CN101495592A

CN101495592A - 二氧化铈粉末、制备该粉末的方法以及包含该粉末的cmp浆料

Info

Publication number: CN101495592A
Application number: CNA2007800277737A
Authority: CN
Inventors: 吴明焕; 曹昇范; 鲁埈硕; 金种珌; 金长烈
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明公开了一种用于CMP磨料的二氧化铈粉末，该粉末可以在半导体制造工艺中化学机械抛光期间改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和/或晶片内不均匀性(WIWNU)。更具体而言，所述二氧化铈粉末通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体而制得。同样，本发明公开了包含用二氧化铈粉末作为磨料的CMP浆料以及使用该CMP浆料作为抛光浆料的用于半导体器件的浅沟槽隔离方法。

Description

二氧化铈粉末、制备该粉末的方法以及包含该粉末的CMP浆料

技术领域

本发明涉及用于CMP磨料的二氧化铈粉末，该粉末可以在半导体制造工艺中化学机械抛光期间改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和/或晶片内不均匀性(WIWNU)。本发明还涉及包含该二氧化铈粉末的CMP浆料。

背景技术

通常，在当前的半导体制造工艺中倾向于增大晶片直径来实现ULSI(超大规模集成电路)的高度集成化。同样，当前的半导体制造要服从包括最小行宽要求为0.13μm或更小的更严格标准。此外，为了提高半导体器件的品质，本质上需要在晶片上形成多重互连(multipleinterconnection)或多层互连结构的步骤。然而，在实施上述技术中的一种之后出现的非平坦化引起了许多问题，如后续步骤中的余地变小或晶体管或器件的质量下降。因此，平坦化加工已被应用于各种步骤中，以便解决这些问题。

这些平坦化技术中的一种为CMP(化学机械抛光)。在CMP加工的过程中，将晶片表面压在相对于该表面旋转的抛光垫上，并在抛光处理过程中向抛光垫加入化学活性浆料。该CMP技术通过化学和物理作用实现了晶片表面的平坦化。

该CMP技术可被用于浅沟槽隔离(STI)加工，且特别是在沉积绝缘二氧化硅层104之后在抛光绝缘二氧化硅层104直到暴露出氮化硅蚀刻停止层(etch-stop layer)102以使晶片上的沟槽103可嵌入其内的步骤中(见图1中(b)和(c))。于此，与二氧化硅层相比，氮化硅层的强度和硬度高约三倍，因而二氧化硅层的抛光速率高于氮化硅层的抛光速率。优选不去除氮化硅层。换句话说，理想的是二氧化硅层对氮化硅层的抛光速率(在下文中也被称为‘绝缘二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性’)是无穷大的。

然而，常规CMP浆料的绝缘二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性较低，约为4∶1。因此，在实际的CMP加工中，氮化硅层被抛光的程度超出了可接受的范围。结果，在CMP加工过程中，可能依据晶片上的位置而非均匀地去除氮化硅层图案。因此，氮化硅蚀刻停止层在整个晶片范围内具有显著可变的厚度。在STI加工过程中，这引起在其上形成有沟槽的最终结构中作用区和场效应区之间的水平差，导致用于制备半导体器件的后续步骤的余地变小，并使晶体管和器件的质量下降。特别是，在半导体晶片同时具有不同密度的图案的情况下，这是一个严重的问题。

除局部平坦化的上述问题之外，常规CMP加工显示出较低的晶片内不均匀性(WIWNU)。换句话说，在根据常规CMP加工的抛光过程中，晶片的中央部与其周边部相比被显著抛光，导致形成具有U状或W状整体形状的纵截面。人们认为这是因为加压晶片和抛光垫的机械压力分布不均匀，从而使抛光浆料或抛光颗粒不能均匀分布并且晶片的中央部要经过相对较高的抛光速率。

为了解决与WIWNU相关的上述问题，实际的半导体制造工艺采用用于氮化硅层的较大加工余地以便确保CMP的可靠终止。例如，氮化硅层具有较大的初始厚度以补偿在抛光之后晶片的中央部与周边部之间的氮化硅层的厚度差。然而，这样导致该工艺的成本效率下降。

发明内容

技术问题

因此，鉴于上述问题，已经完成本发明。本发明的发明人发现，当使用由煅烧碳酸铈制得的二氧化铈粉末作为CMP浆料的磨料时，在CMP加工过程中碳酸铈的晶体结构显著影响二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性或WIWNU。

本发明的发明人还发现，当使用由具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体制得的二氧化铈粉末作为CMP浆料的磨料时，可以改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU中的任一或两者。

本发明基于这些发现。

技术方案

根据本发明的一个技术方案，提供了一种制备二氧化铈粉末的方法，该方法使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体。

根据本发明的另一技术方案，提供了包含至少50vol％的六方片状颗粒的二氧化铈粉末，所述颗粒的至少一边具有120°±20°的角；包含用所述二氧化铈粉末作为磨料的CMP浆料；以及特征在于使用所述CMP浆料作为抛光浆料的用于半导体器件的浅沟槽隔离方法。

根据本发明的又一技术方案，提供了一种控制二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU中的任一或两者的方法，该方法使用由具有六方晶系结构的碳酸铈制备的二氧化铈作为CMP浆料的磨料。

在下文中，将更加详细说明本发明。

通常，CMP浆料包含磨料、分散剂和水。

迄今为止，经由使用分散稳定剂或添加剂改变CMP浆料的化学组成，人们已经进行了许多尝试来改善CMP浆料的抛光特性，包括二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU。

同时，通常认为，基于如二氧化铈的常规磨料的抛光是通过作为主要抛光机制的机械抛光进行的，所述机械抛光是通过重复一系列步骤完成的，所述步骤包括(i)水合要被抛光的表面(其生成物为‘-Si(OH)₃’)；(ii)用磨料将水合层机械去除；和(iii)在溶液中分散和溶解所去除的硅水合物(Si(OH)₄)。

另外，在已知的论文中公开了当使用二氧化铈作为磨料时，该二氧化铈可以化学作用于二氧化硅层(Journal of Non-Crystalline Solids，283(2001)pp 129-136)。也就是说，二氧化铈可以通过以下机制化学抛光二氧化硅层：其中由于二氧化铈与二氧化硅之间的高反应性而发生Si-O-Ce化学键接以及二氧化铈以扯掉二氧化硅团块的方式从二氧化硅层的表面去除二氧化硅。

换句话说，当使用二氧化铈作为磨料时，二氧化铈的理化性质可影响氮化硅层的抛光速率和二氧化硅层的抛光速率。同样，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU取决于氮化硅层和二氧化硅层的抛光速率。因此，为了改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性或WIWNU，改进二氧化铈的理化性质是必要的。

在这种改进的一部分中，在经由固相法制备二氧化铈的过程中可改变煅烧条件。通过在高温下煅烧碳酸铈可制备二氧化铈，并且所生成的二氧化铈的理化性质可根据煅烧条件而变化，如煅烧温度或煅烧方法。因此，可以预计通过经由改变碳酸铈的煅烧条件而调节氮化硅层和二氧化硅层的抛光速率可以控制二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU。

然而，根据本发明的发明人进行的实验，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU受到碳酸铈的晶体结构而不是碳酸铈的煅烧条件的影响。也就是说，从实验结果可以看出，当氮化硅层和二氧化硅层的抛光速率随着碳酸铈的煅烧温度增加而增大时，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU不显著取决于碳酸铈的煅烧温度而是显著受到碳酸铈的晶体结构的影响。

因此，本发明的发明人认为，用于制备二氧化铈粉末的作为前体的碳酸铈的晶体结构是影响二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU的最重要的因素。结果，本发明提供了一种二氧化铈粉末，其作为CMP浆料的磨料能够赋予极好的二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU。更具体而言，本发明的特征在于使用二氧化铈粉末作为用于CMP浆料的磨料，所述二氧化铈粉末通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体而制备。

根据碳酸盐官能团及吸附到该处的羟基的数量，作为二氧化铈的前体的碳酸铈具有不同的晶体结构。因此，甚至在施用相同氧化方法来制备二氧化铈时，根据碳酸铈的晶体结构，所生成的二氧化铈可具有不同的结晶度、比表面积、孔隙分布、硬度等。

例如，通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体制备的二氧化铈包含彼此微弱结合的具有均一尺寸的晶粒。因此，当使用该二氧化铈作为磨料时，该晶粒被从抛光垫施加的机械力碾碎成均一尺寸并抛光要被抛光的表面。因此，能够在整个晶片范围内提供极好的WIWNU。

另外，当抛光具有较高硬度的氮化硅层时，该二氧化铈更加容易碾碎，以使其可被转变成小颗粒并且可显著降低氮化硅层的抛光速率。同时，因为该二氧化铈具有宽的孔径分布和极好的化学表面活性，所以当抛光二氧化硅层时其显示增加的化学抛光速率，并且保持极好的抛光速率而不引起二氧化硅层的抛光速率的显著下降。因此，当使用根据本发明的二氧化铈粉末作为磨料时，可以提高二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性。

更具体而言，当根据本发明使用由使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体制备的二氧化铈作为CMP浆料的磨料时，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性可为至少30，并且δWIWNU(晶片内不均匀性)(％)可为10％或更小。当与通过使用由具有正交晶结构的碳酸铈或镧石-(Ce)碳酸铈作为前体制备的二氧化铈粉末得到的CMP结果相比，上述抛光选择性和WIWNU得到了改善。此处，δWIWNU(％)定义为晶片厚度的标准偏差除以抛光后的平均厚度。通常，越低的δWIWNU值表示越高的平坦化程度。

同时，根据本发明制得的二氧化铈具有低硬度并且可容易碾碎，因此解决了由粗颗粒引起的微小刮痕问题。

根据本发明通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体制得的二氧化铈粉末可具有六方片状颗粒形状。

本发明的发明人已对二氧化铈粉末进行了研究并已发现经由固相法制备的二氧化铈粉末常常保持用作前体的碳酸铈颗粒的形状和尺寸。根据本发明的二氧化铈粉末是通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体而制得，并且该具有六方晶系结构的碳酸铈常常具有六方片状颗粒形状。因此，根据本发明的二氧化铈粉末可具有六方片状颗粒形状。

因此，根据本发明的二氧化铈粉末可包括至少一边具有120°±20°且优选120°±10°的角的六方片状颗粒。另外，基于其总体积，所述二氧化铈粉末可包含至少50vol％的六方片状颗粒。该比例可从扫描电子显微镜(SEM)拍摄的照片的多层(multiple sheet)中统计确定。

同时，根据本发明的二氧化铈粉末的晶粒尺寸优选为5nm～60nm。如果晶粒尺寸小于5nm，则抛光速率减小。如果晶粒尺寸大于60nm，则要被抛光的表面可被严重刮伤。在用X射线衍射仪测量二氧化铈的主峰的半峰宽之后，通过使用谢乐公式(Scherrer Equation)计算晶粒尺寸。

根据本发明制备二氧化铈粉末的方法没有特别限定，只要该方法包括将具有六方晶系结构的碳酸铈进行煅烧的步骤。

优选地，根据本发明制备二氧化铈粉末的方法包括以下步骤：

(a)将具有六方晶系结构的碳酸铈进行第一煅烧；和

(b)在高于第一煅烧温度的温度下，将由第一煅烧步骤制得的粉末进行第二煅烧。

步骤(a)是将具有六方晶系结构的碳酸铈进行第一煅烧(热处理)以使碳酸铈经过相变成二氧化铈的步骤。

此处，碳酸铈没有特别限定，只要该碳酸铈具有六方晶系结构。可以使用本领域技术人员通常已知的任何碳酸铈。该碳酸铈可通过使用本领域通常使用的常规方法制得。例如，通过硝酸铈和碳酸铵间进行沉淀或者在高压下通过它们之间进行水热反应可制备碳酸铈。

另外，具有六方晶系结构的碳酸铈的粒度没有特别限定。优选地，碳酸铈的平均粒径为0.1～20μm。如果碳酸铈的平均直径小于0.1μm，则最终二氧化铈粉末的平均直径会小于50nm，导致抛光速率显著下降。如果碳酸铈的平均直径大于20μm，则由第二煅烧步骤制得的粉末的粉碎和分散需要长时间，并且最终二氧化铈粉末具有宽的粒度分布。

同时，通过在200～400℃的温度下热处理碳酸铈6～100小时可进行第一煅烧步骤。如果第一煅烧温度低于200℃，则不能实现从碳酸铈到二氧化铈的完全相变。如果第一煅烧温度高于400℃，则最终形成的二氧化铈具有不合需要的大粒度或不合需要的高硬度，从而氮化硅层会经受高抛光速率(二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性降低)或者要被抛光的表面可产生微小刮痕。

另外，当在步骤(b)中将由第一煅烧步骤制得的二氧化铈进行第二煅烧(热处理)步骤时，二氧化铈晶体生长以增加晶粒的尺寸并形成具有宽的孔径分布的粉末。因此，当使用所生成的二氧化铈粉末作为磨料时，可以改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和/或WIWNU。

可在600～1,200℃且优选800～900℃的温度下进行第二煅烧(热处理)步骤30分钟～6小时。如果第二煅烧温度在上述范围外，则氮化硅层的抛光速率会增大。

虽然第一和第二煅烧步骤可在空气中进行，但优选在氧氛下进行。另外，煅烧可通过使用常规加热器进行，例如箱式炉、自动输送式连续炉或旋转连续炉。

同时，制备二氧化铈的方法可非必需地进一步包括在步骤(a)和步骤(b)之间碾碎第一煅烧步骤制得的粉末的步骤。

该碾碎步骤是为了通过粉碎粗颗粒来对它们进行预处理以便能够在第二煅烧步骤中更加均一地进行后续反应。由该碾碎步骤制得的二氧化铈粉末的平均直径为0.03～0.2μm。

可以使用本领域技术人员已知的任何常规碾碎方法而没有特别限定，并且优选使用干碾碎方法。这种方法的非限定实例包括喷射磨法、盘式磨法、珠式磨(beads mill)法等。

同时，根据本发明的CMP浆料包含磨料、分散剂和水，其中，所述磨料为通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体制得的二氧化铈粉末。

二氧化铈粉末的优选用量为每100重量份的浆料0.1～50重量份。如果磨料二氧化铈粉末的用量小于0.1重量份，则二氧化硅层的抛光速率会显著降低。如果二氧化铈粉末的用量大于50重量份，则所生成的浆料可具有不合需要的高粘度，因而在分散和抛光步骤过程中不能以稳定的浆料存在。

本发明中可使用的分散剂包括非离子聚合物分散剂或阴离子聚合物分散剂。非离子聚合物分散剂包括选自聚乙烯醇(PVA)、乙二醇(EG)、甘油、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种化合物。阴离子聚合物分散剂包括选自聚丙烯酸、聚丙烯酸铵和聚丙烯酰基马来酸(polyacrylmaleic acid)中的至少一种化合物。但是，本发明的范围不限于此。

优选分散剂的用量为每100重量份的磨料0.5～10重量份。如果分散剂的用量小于0.5重量份，则浆料具有较低分散性并且产生快速沉淀。因此，当输送抛光浆料时，由于这种沉淀(固液分离)导致不能均匀供给磨料。如果分散剂的用量大于10重量份，则在抛光步骤过程中不能实现足够水平的抛光选择性。

优选地，在二氧化铈粉末和分散剂与水混合之后滴定CMP浆料至pH 6～8。为滴定，可以使用1N KOH或1N HNO₃。

在完成滴定之后，优选进行分散稳定步骤以提高CMP浆料的分散稳定性和贮存稳定性。优选经由能够精细和准确控制粒度的湿碾碎/分散法进行分散稳定步骤。这种方法包括球磨法、磨盘式磨法等。

此处，在分散稳定步骤后制得的最终形成的CMP浆料中，优选二氧化铈粉末的最大粒度为小于3μm并且平均粒径为50～1,000nm。如果二氧化铈粉末的平均粒径小于50nm，则要被抛光的表面的抛光速率太低。如果二氧化铈粉末的平均粒径大于1,000nm，则氮化硅层的抛光速率增大(抛光选择性降低)，表面产生微小刮痕，或者浆料具有低贮存稳定性。通过使用粒度分布测量***(Horiba LA-910)测量上述粒度。

根据本发明的CMP浆料包含磨料、分散剂和其它添加剂，每种以预定量存在，并且进一步包含余量的水。

同时，根据本发明的CMP浆料可进一步包含用于提高抛光品质的添加剂。该添加剂包括重均分子量为500或更小且包含羟基(OH)和羧基(COOH)中的任一种或两者的单体物质、重均分子量为2,000～50,000的线性聚合物物质或者重均分子量为1,000～20,000的接枝型聚电解质，但不限于此。

此外，本发明提供一种使用上述CMP浆料作为抛光浆料的STI(浅沟槽隔离)方法。根据本领域当前所用的方法可进行该STI方法。

例如，该STI方法包括以下步骤：

(a)在半导体晶片100上连续堆叠二氧化硅(SiO₂)层垫101和氮化硅蚀刻停止层102，形成光刻胶图案，以及通过使用掩膜部分蚀刻光刻胶图案以形成具有预定深度的沟槽103；

(b)沉积绝缘二氧化硅层104以使沟槽嵌入其内；

(c)抛光(CMP)绝缘二氧化硅层104直到暴露出氮化硅蚀刻停止层102；和

(d)通过蚀刻去除二氧化硅层垫101和氮化硅蚀刻停止层102，并在半导体晶片上形成二氧化硅栅层(gate silicon oxide layer)105(见图1)。

此外，本发明提供一种在使用二氧化铈作为磨料的CMP加工过程中控制二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU种的任一或两者的方法，所述二氧化铈由具有六方晶系结构的碳酸铈制得。此处，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性可为至少30，并且δWIWNU(％)为10％或更小。

附图说明

图1为显示常规浅沟槽隔离(STI)方法的示意图；

100：半导体晶片

101：二氧化硅(SiO₂)层垫

102：氮化硅蚀刻停止层

103：沟槽

104：绝缘二氧化硅层

105：二氧化硅栅层105。

图2为根据实施例和比较实施例用作二氧化铈粉末的前体的碳酸铈的X射线衍射(XRD)图。

图3为根据实施例和比较实施例制得的二氧化铈粉末的X射线衍射(XRD)图。

图4为用扫描电子显微镜(SEM)拍摄的实施例1中所用的碳酸铈粉末的照片。

图5为用扫描电子显微镜(SEM)拍摄的由实施例1制得的二氧化铈粉末的照片。

具体实施方式

现将详细说明本发明的优选实施方式。可以理解，下列实施例仅为说明性的而本发明不限于此。

实施例1

<二氧化铈粉末的制备>

首先，将1kg具有六方晶系结构的碳酸铈粉末(见图2中XRD数据)装入氧化铝坩锅，在向其中充分供应空气的氧化气氛下在350℃煅烧12小时，以及通过使用喷射磨将其碾碎。将碾碎的粉末进一步在750℃煅烧2小时以制得浅黄色二氧化铈粉末。

在通过XRD分析之后，如图3中所示，可以看出完成了从碳酸铈到二氧化铈的完全相变。

图5为用SEM拍摄的二氧化铈粉末的照片。

<CMP浆料的制备>

通过使用0.5kg如上所述制得的二氧化铈粉末、25g分散剂(购自Aldrich的聚丙烯酸)和5L纯水制备二氧化铈分散液。用氨水滴定二氧化铈分散液至pH 7.5，并使用球磨机进行分散稳定和粒度改进步骤。此处，在球磨机中使用1kg尺寸为1mm的氧化锆珠并且球磨机以250rpm的速度运转2小时。

用1μm过滤器过滤二氧化铈分散液，并且向其中加入纯水以使二氧化铈的含量为每100重量份的总混合物1重量份以提供二氧化铈浆料。通过使用粒度分布测量***(Horiba LA-910)测量，二氧化铈的平均粒径为180nm且粒度分布为约70～300nm。

同时，将氢氧化铵(NH₄OH)加入到1wt％的葡糖酸水溶液至pH为7.2以形成葡糖酸混合溶液。

然后，将2重量份的葡糖酸混合溶液与100重量份的二氧化铈粉末混合以提供最终CMP浆料。

实施例2

除了在850℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为176nm且粒度分布为70～300nm。

实施例3

除了在950℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为182nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例1

除了使用具有正交晶结构的碳酸铈(见图2中XRD数据)来制备二氧化铈粉末之外，以与实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。

二氧化铈的XRD分析结果示于图3中。

同时，分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为188nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例2

除了在850℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与比较实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为181nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例3

除了在950℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与比较实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为184nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例4

除了使用镧石-(Ce)碳酸铈(见图2中XRD数据)来制备二氧化铈粉末之外，以与实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。

二氧化铈的XRD分析结果示于图3中。

同时，分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为183nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例5

除了在850℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与比较实施例4中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为180nm且粒度分布为70～300nm。

比较实施例6

除了在950℃进行第二煅烧步骤2小时之外，以与比较实施例1中所述的相同方式提供包含相同成分的二氧化铈粉末和CMP浆料。分散在CMP浆料中的二氧化铈粉末的平均粒径为181nm且粒度分布为70～300nm。

实验实施例1

在下列条件下使用根据实施例1～3和比较实施例1～6的CMP浆料进行抛光步骤1分钟。彻底清洗基板以测量抛光后的厚度变化并且评价抛光品质。结果示于下表1中。

[抛光条件]

抛光***：GNP POLY 400(GNP科技)

抛光垫：聚氨酯垫

压板速度：90rpm

载体速度：90rpm

压力：4psi

浆料流动速率：100ml/min.

[要被抛光的物体]

由PECVD(等离子体增强化学气相沉积)使其上沉积SiO₂层至7000

的二氧化硅(SiO₂)晶片

由LPCVD(低压化学气相沉积)使其上沉积SiN层至1500

的氮化硅(SiN)晶片

[评价]

通过使用光学厚度测量***，即Nanospec 6100(Nanometrics Co.)，测量抛光后各层的厚度变化。

根据标准偏差不均匀性(ASTM)计算δ不均匀性(δ晶片内不均匀性)。

[表1]

从上述实验结果可以看出，二氧化硅层的抛光速率和氮化硅层的抛光速率随着第二煅烧温度的增加而增大。具体而言，二氧化硅层的抛光速率和氮化硅层的抛光速率不是显著受碳酸铈的晶体结构影响，而是受碳酸铈的第二煅烧温度影响。

同时，WIWNU不是显著受碳酸铈的第二煅烧温度影响，而是显著受碳酸铈的晶体结构的影响。具体而言，与比较实施例1～6的CMP浆料相比，使用根据本发明的由具有六方晶系结构的碳酸铈制得的二氧化铈粉末的实施例1～3的CMP浆料显示了改进4～10倍的δWIWNU值。

另外，实施例1～3的CMP浆料显示了在800℃～900℃范围的第二煅烧温度下最低的氮化硅层的抛光速率，导致最高的抛光选择性。这说明，与由具有不同晶体结构的碳酸铈制得的其它二氧化铈粉末相比，当使用由具有六方结构的碳酸铈作为前体制得的二氧化铈粉末作为磨料时，二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性对第二煅烧温度的依赖性较低。

工业实用性

从以上描述可以看出，根据本发明的二氧化铈粉末通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈制得。当使用二氧化铈粉末作为CMP浆料的磨料时，可以提供足够的二氧化硅层的抛光速率同时显著降低氮化硅层的抛光速率，从而改善二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和WIWNU。

另外，这种改善的晶片平坦化程度用于制造半导体器件可以改善器件的可靠性和产率，并且可以有助于改进超小型半导体器件的集成化程度。

虽然出于说明目的已经描述了本发明的几种优选实施方式，本领域技术人员将理解，在没有偏离如在所附权利要求书中公开的本发明的范围和实质的情况下，各种改变、添加和替代是可能的。

Claims

1、一种制备二氧化铈粉末的方法，该方法使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述二氧化铈粉末用于化学机械抛光。

3、如权利要求1所述的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将具有六方晶系结构的碳酸铈进行第一煅烧；和

4、如权利要求1所述的方法，其中，所述具有六方晶系结构的碳酸铈具有0.1～20μm的平均粒径。

5、如权利要求3所述的方法，其中，在200～400℃的温度下进行第一煅烧步骤6～100小时。

6、如权利要求3所述的方法，其中，在600～1200℃的温度下进行第二煅烧步骤30分钟～6小时。

7、如权利要求3所述的方法，该方法进一步包括在步骤(a)和步骤(b)之间的碾碎第一煅烧步骤制得的粉末的步骤。

8、一种二氧化铈粉末，该粉末包含至少50vol％的六方片状颗粒，所述颗粒的至少一边具有120°±20°的角，并且所述二氧化铈粉末通过使用具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体而制得。

9、如权利要求8所述的二氧化铈粉末，该粉末通过权利要求1～7的任一项中所述的方法制得。

10、如权利要求8所述的二氧化铈粉末，该粉末包括平均尺寸为5nm～60nm的晶粒。

11、如权利要求8所述的二氧化铈粉末，该粉末提供至少30的二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性。

12、如权利要求8所述的二氧化铈粉末，该粉末提供10％或更小的δWIWNU(晶片内不均匀性)(％)。

13、一种CMP浆料，其包含磨料、分散剂和水，其中，所述磨料包括权利要求8中所定义的二氧化铈粉末。

14、如权利要求13所述的CMP浆料，该浆料包含每100重量份的浆料0.1～50重量份的二氧化铈粉末和每100重量份的磨料0.5～10重量份的分散剂。

15、如权利要求13所述的CMP浆料，其中，所述分散剂为非离子聚合物或阴离子聚合物。

16、如权利要求13所述的CMP浆料，其中，所述分散剂选自聚乙烯醇、乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵和聚丙烯酰基马来酸中。

17、一种用于半导体器件的浅沟槽隔离(STI)方法，该方法使用权利要求13中所限定的CMP浆料作为抛光浆料。

18、一种控制二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性和δWIWNU中的任一或两者的方法，该方法使用根据权利要求1～7的任一项中所限定的方法由具有六方晶系结构的碳酸铈作为前体而制得的二氧化铈粉末作为CMP浆料的磨料。

19、如权利要求18所述的方法，其中，所述二氧化硅层对氮化硅层的抛光选择性为至少30。

20、如权利要求18所述的方法，其中，所述δWIWNU(晶片内不均匀性)(％)为10％或更小。