磨料颗粒、抛光浆料和使用其的半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨料颗粒和抛光浆料，且更明确地说，涉及能够将抛光的目标层的抛 光速率提高且减少微刮痕的磨料颗粒和抛光浆料。
【背景技术】
[0002] 在将含有磨料颗粒的浆料放置在衬底上后，通过抛光设备中所装备的抛光垫来进 行化学机械抛光（CMP)工艺。就此方面来说，磨料颗粒通过从抛光设备施加的压力而以机 械方式来对衬底的表面进行抛光，且浆料中所含有的化学组份与衬底的表面进行化学反应 而以化学方式移除衬底的表面的一部分。磨料颗粒可包含（例如）铈土（CeO 2)等，且可根 据抛光的目标层来选择性地使用磨料颗粒。
[0003] 同时，在制造 NAND快闪存储器的现有方法中，进行浅沟槽隔离（shallow trench isolation，STI)工艺，其中氮化物层用作为硬掩模以便形成装置隔离层。也就是说，首先 在衬底上形成氮化物层，在衬底的预定区域上形成沟槽，形成氧化物层以填充沟槽，且对氧 化物层进行抛光以形成装置隔离层。就此方面来说，使用能够确保氧化物层和氮化物层的 高抛光选择比的干燥铈土浆料来对氧化物进行抛光直到氮化物层暴露为止，且接着通过湿 式蚀刻来移除剩余氮化物层。然而，当装置规模减小到20纳米或20纳米以下时，在氮化物 层的湿式蚀刻期间，发生氧化物层的损耗，且由于氧化物层的损耗，漏电流在装置之间急剧 增加，以致于装置可能错误地操作。
[0004] 为了解决上述问题，已开发新的CMP工艺，其将用作为浮动栅极的多晶硅层用作 为抛光中止层，而不是将氮化物层用作为硬掩模。也就是说，在衬底上形成通道绝缘层和 多晶硅层，依序蚀刻多晶硅层、通道绝缘层和衬底以形成沟槽，形成绝缘层以填充沟槽，且 接着对绝缘层进行抛光，直到多晶硅层暴露为止，从而形成装置隔离层。本文中，当在CMP 工艺后，在用作为浮动栅极的多晶硅层中产生尤其为微刮痕的表面缺陷时，所产生的微刮 痕对装置的阈值电压有影响。接着，因为干燥铈土颗粒由于制造方法的限制而具有如图 1(a)?（b)所示的棱角颗粒形状和广泛颗粒大小分布，所以将这些干燥铈土颗粒用于形成 NAND快闪存储器装置的CMP工艺不可避免地产生微刮痕。与干燥铈土颗粒相比，因为潮湿 铈土颗粒具有相对窄的颗粒大小分布、不产生具有大的二次颗粒直径的颗粒、且具有如图 2(a)?（b)所示的多面体结构，所以与干燥铈土颗粒相比，潮湿铈土颗粒可大幅改进微刮 痕。然而，当潮湿铈土颗粒的大小不大于40纳米时，绝缘层的抛光速率极低，且当潮湿铈土 颗粒的大小为100纳米或100纳米以上时，由于多面体结构的尖锐晶面，微刮痕的数目急剧 增加。
[0005] 同时，第6, 221，118号和第6, 343, 976号美国专利揭示在浅沟槽隔离（STI)工艺 中用于对绝缘层进行抛光的铈土颗粒的合成方法和使用所述方法的衬底抛光方法。现有技 术还揭示用于对绝缘层进行抛光的浆料的特性所需的磨料颗粒的平均颗粒直径和颗粒直 径分布范围。然而，因为上述现有技术中所揭示的铈土颗粒实质上包含导致微刮痕的大磨 料颗粒，所以铈土颗粒不能抑制微刮痕的产生。
【发明内容】
[0006] 本发明提供能够将抛光的目标层的抛光比提高且将微刮痕减到最少的磨料颗粒 和抛光浆料。
[0007] 本发明还提供能够通过减少具有多面体结构的磨料颗粒的尖锐晶面而将抛光的 目标层的抛光比提高且将微刮痕减到最少的磨料颗粒和抛光浆料。
[0008] 根据示范性实施例，一种磨料颗粒包含：母粒，具有多面晶面；以及多个辅粒，其 形成在所述母粒的表面上且向外生长并突起。
[0009] 所述多个辅粒可分别从所述母粒的边缘部分生长及形成。
[0010] 所述多个辅粒可经形成以便覆盖位于所述多面晶面中的至少三个晶面汇合的边 缘部分中心上的晶面中的每一个的一部分。
[0011] 相互邻近的所述多个辅粒可相互间隔开或相互接触。
[0012] 相互接触的所述多个辅粒可具有范围为其最大高度的0%到70%的重叠高度。
[0013] 所述母粒和所述多个辅粒中的每一个可包含铈土颗粒。
[0014] 所述辅粒和所述母粒可按照100 : 1到5 : 1的尺寸比形成。
[0015] 所述磨料颗粒可具有范围为6纳米到350纳米的平均颗粒直径。
[0016] 所述母粒可具有范围为5纳米到300纳米的平均颗粒直径。
[0017] 所述辅粒可具有范围为1纳米到50纳米的平均颗粒直径。
[0018] 根据另一示范性实施例，一种用于对目标工件进行抛光的浆料包含：磨料颗粒，执 行抛光且具有从其表面向外突起的多个突起部；以及分散剂，含有去离子水，其中所述磨料 颗粒分散在所述去离子水中。
[0019] 所述磨料颗粒可包含多面晶面，且所述多个突起部是从所述多面晶面中的至少两 个汇合的边缘形成并生长。
[0020] 所述突起部和所述多面晶面可按照100 : 1到5 : 1的尺寸比形成。
[0021] 以固体含量计，所含有的所述磨料颗粒的量的范围可为0. 1重量％到5重量％。
[0022] 上述浆料可还包含使抛光加速的抛光加速剂，其中所述抛光加速剂包含阳离子低 分子量聚合物、阳离子高分子量聚合物、羟基酸和胺基酸，其将所述磨料颗粒的表面电位转 化为负电位。
[0023] 以1重量％的所述磨料颗粒计，所含有的所述抛光加速剂的量可为0. 01重量％到 〇. 1重量％。
[0024] 所述阳离子低分子量聚合物和所述阳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，所述羟 基酸包含羟基苯甲酸、抗坏血酸或其盐中的至少一种，且所述胺基酸包含吡啶甲酸、麸胺 酸、色胺酸、胺基丁酸或其盐中的至少一种。
[0025] 上述浆料可还包含调节所述浆料的pH值的pH值调节剂，其中所述浆料具有由所 述pH值调节剂维持在4到9的范围中的pH值。
[0026] 根据另一示范性实施例，一种制造半导体装置的方法包含：在衬底上形成通道绝 缘层和导电层；将所述导电层、所述通道绝缘层和所述衬底的预定区域蚀刻到预定深度以 形成沟槽；形成绝缘层以使得所述渠沟得以填充；以及对所述绝缘层进行抛光，以使得所 述导电层暴露，其中所述抛光是使用抛光浆料来进行的，所述抛光浆料含有磨料颗粒，所述 磨料颗粒包括母粒和形成在所述母粒的表面上的多个辅粒。
[0027] 所述导电层可包含多晶硅层，且所述绝缘层可包含基于氧化物的材料。
【附图说明】
[0028] 可结合附图从以下描述更详细地理解示范性实施例。
[0029] 图I (a)?（b)和图2 (a)?（b)展示现有的干燥铺土磨料颗粒和潮湿铺土磨料颗 粒的照片以及使用这些颗粒进行抛光的示意图。
[0030] 图3(a)?（C)为说明根据本发明的实施例的磨料颗粒的示意图。
[0031] 图4(a)?（b)、图5(a)?（b)及图6(a)?（b)为通过根据本发明的实施例的制 造方法而获得的磨料颗粒的示意图和照片。
[0032] 图7(a)?（c)为用于现有的干燥磨料颗粒和潮湿磨料颗粒与本发明的磨料颗粒 之间的比较的照片。
[0033] 图8(a)?（b)展示根据本发明的磨料颗粒的照片和使用所述磨料颗粒进行抛光 的示意图。
[0034] 图9为现有的干燥磨料颗粒和潮湿磨料颗粒与本发明的磨料颗粒的XRD曲线图。
[0035] 图10到图12为说明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的横截面图。
[0036] 图13(a)?（b)和图14(a)?（c)为根据比较例和发明实例的磨料颗粒的照片。
[0037] 图15和图16为衬底通过使用含有根据比较例和本发明的实例的磨料颗粒的浆料 而经受CMP工艺后的衬底的区段的照片。
[0038] 图17和图18为衬底通过使用含有根据比较例和本发明的实例的磨料颗粒的浆料 而经受CMP工艺后的抛光中止层的