成，硅型膜如多晶硅膜或无定形硅膜在包括该凹槽的半导体基材的整个表面上形成，硅型膜随后使用如上所述的这种化学机械抛光装置和第二淤浆经受抛光处理以去除没有包埋在凹槽部分中的硅型膜的其它部分，这样具有优异的表面特性和由硅如多晶硅膜或无定形硅膜组成的包埋凹槽可在形成于半导体基材上的凹槽部分中形成。
根据另一实施方案，氧化硅膜在半导体基材(也包括半导体晶片)上形成，和凹槽部分另外在所得堆叠膜上形成。在硅如多晶或无定形硅进一步沉积在形成于堆叠膜上的凹槽部分上之后，沉积硅型膜使用氧化硅膜作为阻碍层进行抛光处理，且通过该抛光处理暴露的表面作为所要抛光的表面进行处理，使用，例如，上述化学机械抛光装置和第二淤浆进行抛光处理，这样具有优异的表面特性和由硅组成的包埋凹槽可在形成于堆叠膜(通过将氧化硅膜堆叠在半导体基材上而得到)上的凹槽部分中形成，因为第二淤浆具有优异的针对硅型膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性。在该实施方案，即使抛光处理按照与所述实施方案相同的方式进行，只是形成氮化物膜如氮化钛膜，氮化钽膜或氮化硅膜替代氧化硅膜，和该氮化物膜用作阻碍层，具有优异的表面特性和由硅如多晶硅膜或无定形硅膜组成的包埋凹槽可在形成于堆叠膜(通过将氮化物膜堆叠在半导体基材上而得到)上的凹槽部分中形成，因为第二淤浆具有优异的针对硅型膜和氮化物膜的抛光和去除选择性。
按照本发明的进一步实施方案，可以采用上述化学机械抛光设备和第二淤浆以镜状抛光单晶硅膜。
根据进一步实施方案，凹槽部分形成在半导体基材上，布线材料膜如纯金属膜如纯钨膜，纯铝膜或纯铜膜，或由钨，铝或铜与任何其它金属的合金组成的合金膜合金在包括该凹槽的半导体基材的整个表面上形成，且抛光处理随后使用上述化学机械抛光装置和第二淤浆进行以去除没有包埋在凹槽部分中的布线材料膜的其它部分，这样具有优异的表面特性的包埋布线可在形成于半导体基材上的凹槽部分中形成。顺便说说，由金属如钽或钛，氧化物如氧化钽或氧化钛，氮化物如氮化钛或氮化钽或类似物组成的阻碍层一般在形成于半导体基材上的凹槽的表面上形成，布线材料膜在阻碍层的表面上形成，并随后进行抛光处理。在这种情况下，可形成具有优异的表面特性的包埋布线，因为第二淤浆具有优异的针对布线材料膜和阻碍层的抛光和去除选择性。
针对多晶硅膜或无定形硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性，针对硅型膜和氮化物膜的抛光和去除选择性和针对布线材料膜和阻碍层的抛光和去除选择性可通过将所要抛光的相应膜在相同的条件下抛光并相互比较，具体地，通过确定膜之间的抛光速率的比率而评估。术语″相同的条件″是指，使用特定型号的抛光装置，并使工作台和其头的旋转速度，抛光压力，抛光时间，所用的抛光垫的种类和用于化学机械抛光的水分散体的单位时间加料量相同。″抛光速率的比率″可由(1)硅型膜如多晶硅膜或无定形硅膜，(2)变成阻碍层的氧化硅膜或氮化物膜，和(3)布线材料膜的相应抛光速率的值计算，其中这些膜分别在相同的条件下抛光。
在本发明的第二化学机械抛光工艺中，表示为多晶硅膜抛光速率与氧化硅膜抛光速率的比率的第一特定抛光速率比率在其中氧化硅膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下可控制至至少30，优选至少100，尤其优选至少300。另外，表示为多晶硅膜抛光速率与氮化物膜抛光速率的比率的第二特定抛光速率比率在其中氮化物膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下可控制至至少50，优选至少100，尤其优选至少300。
在完成抛光处理之后，优选去除留在抛光表面上的磨料颗粒。磨料颗粒的去除可通过例举为在完成使用第一淤浆的化学机械抛光之后可使用的去除方法的去除方法而进行。
[8]半导体设备的生产工艺：
根据本发明的半导体设备的第二生产工艺是一种使用上述第二淤浆生产半导体设备的工艺。
[实施例]
<涉及第一淤浆的实施例>
[1]包含由无机颗粒或复合颗粒组成的磨料颗粒的水分散体所制备：
(1)包含无机颗粒的水分散体的制备：
(a)包含热解硅石颗粒的水分散体的制备：
将2 kg量的热解硅石颗粒(Nippon Aerosil Co.，Ltd.的产品；商品名″Aerosil #50″)加入6.7kg离子交换水并利用超声分散机器分散，并随后将该分散体滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，制备出包含热解硅石颗粒的水分散体。该水分散体中的硅石颗粒的平均原始颗粒直径是30nm，和其平均二级颗粒直径是230nm。
(b)包含胶体硅石的水分散体的制备：
向2-升烧瓶中装入70g含水氨(浓度：25％质量)，40g离子交换水，175g乙醇和21g四乙氧基硅烷，并将在180rpm搅拌下加热至60℃.在混合物在该温度下连续搅拌2小时之后，将它冷却得到胶体硅石的乙醇分散体。利用蒸发器同时在80℃下加入离子交换水而去除乙醇的工艺重复几次，制备出包含20％质量具有平均原始颗粒直径35 nm和平均二级颗粒直径70nm的胶体硅石的水分散体。
包含20％质量具有平均原始颗粒直径15nm和平均二级颗粒直径25nm的胶体硅石的水分散体，和包含20％质量具有平均原始颗粒直径70nm和平均二级颗粒直径150nm的胶体硅石的水分散体另外分别按照基本上与上述相同的方式制备，只是改变乙醇和四乙氧基硅烷的加入量。
(2)包含由复合颗粒组成的磨料颗粒的水分散体的制备：
(a)包含聚合物颗粒的水分散体的制备：
向2-升烧瓶中装入90质量份(以下简单地称作″份″)甲基丙烯酸甲酯，5份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Shin-Nakamura化学有限公司的产品；商品名″NK Ester M-90G，#400″)，5份4-乙烯基吡啶，2份偶氮型聚合反应引发剂(Wako Pure Chemical Industries Ltd.的产品，商品名″V50″)和400份离子交换水，并将混合物在搅拌下在氮气气氛下加热至70℃以在相同的温度下进行聚合反应6小时，这样得到包含具有平均颗粒直径150nm的聚合物颗粒的水分散体，其中所述聚合物具有氨基和聚乙二醇链。聚合反应产率是95％。
(b)包含复合颗粒的水分散体的制备：
将100份包含10％质量在以上步骤(a)中得到的聚合物颗粒的水分散体加入2-升烧瓶，另外加入1份甲基三甲氧基硅烷，并将所得混合物在40℃下搅拌2小时。然后，使用硝酸将该混合物的pH调节至2，得到水分散体(1-a)。包含10％质量胶体硅石(Nissan ChemicalIndustries，Ltd.的产品；商品名″Snowtex O″，平均原始颗粒直径：10-20nm)的水分散体的pH使用氢氧化钾调节至8，得到水分散体(1-b)。顺便说说，包含在水分散体(1-a)中的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的ζ电势是+17mV，同时包含在水分散体(1-b)中的硅石颗粒的ζ电势是-40mV。
在50份水分散体(1-b)逐渐加入并与100份水分散体(1-a)混合2小时之后，将所得混合物另外搅拌2小时，得到包含具有键接到聚合物颗粒上的胶体硅石颗粒的颗粒的水分散体。向该水分散体中加入2份乙烯基三乙氧基硅烷，并将混合物搅拌1小时。然后，加入1份四乙氧基硅烷，并将混合物加热至60℃，在该温度下连续搅拌3小时并随后冷却，这样得到包含复合颗粒的水分散体。复合颗粒的平均颗粒直径是180nm。复合颗粒使得粘附到聚合物颗粒表面上的硅石颗粒覆盖其80％。
[2]用于化学机械抛光的水分散体的高浓度产品的制备：
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，将浓度是25％质量的四甲基氢氧化铵水溶液加入离子交换水以得到浓度6％质量，以四甲基氢氧化铵含量计，并将混合物充分搅拌。然后，在搅拌下加入碳酸铵的水溶液(浓度：20％质量)以得到浓度5.5％质量，以碳酸铵含量计，同时加入9％质量胶体硅石(平均原始颗粒直径：35nm；平均二级颗粒直径：70nm)。在所得混合物充分搅拌之后，将它滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到淤浆[1A]的高浓度产品[1Ad]。
淤浆[1B]-[1I]的相应高浓度产品[1Bd]-[1Id]基本上按照上述的相同的方式得到，只是相应组分的种类和混合量按照表1所示变化。
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，并将表2的″添加剂1″列中所示的水溶液相应加入离子交换水，得到表2的″添加剂1″列中所示的相应混合量，并将所得混合物充分搅拌。然后，将表2的″添加剂2″列中所示的水溶液分别在搅拌下加入，得到表2的″添加剂2″列中所示的相应混合量。同时，加入磨料颗粒，所得混合物充分搅拌，并将它们相应滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到对比淤浆[1a]-[1e]的高浓度产品[1ad]-[1ed]。
表1和2所示的磨料颗粒的颗粒直径按照胶体硅石的原始颗粒直径和平均二级颗粒直径的顺序描述，仅平均二级颗粒直径针对热解硅石描述。作为复合颗粒的颗粒直径，描述了平均颗粒直径。
表1和2中的简称分别是指以下化合物。
TMAH：四甲基氢氧化铵(25％质量水溶液)
TEAH：四乙基氢氧化铵(20％质量水溶液)
TPAH：四丙基氢氧化铵(15％质量水溶液)
表1中提及的硝酸铵以20％质量水溶液的形式使用，表2中提及的KOH以10％质量水溶液的形式使用，二乙醇胺以10％通过质量水溶液的形式使用，HCl在浓度30％质量下使用，和这些物质分别被描述为″硝酸铵″，″KOH″，″二乙醇胺″和″HCl″并混合得到表中所示的相应混合量。
表1
  淤浆的高浓度产品   季烷基铵盐   无机盐   磨料颗粒   其它添加剂
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)
  1Ad   TMAH   6   碳酸铵   5.5   胶体硅石   35,70   9   无   -
  1Bd   TMAH   3   碳酸铵   1.6   胶体硅石   15,25   9   无   -
  1Cd   TEAH   3   硝酸铵   1.6   胶体硅石   35,70   9   无   -
  1Dd   TMAH   2   硝酸铵   0.9   胶体硅石   35,70   9   氨   1
  1Ed   TMAH   3   碳酸铵   1.4   热解硅石   230   6   无   -
  1Fd   TPAH   0.6   碳酸铵   0.6   胶体硅石   70,150   1.8   无   -
  1Gd   TEAH   4.5   碳酸铵   4   胶体硅石   35,70   4.5   无   -
  1Hd   TMAH   3   碳酸铵   1.6   复合硅石   180   5   无   -
  1Id   TMAH   6   硝酸铵   5.5   胶体硅石   35,70   9   羟基乙基纤维素   0.05
表2
  淤浆的高浓度产品   添加剂1   添加剂2   磨料颗粒
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)
  1ad   TMAH   4   HCl   3   胶体硅石   35,70   6
  1bd   TMAH   6   无   -   胶体硅石   15,25   6
  1cd   二乙醇胺   5   无   -   热解硅石   230   6
  1dd   KOH   5   无   -   胶体硅石   70,150   9
  1ed   KOH   5   HCl   3   胶体硅石   70,150   9
[3]用于化学机械抛光的水分散体的制备：
在将在步骤[2]中制备的高浓度产品[1Ad]-[1Id]和[1ad]-[1ed]在制备之后在25℃下放置2小时之后，取出其部分，并向其中加入离子交换水，将它们稀释成表3和4所示的相应稀释速率，得到得到淤浆[1A]-[1I]和对比淤浆[1a]-[1e]。如此得到的每种淤浆的相应组分的含量和pH值在表3和4中给出。
在高浓度产品在40℃下储存90天之后，将它们按照上述的相同的方式稀释，得到淤浆[1A]-[1I]和对比淤浆[1a]-[1e]。如此得到的每种淤浆的pH值在表3和4中给出。
表3和4中的简称，TMAH，TEAH和TPAH是指表1和2中的相同的化合物。
表3
  淤浆   稀释率   季烷基铵盐   无机盐   磨料颗粒   其它添加剂  pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)  在制备之后2小时时   在制备之后90天时
  1A   10   TMAH   0.6   碳酸铵   0.55   胶体硅石   35,70   0.9   无   -  10.5   10.3
  1B   10   TMAH   0.3   碳酸铵   0.16   胶体硅石   15,25   0.9   无   -  10.6   10.4
  1C   10   TEAH   0.3   硝酸铵   0.16   胶体硅石   35,70   0.9   无   -  10.6   10.5
  1D   10   TMAH   0.2   碳酸铵   0.09   胶体硅石   35,70   0.9   氨   0.1  11.0   11.1
  1E   10   TMAH   0.3   碳酸铵   0.14   热解硅石   230   0.6   无   -  11.0   11.0
  1F   2   TPAH   0.3   碳酸铵   0.3   胶体硅石   70,150   0.9   无   -  9.2   9.1
  1G   5   TEAH   0.9   碳酸铵   0.8   胶体硅石   35,70   0.9   无   -  10.6   10.4
  1H   10   TMAH   0.3   碳酸铵   0.16   复合硅石   180   0.5   无   -  10.6   10.5
  1I   10   TMAH   0.6   硝酸铵   0.55   胶体硅石   35,70   0.9   羟基乙基纤维素   0.005  10.5   10.3
表4
  淤浆   稀释率   添加剂1   添加剂2   磨料颗粒   pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   在制备之后2小时时   在制备之后90天时
  1a   10   TMAH   0.4   HCl   0.3   胶体硅石   35,70   0.6   10.3   10.1
  1b   10   TMAH   0.6   无   -   胶体硅石   15,25   0.6   12.1   11.5
  1c   10   二乙醇胺   0.5   无   -   热解硅石   230   0.6   11.2   11.3
  1d   10   KOH   0.5   无   -   胶体硅石   70,150   0.9   12.2   11.5
  1e   10   KOH   0.5   HCl   0.3   胶体硅石   70,150   0.9   10.5   10.5
[4]在多晶硅膜上的抛光性能的评估：
实施例1-1：
(i)抛光多晶硅膜时的抛光速率的评估：
使用在步骤[3]中制备的淤浆[1A](在制备2小时之后稀释的产物)，并将具有热氧化膜的8-英寸硅基材放在化学机械抛光装置(型号″EP0112″，由Ebara公司制造)上，利用由多孔聚氨酯制成的抛光垫(Rodel Nitta，Ltd.的产品；商品名″IC1000″)在以下条件下抛光在基材上形成的多晶硅膜(膜厚度：5,000埃)。多晶硅膜的抛光速率结果为4250埃/分钟。
载体负荷：      300g/cm2
载体旋转速度：  50rpm
工作台旋转速度：55rpm
淤浆的加料速率：200ml/min
抛光时间：1分钟
[ii]针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性的评估：
氧化硅膜的抛光速率按照评估[i]的相同的方式确定，只是使用8-英寸氧化硅膜基材(膜厚度：5,000埃)替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材。结果，氧化硅膜的抛光速率是5埃/分钟。据此，淤浆[1A]的针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性可计算为850。
[iii]针对多晶硅膜和氮化硅膜的抛光和去除选择性的评估：
氮化硅膜的抛光速率按照评估[i]的相同的方式确定，只是使用8-英寸氮化硅膜基材(膜厚度：1,000埃)替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材。结果，抛光速率是5埃/分钟。据此，淤浆[1A]的针对多晶硅膜和氮化硅膜的抛光和去除选择性可计算为850。
[iv]侵蚀的评估：
抛光处理按照评估[i]的相同方式进行，只是使用其中多晶沉积(单晶硅沉积量：3500埃)在包括布线50μm宽/非布线部分9μm宽的图案和布线2μm宽/非布线部分0.35μm宽的图案的氧化硅膜上的晶片替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材且抛光时间设定成超过标准时间30％。在抛光之后，在具有布线宽度50μm的交替布线位和具有布线宽度2μm的交替布线位上的侵蚀利用步高和表面粗糙度计(型号″P-10″，由KLA-Tencor Co.制造)测定。结果，在交替布线位上的侵蚀分别是750埃和600埃。如果这些值分别不大于1000埃和700埃，侵蚀耐性可确实地说良好。
顺便说说，超过标准时间多达30％的抛光时间按照以下方式基于在评估[i]中测定的多晶硅膜抛光速率计算并进行。
抛光时间(min)＝[多晶沉积量(埃)/多晶硅膜抛光速率(埃/分钟)]×1.3
(v)淤浆的高浓度产品的稳定性的评估：
对相应项目的评估按照基本上与评估(i)-(iv)相同的方式进行，只是使用通过在制备高浓度产品[1Ad]之后在40℃下储存90天之后稀释高浓度产品[1Ad]而得到的淤浆[1A]替代评估(i)-(iv)中的通过在制备之后2小时时稀释高浓度产品[1Ad]而得到的淤浆[1A]。结果示于表5。从表5显然可以理解，淤浆[1A]的性能在其中浓度产品[1Ad]在制备之后2小时时稀释使用的情形和其中浓度产品[1Ad]在制备之后在40℃下储存90天之后稀释使用的情形之间几乎相同，并因此在高浓度状态下具有优异的长期稳定性。
实施例1-2至1-7和对比例1-1至1-5：
评估基本上按照实施例1-1的相同的方式进行，只是使用表5和6中所示的其相应的淤浆替代实施例1-1中的淤浆[1A]。结果示于表5和6。
表5
  淤浆   实施例1-1   实施例1-2   实施例1-3   实施例1-4   实施例1-5   实施例1-6   实施例1-7
  1A   1C   1D   1F   1G   1H   1I
  在制备之后2小时时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   4250   2600   3100   1800   4450   2500   2000
  多晶硅：氧化硅的抛光速率的比率   850   430   365   300   890   500   285
  多晶硅：氮化硅的抛光速率的比率   850   520   475   360   740   625   285
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   750   600   650   850   900   700   450
  布线宽度2μm   600   550   500   700   700   500   400
  在制备之后90天时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   4100   2650   3150   1650   4400   2600   2100
  多晶硅：氧化硅的抛光速率的比率   820   405   395   330   735   520   300
  多晶硅：氮化硅的抛光速率的比率   970   530   450   365   735   650   280
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   800   650   750   900   950   750   450
  布线宽度2μm   550   550   450   650   650   550   400
表6
  淤浆  对比例1-1  对比例1-2  对比例1-3  对比例1-4  对比例1-5
  1a   1b   1c   1d   1e
  在制备之后2小时时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   1300   2850   200   2300   1100
  多晶硅：氧化硅的抛光速率的比率   15   30   less than 1   10   10
  多晶硅：氮化硅的抛光速率的比率   90   15   60   20   100
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   1050   i450   500   1200   950
  布线宽度2μm   900   1800   400   1300   950
  在制备之后90天时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   1100   1200   200   1550   200
  多晶硅：氧化硅的抛光速率的比率   10   5   less than 1   5   less than 1
  多晶硅：氮化硅的抛光速率的比率   80   5   50   15   30
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   1000   2050   550   1650   1000
  布线宽度2μm   950   2250   400   1700   900
[5]单晶硅膜上的抛光性能的评估：
实施例1-8：
(vi)单晶硅膜的抛光速率的评估：
使用在步骤[3]中制备的淤浆[1B](在制备之后2小时时稀释的产品)，和硅晶片(E&N Co.的产品)放在化学机械抛光装置(型号″EPO112″，由Ebara公司制造)上，利用由多孔聚氨酯制成的抛光垫(Rodel Nitta，Ltd.的产品；商品名″IC1000″)在以下条件下进行抛光。单晶硅膜的抛光速率结果为1800埃/分钟。
载体负荷：300g/cm2
载体旋转速度：50rpm
工作台旋转速度：55rpm
加料速率淤浆：200ml/min
抛光时间：3分钟
(vii)淤浆的高浓度产品的稳定性的评估：
评估基本上按照评估(vi)的相同的方式进行，只是通过在制备之后在40℃下储存90天之后稀释高浓度产品[1Bd]而得到的淤浆[1B]替代评估(vi)中的通过在制备之后2小时时稀释高浓度产品[1Bd]而得到的淤浆[1B]。
结果，单晶硅膜的抛光速率是1750埃/分钟，且与其中高浓度产品[1Bd]在制备之后2小时时稀释的情形差异较小。
实施例1-9：
评估基本上按照实施例1-8的相同方式进行，只是淤浆[1E]用于替代实施例1-8中的淤浆[1B]。
结果，对于在制备之后2小时时稀释的淤浆[1E]，单晶硅膜的抛光速率是2200埃/分钟，同时对于在制备高浓度产品[1Ed]之后在40℃下储存90天之后稀释的淤浆[1E]，单晶硅膜的抛光速率是2320埃/分钟且与其中高浓度产品[1Ed]在制备之后2小时时稀释的情形相比根本没有降低。
<涉及第二淤浆的实施例>
[1]包含由无机颗粒或复合颗粒组成的磨料颗粒的水分散体的制备：
(1)包含无机磨料颗粒(胶体硅石)的水分散体的制备
向2-升烧瓶中装入70g含水氨(浓度：25％质量)，40g离子交换水，175g乙醇和21g四乙氧基硅烷，并将混合物在180rpm搅拌下加热至60℃.在混合物在该温度下连续搅拌2小时之后，将它冷却得到胶体硅石的乙醇分散体。利用蒸发器同时在80℃下加入离子交换水而去除乙醇的工艺重复几次，制备出包含20％质量具有平均原始颗粒直径35nm和平均二级颗粒直径70nm的胶体硅石的水分散体。
包含20％质量具有平均原始颗粒直径15nm和平均二级颗粒直径25nm的胶体硅石的水分散体另外按照基本上与上述相同的方式制备，只是改变乙醇和四乙氧基硅烷的加入量。
(2)包含由复合颗粒组成的磨料颗粒的水分散体的制备：
(a)包含聚合物颗粒的水分散体的制备：
向2-升烧瓶中装入90份(以下简单地称作″份″)甲基丙烯酸甲酯，5份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Shin-Nakamura化学有限公司的产品；商品名″NK Ester M-90G，#400″)，5份4-乙烯基吡啶，2份偶氮型聚合反应引发剂(Wako Pure Chemical Industries Ltd.的产品，商品名″V50″)和400份离子交换水，并将混合物在搅拌下在氮气气氛下加热至70℃以在相同的温度下进行聚合反应6小时，这样得到包含具有平均颗粒直径150nm的聚合物颗粒的水分散体，其中所述聚合物具有氨基和聚乙二醇链。聚合反应产率是95％。
(b)包含复合颗粒的水分散体的制备：
将100份包含10％质量在以上步骤(a)中得到的聚合物颗粒的水分散体加入2-升烧瓶，另外加入1份甲基三甲氧基硅烷，并将所得混合物在40℃下搅拌2小时。然后，使用硝酸将该混合物的pH调节至2，得到水分散体(2-a)。包含10％质量胶体硅石(Nissan ChemicalIndustries，Ltd.的产品；商品名″Snowtex O″，平均原始颗粒直径：10-20nm)的水分散体的pH使用氢氧化钾调节至8，得到水分散体(2-b)。顺便说说，包含在水分散体(2-a)中的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的ζ电势是+17mV，同时包含在水分散体(2-b)中的硅石颗粒的ζ电势是-40mV。
在50份水分散体(2-b)逐渐加入并与100份水分散体(2-a)混合2小时之后，将所得混合物另外搅拌2小时，得到包含具有键接到聚合物颗粒上的胶体硅石颗粒的颗粒的水分散体。向该水分散体中加入2份乙烯基三乙氧基硅烷，并将混合物搅拌1小时。然后，加入1份四乙氧基硅烷，并将混合物加热至60℃，在该温度下连续搅拌3小时并随后冷却，这样得到包含复合颗粒的水分散体。复合颗粒的平均颗粒直径是180nm。复合颗粒使得粘附到聚合物颗粒表面上的硅石颗粒覆盖其80％。
[2]用于化学机械抛光的水分散体的高浓度产品的制备：
(a)第一水分散体材料(I)的制备
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，将浓度是25％质量的四甲基氢氧化铵水溶液加入离子交换水以得到浓度5％质量，以四甲基氢氧化铵含量计，并将混合物充分搅拌。然后，在搅拌下加入碳酸铵的水溶液以得到浓度3％质量，以碳酸铵含量计，同时加入9％质量胶体硅石(平均原始颗粒直径：35nm；平均二级颗粒直径：70nm)。在所得混合物充分搅拌之后，将它滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到水分散体[2A]的高浓度产品[2Ad]，是构成双液混合型淤浆的第一水分散体材料(I)。
相应高浓度产品[2Bd]-[2Ed]水分散体[2B]-[2E](是第一水分散体材料(I))基本上按照上述的相同的方式制成，只是相应组分的种类和混合量按照表7所示改变。
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，并将表8的″添加剂1″列中所示的水溶液相应加入离子交换水，得到表8的″添加剂1″列中所示的相应混合量，并将所得混合物充分搅拌。然后，将表8的″添加剂2″列中所示的水溶液分别在搅拌下加入，得到表8的″添加剂2″列中所示的相应混合量。同时，加入磨料颗粒，所得混合物充分搅拌，并将它们相应滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到水分散体[2F]和[2G]的相应高浓度产品[2Fd]和[2Gd]，是对比第一水分散体材料(I)。
(b)第二水分散体材料(II)的制备：
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，将羟基乙基纤维素的水溶液加入离子交换水以得到浓度0.15％质量，以羟基乙基纤维素含量计，并将混合物充分搅拌。然后，将三乙醇胺的水溶液和四甲基氢氧化铵的水溶液在搅拌下加入，得到浓度3％质量和0.1％质量，分别以三乙醇胺含量和四甲基氢氧化铵含量计，并加入胶体硅石(平均原始颗粒直径：35nm；平均二级颗粒直径：70nm)以得到混合量2.5％质量。在所得混合物充分搅拌之后，将它滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到水分散体[2a]的高浓度产品[2ad]，它是构成双液混合型淤浆的第二水分散体材料(II)。
水分散体[2b]-[2d]的相应高浓度产品[2bd]-[2dd](是第二水分散体材料(II))基本上按照上述的相同的方式制成，只是相应5组分的种类和混合量按照表7所示改变。
用于水分散体[2dd]的羟基乙基纤维素，和羧基甲基纤维素通过相应将其水溶液在固定速率下由一个方向加料到填充有H型离子交换树脂和OH型离子交换树脂的混合物的树脂柱以使它们接触离子交换树脂而纯化。
将离子交换水以使得所得高浓度产品的总质量达到100％质量的量加入1-升聚乙烯瓶，并将表8的″添加剂3″列中所示的水溶液相应加入离子交换水，得到表8的″添加剂3″列中所示的相应混合量，并将所得混合物充分搅拌。然后，将表8的″添加剂4″列中所示的水溶液分别在搅拌下加入，得到表8的″添加剂4″列中所示的相应混合量。同时，加入磨料颗粒，所得混合物充分搅拌，并将它们相应滤过一个具有孔尺寸5μm的过滤器，得到水分散体[2e]和[2f]的相应高浓度产品[2ed]和[2fd]，是对比第二水分散体材料(I)。顺便说说，表7和8所示的磨料颗粒的颗粒直径按照胶体硅石的平均原始颗粒直径和平均二级颗粒直径的顺序描述。作为复合颗粒的颗粒直径，描述了平均颗粒直径。
表7和8中的简称分别是指以下化合物。
TMAH：四甲基氢氧化铵(25％质量水溶液)
TEAH：四乙基氢氧化铵(20％质量水溶液)
HEC：羟基乙基纤维素(1％质量水溶液)
CMC：羧基甲基纤维素(1％质量水溶液)
表7中的碳酸铵以20％质量水溶液的形式使用，硝酸铵以20％质量水溶液的形式使用，且三乙醇胺和二乙醇胺分别以20％质量水溶液的形式使用，而表8中的KOH以10％质量水溶液的形式使用，和HCl在浓度30％质量下使用。这些物质制备得到表7和8所示的相应混合量。
表7
  液体I   水分散体的高浓度产品   季烷基铵盐   无机盐   磨料颗粒   其它添加剂
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)
  2Ad   TMAH   5.0   碳酸铵   3.0   胶体硅石   35,70   9.0   无   -
  2Bd   TMAH   3.0   硝酸铵   1.6   胶体硅石   15,25   9.0   无   -
  2Cd   TEAH   4.5   碳酸铵   4.0   胶体硅石   35,70   4.5   无   -
  2Dd   TMAH   3.0   碳酸铵   1.6   复合硅石   180   5.0   无   -
  2Ed   TMAH   2.0   碳酸铵   0.9   胶体硅石   35,70   9.0   氨   1.0
  液体II   水分散体的高浓度产品   水溶性聚合物   碱性有机化合物   磨料颗粒   其它添加剂
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)
  2ad   HEC   0.15   三乙醇胺   3.0   胶体硅石   35,70   2.5   0.1
  2bd   HEC   0.50   二乙醇胺   5.0   胶体硅石   15,25   6.0   无   -
  2cd   HEC   0.60   三乙醇胺   7.0   复合硅石   180   6.0   0.05
  2dd   CMC   0.75   三乙醇胺   4.5   无   -   -   无   -
表8
  液体I   水分散体的高浓度产品   添加剂1   添加剂2   磨料颗粒
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)
  2Fd   TMAH   4.0   HCl   3.0   胶体硅石   35,70   6.0
  2Gd   KOH   5.0   无   -   胶体硅石   35,70   9.0
  液体II   水分散体的高浓度产品   添加剂3   添加剂4   磨料颗粒
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)
  2ed   HEC   0.5   KOH   0.2   胶体硅石   35,70   2.5
  2rd   无   -   二乙醇胺   5.0   胶体硅石   15,25   6.0
顺便说说，在表7和8中，″液体I″和″液体II″相应是指第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)。
[3]用于化学机械抛光的水分散体(双液混合5型淤浆)的制备：
在将在步骤[2]中制备的高浓度产品[2Ad]-[1Gd]和[2ad]-[2fd]在制备之后在25℃下放置2小时之后，取出其部分，并向其中加入离子交换水，将它们稀释成表9和10所示的相应稀释速率，得到得到淤浆[2A]-[2G]和对比淤浆[2a]-[2f]。如此得到的淤浆的相应组分的含量和pH值在表9和1O中给出。
在将以上的相应高浓度产品在40℃下储存90天之后，将它们按照上述的相同的方式稀释得到淤浆[2A]-[2G]和对比淤浆[2a]-[2f]。如此得到的淤浆的pH值在表9和1O中给出。
表9和10中的简称，TMAH，TEAH，HEC和CMC是指表7和8中的相同的化合物。
表9
  液体I   淤浆   稀释率   季烷基铵盐   无机盐   磨料颗粒   其它添加剂   pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   在制备之后2小时时小时   在制备之后90天时小时
  2A   10   TMAH   0.5   碳酸铵   0.3   胶体硅石   35,70   0.9   无   -   10.8   10.8
  2B   10   TMAH   0.3   硝酸铵   0.16   胶体硅石   15,25   0.9   无   -   10.6   10.5
  2C   5   TEAH   0.9   碳酸铵   0.8   胶体硅石   35,70   0.9   无   -   10.6   10.4
  2D   10   TMAH   0.3   碳酸铵   0.16   复合硅石   180   0.5   无   -   10.6   10.5
  2E   10   TMAH   0.2   碳酸铵   0.09   胶体硅石   35,70   0.9   氨   0.1   11.0   11.1
  液体II   淤浆   稀释率   水溶性聚合物   碱性有机化合物   磨料颗粒   其它添加剂   pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   在制备之后2小时时小时   在制备之后90天时小时
  2a   5   HEC   0.03   三乙醇铵   0.6   胶体硅石   35,70   0.5   0.02   10.1   10.1
  2b   5   HEC   0.1   二乙醇铵   1.0   胶体硅石   15,25   1.2   无   -   10.3   10.2
  2c   10   HEC   0.06   三乙醇铵   0.7   复合硅石   180   0.6   0.005   10.2   10.2
  2d   5   CMC   0.15   三乙醇铵   0.9   无   -   -   无   -   10.6   10.5
表10
  液体I   淤浆   稀释率   1   2   磨料颗粒   pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   在制备之后2小时时小时   在制备之后90天时小时
  2F   10   TMAH   0.4   HEC   0.3   胶体硅石   35,70   0.6   10.3   10.1
  2G   10   K0H   0.5   无   胶体硅石   35,70   0.9   12.2   11.5
  液体II   淤浆   稀释率   添加剂3   添加剂4   磨料颗粒   pH
  种类   混合量(wt％)   种类   混合量(wt％)   种类   颗粒直径(nm)   混合量(wt％)   在制备之后2小时时小时   在制备之后90天时小时
  2e   5   HEC   0.1   KOH   0.04   胶体硅石   35,70   0.5   10.3   10.1
  2f   10   无   -   三乙醇铵   0.5   胶体硅石   15,25   0.6   11.2   11.0
顺便说说，在表9和10中，″液体I″和″液体II″相应是指第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)。
[4]多晶硅膜上的抛光性能的评估：
实施例2-1：
(i)多晶硅膜上的抛光速率的评估：
使用在步骤[3]中制备的水分散体[2A](在制备2小时之后稀释的产物)和水分散体[2a](在制备2小时之后稀释的产物)抛光在具有热氧化膜的8-英寸硅基材上的多晶硅膜(膜厚度：5,000埃)。具体地，并将硅基材放在化学机械抛光装置(型号″EPO112″，由Ebara公司制造)上，利用由多孔聚氨酯制成的抛光垫(Rodel Nitta，Ltd.的产品；商品名″IC1000″)在以下条件下抛光该多晶硅膜。将相应水分散体通过单独的管线加料到工作台。多晶硅膜的抛光速率结果为2500埃/分钟。
载体负荷：300g/cm2
载体旋转速度：50rpm
工作台旋转速度：55rpm
淤浆的加料速率：125ml/min
抛光时间：1分钟。
[ii]针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性的评估：
氧化硅膜的抛光速率按照评估[i]的相同的方式确定，只是使用8-英寸氧化硅膜基材(膜厚度：5,000埃)替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材，和抛光时间改变为3分钟。结果，抛光速率是6埃/分钟。据此，由水分散体[2A]和水分散体[2a]的混合物组成的双液混合型淤浆的针对多晶硅膜和氧化硅膜的抛光和去除选择性可计算为415。
[iii]针对多晶硅膜和氮化硅膜的抛光和去除选择性的评估：
氮化硅膜的抛光速率按照评估[i]的相同的方式确定，只是使用8-英寸氮化硅膜基材(膜厚度：1,000埃)替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材，和抛光时间改变为3分钟。结果，抛光速率是5埃/分钟。据此，由水分散体[2A]和水分散体[2a]的混合物组成的双液混合型淤浆的针对多晶硅膜和氮化硅膜的抛光和去除选择性可计算为500。
[iv]侵蚀的评估：
抛光处理按照评估[i]的相同方式进行，只是使用其中多晶沉积(单晶硅沉积量：3500埃)在包括布线50μm宽/非布线部分9μm宽的图案和布线2μm宽/非布线部分0.35μm宽的图案的氧化硅膜上的晶片替代评估[i]中的具有热氧化膜的8-英寸硅基材且抛光时间设定成超过标准时间30％。在抛光之后，在具有布线宽度50μm的交替布线位和具有布线宽度2μm的交替布线位上的侵蚀利用步高和表面粗糙度计(型号″P-10″，由KLA-Tencor Co.制造)测定。结果，在交替布线位上的侵蚀分别是510埃和440埃。如果这些值分别不大于600埃和500埃，侵蚀耐性可确实地说良好。
顺便说说，超过标准时间多达30％的抛光时间按照以下方式基于在评估[i]中测定的多晶硅膜抛光速率计算并进行。
抛光时间(min)＝[多晶沉积量(埃)/多晶硅膜抛光速率(埃/分钟)]×1.3
(v)擦痕的评估：
对于评估(i)中的在抛光之后的多晶硅膜，出现在每个抛光表面的整个表面上的擦痕的总数利用晶片缺陷检查装置(型号″KLA2351″，由KLA-Tencor Co.制造)来计数。结果，数出一个擦痕。
(vi)水分散体的高浓度产品的稳定性的评估：
对相应项目的评估按照基本上与评估(i)-(v)相同的方式进行，只是使用通过在制备之后在40℃下储存90天之后稀释高浓度产品[2Ad]和[2ad]而得到的双液混合型淤浆替代评估(i)-(v)中的通过在制备之后2小时时稀释高浓度产品[2Ad]和[2ad]双液混合型淤浆。结果示于表11。
从表11显然可以理解，水分散体[2A]和水分散体[2a]的性能在其中浓度产品[2Ad]和[2ad]在制备之后2小时时稀释使用的情形和其中浓度产品[2Ad]和[2ad]在制备之后在40℃下储存90天之后稀释使用的情形之间几乎相同，并因此在高浓度状态下具有优异的长期稳定性。
实施例2-2至2-7和对比例2-1至2-5：
评估基本上按照实施例2-1的相同的方式进行，只是使用表11和12中所示的其相应的第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)替代实施例2-1中的水分散体[2A]和[2a]。结果示于表11和12。
表11
  实施例2-1   实施例2-2   实施例2-3 实施例2-4   实施例2-5   实施例2-6   实施例2-7
  第一水分散体材料(I)   2A   2A   2B 2C   2A   2D   2E
  第一水分散体材料(II)   2a   2a   2b 2d   2d   2c   2d
  混合方法(I∶II)   在台上混合   在台上混合   通过供给管线混合 通过供给管线混合   在台上混合   通过供给管线混合   通过供给管线混合
  淤浆的加料速率的比率(I∶II)   125∶125   75∶175   125∶125 175∶75   150∶150   175∶100   125∶125
  在制备之后2小时时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   2500   1750   1200 2950   1900   2300   2200
  多晶硅∶氧化硅的抛光速率的比率   415   350   240 420   270   460   440
  多晶硅∶氮化硅的抛光速率的比率   500   435   300 490   380   575   550
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   510   350   350 550   500   500   400
  布线宽度2μm   440   300   300 500   400   350   350
  擦痕(数目/晶片)   1   0   1 2   0   1   0
  在制备之后90天时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   2450   1600   1150 2800   1950   2400   2250
  多晶硅∶氧化硅的抛光速率的比率   410   320   290 400   280   400   450
  多晶硅∶氮化硅的抛光速率的比率   490   400   290 560   325   600   560
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   450   350   300 600   600   450   400
  布线宽度2μm   400   350   300 450   450   400   350
  擦痕(数目/晶片)   1   0   0 3   1   0   0
表12
  对比实施例2-1   对比实施例2-2   对比实施例2-3   对比实施例2-4   对比实施例2-5
  第一水分散体材料(I)   2A   -   2F   2G   2A
  第一水分散体材料(II)   -   2a   2e   2f   2e
  混合方法(I∶II)   在台上混合   在台上混合   通过供给管线混合   通过供给管线混合   在台上混合
  淤浆的加料速率的比率(I∶II)   200∶-   -∶200   125∶125   175∶75   75∶175
  在制备之后2小时时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   4250   450   1100   3300   1800
  多晶硅∶氧化硅的抛光速率的比率   850   150   15   660   35
  多晶硅∶氮化硅的抛光速率的比率   850   225   90   825   180
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   750   350   1000   900   800
  布线宽度2μm   600   300   900   800   700
  擦痕(数目/晶片)   30   0   1   50   15
  在制备之后90天时稀释   多晶硅膜的抛光速率(埃/分钟)   4100   550   1200   3100   1850
  多晶硅∶氧化硅的抛光速率的比率   820   180   15   620   35
  多晶硅∶氮化硅的抛光速率的比率   910   275   85   775   185
  侵蚀(埃)布线宽度50μm   800   350   1050   950   850
  布线宽度2μm   400   300   950   800   700
  擦痕(数目/晶片)   45   0   0   45   10
[5]单晶硅膜上的抛光性能的评估：
实施例2-8：
(vii)评估抛光速率单晶硅膜：
使用在步骤[3]中制备的水分散体[2A]和[2a](在制备之后2小时时稀释的产品)，并将硅晶片(E&M Co.的产品)放在化学机械抛光装置(型号″EPO112″，由Ebara公司制造)上，按照步骤[4](i)的相同方式进行抛光。
单晶硅膜的抛光速率是1400埃/分钟。
(viii)擦痕的评估：
对于评估(vii)中的在抛光之后的多晶硅膜，按照评估(v)的相同方式数出擦痕数。结果，没有数出擦痕。
(ix)水分散体的高浓度产品的稳定性的评估：
评估基本上按照评估(vii)的相同的方式进行，只是使用通过在制备之后在40℃下储存90天之后稀释高浓度产品[2Ad]和[2ad]而得到的双液混合型淤浆替代评估(vii)中的通过在制备之后2小时时稀释高浓度产品[2Ad]和[2ad]而得到的双液混合型淤浆。
结果，单晶硅膜的抛光速率是1300埃/分钟，没有数出擦痕，且即使使用通过在制备之后在40℃下储存90天之后稀释高浓度产品[2Ad]和[2ad]而得到的双液混合型淤浆，抛光性能的差异较小。
[本发明的效果]
根据本发明的用于化学机械抛光的第一水分散体具有优异的表面平面化能力，因此，通过化学机械抛光而抛光的表面在平面化步骤中较少出现凹弯，侵蚀或类似现象，并具有高储存稳定性，因此防止甚至在高浓度状态下储存时随着时间而变质并因此具有优异的长期稳定性。
根据本发明的第一化学机械抛光工艺在抛光硅膜如多晶硅膜时实现高抛光速率，并具有在抛光和去除多晶硅膜和氧化硅膜时优异的选择性和在抛光和去除多晶硅膜和氮化物膜时优异的选择性。
根据本发明的用于化学机械抛光的第二水分散体具有优异的表面平面化能力，因此，通过化学机械抛光而抛光的表面在平面化步骤中较少出现凹弯，侵蚀或类似现象，不造成或至少减少包括擦痕的表面缺陷，具有高储存稳定性，因此防止甚至在高浓度状态下储存时随着时间而变质并因此具有优异的长期稳定性。
在根据本发明的用于化学机械抛光的第二水分散体中，如果水溶性季铵盐是表示为结构式(1)的化合物，抛光速率进一步提高。
如果无机酸盐是无机铵盐，可充分防止凹弯和侵蚀。
如果它用于抛光硅型膜，抛光速率高，并防止凹弯和类似现象。
根据本发明的第二化学机械抛光工艺，所要抛光的表面可不足速率下抛光，凹弯，侵蚀和类似现象可减少，且擦痕也可得到防止。
如果多晶硅膜抛光速率与氧化硅膜抛光速率的比率是至少30，如果抛光在相同的条件下进行，这些膜可以足够的选择性进行抛光。
如果多晶硅膜抛光速率与氧化硅膜抛光速率的比率是至少50，如果抛光在相同的条件下进行，这些膜和层可以足够的选择性进行抛光。
根据本发明的半导体设备生产工艺，可提供具有优异的表面光滑的和高质量的半导体设备。

Claims (17)

1.一种用于化学机械抛光的水分散体，它是通过将下式(1)的水溶性季铵盐：
[NR4]-[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基，
无机酸盐和磨料颗粒混入水介质而得到的，
其中所述无机酸盐选自碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸氢铵及其任何组合，和
其中所述分散体的pH值为7-13。
2.根据权利要求1的用于化学机械抛光的水分散体，其中水溶性季铵盐，无机酸盐和磨料颗粒的含量比例分别为0.005-5％质量，0.005-5％质量和0.01-10％质量。
3.一种用于化学机械抛光的水分散体，它是通过将至少一种下式(1)表示的水溶性季铵盐：
[NR4]+[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基，无机酸盐，水溶性聚合物和磨料颗粒混入水介质而得到的，
其中所述无机酸盐选自碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸氢铵及其任何组合，和所述分散体的pH值为7-13。
4.化学机械抛光工艺，包括用根据权利要求1或3的用于化学机械抛光的水分散体抛光所要抛光的表面，其中多晶硅膜和/或无定形硅膜被抛光。
5.根据权利要求4的化学机械抛光工艺，其中表示为多晶硅膜去除速率与氧化硅膜去除速率的比率的第一特定去除速率比率在其中氧化硅膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下是至少30。
6.根据权利要求4的化学机械抛光工艺，其中表示为多晶硅膜去除速率与氮化物膜去除速率的比率的第二特定去除速率比率在其中氮化物膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下是至少50。
7.生产半导体设备的方法，其中半导体设备是通过将半导体基材上的所要抛光的表面用根据权利要求1或3的用于化学机械抛光的水分散体进行抛光而制成，其中多晶硅膜和/或无定形硅膜被抛光。
8.一种用于化学机械抛光的水分散体，它是通过将至少一种下式(1)表示的水溶性季铵盐：
[NR4]+[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基，不为该水溶性季铵盐的另一碱性有机化合物，无机酸盐，水溶性聚合物和磨料颗粒混入水介质而得到的，其中所述无机酸盐选自碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸氢铵及其任何组合，和所述分散体的pH值为7-13。
9.根据权利要求8的用于化学机械抛光的水分散体，其中所述水溶性季铵盐，所述另一碱性有机化合物，所述无机酸盐，所述水溶性聚合物和所述磨料颗粒的含量比例分别为0.005-10％质量，0.005-10％质量，0.005-8％质量，0.001-5％质量和0.01-10％质量。
10.化学机械抛光工艺，包括将所要抛光的表面用根据权利要求8的用于化学机械抛光的水分散体抛光，其中多晶硅膜和/或无定形硅膜被抛光。
11.根据权利要求10的化学机械抛光工艺，其中表示为多晶硅膜去除速率与氧化硅膜去除速率的比率的第一特定去除速率比率在其中氧化硅膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下是至少30。
12.根据权利要求10的化学机械抛光工艺，其中表示为多晶硅膜去除速率与氮化物膜去除速率的比率的第二特定去除速率比率在其中氮化物膜和多晶硅膜在相同的条件下抛光的情况下是至少50。
13.生产半导体设备的方法，其中半导体设备通过将半导体基材上的所要抛光的表面用根据权利要求8的用于化学机械抛光的水分散体进行抛光而制成，其中多晶硅膜和/或无定形硅膜被抛光。
14.制备用于化学机械抛光的水分散体的材料，该材料用于抛光包括多晶硅膜和/或无定形硅膜在内的硅型膜，该材料包括在水介质中的至少包含下式(1)表示的水溶性季铵盐：
[NR4]+[OH]-    (1)
其中R是具有1-4个碳原子的烷基，和
选自碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸氢铵及其任何组合的无机酸盐的第一水分散体材料(I)，和在水介质中的第二水分散体材料(II)，所述材料(II)至少包括水溶性聚合物和另一种不为水溶性季铵盐的碱性有机化合物，其中磨料颗粒被混入第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种，且用于化学机械抛光的水分散体是通过混合第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)而制备，
其中所述分散体的pH值为7-13。
15.根据权利要求14的制备用于化学机械抛光的水分散体的材料，其中第一水分散体材料(I)与第二水分散体材料(II)的比率[(I)/(II)]是30/70-70/30，以质量比率计。
16.化学机械抛光的水分散体用于抛光包括多晶硅膜和/或无定形硅膜在内的硅型膜的用途，其中水分散体包括在水介质中的至少包含下式(1)表示的水溶性季铵盐：
[NR4]+[OH]-
其中R是具有1-4个碳原子的烷基，和选自碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸氢铵及其任何组合的无机酸盐的第一水分散体材料(I)，和在水介质中的第二水分散体材料(II)，所述材料(II)至少包括水溶性聚合物和另一种不为水溶性季铵盐的碱性有机化合物，其中磨料颗粒被混入第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)中的至少一种，且第一水分散体材料(I)和第二水分散体材料(II)进行混合，其中所述分散体的pH为7-13。
17.根据权利要求1的用于化学机械抛光的水分散体用于抛光包括多晶硅膜和/或无定形硅膜在内的硅型膜的用途。
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