專利名稱：氧化鈰淤漿和制造基材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體設(shè)備的一個(gè)步驟——用化學(xué)機(jī)械拋光(以后稱作″CMP″)進(jìn)行平化中所用的淤漿。
背景技術(shù)：
制造半導(dǎo)體設(shè)備時(shí)，通常在基材上層壓上多個(gè)層狀物，例如絕緣膜和金屬膜，形成多層結(jié)構(gòu)。在形成多層結(jié)構(gòu)時(shí)，一般關(guān)鍵在于，在基材上層壓中間層絕緣膜、金屬膜等后，通過CMP平化表面以除去不平坦性，然后在平化過的表面上布置線路。近年來，隨著半導(dǎo)體設(shè)備的進(jìn)一步小型化，要求基材上的每一層都具有更高精度的平直度。因此很希望使用CMP，并且半導(dǎo)體設(shè)備制造過程中采用的CMP平化步驟的次數(shù)也增加了。
最近幾年，已經(jīng)采用含氧化鈰顆粒作為磨蝕劑的氧化鈰淤漿作為在這些CMP步驟中使用的淤漿。氧化鈰淤漿的特征在于磨蝕劑的硬度大，因此很容易在拋光表面上留下劃痕，但是淤漿和SiO2表面反應(yīng)，故處理速度很快。在工業(yè)上，更希望采用氧化鈰淤漿來提高生產(chǎn)能力。但是，氧化鈰顆粒重，密度為7.3g/cm3，因此在制備淤漿時(shí)，存在氧化鈰顆粒易沉積，導(dǎo)致溶液分成兩層的問題。這樣在工業(yè)裝置中應(yīng)用時(shí)是有問題的，例如淤漿輸送管容易阻塞。而且，目前已經(jīng)開發(fā)出了通過加入表面活性劑來改善拋光表面的平直度的技術(shù)。但是，如果加入表面活性劑，會(huì)加速氧化鈰顆粒的沉積，使得在從一個(gè)大的淤漿儲(chǔ)存罐向每個(gè)CMP設(shè)備輸送漿液的裝置中使用是不可能的。因此，每個(gè)CMP設(shè)備必須有自己的一套淤漿輸送系統(tǒng)作輔助設(shè)備，從而占盡了凈室的預(yù)備空間。
日本專利申請(qǐng)未審公開號(hào)H8-22970中給出了一個(gè)已知的氧化鈰淤漿及其使用方法的實(shí)例，在其公開的方法中，通過向主要成分是CeO2磨蝕劑或類似物的淤漿中加入一種分子量至少為100的有機(jī)化合物，該化合物含COOH基團(tuán)、COOM1基(其中M1是可以取代羧基上氫原子而成鹽的原子或官能團(tuán))、SO3H基或SO3M2基(其中M2是可以取代磺基上氫原子而成鹽的原子或官能團(tuán))，可以只優(yōu)先磨光需拋光膜的突出部分。按照這種方法，如下面的比較例1所述的，在帶有圖案的基材上形成的絕緣薄膜層可以被非常好地拋光處理，同時(shí)抑制表面凹陷。但是，淤漿中的氧化鈰顆粒會(huì)非常快地沉積下來，在制備完10分鐘后漿液就已經(jīng)分成兩層了，即漿液嚴(yán)重缺乏穩(wěn)定性。
此外，日本專利申請(qǐng)未審公開號(hào)2000-17195公開了一種含氧化鈰顆粒、丙烯酸銨和丙烯酸甲酯共聚物和水的氧化鈰淤漿。如隨后的比較例2所述，該淤漿具有相對(duì)好的穩(wěn)定性，即使是在制備后放置3天或更長(zhǎng)時(shí)間也不分成兩層。但是，當(dāng)用這種淤漿來拋光在帶有圖案的基材上形成的絕緣薄膜層時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的表面凹陷現(xiàn)象，并且得不到平坦的表面。
另外，日本專利號(hào)3130279公開了一種用于拋光的淤漿組合物，其特征在于包含氧化鈰磨蝕劑或類似物，以及一種所帶電荷離子性不同于磨蝕劑電荷的聚合物電解質(zhì)，其中聚合物電解質(zhì)的分子量為約500～約10,000，聚合物電解質(zhì)的量相對(duì)于磨蝕劑為約5重量％～約50重量％。按照這種淤漿組合物，如下面比較例3所述，可以以高的拋光速度對(duì)形成于無圖案基材上的絕緣薄膜層進(jìn)行拋光處理。但是，當(dāng)如上所述使用這種淤漿組合物來拋光形成于有圖案基材上的絕緣薄膜層時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的表面凹陷現(xiàn)象，也不能獲得平坦的表面。而且，在磨蝕劑的分散狀態(tài)方面，也發(fā)現(xiàn)該組合物在制備完后放置約1小時(shí)，開始分成兩層。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，還沒有一種以氧化鈰顆粒作為磨蝕劑的氧化鈰淤漿能夠在高精度地平化基材上不平薄膜的同時(shí)，還具有好的磨蝕劑分散性。隨著半導(dǎo)體設(shè)備的小型化，暴光所用的光波長(zhǎng)越來越短，因此聚焦深度也減小，如果沒有進(jìn)行很好的平化，線路的寬度將在規(guī)定值的周圍波動(dòng)，從而對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)生副面影響。而且，如上所述，如果氧化鈰淤漿的穩(wěn)定性差，那么必須在制備淤漿后立即使用，從而必須為每個(gè)CMP設(shè)備配備輸送淤漿的輔助設(shè)備，因此需要占用凈室中的大量空間。此外，還將產(chǎn)生需要消耗大量時(shí)間來維護(hù)淤漿輸送設(shè)備的缺點(diǎn)。
為了解決上述的有關(guān)淤漿輸送設(shè)備的問題，人們已經(jīng)研究了在凈室外安裝淤漿儲(chǔ)存罐，從那兒為每個(gè)CMP設(shè)備輸送淤漿的想法。在這種情況下，因?yàn)閮?chǔ)存罐是安裝在凈室外的，而CMP設(shè)備安裝在凈室內(nèi)，需要使用長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米或更長(zhǎng)的輸送管從儲(chǔ)存罐向CMP設(shè)備輸送淤漿。如果淤漿中的磨蝕劑沉積并堆積在管道的彎曲和死體積部分，則所產(chǎn)生的沉淀物將不可避免地從管道中被帶出來，并用在拋光基材上，導(dǎo)致如在拋光時(shí)在基材表面產(chǎn)生許多劃痕或者堵塞輸送裝置出口處的過濾器等的諸多問題。而且，在使用點(diǎn)的磨蝕劑濃度也將有波動(dòng)，從而影響到拋光的穩(wěn)定性。正因?yàn)槿绱?，為了成功地?shí)行這種方法，淤漿具有相當(dāng)好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性是非常重要的。具體而言，淤漿必須不分成兩層，不經(jīng)絮凝沉淀而固化，其粘度不改變等，并且即使是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過管道循環(huán)使用該淤漿時(shí)，也不出現(xiàn)如上所述的在管道的彎曲和死體積部分產(chǎn)生絮凝沉淀的現(xiàn)象。
出于上述原因，希望能夠提供一種淤漿，該淤漿能夠高精度地平化基材上的不平薄膜，而且具有好的穩(wěn)定性，不分成兩層，不經(jīng)絮凝沉淀而固化，或者其粘度不變化。
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了研究試圖解決上述問題，結(jié)果得到了導(dǎo)致本發(fā)明的出乎預(yù)料的發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)使用聚丙烯酸鹽作為淤漿中的表面活性劑時(shí)，如果使用的聚丙烯酸鹽彼此的中和程度不同，且適當(dāng)調(diào)節(jié)總的聚丙烯酸含量，則可以獲得穩(wěn)定的淤漿，同時(shí)又不削弱其拋光特性。
具體而言，在本發(fā)明的第一種方式中，提供一種氧化鈰淤漿，該淤漿含氧化鈰顆粒，其中聚丙烯酸中超過90％的羧基已經(jīng)用氨水中和的第一種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中有15％～50％的羧基已經(jīng)用氨水中和的第二種聚丙烯酸鹽，以及水，其中第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽的總量為氧化鈰淤漿重量的0.15％～1％。
在本發(fā)明的第一種方式中，pH優(yōu)選為4～6。
另外，在本發(fā)明的第二種方式中，提供一種氧化鈰淤漿，該淤漿含氧化鈰顆粒，其中聚丙烯酸中超過90％的羧基已經(jīng)用氨水中和的第一種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中有15％～50％的羧基已經(jīng)用氨水中和的第二種聚丙烯酸鹽，黃原酸膠和水，其中第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽的總量為氧化鈰淤漿重量的0.15％～5％。
在本發(fā)明的第二種方式中，黃原酸膠的含量?jī)?yōu)選為氧化鈰淤漿重量的0.01％～1％。
此外，在本發(fā)明的第一和第二種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的重均分子量?jī)?yōu)選為2000～10000，第二種聚丙烯酸鹽的重均分子量?jī)?yōu)選為1000～3000。
而且，在本發(fā)明的第一和第二種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的含量?jī)?yōu)選為氧化鈰淤漿重量的0.01％～0.1％。
在本發(fā)明的第三種方式中，提供一種制造無機(jī)基材的方法，該方法的特征在于包括使用上述的氧化鈰淤漿之一拋光基材的步驟。
在本發(fā)明的第三種方式中，基材優(yōu)選是帶SiO2薄膜的半導(dǎo)體基材。
發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案首先，描述本發(fā)明第一種方式中的氧化鈰淤漿。
已知具有適用于半導(dǎo)體設(shè)備的純度和晶體形式的氧化鈰顆?？捎米鞅景l(fā)明第一種方式中的氧化鈰淤漿所用的氧化鈰顆粒。
在這種氧化鈰顆粒中，氧化鈰的重量含量?jī)?yōu)選至少為90％，更優(yōu)選至少為98％。而且，在氧化鈰顆粒的粒徑方面，考慮到顆粒尺寸太小將損害平化基材的拋光速度，而顆粒尺寸過大則難以進(jìn)行平化并加劇諸如劃傷拋光表面之類的機(jī)械缺點(diǎn)，其平均顆粒直徑優(yōu)選為10nm～6000nm，更優(yōu)選為50nm～500nm，更更優(yōu)選為80nm～200nm。
當(dāng)淤漿由顆粒聚集體組成時(shí)，可以用激光衍射/散射型顆粒大小分布測(cè)量設(shè)備來測(cè)量顆粒的直徑。當(dāng)淤漿由單分散性顆粒組成時(shí)，可以用例如動(dòng)態(tài)光散射型顆粒大小分布測(cè)量設(shè)備或透射電子顯微鏡來測(cè)量顆粒的直徑。
例如通過中和或熱陳化從鈰鹽水溶液中獲得氫氧化鈰或其類似物，然后進(jìn)行干燥/烘焙，接著粉碎，可以制備氧化鈰顆粒。此外，還可以采用與超細(xì)硅石顆粒霧相同的制造方法，用從諸如氯化鈰、硝酸鈰或鈰的有機(jī)酸鹽之類的原料得到的氧化鈰煙霧來制造氧化鈰顆粒。另外，還可以用從有機(jī)鈰化合物通過化學(xué)氣相沉積得到的超細(xì)氧化鈰顆粒來制造氧化鈰顆粒。
本發(fā)明第一種方式中，氧化鈰顆粒的含量?jī)?yōu)選為淤漿重量的0.1％～30％，更優(yōu)選為淤漿重量的0.5％～10％。通過將氧化鈰顆粒的含量設(shè)定在這一范圍內(nèi)，可以獲得可以經(jīng)濟(jì)地保證規(guī)定的拋光速度的淤漿。
本發(fā)明第一種方式中的氧化鈰淤漿至少包含中和度彼此不同的第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽。通過在氧化鈰淤漿中包括合適數(shù)量的聚丙烯酸鹽，該淤漿表現(xiàn)出這樣一種功能，即當(dāng)通過拋光來平化一個(gè)不平的設(shè)備時(shí)，優(yōu)先拋光突起部分，而凹陷部分傾向于不被拋光。結(jié)果是使用本發(fā)明氧化鈰淤漿進(jìn)行拋光的物品表面的平坦度和均勻性都很好，并且在不平薄膜的情況下大大減少了凹陷現(xiàn)象。
本發(fā)明第一種方式中的第一種聚丙烯酸鹽采用的是其中聚丙烯酸中超過90％的羧基已經(jīng)用氨水中和的聚丙烯酸銨。通過在淤漿中包括具有這種中和度的聚丙烯酸鹽，可以使氧化鈰顆粒的分散性非常好。
本發(fā)明的第一種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的中和度優(yōu)選至少為95％，更優(yōu)選至少為100％。此處，中和度超過100％指的是相對(duì)于聚丙烯酸中羧基的總量，加入了過量的氨水。
本發(fā)明第一種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的重均分子量?jī)?yōu)選為2000～10000，更優(yōu)選為4000～8000，更更優(yōu)選為5000～7000。這是因?yàn)椋绻谝环N聚丙烯酸鹽的重均分子量處于這個(gè)范圍內(nèi)，可以更好地維持氧化鈰顆粒的分散性。
本發(fā)明第一種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的含量是和下述的第二種聚丙烯酸鹽含量一起調(diào)節(jié)的，以使兩種聚丙烯酸鹽的總含量為淤漿重量的0.15～1％。如果兩種聚丙烯酸鹽的總量處于該范圍內(nèi)，可以非常好地維持氧化鈰顆粒的分散性，同時(shí)維持其優(yōu)良的拋光特性。兩種聚丙烯酸鹽的總含量?jī)?yōu)選為淤漿重量的0.2％～0.6％，更優(yōu)選為0.2％～0.5％。請(qǐng)注意，當(dāng)聚丙烯酸鹽總含量超過淤漿重量的1％時(shí)，可以通過加入增稠劑，例如下述第二種方式中的黃原酸膠，很好地維持氧化鈰顆粒的分散性。
而且，在本發(fā)明的第一種方式中，第一種聚丙烯酸鹽單獨(dú)的含量?jī)?yōu)選為淤漿重量的0.01％～0.1％，更優(yōu)選為0.03％～0.07％。如果第一種聚丙烯酸鹽的含量在這個(gè)范圍之內(nèi)，可以更好地維持氧化鈰顆粒的分散性。
作為本發(fā)明第一種方式中的第二種聚丙烯酸鹽，可以使用其中聚丙烯酸中15％～50％的羧基已經(jīng)用氨水中和的聚丙烯酸銨。如果中和度不足15％，則聚丙烯酸鹽不能完全溶解在純水中，導(dǎo)致制備淤漿時(shí)其濃度的不均勻性。而如果中和度超過50％，則pH將超過所需值。在本發(fā)明的第一種方式中，優(yōu)選設(shè)定第二種聚丙烯酸鹽的中和度以使淤漿的pH達(dá)到規(guī)定值。
本發(fā)明第一種方式中，第二種聚丙烯酸鹽的重均分子量?jī)?yōu)選為1000～3000，更優(yōu)選為1500～3000。如果第二種聚丙烯酸鹽的重均分子量處于這個(gè)范圍內(nèi)，聚丙烯酸鹽在拋光過程中對(duì)拋光表面的保護(hù)作用更好。如果第二種聚丙烯酸鹽的重均分子量在上述范圍之上，則第二種聚丙烯酸鹽分散性地吸附在拋光表面上，因此磨蝕劑易于造成劃痕。
優(yōu)選本發(fā)明第一種方式中的氧化鈰淤漿是酸性的，優(yōu)選其pH值為4～6，更優(yōu)選為4.5～5.5。這是因?yàn)槿绻贊{是酸性的，那么如上所述，即使聚丙烯酸鹽的總量相對(duì)較少，也可以更好地保護(hù)拋光表面，并使拋光表面具有更好地平化。據(jù)認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于，如果淤漿是酸性的，則聚丙烯酸鹽更強(qiáng)地吸附在拋光表面上，因此即使只有少量的聚丙烯酸鹽，也可以有效地保護(hù)拋光表面。但是請(qǐng)注意，該機(jī)理純粹是猜想，本發(fā)明并不局限于這種機(jī)理。
本發(fā)明第一種方式中的氧化鈰淤漿使用水作為分散介質(zhì)。而且，可以和水一起使用一種或多種水溶性的有機(jī)溶劑，其實(shí)例包括甲醇，乙醇，異丙醇，乙二醇和甘油。當(dāng)水和一種或多種水溶性的有機(jī)溶劑一起使用時(shí)，優(yōu)選這一種或多種水溶性有機(jī)溶劑的用量為水的重量的約0.05％～20％，更優(yōu)選為0.1％～2％。
本發(fā)明第一種方式的氧化鈰淤漿中可以使用各種添加劑，只要不削弱本發(fā)明的效果就行。這樣的添加劑的實(shí)例包括在淤漿中通常使用的其它表面活性劑，防腐蝕劑和螯合劑。
可以通過將指定的組分加到水中并使其分散來制造本發(fā)明第一種方式的氧化鈰淤漿?？梢杂门鋫溆懈咚贁嚢杵鞯姆稚⒃?，均化器，超聲分散器，球磨機(jī)等進(jìn)行分散。對(duì)所加組分的加入次序沒有特別的限制。
接著，將描述本發(fā)明第二種方式中的氧化鈰淤漿。第二種方式中的氧化鈰淤漿包含氧化鈰顆粒，上述的第一種聚丙烯酸鹽，上述的第二種聚丙烯酸鹽，黃原酸膠和水。第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽的總含量為氧化鈰淤漿重量的0.15％～5％。
有關(guān)本發(fā)明第二種方式中所用的氧化鈰顆粒的描述和第一種方式中的相同。
本發(fā)明第二種方式中的氧化鈰淤漿至少包含中和度彼此不同的第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽。除了其含量外，第二種方式的氧化鈰淤漿中所用的第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽與第一種方式中所述的相同。
本發(fā)明的第二種方式中，第一種聚丙烯酸鹽的含量與第二種聚丙烯酸鹽的含量一起調(diào)節(jié)，以使兩種聚丙烯酸鹽的總含量為淤漿重量的0.15％～5％。第二種方式的淤漿中，黃原酸膠和聚丙烯酸鹽一起被包含其中，結(jié)果如果所含的聚丙烯酸鹽的數(shù)量處于上述范圍內(nèi)，連同黃原酸膠一起，可以極好地維持氧化鈰顆粒的分散性，同時(shí)還維持了優(yōu)良的拋光特性。兩種聚丙烯酸鹽的總含量?jī)?yōu)選為淤漿重量的0.01％～1％，更優(yōu)選為0.05％～0.3％。
而且，在本發(fā)明的第二種方式中，第一種聚丙烯酸鹽單獨(dú)的含量?jī)?yōu)選為淤漿重量的0.01％～0.1％，更優(yōu)選為0.03％～0.07％。如果第一種聚丙烯酸鹽的含量在這個(gè)范圍之內(nèi)，可以更好地維持氧化鈰顆粒的分散性。
本發(fā)明第二種方式的氧化鈰淤漿中含有黃原酸膠，它是一種多糖。通過包括黃原酸膠，無論聚丙烯酸鹽的總含量是多少，都可以非常好地維持磨蝕劑的分散性，并且可以長(zhǎng)時(shí)間地抑制磨蝕劑的絮凝沉積。而且，通過將聚丙烯酸鹽和黃原酸膠一起使用，聚丙烯酸鹽的分散效果、潤濕效果和摩擦效果變得更好。
本發(fā)明的第二種方式中，對(duì)氧化鈰淤漿的pH值沒有特別的限制，但是優(yōu)選pH為4～10，更優(yōu)選為4.5～5.5。第二種方式的特征在于，通過包含黃原酸膠，可以在提高聚丙烯酸鹽含量的同時(shí)還保證磨蝕劑的分散性。即使淤漿是中性或堿性的(在這種情況下，吸附到被拋光表面的可能性低)，出于上述原因，仍可以有效地保護(hù)被拋光的表面，并獲得相同的效果。
關(guān)于本發(fā)明第二種方式的氧化鈰淤漿中可用的分散介質(zhì)和添加劑的描述，以及第二種方式中制造方法的描述與第一種方式中的相同。
接著，在本發(fā)明的第三種方式中提供一種制造無機(jī)基材的方法，該方法包括用上述本發(fā)明第一和第二種方式中的氧化鈰淤漿對(duì)規(guī)定基材進(jìn)行拋光的步驟。
規(guī)定的基材是諸如半導(dǎo)體基材之類的無機(jī)基材，例如其中在已經(jīng)在其上面形成了電路部件和鎢、鋁、銅等的配線的半導(dǎo)體基材上形成一層SiO2薄膜的基材，在其上面已經(jīng)形成了電路部件的半導(dǎo)體基材等。
在本發(fā)明的第三種方式中，包括用上述的一種氧化鈰淤漿對(duì)形成于這種規(guī)定基材上的SiO2薄膜進(jìn)行拋光的步驟，從而消除SiO2薄膜表面的不平坦性，并在整個(gè)半導(dǎo)體基材上產(chǎn)生出一個(gè)平坦的表面。具體而言，將本發(fā)明的氧化鈰淤漿輸送到CMP設(shè)備的拋光布上，對(duì)形成于半導(dǎo)體基材上的薄膜進(jìn)行拋光?？梢圆捎贸Ｒ?guī)方法進(jìn)行該使用氧化鈰淤漿的拋光步驟。對(duì)拋光布沒有特別的限制，可以使用普通的無紡布、聚氨酯泡沫體、多孔氟樹脂等。而且，優(yōu)選拋光布是開槽的，以便將淤漿收集在所得的凹槽內(nèi)。
例如，使用一種包含互相面對(duì)的頂環(huán)和拋光板的CMP設(shè)備，該頂環(huán)有一個(gè)固定和旋轉(zhuǎn)被拋光物，例如上述的半導(dǎo)體基材的驅(qū)動(dòng)裝置，頂環(huán)下面的可旋轉(zhuǎn)拋光板上粘貼著一個(gè)拋光墊(拋光布)；向拋光布上不斷地輸送本發(fā)明的氧化鈰淤漿，并使淤漿和旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體基材相接觸；形成于基材上的薄膜在約100gf/cm2～500gf/cm2的拋光壓力下被拋光，并因而平整化。對(duì)頂環(huán)和拋光板的旋轉(zhuǎn)速度沒有特別的限制，可以采用通常使用的旋轉(zhuǎn)速度。例如，采用的旋轉(zhuǎn)速度可以是頂環(huán)約40rpm～100rpm，拋光板也是約40rpm～100rpm。
在拋光完成之后，優(yōu)選用流動(dòng)的水充分沖洗半導(dǎo)體基材，然后用旋轉(zhuǎn)式干燥器等除去吸附在半導(dǎo)體基材上的水滴，并干燥半導(dǎo)體基材。
如上所述，按照本發(fā)明，提供了一種氧化鈰淤漿，該淤漿具有高的加工精度和好的穩(wěn)定性，同時(shí)抑制了氧化鈰顆粒的絮凝沉積，淤漿分成兩層和粘度的改變。結(jié)果，該淤漿可以在制備后長(zhǎng)期儲(chǔ)存。
而且，即使是在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米或更長(zhǎng)的從儲(chǔ)存罐到CMP設(shè)備的輸送管中長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用所述淤漿，在輸送管彎曲或死角部分也不會(huì)出現(xiàn)淤漿的絮凝沉積現(xiàn)象，淤漿粘度也幾乎不變。因此，所有淤漿供應(yīng)設(shè)備都可以用凈室外的淤漿儲(chǔ)存罐來代替，從而有極大的經(jīng)濟(jì)利益。
此外，如上所述，因?yàn)橛贊{不會(huì)在管道的彎曲或死角沉積和聚集，拋光時(shí)不會(huì)在基材表面上出現(xiàn)劃痕，也不會(huì)出現(xiàn)輸送設(shè)備出口處的過濾器堵塞現(xiàn)象。
另外，該淤漿可以在器件的平化步驟中有效地用于平化氧化膜，如絕緣/元件隔離二氧化硅膜，可得到很好的平化精度，且避免了在拋光有不平薄膜的器件時(shí)的表面凹陷現(xiàn)象。
實(shí)施例下面描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是請(qǐng)注意，本發(fā)明的技術(shù)范圍不局限于這些實(shí)施例。比較例1按照日本專利申請(qǐng)未審公開號(hào)H8-22970中的一個(gè)實(shí)施例制備淤漿，并研究其分散性和拋光特性。淤漿的制備方法為將1.0重量％的平均顆粒直徑為0.6μm的氧化鈰顆粒分散在純水中，并加入6.0重量％的聚羧酸銨。被拋光的基材是帶圖案(深度為0.4μm)的硅基材，其突出部分占整個(gè)基材的50％，基材上有一層厚1.3μm的二氧化硅膜(該硅基材以后稱作“硅基材1”)。所用的拋光條件為拋光壓力為300gf/cm2，拋光板和真空卡盤架的旋轉(zhuǎn)速度為100rpm。
觀測(cè)拋光后的形狀，發(fā)現(xiàn)表面凹陷已經(jīng)被抑制，且獲得了非常好的橫截面形狀。但是，當(dāng)研究淤漿的分散性時(shí)，發(fā)現(xiàn)淤漿不穩(wěn)定，即氧化鈰顆粒的沉積速度快，在淤漿制備10分鐘后即出現(xiàn)分成兩層的現(xiàn)象。可見比較例1的淤漿沒有同時(shí)滿足平坦性和分散性的要求。比較例2按照日本專利申請(qǐng)未審公開號(hào)2000-17195中的一個(gè)實(shí)施例制備淤漿，并研究其分散性和拋光特性。淤漿是這樣制備的將1kg氧化鈰顆粒，23g 40重量％的丙烯酸銨和丙烯酸甲酯共聚物水溶液以及8977g去離子水混合在一起，在攪拌的同時(shí)超聲分散10分鐘，然后用1微米過濾器過濾得到的淤漿，再加入更多的去離子水，制成3重量％的淤漿。所用的丙烯酸銨和丙烯酸甲酯共聚物的重均分子量為10000，丙烯酸銨和丙烯酸甲酯的摩爾比為3∶1。拋光的基材是上面有二氧化硅薄膜的硅基材(該硅基材以后稱作“硅基材2”)，和上述比較例1中所用的硅基材1。采用的拋光條件為拋光壓力為300gf/cm2，拋光板的旋轉(zhuǎn)速度為30rpm。
觀察拋光狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于硅基材2，可獲得600nm/min的拋光速度。但是，對(duì)于硅基材1，觀測(cè)拋光后的形狀時(shí)發(fā)現(xiàn)有非常嚴(yán)重的表面凹陷現(xiàn)象，不能獲得平面形狀。即使重新制備淤漿，這次每100重量份的氧化鈰顆粒中加入5重量份的共聚物，仍無法獲得平面形狀。研究淤漿的分散性時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使是在制備后放置3天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，淤漿也不會(huì)分成兩層。從上面所述可見，比較例2的淤漿也不能同時(shí)滿足平坦性和分散性的要求。比較例3按照日本專利號(hào)3130279的權(quán)利要求來制備淤漿，并研究其分散性和拋光特性。淤漿的制備方法如下取1.0重量％的氧化鈰顆粒分散在水中形成水溶液，然后向溶液中加入平均分子量為2000，含酸性聚離子的丙烯酸銨，其量是水溶液中磨蝕劑重量的50％。淤漿的pH為9.5，該值處于所需的范圍內(nèi)，故無須對(duì)pH進(jìn)行特別的調(diào)節(jié)。被拋光的基材是硅基材1和硅基材2。采用的拋光條件為拋光壓力為300gf/cm2，拋光板的旋轉(zhuǎn)速度為75rpm，載體的旋轉(zhuǎn)速度為50rpm。
觀察拋光狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于硅基材2，可獲得450nm/min的拋光速度。但是，對(duì)于硅基材1，觀測(cè)拋光后的形狀時(shí)發(fā)現(xiàn)有非常嚴(yán)重的表面凹陷現(xiàn)象，且不能獲得平面形狀。而且，研究淤漿的分散性時(shí)發(fā)現(xiàn)，淤漿在制備完放置1小時(shí)后開始分成兩層。從上可見比較例3的淤漿不能同時(shí)滿足平坦性和分散性的要求。
1、聚丙烯酸鹽中和度與分散性和平坦性之間的關(guān)系淤漿的制備方法如下按照表1將不同中和度的聚丙烯酸銨或丙烯酸銨和丙烯酸甲酯共聚物加到10g平均顆粒直徑為0.2μm的氧化鈰顆粒中，在攪拌下加水至總重量為1kg。請(qǐng)注意，在整個(gè)說明書中，表中的分子量是重均分子量。
對(duì)于每個(gè)這樣制備的淤漿，研究氧化鈰顆粒的分散性和平坦性。結(jié)果見表1。
分散性測(cè)試方法如下將100g淤漿放入直徑3.9mm的聚氯乙烯容器中，放置5天，在淤漿分成兩層的情況下，測(cè)量上清液的高度。當(dāng)淤漿分成兩層時(shí)，上清液高度越大，分散性越差；如果淤漿不分成兩層，這表明分散性非常好。平坦性測(cè)試方法如下使用硅基材1，在拋光壓力為300gf/cm2，拋光板的旋轉(zhuǎn)速度為100rpm，載體的旋轉(zhuǎn)速度為100rpm的條件下拋光，然后用AFM(原子力顯微鏡)觀察拋光后的橫截面形狀。根據(jù)如下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估平坦性。
平坦性標(biāo)準(zhǔn)○表面粗糙度(突出部分和凹陷部分間的差異)小于100nm△表面粗糙度至少為100nm，但小于200nm×表面粗糙度至少為200nm表1

“N”表示中和度“MW”表示分子量從表1可見氧化鈰顆粒的分散狀態(tài)受聚丙烯酸鹽中和度的影響，分散性隨中和度的增加而改善，當(dāng)中和度為100％時(shí)分散性極好。但是，在所有的情況下，平坦性都不好。
2、中和度及加入的聚丙烯酸鹽數(shù)量與分散性及平坦性的關(guān)系按照表2制備淤漿，其中表1中所加的聚丙烯酸銨和丙烯酸銨/丙烯酸甲酯共聚物的數(shù)量增加到0.5重量％。分散性和平坦性測(cè)試如上述1.中所述進(jìn)行。結(jié)果見表2。
表2

“N”表示中和度“MW”表示分子量從表2可見只有在中和度為100％時(shí)增加聚丙烯酸鹽的加入量對(duì)分散狀態(tài)才沒有影響。而且，可以看出，對(duì)于中和度為20％的聚丙烯酸鹽，即使在聚丙烯酸鹽的加入量增加后分散狀態(tài)變得更差，但拋光后的平坦性要好于其它情況。
3、聚丙烯酸鹽分子量與分散性及平坦性的關(guān)系采用中和度為100％(這是使分散狀態(tài)最好的中和度)的聚丙烯酸鹽，按照表3使用不同重均分子量的聚丙烯酸銨制備淤漿。分散性和平坦性測(cè)試如上面1.中所述進(jìn)行。結(jié)果見表3。
表3

“N”表示中和度“MW”表示分子量因?yàn)槭褂昧酥泻投葹?00％的聚丙烯酸鹽，在所有情況下都獲得了相對(duì)較好的分散效果。當(dāng)聚丙烯酸鹽的重均分子量為6000時(shí)，無論如何沒有出現(xiàn)淤漿分成兩層的跡象。
從上述結(jié)果可見如果將重點(diǎn)放在磨蝕劑的分散性上，則最好使用中和度為100％、重均分子量為6000的聚丙烯酸鹽，而如果將重點(diǎn)放在平坦性上，則優(yōu)選使用低中和度的聚丙烯酸鹽。
4、聚丙烯酸鹽的中和度和分子量與分散性及平坦性之間的關(guān)系為了通過組合使用上述兩種類型的聚丙烯酸鹽來同時(shí)改善分散性和平坦性，按照表4制備淤漿。分散性和平坦性測(cè)試如上面1.中所述進(jìn)行。結(jié)果見表4。
表4

“N”表示中和度“MW”表示分子量可以看到，表4中的這三種情況之間分散性幾乎沒有差別，因?yàn)樵诿恳环N情況下都加入了中和度為100％且重均分子量為6000的聚丙烯酸鹽。但是，對(duì)于中和度為20％的聚丙烯酸鹽，如果重均分子量小，其平坦性更好，而且在這種情況下不會(huì)損害分散性。
從上可見為了同時(shí)滿足好的分散性和好的平坦性的要求，優(yōu)選使用中和度彼此不同的兩種聚丙烯酸鹽，而且優(yōu)選這兩種聚丙烯酸鹽的重均分子量彼此不同。
5、聚丙烯酸鹽總含量與分散性及平坦性之間的關(guān)系上述測(cè)試中，使用SiO2薄膜作為被拋光的薄膜，但是在某些情況下，將其中摻雜有B和P的BPSG(硼磷摻雜的硅酸鹽玻璃)用在半導(dǎo)體設(shè)備各層之間。在這種情況下，在拋光過程中硼和磷從薄膜中釋放出來，并和添加劑的活性位點(diǎn)發(fā)生作用，導(dǎo)致平坦性改善效果的降低。因此與拋光正常的SiO2薄膜相比，需要的添加劑數(shù)量更大。
按照表5制備了所加兩種聚丙烯酸鹽總量不同的淤漿，進(jìn)行分散性和平坦性測(cè)試。在平坦性測(cè)試中，被拋光的基材是帶深度為0.4μm的圖案的硅基材，其突出部分占整個(gè)基材的50％，基材上有一層厚1.3μm的BPSG，采用與上述1.中相同的拋光條件進(jìn)行拋光，結(jié)果見表5。
表5

“N”表示中和度“MW”表示分子量從表5可見，3重量％的聚丙烯酸鹽是改善平坦性所必需的。但是，還可以看出，如果聚丙烯酸鹽總量超過1重量％，則開始出現(xiàn)氧化鈰顆粒的絮凝現(xiàn)象。
6、加入的聚丙烯酸鹽總量和黃原酸膠與分散性及平坦性的關(guān)系為了改善在所加聚丙烯酸鹽總量超過1重量％的情況下的分散狀態(tài)，按照表6在另外加入黃原酸膠的情況下制備淤漿。按照上面5.中所述進(jìn)行分散性和平坦性測(cè)試。結(jié)果見表6。
表6

“N”表示中和度“MW”表示分子量從表6可見，加入黃原酸膠沒有使平坦性變差，即加入黃原酸膠對(duì)拋光特性沒有影響。而且，還可以看出，通過加入約0.05％重量的黃原酸膠，可以維持氧化鈰顆粒的分散性。
根據(jù)本發(fā)明的氧化鈰淤漿，實(shí)際上不出現(xiàn)氧化鈰的絮凝沉積，且粘度也幾乎不改變。因此，可以高精度地平化基材上的不平薄膜，而不會(huì)劃傷被拋光基材的表面。
權(quán)利要求
1.一種氧化鈰淤漿，包含氧化鈰顆粒；第一種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中90％以上的羧基已經(jīng)被氨水中和；第二種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中15％～50％的羧基已經(jīng)被氨水中和；和水；其中所述第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽的總含量為該氧化鈰淤漿重量的0.15％～1％。
2.權(quán)利要求1的氧化鈰淤漿，其中pH為4～6。
3.一種氧化鈰淤漿，包含氧化鈰顆粒；第一種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中90％以上的羧基已經(jīng)被氨水中和；第二種聚丙烯酸鹽，其中聚丙烯酸中15％～50％的羧基已經(jīng)被氨水中和；黃原酸膠；和水；其中所述第一種聚丙烯酸鹽和第二種聚丙烯酸鹽的總含量為該氧化鈰淤漿重量的0.15％～5％。
4.權(quán)利要求3的氧化鈰淤漿，其中黃原酸膠的含量為所述氧化鈰淤漿重量的0.01％～1％。
5.權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)的氧化鈰淤漿，其中所述第一種聚丙烯酸鹽的重均分子量為2000～10000。
6.權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)的氧化鈰淤漿，其中所述第二種聚丙烯酸鹽的重均分子量為1000～3000。
7.權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)的氧化鈰淤漿，其中第一種聚丙烯酸鹽的含量為所述氧化鈰淤漿重量的0.01％～0.1％。
8.制造無機(jī)基材的方法，其特征在于包括使用權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)的氧化鈰淤漿拋光所述無機(jī)基材的步驟。
9.權(quán)利要求8的制造無機(jī)基材的方法，其中所述無機(jī)基材是帶有SiO2薄膜的半導(dǎo)體基材。
全文摘要
一個(gè)需要解決的問題是提供一種淤漿，該淤漿能夠高精度地平化基材上的不平薄膜，而且具有好的穩(wěn)定性，不分成兩層，不經(jīng)絮凝沉積而固化或者改變粘度。通過向含氧化鈰顆粒的氧化鈰淤漿中加入中和度彼此不同的聚丙烯酸銨作為表面活性劑，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)所加聚丙烯酸鹽的總量解決了該問題。
文檔編號(hào)H01L21/306GK1463287SQ02801818
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者能條治輝, 吉田明利, P·博拉 申請(qǐng)人:Ekc科技股份有限公司