CN107828374A

CN107828374A - 一种新型cmp研磨剂及其制造方法

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Publication number: CN107828374A
Application number: CN201711319027.7A
Authority: CN
Inventors: 戚明海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-03-23

Abstract

本发明公开一种CMP研磨剂及其制造方法，包括研磨粒子、保护剂和水，其中研磨粒子由碳包覆锂的核壳结构，研磨粒子可为直径为30‑80纳米的球型，保护剂中含有表面活性剂、增稠剂和有机酸。该CMP研磨剂的制造方法为：1）将锂片和氧化钙混合物，通过高能球磨法在惰性气氛下制备锂和氧化钙的粒子；2）将有机碳源加入所述的锂和氧化钙的粒子中，进行充分球磨，使其混合均匀；3）将混合均匀好的球磨材料，在惰性气氛下高温煅烧碳化后得到碳包覆锂的研磨粒子。本发明公开的一种CMP研磨剂，能够在铜层研磨的既不损伤铜层又不腐蚀铜层。

Description

一种新型CMP研磨剂及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种新型CMP研磨剂及其制造方法。

背景技术

在现在的超大规模集成电路中，有提高安装密度的趋势，正在研究和开发着各种微细加工技术。设计规则已经成为亚半微米级。为了满足这样严格的微细化要求而开发的技术之一有CMP(化学机械研磨)技术。此技术在半导体装置的制造工序中可以完全地平坦化要实施曝光的层，减轻曝光技术的负担，稳定成品率。因此是进行例如层间绝缘膜、BPSG膜的平坦化，浅沟槽隔离等时的必须技术。

化学机械研磨(CMP)步骤是将含有研磨粒子的浆料投到基板上，使用已安装在研磨装置上的研磨垫而进行。此时，研磨粒子承受来自研磨装置的压力，而机械地研磨表面，浆料所含的化学成分与基板的表面起化学反应，而化学地除去基板的表面部位。

一般来说，用于化学机械研磨(CMP)的浆料，根据除去对象的膜的种类或特性，而有各式各样的种类。作为使用的研磨粒子，有氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)等，能够根据研磨对象膜而选择性使用研磨粒子。

在过去，作为用于将氧化硅膜等的绝缘膜平坦化的化学机械研磨(CMP)用的浆料，一般探讨使用氧化硅类的浆料。氧化硅类的浆料是通过下述方式制造：将氧化硅粒子通过四氯化硅的热分解而使粒子成长，以氨等的不含碱性金属的碱性溶液进行pH值调整。

此外，作为氧化硅膜(硅的氧化膜)等的无机绝缘膜的化学机械研磨(CMP)浆料，使用一种含有氧化铈粒子以作为研磨粒子的氧化铈浆料。因为氧化铈粒子的硬度比氧化硅粒子和氧化铝粒子低，所以研磨后的膜表面难以发生伤痕等的缺陷，而被认为是有用的。此外，已知氧化铈粒子作为强氧化剂，具有化学活性的性质，所以氧化铈浆料在对氧化硅膜等的无机绝缘膜用的化学机械研磨(CMP)的应用上被认为是有用的(例如，参考专利文献1、专利文献2)。

另一方面，近些年来铜已经开始取代铝作为金属连线，这样可以得到更快更稳定可靠的电流信号。但由于用等离子体(Plasma)很难刻蚀(Etch)铜，因此人们采用了双大马士革 (Dual Damascene)结构来CMP，CMP技术也是现在已知的唯一能够去除多余的铜并实现全面平坦化的方法。铜线的CMP会带来很多挑战，如研磨过程中带来的腐蚀就是其中之一。因为铜的硬度要明显低于研磨液中研磨颗粒的硬度，在铜表面形成机械研磨之前，通过研磨液的化学作用在其表面形成较硬的氧化物，所以要求用于铜CMP的研磨液既能氧化铜又不能腐蚀铜。

因此，有必要提供一种CMP研磨剂，所以能够在铜层研磨的既不损伤铜层又不腐蚀铜层。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开平08-022970号公报；

专利文献2：日本特开平10-106994号公报。

发明内容

本发明是基于所述问题而完成的，其目的在于，提供一种研磨剂及其制造方法，其中，在CMP步骤中，能既不损伤铜层又不腐蚀铜层。

为了达成上述的目的，根据本发明，提供一种CMP研磨剂，其包括研磨粒子、保护剂和水，所述CMP研磨剂的特征在于，研磨粒子由碳包覆锂的核壳结构。

进一步的，研磨粒子可为直径为30-80纳米的碳球；

进一步的，保护剂中含有表面活性剂、增稠剂和有机酸；

根据本发明还提供一种CMP研磨剂的制造方法，

1）将5:1的锂片和氧化钙混合物，在高能球磨法在惰性气氛下制备锂和氧化钙的粒子；

2）加入有机碳源充分球磨，使其混合均匀；

3）通过高温固相法，将混合均匀好的球磨后的材料，在惰性气氛下高温煅烧碳化后得到碳包覆锂的研磨粒子。

本发明的有益效果：由于在半导体制造过程中铜层相对较软且通入氧化，使用传统的氧化物磨料容易对铜层造成损伤，导致半导体器件的性能下降。本发明的研磨粒子由碳包覆锂的核壳结构构成，且还包括一定量的氧化钙。由于研磨粒子表层的碳硬度较低，研磨时对铜层的损伤较小，同时在研磨的过程中研磨粒子的核壳结构会因为物理研磨过程被破坏，露出里面的锂粒子，由于锂的活性比铜活跃，且锂的硬度也不高，所以能保护铜不被氧化和损伤，同时由于磨料粒子含有一定比例的氧化钙，氧化钙能中和研磨过程中产生的酸性物质，能够调节研磨剂的ph值。

附图说明

1.图1表示CMP研磨的示意图。

具体实施方式

提供一种CMP研磨剂，其包括研磨粒子、保护剂和水，所述CMP研磨剂的特征在于，研磨粒子由碳包覆锂的核壳结构。

此处，优选的，研磨粒子可为直径为30-80纳米的碳球；；

所述的一种CMP研磨剂的制造方法，首先，将锂片和氧化钙按一定5:1的比例放入球磨罐中混合均匀，取若干个大小不同的不锈钢球，将球与原料一并放入球磨罐中，然后将球磨罐内气体抽空，并充入氩气保护，球磨30min形成锂和氧化钙的粒子。

其次，将得到的锂和氧化钙的粒子和将作为碳源的有机物按1:1~1.3的比例混合，有机物可以为有机树脂，蔗糖等。

然后，将上述混合物在200~300的温度下搅拌、加热1~2小时，半固态状的碳包覆锂粒子材料。

最后，将所得的材料在600摄氏度的条件下进行烘干，取出后得到最终的碳包覆锂离子二次电池负极材料。

Claims

1.一种CMP研磨剂，其包括研磨粒子、保护剂和水，其特征在于，研磨粒子由碳包覆锂的核壳结构。

2.根据权利要求1所述的CMP研磨剂，其特征在于，研磨粒子可为直径为30-80纳米的球型；

根据权利要求1所述的CMP研磨剂，其特征在于，保护剂中含有表面活性剂、增稠剂和有机酸；

一种CMP研磨剂的制造方法，其特征在于，

1）将锂片和氧化钙混合物，通过高能球磨法在惰性气氛下制备锂和氧化钙的粒子；

2）将有机碳源加入所述的锂和氧化钙的粒子中，进行充分球磨，使其混合均匀；

3）将混合均匀好的球磨材料，在惰性气氛下高温煅烧碳化后得到碳包覆锂的研磨粒子。

3.根据权利要求1所述的CMP研磨剂的制造方法，

先将上述混合物在200~300的温度下搅拌、加热1~2小时，得到半固态状的碳包覆锂粒子材料。

4.之后将所得的材料在600摄氏度的条件下进行烘干，取出后得到最终的碳包覆锂离子二次电池负极材料。