TWI588250B - 磨料粒子、研磨漿料以及製造磨料粒子的方法 - Google Patents

磨料粒子、研磨漿料以及製造磨料粒子的方法 Download PDF

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Description

磨料粒子、研磨漿料以及製造磨料粒子的方法
本發明涉及磨料粒子和研磨漿料，並且更具體來說，涉及可在半導體製造製程中用於化學機械研磨以使介電層平坦化的磨料粒子和研磨漿料，並且涉及製造所述磨料粒子的方法。
化學機械研磨(CMP)製程通過向工件上施加含有磨料粒子的漿料，並且旋轉與研磨設備連接的研磨墊來進行。磨料粒子接著對工件的表面進行機械研磨，而漿料中所含的化學物質與表面發生化學反應，由此以化學方式去除工件的表面。此類磨料粒子的實例包含二氧化矽(SiO2)、二氧化鈰(CeO2)、氧化鋁(Al2O3)以及二氧化鈦(TiO2)，並且可視工件的類型而選擇性使用。
另一方面，在精細設計規則(例如19或16奈米)的NAND快閃記憶體裝置的製造製程中，使用淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation，STI)製程和CMP製程。此處，CMP製程涉及研磨介電層(即二氧化矽層)直到暴露出多晶矽層。另外，在精細設計規則(例如14奈米)的應用處理器(application processor，AP)製造製程中，製造矽或矽-鍺場效應電晶體(field effect transistor，FET)，並且使用CMP製程。此處，CMP製程涉及研磨介電層(即二氧化矽層)直到暴露出氮化物層。
上述CMP製程涉及研磨氧化矽層同時具有多晶矽層或氮化物層作為研磨或蝕刻停止層，並且利用適於此類用途的磨料粒子。舉例來說，使用二氧化鈰作為磨料粒子，並且可以通過乾式法或濕式法製造二氧化鈰。由於與製造製程有關的限制，乾式法二氧化鈰粒子具有棱角形狀以及廣泛粒徑分布的晶粒，這必然導致應用於CMP製程時在研磨停止層處產生微小刮痕。另一方面，濕式法二氧化鈰粒子具有無二次粒徑的較大粒子的窄尺寸分布並且具有多面體結構，因此相比於常規乾式法二氧化鈰粒子可减少微小刮痕的出現。然而，濕式法二氧化鈰粒子難以製造，並且尚未解決由於多面體結構的尖銳面產生的微小刮痕問題。
另外，隨著上述多種裝置的設計規則降低，裝置變得更容易受研磨刮擦、破壞等損傷。然而，二氧化鈰磨料粒子迄今為止具有幾十奈米的尺寸並且為具有多面體的尖銳面的多面體形狀。因此，二氧化鈰磨料粒子繼續造成在所研磨的多種裝置的表面或蝕刻停止層上產生刮痕、擦傷和凹坑的問題。
在美國專利第6,221,118號和第6,343,976號中，披露形成二氧化鈰磨料粒子的方法和使用其研磨晶圓的方法。
(相關技術文獻)
美國專利第6,221,118號
美國專利第6,343,976號
本發明提供磨料粒子、研磨漿料和製造所述磨料粒子的方法。
本發明還提供可抑制或防止出現研磨刮痕的磨料粒子和研磨漿料，以及製造磨料粒子的方法。
根據示範性實施例，製造磨料粒子的方法包含製備前驅體溶液，在所述前驅體溶液中第一前驅體與不同於第一前驅體的第二前驅體混合；製備鹼性溶液；混合鹼性溶液與前驅體溶液並且形成沉澱物；以及洗滌通過沉澱合成的磨料粒子。
第一前驅體可包含含有鈰(III)的有機鹽，第二前驅體可包含含有鈰(III)的無機鹽，並且第二前驅體可包含鹵族元素。
製備前驅體溶液可包含混合第一前驅體與水來製備第一前驅體溶液；混合第二前驅體與水來製備第二前驅體溶液；以及混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液。另外，第一前驅體溶液可以是pH值低於第二前驅體溶液的pH值的溶液。
製備前驅體溶液可更包含在混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液之前向第二前驅體溶液添加酸性材料。混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液可包含在1：1到1：5範圍內調整第一前驅體溶液與第二前驅體溶液的混合比。
形成的沉澱物可保持在8到10的pH值下。
形成沉澱物後可更包含將混合溶液的pH調整到酸性範 圍。另外，在將pH調整到酸性範圍之前可包含攪拌鹼性溶液和前驅體溶液的混合溶液。
第一前驅體可包含乙酸鈰(cerium acetate)、碳酸鈰(cerium carbonate)以及草酸鈰(cerium oxalate)中的至少一個，並且第二前驅體可包含氯化鈰、溴化鈰、碘化鈰、硫酸鈰(cerium sulfate)以及硝酸鈰中的至少一個。
在室溫下形成沉澱物，並且在沉澱之後，不進行額外熱處理。也就是說，沉澱物的合成可以是不涉及加熱的非熱過程。
合成的磨料粒子的平均粒徑可以在2奈米到10奈米範圍內，並且合成的磨料粒子可包含二氧化鈰粒子。
根據示範性實施例，磨料粒子用於研磨工作區，磨料粒子由兩種或更多種不同前驅體合成，並且為包含鈰的結晶，並且平均粒徑在2奈米到10奈米範圍內。粒子可以是單晶，並且可具有圓形形狀，並且粒子的平均粒徑可在3奈米或更大並且小於6奈米的範圍內。
根據另一示範性實施例，用於研磨工作區的研磨漿料包含進行研磨的磨料粒子，所述粒子由兩種或更多種不同前驅體合成，為結晶，包含鈰，並且平均直徑在2奈米到10奈米範圍內；以及去離子水，其中分布有磨料粒子。磨料粒子可以是單晶，並且可具有圓形形狀。另外，研磨漿料可更包含調整pH的pH調整劑。
S100、S101、S102、S103、S104、S200、S300、S400、S500‧‧‧步驟
可以從結合附圖進行的以下描述來更詳細地理解示例性實施例，其中：圖1為根據一個實施例製造磨料粒子的製程流程圖。
圖2為概念上說明圖1的製造過程的概念圖。
圖3為圖1的流程圖的部分的詳細流程圖。
圖4為作為一個實施例製備的磨料粒子的電子顯微圖。
下文中將參考附圖詳細描述具體實施例。然而，本發明可以用不同形式實施並且不應被解釋為限於本文中所闡述的實施例。而是，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，並且這些實施例將把本發明的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。在所述圖式中，為了清楚說明起見可放大或擴大元件的尺寸。相同參考標號通篇指代相同元件。
圖1為根據一個實施例製造磨料粒子的製程流程圖，圖2為概念上顯示圖1的過程的概念圖，並且圖3為圖1的流程圖的部分的詳細流程圖。
根據一個實施例的磨料粒子的製造方法包含製備前驅體溶液，前驅體溶液中第一前驅體與不同於第一前驅體的第二前驅體組合(步驟S100)；製備鹼性溶液(步驟S200)；混合鹼性溶液與前驅體溶液並且形成沉澱物(步驟S300)；以及洗滌通過沉澱合成的磨料粒子(步驟S500)。此處，製備前驅體溶液(步驟S100)和製備鹼性溶液(步驟S200)可以以任何順序進行，只要其在混 合兩種溶液之前製備。
首先，製備前驅體溶液(步驟S100)涉及製備含有具有不同組成的兩種或更多種前驅體的溶液。此處，具有不同組成的前驅體為磨料粒子的主要材料，具有不同組成的前驅體的共同之處在於構成磨料粒子的組分，然而，其在整體組成和物理性質方面彼此不同。舉例來說，當合成二氧化鈰粒子時，前驅體可以是鹽，其全部含有鈰(Ce)但物理性質不同。換句話說，第一前驅體可包含含有鈰(III)的有機鹽，然而第二前驅體可包含含有鈰(III)的無機鹽。另外，第一前驅體可以比第二前驅體更具酸性，並且第二前驅體可包含鹵族元素。鹵族元素為周期表的第17族元素並且包含氟、氯、溴、碘。這些元素與鹼金屬反應形成容易溶解於水中並且看起來與常見食鹽類似的典型鹽。鹵素元素是最具反應性並且非金屬家族，並因此通常與其它元素一起存在於化合物中。為了製備二氧化鈰(CeO2)粒子，前驅體的實例如下。第一前驅體可包含以下中的至少一個：乙酸鈰(III)(Ce(CH3CO2)3)、碳酸鈰(Ce2(CO3)3)以及草酸鈰(Ce2(C2O4)3)。第二前驅體可包含以下中的至少一個：氯化鈰(III)(CeC13)、溴化鈰(CeBr3)、碘化鈰(CeI3)、硫酸鈰(Ce2(SO4)3)以及硝酸鈰(Ce(NO3)3)。當製備前驅體溶液時，選擇上述第一前驅體和第二前驅體中的至少一個，並且溶解於水中，且製備成溶液。因此，前驅體溶液可以使用前驅體的多種組合製備。
下文中詳細論述前驅體溶液的製備。如圖3中所示，製備前驅體溶液(步驟S100)包含混合第一前驅體與水來製備第一前驅體溶液(步驟S101)；混合第二前驅體與水來製備第二前驅體 溶液(步驟S102)；以及混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液(步驟S104)。舉例來說，第一前驅體溶液可以使用乙酸鈰作為第一前驅體並且將乙酸鈰溶解於去離子水中來製備，並且第二前驅體溶液可以使用氯化鈰作為第二前驅體並且將氯化鈰溶解於去離子水中來製備。此時，乙酸鈰與去離子水的混合比可以控制於預定範圍內。乙酸鈰對去離子水的重量比可以在1：1或更大並且小於1：30的範圍內調整。另外，向去離子水中引入乙酸鈰之後，所得溶液可以在200轉/分鐘到400轉/分鐘的速度下旋轉5分鐘到10分鐘，由此混合前驅體與去離子水。對於第二前驅體溶液，氯化鈰對去離子水的重量比可以在1：5或更大且小於1：50的範圍內調整。另外，向去離子水中添加氯化鈰之後，可以通過在200轉/分鐘到400轉/分鐘的速度下旋轉5分鐘到10分鐘來混合所得溶液。
因此製備的第一前驅體溶液呈現的氫離子濃度指數(pH)比第二前驅體溶液的氫離子濃度指數(pH)低。在這一情形下，製備前驅體溶液(步驟S100)可更包含在混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液(步驟S104)之前，向第二前驅體溶液添加酸性材料(步驟S103)。也就是說，在溶解有氯化鈰的氯化鈰溶液中，可以引入例如鹽酸、乙酸、硫酸和硝酸的酸性材料來控制其pH。 舉例來說，鹽酸對氯化鈰溶液的比率可以在1：1到1：10範圍內調整，並且可以通過旋轉將比率經調整的溶液混合約5分鐘。氯化鈰具有鈰(III)，然而在適當酸性pH範圍之外時，鈰(III)可轉化或氧化成鈰(IV)。因此，調整pH來穩定維持第二前驅體溶液中的鈰(III)。另外，添加酸性材料可提高氯化鈰在第二前驅體溶液內的溶解度。此時，第二前驅體溶液的pH可以調整成與第一前驅體溶液 的pH幾乎相同或類似。溶液的pH值在1到4範圍內調整。當pH值升高到5或更高時，鈰鹽不大可能保持鈰(III)鹽形式，而是更可能氧化成鈰(IV)鹽，並且因為難以始終控制鈰(III)轉化成鈰(IV)的量，所以可能無法向溶液中提供足夠量的鈰(III)鹽。當鈰(III)鹽轉化成鈰(IV)鹽時，鈰(IV)鹽也變成粒子生長的起始點，並且因此變得難以控制最終二氧化鈰粒子的粒徑分布，並且難以獲得具有2奈米到10奈米或3奈米到6奈米範圍內的相對均勻粒徑的二氧化鈰粒子。
在混合第一前驅體溶液與第二前驅體溶液(步驟S104)時，混合可以用任何適合方式進行，並且因此例如將溶液置於大容器中並且攪拌成均勻稠度。此時，可以適合地控制第一前驅體溶液和第二前驅體溶液的混合比。也就是說，第一前驅體溶液對第二前驅體溶液的混合比可以調整到1：1到1：5範圍。如果增加氯化鈰的量來嘗試合成較大量的二氧化鈰粒子，那麽打算添加到氯化鈰溶液中的鹽酸的量也增加。然而，如果鹽酸的量增加，那麽氯化鈰溶液的pH可能下降到2以下。pH值像上述一樣低的氯化鈰溶液快速降低鹼性溶液(例如pH=12)的pH，所述鹼性溶液隨後混合用於沉澱，並且因此降到沉澱時需要保持的pH範圍以外。 在這點上，通過混合氯化鈰溶液與乙酸鈰溶液，並且將前驅體溶液的混合比調整到上述範圍，可能獲得以足夠量合成的磨料粒子，並且减少用於氯化鈰溶液(第二前驅體溶液)的酸性化合物的量。
製備鹼性溶液(步驟S200)包含將例如氨的鹼性化合物與去離子水混合。舉例來說，將容器置於反應器內部，並且N2流 入反應器中形成惰性氛圍，並且以1：1到1：10的重量比向容器中添加去離子水和氨。另外，因此製備的溶液可以混合1小時或更少時間來產生鹼性溶液。此時鹼性溶液的pH調整到約12。
如圖2中所示，前驅體溶液(A)和鹼性溶液(B)一製備好就混合(步驟S300)。前驅體溶液(A)和鹼性溶液(B)可以任何合適方式混合，並且舉例來說，前驅體溶液(A)可以逐漸引入到鹼性溶液(B)中。隨著前驅體溶液引入到鹼性溶液中，開始形成沉澱物。混合溶液(A+B)中存在的多種反應性物質和自由基(包含鈰離子)反應形成磨料粒子(二氧化鈰)的沉澱物。 此時，為了將混合溶液(A+B)的pH值維持在預定範圍內，前驅體溶液(A)足夠緩慢地添加到鹼性溶液(B)中。也就是說，前驅體溶液(A)的添加可以經1小時到4小時的時間逐漸進行，同時維持溶液(A+B)的pH值在8到10範圍內。基本上，認為溫度和pH控制是控制所合成的二氧化鈰磨料粒子生長的因素。在幾十奈米的常規二氧化鈰粒子的情形下，通過升高溫度(例如85℃)使二氧化鈰粒子生長。然而，在室溫下未升高合成溫度來合成根據本發明實施例的超細二氧化鈰粒子。此處，如果混合鈰溶液並且在不控制溫度的情况下長時間放在室溫下，那麽二氧化鈰粒子可生長到高達約10奈米，這可能導致二氧化鈰粒子的尺寸分布下降到所要範圍以外。因此，為了不升高溫度就獲得均勻尺寸範圍(例如3奈米到6奈米)內的超細二氧化鈰粒子，需要控制粒子生長，並且為此將pH調整到預定範圍。也就是說，當合成粒子時，將pH值調整為從8到10可抑制或防止粒子分布被不恰當地影響以及粒子生長大於10奈米。一旦完成前驅體溶液的添加，將混合 溶液(A+B)混合到均勻稠度。舉例來說，可以在500轉/分鐘到800轉/分鐘的攪拌速度下，並且在惰性氣氛下攪拌混合溶液約5分鐘到1小時。
一旦溶液混合並且形成沉澱，可以通過使用pH調整劑將混合溶液的pH調整到酸性範圍(步驟S400)。如果將混合溶液的pH調整到酸性範圍，那麽可以抑制混合溶液中存在的自由浮動或殘餘化學物質的副反應。換句話說，通過調整pH，可以抑制或防止在殘餘物質或未參與形成磨料粒子的化學物質中發生多種反應，這些反應可能導致形成非所要產品。此時，溶液的pH值可以調整為4或更低。或者，可以不進行抑制副反應的pH調整。
一旦全部反應完成，就過濾混合溶液獲得磨料粒子，並且洗滌所獲得的磨料粒子(步驟S500)。舉例來說，使用孔徑為1千道爾頓到7千道爾頓的膜濾器過濾含有磨料粒子沉澱物的溶液，並且用去離子水洗滌幾次。任選地，使用去離子水再分散磨料粒子。也就是說，可以獲得含有預定量的磨料粒子的去離子水溶液。
另外，如上文所述的製造磨料粒子的製程(包含形成磨料粒子沉澱物)在室溫或比室溫略低的溫度下進行，並且在磨料粒子形成後不進行額外熱處理。此處，室溫指的是不受具體控制的室內溫度，並且舉例來說，可以在10℃到30℃範圍內，或18℃到25℃範圍內。根據一個實施例，可以不進行額外熱處理(例如加熱和煅燒)就獲得具有極佳結晶度的磨料粒子。
如上文所述的磨料粒子的製造方法可以應用於多種化合物。也就是說，所述方法可用於製造除二氧化鈰以外的多種氧化 物的磨料粒子。
下文論述根據示範性實施例的磨料粒子。圖4為作為一個實施例製備的磨料粒子的透射式電子顯微(TEM)圖。
如上文所論述，由兩種或更多種不同前驅體合成磨料粒子，並且合成的磨料粒子為結晶，並且具有2奈米到10奈米範圍內的平均粒徑。也就是說，磨料粒子可以是與尺寸為幾十奈米的常規粒子不同的尺寸為幾奈米並且平均直徑小於10奈米的超細粒子。另外，磨料粒子的平均粒徑可以在3奈米或更大並且小於6奈米的範圍內。磨料粒子可以是經氧化的鈰，也就是說二氧化鈰粒子。參看圖4，顯示磨料粒子為單晶並且是圓形形狀，顆粒直徑小於10奈米。
隨著磨料粒子變大，機械(即化學機械研磨(CMP)的物理方面)以此對研磨速率和研磨刮痕具有更大影響。換句話說，隨著磨料粒子的尺寸變大，研磨速率按比例增加，但研磨刮痕也以指數方式增加，這大大影響裝置良率。另一方面，隨著磨料粒子的尺寸變得小於10奈米，研磨更依賴於其化學方面而不是機械方面。因此，如果製備漿料時使用尺寸小於10奈米的超細顆粒，那麽有可能適當地提高研磨速率來實現研磨目標，並且也可能提高蝕刻停止層和打算研磨的層的選擇性。另外，有可能减少研磨刮痕的產生，並且由此提高裝置良率。
一般來說，與製造方法無關，相關技術的二氧化鈰粒子視晶體成長方向而展現不同生長速率。舉例來說，生長速率視例如{100}、{110}以及{111}的平面的方向而不同，並且由於此類差异，粒子呈具有尖銳面的多面體形狀。另一方面，使用兩種不同 前驅體製造根據一個實施例的二氧化鈰磨料粒子，有可能將不同方向的生長速率控制到幾乎相同，這意味著可以實現各向同性生長。因此，有可能獲得不僅僅具有單晶結構但也幾乎為圓球形狀的磨料粒子。另外，細顆粒由於其快速成核速率而可以通過沉澱法快速合成。
使用尺寸為幾十奈米的常規多面體形狀的二氧化鈰粒子製備的漿料在用於研磨介電層時，由於尖銳面而在所研磨的層上造成許多刮痕、變形或產生凹坑。另一方面，根據一個實施例的磨料粒子不呈現尖銳面並且尺寸細小，因此可平滑地研磨所研磨的層，很少產生刮痕，並且在所研磨的層上不會變形或產生凹坑。 另外，甚至在罕見刮痕事件中，其尺寸足夠小以使對所製造裝置的不良影響降到最低。
下文中，論述使用磨料粒子製備的漿料。根據一個實施例的漿料為研磨工件的漿料並且包含由兩種或更多種不同前驅體合成的磨料粒子，和分布有磨料粒子的去離子水。上文足夠詳細的論述了磨料粒子，因此將不重複。使用二氧化鈰(CeO2)作為磨料粒子的漿料通常用於研磨例如二氧化矽層的介電層。
可按漿料的總重量計0.1重量%到10重量%的含量含有磨料粒子。或者，可按漿料的總重量計0.5重量%到5重量%的含量含有磨料粒子。如果磨料粒子的含量低至小於0.1重量%，那麽可能不能實現介電層的充分研磨，並且如果磨料粒子的含量高達超過漿料總重量的10重量%，那麽研磨速率可能變得過高使得介電層或研磨停止層可能過度研磨。
添加去離子水來調整二氧化鈰粒子的含量，即研磨所需 的固含量。舉例來說，如果在合成後獲得含有10重量%二氧化鈰粒子的溶液，並且研磨所需的二氧化鈰粒子的含量為5重量%，那麽可以添加去離子水將溶液從10重量%稀釋到5重量%。
可以向研磨漿料添加調整pH的pH調整劑。舉例來說，通過引入酸性(例如硝酸)或鹼性化合物，可以在3到14範圍內調整漿料的pH值。或者，可以在4到8範圍內調整漿料的pH值。 如果漿料的pH值低於4，那麽可能不利地影響漿料的分散穩定性，而如果漿料的pH值高於8，那麽由於强鹼性，可大幅度提高研磨停止層(例如多晶矽層)的研磨速率。另外，需要時或為了實現所要特徵，可向研磨漿料任選地添加除上文所述的那些化合物以外的多種化學化合物。
下文中，論述根據實施例的磨料粒子和漿料施用於半導體晶圓時的研磨特徵的結果。
實驗實例和比較例
因為實驗實例的磨料粒子通過上文所述的製造方法製備並且根據所述方法大量製備，所以下文中將僅簡單論述其製備。 首先，通過混合33.4克鈰(III-1)鹽與100克去離子水來製備鈰(III-1)水溶液。通過混合8.99克鈰(III-2)鹽與100克去離子水來製備鈰(III-2)水溶液。鈰(III-1)鹽使用乙酸鈰，並且鈰(III-2)鹽使用氯化鈰。通過向鈰(III-2)水溶液中引入36.67克鹽酸來控制鈰(III-2)水溶液的pH。接著，在室溫下將鈰(III-1)水溶液與混合有鹽酸的鈰(III-2)水溶液混合產生鈰混合溶液，這是前驅體溶液。另一方面，通過在惰性氣氛下向容器中的40.550毫升氨水中裝入15克去離子水，隨後在700轉/分鐘下攪拌，製備鹼性 溶液。在將容器中的鹼性溶液的pH值維持為9或高於9時，經30分鐘或更短的時間向其中緩慢引入所製備的鈰混合溶液(前驅體溶液)。在將全部鈰混合溶液引入鹼性溶液中之後，在惰性氣氛下在700轉/分鐘下攪拌所得混合物10分鐘。接著，通過將容器內混合物的pH調整到pH 4或更低的酸性，使反應完成。接著使完全反應的混合物經孔徑為3千道爾頓的膜濾器過濾，並且用去離子水洗滌幾次並且分散於其中，產生磨料二氧化鈰粒子。發現產生的二氧化鈰粒子平均粒徑為約5奈米。
因為實驗實例的漿料的製備過程與常見漿料的製備過程沒有什麽不同，所以對其簡單論述。首先，在適於漿料製備的容器中放入所要量的去離子水(DI水)和上文作為磨料粒子(磨料)合成的某一測量量的二氧化鈰粒子並且混合到均勻稠度。另外，通過在容器中添加硝酸作為pH調整劑來調整pH。這些化合物的添加和混合可以用任何順序進行。在實驗實例中，添加二氧化鈰粒子使得二氧化鈰粒子按漿料的總重量的1重量%含於其中，並且其pH保持在6。除了上文所述的那些化合物以外，其中可能存在一些偶然的雜質。
作為比較例中的磨料粒子，使用通過常規濕式方法製備的尺寸為幾十奈米的二氧化鈰粒子。換句話說，使用鈰前驅體並且通過在約85℃下熱處理獲得比較例的磨料粒子。此處，通過控制前驅體溶液的添加量和熱處理的持續時間來控制粒徑。使用平均粒徑為20奈米(比較例1)、40奈米(比較例2)、70奈米(比較例3)的二氧化鈰粒子中的每一個製備漿料。通過與實驗實例中相同的方法製備漿料，並且製備成按每一個漿料的總重量計，每 一個漿料含有1重量%二氧化鈰粒子，並且將其pH值調整到6。
另外，使用實驗實例和比較例中的漿料來研磨介電層，並且觀測刮痕的形成。首先，製備進行研磨的晶圓。也就是說，製備許多晶圓，其為表面上沉積有厚度分別為3000埃和5000埃的多晶矽層(多晶Si)和二氧化矽層(SiO2)的矽晶圓。使用來自冠標科技有限公司(G&P Tech.Inc.)的poli-300作為研磨設備，並且使用來自羅門哈斯公司(Rohm & Haas)的CMP墊作為研磨墊。另外，每一個二氧化矽晶圓在如下研磨參數下研磨60秒。排出壓力為193克/立方厘米，軸台和載物台的速度分別是93轉/分鐘和87轉/分鐘，並且泵速度(漿料的流動速率)為100毫升/分鐘。
表1顯示使用實驗實例和比較例中的漿料研磨介電層的結果。如表中所示，當研磨參數和二氧化矽層的研磨量保持恆定時，發現比較例中的漿料產生大量的大刮痕。另外，儘管發現减小比較例的磨料粒子的尺寸會减少刮痕的尺寸和數目，但刮痕减少程度不夠並且仍產生很多大刮痕。另一方面，發現使用實驗實例中的漿料會顯著减少刮痕數目，並且所產生的刮痕的尺寸與比較例中的漿料產生的刮痕尺寸相比顯著較小。因此，當用於製造精細設計規則的半導體裝置時，實驗實例中的漿料不僅可提高裝置的效能特徵和可靠性，而且還可以提高裝置製造製程的生產率。
表1
根據一個實施例，超細磨料粒子容易通過單個製造過程在不升高或降低溫度的情况下製造。另外，在製造之後即使不使用熱處理也可以製造具有極佳結晶度的磨料粒子。另外，可以使用這些磨料粒子製備用於CMP的漿料。
根據一個實施例，通過濕式沉澱法製造的含有超細磨料粒子的漿料可抑制出現研磨刮痕，並且抑制或防止在工件或蝕刻停止層的表面上的擦傷或凹坑問題。
換句話說，根據示範性實施例，使用彼此不同的前驅體合成的圓形形狀的細磨料粒子可顯著减少由常規磨料粒子的多面體的尖銳面造成的刮痕數目。另外，根據示範性實施例的磨料粒子是尺寸為幾奈米的超細粒子以及結晶粒子，並且因此可抑制工件上凹坑的破壞或形成，同時維持研磨速率。
另外，根據示範性實施例的漿料可在幾乎不產生任何種類的刮痕或破壞的情况下精確研磨介電層(例如SiO2層)。利用這些漿料製造具有精細設計規則的多種裝置可提高所述半導體裝置的效能特徵和可靠性，並且還可以提高裝置製造製程的整體生產率。
雖然已參考具體實施例描述本發明的發明概念，但其不限於此。因此，所屬領域的技術人員將容易理解，在不脫離通過所附申請專利範圍界定的本發明的精神和範圍的情况下，可以對本發明做出各種修改和改變。
S100、S200、S300、S400、S500‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種製造磨料粒子的方法，所述方法包括：製備前驅體溶液，所述前驅體溶液中第一前驅體與不同於所述第一前驅體的第二前驅體混合，其中所述第一前驅體包括含有鈰(III)的有機鹽，並且所述第二前驅體包括含有鈰(III)的無機鹽；製備鹼性溶液；混合所述鹼性溶液與所述前驅體溶液並且形成沉澱物；以及洗滌通過沉澱合成的磨料粒子，其中製備所述前驅體溶液包括：混合所述第一前驅體與水製備第一前驅體溶液；混合所述第二前驅體與水製備第二前驅體溶液；向所述第二前驅體溶液添加酸性材料；以及混合所述第一前驅體溶液與所述第二前驅體溶液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法，其中所述第二前驅體包括鹵族元素。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法，其中所述第一前驅體溶液為pH值低於所述第二前驅體溶液的pH值的溶液。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法，其中混合所述第一前驅體溶液與所述第二前驅體溶液包括在1：1到1：5範圍內調整所述第一前驅體溶液與所述第二前驅體溶液的混合比。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法， 其中在所述鹼性溶液和所述前驅體溶液的混合溶液的pH保持在8到10時形成所述沉澱物。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的製造磨料粒子的方法，包括在形成所述沉澱物後將所述混合溶液的所述pH調整到酸性範圍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的製造磨料粒子的方法，包括在將所述pH調整到酸性範圍之前攪拌所述鹼性溶液和所述前驅體溶液的所述混合溶液。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法，其中所述第一前驅體包括乙酸鈰、碳酸鈰以及草酸鈰中的至少一個，並且所述第二前驅體包括氯化鈰、溴化鈰、碘化鈰、硫酸鈰以及硝酸鈰中的至少一個。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的製造磨料粒子的方法，其中在室溫下形成所述沉澱物，並且在形成所述沉澱物後，不進行額外熱處理。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的製造磨料粒子的方法，其中所述合成的磨料粒子的平均粒徑在2奈米到10奈米範圍內。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的製造磨料粒子的方法，其中所述合成的磨料粒子包括二氧化鈰粒子。
  12. 一種用於研磨工件的磨料粒子，所述磨料粒子由兩種或更多種不同前驅體合成，並且為結晶，所述磨料粒子包括鈰，且平均粒徑在2奈米到10奈米範圍內。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的用於研磨工件的磨料粒子，其中所述磨料粒子為單晶並且具有圓形形狀。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的用於研磨工件的磨料粒子，其中所述磨料粒子的平均粒徑在3奈米或更大且小於6奈米的範圍內。
  15. 一種用於研磨工件的研磨漿料，包括：執行研磨的磨料粒子，由兩種或更多種不同前驅體合成，為結晶，包括鈰，並且平均粒徑在2奈米到10奈米範圍內；以及去離子水，其中分布有所述磨料粒子。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的用於研磨工件的研磨漿料，其中所述磨料粒子為單晶，並且具有圓形形狀。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的用於研磨工件的研磨漿料，更包括調整pH的pH調整劑。
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