專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造改進(jìn)的氧化鈰研磨顆粒及包括這種顆粒的組合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于制造改進(jìn)的研磨顆粒的方法，一種用于制造包括這種研磨顆粒的漿料的方法，該漿料適合于在CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝中使用，一種使用這種漿料拋光半導(dǎo)體晶片的方法以及制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括一個(gè)或多個(gè)使用該改進(jìn)的研磨顆粒的CMP工藝。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝包括在當(dāng)前的硅集成電路(IC)制造工藝中廣泛地使用的各種平面化技術(shù)，用于滿(mǎn)足受當(dāng)前光刻方法影響的局部和全部平面度約束。CMP工藝用于平整電介質(zhì)，用于平整金屬水平面(通常稱(chēng)為層間氧化物(ILO)或?qū)娱g電介質(zhì)(ILD))之間絕緣體和用于形成淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)以及用于平整諸如鎢和銅的金屬層，鎢和銅用于在多層金屬鑲嵌工藝中形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在先進(jìn)的IC制造中由各種CMP工藝提供的生產(chǎn)率和性能的需要將有助于保持或增加它們的利用。
根據(jù)被除去的材料，CMP工藝可以采用各種漿料組合物和研磨顆粒，用于從半導(dǎo)體晶片的表面除去希望材料。研磨顆粒通常選自金屬氧化物，如氧化鋁(Al2O3)、硅石(SiO2)、氧化鈰(CeO2)、氧化鋯(ZrO2)、以及二氧化鈦(TiO2)，以及可以包括具有各種顆粒尺寸的顆粒。漿料組合物也將包括大量添加劑，如表面活性劑、緩沖劑、配位(complexing)劑、粘滯度調(diào)節(jié)劑、酸和/或用于控制pH的基體，以提供適合于特定應(yīng)用的漿料組合物。
鈰的最穩(wěn)定的氧化物是二氧化鈰，CeO2，通常也稱(chēng)為氧化鈰或，有時(shí)稱(chēng)為鈰的氧化物。當(dāng)鈰鹽在空氣或其他含氧環(huán)境中鍛燒時(shí)，形成該四價(jià)的Ce(IV)氧化物。鈰(以及其他鑭系元素)對(duì)于形成氧化物具有最高自由能量，以及所得的二氧化鈰盡管可溶解在礦物酸中，可以證明在缺少還原劑如過(guò)氧化氫時(shí)難以溶解。氧化鈰具有螢石，CaF2，晶體結(jié)構(gòu)，具有八個(gè)同等的陽(yáng)離子和四個(gè)同等的陰離子，且因此通?？梢钥醋魇茄踉犹畛渌兴拿骟w孔的金屬原子的立方密集(close-packed)陣列。
漿料添加劑可以包括，例如，季銨化合物，具有通式N(R1R2R3R4))+X-，其中R1、R2、R3以及R4是原子團(tuán)，X-是包括鹵族元素的陰離子衍生物。季銨化合物可以是[(CH3)3NCH2CH2OH]Cl、[(CH3)3NCH2CH2OH]F，[(CH3)3NCH2CH2OH]Br、[(CH3)3NCH2CH2OH]CO3之一及其混合物。各種pH控制劑也可以被引入作為基體，例如，KOH，NH4OH、[(CH3)3NCH2CH2OH]OH和/或(CH3)4NOH和酸，例如，HCl、H2SO4、H3PO4和/或HNO3。該漿料還可以包括表面活性劑，如溴化十六烷基二甲基銨、溴化十六烷基二甲基銨、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯乙醇或聚乙二醇。

發(fā)明內(nèi)容
提供制備氧化鈰顆粒的方法，包括在氧化環(huán)境下加熱鈰前體化合物和少量的雜質(zhì)金屬化合物或金屬氧化物前體的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度；在該熱處理溫度下保持鈰前體化合物足夠的處理時(shí)間，以獲得處理的鈰化合物，其中基本上所有鈰前體化合物已被轉(zhuǎn)變成為氧化鈰(CeO2)；根據(jù)顆粒尺寸將氧化鈰分開(kāi)；以及在預(yù)定的顆粒尺寸范圍內(nèi)形成氧化鈰顆粒的水分散體。在氧化鈰顆粒的制備過(guò)程中，氧化環(huán)境可以是包括至少約20體積％氧氣的氣體混合物，以及可以保持至少約1大氣壓的壓力。
鈰前體化合物可以選自各種鈰化合物，包括醋酸鹽、碳化物、碳酸鹽、氯化物、氰酸鹽、溴化物、氟化物、草酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽以及硫代硫酸鹽，具有至少約715℃和高達(dá)約915℃以上的氧化條件下的熔點(diǎn)。代表性的鈰前體化合物包括例如Ce2(CO3)3、Ce(OH)4、CeC2、Ce(O2C2H3)3、CeBr3、CeCl3、CeF3、CeF4、Ce2(C2O4)3、Ce(SO4)2、Ce2(SO4)3和其含水和無(wú)水形式的混合物。如果使用其含水形式的鈰前體，那么在加熱鈰前體至熱處理溫度之前可以引入脫水步驟。代表性的雜質(zhì)金屬化合物包括例如，Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、MnO2及其混合物。
一旦氧化鈰顆粒已被制造，可以使用一個(gè)或多個(gè)公知的技術(shù)通過(guò)尺寸將它們分開(kāi)，該技術(shù)包括例如離心法、沉積法和過(guò)濾以及可以在分開(kāi)技術(shù)之前或與分開(kāi)技術(shù)結(jié)合引入用于減小氧化鈰顆粒的平均尺寸的機(jī)械破碎工藝。
也提供用于制備二氧化鈰顆粒的技術(shù)，包括在氧化環(huán)境下加熱鈰前體化合物和少量的雜質(zhì)金屬化合物或金屬氧化物前體的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度；在熱處理溫度下保持鈰前體化合物足夠的處理時(shí)間，以獲得處理的鈰化合物，其中鈰的氧化沒(méi)有完成以及鈰前體化合物已變?yōu)榭梢杂晒紺eOx表示的氧化鈰化合物，其中0＜x＜2；根據(jù)顆粒尺寸將氧化鈰化合物分開(kāi)；以及在預(yù)定的顆粒尺寸范圍內(nèi)形成二氧化鈰化合物顆粒的含水分散體。
在氧化鈰化合物的制備過(guò)程中，利用的氧化環(huán)境可以是氣體混合物，包括不超過(guò)約20體積％氧氣，例如，用一種或多種惰性氣體稀釋的空氣，和/或保持不超過(guò)約1大氣壓的壓力。惰性氣體可以包括，例如，氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)、或氦氣(He)。
鈰前體化合物可以選自各種鈰化合物，包括醋酸鹽、碳化物、碳酸鹽、氯化物、氰酸鹽、溴化物、氟化物、草酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽以及硫代硫酸鹽，具有至少約715℃和高達(dá)約915℃以上的氧化條件下的熔點(diǎn)。代表性的鈰前體化合物包括，例如Ce2(CO3)3、Ce(OH)4、CeC2、Ce(O2C2H3)3、CeBr3、CeCl3、CeF3、CeF4、Ce2(C2O4)3、Ce(SO4)2、Ce2(SO4)3及其含水和無(wú)水形式的混合物。如果使用其含水形式的鈰前體，那么在加熱鈰前體至熱處理溫度之前可以引入脫水步驟。代表性的雜質(zhì)金屬氧化物化合物包括，例如，Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、MnO2及其混合物。
根據(jù)熱處理?xiàng)l件和熱處理的持續(xù)時(shí)間，鈰前體可以被不完全氧化，以制造滿(mǎn)足表達(dá)式1≤x＜2的氧化鈰化合物CeOx。類(lèi)似地，熱處理?xiàng)l件可以被修改，以制造滿(mǎn)足表達(dá)式1≤x≤1.9的氧化鈰化合物CeOx。
也提供用于在配制漿料組合物中利用依照本發(fā)明的方法制備的二氧化鈰顆粒的技術(shù)，通過(guò)以預(yù)定比例使通常提供作為懸浮體或分散體的一種或多種類(lèi)型的氧化鈰和/或氧化鈰化合物研磨顆粒與含水的添加劑溶液結(jié)合。含水的添加劑溶液將典型地包括至少一種聚合酸類(lèi)物質(zhì)或其鹽如聚丙烯酸、聚丙烯酸-馬來(lái)酸和甲基乙烯基醚-馬來(lái)酸交聚物。當(dāng)超過(guò)一種聚合酸或其鹽被利用時(shí)，聚合酸將往往具有不同的平均分子量和可以獨(dú)立地選自聚合酸，如先前指出的聚丙烯酸、聚丙烯酸-馬來(lái)酸和甲基乙烯基醚-馬來(lái)酸交聚物。添加劑溶液也可以包括基體，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨和基本胺，以調(diào)整所得漿料的pH為更中性的pH范圍，例如，約6-8的pH。
也提供用于使用本發(fā)明的這種漿料和氧化鈰研磨顆粒平整襯底的技術(shù)，包括在載體上放置襯底；在襯底和襯墊之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)強(qiáng)迫襯底的主表面緊靠襯墊表面；以及將漿料組合物涂敷到襯墊，以便部分漿料組合物在主表面和襯墊表面之間，漿料組合物與襯墊表面合作，除去襯底上部；其中漿料組合物包括氧化鈰顆粒，基本上所有的氧化鈰顆粒都在預(yù)定的尺寸范圍內(nèi)，通過(guò)在氧化環(huán)境之下，加熱鈰前體化合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度制造氧化鈰顆粒；保持鈰前體化合物在熱處理溫度下足夠長(zhǎng)的處理時(shí)間，以獲得處理的鈰化合物，其中基本上所有的鈰前體化合物已被基本上完全變?yōu)檠趸?CeO2)或不完全氧化的氧化鈰化合物(CeOx)，其中x滿(mǎn)足表達(dá)式0＜x＜2，或在某些情況下，表達(dá)式1≤x≤1.9；根據(jù)顆粒尺寸將二氧化鈰分開(kāi)；在預(yù)定的顆粒尺寸范圍內(nèi)形成氧化鈰化合物顆粒的含水分散體；以及以預(yù)定的比例使氧化鈰顆粒的含水分散體與第二含水添加劑溶液結(jié)合，以形成漿料組合物。


通過(guò)參考附圖對(duì)其優(yōu)選示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述將使本發(fā)明變得更明顯，其中圖1A和1B說(shuō)明示例性硅石和氧化鈰研磨顆粒；圖2A和2B分別說(shuō)明由硅石和氧化鈰研磨顆粒的使用引起的拋光缺陷；圖3A表示根據(jù)本發(fā)明制備的復(fù)合氧化鈰研磨顆粒引入雜質(zhì)金屬氧化物；圖3B表示具有徑向變化的化學(xué)計(jì)量的氧化鈰(CeOx)研磨顆粒；圖4A-4C說(shuō)明橫穿變化尺寸的半導(dǎo)體器件的相同劃痕的效果；圖5-8是與根據(jù)本發(fā)明的示例性方法有關(guān)的流程圖；以及圖9和圖10是說(shuō)明說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)描述的各個(gè)評(píng)估的結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
這些附圖被提供有助于如下詳細(xì)描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的理解，不應(yīng)該過(guò)度地認(rèn)為是限制本發(fā)明。具體，附圖中所示的相對(duì)間距、位置、尺寸以及各個(gè)元件的尺寸沒(méi)有按比例繪制，以及為了更清楚可以被放大、縮小或以別的方式修改。
所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到選擇性結(jié)構(gòu)的范圍已被簡(jiǎn)單地省略以提高清晰度，以及減小圖的數(shù)目。普通的技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本公開(kāi)的范圍和精神的條件下，根據(jù)示例性實(shí)施例說(shuō)明或描述的各個(gè)工藝步驟的某些步驟可以被有選擇地和獨(dú)立地結(jié)合，以產(chǎn)生制造半導(dǎo)體器件有用的其他方法。
具體實(shí)施例方式
減小半導(dǎo)體器件尺寸和/或增加器件密度的努力，與新的互連技術(shù)(如銅和基于電介質(zhì)減小電容量(也稱(chēng)為低K或低ε)聚合物)的發(fā)展結(jié)合導(dǎo)致在半導(dǎo)體制造中化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)技術(shù)的引入和快速發(fā)展。CMP工藝包括適合于在具有0.5μm及以下的特征尺寸的多層電路的制造中使用的寬范圍的全部平面化工藝。隨著器件特征尺寸減小，RC互連延遲(電路的電阻(R)和電容量(C)的函數(shù))易于非線(xiàn)性地增加和控制門(mén)延遲(晶體管開(kāi)關(guān)的函數(shù))作為器件工作速度的限制。為了解決RC互連延遲的增加，各種多層金屬化(MLM)技術(shù)已被研制，以提高互連圖形的縮放系數(shù)，在各種多層金屬化(MLM)技術(shù)中，一系列導(dǎo)電圖形被介質(zhì)絕緣層分開(kāi)。
在MLM工藝中，不同的金屬互連圖形形成在幾個(gè)不同的平面上，這些平面通常被絕緣層互相隔離，絕緣層有時(shí)稱(chēng)為層間電介質(zhì)(ILD)，以及通過(guò)如導(dǎo)電栓塞的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)有選擇地互連，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通過(guò)ILD刻蝕的通孔來(lái)形成。與MLM結(jié)構(gòu)相關(guān)的大多數(shù)困難涉及由其可以進(jìn)行光刻、構(gòu)圖和刻蝕工藝的相關(guān)淀積工藝、對(duì)準(zhǔn)和處理精確度，以及可以在互連圖形之間獲得的平面度。CMP工藝為其他常規(guī)平面化工藝如回流、旋涂玻璃(SOG)、偏壓濺射、干法刻蝕以及深蝕刻處理提供另一種選擇方案。與用常規(guī)平面化工藝可以獲得的效果相比，適宜的CMP工藝將有助于為大范圍的材料提供改進(jìn)的通用性、簡(jiǎn)單性和良好的整體平面化。
除解決整體平面化的需要之外，CMP工藝在由材料如銅形成圖形的過(guò)程中是有用的，銅使用常規(guī)干法刻蝕方法難以被刻蝕和構(gòu)圖?！敖饘勹偳丁被颉拌偳斗椒ā痹谝r底層如硅石上淀積覆蓋銅層，襯底被預(yù)先構(gòu)圖和刻蝕，以形成對(duì)應(yīng)于希望的金屬圖形的溝槽。在應(yīng)用CMP工藝除去銅層的上部之后，導(dǎo)電銅圖形剩余在溝槽內(nèi)。
為摩擦和化學(xué)效果的協(xié)同結(jié)合提供CMP工藝，以平整導(dǎo)電和絕緣材料如銅、鎢、硅石和聚合物。除整體平面化和較高去除或拋光速率之外，CMP工藝也可以適合于提供一定程度的材料選擇率(與其它材料相比在相同的工藝條件下提供更高的拋光速率)，以及基本上沒(méi)有如劃痕、陷阱和顆粒雜質(zhì)等缺陷的優(yōu)質(zhì)表面。CMP工藝材料、研磨劑、添加劑等可以被定制，以根據(jù)將從晶片表面除去的主要材料以及有時(shí)根據(jù)次要材料提高工藝性能。典型的CMP漿料包含約1至10wt％的濃度范圍的小(＜300nm)研磨顆粒和幾種添加劑(表面活性劑、穩(wěn)定劑、配位劑等)，以提高材料去除速率和/或漿料的選擇率和/或穩(wěn)定漿料成分。
在定義CMP工藝中的其它考慮事項(xiàng)是從半導(dǎo)體晶片表面除去的一種或多種研磨材料的相對(duì)硬度和形態(tài)(morphology)。例如，低阻金屬如銅和銀以及用于更高性能互連圖形所希望的低K材料典型地比常規(guī)互連材料如鎢和多晶硅更加軟。例如，與研磨材料如硅石和氧化鈰(約1200kg/mm2[莫氏硬度6-7])和氧化鋁(約2000kg/mm2[莫氏硬度9])相比較，銅的微硬度約為80kg/mm2(等效的莫氏硬度約2.5)。使用這種硬研磨-基漿料的軟表面的CMP易于增加在平整表面上產(chǎn)生表面劃痕和/或凹點(diǎn)的可能性。
在CMP工藝中看到另一類(lèi)缺陷，具體當(dāng)平整具有變化硬度的材料，例如銅和氧化硅的表面時(shí)，是“凹陷”，更軟材料的露出寬度的中心部分與邊緣部分相比被更快地除去，由此產(chǎn)生凹面或槽(trough)。凹陷易于增加所得導(dǎo)電圖形的電阻，以及由于缺乏平坦度，可能導(dǎo)致顆粒雜質(zhì)也增加。
基于一般觀察在更苛求的CMP工藝中使用的研磨顆粒往往具有小于約300nm的平均顆粒尺寸，所有其他參數(shù)是相等的，研磨顆粒越小，往往在拋光表面上留下的缺陷越少。但是，較小的研磨顆粒也可以與較低的材料去除速率相關(guān)，減小工藝處理量，以及在CMP工藝完成之后，往往更難以從拋光面除去，增加顆粒雜質(zhì)的機(jī)會(huì)和/或使清洗工藝變復(fù)雜。
如圖1A和1B所示，硅石和氧化鈰研磨顆粒易于顯示出形態(tài)變化。與圖1B所示的氧化鈰顆粒相比，圖1A的硅石顆粒往往是較小是以及顯示出更多非晶態(tài)結(jié)構(gòu)以及更圓潤(rùn)的結(jié)構(gòu)。反之，圖1B的氧化鈰顆粒往往是大的和具有更高的結(jié)晶度，具有易于增加材料去除速率和增加劃痕的可能性的兩種參數(shù)。但是，這些趨勢(shì)稍微不同，通過(guò)由包括氧化鈰研磨顆粒而不是硅石研磨顆粒的CMP漿料顯示出改進(jìn)的氧化硅/氮化硅選擇率以及改進(jìn)的平面化性能。由此，引入氧化鈰研磨劑的CMP漿料更廣泛地用于半導(dǎo)體器件的制造工藝中，具體要求0.15μm及以下的設(shè)計(jì)規(guī)則的制造工藝中。
但是，如上面所暗示，以及圖2A和2B所示，氧化鈰研磨顆粒的增加尺寸和結(jié)晶性易于增加襯底表面上的CMP-引起的缺陷數(shù)目和嚴(yán)重程度。如圖2A所示，半導(dǎo)體晶片表面圖形62的圓圈區(qū)域包括在利用基于硅石的CMP漿料的CMP工藝過(guò)程中產(chǎn)生的劃痕。但是，如圖2B所示，由相應(yīng)的氧化鈰基CMP漿料的使用引起的半導(dǎo)體晶片表面圖形62的圓圈區(qū)域中的劃痕更加嚴(yán)重。因此，相對(duì)于用硅石研磨顆粒制備的CMP漿料，引入氧化鈰研磨顆粒的CMP漿料易于顯示出更大的成品率損失和減小的可靠性。
如圖4A-4C所示，在CMP工藝過(guò)程中在半導(dǎo)體晶片的表面上產(chǎn)生的拋光缺陷72的效果將根據(jù)各個(gè)芯片62a，62b，62c的相對(duì)尺寸和位置而變化，芯片62a，62b，62c代表根據(jù)減小尺寸的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)和制造的器件。盡管缺陷尺寸是相同的，但是在給定區(qū)域被影響的芯片數(shù)目增加。
用于解決與大顆粒相關(guān)的拋光缺陷增加的一種方法是，在將漿料涂敷到拋光表面之前，典型地使用過(guò)濾器，有選擇地除去更大的顆粒。但是，漿料組合物的性質(zhì)與常規(guī)過(guò)濾技術(shù)的限制結(jié)合，往往使在有效地通過(guò)所有適當(dāng)尺寸顆粒的同時(shí)除去不適合的大顆粒的能力變復(fù)雜。
本發(fā)明通過(guò)包含少量的金屬氧化物雜質(zhì)，改變顆粒微觀結(jié)構(gòu)改進(jìn)氧化鈰研磨顆粒的性能解決該問(wèn)題。與常規(guī)氧化鈰顆粒相比較，根據(jù)該方法制備的氧化鈰顆粒提供增加的拋光速度，同時(shí)也易于減小諸如劃痕的拋光缺陷數(shù)目及相關(guān)問(wèn)題。
如圖5提供的流程圖所示，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)第一示例性方法可以制造氧化鈰氧化拋光顆粒，第一示例性方法包括在氧化氣氛下，制備12和加熱14至少一種鈰前體化合物和雜質(zhì)金屬化合物如金屬氧化物的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度。
熱處理步驟將在熔爐或反應(yīng)器中進(jìn)行，熔爐或反應(yīng)器具有能獲得并保持熱處理溫度的加熱器。在熱處理周期過(guò)程中，反應(yīng)器也能夠有選擇地控制反應(yīng)器內(nèi)的氣氛組分和/或控制反應(yīng)器內(nèi)的氣氛壓力。根據(jù)鈰前體化合物的性質(zhì)和其他工藝參數(shù)，熱處理持續(xù)時(shí)間可以在約2.5和約5小時(shí)之間，以在鈰前體化合物內(nèi)獲得希望的氧化程度。在該示例性實(shí)施例中，熱處理被典型地保持足夠的時(shí)間，以基本上完全氧化所有鈰，形成CeO2。
鈰前體化合物通常應(yīng)該選擇具有高于熱處理溫度的單個(gè)或結(jié)合熔點(diǎn)，該熔點(diǎn)高于熱處理溫度至少由反應(yīng)器提供的溫度控制余量，以保持固相反應(yīng)。鈰前體化合物可以包括Ce2(CO3)3、Ce(OH)4、CeC2、Ce(O2C2H3)3·xH2O、CeBr3、Ce2(CO3)3·xH2O、CeCl3·xH2O、CeCl3、CeF3、CeF4、Ce2(C2O4)3、Ce(SO4)2和/或Ce2(SO4)3的一種或幾種。雜質(zhì)金屬化合物可以包括Al2O3、SiO2、TiO2，ZrO2和/或MnO2的一種或多種，以及相對(duì)于鈰前體化合物可以呈現(xiàn)約300和約1000ppm之間的濃度。
如圖5所示，在熱處理完成之后，氧化鈰可以被分散16在水溶液中，以形成分散體或懸浮體。水溶液可以通過(guò)去離子(D.I.)水與分散劑混合來(lái)形成，分散劑可以是一種或多種陰離子有機(jī)分散劑、陽(yáng)離子有機(jī)分散劑或非離子有機(jī)分散劑。也如圖5所示，通過(guò)顆粒尺寸過(guò)濾或其他方式分離18分散體，氧化鈰顆粒的平均直徑尺寸可以控制在希望的顆粒尺寸范圍內(nèi)。
如果在進(jìn)行過(guò)濾工序之前利用過(guò)濾，用于通過(guò)尺寸分開(kāi)顆粒，那么分散體可以經(jīng)受用于除去較大顆粒的離心法步驟。一旦基本上所有較大的顆粒都被除去，那么可以利用分級(jí)的氧化鈰顆粒分散體的濾液過(guò)濾分散體，該分級(jí)的氧化鈰顆粒分散體的濾液接著與相似的或改進(jìn)的水溶液和/或分散體結(jié)合，以制備氧化鈰分散體，其中大多數(shù)氧化鈰顆粒顯示出希望的顆粒尺寸范圍。
如圖3A所示，在氧化工序過(guò)程中雜質(zhì)金屬化合物42易于與氧化鈰相互作用并沿鄰近第一氧化鈰顆粒46之間形成的晶粒邊界堆積，作為雜質(zhì)金屬氧化物，結(jié)合形成次級(jí)氧化鈰顆粒44。低能級(jí)金屬氧化物雜質(zhì)的存在，典型地基于鈰前體的數(shù)量在約300ppm和約1000ppm之間，易于減小次級(jí)氧化鈰顆粒的結(jié)晶強(qiáng)度。結(jié)果，在與經(jīng)歷CMP工序的半導(dǎo)體晶片的表面上的結(jié)構(gòu)接觸時(shí)次級(jí)氧化鈰將往往更容易斷裂，由此減小研磨顆粒的有效尺寸和減小擦傷半導(dǎo)體晶片表面的可能性。
如圖6提供的流程圖所示，可以通過(guò)第二示例性方法制造根據(jù)發(fā)明的氧化鈰氧化物拋光顆粒，第二示例性方法包括在其中氧濃度被減小的氧化氣氛下，連續(xù)地、逐步地或周期性地制備22和加熱24至少一種鈰前體化合物和金屬氧化物化合物雜質(zhì)的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度，以抑制反應(yīng)器內(nèi)鈰前體化合物的完全氧化。
典型地可以通過(guò)引入惰性氣體如N2、Ar或He減小氧濃度，惰性氣體將用作反應(yīng)器中存在的O2的稀釋劑。類(lèi)似地，可以通過(guò)在部分真空下執(zhí)行氧化反應(yīng)減小O2的部分壓力。減小存在于反應(yīng)器中的O2的另一方法是引入可燃?xì)怏w，如H2，當(dāng)它“燃燒”時(shí)易于消耗部分O2，但是將不易于引入任意雜質(zhì)到反應(yīng)器中。用于減小反應(yīng)器內(nèi)的氧氣數(shù)量的一種或多種技術(shù)可以根據(jù)希望的O2濃度的減小程度和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)來(lái)選擇。
熱處理步驟可以在熔爐或反應(yīng)器中進(jìn)行，該反應(yīng)器具有能獲得并保持熱處理溫度的加熱器，對(duì)于熱處理周期的持續(xù)時(shí)間有選擇地控制反應(yīng)器內(nèi)的氣氛組分和/或控制反應(yīng)器內(nèi)的氣氛壓力。根據(jù)鈰前體化合物的性質(zhì)和其他工藝參數(shù)，熱處理持續(xù)時(shí)間可以在約2.5和約5小時(shí)之間，以在鈰前體化合物內(nèi)獲得希望的氧化程度。在該示例性實(shí)施例中，熱處理被典型地保持足夠的時(shí)間，以?xún)H僅部分氧化鈰并形成CeOx，x滿(mǎn)足表達(dá)式0＜x＜2或，更典型地滿(mǎn)足表達(dá)式1＜x≤1.9。
鈰前體化合物通常應(yīng)該選擇具有高于熱處理溫度的單個(gè)或結(jié)合熔點(diǎn)，以保持固相反應(yīng)，該單個(gè)或結(jié)合熔點(diǎn)高于熱處理溫度至少由反應(yīng)器提供的溫度控制余量。鈰前體化合物可以包括Ce2(CO3)3、Ce(OH)4、CeC2、Ce(O2C2H3)3·xH2O、CeBr3、Ce2(CO3)3·xH2O、CeCl3·xH2O、CeCl3、CeF3、CeF4、Ce2(C2O4)3、Ce(SO4)2和/或Ce2(SO4)3的一種或幾種。雜質(zhì)金屬氧化物化合物可以包括Al2O3、SiO2、TiO2，ZrO2和/或MnO2的一種或多種，以及相對(duì)于鈰前體化合物可以呈現(xiàn)約300和約1000ppm之間的濃度。
如圖6所示，在完成熱處理之后，氧化鈰可以分散26在水溶液中，以形成分散體或懸浮體。水溶液可以通過(guò)將去離子(D.I.)水與分散劑混合來(lái)形成，分散劑可以是一種或多種陰離子有機(jī)分散劑、陽(yáng)離子有機(jī)分散劑或非離子有機(jī)分散劑。也如圖6所示，通過(guò)顆粒尺寸過(guò)濾或其他方式分離28分散體，氧化鈰顆粒的平均直徑尺寸可以控制在希望的顆粒尺寸范圍內(nèi)。
如果在進(jìn)行過(guò)濾工序之前利用過(guò)濾，用于通過(guò)尺寸分離顆粒，那么分散體可以經(jīng)受用于除去較大顆粒的離心法步驟。一旦基本上所有較大的顆粒都被除去，那么可以利用分級(jí)的氧化鈰顆粒分散體的濾液過(guò)濾分散體，該分級(jí)的氧化鈰顆粒分散體的濾液接著與相似的或改進(jìn)的水溶液和/或分散體結(jié)合，以制備氧化鈰分散體，其中大多數(shù)氧化鈰顆粒顯示出希望的顆粒尺寸范圍。
如圖3B所示，在根據(jù)圖6的方法的示例性實(shí)施例中，氧化氣體將擴(kuò)散到鈰前體化合物的顆粒中以及易于氧化它遇到的鈰原子。但是，通過(guò)控制氧化工序的持續(xù)時(shí)間、氧化氣體的濃度和/或氧化氣體的部分壓力，在完成之前可以中斷氧化工序。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，CeOx氧化鈰化合物將包括各種氧化鈰化合物顆粒當(dāng)中和/或單個(gè)氧化鈰化合物(示出)內(nèi)的化學(xué)計(jì)量范圍，產(chǎn)生CeOx的平均化學(xué)計(jì)量，盡管僅僅小部分實(shí)際的氧化鈰化合物可能對(duì)應(yīng)于那些公式。
在該方法的示例性實(shí)施例中，一種或多種惰性氣體可以被引入反應(yīng)器中，以稀釋進(jìn)入反應(yīng)器的空氣，并產(chǎn)生氧氣在約10和約20體積％之間的溫度處理環(huán)境。獲得氧濃度的這些減小所必需的惰性氣體的體積將當(dāng)然取決于進(jìn)入反應(yīng)器的氣體的流速以及可以根據(jù)需要調(diào)整，以保持希望的濃度。如上所述，通過(guò)以充分的速率引入燃料消耗約5和約50％的現(xiàn)存氧氣，或獲得希望的氧濃度調(diào)整的方法的結(jié)合，將反應(yīng)器內(nèi)的壓力減小至約0.5和0.95大氣壓之間，可以獲得相似的效果。
如圖7所示，用于制備具有希望的顆粒尺寸范圍34的氧化鈰顆粒32的上述任意一種示例性方法可以用來(lái)制備包括所選的研磨顆粒的分散體。然后該分散體可以用于制造根據(jù)本發(fā)明的示例性CMP漿料組合物36，包括通過(guò)上述的一種或兩種示例性方法制造的氧化鈰研磨顆粒。漿料組合物也將典型地包括分散劑和表面活性劑的至少一種。
漿料組合物中的一種或多種添加劑的使用將易于增加與至少兩種材料相關(guān)的其穩(wěn)定性、拋光速率和/或其選擇率，該材料被預(yù)想存在于將涂敷漿料組合物的半導(dǎo)體襯底上。添加劑的范圍可以包括具有第一平均分子量的第一聚合酸，通過(guò)與第一堿性材料反應(yīng)制備第一聚合酸的鹽，具有第二平均分子量的第二聚合酸，通過(guò)與第二堿性材料反應(yīng)制備第二聚合酸的鹽，第二平均分子量大于第一平均分子量。第一聚合酸可以選自聚丙烯酸、聚丙烯酸-共馬來(lái)酸或聚甲基乙稀乙醚(polymethylvinylether)-交錯(cuò)(alt)-馬來(lái)酸。類(lèi)似地，第二聚合酸可以選自聚丙烯酸、聚丙烯酸-共馬來(lái)酸或聚甲基乙稀乙醚-交錯(cuò)(alt)-馬來(lái)酸。第一和第二基本材料可以從氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、基本胺及其混合物獨(dú)立地選擇。
如圖7所示，在步驟32中，根據(jù)結(jié)合圖5如上所述的示例性方法，鈰前體化合物在氧化氣氛下被加熱到約700℃和約900℃之間的熱處理溫度，通常形成完全氧化的氧化鈰顆粒。如圖7所示，根據(jù)結(jié)合圖5如上所述的示例性方法，在步驟34中，分散體包括通過(guò)在水溶液中分散在步驟32中制造的氧化鈰形成的氧化鈰研磨顆粒。
如圖7所示，在步驟36，通過(guò)以足以形成適當(dāng)?shù)腃MP漿料組合物的比率將包括氧化鈰研磨顆粒的分散體與其它水溶液或適當(dāng)?shù)奶砑觿┗旌闲纬裳趸嫕{料，適當(dāng)?shù)腃MP漿料組合物具有希望的研磨含量，典型地在最終CMP漿料組合物的約1和10wt％之間。由此，分散體、添加劑和任意附加水的相對(duì)體積比將被調(diào)整為保證在最終CMP漿料組合物中存在目標(biāo)濃度范圍內(nèi)的研磨劑和添加劑。
如圖8所示，在步驟42中，根據(jù)結(jié)合圖6如上所述的示例性方法，鈰前體化合物在氧化氣氛條件下被加熱到約700℃和約900℃之間的熱處理溫度，防止氧化鈰的完全氧化。如圖8所示，在步驟44中，根據(jù)結(jié)合圖6如上所述的示例性方法，分散體包括通過(guò)在水溶液中分散在步驟42中制造的氧化鈰形成的氧化鈰研磨顆粒。
如圖8所示，在步驟46中，通過(guò)以足以形成適當(dāng)?shù)腃MP漿料組合物的比率將包括氧化鈰研磨顆粒的分散體與其它水溶液或適當(dāng)?shù)奶砑觿┗旌闲纬裳趸嫕{料，適當(dāng)?shù)腃MP漿料組合物具有希望的研磨含量，典型地在最終CMP漿料組合物的約1和10wt％之間。由此，分散體、添加劑和任意附加水的相對(duì)體積比將調(diào)整，以提供在最終的CMP漿料組合物中存在目標(biāo)濃度范圍內(nèi)的的研磨劑和添加劑。
第一例子如下面的表1所反映，通過(guò)在空氣中加熱鈰前體化合物和微量金屬氧化物雜質(zhì)的混合物形成根據(jù)本發(fā)明的氧化鈰拋光顆粒。然后分析所得的氧化鈰拋光顆粒，以決定主要結(jié)晶顆粒的平均尺寸和雜質(zhì)金屬的殘余濃度。
制備80ppm(樣品1-2)或600ppm(樣品3-7)的濃度(基于Ce2(CO3)3)的總重量)的鈰前體化合物和微量金屬氧化物雜質(zhì)Al2O3的混合物，在該情況下鈰前體化合物是Ce2(CO3)3，并在氧化鋯球磨機(jī)中混合90分鐘，以提供比較均勻的Ce2(CO3)3和Al2O3。然后該樣品在約700℃至約900℃的溫度范圍內(nèi)的各種溫度下，在大氣壓力下經(jīng)受三小時(shí)的熱處理工序。然后評(píng)估所得的氧化鈰顆粒，以決定氧化鈰主要顆粒的平均尺寸和決定鋁的濃度，作為在熱處理工序過(guò)程中已被引入鈰中的Al2O3數(shù)量的間接測(cè)量。下面在表1中示出了該評(píng)估的結(jié)果。

ND＝未檢測(cè)表1圖9和10中的重顯圖象是從表1列出的每個(gè)樣品1-7的拋光顆粒產(chǎn)生的x射線(xiàn)衍射(XRD)數(shù)據(jù)，在圖9中以升序示出樣品1和2，在圖10中以升序示出樣品3-7。在XRD數(shù)據(jù)中的相應(yīng)峰值中反映了各個(gè)拋光顆粒(特別{111}、{002}、{220}和{311}結(jié)晶平面)內(nèi)晶體氧化鈰的表面方向或平面。
由圖9和10中圖示的衍射結(jié)果計(jì)算FWHM(半峰全寬)值，以及FWHM(半峰全寬)值與使用常規(guī)方法的拋光顆粒內(nèi)的平均結(jié)晶尺寸相關(guān)，如Cullity，B.D.，“Elements of X-ray diffraction，”，3rd Ed.(2001)Prentice Hall詳細(xì)描述的常規(guī)方法，將其內(nèi)容全部引入作為參考。
如圖9和10的XRD數(shù)據(jù)和存在于表1中的數(shù)據(jù)所反映，當(dāng)熱處理溫度范圍在710℃至860℃的范圍時(shí)，結(jié)晶顆粒尺寸(即，圖3A的主要顆粒)范圍從35nm至48.1nm，雜質(zhì)金屬的增加量的存在看起來(lái)略微抑制結(jié)晶顆粒尺寸。進(jìn)一步注意在XRD數(shù)據(jù)中沒(méi)有觀察對(duì)應(yīng)于Al2O3結(jié)晶顆粒的峰值，表示即使600ppm的初始加載，Al2O3也充分地分布在氧化鈰內(nèi)和/或沿晶粒邊界分布，以致基本上不能通過(guò)XRD探測(cè)，暗示如果存在，Al2O3晶體確實(shí)是非常小的，例如，＜5nm。
然后通過(guò)結(jié)合在熱處理之后獲得的氧化鈰顆粒和D.I.水和分散劑，在此情況下是聚丙烯酸NH4OH，以及在約25℃下攪動(dòng)混合物約一小時(shí)，此后以1800rpm攪拌混合物100分鐘，以在水溶液中形成拋光顆粒的分散體，形成包含樣品1-7中制造的拋光顆粒的含水漿料組合物。然后在以150rpm操作的離心機(jī)中分離分散體約90分鐘。
然后除去具有約1μm或更大直徑的顆粒，以及使用具有0.5μm的額定孔徑尺寸的過(guò)濾器過(guò)濾剩下的顆粒，以獲得主要包含氧化鈰顆粒的分散體，具有不大于約0.5μm的主要尺寸，然后用D.I.水進(jìn)一步稀釋?zhuān)垣@得其中存在約5wt％的氧化鈰顆粒的分散體。從樣品1-7獲得的最終分散體中的次級(jí)顆粒的平均直徑尺寸是相對(duì)小的，如下面的表2報(bào)告，范圍從約86nm至約143nm。

表2然后通過(guò)以1∶3∶3的體積比將5wt％分散體的各種氧化鈰研磨顆粒與附加的D.I.水和添加劑溶液混合，制備一系列示例性CMP漿料，以形成適合于絕緣體CMP評(píng)估的漿料。通過(guò)形成PE-TEOS層至約12,000的厚度制備樣品半導(dǎo)體晶片，以及使用根據(jù)上面的樣品1-7用氧化鈰研磨劑制備的樣品CMP漿料組合物經(jīng)受90秒CMP工序。然后使用常規(guī)刷洗清洗拋光晶片，常規(guī)刷洗使用用200∶1的體積比的D.I.水稀釋的HF和PVA(聚乙烯醇)。然后在以100∶1的體積用D.I.水稀釋的HF濕浴槽中浸漬拋光晶片150秒，此后使用旋轉(zhuǎn)干燥工序干燥樣品晶片并評(píng)估缺陷。
盡管結(jié)合一定的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)按照上面提供的詳細(xì)描述的方式顯然可以對(duì)公開(kāi)的方法進(jìn)行許多選擇、改進(jìn)和改變。此外，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)各個(gè)公開(kāi)的示例性實(shí)施例的某一方面可以與其他公開(kāi)實(shí)施例的任意方面或它們的選擇性方案結(jié)合使用，以制造附加的、但在此未說(shuō)明的實(shí)施例，實(shí)施例結(jié)合要求的發(fā)明，但是更緊密地適合于希望的使用或性能要求。由此，希望屬于本發(fā)明的精神的所有這種選擇性方案、改進(jìn)和改變都包括在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備氧化鈰顆粒的方法，包括在氧化環(huán)境下，加熱鈰前體化合物和次級(jí)金屬化合物的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度；以及在該熱處理溫度下保持混合物足夠的處理時(shí)間，以獲得熱處理的產(chǎn)品，其中基本上所有鈰前體化合物都已變?yōu)檠趸?CeOx)，其中滿(mǎn)足表達(dá)式0＜x≤2，以及其中氧化鈰基本上引入所有的次級(jí)金屬化合物作為次級(jí)金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，還包括根據(jù)顆粒尺寸分離氧化鈰；以及在預(yù)定的顆粒尺寸范圍內(nèi)形成氧化鈰顆粒的含水分散體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物是具有高于熱處理溫度至少10℃的熔點(diǎn)的金屬氧化物；以及次級(jí)金屬化合物以在熱處理過(guò)程中分離的次級(jí)金屬氧化物顆粒的形成被抑制的濃度存在于混合物中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物包括選自由氧化鋁(Al2O3)、硅石(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)和二氧化錳(MnO2)構(gòu)成的組的至少一種金屬氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物以在約300ppm和約1000ppm之間的濃度存在于混合物中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物以在約500ppm和約1000ppm之間的濃度存在于混合物中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中存在于熱處理產(chǎn)品中的次級(jí)金屬氧化物顆粒具有小于約5nm的平均顆粒尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中分離的次級(jí)金屬氧化物顆粒在熱處理的產(chǎn)品中是不可檢測(cè)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中氧化鈰顆粒包括大量的主要氧化鈰顆粒，相鄰的主要氧化鈰顆粒被晶粒邊界分開(kāi)，其中在晶粒邊界處優(yōu)先在氧化鈰顆粒中引入次級(jí)金屬氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中鈰前體化合物具有大于熱處理溫度至少10℃的熔點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中鈰前體化合物包括選自由醋酸鹽、碳化物、碳酸鹽、氯化物、氰酸鹽、溴化物、氟化物、草酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽、以及硫代硫酸鹽構(gòu)成的組的至少一種化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11制備氧化鈰顆粒的方法，其中鈰前體化合物包括選自由Ce2(CO3)3、Ce(OH)4、CeC2、Ce(O2C2H3)3、CeBr3、CeCl3、CeF3、CeF4、Ce2(C2O4)3、Ce(SO4)2和Ce2(SO4)3構(gòu)成的組的至少一種化合物，包括含水和無(wú)水形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備氧化鈰顆粒的方法，還包括在加熱至熱處理溫度之前使鈰前體化合物脫水；以及使鈰前體化合物和次級(jí)金屬化合物結(jié)合，以形成混合物，在開(kāi)始熱處理之前，混合物基本上被均勻化。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中鈰前體化合物是碳酸鈰(Ce2(CO3)3)、氫氧化鈰(Ce(OH)4)或其混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中利用選自離心法、沉積法以及過(guò)濾的至少一種方法根據(jù)顆粒尺寸分離氧化鈰。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中根據(jù)顆粒尺寸分離氧化鈰還涉及在利用分離方法之前，機(jī)械地破碎氧化鈰。
17.根據(jù)權(quán)利要求16制備氧化鈰顆粒的方法，其中機(jī)械地破碎氧化鈰包括選自由高-切剪混合、球磨、研磨、Ultimizing、微流化和粉碎構(gòu)成的組的至少一種方法。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中預(yù)定的顆粒尺寸范圍在約50nm和約1000nm之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中預(yù)定的顆粒尺寸范圍具有不超過(guò)約30％的平均顆粒尺寸的3σ分布。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中氧化環(huán)境包括至少20體積％的氧氣以及在至少約1大氣壓的壓力下。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物被引入混合物作為分離顆?；蜃鳛殁嬊绑w化合物顆粒上的表面涂層。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中在熱處理過(guò)程中次級(jí)金屬化合物被氧化，以形成次級(jí)金屬氧化物。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中次級(jí)金屬化合物是有機(jī)金屬化合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鈰顆粒的方法，其中在熱處理溫度下，次級(jí)金屬化合物是氣體或液體。
25.一種制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，包括在氧化環(huán)境下，加熱鈰前體化合物和次級(jí)金屬化合物的混合物至約700℃和約900℃之間的熱處理溫度；在熱處理溫度下保持混合物足夠的處理時(shí)間，以獲得熱處理的產(chǎn)品，其中基本上所有鈰前體化合物已變?yōu)檠趸?CeOx)，其中滿(mǎn)足表達(dá)式0＜x≤2以及其中氧化鈰基本上引入所有的次級(jí)金屬化合物作為次級(jí)金屬氧化物。根據(jù)顆粒尺寸分離氧化鈰；在預(yù)定的顆粒尺寸范圍內(nèi)形成氧化鈰顆粒的含水分散體；以及以預(yù)定比例使氧化鈰顆粒的含水分散體與含水添加劑溶液結(jié)合。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，其中存在于氧化鈰顆粒中的次級(jí)金屬氧化物的數(shù)量足以制造至少50ppm的有效次級(jí)金屬濃度。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，其中含水分散體包括選自由陰離子分散劑、陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑構(gòu)成的組的至少一種分散劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，其中添加劑溶液包括至少一種聚合酸或其鹽以及基體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中聚合酸選自由聚丙烯酸、聚丙烯酸-馬來(lái)酸和甲基乙烯基醚—馬來(lái)酸交聚物構(gòu)成的組；以及基體選自由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨和基本胺構(gòu)成的組。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中基體存在的數(shù)量足以制造對(duì)于漿料的希望應(yīng)用充分的漿料pH。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中希望的應(yīng)用是從襯底去除鎢、銅、鋁或其合金；以及基體存在的數(shù)量足以產(chǎn)生酸漿料pH。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中希望的應(yīng)用是從襯底去除多晶硅或非晶硅；以及基體存在的數(shù)量足以產(chǎn)生基本漿料pH。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中基體存在的數(shù)量足以產(chǎn)生約6和約8之間的漿料pH。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，其中添加劑溶液包括第一聚合酸或其鹽以及第一基體；以及第二聚合酸或其鹽以及第二基體。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的制備包括氧化鈰顆粒的CMP漿料的方法，其中聚合酸具有不同的平均分子量以及獨(dú)立地選自由聚丙烯酸、聚丙烯酸-馬來(lái)酸和甲基乙烯基醚—馬來(lái)酸交聚物構(gòu)成的組；以及第一和第二基體獨(dú)立地選自由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨和基本胺構(gòu)成的組。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中第一和第二基體存在的數(shù)量足以制造對(duì)于漿料的希望應(yīng)用充分的漿料pH。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中第一和第二基體存在的數(shù)量足以產(chǎn)生約6和約8之間的漿料pH。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的制備包括氧化鈰的CMP漿料的方法，其中添加劑溶液還包括至少一種緩沖劑。
39.一種平整襯底的方法，包括；將襯底放置在載體上；在襯底和襯墊之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)強(qiáng)迫襯底的主表面緊靠襯墊表面；以及將漿料組合物涂敷到襯墊，以便部分漿料組合物在主表面和襯墊表面之間，漿料組合物與襯墊表面合作除去襯底的上部；其中漿料組合物包括氧化鈰顆粒，氧化鈰顆粒包括大量主要氧化鈰(CeOx)顆粒，滿(mǎn)足表達(dá)式0＜x≤2，以及其中氧化鈰顆粒在相鄰的主要氧化鈰顆粒之間形成的晶粒邊界引入次級(jí)金屬氧化物。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的平整襯底的方法，其中滿(mǎn)足表達(dá)式1＜x≤1.9；以及存在于氧化鈰顆粒中的次級(jí)金屬氧化物的濃度在約300ppm和約1000ppm之間。
41.一種次級(jí)氧化鈰顆粒，包括大量的主要氧化鈰顆粒，相鄰的主要氧化鈰顆粒被晶粒邊界分開(kāi)，其中次級(jí)金屬氧化物被引入次級(jí)氧化鈰顆粒中，次級(jí)金屬氧化物優(yōu)選在晶粒邊界處分開(kāi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的次級(jí)氧化鈰顆粒，其中存在于次級(jí)氧化鈰顆粒內(nèi)的次級(jí)金屬氧化物的濃度基于氧化鈰在約300ppm和約1000ppm之間。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的次級(jí)氧化鈰顆粒，其中存在于次級(jí)氧化鈰顆粒內(nèi)的次級(jí)金屬氧化物作為具有足夠小的主要尺寸的晶體，以便致使次級(jí)金屬氧化物基本上不可被X射線(xiàn)衍射檢測(cè)。
全文摘要
提供用于制造改進(jìn)的氧化鈰研磨劑的方法，該氧化鈰研磨劑適合于形成用于CMP工藝的漿料組合物。在更大的次級(jí)研磨顆粒中引入的主要氧化鈰顆粒的條件下，通過(guò)鈰前體化合物和雜質(zhì)金屬化合物的混合物的熱處理制造氧化鈰研磨劑。雜質(zhì)金屬和/或次級(jí)研磨顆粒內(nèi)不完全氧化的鈰的存在易于減小其機(jī)械強(qiáng)度，由此利用這種研磨劑減小CMP工藝過(guò)程中損壞襯底表面的可能性。
文檔編號(hào)C09C1/00GK1766027SQ200510092009
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月16日
發(fā)明者蘇在賢, 李東峻, 金男壽, 文成澤, 姜景汶, 安峰秀 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社