[发明专利]一种制备二氧化铈悬浮液的方法、二氧化铈悬浮液及抛光液

说明书

本发明公开了一种制备二氧化铈悬浮液的方法、二氧化铈悬浮液及抛光液。该方法是将CeO₂颗粒与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为CeO₂悬浮液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5‑2mm，优选0.5‑1.5mm。本发明方法不仅可将团聚至微米级的CeO₂颗粒粉碎至电镜下粒径为90‑150nm的纳米颗粒，显著改善了CeO₂颗粒的团聚和板结现象，还能得到稳定性好的CeO₂悬浮液，得到的悬浮液静置7天后仍无明显沉降。

技术领域

本发明涉及STI CMP用抛光液的制备技术领域，特别是涉及一种制备二氧化铈悬浮液的方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical-mechanical polishing，CMP)是超大规模集成电路制造中唯一可同时实现全局平坦化和局部平坦化的技术，其中浅沟槽隔离化学机械抛光(STICMP)是集成电路制造的一个重要工序。

STI是用来形成隔离器件的结构，STI结构的形成过程具体为：在硅晶片上先沉积一层较薄(约为10nm)的四乙基正硅酸盐(Tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)基二氧化硅，再在其上沉积一层厚度约为35nm的氮化硅膜层，这层TEOS二氧化硅是为了缓冲氮化硅膜层和硅晶片之间的应力以减轻或避免对硅晶片带来的损伤。然后在硅晶片的表面进行刻蚀形成隔离沟槽；再用高密度等离子体(High Density Plasma，HDP)二氧化硅涂覆硅晶片表面，以对沟槽进行填充。沟槽被HDP SiO₂充分填充后，用抛光液将沟槽外的硅晶片表面的HDP SiO₂以CMP的方式去除，并在氮化硅膜层表面停止抛光。然后用高温的磷酸对氮化硅膜层进行刻蚀以将氮化硅去除，HDP SiO₂因为不被磷酸刻蚀而被保留，于是在硅晶片表面形成了STI结构。可见，STI CMP要求抛光液在SiO₂和Si₃N₄之间具有高的去除选择性，以保证沟槽外的HDP SiO₂层被彻底去除且Si₃N₄层被保留。

STI CMP工艺中使用的抛光液主要成分为CeO₂悬浮液，该悬浮液中的二氧化铈(CeO₂)颗粒(直径为20nm至1μm)对SiO₂和Si₃N₄具有高的去除选择性。制备CeO₂悬浮液的通常过程是将制备得到的CeO₂颗粒分散至水中形成CeO₂悬浮液。然而，由于CeO₂颗粒在空气中的毛细力作用下通常会发生团聚，粘在一起形成结块，很难在水中对结块直接分散，这样得到的CeO₂悬浮液一般静置1天就会出现明显沉降，稳定性较差，用于抛光不仅会降低SiO₂的去除速率，还会增加表面划痕，导致抛光后SiO₂层的表面缺陷多(见Lei H,Lu H,Luo J etal.“Preparation ofα-alumina-g-polyacrylamide composite abrasive and chemicalmechanical polishing behavior”[J].Thin Solid Films,2008,516(10):3005–3008.)，抛光后表面质量差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种制备CeO2悬浮液的方法，该方法制备出的CeO2悬浮液的稳定性得以提高。该方法将CeO2颗粒与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为CeO2悬浮液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5-2mm，优选0.5-1.5mm。

粉碎时球磨机中的磨球与CeO2颗粒的质量比为2-8，优选5-7。

粉碎时水与CeO2颗粒的质量比为2-32，优选8-32。