[發明專利]氧化硅-氧化鈰核殼復合磨料顆粒及其制備和應用

有效

• 申請號: 201010106871.3
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101818047A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 張澤芳;劉衛麗;宋志棠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14;C09G1/02;H01L21/3105;H01L21/762;B24B7/24
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明屬于微電子加工中的化學機械拋光漿液領域，具體涉及氧化硅-氧化鈰核殼 復合磨料顆粒及其制備和應用。

背景技術

隨著集成電路(IC)產業的飛速發展，IC特征尺寸不斷縮小，硅片尺寸不斷增大， IC工藝變得越來越復雜和精細。目前微電子技術已在向將幾十億個元器件集成在一個 芯片上的方向發展，這就導致了芯片結構的立體化，布線多層化。然而，要在大直徑 硅片上實現布線多層立體化結構，刻蝕工藝要求每一層都應具有很高的全局平整度， 尤其是層表面的平整度，這是實現多層布線的關鍵。而傳統的拋光工藝已不能滿足這 一要求，化學機械拋光技術不僅能滿足這種要求，而且能夠減少缺陷，還可以通過提 高表面平整度來提高套刻精度，從而達到減小特征尺寸提高集成度的目的。

目前集成電路化學機械拋光中最常用的拋光磨料是氧化硅磨料和氧化鈰磨料。氧 化硅磨料由于其較好的分散性、均勻性和低廉的價格成為目前最廣泛采用的化學機械 拋光磨料，而且，化學性質較活潑，后清洗過程廢液處理較容易。但其缺點是相對于 氧化物來說硬度稍低，去除率較低，并且在STI(淺溝槽隔離)的拋光中氧化硅與氮化 硅之間的去除率選擇比較低。對于二氧化硅介質層的拋光，國外一些大公司，如美國 的Cobat，Rodel公司，日本的不二見株式會社等都采用大粒徑磨料(130nm左右)來提 高拋光過程中的機械作用，以此提高拋光速率，進而提高生產效率。但是這種方法同 時也產生了嚴重的表面劃傷等問題，已很難滿足下一代IC制造的要求。

氧化鈰磨料由于其可與氧化硅發生化學反應，故在相同條件下，氧化鈰的拋光速 率大約是氧化硅的三倍，尤其是在中性拋光液中保持較高的去除率。但其缺點是價格 較貴，顆粒不規則，大小不一，粒度分布較大，黏度大，容易團聚，會造成劃傷，且 其沉淀在介質膜上吸附嚴重，為后清洗帶來困難。綜合考慮，氧化鈰磨料不能滿足下 一代IC制造的要求。

因此，如何提高二氧化硅介質層的去除率而又保持較好的表面質量以及如何提高 氧化硅于氮化硅之間的拋光選擇比集成電路制造中的一大難題。為此，許多學者將氧 化鈰包覆于氧化硅表面形成氧化硅-氧化鈰復合磨料，這種復合磨料彌補了單一的氧化 硅和氧化鈰磨料的缺點和不足。

Zhenyu?Lu等人在《Journal?of?Materials?Research》2003，18(10)：2323-2330中研究 了氧化硅-氧化鈰混合磨料對熱氧化的二氧化硅層的拋光，發現制得的氧化硅-氧化鈰 混合磨料的拋光速率明顯高于純氧化硅磨料。但這種磨料的制備方法是通過調節pH 值控制粒子的表面電荷使其表面電位相反而使小粒徑的氧化鈰吸附在大粒徑的氧化硅 表面構成核殼結構，只能在特定的pH值下使用。Seung-Ho?Lee等人在《Journal?of Materials?Research》2003，17(10)：2744-2749中提到了氧化硅表面包覆一層氧化鈰的復 合磨料，并且對熱氧化的二氧化硅層進行了拋光，發現制得的氧化硅-氧化鈰復合磨料 的拋光速率明顯高于純氧化硅磨料。但他們用的氧化硅磨料都是商品氣相氧化硅，粒 徑為300～400nm，并且沒有研究在STI中的應用。肖保其等人在《摩擦學學報》2008， 28(2)：103-107中提到了氧化硅-氧化鈰復合磨料在光學玻璃表面加工中的應用，但沒 有將復合磨料與純氧化鈰的磨料進行比較，沒有顯示出此種磨料的優點。柴明霞等人 在《無機化學學報》2007，(4)：623-629也提到了氧化硅-氧化鈰復合磨料在玻璃拋光中 的應用，但用的氧化硅是自有機硅制得的，成本較高，且反應廢液污染較嚴重，而且 制備磨料的過程中需要經過煅燒，可能會造成粒子的二次團聚，影響拋光效果。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種氧化硅-氧化鈰核殼復合磨料顆 粒及其制備和應用。

本發明采用如下技術方案解決上述技術問題：

一種氧化硅-氧化鈰核殼復合磨料顆粒，該氧化硅-氧化鈰核殼復合磨料顆粒包含 氧化硅和氧化鈰，且所述復合磨料顆粒的內核為球形氧化硅內核，外殼為氧化鈰包覆 層。

較佳的，所述復合磨料顆粒的粒徑為23～160nm；且所述球形氧化硅內核的粒徑為 20～140nm，進一步優選為50～140nm，且所述球形氧化硅內核的粒徑小于復合磨料顆 粒的粒徑。