CN1667026A - 抛光浆料及其制备方法和基板的抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种抛光浆料及其制备方法和基板的抛光方法。本文描述的是一种化学机械抛光浆料。此种抛光浆料中的抛光粒子，其粒度分布曲线具有分别独立的小颗粒区与大颗粒区，且其粒度均值为50－150nm。本发明所述的抛光浆料具有优化的粒度，其粒度可以通过改变生产条件控制，这对抛光具有精细设计要求的半导体非常有用。本发明还提出了一种抛光浆料及其制备方法，采用这种抛光浆料时，可以通过控制其抛光粒子粒度分布曲线来保证化学机械抛光的精度和减少表面划痕数量。本发明还提供了一种抛光基板的方法。

Description

抛光浆料及其制备方法和基板的抛光方法
技术领域
本发明涉及一种用于化学机械抛光(以下简称‘CMP’)的浆料，具体地说，本发明涉及一种抛光浆料及其制备方法和基板的抛光方法。这种抛光浆料应用于STI(浅槽隔离)技术中的CMP时，对氧化层与氮化层的抛光速率具有高的选择性。由于超高集成半导体硅片对于256兆或更高的D-RAM有相应的设计标准，抛光速率的选择性至关重要。
背景技术
CMP是一种半导体加工技术，即在夹持晶片与抛光垫之间导入抛光浆料，在其化学腐蚀对加工表面进行抛光的同时还进行机械抛光。这种方法从上个世纪八十年代由美国IBM公司开发成功至今，已经成为全球生产亚微米级半导体芯片的最基本的方法。
本文将对CMP工艺及其相关抛光浆料给予描述，参见图1a-1c。CMP工艺是在半导体加工过程中使半导体不光滑的表面变得光滑，即采用酸性或碱性的溶液对半导体表面进行化学处理，使之在瞬间产生与被加工表面微弱连接的膜，随后，抛光浆料中的抛光粒子会将此膜除去。即，夹持半导体晶片被喷散抛光浆料后，产生化学反应，生成的新微粒将被抛光粒子用机械的方法除去。
进行CMP操作时，研磨头3上固定着晶片1，其转动方向与抛光垫4的转动方向相同，位于它们之间的是抛光浆料2。晶片1通过表面张力或真空被固定在研磨头3上面的夹持片7上。在CMP过程中，抛光垫4与抛光浆料2对晶片1进行了抛光作用。研磨头3与只能转动的，与抛光垫4相连的工作台5同时转动，并且可以在工作台5偏离转动中心时对工作台5的偏心进行调节。晶片1已按预定的压力被固定在工作台5上。其表面因为研磨头3的重量和另外施加的压力的作用而与抛光垫4密切接触，抛光浆料因此流入两者接触面内的凹坑内，即图中所示的件8中。机械抛光是由抛光浆料中的抛光粒子与抛光垫4表面上的突出部分9共同完成的，而化学抛光是由抛光浆料中的化学成分完成的。另外，晶片4表面的突出部分的顶部首先与抛光粒子或另一接触面的突出部分接触，压力集中在晶片4的表面凸起上。因此，这些表面凸起在极高的速率下被除去，从而达到使晶片表面更为平整的目的。
抛光浆料按其所要处理表面的种类大致可分为氧化物抛光浆料、金属抛光浆料和多硅晶片抛光浆料等三种。氧化物抛光浆料适用于抛光STI工艺中绝缘膜的表面以及氧化硅的表面，它大致由抛光粒子、脱离子水、pH稳定剂和表面活性剂等成分组成。其中的抛光粒子在抛光中所起的作用就是通过抛光机产生的压力采用机械的方法对被加工物表面进行抛光处理。抛光粒子的成分可以是氧化硅(SiO2)、二氧化铈(CeO2)或三氧化二铝(Al2O3)。值得一提的是，二氧化铈抛光浆料经常在STI工艺中用于二氧化硅表面抛光，此时，通常采用氮化硅作为抛光阻滞面。
如果抛光浆料对氧化层和氮化层所具有的抛光速率选择性较低，通常情况下，会因过量氧化层被除去，邻近氮化层被破坏而在被加工表面形成碟形凹坑。这样，就不会达到抛光的目的。因此，在二氧化铈抛光浆料中需要加入某种添加剂以减少氮化层的消除速率从而增加氧化层对氮化层的抛光速率选择的可能性。但需注意，添加剂的采用对氧化层及氮化层的消除速率均会产生不利影响。另外，二氧化铈抛光粒子要大于二氧化硅抛光粒子，从而对抛光划痕的影响就会很大。
因此，在STI的CMP过程中所使用的抛光浆料要具备高选择性、高抛光速率、高分散度、高度均匀的微观划痕分布以及高度集中和均匀的颗粒粒度分布范围。另外，粒度≥1μm的粒子的数量必须控制在有限的范围以内。
日本日立公司的美国专利号为6,221,118和6,343,976的两项专利技术提供了STI CMP中所采用的常规技术，即制备二氧化铈的方法，采用二氧化铈做抛光颗粒时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。这两项专利描述了STI CMP工艺中抛光浆料必须具备的特性、含添加剂聚合物的类型以及在各种特殊情况和一般情况下使用它们的方法。尤其值得一提的是，这两项专利中还提出了抛光粒子、初级抛光粒子及二级粒子粒度均值的范围。另外一种常规技术，美国专利号为6,420,269属于日立公司的技术，为我们提供了制备多种二氧化铈颗粒的方法以及采用二氧化铈做抛光颗粒时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。另外，早些时期属于日本Showa Denko有限公司的美国专利号为6,436,835、6,299,659、6,478,836、6,410,444及6,387,139的专利所提供的技术中，也为我们指出了制备二氧化铈的方法以及采用二氧化铈做抛光颗粒时具有高选择性的抛光浆料的制备方法。这些专利中大多是描述抛光浆料的添加剂、其对抛光效果的影响以及耦合添加剂。
但是，在采用常规技术制备的抛光浆料中，抛光粒子的均值粒度及其粒度分布曲线存在很多问题：如颗粒较大，如果这种抛光浆料被用于具有精细设计要求的半导体元件的抛光操作中，那么就会在被抛光表面形成很多的表面划痕。为解决这一问题，我们采用简单过滤的方法除去抛光浆料中的大颗粒粒子以减少被抛光表面的划痕，但这一作法却增加了过滤过程所需费用而且其再生产能力也很差。
而且，常规抛光技术仅提供了组成抛光浆料的抛光粒子的均值粒度以及抛光粒子的分散情况。对在STI CMP过程中，给定了均值粒度范围的特殊抛光粒子，对抛光效果的影响以及划痕的生成情况均未加说明。另外，这些专利技术对给定粒度分布范围内抛光粒子的其它特性也未予说明，而且对具备不同特性的抛光浆料对抛光效果的影响或者对取决于CMP工艺技术的抛光浆料所应具备的条件也未予揭示。
发明内容
因此，本发明是基于解决上述问题而提出的。本发明的目的就是提供高性能的抛光浆料，此种抛光浆料的制备方法以及抛光基板的方法。本发明中还提供了在生产厚度≤0.13μm的超高度集成半导体元件的CMP，尤其是STI过程中，处理各种抛光颗粒的方法及其生产设备、颗粒分散设备及其操作方法、化学添加剂使用方法及用量以及中转样本装置等情况。
本发明的另一个目的即为提供一种具备优化抛光粒子粒度的抛光浆料，这种抛光浆料的抛光粒子粒度可以通过控制抛光浆料的生产条件以达到能够生产较高表面精度要求的半导体的目的。另外，本发明提供的抛光浆料及其制备方法是通过控制抛光粒子粒度分布范围来保证达到所需的CMP消除速率和减少表面划痕的目的。
本发明的另外一个目的是为采用上述抛光浆料为半导体基板抛光提供一种有效的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种抛光粒子的粒度分布曲线呈独立的小颗粒区和大颗粒区的抛光浆料。其抛光粒子包含均值粒度为50-450nm的二级抛光粒子，二级抛光粒子中包含均值粒度为50-300nm的初级抛光粒子，初级抛光粒子中包含均值粒度为50-150nm的抛光微粒。
小颗粒波峰区面积与大颗粒粒子波峰区面积之比大约为1-25，最佳比值范围为3-16。
同时，本发明也提供了另外一种含抛光粒子的抛光浆料，其粒度均值为50-150nm。此抛光粒子包含均值粒度为10-120nm的初级抛光粒子，初级抛光粒子中包含均值粒度为10-100nm的抛光微粒。
抛光粒子的主要成分为二氧化铈，抛光浆料中含有脱离子水和阴离子聚合物。此阴离子聚合物可以为下面一组物质中的任意一个或是它们中的任意几个的混合物：聚甲基丙稀酸、聚甲基丙稀酸铵、多羧酸酯、十二烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、单烷基磷酸或脂肪酸的钠盐、羧酸-丙烯酸聚合物。阴离子聚合物在抛光浆料中所占的重量比为0.0001-10％，其分子重量可以达到2,000-50,000g/mol。抛光浆料也可以含有弱酸、有机酸或弱碱。
另外，本发明提供了一种制备抛光浆料的方法。此方法说明了拥有所需粒度分布范围，即包括独立的小颗粒区和大颗粒区的抛光粒子的制备步骤。
本发明还提供了一种制备抛光浆料的方法。即均值粒径为50-150nm的抛光粒子的制备方法。
本发明还提供了抛光粒子与脱离子水的混合方法及其研磨方法，添加分散剂、加入研磨添加剂、控制最终混合抛光浆料的重量以及过滤去除大颗粒抛光粒子的方法等等。
抛光粒子可在制备过程中通过固态生成法生成。
制备抛光粒子时需通过调节煅烧温度来控制粒子粒度及其分布范围曲线。煅烧温度范围可以为400-1,300℃，但最佳范围为700-900℃
研磨时可通过规划研磨次数来控制抛光粒子粒度及其分布范围曲线。亦可在过滤后采用时效稳定法进一步稳定抛光粒子的性能。研磨填充重量百分比应为5-40wt％，分散剂中应包含阴离子聚合物。弱酸、有机酸或弱碱可作为控制抛光浆料pH值和使其更加稳定的添加剂。
另外，本发明还提供了一种采用上述抛光浆料的抛光方法。在半导体基板上可以生成氧化硅薄膜。
本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1a与1b分别是CMP装置的立体图和侧视图图。
图1c是CMP的截面图。
图2是抛光浆料生产流程图。
图3a与3b分别是煅烧温度是700℃时，抛光浆料的透视电子显微镜图像及扫描电子显微镜图像。
图4a与4b分别是煅烧温度是800℃时，抛光浆料的透视电子显微镜图像及扫描电子显微镜图像。
图5a与5b分别是煅烧温度是900℃时，抛光浆料的透视电子显微镜图像及扫描电子显微镜图像。
图6是抛光粒子粒度分布范围随煅烧温度变化的曲线。
图7是抛光浆料pH值与研磨次数之间的关系曲线。
图8是抛光浆料每单位重量的抛光粒子的表面积与煅烧温度之间关系的曲线。
图9所示是抛光粒子粒度分布范围与研磨次数的关系曲线。
图10所示是抛光粒子粒度分布范围与二级粒子粒度之间的关系曲线。
具体实施方式
下文将分别详细阐述本发明中抛光浆料的制备方法以及对此抛光浆料的性能所进行的分析。另外，本发明还将阐述采用二氧化铈作抛光粒子的抛光浆料的制备方法、用脱离子水和阴离子聚合物作分散剂的方法。最后，本文还将给出CMP过程的实验结果，即氧化膜抛光速率和选择性是如何依靠工艺条件而得到的。本发明今后可能还需要进一步的改进，其适用范围也不仅仅局限于本文所论述的范围。
本发明中的二氧化铈抛光浆料包括二氧化铈粉末、脱离子水、阴离子聚合物分散剂及添加剂，即弱酸或弱碱。参见图2，制备二氧化铈抛光浆料的步骤如下：
原材料，如碳酸铈需要预处理，即制成二氧化铈粉末(S1)；此粉末在容器中与脱离子水混合并加湿(S2)；所得混合物在研磨机上研磨以减小粒子粒度及增加粒子的分散程度(S3)。此时加入阴离子聚合物以增加其分散的均匀性。将添加剂，诸如弱酸或弱碱加入处于高速旋转着的混合机中的抛光浆料中，以控制其pH值，随后进行研磨以使其分散性更加稳定(S4)；接着，需要确定抛光粒子的重量比，即确定固体装载量(S5)；通过过滤除去抛光浆料中的大粒度颗粒以避免颗粒沉积和CMP半导体表面划痕的出现(S6)；最后，还需对抛光浆料进行时效稳定化处理(S7)。
对CMP过程中二氧化铈抛光浆料制备方法的详细阐述请参见“二氧化铈抛光浆料制备方法”。
关于本发明中的抛光浆料，二氧化铈抛光浆料及其化学添加剂是分别制备的以使氧化膜的削除速率可被控制和对氧化膜和氮化膜具有高度的选择性。化学添加剂的制备请参见韩国专利No.10-2003-0030880。
[二氧化铈抛光浆料的制备方法]
1.二氧化铈粉末的制备
制备二氧化铈抛光浆料，第一步：采用固体生成方法由原材料制备二氧化铈粉末。原材料如碳酸铈，通过煅烧产生二氧化铈粉末，但在煅烧前应首先单独采用干燥工艺除去其中的水分以使其传热性及工艺性得到保证。
二氧化铈粉末的性能取决于碳酸铈的煅烧效果和煅烧设备的性能。碳酸铈有吸水性，与水可结晶，其结晶水的化合价可以是4、5或6。因此碳酸铈的煅烧效果跟其晶体中的结晶水的化合价和它的吸水量有关。煅烧时，碳酸铈中的水分被除去。但随着温度的升高和热量的积聚，脱碳酸反应发生，碳酸根变成了二氧化碳。二氧化铈粉末也开始生成。另外，多余的热量造成了二氧化铈的重结晶，即使在它的粉末已经与一定数量的粒子结合以后。各反应发生的温度：脱水过程：室温至250℃；脱碳酸反应：230℃或更高；二氧化铈粉末生成温度：330℃可更高。因此，煅烧温度范围应为400-1,300℃，但最佳温度范围为700-900℃。
煅烧后二氧化铈粉末颗粒间的内聚力的大小取决于其吸收水和结晶水的多少，当吸收水和结晶水较多且在加热炉中煅烧不充分时，其内聚力将增加。
而且，结晶程度与晶粒的大小均取决于结晶温度。结晶温度高时，结晶程度及晶粒粒度均将增大。图3-5为用透视电子显微镜所观察到的煅烧温度分别为700℃，800℃，与900℃时，结晶所生成的不同抛光浆料的微观图像。通过对比，可以发现：煅烧温度较高时，晶粒的平均粒度增加，即组成初级二氧化铈粉末的晶粒粒度增加了，从而导致组成初级二氧化铈粉末的晶粒数量的减少。相反，煅烧温度较低时，晶粒的平均粒度减少，即组成初级二氧化铈粉末的晶粒粒度减少将导致组成初级二氧化铈粉末的晶粒数量的增加。
下面将给出煅烧过程及煅烧装置的详细介绍。碳酸铈(Ce2(CO3)3.6H2O)被加入一个普通容器或加热炉中，炉中已事先加入了34.1％的氧化铝(Al2O3)，61.9％的二氧化硅(SiO2)，1.23％的二氧化锂(LiO2)以及余量为2.77％。另外，还要加入一些气体，如氮气、新鲜的干燥空气，以便高效率地除去煅烧过程中产生的副产物CO2气体。加入的气体供应要充足，煅烧温度应控制在400-1,300℃，产物呈淡黄色，此即为没有浮游成分的二氧化铈粉末。
2.混合与研磨
采用上面煅烧工艺过程生成的二氧化铈粉末在高速旋转的混合器中与脱离子水混合加湿后所得的混合物被送入高功率研磨机中研磨以减小其粒子粒度和使粒子分散良好，以便生成纳米级的二氧化铈抛光浆料。因为这种抛光浆料具有多孔性，混合过程需持续10分钟或更长时间以使其拥有足够的含水量。最好在此之前进行一个小时或更长时间的预混合。另外，混合器的搅拌轴及内壁应用聚四氟乙烯作涂层或衬里以保护它们不受金属腐蚀。
抛光浆料需与脱离子水或纯净水混合以使抛光粒子的集中程度即粒子之间的相互作用达到所要求的程度，抛光粒子所占重量百分比为5-40％。粒子间的相互作用力越大，抛光效果就越好。但是，在下面的研磨过程以及以后的抛光过程中，若这种作用力保持在一个极高的水平上，会造成抛光浆料的粘度过高，粒子之间频繁聚合，抛光效率会极度下降。因此，建议粒子间相互作用力应控制在一定范围内。
与水混合后，采用高效研磨机控制抛光粒子粒度及分散其中的已经粘连的粒子。研磨机采用湿式、干式均可。但因干式研磨机研磨过程中存在被其本身磨损后所产生的金属粒子腐蚀的可能性，建议采用陶瓷制湿式研磨机。但湿式研磨机在研磨过程中可能出现粒子凝聚而成的沉积物，从而生成大范围的大颗粒粒子，最终发生研磨效率下降的现象。因此，有必要对抛光粒子的集中度、pH值及传导性加以控制，采用疏散剂使粒子分散。
在二氧化铈的湿式研磨过程中，研磨粒子粒度为0.05-1.0mm，充填体积比为20-80％，高效研磨机的转速控制在500-2,500rpm，这样可使抛光浆料粒子达到所需要的粒度及分散度要求。
研磨后所得抛光浆料粒子的粒度及其粒度分布范围与CMP除去速率、划痕数目多少、粒子的分散度以及稍后将在“二氧化铈抛光浆料的性能分析”中详细论述的粒子沉积情况紧密相关。
3.分散稳定性及添加剂
抛光浆料中需加入一种阴离子分散剂及其它的添加剂，如弱酸或弱碱，从而起到控制抛光浆料pH值，稳定抛光浆料的作用。
如图7所示，重复研磨时，抛光浆料的pH值达到了等电位点，其动电声波的振幅为0。在此种情况下，抛光粒子间的排斥力减小，这就意谓着它们之间粘结的可能性增大了。换而言之，Z电势(zeta potential)值为0将导致抛光粒子之间的粘结。尤其在固体装载量为20％或更高的情况下，pH值达到等电位点(IEP)，粒子粘结速率会比装载量少时更为迅速。因此，为保证研磨前抛光粒子分散的稳定性以及研磨后重粘结现象的不发生，研磨工艺必须在抛光浆料的pH值控制在远离等电位点(IEP)，略呈酸性或加入聚合物分散剂以后进行，只有这样，抛光粒子的分散稳定性才会得到改进。
关于阴离子聚合物分散剂，可以选择下面所列物质中的任何一种或其中任意几种的混合物：聚合甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、多羧酸酯、十二烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐单烷基磷酸或脂肪酸的钠盐、羧酸-丙烯酸聚合物。
加入分散剂后的抛光浆料的分散稳定性可以得到改善。因动电声波振幅绝对值的升高而导致抛光粒子间的排斥力增加，粒子间的粘结造成了抛光浆料沉积的现象不再发生，这一切均将使抛光粒子的分散稳定性得到改进。这一混合与分散过程需要持续10分钟-24小时。建议根据抛光浆料pH值的波动及其对聚合物分散剂的吸收情况确定这一过程持续的时间为30分钟或更长，根据抛光浆料时效稳定性情况确定这一过程持续的时间为2小时或更长。
因本新型抛光浆料具备水溶性，它的聚合物分散剂的室温下在水中的溶解度理应作为它的一个必须的基本特性。从抛光浆料粒子重量方面考虑，对阴离子聚合物分散剂在水中的溶解度要求为：0.0001-10.0wt％，较佳范围为0.001-3.0wt％，最佳范围为0.02-2.0wt％。
但是，如果抛光浆料的分散剂中含有阳离子物质或者在添加剂中存在阳离子或者其它类似的物质，其中的阳离子就会与阴离子结合，从而降低动电声波振幅的绝对值和抛光粒子的再次粘结。电荷密度取决于分子重量，因此有必要选择具有高电荷密度及合适分子重量的分散剂以便不会引起抛光粒子的再粘结。建议选择分子重量为3,500-15,000(g/mol)的阴离子分散剂。如果阴离子分散剂的分子重量≥50,000(g/mol)，抛光浆料粒子将因为桥梁现象发生再粘结，从而产生大粒度粒子。因此，建议选择分子重量为2,000-50,000(g/mol)的阴离子分散剂。
另外，pH值控制剂可以选择下面一组中的任何一种包含弱碱基或弱酸基的物质或它们中的任意几种的混合物：氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、乙胺、三醇胺、安息香酸、乳酸、醋酸、氢氰酸或磷酸，有机酸，如聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸。
经稳定化处理的抛光浆料的粘度为牛顿行为。在稳定化处理前，抛光浆料的粘度由剪切速率决定。但在稳定化处理后，抛光浆料的粘度呈现牛顿行为，与剪切速率无关。
4.固体装载量(wt％)的控制及大颗粒粒子的移除
抛光浆料分散稳定化处理，即通过控制固体装载量(wt％)和采用过滤法除去其中的较大颗粒以使抛光浆料颗粒粒度分布在所要求的范围之内。如果在抛光浆料中存在大量的粒度较大的颗粒，那么这些颗粒所受到的重力就会大于颗粒之间由于互相排斥而形成的分散力，大颗粒粒子表面积也会小于细小粒子的表面积。因此，大颗粒粒子的分散性就会小于细小粒子的分散性。基于上述两个原因，粒子间粘结与粒子沉积频繁出现会造成抛光浆料的不稳定。因此，有必要去除抛光浆料中的大颗粒粒子。用过滤法可以达到此目的。
5.抛光浆料的老化
在容器内，通过24小时的搅拌老化可以进一步增加浆料的稳定性。得到的抛光浆料既可以进行老化，亦可在需要时省略这一步骤。
[二氧化铈抛光浆料的性能分析]
对采用上述方法制备的二氧化铈抛光浆料进行性能分析的结果如下。其中二氧化铈颗粒的粒度及粒度分布范围直接与抛光浆料的基本操作性能：即CMP的磨削速率、因抛光操作产生的被抛光表面划痕的数量及抛光浆料抛光颗粒分布的均匀性有关。
对抛光浆料性能进行精确分析，即对初级粒子大小、二级后的颗粒大小以及抛光微粒大小及它们的粒度的分布范围进行分析等等，这一切对半导体生产中降低表面划痕数量和大量生产时半导体表面的高效研磨起到极其重要的作用。
按本发明所述，可以通过二氧化铈生产条件对抛光浆料初级粒子的大小、二级粒子的大小进行有效控制，而且可以生产出符合各项设计要求的半导体产品。结晶与抛光颗粒的大小均受到煅烧条件影响。例如，在抛光浆料结晶的煅烧温度较高时，抛光浆料颗粒及晶体粒度就会较大。更进一步而言，由于最终的二氧化铈颗粒粒度分布范围受到研磨条件和煅烧温度的双重影响，因此就有可能通过调节煅烧及研磨条件来控制抛光浆料颗粒大小及其粒度分布范围。
在设计要求降低，抛光表面划痕的数量限制放松的情况下，有必要启用较小一些的初级的和二级过的抛光浆料。至于对其粒子粒度的控制，可以通过调节煅烧温度来完成，对初级粒子及二级粒子的粒子粒度的控制可以通过改善研磨条件完成。含有初级粘结抛光浆料粒子的水溶液中的，二级粒子的粒子的粒度会随着初级粘结粒子粒度的增大而增大。鉴于这些粒子的粒度会受到分散剂以及研磨条件的影响，可以采用二种方法共同调节控制。
抛光浆料中的粒子既不要太大亦不要太小，要有一个预先设定的粒度。本发明中二氧化铈抛光浆料粒子包括二级粒子，其粒度均值为50-450nm，二级粒子包括初级粒子的粒度均值为50-300nm，初级粒子包括微粒的粒度均值为50-150nm。本发明描述的抛光浆料所含抛光粒子中，二级抛光粒子的粒度均值为50-150nm。以此类推，二级粒子的包括初级粒子的粒度均值为10-120nm，初级粒子包括微粒的粒度均值为10-100nm。上述粒子粒度的分布范围是相互交错的，如果其中一种粒子的粒度发生了变化，那么另外两种粒子的粒度就必然会受到影响。如，最终粒子的粒度发生了变化，那么初级粒子及二级粒子的粒度就必然发生变化。
同时，粒子粒度分布曲线与粒子粒度的关系也很重要。在本发明中，二氧化铈的最终颗粒粒度分布曲线可以控制为双峰曲线，它包含一个小颗粒区和一个大颗粒区。图6所示为采用APS法所测得的结果，水平轴代表二级粒子的粒度，竖直轴代表一个比值，即拥有同样粒度的粒子数量与所有粒子数量的比值。二氧化铈抛光粒子的粒度分布曲线也包括两个峰值，分别为小粒子区与大颗粒粒子区。煅烧温度越高，此曲线的双峰就越高。
晶体颗粒粒度、单个粒子内所含晶体数目以及双峰曲线显示的粒子粒度分布规律，对CMP的效果将产生显著的影响。这种影响可以通过抛光去除速率与微观划痕的情况来体现。
首先，抛光粒子粒度的分布规律对抛光去除速率的影响将通过CMP机理加以阐述。如，当煅烧温度在400-1,300℃与一指定温度之间时，因为抛光微粒的粒度会随着煅烧温度的增加而增大，故抛光去除速率也会提高。但是，如果煅烧温度等于或高于指定温度，那么即使抛光浆料中大颗粒粒子的数目增加，研磨的速率也会下降。
上述现象发生的原因如下：CMP过程中影响抛光去除速率的两个主要参数为：抛光微粒粒度以及在CMP过程中变化后的二氧化铈粒子的表面积的大小。CMP过程中抛光浆料做为抛光介质，化学物质作为添加剂按预先设定的比例混合以保证抛光过程具备高度的选择性。添加剂中的聚合物被半导体晶片表面所吸附。因聚合物上存在电荷，所以它更容易被氮化膜而不是氧化膜(即被大气腐蚀处)所吸附。但是，聚合物的分子量很大，由于这一内在特性，它的一部分也会被氧化膜吸附。被氧化膜表面吸附的聚合物在晶片表面形成了粘性层，会阻碍了氧化膜的去除。同样，当抛光粒子粒度小于粘性层厚度时，氧化膜的去除速率将会明显降低。如果抛光粒子粒度大于粘性层厚度，氧化膜的去除速率将会增大。
但是，氧化膜的去除速率不会随着抛光粒子粒度的增加而无休止地加快。如果抛光粒子的粒度大于粘性层的厚度，氧化膜的去除速率在升高到一有限值后就会降低。这是由影响去除速率的第二个参数造成的。此参数的出现是因新表面的生成而产生的。CMP中抛光效果的好坏既有化学因素也有机械因素。因化学反应使二氧化铈表面与氧化膜表面之间生成了化学键，所以通过此化学键与氧化膜相连的二氧化铈微粒将会把氧化膜除去。与此同时，二氧化铈多晶体破碎成为单晶体，其新生表面的化学物质比旧表面化学性质更为活跃。因此，随着新表面的不断产生，氧化膜的去除速率也加快了。
但是，如果煅烧温度仍比预定温度高，抛光微粒的粒度过量增加，那么二氧化铈多晶变单晶时所产生的新表面积与抛光微粒粒度较小时相比就会小一些。因此，氧化膜的去除速率会下降，微观划痕会增多。另一方面，如果煅烧温度非常低，较小粒度的抛光微粒就会较多，由于浆液主要由细微例子组成，从而去除速率下降。
CMP过程中另一主要参数为因抛光微粒的作用，在晶片表面凹蚀处产生的微观划痕的数目。初级抛光粒子粒度大或CMP过程中采用抛光垫加压法压碎初级晶粒后所生成的晶粒粒度大时，划痕数目就会升高。因此，如果煅烧温度为预置温度或更高一些时，划痕数目就会升高。
因此，控制抛光粒子粒度及其分布规律对提高抛光粒子效能从而增加氧化膜去除速率和降低划痕数量非常重要。
以下为不同生产条件下对抛光粒子粒度及其分布规律的描述。
对不同煅烧温度下所产生的抛光粒子之间的区别将予以描述，参见图3-5。图3-5分别为为煅烧温度700℃，800℃，和900℃时二氧化铈抛光浆料中抛光微粒与初级粒子的图像中。这些图像表明：随着煅烧温度的升高，抛光粒子的粒度会增加。因此，对于上述煅烧温度下的二氧化铈抛光浆料，随着煅烧温度的升高，组成每一个初级抛光粒子的抛光微粒的数量却减少了，从而使得CMP过程中所产生的二氧化铈新粒子的表面积下降。由图3-5所得的抛光粒子的平均粒度及平均表面积示于表1。由表1，可以看出，如图8(为抛光浆料每单位重量所具有的表面积大小与煅烧温度之间的关系曲线)所示，煅烧温度升高，抛光产生的新粒子的表面积下降。
                 表1
  煅烧温度     粒度   表面积(m2/g)
    700℃     24.1     20.8453
    800℃     47.7     5.4213
    900℃     77.2     2.6435
抛光粒子粒度分布规律曲线与粒度大小均为重要参数。正如前文所述，本发明中的二氧化铈抛光浆料，其粒子粒度分布规律曲线具有小颗粒区与大颗粒区两个区。由此来看，大颗粒区的峰值是产生晶体表面划痕的主要原因。
首先，给出对抛光颗粒粒度分布范围与煅烧温度的关系曲线的描述。如图6所示，当煅烧温度升高时，抛光颗粒粒度的分布为一个双峰型的曲线，大颗粒粒度区所占的比例相对高一些。反之，当煅烧温度降低时，因为小颗粒分布区与大颗粒分布区峰型均有一定程度的变宽，所以此时分布曲线有较平坦的波峰，小颗粒粒度区所占的比例相对有所提高。
因此，降低导致抛光划痕产生的大颗粒区波峰的有效措施为：控制煅烧在较低温度下进行。但是，抛光(如，为氧化膜的抛光)时如果为了降低大颗粒区波峰和升高小颗粒区的波峰而过多地降低煅烧温度，那么就会因为抛光微粒粒度的减小，抛光速率降低。即，在CMP过程中，如果抛光颗粒的粒度过小，不能渗透进入由抛光添加剂在氧化膜表面生成的粘性层内，抛光除去速率会降低。
因此，当抛光粒子粒度保持在一个预定的粒度范围之内时，随着研磨条件的变化，煅烧温度的降低会升高小颗粒区波峰，降低大颗粒区波峰。可以通过改变研磨条件而使大颗粒区波峰转移至小颗粒区波峰所处位置。另外，如果通过研磨而使抛光大颗粒破碎成许多小颗粒，那么本曲线中大颗粒区的波峰值将会迅速降低而小颗粒区波峰值将会升高。出现此种情况时，即使二次抛光颗粒的粒度较小，因为采用调节煅烧温度的方法控制了抛光微粒的粒度，抛光去除速率仍然保持较高。
我们都道，具有不同颗粒粒度分布曲线的抛光浆料的颗粒的均值粒度与图6所示的微粒的均值粒度相同。换而言之，即使不同的抛光浆料中抛光颗粒的均值粒度相同，在煅烧与研磨条件改变的情况下，抛光颗粒粒度分布曲线，尤其是大颗粒粒度分布区与小颗粒粒度分布区的波峰均将发生变化。
通过上述CMP过程对某个物体上表面进行抛光操作时，组成初级粒子的抛光微粒的数量一定要大些以便使初级粒子粒度或微粒粒度大于此物体表面的粘性层的厚度、二氧化铈颗粒与被抛光物体表面粘性层之间的化学反应能迅速进行从而产生光滑的新表面。另外，初级粒子及微粒的粒度不能过大，以避免微观划痕的大量出现。
因此，即使在小颗粒与大粒度颗粒平均粒度或均值粒度相同的情况下，优化它们的结合比以使微观划痕出现的机率最小和抛光去除速率最大，仍然是很重要的。这可以通过调节颗粒分布曲线中两者的面积比而达到。即，两者的面积比即小颗粒区的面积与大颗粒区的面积之比可作为两者结合的一个指数(比值＝小颗粒区面积/大颗粒区面积)。此比值的大小与煅烧温度有关，表2给出了此比值与抛光浆料的该项比值相对比的情况。
        表2
  煅烧温度   面积比
    700℃     8.25
    750℃     6.01
    800℃     4.56
    850℃     2.85
    900℃     1.09
小颗粒区面积与大颗粒区面积之比值降低时，大颗粒区峰值增大，抛光划痕数目增多。煅烧温度为850℃的抛光浆料的抛光去除速率会下降，但仍高于煅烧温度为900℃的抛光浆料的抛光去除速率。因此，为满足半导体晶片的设计要求和基于对抛光去除速率和划痕方面的考虑，有必要优化此比值。
除煅烧条件外，研磨条件对抛光去除速率和划痕数目也有显著影响。研磨条件决定了抛光初级粒子的粒度。煅烧条件相同，研磨操作不断重复时，初级粒子的粒度会减小，相应地，颗粒将会重新分散，因此，抛光浆料颗粒的平均粒度会减小。由图9可以明显看出，研磨操作不断重复时，大颗粒区波峰值降低，小颗粒区波峰升高，两个波区面积的比值增大。
因此，由于初级粒子或微粒的粒度必须大于按上面所述方法抛光时，被抛光物表面所形成的粘性层的厚度，所以在给定的相同的煅烧条件下，随着研磨次数的不断增加，抛光去除速率会降低。但是，此过程也使初级抛光颗粒中较大的粒子破裂成许多小颗粒粒子，故抛光划痕的数量也会减少。由研磨条件决定的波区面积比值见表3。
           表3
  研磨次数   波区面积比
    4     4.81
    5     5.79
    6     6.32
正如上文所述，本发明通过改变操作条件，如煅烧条件或研磨条件，使抛光浆料中抛光微粒粒度在保持一个给定值的同时，小颗粒区波峰值升高，大颗粒区波峰值降低成为可能。本发明所设定的两个波峰区面积的比值为1-25。因此，在操作时，应通过调节煅烧温度与研磨次数来控制此比值处于3-16之间。拥有不同均值粒度粒子的各种抛光浆料的该项比值以及应控制的参数如表4所示。
                                表4
颗粒均值粒度 大颗粒区波峰值   小颗粒区波峰值   两波区面积之比
    250nm     279nm     84nm     7.85
    104nm     222nm     58nm     8.68
    75nm     176nm     36nm     15.22
波峰值即为最大颗粒的粒度。抛光去除速率，抛光均匀性以及含有抛光粒子的抛光表面划痕的数量将在下面的实例中予以详细描述。
在这些实例中，二氧化铈粉末与抛光浆料均是按本发明上面所述的方法和一定的要求而制备的，对两者的性能也进行了分析。分析所用仪器如下：
1)对颗粒粒度分布情况的测量：美国Matec应用科学公司制造的APS；
2)对动电声波振幅(分散稳定性)的测量：美国Matec应用科学公司制造的ESA 9800；
3)粘度测量：布氏粘度计，DVII+；
4)大颗粒粒子数量的测量：美国PSS公司制造的Accusizer 780FX；
5)pH值的测量：美国Orion公司制造的pH值测量仪；
6)传导率的测量：美国Orion公司制造的传导率测量仪。
例1-5：煅烧温度的影响
(1)二氧化铈粉末1-5的制备
每次升温均加入800g，共计25kg的高纯净碳酸铈被加入煅烧炉中煅烧4小时。对实例1-5，温度上升速率与保持温度情况如下表所示：
                            表5
  温度上升速率(℃/min)   保持温度(℃)
二氧化铈粉末1     3.9     700
二氧化铈粉末2     4.2     750
二氧化铈粉末3     4.4     800
二氧化铈粉末4     4.7     850
二氧化铈粉末5     5.0     900
抛光浆料采用自然冷却，气体以20m3/hr的速率有效地带走煅烧的副产物CO2。经过煅烧的二氧化铈粉末采用X-射线进行衍射分析以确定有高纯度的二氧化铈生成。另外，此粉末还要分别采用透视电子显微镜与扫描电子显微镜进行分析(结果见图3-5)，由图可见，随着煅烧温度的升高，抛光微粒与初级粒子的粒度快速增大。由BET(特定表面分析仪)分析可知，单位克数颗粒的表面积却有所减小(见图8)。
(2)二氧化铈抛光浆料1-5的制备
二氧化铈抛光浆料1-5的制备步骤与二氧化铈粉末1-5的制备步骤相同。即，10kg生成的高纯度的二氧化铈粉末与90kg脱离子水在一高速旋转的混合器内进行1小时或更长时间的混合以便使二氧化铈粉末结晶充分。对此混合物，即重量比为10％的抛光浆料可以进行下一步研磨操作。从而使抛光粒子粒度被控制在一个需要的范围内并且可以均匀分散。紧接着，在研磨后的抛光浆料中加入重量比为1％的聚甲基丙烯酸胺作为阴离子添加剂，混合时间为2小时或更长时间以保证两者之间充分融合，抛光粒子的分散状态最佳。过滤后即可制成二氧化铈抛光浆料。
(3)二氧化铈抛光浆料1-5之间的对比
通过对其粘度的测量来评估其分散的均匀性。结论是：抛光浆料粘度与煅烧温度无关，为牛顿行为。因此，可以确定重量比为1％的聚甲基丙烯酸胺能够有效地分散抛光粒子。二氧化铈抛光浆料1-5的抛光去除速率、划痕数量及抛光去除选择性将在下面的“CMP实验结论”中加以论述。
例6-8：研磨次数的影响
(1)二氧化铈粉末6-8的制备
每次加入800g，共计75kg的高纯净碳酸铈被加入煅烧炉中在750℃时煅烧4小时。抛光浆料采用自然冷却，气体以20m3/hr的速率有效地带走煅烧的副产物CO2。经过煅烧的二氧化铈粉末采用X-射线进行衍射分析以确定有高纯度的二氧化铈生成。
(2)二氧化铈抛光浆料6-8的制备
为制备二氧化铈抛光浆料6，10kg的高纯度的二氧化铈粉末与90kg脱离子水在一高速旋转的混合器内进行1小时或更长时间的混合以便使二氧化铈粉末结晶充分。对此混合物，即重量比为10％的抛光浆料可以进行四个回程的研磨操作。从而使抛光粒子粒度被控制在一个需要的范围内并且实现均匀分散。紧接着，在研磨后的抛光浆料中加入重量比为1％的聚甲基丙烯酸铵作为阴离子添加剂，混合时间为2小时或更长时间以保证两者之间充分融合，抛光粒子的分散状态最佳。过滤后即制成二氧化铈抛光浆料。抛光浆料7和8的研磨次数分别为5次和6次，其它步骤与抛光浆料6的制备步骤相同。
(3)二氧化铈抛光浆料6-8之间的对比
通过对其粘度的测量来评估其分散的均匀性。结论是：抛光浆料粘度与煅烧温度无关，为牛顿行为。因此，可以确定重量比为1％的聚甲基丙烯酸胺能够有效地分散抛光粒子。二氧化铈抛光浆料6-8中抛光粒子的粒度分布曲线参见图9。它们的抛光去除速率、划痕数量及抛光去除选择性将在下面的“CMP实验结论”中加以论述。
例9-11：抛光粒子均值粒度的影响
(1)二氧化铈粉末9-11的制备
每次加入800g，共计75kg的高纯净碳酸铈被加入煅烧炉中在750℃时煅烧4小时。抛光浆料采用自然冷却，气体以20m3/hr的速率有效地带走煅烧的副产物CO2。经过煅烧的二氧化铈粉末采用X-射线进行衍射分析以确定有高纯度的二氧化铈生成。
(2)二氧化铈抛光浆料9-11的制备
为制备二氧化铈抛光浆料9，10kg的高纯度的二氧化铈粉末与90kg脱离子水在一高速旋转的混合器内进行1小时或更长时间的混合以便使二氧化铈粉末结晶充分。对此混合物，即重量比为10％的抛光浆料不断地进行研磨操作(如7次)直至二级抛光粒子的均值粒度为205nm为止。从而使抛光粒子的粒度被控制在一个需要的范围内并且实现均匀扩散。紧接着，在研磨后的抛光浆料中加入重量比为1％的聚合物分散剂作为阴离子添加剂，混合时间为2小时或更长时间以保证两者之间充分融合，抛光粒子的分散状态最佳。过滤后即制成二氧化铈抛光浆料9。抛光浆料10和11研磨后二级粒子均值粒度分别为110nm，75nm，可能的研磨次数分别为13次和20次。
(3)二氧化铈抛光浆料9-11之间的对比
通过对其粘度和动电声波振幅的测量来评估其分散的均匀性。结论是：抛光浆料粘度呈现牛顿行为，可以保证抛光粒子间具有足够大的排斥力。因此，可以确定重量比为1％的聚合物分散剂能够有效地分散抛光粒子。二氧化铈抛光浆料9-11中抛光粒子的粒度分布曲线参见图10。
[CMP试验结果]
抛光性能试验采用介质为例1-11中所制的CMP过程所用的抛光浆料。设备为美国Strasbaugh公司所制的6EC；一块利用PE-TEOS(等离子加强处理过的TEOS氧化物气体沉积物)在整个表面生成氧化膜的直径为8”的圆形晶片，另外一块为采用Si3N4在整个表面生成氮化膜的直径为8”的圆形晶片。试验环境条件与消耗品如下所示：
1)抛光垫：IC1000/SUBAIV(由美国Rodel公司购买)；
2)测量粘性层厚度的仪器：Nano-Spec 180(由美国Nano-metrics公司购买)；
3)工作台转速：70rpm；
4)锭子转速：70rpm；
5)向下的压力：4psi；
6)背压：0psi；
7)抛光浆料用量：100ml/min；
8)对残留抛光粒子与划痕的测量采用：美国KLA-Tencor制造的SurfscanSP1。
生有氧化膜(PE-TEOS)和氮化膜(Si3N4)的晶片表面采用上述实例1-11所制的抛光浆料抛光1分钟。抛光去除速率通过晶片表面粘性膜厚度的变化来测定，抛光造成划痕用Surfscan SP1测量。一块初级的晶片抛光三次或三次以上以后方可采用上述方法进行抛光性能检测。测量结果的平均值见表6。
                                             表6
样品编号 制备条件  二级粒子均值粒度(nm)  面积比  氧化膜除去速率(/min) 氮化膜除去速率(/min) 氧化膜与氮化膜除去速率比 WIWNU(％) 氧化膜残留粒子数目(#)  划痕数目(#)
1     煅烧温度：700℃ 300 8.25 2030 50 40.8 1.0 293 1
2     煅烧温度：750℃ 294 6.01 2179 51 42.9 1.1 355 3
3     煅烧温度：800℃ 296 4.56 2424 50 48.3 1.2 405 4
4     煅烧温度：850℃ 292 2.85 2591 48 54.2 1.4 477 6
5     煅烧温度：900℃ 298 1.09 2525 48 52.6 1.3 494 8
    6     研磨4次     433  4.81     2417     49     49.0     1.3     428     6
    7     研磨5次     344  5.79     2267     50     45.0     1.2     384     4
    8     研磨6次     295  6.32     2212     48     45.7     1.1     350     3
    9     研磨7次     250  7.85     2280     52     43.8     1.2     340     3
    10     研磨13次     104  8.68     2090     48     43.5     1.0     200     2
11 研磨20次 75  15.22 1760 48 36.7 1.0 90 0
所有标号为1-11的样品在抛光去除速率与抛光去除选择性(氧化膜除去速率与氮化膜去除速率之间的比值)方面均表现良好，晶片表面不均匀性(WIWNU)数值，即表示抛光过程中晶片表面均匀程度的参数，也趋于完美。
当观察样品1-5随煅烧温度变化，CMP的抛光效果之变化时，可以发现，即使二次抛光颗粒的平均粒度保持不变，在煅烧温度升高时，颗粒分布面积比也会各不相同，氧化膜除去速率会一直上升直到煅烧温度达到850℃。但是，当煅烧温度为900℃时，氧化膜除去速率与其说受颗粒粒度增大的影响不如说受颗粒表面积减小的影响。氮化膜的除去速率保持恒定，是因为，其对聚合物添加剂吸收充分。另外，随着煅烧温度的提高，氧化膜中抛光粒子的残留数量以及划痕的数量均会增加。
对样品6-8，在给定煅烧温度，研磨一次次进行时，二级抛光粒子的均值粒度与氧化膜的削除速率均减小。因聚合物添加剂被充分吸收，氮化膜的消除速率保持不变。但随着二级抛光粒子粒度的降低，抛光表面残留抛光粒子的数量与划痕数量亦会减少。
对样品9-11，当采用抛光粒子的均值粒度有所降低的抛光浆料对氧化膜和氮化膜进行抛光时，无论氧化膜还是氮化膜的消除速率均有所降低，而且氧化膜中残留抛光粒子的数目和划痕数目会明显降低。此抛光浆料的这一特点在制造对抛光有更加严格要求的半导体晶片时非常有用。另外，因晶片表面不均匀性(WIWNU)数值(表示抛光过程中晶片表面均匀程度的参数)很小，故采用本抛光浆料对氧化膜或氮化膜进行抛光时，被抛光物表面的均匀性很好。
因此，本发明可使根据抛光粒子粒度及其分布曲线受抛光粒子煅烧温度与研磨条件影响这一原理控制抛光粒子粒度及分布曲线的作法成为可能，从而最终使抛光表面划痕数目最少。另外，采用本发明亦可使控制抛光去除速率、抛光的去除选择性和去除均匀性、生成具备高性能抛光效果的抛光浆料成为可能，
与此同时，采用上述抛光浆料对抛光基板进行抛光的方法如下：
采用本发明所述的抛光法可以用上述抛光浆料对一指定的抛光基板进行抛光。同样，抛光粒子粒度与其分布曲线中两个波峰下面的面积的比值也可以通过调节抛光煅烧温度和研磨条件来控制。
抛光时最好在抛光表面加上一个抛光基板，使抛光操作在它上面的氧化膜或氮化膜上进行并生成抛光阻滞膜。欲被抛光的表面薄膜采用具有最佳抛光粒子粒度、既有小颗粒分布区又有大颗粒分布区的最佳粒度分布曲线的抛光浆料进行抛光，这样，抛光消除速率可以得到提高，而抛光操作对加工表面所造成的划痕数目也会降至最少。被抛光膜由氧化物组成，而抛光阻滞膜由氮化物组成。
本发明可以通过控制抛光浆料中抛光粒子的粒度大小及其粒度分布曲线而提高抛光浆料的性能。控制手段包括调节抛光浆料煅烧温度和研磨条件。
因此，在抛光粒子粒度分布曲线中，可以通过控制其双峰形状来保证获得所要求的小颗粒区与大颗粒区的面积比。另外，抛光颗粒中的一个微粒的粒度可以通过控制新生成抛光粒子的表面积和去除大颗粒抛光粒子两个方法来实现，这样可以提高抛光浆料的抛光消除速率和减少抛光表面划痕。
正如上文所述，采用本发明可以生成对STI CMP工艺非常重要的，具有最佳物理性能的抛光浆料。本抛光浆料可适用于STI CMP工艺生产中的各种超高度集成的半导体产品，并且可以保证抛光性能的各项指标：抛光去除速率、抛光速率的选择性、晶片表面不均匀度(WIWNU)以及最少的晶片表面划痕等等趋于完美。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (26)

1、一种抛光浆料，其特征在于其包括：抛光粒子，其粒度分布曲线具有分别独立的小颗粒区与大颗粒区。
2、根据权利要求1中所述的抛光浆料，其特征在于：其所含的抛光粒子包括二级粒子的均值粒度为50-450nm；二级粒子包括初级粒子的均值粒度为50-300nm；初级粒子包括颗粒的均值粒度为50-150nm。
3、根据权利要求1或2中所述抛光浆料，其特征在于其粒度分布曲线中独立的小颗粒区与大颗粒区之间面积的比值为1-25。
4、根据权利要求1或2中所述抛光浆料，其特征在于其粒度分布曲线中独立的小颗粒区与大颗粒区之间面积的比值为3-16。
5、一种抛光浆料，其特征在于其包括：抛光粒子，该抛光粒子的粒度均值为50-150nm。
6、根据权利要求5中所述抛光浆料，其特征在于：抛光粒子包括初级粒子的均值粒度为10-120nm，初级粒子包括颗粒的均值粒度为10-100nm。
7、根据权利要求1或5中所述抛光浆料，其特征在于其中所述的抛光粒子为二氧化铈。
8、根据权利要求1或5所述抛光浆料，其特征在于其包含脱离子水和阴离子聚合物。
9、根据权利要求8中所述抛光浆料，其特征在于其中所述的阴离子聚合物为下面所述物质的一种或几种：聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、多羧酸酯、十二烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐单烷基磷酸或脂肪酸的钠盐、羧酸-丙烯酸聚合物。
10、根据权利要求8中所述抛光浆料，其特征在于其中所述的阴离子聚合物所占的重量百分比为0.0001-10％。
11、根据权利要求8中所述抛光浆料，其特征在于其中所述的阴离子聚合物的分子重量为2,000-50,000g/mol。
12、根据权利要求1或5中所述抛光浆料，其特征在于其进一步含有弱酸、有机酸或弱碱。
13、一种生产抛光浆料的方法，其特征在于其中制备的抛光粒子的粒度分布曲线具有分别独立的小颗粒区与大颗粒区。
14、一种生产抛光浆料的方法，其特征在于其中制备抛光粒子的粒度均值为50-150nm。
15、根据权利要求13或14中所述方法，其特征在于其包括以下步骤：
与脱离子水混合并研磨；
加入分散剂使粒子分散均匀，在研磨后的抛光粒子中加入添加剂；
控制最终形成的抛光浆料的重量，采用过滤的方法除掉其中的大颗粒粒子。
16、根据权利要求13或14中所述方法，其特征在于其中所述的抛光粒子采用固体生成的方法生成。
17、根据权利要求13或14中所述方法，其特征在于制备抛光粒子的步骤包括：
通过调节煅烧温度来控制抛光粒子粒度及其粒度分布曲线。
18、根据权利要求17中所述方法，其特征在于其煅烧温度范围为400-1,300℃。
19、根据权利要求17中所述方法，其特征在于其煅烧温度范围为700-900℃。
20、根据权利要求15中所述方法，其特征在于其中所述的研磨混合物的步骤包括：
通过调节研磨次数来控制抛光粒子粒度及其粒度分布曲线。
21、根据权利要求15中所述方法，其特征在于进一步的操作步骤为：过滤后对抛光浆料进行老化处理以使抛光浆料更加稳定。
22、根据权利要求15中所述方法，其特征在于其中研磨时固体装载的重量比为5-40％。
23、根据权利要求15中所述方法，其特征在于其中所述的分散剂成分为阴离子聚合物。
24、根据权利要求15中所述方法，其特征在于在稳定化处理过程中所加入的弱酸、有机酸或弱碱是用来控制抛光浆料的pH值和稳定抛光浆料的。
25、一种使用权利要求1或5所述抛光浆料对抛光基板进行抛光的方法。
26、根据权利要求25中所述方法，其特征在于抛光基板上生成一层氧化硅薄膜。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102702979A (zh) * 2011-03-03 2012-10-03 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 稳定的、可浓缩的化学机械抛光组合物及其涉及的方法
CN102732157A (zh) * 2011-04-15 2012-10-17 台湾积体电路制造股份有限公司 化学机械抛光液、系统和方法
CN110355682A (zh) * 2018-04-05 2019-10-22 株式会社迪思科 SiC基板的研磨方法
CN110893467A (zh) * 2019-12-24 2020-03-20 湖南欧泰稀有金属有限公司 研磨罐和高纯超细钌粉的制备方法
CN112680115A (zh) * 2021-01-04 2021-04-20 上海晖研材料科技有限公司 一种氧化铈颗粒在抛光工艺中的应用
CN112930377A (zh) * 2018-11-16 2021-06-08 凯斯科技股份有限公司 抛光料浆组合物及其制备方法
CN115595068A (zh) * 2021-07-08 2023-01-13 Skc索密思株式会社（Kr） 半导体工艺用抛光组合物及抛光物品的制备方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI273632B (en) * 2004-07-28 2007-02-11 K C Tech Co Ltd Polishing slurry, method of producing same, and method of polishing substrate
TWI323741B (en) * 2004-12-16 2010-04-21 K C Tech Co Ltd Abrasive particles, polishing slurry, and producing method thereof
KR100641348B1 (ko) * 2005-06-03 2006-11-03 주식회사 케이씨텍 Ｃｍｐ용 슬러리와 이의 제조 방법 및 기판의 연마 방법
KR100725699B1 (ko) * 2005-09-02 2007-06-07 주식회사 엘지화학 일액형 ｃｍｐ 슬러리용 산화 세륨 분말, 그 제조방법,이를 포함하는 일액형 ｃｍｐ 슬러리 조성물, 및 상기슬러리를 사용하는 얕은 트랜치 소자 분리방법
EP1943320B1 (en) * 2005-10-25 2009-04-15 Freescale Semiconductor, Inc. Method for testing a slurry used to form a semiconductor device
TWI408739B (zh) * 2005-12-21 2013-09-11 Anji Microelectronics Co Ltd 化學機械拋光系統、方法以及研磨劑
US7837888B2 (en) * 2006-11-13 2010-11-23 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for damascene CMP
WO2008105342A1 (ja) * 2007-02-27 2008-09-04 Hitachi Chemical Co., Ltd. 金属用研磨液及び研磨方法
TWI384042B (zh) * 2007-05-16 2013-02-01 Cabot Microelectronics Corp 玻璃拋光組合物及方法
JP5333571B2 (ja) * 2010-12-24 2013-11-06 日立化成株式会社 研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法
CN103382369B (zh) * 2012-11-07 2015-07-29 有研稀土新材料股份有限公司 一种氧化铈基复合抛光粉及其制备方法
US9340706B2 (en) * 2013-10-10 2016-05-17 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive polishing compositions
US9505952B2 (en) 2015-03-05 2016-11-29 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing ceria abrasive
US10414947B2 (en) 2015-03-05 2019-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing ceria particles and method of use
US9758697B2 (en) 2015-03-05 2017-09-12 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing cationic polymer additive
US10647887B2 (en) * 2018-01-08 2020-05-12 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten buff polishing compositions with improved topography

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3945843A (en) 1974-07-22 1976-03-23 Nalco Chemical Company Acrylic acid copolymer as pigment dispersant
TW274625B (zh) 1994-09-30 1996-04-21 Hitachi Seisakusyo Kk
WO1997029510A1 (fr) 1996-02-07 1997-08-14 Hitachi Chemical Company, Ltd. Abrasif d'oxyde de cerium, microplaquette semi-conductrice, dispositif semi-conducteur, procede pour les produire et procede pour polir les substrats
EP1610367B1 (en) 1996-09-30 2010-03-17 Hitachi Chemical Co., Ltd. Cerium oxide abrasive and method of polishing substrates
US5772280A (en) 1997-05-08 1998-06-30 Lear Corporation Dynamic actuation system for an articulated headrest portion of an automotive seat
US6093649A (en) * 1998-08-07 2000-07-25 Rodel Holdings, Inc. Polishing slurry compositions capable of providing multi-modal particle packing and methods relating thereto
JPH11181403A (ja) 1997-12-18 1999-07-06 Hitachi Chem Co Ltd 酸化セリウム研磨剤及び基板の研磨法
MY117813A (en) 1998-01-08 2004-08-30 Nissan Chemical Ind Ltd Alumina powder, process for producing the same and polishing composition.
US6143662A (en) * 1998-02-18 2000-11-07 Rodel Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate
EP1061111B1 (en) 1998-02-24 2004-05-06 Showa Denko Kabushiki Kaisha Abrasive composition for polishing semiconductor device and process for producing semiconductor device with the same
US6299659B1 (en) 1998-08-05 2001-10-09 Showa Denko K.K. Polishing material composition and polishing method for polishing LSI devices
JP3983949B2 (ja) 1998-12-21 2007-09-26 昭和電工株式会社 研磨用酸化セリウムスラリー、その製造法及び研磨方法
KR20050006299A (ko) 1998-12-25 2005-01-15 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 Ｃｍｐ 연마제, ｃｍｐ 연마제용 첨가액 및 기판의 연마방법
KR100472882B1 (ko) 1999-01-18 2005-03-07 가부시끼가이샤 도시바 수계 분산체, 이를 이용한 화학 기계 연마용 수계 분산체조성물, 웨이퍼 표면의 연마 방법 및 반도체 장치의 제조방법
US6407000B1 (en) * 1999-04-09 2002-06-18 Micron Technology, Inc. Method and apparatuses for making and using bi-modal abrasive slurries for mechanical and chemical-mechanical planarization of microelectronic-device substrate assemblies
EP2246301A1 (en) 1999-05-28 2010-11-03 Hitachi Chemical Co., Ltd. Method for producing cerium oxide
JP4038943B2 (ja) 1999-08-18 2008-01-30 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体
JP4273475B2 (ja) * 1999-09-21 2009-06-03 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP2001269859A (ja) 2000-03-27 2001-10-02 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
WO2001074958A2 (de) * 2000-03-31 2001-10-11 Bayer Aktiengesellschaft Poliermittel und verfahren zur herstellung planarer schichten
JP4251516B2 (ja) 2000-05-12 2009-04-08 花王株式会社 研磨液組成物
JP2001326199A (ja) 2000-05-17 2001-11-22 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
US6454821B1 (en) * 2000-06-21 2002-09-24 Praxair S. T. Technology, Inc. Polishing composition and method
US6645624B2 (en) 2000-11-10 2003-11-11 3M Innovative Properties Company Composite abrasive particles and method of manufacture
CN1290162C (zh) 2001-02-20 2006-12-13 日立化成工业株式会社 抛光剂及基片的抛光方法
US20020173243A1 (en) 2001-04-05 2002-11-21 Costas Wesley D. Polishing composition having organic polymer particles
KR20040002907A (ko) 2001-04-12 2004-01-07 로델 홀딩스 인코포레이티드 계면활성제를 갖는 연마 조성물
JP2002319556A (ja) 2001-04-19 2002-10-31 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
US20030104770A1 (en) 2001-04-30 2003-06-05 Arch Specialty Chemicals, Inc. Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
TWI307712B (en) 2002-08-28 2009-03-21 Kao Corp Polishing composition
KR100539983B1 (ko) 2003-05-15 2006-01-10 학교법인 한양학원 Ｃｍｐ용 세리아 연마제 및 그 제조 방법
US7125536B2 (en) * 2004-02-06 2006-10-24 Millennium Inorganic Chemicals, Inc. Nano-structured particles with high thermal stability
US20050190246A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-01 Eastman Kodak Company Printing method using nozzles with small diameters
KR100599327B1 (ko) 2004-03-12 2006-07-19 주식회사 케이씨텍 Ｃｍｐ용 슬러리 및 그의 제조법
US20060216935A1 (en) * 2005-03-28 2006-09-28 Ferro Corporation Composition for oxide CMP in CMOS device fabrication

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102702979A (zh) * 2011-03-03 2012-10-03 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 稳定的、可浓缩的化学机械抛光组合物及其涉及的方法
CN102702979B (zh) * 2011-03-03 2014-12-03 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 稳定的、可浓缩的化学机械抛光组合物及其涉及的方法
CN102732157A (zh) * 2011-04-15 2012-10-17 台湾积体电路制造股份有限公司 化学机械抛光液、系统和方法
CN110355682A (zh) * 2018-04-05 2019-10-22 株式会社迪思科 SiC基板的研磨方法
CN112930377A (zh) * 2018-11-16 2021-06-08 凯斯科技股份有限公司 抛光料浆组合物及其制备方法
CN110893467A (zh) * 2019-12-24 2020-03-20 湖南欧泰稀有金属有限公司 研磨罐和高纯超细钌粉的制备方法
CN112680115A (zh) * 2021-01-04 2021-04-20 上海晖研材料科技有限公司 一种氧化铈颗粒在抛光工艺中的应用
CN115595068A (zh) * 2021-07-08 2023-01-13 Skc索密思株式会社（Kr） 半导体工艺用抛光组合物及抛光物品的制备方法
CN115595068B (zh) * 2021-07-08 2024-04-09 Sk恩普士有限公司 半导体工艺用抛光组合物及抛光物品的制备方法

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