磨料颗粒、抛光浆料和使用其的半导体装置的制造方法_3

文档序号:8245833阅读:来源:国知局
0057] 为了增大形成在母粒10的表面上的辅粒20的大小,可进行辅粒20的生长工艺至 少一次。举例来说,在维持惰性气体的气氛的状态下,还将碱性溶液添加到混合了具有母粒 10和形成在母粒10的表面上的辅粒20的磨料颗粒的混合物溶液,且进行搅拌持续5小时 或5小时以下的时间,且通过按照2 : 1到4 : 1的混合比率混合铈与去离子水而制备铈 水溶液,且接着按照0. 5°C /分的温度上升速率将铈水溶液从室温到40°C加热到100°C或 100°C以下的温度以执行热处理持续24小时或24小时以下的时间。在2小时内,将已经受 热处理的混合物溶液冷却到室温。通过上述工艺,形成了具有形成在母粒10的表面上且具 有100纳米或100纳米以下的初期颗粒直径的多个辅粒20的磨料颗粒,如图6(a)的示意 图和图6(b)的照片所示。也就是说,通过重复辅粒20的生长工艺,辅粒20的大小增大,以 使得辅粒20相互接触或相互重叠。
[0058] 如上所述,为了比较形状,在图7(a)?(c)中展示根据本发明的包含母粒10和形 成在母粒10的表面上的辅粒20的磨料颗粒以及现有的干燥铈土颗粒和潮湿铈土颗粒的照 片。也就是说,图7(a)和图7(b)为现有的干燥铈土颗粒和潮湿铈土颗粒的照片,且图7(c) 为根据本发明的磨料颗粒的照片。如图7(a)所示,因为干燥铈土颗粒为棱角状的晶体颗粒 且具有广泛颗粒直径分布,所以将干燥铈土颗粒应用于NAND快闪存储器装置的CMP工艺在 多晶硅层中不可避免地产生微刮痕,如图1(a)?(b)所示。且,如图7(b)所示,因为潮湿 铈土颗粒为多面体结构且大小较大,所以将潮湿铈土颗粒应用于NAND快闪存储器装置的 CMP工艺在多晶硅层中不可避免地产生微刮痕,如图2(a)?(b)所示。然而,如图7(c)所 示,因为相比于现有的潮湿铈土颗粒,根据本发明的磨料颗粒大小较小且不具有尖锐晶面, 所以虽然如图8(a)?(b)所示将磨料颗粒应用于NAND快闪存储器装置的CMP工艺,但在抛 光层中几乎不产生微刮痕。且,如从图9的XRD曲线图所见,根据本发明的铈土磨料颗粒具 有几乎与现有的干燥铈土颗粒和潮湿铈土颗粒相同的结晶性。因此,可理解,根据本发明的 铈土磨料颗粒具有可在用于对装置隔离层进行平坦化的CMP工艺中用作磨料颗粒的强度。
[0059] 通过在分散剂中混合根据本发明的实施例的包含母粒10和形成在母粒10的表面 上的辅粒20的磨料颗粒,可制造抛光衆料。可进一步混合抛光加速剂、pH值调节剂等。
[0060] 如上所述,磨料颗粒包含铺土母粒和形成在铺土母粒的表面上的多个铺土辅粒, 且以固体组份计,抛光浆料中所含有的磨料颗粒的量可为0. 1重量%到5重量%、优选0.25 重量%到2重量%。当所含有的磨料颗粒的量为0. 1重量%或0. 1重量%以下时,抛光速 率过低,且当所含有的磨料颗粒的量为5重量%或5重量%以上时,抛光速率过高,以致于 抛光的目标层可能被过度抛光。
[0061] 抛光加速剂可包含阴离子低分子量聚合物、阴离子高分子量聚合物、羟基酸或胺 基酸。举例来说,阴离子低分子量聚合物和阴离子高分子量聚合物可包含草酸、柠檬酸、聚 磺酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸(Darvan C-N)、其共聚物酸或其盐中的至少一种。且,羟基酸 可包含羟基苯甲酸、抗坏血酸或其盐中的至少一种。胺基酸可包含吡啶甲酸、麸胺酸、色胺 酸、胺基丁酸或其盐中的至少一种。以1重量%的磨料颗粒计,所含有的抛光加速剂的量可 为〇. 01重量%到〇. 1重量%、优选〇. 02重量%到0. 06重量%。当以磨料颗粒的重量计,抛 光加速剂的量小于0.01重量%时,分散稳定性降低,且当抛光加速剂的量超过〇. 1重量% 时,抛光的目标层的抛光可受到抑制。因此,可调节抛光加速剂的重量百分比,以使得分散 稳定性提尚,且抛光不受抑制。
[0062] 可通过使用pH值调节剂而将抛光浆料的pH值调节到4到9,优选5到9。当抛光 浆料的pH值为4或4以下时,分散稳定性降低,且当抛光浆料的pH值为9或9以上时,抛 光中止层(例如,多晶硅层)的抛光速率由于强碱性而急剧增大。
[0063] 如上所述,因为根据本发明的实施例的磨料颗粒具备形成在母粒10的表面上的 多个辅粒20,所以磨料颗粒可最大程度地减少母粒10的尖锐晶面。因此,磨料颗粒可最大 程度地抑制抛光的目标层下方的抛光中止层(例如,多晶硅层)中的微刮痕的出现,从而提 高装置可靠性和生产力。将参看图10到图12来描述通过使用含有根据本发明的实施例的 磨料颗粒的抛光浆料而制造半导体装置的方法。
[0064] 参看图10,在衬底100上形成通道绝缘层110,且接着在通道绝缘层110上形成导 电层120。衬底100可选自用于制造半导体装置的各种衬底,且可为(例如)硅衬底。通道 绝缘层110可通过使用氧化物层(SiO 2)、氮化物层(Si3N4)等而形成,且可按照单层结构或 具有至少两层的结构而形成。就这来说,绝缘层110可按照实现载流子的穿隧的厚度而形 成。且,导电层120可用作为NAND快闪存储器装置的浮动栅极,且可通过使用多晶硅层而 形成。
[0065] 参看图11,将导电层120、通道绝缘层110和衬底100的预定区域蚀刻到衬底100 的预定深度以形成多个沟槽。形成绝缘层130,以使得沟槽被填充。绝缘层130可由基于氧 化物的材料形成,例如,以下各层中的至少一种:硼磷硅玻璃(BPSG)层、磷硅玻璃(PSG)层、 高密度等离子体(HDP)层、正硅酸四乙酯(TEOS)层、未经掺杂的硅玻璃(USG)层、等离子体 增强正硅酸四乙酯(PETEOS)层和高深宽比工艺(HARP)层。另外,绝缘层130可通过物理 气相沉积(PVD)方法、化学气相沉积(CVD)方法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法、原 子层沉积(ALD)方法或组合CVD方法与ALD方法的AL-CVD方法来形成。同时,可在用绝缘 层130填充沟槽之前,通过使衬底100氧化而在沟槽的内侧表面上形成衬里氧化物层。
[0066] 参看图12,将绝缘层130填充在沟槽中的衬底100装载在CMP设备中,且接着通 过使用含有根据本发明的实施例的磨料颗粒的抛光浆料而对绝缘层130进行抛光。也就是 说,通过使用抛光设备的抛光垫和抛光浆料而对绝缘层130进行抛光,直到导电层120暴露 为止。且,为实现充足抛光,可在导电层120暴露后,还进行抛光持续一段预定时间。就这 来说,绝缘层130与导电层120的抛光选择比为10 : 1到50 : 1。因此,多个装置隔离层 140形成在导电层120之间。
[0067] 虽然图中未显示,但可在形成了装置隔离层的衬底上形成例如多晶硅层等第二导 电层,且接着进行图案化以形成浮动栅极,且可在所得衬底上形成电介质层和第三导电层, 且接着进行图案化以形成控制栅极。因此,可制造 NAND快闪存储器装置,其中,堆叠了浮动 栅极和控制栅极。
[0068] 〈实验实例〉
[0069] 磨料颗粒的制备
[0070] 如下制备根据本发明的实施例的包含母粒和形成在母粒的表面上的多个辅粒的 磨料颗粒。按照2 : 1到4 : 1的混合比率混合铈(III)盐与去离子水(例如,1千克到 4千克的铈(III)盐与0. 25千克到2千克的去离子水)以制备铈(III)水溶液,且按照 1 : 500到1 : 3000的混合比率混合铈(IV)盐与去离子水(例如,1克到3克的铈(IV) 盐与〇. 5千克到9千克的去离子水)以制备铈(IV)水溶液。按照I : 1到100 : 1的混 合比率混合铈(IV)水溶液与硝酸(例如,1千克到5千克的铈(IV)溶液与0. 1千克到5千 克的硝酸)以制备铈(IV)混合物溶液。且,混合铈(III)水溶液与铈(IV)混合物溶液以 制备铈混合物溶液。此外,在惰性气氛中在反应容器中按照1 : 2到I : 10的混合比率装 载氨水和去离子水(例如,1千克到5千克的氨水与1千克到50千克的去离子水)且接着 搅拌以制备碱性水溶液。在将铈混合物溶液放置在反应容器中且接着在维持惰性气氛的同 时搅拌的状态下,将铈混合物溶液从室温加热到100°c或100°C以下(例如,70°C到90°C ) 以执行热处理持续8小时或8小时以下的时段(例如,1小时
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