CN101652324A - 用作磨料的氧化铈粉末和含有该粉末的cmp浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用作磨料的氧化铈粉末；含有该粉末的CMP浆料；以及使用该CMP浆料的浅槽隔离(STI)法。至少两种通过使用具有不同晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以一适当比例混合，并用作CMP浆料的磨料，从而调节CMP浆料所需的抛光特性。另外，在所公开的制备碳酸铈的方法中，碳酸铈的晶体结构可简单地控制。基于在用作磨料的氧化铈中、抛光特性提高的情况取决于碳酸铈的晶体结构这一发现，至少一种抛光特性——如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层之间的抛光选择性和WIWNU——可通过使用至少两种选自以下的氧化铈作为CMP浆料的磨料、并调节所述氧化铈的混合比例来调节，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石－(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。

Description

用作磨料的氧化铈粉末和含有该粉末的CMP浆料
技术领域
本发明涉及一种用作可有效调节抛光性的磨料的氧化铈粉末，含有该粉末的CMP浆料和使用所述CMP浆料的浅槽隔离(STI)法。
另外，本发明还涉及一种制备碳酸铈的方法，其中碳酸铈的晶体结构可简单地控制。
背景技术
一般而言，在目前的半导体制造法中倾向于增加晶片(wafer)的直径，以获得高集成的ULSI(超大规模集成电路)。另外，对目前的半导体制造有更严格的标准，包括最小宽度要求为0.13μm或更小。此外，在晶片上形成多重互联或多层互联结构是改进半导体装置质量所必须的步骤。但是，在实施一种上述技术后产生的晶片的不平坦现象引起了许多问题，例如在后续步骤中边缘下降或者晶体管或设备的质量降低。因此，平坦化方法已被施用至多个步骤中以解决上述问题。
这些平坦化技术中的一种为CMP(化学机械抛光)。在CMP过程中，晶片表面被压至相对于所述表面转动的抛光垫片上，化学反应性浆料被引入带有图案的晶片表面，由此实现晶片表面的平坦化。
这种CMP技术可被应用至浅槽隔离(STI)法中，特别是在绝缘二氧化硅层104沉积之后，应用至一个抛光绝缘二氧化硅层104的步骤中，直至氮化硅蚀刻中止层102被暴露出来，以使晶片上的槽103可被嵌入其中(参见图1中的(b)和(c))。这里，为提高抛光效率，需增加二氧化硅层和氮化硅层之间的选择性抛光特性(氮化硅层的抛光速率与二氧化硅层的抛光速率的比值，在下文中被称为“抛光选择性”)，并且为了增加整个晶片的平坦化程度，需要适当控制二氧化硅层的抛光速率和氮化硅层的抛光速率。
因此，常规已进行研究，对二氧化硅层的抛光速率相对于硝酸硅层的抛光速度的大幅提高进行控制，以增加抛光效率和提高整个晶片的平坦化。但是，大量的这种研究是针对改变CMP浆料组成的化学方法进行的，而通过调节磨料的自身物理特性而提高抛光质量的研究几乎从未进行过。
发明内容
技术问题
因此，本发明是针对上述问题做出的。本发明的发明人已发现对于用作磨料的氧化铈，抛光特性提高的形式取决于碳酸铈(一种原料)的晶体结构。本发明中，基于该发现，将至少两种使用不同晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以适当比例混合，并用作CMP浆料的磨料，从而调节特性中所需的抛光特性并提高CMP浆料的抛光质量，所述抛光特性如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性，以及晶片内的非均匀性(WIWNU)。
另外，本发明人还发现，在通过将铈前体水溶液与碳酸根前体水溶液混合并进行沉淀反应来制备碳酸铈的过程中，所形成的碳酸铈的晶体结构根据铈前体水溶液中铈的浓度和/或沉淀反应的温度而改变。基于该发现，本发明提供一种制备碳酸铈的方法，其中碳酸铈的晶体结构可简单地控制。
技术方案
本发明的一个方面提供一种含有至少两种选自以下的氧化铈作为磨料的CMP浆料，以及一种使用该CMP浆料进行的浅槽隔离(STI)法，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
本发明的另一方面提供一种用作磨料的氧化铈粉末，包含至少两种选自以下的氧化铈：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
本发明的另一方面提供一种通过将铈前体水溶液与碳酸根前体的水溶液混合并进行沉淀反应来制备碳酸铈的方法，其中通过调节铈前体水溶液中铈的浓度在0.01至10M内，或者通过调节沉淀反应的温度在0至99℃内，从而控制所述碳酸铈，使其具有镧石-(Ce)晶体结构、正交晶体结构或六方晶体结构。
本发明的又一方面提供一种通过使用至少两种选自如下的氧化铈作为CMP浆料的磨料来调节至少一种抛光特性的方法，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈，所述抛光特性例如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性，以及晶片内的非均匀性(WIWNU)。
下文中将更详细地阐述本发明。
一般而言，CMP浆料包括磨料、分散剂和水。
同时，在STI法中，在CMP步骤中被抛光的表面——即绝缘的二氧化硅层和氮化硅蚀刻终止层——具有不同的特性。换言之，绝缘的二氧化硅层具有低强度和对于氧化铈的高化学反应性，而氮化硅蚀刻终止层与绝缘二氧化硅层相比对于氧化铈具有更低的化学反应性，并且比绝缘二氧化硅层的强度高至少三倍。因此，通过化学机械抛光可容易地除去绝缘二氧化硅层，但很难除去氮化硅蚀刻终止层。
但是，尽管被抛光表面具有这种物理/化学差异，但常规使用的CMP浆料在二氧化硅层和氮化硅层之间的抛光选择性为约4∶1。因此，氮化硅蚀刻终止层在实际的CMP法中被抛光的程度超过了接受范围。因此，在CMP法中，氮化硅层的图案根据其在晶片中的位置可能会被不均匀地除去。因此，氮化硅蚀刻终止层在整个晶片上具有显著变化的厚度。在STI法中，这会引起具有槽的最终结构中活性区域和场区域(fieldregion)的高度差异，使得在后续的制备半导体装置的步骤中加工边缘下降，以及晶体管和装置的质量下降。特别是，这对于同时具有不同密度的图案的半导体晶片是一个严重的问题。
为解决上述问题，需要一种方法，其中所述二氧化硅层的抛光速率和氮化硅层的抛光速率可被有效控制从而提高抛光效率，并且二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性和晶片的晶片内非均匀性(WIWNU)有所改善。
因此，作为调节二氧化硅层的抛光速率比氮化硅层的抛光速率更高的方法，通常提供一种化学方法，其中阴离子聚合物被用作CMP浆料的分散剂。
但是，由于上述被抛光表面的物理/化学差异，二氧化硅层可通过化学抛光和机械抛光进行抛光，而氮化硅层只能通过机械抛光进行抛光。因此，为控制抛光特性，例如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性、WIWNU等，需要首先对影响化学/机械抛光的磨料自身特性进行研究。
因此，本发明中，基于上述发现——即，用作磨料的氧化铈中，其抛光特性提高的形式取决于碳酸铈(一种原料)的晶体结构——将至少两种使用不同晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以一合适比例混合，用作CMP浆料的磨料，由此调节CMP浆料的抛光特性。
氧化铈近来是作为CMP浆料的磨料的焦点，其可使用多种方法制备，例如通过向三价或四价的铈原料中加入pH调节剂而直接制备氧化铈的液相法、通过制备中间体原料(如碳酸铈)并进行高温煅烧步骤来制备氧化铈的固相法等。对于固相法，氧化铈的形状或强度显著地受到碳酸铈(一种原料)晶体结构的影响。
另外，含有氧化铈作为磨料的CMP浆料的抛光特性随着氧化铈的形状、强度、粒径、氧化特性等改变。因此，CMP浆料的抛光特性可根据碳酸铈的晶体结构改变，所述碳酸铈即用作磨料的氧化铈的原材料。
例如，1)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈具有片状的形状，其中颗粒通过弱键结合在一起，其可有益地对二氧化硅层的机械抛光发挥作用。换言之，该氧化铈由于与被抛光表面具有广泛的接触面积而在被抛光的表面上具有高抛光速率，因此颗粒可容易地被抛光垫的机械力破碎。因此，该氧化铈对于高强度氮化硅层的机械抛光可能是不利的，但对于低强度的二氧化硅层的机械抛光是有利的。
2)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈具有棒状或针状的形状，并具有高强度和硬度。因此，用作磨料时，该氧化铈不容易被抛光垫的机械力破碎。另外，即使氧化铈被破碎，氧化铈的形状仍改变成一种尖的针状，因此对于高强度氮化硅层的机械抛光可能是有利的。
3)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈具有宽的孔分布，并具有出色的化学表面活性。因此，当该氧化铈用作磨料时，二氧化硅层的化学抛光速率增加，因此可在二氧化硅层和氮化硅层之间达到出色的抛光选择性。另外，该氧化铈的形状为颗粒通过弱键结合在一起，此时，颗粒具有非常均匀的尺寸。因此，当氧化铈被用作磨料时，颗粒被抛光垫的机械力破裂为相同尺寸的片段，并抛光一个待抛光的表面。因此，可在整个晶片上获得出色的WIWNU。
本发明中，基于在作为磨料的氧化铈中，抛光特性的提高形式取决于碳酸铈(一种原料)的晶体结构这一事实，可将至少两种通过使用不同晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈用作CMP浆料的磨料，由此提高CMP浆料的抛光特性。
换言之，至少一种抛光特性，如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层之间的抛光选择性以及WIWNU，可通过使用至少两种选自以下的氧化铈作为CMP浆料的磨料、并调节氧化铈的混合比例而进行调节，所述氧化铈选自：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
具体而言，在氧化铈粉末用作磨料的情形中，二氧化硅层的抛光速率可通过增加由使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量来增加；氮化硅层的抛光速率可通过增加由使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量来增加；或者二氧化硅层和氮化硅层之间的抛光选择性以及WIWNU可通过增加由使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量来增加。
本文中，为增加二氧化硅层的抛光速率，使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈优选以每100重量份用作磨料的氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用；为增加氮化硅层的抛光速率，使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈优选以每100重量份用作磨料的氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用；为了增加二氧化硅层与氮化硅层之间的抛光选择性或WIWNU，使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈优选以每100重量份用作磨料的氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用。
同时，本发明的CMP浆料可通过将用作磨料的氧化铈粉末与一种分散剂一起分散于水中而制备。
用于浆料中的磨料的氧化铈粉末优选以每100重量份浆料中0.1～50重量份的量使用。如果磨料——氧化铈粉末——以小于0.1重量份的量使用，则很难将待抛光的表面抛光。如果氧化铈粉末以大于50重量份的量使用，则浆料的稳定性降低。
可用于本发明中的分散剂包括非离子型聚合物分散剂或阴离子型聚合物分散剂。非离子型聚合物分散剂包括至少一种选自聚乙烯醇(PVA)、乙二醇(EG)、甘油、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的化合物。阴离子型聚合物分散剂包括至少一种选自聚丙烯酸、聚丙烯酸铵和聚丙烯酰马来酸(polyacrylmaleic acid)的化合物。但是，本发明的范围并不限于此。
分散剂优选以每100重量份用作磨料的氧化铈粉末中0.5至10重量份的量使用。如果分散剂以低于0.5重量份的量使用，则浆料具有更低的分散性，并引起快速沉淀。因此，在抛光浆料被运送时由于这种沉淀作用(固液分离)磨料不能均匀地提供。如果分散剂以高于10重量份的量使用，则在磨料颗粒附近形成厚的分散剂层起到缓冲的作用，由此磨料的表面很难接触到待抛光的表面，从而降低抛光速率。
优选地，在氧化铈粉末和分散剂与水混合之后将CMP浆料滴定至pH为6-8。可使用1N KOH或1N HNO3用于滴定。
滴定完成后，优选进行一个分散稳定步骤来提高CMP浆料的分散稳定性和储存稳定性。这种分散稳定步骤优选通过能够精细和准确地控制粒径的湿法破碎/分散法进行。这种方法包括球磨法、磨碎法等。
本文中，分散稳定步骤之后形成的最终CMP浆料中，用作磨料的氧化铈粉末优选最大粒径小于3μm，平均粒径为50～1000nm。如果氧化铈粉末的平均粒径小于50nm，则待抛光表面的抛光速率过低。如果氧化铈粉末的平均粒径大于1000nm，则会引起表面的微小划痕，或者浆料的储存稳定性低。上述粒径使用粒径分布测量系统(Horiba LA-910)测定。
同时，本发明的CMP浆料可包括其它添加剂，以提高抛光质量或浆料的分散性。
另外，本发明还提供一种用作磨料的氧化铈粉末，其包含至少两种选自如下的氧化铈：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
用作磨料的氧化铈粉末可如下制备：(a)煅烧含有至少两种选自以下碳酸铈的碳酸铈粉末：镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈；或者(b)将至少两种选自以下的氧化铈混合：一种通过煅烧镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈、一种通过煅烧正交晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈以及一种通过煅烧六方晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈。
本文中，煅烧的温度可为400至1200℃，对于方法(b)，煅烧的温度可根据氧化铈的种类改变。尽管煅烧步骤可在空气中进行，但优选在氧气气氛中煅烧。
同时，具有镧石-(Ce)、正交或六方晶体结构的碳酸铈可通过铈前体水溶液与碳酸根前体水溶液的沉淀反应来制备。根据本发明的实例，所形成的碳酸铈的晶体结构取决于铈前体水溶液的铈浓度和/或沉淀反应的温度：
1)镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈是一种由式Ce2(CO3)3·H2O表示的碳酸铈化合物，其可使用铈浓度为0.01至2.2M的铈前体水溶液、并在沉淀反应中调节反应温度在0至30℃范围内来制备；
2)正交晶体结构的碳酸铈是一种由式Ce2O(CO3)2·H2O表示的碳酸铈化合物，现认为其可通过下式1的反应形成，并可使用铈浓度为1至10M的铈前体水溶液、并在沉淀反应中调节反应温度在大于30℃至小于等于99℃范围内来制备；
[式1]
2[Ce2(H2O)n]3++3CO3 2-→Ce2O(CO3)2·H2O+CO2+(n-1)H2O
3)六方晶体结构的碳酸铈为一种由式Ce(OH)CO3表示的碳酸铈化合物，现认为其可通过下式2的反应形成，并可使用铈浓度为0.01至1M的铈前体水溶液、并在沉淀反应中调节反应温度在大于30℃至小于等于99℃范围内来制备；
[式2]
[Ce(H2O)n]3++H2O→[Ce(OH)(H2O)n-1]2++H3O+
[Ce(OH)(H2O)n-1]2++CO3 2-→Ce(OH)CO3+(n-1)H2O
因此，本发明中，镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈分别可通过实施一种铈前体水溶液与碳酸根前体水溶液的沉淀反应、并改变铈前体水溶液中的铈浓度和/或沉淀反应的温度来制备。另外，含有至少两种碳酸铈的碳酸铈粉末可通过在连续反应器中随时间改变铈前体水溶液中的铈浓度和/或沉淀反应的温度来制备，所述碳酸铈包括镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈。
在沉淀反应中，对铈前体没有特别的限制，只要铈前体为一种含有铈的化合物即可。可使用包括三价或四价铈盐的铈盐作为铈前体。铈盐的非限制性的实例包括硝酸铈(Ce(NO3)3·xH2O)、硫酸铈(Ce(SO4)3·xH2O、Ce(SO4)2·xH2O)、氯化铈(CeCl3·xH2O)、硝酸铈二铵(Ce(NH4)2(NO3)6)、硝酸铈二铵水合物(Ce(NH4)2(NO3)5·xH2O)等(本文中，x为0至10的常数)。
另外，碳酸根前体提供碳酸根离子(CO3 2-)，并且可作为pH调节剂。碳酸盐、碳酸水或草酸盐可用作碳酸根前体。本发明中，优选碳酸铵。
另外，沉淀反应中，铈前体与碳酸根前体的摩尔浓度比优选在1∶0.1至1∶20的范围内。如果碳酸根前体的浓度低，则碳酸铈的产率可能会减少。如果碳酸根前体的浓度高，则反应变得剧烈，因此会产生剧烈的沸腾。
优选沉淀反应进行30分钟至60小时。如果沉淀反应的时间过长，则沉淀反应可能会过度进行，因此难于将碳酸铈制备成需要的晶体结构。
另外，优选地，将如上制备的碳酸铈进行离心清洗，并在约60℃干燥24小时。
此外，本发明提供一种使用前述CMP浆料的浅槽隔离(STI)法。STI法可根据本领域目前使用的方法进行。
另外，本发明还提供一种通过使用至少两种选自如下的氧化铈作为CMP浆料的磨料来调节至少一种抛光特性的方法，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈，所述抛光特性例如二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性以及WIWNU。本文中，可通过调节磨料中至少两种氧化铈的混合比例来更具体地调节至少一种上述抛光特性。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优点将由下文中的详细描述结合附图变得更清楚，附图中：
图1为示出常规浅槽隔离(STI)法的示意图：
100：半导体晶片
101：氮化物氧化物层
102：氮化硅蚀刻终止层
103：槽
104：绝缘二氧化硅层
105：栅二氧化硅层
图2为由实施例1、5和7获得的碳酸铈的X射线衍射图(XRD)；
图3为由实施例1、5和7获得的氧化铈的X射线衍射图(XRD)。
图4为由实施例1获得的碳酸铈的SEM照片。
图5为由实施例2获得的碳酸铈的SEM照片。
图6为由实施例5获得的碳酸铈的SEM照片。
图7为由实施例7获得的碳酸铈的SEM照片。
具体实施方式
现参照本发明的优选实施方案详细进行描述。但是，以下实施例仅是示例性的，本发明的范围不限于此。
<碳酸铈和氧化铈的制备>
实施例1
制备一种1.9M的硝酸铈溶解于蒸馏水中的溶液，以及2M碳酸铵溶解于蒸馏水中的另一种溶液。然后，将两种溶液混合并在30℃下进行沉淀反应12小时。
对所制备的碳酸铈的XRD和SEM分析结果如图2和4中所示，可以看出制备了一种镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈。
碳酸铈在850℃下热处理2小时以获得氧化铈。用XRD对氧化铈进行分析后，可看出完成了碳酸铈至氧化铈的相变，如图3所示。
实施例2
镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用0.05M的硝酸铈溶液和0.05M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液。
对所制备的碳酸铈的SEM分析结果如图5所示。
实施例3
镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用2.2M的硝酸铈溶液和2.2M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液。
实施例4
镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用0.08M的硝酸铈溶液和0.08M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液。
实施例5
碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于沉淀反应在90℃下而不是30℃下进行，以获得正交晶体结构的碳酸铈。
对所制备的碳酸铈的SEM分析结果如图6所示。
实施例6
碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用2.2M的硝酸铈溶液和2.2M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液，并且沉淀反应在80℃下而不是30℃下进行，以获得正交晶体结构的碳酸铈。
实施例7
碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用0.05M的硝酸铈溶液和0.05M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液，并且沉淀反应在90℃下而不是30℃下进行，以获得六方晶体结构的碳酸铈。
对所制备的碳酸铈的SEM分析结果如图7所示。
实施例8
碳酸铈和氧化铈以与实施例1中描述的相同方法制备，不同在于使用0.08M的硝酸铈溶液和0.08M的碳酸铵溶液代替1.9M的硝酸铈溶液和2M的碳酸铵溶液，并且沉淀反应在90℃下而不是30℃下进行，以获得六方晶体结构的碳酸铈。
<CMP浆料的制备>
实施例9
制备一种用作磨料的氧化铈粉末，其中由实施例1制备的氧化铈和由实施例5制备的氧化铈以4∶1的重量比存在，并使用作为磨料的0.5kg的该氧化铈粉末、25g分散剂(聚丙烯酸，获自Aldrich)和5L纯水制备氧化铈分散体。用氨水将所述氧化铈分散体滴定至pH为7.0，并使用球磨进行分散稳定化和粒径改良步骤。本文中，将100g尺寸为1mm的氧化锆珠用于球磨中，并在250rpm下运行球磨2小时。
分散体用1μm的过滤器过滤，加入纯水以使作为磨料的氧化铈粉末的含量为每100重量份浆料总体中1重量份，从而制备CMP浆料。氧化铈的平均粒径为180nm，粒径分布为约70～300nm，使用粒径分布测量系统(Horiba LA-910)测定。
实施例10
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于使用其中由实施例1制备的氧化铈和由实施例7制备的氧化铈以1∶4的重量比存在的氧化铈粉末作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
实施例11
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于使用其中由实施例5制备的氧化铈和由实施例7制备的氧化铈以1∶9的重量比存在的氧化铈粉末作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
对比实施例1
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于单独使用由实施例1制备的氧化铈作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
对比实施例2
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于单独使用由实施例2制备的氧化铈作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
对比实施例3
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于单独使用由实施例5制备的氧化铈作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
对比实施例4
CMP浆料以与实施例9中相同的方法制备，不同在于单独使用由实施例5制备的氧化铈作为磨料，代替实施例9中用作磨料的氧化铈粉末。
实验实施例1：抛光质量测定
在以下条件下，将实施例9-11和对比实施例1-4中的CMP浆料用于抛光步骤中1分钟。基底充分洗涤以测定抛光之后的厚度改变，并评价抛光质量。所述结果示于以下表1中。
[抛光条件]
抛光系统：GNP POLY 400(GNP Technology)
抛光垫：聚氨酯垫
压板转速：90rpm
载体转速：90rpm
压力：4psi
浆料流速：100ml/min。
[待抛光的物体]
一种二氧化硅(SiO2)晶片，其上用PECVD(等离子体增强的化学气相沉积)沉积有达
Figure G2008800111384D00121
的SiO2层。
一种氮化硅晶片，其上用LPCVD(低压化学气相沉积)沉积有达
Figure G2008800111384D00122
的SiN层。
[评价]
抛光后，每种层的厚度变化使用光学厚度测量系统，即Nanospec6100(Nanometrics Co.)测定。
δ均匀性(晶片内非均匀性的δ值)根据标准偏差均匀度(ASTM)计算。
[表1]
Figure G2008800111384D00123
Figure G2008800111384D00131
根据上述实验结果，对比实施例1和2的CMP浆料——其中将使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈单独作为磨料——在二氧化硅层的抛光速率中显示出最高的质量，对比实施例3的CMP浆料——其中将使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈单独作为磨料——在氮化硅层的抛光速率中显示出最高质量。
另外，对比实施例4的CMP浆料——其中将使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈单独作为磨料——对二氧化硅层和氮化硅层显示出相对较低的抛光速率，但在二氧化硅层和氮化硅层之间显示出出色的抛光选择性，以及δWIWNU中非常出色的质量。
因此，可确定，使用具有不同晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈具有形状、强度等方面的不同的物理特性，因此含有氧化铈作为磨料的CMP浆料显示出不同的抛光质量。
同时，实施例9的CMP浆料——其中由镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈和由正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈被用作磨料——与对比实施例3的CMP浆料相比显示出更高的二氧化硅层抛光速率和更高的抛光选择性。
另外，实施例10的CMP浆料——其中由镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈和由六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈被用作磨料——与对比实施例1相比显示出类似的特性值(二氧化硅层抛光速率、氮化硅层抛光速率和二氧化硅层与氮化硅层之间的抛光选择性)，并且与对比实施例1相比显示出出色的WIWNU。
另外，实施例11的CMP浆料——其中由正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈和由六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈被用作磨料一与对比实施例4相比显示出类似的特性值(二氧化硅层与氮化硅层之间的抛光选择性和WIWNU)，并且与对比实施例4相比具有提高的二氧化硅层抛光速率和氮化硅层抛光速率。
因此，已确定，当至少两种选自以下的氧化铈被用作CMP浆料的磨料时，可调节至少一种抛光特性，如二氧化硅层抛光速率、氮化硅层抛光速率、二氧化硅层与氮化硅层之间的抛光选择性和WIWNU，并由此提高CMP浆料的抛光质量，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
工业实用性
由上文可以看出，本发明中，基于在作为磨料的氧化铈中，抛光特性的提高形式取决于碳酸铈(一种原料)的晶体结构这一事实，可使用至少两种选自如下的氧化铈作为CMP浆料的磨料：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈，并调节氧化铈的混合比例，从而调节至少一种抛光特性，如二氧化硅层抛光速率、氮化硅层抛光速率、二氧化硅层与氮化硅层之间的抛光选择性和晶片内非均匀性(WIWNU)。
另外，本发明中可提高半导体制造中晶片的平坦化程度，从而提高装置的可靠性和产率。此外，本发明还可用于提高微尺寸半导体装置的集成密度。

Claims (25)

1.CMP浆料，其包含至少两种选自以下的氧化铈作为磨料：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
2.权利要求1的CMP浆料，其中所述使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以每100重量份的磨料用氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用。
3.权利要求1的CMP浆料，其中所述使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以每100重量份的磨料用氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用。
4.权利要求1的CMP浆料，其中所述使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈以每100重量份的磨料用氧化铈粉末中大于等于50重量份且小于100重量份的量使用。
5.权利要求1的CMP浆料，所述CMP浆料包含磨料、一种分散剂和水，其中用作磨料的氧化铈以每100重量份的浆料0.5至50重量份的量使用；所述分散剂以每100重量份的磨料用氧化铈粉末0.5至10重量份的量使用。
6.一种通过将一种铈前体的水溶液和一种碳酸根前体的水溶液混合并进行沉淀反应来制备碳酸铈的方法，
其中通过调节所述铈前体水溶液中铈的浓度在0.01至10M范围内，或者通过调节所述沉淀反应的温度在0至99℃范围内来控制所述碳酸铈使其具有镧石-(Ce)晶体结构、正交晶体结构或六方晶体结构。
7.权利要求6的方法，其中通过调节所述铈前体水溶液中铈的浓度在0.01至2.2M范围内，以及调节所述沉淀反应的温度在0至30℃范围内，使所述碳酸铈具有镧石-(Ce)晶体结构。
8.权利要求6的方法，其中通过调节所述铈前体水溶液中铈的浓度在1至10M范围内，以及调节所述沉淀反应的温度在大于30℃至小于等于99℃范围内，使所述碳酸铈具有正交晶体结构。
9.权利要求6的方法，其中通过调节所述铈前体水溶液中铈的浓度在大于等于0.01至小于1M范围内，以及调节所述沉淀反应的温度在大于30℃至小于等于99℃范围内，使所述碳酸铈具有六方晶体结构。
10.权利要求6的方法，其中包含至少两种选自以下的碳酸铈的碳酸铈粉末通过在连续反应器中随时间改变所述铈前体水溶液中的铈浓度，或者改变所述沉淀反应的温度制备，所述碳酸铈选自镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈。
11.权利要求6的方法，其中所述铈前体包括三价或四价的铈盐。
12.权利要求6的方法，其中所述铈前体选自硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、硝酸铈二铵和硝酸铈二铵水合物。
13.权利要求6的方法，其中所述碳酸根前体为碳酸铵。
14.权利要求6的方法，其中在所述反应中，所述铈前体与所述碳酸根前体的摩尔浓度比在1∶0.1至1∶20的范围内。
15.权利要求6的方法，其中所述铈前体与所述碳酸根前体的沉淀反应进行30分钟至6小时。
16.用作磨料的氧化铈粉末，包含至少两种选自以下的氧化铈：(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈。
17.权利要求16的氧化铈粉末，其如下制备：
(a)煅烧含有至少两种选自以下的碳酸铈的碳酸铈粉末：镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈；或者
(b)将至少两种选自以下的氧化铈混合：通过煅烧镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈、通过煅烧正交晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈以及通过煅烧六方晶体结构的碳酸铈获得的氧化铈。
18.权利要求17的氧化铈粉末，其中所述煅烧在400至1200℃的范围内进行。
19.权利要求17的氧化铈粉末，其中所述镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈、正交晶体结构的碳酸铈和六方晶体结构的碳酸铈通过权利要求6至15中任一项所述的方法制备。
20.一种浅槽隔离(STI)法，使用如权利要求1至5中任一项所述的CMP浆料。
21.一种通过使用至少两种选自如下的氧化铈作为CMP浆料的磨料来调节至少一种抛光特性的方法，所述氧化铈选自(i)一种使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；(ii)一种使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈；以及(iii)一种使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈，所述抛光特性选自二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和氮化硅层的抛光选择性以及晶片内的非均匀性(WIWNU)。
22.权利要求21的方法，其中所述至少一种选自二氧化硅层的抛光速率、氮化硅层的抛光速率、二氧化硅层和和氮化硅层的抛光选择性以及WIWNU的抛光特性通过调节所述磨料中的至少两种所述氧化铈的混合比例来调节。
23.权利要求21的方法，其中所述二氧化硅层的抛光速率通过增加磨料中由使用镧石-(Ce)晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量而增加。
24.权利要求21的方法，其中所述氮化硅层的抛光速率通过增加磨料中由使用正交晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量而增加。
25.权利要求21的方法，其中所述二氧化硅层与氮化硅层的抛光选择性和/或WIWNU通过增加磨料中由使用六方晶体结构的碳酸铈制备的氧化铈的含量而增加。
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