专利名称：二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，所制得的抛光粉特别适用于娃片化学机械抛光。
背景技术：
化学机械抛光(CMP)是目前最重要的全局平坦化技术，也是超大规模集成电路制造(ULS工)工艺中的全局平坦化的唯一技术。硅片是集成电路及发光二极管的主要衬底材料，其表面粗糙度是影响集成电路刻蚀线宽和薄膜生长的重要因素之一。随着集成电路集成度的不断提高，特征尺寸的不断减小，对硅片的加工精度和表面质量的要求越来越高。因此，闻质、闻效抛光粉的制备就是全局平坦化技术的重点和关键。化学机械抛光工艺是利用抛光(浆料)液的化学作用和外加压力的机械作用，在抛光垫上对硅片进行抛光。在化学和机械的协同作用下，获得高的切削速度和高质量的抛光硅片，因此抛光粉粒子的化学活性和硬度在化学机械抛光中显得至关重要。目前.国际上硅抛光技术广泛采用的磨料为SiO2，其次为氧化铈。由于SiO2磨料的硬度与硅晶片的硬度相当，容易使硅晶片表面产生划痕，影响硅片质量。采用CeO2磨料可以取得更高抛光效率和选择性，但随着国家对稀土资源的调控，CeO2磨料的价格翻了几番，抛光成本大幅度增加，使相关企业面临前所未有的压力。本发明旨在开发一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉CeO2OTiO2,以弥补上述存在的问题和不足。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，采用该方法制备的 抛光粉对硅晶片进行抛光，抛光速度快，抛光质量高，后清洗方便，制备工艺简单易行。本发明的技术方案是:以锐钛型二氧化钛为核,硝酸铈为铈源,六偏磷酸钠为表面活性剂，稀氢氧化钠为PH值调节剂，采用水解法合成了二氧化钛负载氧化铈抛光粉。本发明的具体工艺步骤如下:
[1]将二氧化钛粉体加入到含分散剂六偏磷酸钠的去离子水中，二氧化钛粉体浓度为100 200g/l，六偏磷酸钠的加量以P2O5计为二氧化钛粉体质量的0.5%;用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5 11.5范围，超声分散I 30min，得到悬浮性能良好的浆料；
所述二氧化钛粉体可以是锐钛矿型二氧化钛，其粒径控制在10(Tl500nm之间；
[2]在50°C 90°C和搅拌条件下，往该浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛重量的比值I 10:100计算，搅拌均匀后老化10 30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.(Tl0.0范围，再次老化10 30min,使铺离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面；
[3]抽虑、洗涤，在110°C干燥I 24h，粉碎后置于马弗炉中于400 700°C煅烧2h，取出后粉碎，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉CeO2OTiO2。
本发明的有益效果是:通过水解法在二氧化钛颗粒外面负载了一定量的氧化铈颗粒，大大增强了抛光过程中磨料粒子的化学活性，进而明显提高抛光速率且对单晶硅片不产生表面缺陷、降低表面粗糙度，从而实现对硅片的高效、低成本和超高精度化学机械抛光。
图1:所用二氧化钛粒子的扫描电镜图；其粒径大部分小于1000纳米，颗粒分散性良好。图2:所用二氧化钛粒子的XRD衍射图，表明其晶相为锐钛矿型。图3:不同煅烧温度下，5%Ce02@Ti02抛光粉的XRD图；随着煅烧温度的不断升高，粉体中立方萤石型氧化铈晶相越来越明显，表明在高温下有氧化铈析出，而在中温下主要以无定形或固溶体形式存在。图4:煅烧温度对材料去除速率的影响，表明当煅烧温度为600°C时，抛光粉对硅片抛光的去除速率最大。图5:抛光粉中CeO2与TiO2的质量比对材料去除速率的影响，表明当CeO2与TiO2的质量比为5:100时，抛光硅片时的去除速率最大。图6:抛光粉制备过程中Ce3+水解pH值对材料去除速率的影响，表明当Ce3+水解pH值为7.0时，抛光粉对硅片抛光材料去除速率最大。图7: CeO2、TiO2以及5%Ce02@Ti02对硅片抛光材料去除速率的对比图，表明5%Ce02@Ti02抛光粉比纯氧化铈和 纯二氧化钛对硅片抛光的材料去除速率有大幅度提高。图8: 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的透射电镜图，表明二氧化钛粒子外面负载了
一层氧化铺颗粒。图9:实施例6抛光后单晶硅片表面的SEM图，未观察到明显的划痕。图10:实施例6的单晶硅片抛光后表面AFM图；其表面粗糙度为
0.00035nm，证明其表面非常平整。
具体实施例方式实施例1:
(1)称取IOOg的从市场上购买的TiO2粉体(其电镜照片和XRD衍射图分别如图1，2所
示。其颗粒粒度范围为:100 1500nm,晶相为锐钛矿型二氧化钛)和0.5%(以P2O5计)六偏磷酸钠混合，用去离子水和NaOH配制成pH值为10.5、浓度为200g/l的浆料；
(2)将上述配好的浆料超声分散20min，置入合适的容器中放在恒温水浴锅内，剧烈搅
拌(浆料不溅出为准)，温度调节为70°C，在30min内加入按氧化铈与二氧化钛质量比为5:100计算的100g/l左右的硝酸铺溶液,老化衆料15min,在30min内，加入适量的0.1mol/I的NaOH溶液，调节pH值为10.0,再次老化30min，抽滤、洗涤；
(3)将抽虑、洗涤后的前驱体在110°c的恒温烘箱内干燥24h，用高速万能粉碎机粉碎后，放在马弗炉中，在一定温度下(105、400、500、600、700、800、900 V )煅烧2h，粉碎后得到所需的抛光粉；(C>用所得抛光粉配制成抛光浆料，其固含量为0.25%或01%，将所得浆料分别用于单
晶硅片的抛光。抛光实验采用UNIP0L-802型抛光机，抛光压力0.09Kg/cm2，抛光盘转速128rpm,衆料流速12000ml/min,采用SartoriusCP22ro精密电子天平(精度0.0lmg)对娃片抛光前后称重，计算其反映抛光切削速率的材料去除速率((MRR值)。将所得MRR值对煅烧温度作图，如图5。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片的抛光性能与煅烧温度有密切关系，煅烧温度过高过低都会减弱其对硅片的抛光性能，煅烧温度为600°C时，磨料粒子的化学活性和硬度处于最佳值，从而使其对硅片的抛光性能处于最佳值。实施例2:
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600°C，Ce3+水解pH值为10.0，改变复合氧化物中氧化铈与二氧化钛质量比，分别测定其MRR值，将所测MRR值对铈钛质量比作图，见图
6。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉中铈钛氧化物质量比对硅片抛光的性能有重要的影响，随着铈钛氧化物质量比的不断增大，MRR值先增大后减小，当铈钛氧化物质量比为5:100时，MRR值最大。实施例3:
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600°C，铈钛质量比为5:100，改变Ce3+水解pH值，分别测定其MRR值，将所测MRR值对Ce3+水解pH值作图，见图7。证明Ce3+水解pH值与二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片的抛光性能有非常密切的关系，当Ce3+水解pH值为7.0时，MRR值最大。实施例4:
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600°C，铈钛质量比为5:100，Ce3+水解pH值为6.0，测定其MRR值，再与CeO2以及TiO2对硅片抛光的MRR值进行对比，见图8。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片抛光的MRR比CeO2及TiO2都有大的提高。实施例5:
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600°C，铈钛质量比为5:100，Ce3+水解pH值为7.0，所得二氧化钛负载氧化铈抛光粉的TEM照片如图8，表明二氧化钛粒子外面包覆一层氧化铺颗粒。测得MRR=115.5nm/min, RMS=0.00046nm, Ra=0.00035nm。所得抛光后娃片的SEM照片如图9，其原子力显微镜照片及粗糙度结果如图10所示。证明所得单晶硅片具有很高的表面光洁度。
权利要求
1.一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，其特征是: [I]将二氧化钛粉体加入到含分散剂六偏磷酸钠的去离子水中，二氧化钛粉体浓度为100 200g/l，六偏磷酸钠的加量以P2O5计为二氧化钛粉体质量的0.5% ;用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5 11.5范围，超声分散I 30min，得到悬浮性能良好的浆料； [2]在50°C 90°C和搅拌条件下，在步骤[I]浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛重量的比值I 10:100计算，搅拌均匀后老化10 30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.(Tl0.0范围，再次老化10 30min,使铺离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面； [3]抽虑、洗涤，在110°C干燥I 24h，粉碎后置于马弗炉中于400 700 °C煅烧2h，取出后粉碎，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉Ce02@Ti02。
2.根据权利要求1所 述的一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，其特征是所述二氧化钛粉体是锐钛矿型二氧化钛，其粒径控制在10(Tl500nm之间。
全文摘要
一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，是将二氧化钛粉体加入到含分散剂的去离子水中，固体浓度为100～200g/l，用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5~11.5范围，超声分散1～30min，得到悬浮性能良好的浆料。在50℃~90℃和搅拌条件下，往该浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛的重量比1～10100计算，搅拌均匀后老化10-30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.0~10.0范围，再次老化10～30min，使铈离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面；抽虑、洗涤，在110℃干燥1～24h，磨细后置于马弗炉中于400～700℃下煅烧2h，取出后磨细，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉。本发明的制备方法简单方便，价格低廉，对硅片表面抛光的速度高和精度高。
文档编号C09K3/14GK103205237SQ20131000406
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者李永绣, 项神佑, 周新木, 李静, 周雪珍, 李东平, 刘艳珠 申请人:南昌大学