对相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2019-0113140的优先权、以及由其产生的所有权益，将其全部内容通过引用引入本文中。
本公开内容涉及碳磨料(研磨剂)、抛光浆料和制造半导体器件的方法。
背景技术：
随着电子器件在尺寸上减小并且集成电路被小型化，需要形成精细结构例如若干纳米的金属线或浅沟槽隔离特征的方法并且其是令人感兴趣的。在精细结构的形成期间，可进行抛光工艺以产生具有精细结构的平坦表面。抛光工艺之一是化学机械抛光(cmp)。化学机械抛光是包括如下的工艺：在待抛光的基材和抛光垫之间提供抛光浆料并使半导体基材的表面与抛光垫接触，以及通过施加压力并且旋转抛光垫和/或半导体基材而使用抛光垫将半导体基材的表面平坦化。
技术实现要素：
一种实施方式提供能够在减少结构的损坏和形状变形的同时改善抛光速率的碳磨料。
另一实施方式提供包括所述碳磨料的抛光浆料。
另一实施方式提供使用所述抛光浆料制造半导体器件的方法。
根据一种实施方式，碳磨料包括：碳纳米颗粒，以及设置在所述碳纳米颗粒的表面上的带正电的聚合物。
所述碳纳米颗粒可包括如下的至少一种：富勒烯、富勒烯衍生物、石墨烯、石墨、碳纳米管、或碳点。
所述碳纳米颗粒的平均直径可小于约3纳米(nm)。
所述碳磨料的平均直径可为所述碳纳米颗粒的平均直径的约2至约10倍大。
所述碳磨料的平均直径可为约2nm至约10nm。
所述带正电的聚合物可选自可溶解或分散于水中的聚合物。
所述带正电的聚合物可包括含氮官能团。
所述含氮官能团可包括如下的至少一种：氨基基团、胺基团、铵基团、或含氮杂环基团。
所述带正电的聚合物可包括聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物。
所述聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物的重均分子量可为约3,000克/摩尔(g/mol)至约150,000g/mol。
所述带正电的聚合物可吸附至所述碳纳米颗粒的表面，或者所述带正电的聚合物可键合至所述碳纳米颗粒的表面。
所述碳纳米颗粒可被所述带正电的聚合物钝化。
所述碳纳米颗粒与所述带正电的聚合物的重量比可在约1:5至约1:1000的范围内。
所述碳磨料在水中可呈现(带有)正电荷。
根据另一实施方式，提供包括所述碳磨料的抛光浆料。
所述抛光浆料可进一步包括氧化剂、螯合剂、表面活性剂、分散剂、ph控制剂、溶剂、或其组合。
根据另一实施方式，制造半导体器件的方法包括：在基材上形成包括第一材料的第一层，在所述第一层中形成多个沟槽，在所述第一层上和在所述沟槽内形成包括第二材料的第二层，所述第二材料不同于所述第一材料，以及使用所述抛光浆料将所述第二层的表面化学机械抛光。
所述第二材料可为金属或绝缘体。
所述第一材料可为氮化硅，且所述第二材料可为氧化硅。
所述抛光浆料的所述第二层相对于所述第一层的抛光选择性可大于或等于约500。
所述碳磨料可替代常规的氧化物磨料例如二氧化硅，且因此可在减少精细结构的损坏和形状变形的同时改善抛光选择性。
附图说明
图1-4为显示根据实施方式的制造半导体器件的方法的横截面图。
图1展示在基材上的第一层；
图2展示具有在图1的第一层中形成的沟槽的在基材上的第一层；
图3展示在图2的沟槽内和在图2的第一层之上形成的第二层；和
图4展示图3的第二层的平坦化。
具体实施方式
在下文中将详细地描述实例实施方式，并且其可由具有相关领域中的普通技能的人员容易地实施。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现，并且将不被解释为限于本文中阐明的实例实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开内容将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
将理解，当一个元件例如层、膜、区域或基材被称作“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。
本文中使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如本文中使用的，单数形式“一种(个)(不定冠词)(a，an)”和“所述(该)”意图包括复数形式，包括“至少一种(个)”，除非上下文清楚地另外说明。“至少一种(个)”将不被解释为限制“一种(个)”。“或”意味着“和/或”。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任何和全部组合。将进一步理解，术语“包含”或“包括”当用在本说明书中时，表示存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一个或多个另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分、和/或其集合。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值的偏差在一种或多种标准偏差范围内，或在±30％、20％、10％或5％范围内。
除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。将进一步理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致，并且将不以理想化或过于形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。
在本文中参照作为理想化实施方式的示意图的横截面图描述示例性实施方式。这样，将预计到作为例如制造技术和/或公差的结果的与图的形状的偏差。因而，本文中描述的实施方式不应解释为限于如本文中所示的区域的具体形状，而是包括由例如制造所造成的形状上的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域典型地可具有粗糙的和/或非线性的特征。此外，所图示的尖锐的角可为圆形的。因而，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状不意图说明区域的精确形状且不意图限制本权利要求的范围。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用来描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另一元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
如本文中使用的，“聚合物”指的是聚合物(高聚物)、低聚物、或其组合。
在下文中，描述根据实施方式的磨料和包括所述磨料的抛光浆料。
根据一种实施方式，所述磨料可为碳磨料，且所述碳磨料可包括：碳纳米颗粒，以及设置在所述碳纳米颗粒的表面上的聚合物。
所述碳纳米颗粒可为由碳制成或包括碳的纳米颗粒，例如由碳组成或包括碳作为主要元素成分的二维或三维纳米颗粒。
所述碳纳米颗粒可为具有小于约10纳米(nm)、小于约8nm、小于约7nm、小于约5nm、例如小于约3nm、小于约2nm、或小于约1nm的平均粒径的颗粒。所述碳纳米颗粒可为具有在大于或等于约0.01nm且小于约10nm、大于或等于约0.01nm且小于约8nm、大于或等于约0.01nm且小于约7nm、大于或等于约0.01nm且小于约5nm、大于或等于约0.01nm且小于约3nm、大于或等于约0.01nm且小于约2nm、或者大于或等于约0.01nm且小于约1nm的范围内的平均粒径的颗粒。
所述碳纳米颗粒可包括例如富勒烯、富勒烯衍生物、石墨烯、石墨、碳纳米管、碳点、或其组合。例如，所述碳纳米颗粒可为富勒烯或富勒烯衍生物。所述富勒烯可为例如c60、c70、c74、c76或c78，但不限于此。富勒烯衍生物为已经用例如如下进行表面官能化的富勒烯：亲水性基团例如氨基基团、多氨基基团、羧酸基团、羟基基团、多羟基基团、巯基基团、羧基、羰基基团、酰胺基团、磷酸盐基团、或者含有前述基团的亲水性或两亲性聚合物。
例如，所述富勒烯衍生物可为亲水性富勒烯，并且所述亲水性富勒烯可具有其中至少一个亲水性官能团键合至富勒烯核心的结构。所述富勒烯核心可为例如c60、c70、c74、c76或c78，但不限于此。所述亲水性官能团可为例如羟基基团、氨基基团、羰基基团、羧基基团、巯基基团和磷酸盐基团的至少一种，但不限于此。所述亲水性官能团可为例如羟基基团。
所述亲水性富勒烯可包括每个富勒烯核心平均至少2个亲水性官能团、例如平均2-44个亲水性官能团、平均8-44个亲水性官能团、平均12-44个亲水性官能团、平均24-44个亲水性官能团、平均24-40个亲水性官能团、平均24-38个亲水性官能团、平均32-44个亲水性官能团、平均32-40个亲水性官能团、或平均32-38个亲水性官能团。
例如，所述亲水性富勒烯可为羟基富勒烯，且所述羟基富勒烯可由cx(oh)y(其中，x可为60、70、74、76或78，且y可为2-44)表示。在这里，所述羟基富勒烯的羟基基团的平均数量可通过例如元素分析、热重分析、光谱分析、质谱分析法等的方法测定，并且可为例如在液相色谱质谱(lcms)中的最高的两个峰的平均值。
例如，所述亲水性富勒烯可为由cx(oh)y(其中，x可为60、70、74、76或78，且y可为12-44)表示的羟基富勒烯。
例如，所述亲水性富勒烯可为由cx(oh)y(其中，x可为60、70、74、76或78，且y可为24-44)表示的羟基富勒烯。
例如，所述亲水性富勒烯可为由cx(oh)y(其中，x可为60、70、74、76或78，且y可为32-44)表示的羟基富勒烯。
所述聚合物设置在所述碳纳米颗粒的表面上并且可键合至或吸附至所述碳纳米颗粒的表面。键合的聚合物可共价键合或离子键合至所述碳纳米颗粒的表面。例如，所述聚合物可包围所述碳纳米颗粒的表面的至少一部分，并且所述碳纳米颗粒可被所述聚合物钝化。
所述聚合物可选自可稳定地键合至或吸附至所述碳纳米颗粒的表面的聚合物。所述聚合物可选自可溶解或分散于水中的聚合物。因此，所述磨料可有效地溶解或分散于水中并且被包括在抛光浆料中。
例如，所述聚合物可为带电的聚合物。所述带电的聚合物可为具有位于聚合物的结构单元的至少一部分上的电荷的聚合物。例如，所述聚合物可为带正电的聚合物。所述带正电的聚合物可为具有位于结构单元的至少一部分上的一个或多个正电荷的聚合物。所述带正电的聚合物可包围所述碳纳米颗粒的至少一部分，并且例如碳纳米颗粒可被所述带正电的聚合物钝化。
所述带正电的聚合物可包括例如含氮官能团，例如氨基基团、胺基团、铵基团、含氮杂环基团、或其组合的至少一种。
所述带正电的聚合物可包括具有拥有含氮官能团的侧链的结构单元。所述带正电的聚合物可包括烃主链例如聚烯烃、和例如在所述烃主链上的具有氨基基团、胺基团、铵基团、含氮杂环基团、或其组合的至少一种的侧链的结构单元。
所述带正电的聚合物可具有至少一个得自乙烯基吡咯烷酮的结构单元，例如，可为聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)或聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物。所述聚乙烯基吡咯烷酮或所述pvp的衍生物可具有例如约3,000克/摩尔(g/mol)至约150,000g/mol、和在该范围内约6,000g/mol至约150,000g/mol或约10,000g/mol至约150,000g/mol的重均分子量。术语“聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物”意指：(1)具有得自环取代的乙烯基吡咯烷酮的结构单元的均聚物，和/或(2)具有得自乙烯基吡咯烷酮或环取代的乙烯基吡咯烷酮的结构单元的共聚物。
所述聚合物可以多种方式键合至或吸附至碳纳米颗粒的表面。
吸附至表面的聚合物例如可直接包覆(覆盖)或钝化在所述碳纳米颗粒的表面上。例如，分别制备其中分散有碳纳米颗粒的碳纳米颗粒分散体和其中溶解或分散有所述聚合物的聚合物的溶液或分散体，并且在将所述碳纳米颗粒分散体和所述聚合物的溶液或分散体共混后，将共混物与水混合以获得用所述聚合物包覆或钝化的碳纳米颗粒。
所述碳纳米颗粒分散体可通过将碳纳米颗粒分散在芳族烃溶剂中而获得。所述芳族烃溶剂可为例如甲苯、二甲苯、苯、氯苯、萘、或其混合物，例如1-氯萘、1-甲基萘、1,2-二氯苯、1,2,4-三甲基苯、四氢萘、二硫化碳、1,2,3-三溴丙烷、氯苯、对二甲苯、溴仿、异丙苯、苯、或其混合物。碳纳米颗粒分散体的浓度可为约0.1重量％至约10重量％，和在该范围内约0.3重量％至约7重量％或约0.5重量％至约3重量％。
所述聚合物的溶液或分散体可例如通过将所述聚合物溶解或分散于亲水性溶剂中而获得，并且所述亲水性溶剂可为例如醇例如乙醇。所述碳纳米颗粒分散体与所述聚合物的溶液或分散体的共混比可为约1:1至约1:10(重量/重量)，和在该范围内，可为约1:1至约1:5或约1:1至约1:3(重量/重量)。分散于水中的用聚合物包覆或钝化的碳纳米颗粒的浓度可为约1重量％至约30重量％，和在该范围内可为约3重量％至约25重量％或约5重量％至约20重量％。
例如，所述聚合物可通过在碳纳米颗粒的表面处的聚合而键合至所述表面。所述聚合可为例如接枝聚合。例如，制备其中分散有碳纳米颗粒的碳纳米颗粒分散体，将单体和聚合引发剂添加至所述碳纳米颗粒分散体并且使所述单体反应以获得用所述聚合物包覆或钝化的碳纳米颗粒。
所述碳纳米颗粒分散体可如上所述地制备。
所述单体可为一种或多种单体，例如一种或多种由阳离子聚合物获得的单体，一种或多种具有正电荷的单体，一种或多种包括含氮官能团的单体，或者一种或多种包括氨基基团、胺基团、铵基团和含氮杂环基团的至少一种的单体。例如，所述单体可包括乙烯基吡咯烷酮，且例如n-乙烯基吡咯烷酮。基于所述碳纳米颗粒，所述单体可以约30摩尔当量至约1000摩尔当量的量添加，和在该范围内，可以约50摩尔当量至约800摩尔当量或约100摩尔当量至约500摩尔当量的量添加。
所述聚合引发剂可为例如热聚合引发剂或光聚合引发剂，且例如热聚合引发剂。所述聚合引发剂可为例如偶氮化合物例如偶氮二异丁腈(aibn)、2,2’-偶氮二-(2,4-二甲基戊腈)、或2,2’-偶氮二-(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)；有机过氧化物例如过氧化苯甲酰、月桂基过氧化物、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、1,1’-双-(叔丁基过氧基)环己烷、过氧化2-乙基己酸叔戊酯、或过氧化2-乙基己酸叔己酯；以及过氧化氢，但不限于此。所述聚合引发剂可在可作为聚合引发剂充分起作用且可不引起晶体的析出的量的范围内添加，并且例如可以约0.01至约20重量份添加，基于100重量份的碳纳米颗粒。
所述反应可在约30℃至约90℃下进行约1小时至约40小时，和在该范围内，可在约50℃至约70℃下进行约5小时至约20小时。根据所述反应，可获得用所述聚合物包覆或钝化的碳纳米颗粒。
包括在所述碳磨料中的所述碳纳米颗粒对所述聚合物的重量比可在约1:2至约1:1000的范围内，和在该范围内，约1:5至约1:1000、约1:5至约1:500、约1:10至约1:300、或约1:10至约1:100。
通过如上所述包括包覆或钝化在碳纳米颗粒的表面上的聚合物，所述碳磨料可大于所述碳纳米颗粒。因此，所述碳磨料的平均粒径可大于所述碳纳米颗粒的平均粒径。例如，所述碳磨料的平均粒径可为碳纳米颗粒的平均粒径的约2倍或更大、约3倍或更大、约5倍或更大、约2倍至约20倍、约2倍至约15倍、约2倍至约10倍、约3倍至约20倍、约3倍至约15倍、约3倍至约10倍、约5倍至约20倍、约5倍至约15倍或约5倍至约10倍大。
所述碳磨料的平均粒径可为约2nm至20nm，和在该范围内，可为约3nm至约20nm、约4nm至约20nm、约2nm至约10nm、约3nm至约10nm、约4nm至约10nm、或约4nm至约8nm。在这里，所述碳磨料的平均粒径是通过激光衍射粒度分析仪且例如激光衍射粒度分析仪zetasizer(malvern)测量的体积分布的中值。
由于所述碳磨料包括如上所述的带正电的聚合物，因此所述碳磨料可为在表面上具有正电荷的带正电的碳磨料。例如，所述碳磨料可为在水中带正电的带正电的碳磨料。
前述碳磨料可包括在抛光浆料中。所述抛光浆料可为例如用于在化学机械抛光中抛光导体、绝缘体和/或半导体的浆料。
在下文中，描述根据实施方式的抛光浆料。
根据实施方式，所述抛光浆料包括磨料和溶剂。
所述磨料包括前述碳磨料。所述碳磨料的描述如上所述。基于所述抛光浆料，可以约0.01重量％至约20重量％的量包括所述碳磨料。在该范围内，可以约0.01重量％至约15重量％、约0.01重量％至约10重量％、约0.01重量％至约8重量％、约0.01重量％至约7重量％、约0.01重量％至约5重量％、约0.01重量％至约3重量％、约0.01重量％至约2重量％、约0.01重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.8重量％、或约0.01重量％至约0.5重量％的量包括所述碳磨料。
除了上述碳磨料之外，所述磨料可进一步包括其它磨料或抛光颗粒。
所述溶剂可为极性溶剂例如水、醇、乙酸、丙酮、或其混合物。例如，所述溶剂可为水，例如蒸馏水、去离子水、离子交换水、和/或超纯水。
所述抛光浆料可进一步包括添加剂并且所述添加剂可为例如氧化剂、螯合剂、表面活性剂、分散剂、ph控制剂、或其组合，但不限于此。
所述氧化剂可为例如过氧化氢、过氧化氢水溶液、氢氧化钠、氢氧化钾、或其组合，但不限于此。
所述螯合剂可为例如磷酸、硝酸、柠檬酸、丙二酸、其盐、或它们的组合，但不限于此。
所述表面活性剂可为离子或非离子表面活性剂，例如环氧乙烷的共聚物、环氧丙烷的共聚物、胺化合物、或其组合，但不限于此。
所述分散剂可促进所述磨料的可分散性并且可包括例如水溶性单体、水溶性聚合物、金属盐、或其组合。所述水溶性聚合物的重均分子量可例如小于或等于约10,000g/mol、例如小于或等于约5000g/mol、或小于或等于约3000g/mol。所述金属盐可为例如铜盐、镍盐、钴盐、锰盐、钽盐、钌盐、或其组合。所述分散剂可例如选自聚(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰基化合物与马来酸的共聚物、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸共聚物、聚氧乙烯二甘油基醚、羧酸、磺酸盐(酯)、磺酸、磷酸盐(酯)、纤维素、二醇、其盐、或它们的组合，但不限于此。
所述ph控制剂可控制所述抛光浆料的ph并且可为例如无机酸、无机碱、有机酸、有机碱、其盐、或它们的组合。所述无机酸可包括例如硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、氢溴酸、碘酸、或其盐。所述无机碱可包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨、或其盐。所述有机酸可包括例如羧酸例如甲酸、丙二酸、马来酸、草酸、己二酸、柠檬酸、乙酸、丙酸、丁酸、富马酸、乳酸、水杨酸、苯甲酸、琥珀酸、邻苯二甲酸、戊二酸、谷氨酸、乙醇酸、天冬氨酸、酒石酸、丙烯酸、或其盐。所述有机碱可包括乙醇胺，但不限于此。
可独立地例如以基于所述抛光浆料的约1百万分率(ppm)至约100,000ppm的痕量包括各添加剂，但不限于此。
所述抛光浆料可用于提供多种结构体，例如，所述抛光浆料可应用于导体例如金属线的抛光工艺、或者绝缘体例如绝缘层或浅沟槽隔离(sti)的抛光工艺。
例如，所述抛光浆料可用于抛光半导体基材中的具有带电的表面的导电层、绝缘层和/或半导体层，并且可例如有效地用于抛光具有带负电的表面的导电层、绝缘层和/或半导体层。
例如，所述抛光浆料可用于抛光半导体基材中的导体例如金属线，并且可用于例如抛光导体例如铜(cu)、钨(w)、或其合金。
例如，所述抛光浆料可用于抛光半导体基材中的浅沟槽隔离(sti)或绝缘层，并且可例如用于抛光氧化硅或氮化硅。
例如，所述抛光浆料对于不同的材料可呈现出高的抛光选择性，并且例如，抛光的物体(对象)(材料a)相对于参照物体(材料b)的抛光选择性可为约100或更大、约300或更大、约500或更大、约600或更大、约700或更大、约800或更大、约900或更大、或约1000或更大。所述抛光浆料对于不同的材料a和b可呈现出高的抛光选择性，例如，所述抛光浆料可具有约100至约5000、约300至约5000、约500至约5000、约600至约5000、约700至约5000、约800至约5000、约900至约5000、或约1000至约5000的材料a相对于材料b的抛光选择性。抛光选择性可为抛光速率(材料去除速率(mrr)，以埃/分钟
例如，抛光的物体(材料a)的抛光速率可为约
例如，所述抛光浆料可同时满足约
例如，材料a可为氧化硅，和材料b可为氮化硅。
在下文中，描述使用所述抛光浆料制造半导体器件的方法的实例。作为实例，描述浅沟槽隔离(sti)工艺。
图1-4为显示根据实施方式的制造半导体器件的方法的横截面图。
参照图1，在半导体基材10上形成第一层20。第一层20可包括第一材料并且所述第一材料可包括例如氧化物、氮化物和/或氧氮化物。例如，所述第一材料可包括氮化物例如氮化硅。第一层20可为例如垫(pad)氮化物层。
参照图2，蚀刻第一层20和半导体基材10的一部分以在对应于器件隔离区域的位置处形成沟槽20a。可使用隔离掩模(未显示)通过光刻工艺形成沟槽20a，但不限于此。
参照图3，在沟槽20a内和在第一层20上形成第二层30。第二层30可包括与所述第一材料不同的第二材料，并且所述第二材料可包括例如氧化物、氮化物和/或氧氮化物。例如，所述第一材料可包括氮化物且所述第二材料可包括氧化物。例如，所述第一材料可包括氮化硅且所述第二材料可包括氧化硅。例如，所述第二材料可包括硅酸盐(酯)，例如原硅酸四乙酯、磷硅酸盐玻璃(psg)、硼磷硅酸盐玻璃(bpsg)、或其组合，但不限于此。
参照图4，将第二层30的表面平坦化以匹配第一层20的表面(与第一层20的表面齐平)并且从而形成填充的第二层30a。所述平坦化可使用化学机械抛光(cmp)设备通过化学机械抛光进行，并且可使用上述抛光浆料，这将稍后描述。
所述化学机械抛光设备可包括例如下部基座；在所述下部基座上可旋转的台板(platen)；设置在所述台板上的抛光垫；垫修整器；以及至少一个抛光浆料供应设备，其邻近于所述抛光垫设置并且向所述抛光垫供应所述抛光浆料。
所述台板可在所述下部基座的表面上旋转。例如，所述台板可由设置在所述下部基座中的电动机提供旋转动力。因此，所述台板可以垂直于其表面的假想旋转轴为中心旋转。所述假想旋转轴可垂直于所述下部基座的表面。
所述台板可配备有至少一条供应管线，通过所述供应管线注入和排出液体。水可通过在所述台板内的供应管线注入和排出并且从而调节所述台板的温度。例如，冷却水可通过在所述台板内的供应管线注入和排出并且从而使所述台板的温度冷却下来。例如，在高温下的热水可通过在所述台板内的供应管线注入和排出并且从而提高所述台板的温度。
可将所述抛光垫设置在所述台板的表面上，使得其可被所述台板支撑。所述抛光垫可与所述台板一起旋转。所述抛光垫可具有粗糙的抛光表面。这样的抛光表面可直接接触抛光的物体并且从而对抛光的物体的表面机械抛光。所述抛光垫可为具有多个微孔的多孔材料，所述微孔可保持(容纳)所述抛光浆料。
所述垫修整器可邻近于所述抛光垫设置并且保持抛光表面使得可对抛光的物体的表面有效地抛光。
所述抛光浆料供应设备可邻近于所述抛光垫设置并且从而向所述抛光垫供应所述抛光浆料。所述抛光浆料供应设备可包括将所述抛光浆料供应在所述抛光垫上的喷嘴以及向所述喷嘴施加预定的电压的电压供应单元。所述喷嘴中的抛光浆料通过由所述电压供应单元施加的电压而被装载并且因此朝着所述抛光垫排出。所述抛光浆料供应设备可供应前述抛光浆料。
所述化学机械抛光可例如通过如下进行：将半导体基材10的第二层30安置成面对抛光垫，将前述抛光浆料从抛光浆料供应设备供应在半导体基材10的第二层30和所述抛光垫之间，以及通过使半导体基材10的第二层30的表面与所述抛光垫接触而进行抛光。
例如，当第一层20包括氮化硅且第二层30包括氧化硅时，所述抛光浆料的第二层30相对于第一层20的抛光选择性越高，则越好。例如，所述抛光选择性可为约100或更大、约300或更大、约500或更大、约600或更大、约700或更大、约800或更大、约900或更大、或者约1000或更大，或在该范围内，约100至约5000、约300至约5000、约500至约5000、约600至约5000、约700至约5000、约800至约5000、约900至约5000、或约1000至约5000。通过具有如上所述的抛光选择性，可有效地进行第二层30的抛光而不损坏第一层20。
例如，可例如以约10毫升/分钟(ml/min)至约100ml/min的速率进行所述抛光浆料的供应。
可通过如下进行抛光：使半导体基材10的第二层30的表面与所述抛光垫接触并且使它们旋转以产生机械摩擦。例如，在抛光步骤期间可施加约1磅/平方英寸(psi)至约5psi的压力。
尽管已经描述了浅沟槽隔离工艺作为制造半导体器件的方法的实例，但是本公开内容不限于此且可应用于多种工艺。
在下文中，将参照实施例更详细地说明实施方式。然而，这些实施例是示例性的，并且本公开内容不限于此。
合成实施例
合成实施例1
将200毫克(mg)富勒烯(c60，frontiercarboncorp.)分散在200毫升(ml)甲苯中以制备富勒烯分散体。将20克(g)聚乙烯基吡咯烷酮(pvp，mw10,000g/mol，nipponshokubaico.,ltd.)分散在100ml乙醇中以制备聚合物分散体。随后，将所述富勒烯分散体和所述聚合物分散体混合，然后在室温下搅拌24小时以获得混合的分散体。
将甲苯和乙醇从所述混合的分散体蒸发(在真空下除去)以获得固体，并且将300ml水添加至所述固体以制备悬浮体。随后，将水从所述悬浮体蒸发(在真空下除去)，并且将残余物干燥和称重。将水添加至经干燥的残余物以具有10重量百分比(重量％)的颗粒(固体)浓度并且将该含水混合物超声处理以获得包括pvp-富勒烯颗粒的pvp-富勒烯分散体。
合成实施例2
根据与合成实施例1相同的合成方法获得pvp-富勒烯分散体，除了如下之外：使用聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol，nipponshokubaico.,ltd.)代替聚乙烯基吡咯烷酮(mw10,000g/mol)。
合成实施例3
根据与合成实施例1相同的合成方法获得pvp-富勒烯分散体，除了如下之外：使用600mg富勒烯代替200mg富勒烯。
合成实施例4
根据与合成实施例1相同的合成方法获得pvp-富勒烯分散体，除了如下之外：使用600mg富勒烯代替200mg富勒烯，且使用聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol)代替聚乙烯基吡咯烷酮(mw10,000g/mol)。
合成实施例5
将1g富勒烯(c60，frontiercarboncorp.)和0.02g偶氮二异丁腈(aibn)置于200g1,2-二氯苯中，并且另外地，向其添加n-乙烯基吡咯烷酮(nvp)至为基于所述富勒烯的100摩尔当量。随后，将获得的混合物在60℃下接枝聚合17小时。将所得固体反复离心、洗涤和干燥。将水添加至经洗涤的固体以具有10重量％的颗粒浓度，并且进行该含水混合物的超声处理以获得包括pvp-富勒烯颗粒的pvp-富勒烯分散体。
合成实施例6
根据与合成实施例5相同的合成方法获得pvp-富勒烯分散体，除了如下之外：所使用的n-乙烯基吡咯烷酮为基于富勒烯的500摩尔当量。
合成对比例1
将3g包括平均具有10个羟基基团的羟基富勒烯(c60(oh)10)作为主要成分的nanomspectrad100(frontiercarboncorp.)、300ml在水中的30重量％过氧化氢(fujifilmwakopurechemicalcorp.)、和120ml在水中的28重量％氨置于500ml烧瓶中并且使其在60℃下反应10小时。随后，将1升(l)异丙醇、1l二乙醚和1l己烷顺序地添加至反应混合物以促进沉淀物形成。将沉淀物与液体溶剂分离，洗涤，然后在减压下干燥以提供结合了氨基基团的富勒烯颗粒。将水添加至所述结合了氨基基团的富勒烯颗粒以具有10重量％的颗粒(固体)浓度并且将该含水混合物超声处理以获得包括结合了氨基基团的富勒烯颗粒的分散体。
合成对比例2
制备10重量％胶态二氧化硅(平均粒径：40nm)在水中的分散体。
评价i
评价根据合成实施例的pvp-富勒烯颗粒的平均粒径。
平均粒径作为通过使用激光衍射型粒度分析仪(zetasizer，malvernpanalyticalltd.)获得的体积分布的中值评价。
结果示于表1中。
表1
制备实施例
制备实施例1
将额外的水添加至合成实施例1的10重量％pvp-富勒烯分散体以具有在水中0.4重量％的颗粒浓度。然后，将0.1重量％四氢呋喃-2-羧酸和0.01重量％聚氧乙烯二甘油基醚(mw750g/mol)添加至含水的pvp-富勒烯分散体并与之混合，并且向其添加乙醇胺以获得具有ph3.5的抛光浆料。
制备实施例2
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：将水添加至合成实施例1的pvp-富勒烯分散体以具有4重量％的颗粒浓度。
制备实施例3
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例2的pvp-富勒烯分散体(聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol))代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备实施例4
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例2的pvp-富勒烯分散体(聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol))，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备实施例5
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例3的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备实施例6
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例3的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备实施例7
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例4的pvp-富勒烯分散体(聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol))代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备实施例8
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例4的pvp-富勒烯分散体(聚乙烯基吡咯烷酮(mw40,000g/mol))代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备实施例9
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例5的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备实施例10
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例5的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备实施例11
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例6的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备实施例12
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用合成实施例6的pvp-富勒烯分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备对比例1
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用根据合成对比例1的包括结合了氨基基团的富勒烯颗粒的分散体代替合成实施例1的10重量％pvp-富勒烯分散体。
制备对比例2
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用根据合成对比例1的包括结合了氨基基团的富勒烯颗粒的分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
制备对比例3
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用根据合成对比例2的胶态二氧化硅分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体。
制备对比例4
根据与制备实施例1相同的方法制备抛光浆料，除了如下之外：使用根据合成对比例2的胶态二氧化硅分散体代替合成实施例1的pvp-富勒烯分散体，且向其添加水以具有4重量％的颗粒浓度。
实施例
实施例1
在以下条件下进行化学机械抛光。
(1)cmp设备：mirra(appliedmaterials)
(2)抛光垫：2层垫(vp-3100，dow)
(3)抛光的物体1：具有使用四乙氧基硅烷作为原材料通过化学气相沉积(cvd)形成的氧化硅层的8英寸毯覆式晶片(blanketwafer)
(4)抛光的物体2：具有通过cvd形成的氮化硅的8英寸毯覆式晶片
(5)抛光台板的旋转速率：96rpm
(6)抛光垫的旋转速率：93rpm
(7)施加的压力：22kpa(3.2psi)
(8)抛光浆料：根据制备实施例1的抛光浆料
(9)抛光浆料的进给速率：200ml/min
实施例2
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例2的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例3
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例3的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例4
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例4的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例5
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例5的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例6
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例6的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例7
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例7的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例8
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例8的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例9
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例9的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例10
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例10的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例11
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例11的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
实施例12
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备实施例12的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
对比例1
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备对比例1的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
对比例2
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备对比例2的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
对比例3
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备对比例3的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
对比例4
在与实施例1相同的条件下进行化学机械抛光，除了如下之外：使用制备对比例4的抛光浆料代替制备实施例1的抛光浆料。
评价ii
在根据实施例1-12和对比例1-4进行化学机械抛光之后，评价抛光速率以及是否有划痕。
通过如下评价抛光速率(材料去除速率(mrr)，以埃/分钟
抛光选择性作为抛光的物体1(氧化硅层)的抛光速率相对于抛光的物体2(氮化硅层)的抛光速率的比率评价。
通过如下评价抛光刮痕：采用扫描电子显微镜对在抛光的物体2(氮化硅层)上的抛光划痕的数量进行计数。
结果示于表2中。
表2
参照表2，当通过使用根据制备实施例的抛光浆料进行化学机械抛光时，与当通过使用根据制备对比例的抛光浆料进行化学机械抛光时相比，目标材料的抛光速率和/或抛光选择性大大提高。
尽管已经关于目前被认为是实践性的实例实施方式的内容描述了本公开内容，但是将理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种变型和等同布置。
1.碳磨料，其包括：
碳纳米颗粒，以及
设置在所述碳纳米颗粒的表面上的带正电的聚合物。
2.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳纳米颗粒包括如下的至少一种：富勒烯、富勒烯衍生物、石墨烯、石墨、碳纳米管、或碳点。
3.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳纳米颗粒的平均粒径小于3纳米。
4.如权利要求3所述的碳磨料，其中所述碳磨料的平均粒径是所述碳纳米颗粒的平均粒径的2至10倍大。
5.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳磨料的平均粒径为2纳米至10纳米。
6.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述带正电的聚合物在水中是能溶解的或能分散的。
7.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述带正电的聚合物包括含氮官能团。
8.如权利要求7所述的碳磨料，其中所述含氮官能团包括如下的至少一种：氨基基团、胺基团、铵基团、或含氮杂环基团。
9.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述带正电的聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物。
10.如权利要求9所述的碳磨料，其中所述聚乙烯基吡咯烷酮或所述聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物的重均分子量为3,000克/摩尔至150,000克/摩尔。
11.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述带正电的聚合物键合至所述碳纳米颗粒的表面或吸附至所述碳纳米颗粒的表面。
12.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳纳米颗粒被所述带正电的聚合物钝化。
13.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳纳米颗粒与所述带正电的聚合物的重量比在1:5至1:1000的范围内。
14.如权利要求1所述的碳磨料，其中所述碳磨料在水中呈现正电荷。
15.抛光浆料，其包括如权利要求1-14任一项所述的碳磨料。
16.如权利要求15所述的抛光浆料，其进一步包括氧化剂、螯合剂、表面活性剂、分散剂、ph控制剂、溶剂、或其组合。
17.制造半导体器件的方法，所述方法包括：
在基材上形成包括第一材料的第一层，
在所述第一层中形成多个沟槽，
在所述第一层上和在所述沟槽内形成包括第二材料的第二层，所述第二材料不同于所述第一材料，以及
使用如权利要求15或16所述的抛光浆料将所述第二层的表面化学机械抛光。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第二材料为金属或绝缘体。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第一材料为氮化硅，且所述第二材料为氧化硅。
20.如权利要求17或19所述的方法，其中所述抛光浆料具有大于或等于500的所述第二层相对于所述第一层的抛光选择性。
技术总结