一种氧化铈抛光液及制备和应用

本发明涉及表面抛光处理，具体涉及一种氧化铈抛光液的制备及其使用方法。

背景技术：

1、化学机械抛光(cmp)技术是表面抛光处理领域中获得全局平坦化的一种手段，是为了能够获得既平坦、又无划痕和杂质玷污的表面的一种技术手段，在集成电路制造、精密光学玻璃抛光、金属及非金属材料加工等领域具有广泛应用。

2、目前，氧化铈抛光液已被应用于集成电路制造工艺中，尤其是在浅沟槽隔离(sti)和层间介质(ild)等工艺中，已有大量报道，例如专利201611231305.9，201310495424.5，200510069987.3。由于二氧化铈对二氧化硅的高抛光活性，并且其在较低的固含量下即可实现很高的抛光效果。因此，以氧化铈为抛光料的化学机械抛光液在性能和成本上相比于传统的氧化硅或氧化铝材料具有更大的应用前景和市场优势。

3、氧化铈的颗粒特性对抛光效果的影响至关重要。如在sti抛光应用中，氧化铈颗粒尺寸、形貌特征对抛光过程中缺陷的产生和抛光速率选择比均有着重要影响。传统的高温焙烧法合成氧化铈，存在颗粒烧结、团聚问题，氧化铈粉体需要进一步进行球磨分散处理才能达到cmp抛光应用的要求(如专利200880011138.4，200880008484.7)，因此，对合成、分散的设备、工艺要求较高。

4、水热法是纳米材料合成的重要方法之一，该法所合成纳米材料具有颗粒尺寸均匀、颗粒间分散性良好，反应过程无二次污染等特点，而且水热法可直接制得抛光液。目前，水热法直接合成氧化铈抛光液的相关研究报道较少。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题在于提供一种氧化铈抛光液的制备方法，具体涉及一种由可溶性铈盐，通过沉淀和水热晶化处理、以及后处理直接配制得到平均一次粒径低于10nm以下的棒状团聚体氧化铈抛光液。制备过程高效清洁，不产生废水，所得抛光液具有良好的分散性和抛光性能。

2、技术方案为：

3、配制可溶性铈盐溶液，向铈盐溶液中加入沉淀剂进行沉淀反应，沉淀反应结束后进行溶剂热晶化处理，溶剂热晶化处理结束后向其中加入多元醇和酸性物质，搅拌均匀即可得氧化铈抛光液；

4、其中所得氧化铈抛光液中氧化铈磨粒为平均一次粒径5-10nm的颗粒组装成的棒状团聚体(长度30-300nm，直径20-70nm)材料。

5、所述可溶性铈盐，可选自：硝酸铈、氯化铈、醋酸铈、硝酸铈铵中的一种或多种；

6、配制可溶性铈盐溶液所用溶剂，可选自：水、甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或多种；

7、铈盐中ce离子的浓度为：0.05-1.0mol/l；

8、所述沉淀剂为碱性可溶性物质，可选自氨水、naoh、koh、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种；

9、配制沉淀剂溶液所用溶剂，可选自：水、甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或多种；

10、沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为：0.1-3.0mol/l；

11、铈盐与沉淀剂摩尔比为：1：1～1：100；

12、沉淀反应温度为：20-60℃；

13、沉淀反应时间为：10min-12h。

14、所述溶剂热晶化处理的温度为：50-250℃；

15、晶化处理的时间为：1-48h；

16、晶化处理的气氛为：air(空气)、o2、n2、ar、he中的一种或多种。

17、所述溶剂热晶化处理后加入的多元醇，可选自：甘油、季戊四醇、木糖醇、山梨醇中的一种或多种；

18、铈盐与多元醇摩尔比为：1：1～1：50；

19、所述溶剂热处理后加入的酸性物质，可选自：硝酸、盐酸、醋酸、柠檬酸、抗坏血酸中的一种或多种；

20、将所述酸性物质配制为摩尔浓度为：0.1～3.0mol/l的酸性物质溶液；

21、酸性物质溶液的加入量依据具体ph调节需要加入，ph值的调节范围3-12.0；

22、所述搅拌时间为：1-48h。

23、提供一种方案：

24、所述可溶性铈盐，可选自：硝酸铈、醋酸铈、硝酸铈铵中的一种或多种；

25、配制可溶性铈盐溶液所用溶剂，可选自：水、乙醇、乙二醇中的一种或多种；

26、铈盐溶液中ce离子浓度为：0.05～0.5mol/l；

27、所述沉淀剂为碱性可溶性物质，可选自氨水、naoh、碳酸铵中的一种或多种；

28、配制沉淀剂溶液所用溶剂，可选自：水、乙醇、乙二醇中的一种或多种；

29、沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为：0.1-2.0mol/l；铈盐与沉淀剂摩尔比为：1：1～1：50；

30、沉淀反应温度为：30-50℃；

31、沉淀反应时间为：10min-6h。

32、所述溶剂晶化处理的温度为：100-200℃；

33、晶化处理的时间为：6-48h；

34、晶化处理的气氛为：o2、n2、he中的一种或多种。

35、所述溶剂热处理后加入的多元醇，可选自：甘油、季戊四醇、木糖醇中的一种或多种；

36、铈盐与多元醇摩尔比为：1：1～1：30；

37、所述溶剂热处理后加入的酸性物质，可选自：硝酸、醋酸、柠檬酸中的一种或多种；

38、将所述酸性物质配制为摩尔浓度为：0.1～2.0mol/l的酸性物质溶液；

39、酸性物质溶液的加入量依据具体ph调节需要加入，ph值得调节范围4-10.0；

40、所述搅拌时间为：1-12h。

41、所述氧化铈抛光液可作为一种化学机械抛光液被应用于抛光工艺中。

42、有益技术效果

43、本发明通过简单沉淀-溶剂热晶化-后处理调制直接制备氧化铈抛光液，过程简单高效、绿色无污染，所得抛光液具有良好的分散性和抛光活性，可作为抛光液应用于集成电路制程中sti和ild工艺抛光。

技术特征：

1.一种氧化铈抛光液的制备方法，其特征在于：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

6.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：

7.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：

8.一种权利要求1-7所述的方法制备获得的氧化铈抛光液。

9.一种权利要求8所述的氧化铈抛光液可作为一种化学机械抛光液被应用于抛光工艺中。

10.按照权利要求9所述的应用，其可用于晶圆切片的表面抛光。

技术总结
本发明涉及一种氧化铈抛光液的制备方法，具体涉及一种由可溶性铈盐，通过沉淀和水热晶化处理、以及后处理直接配制得到平均一次粒径5‑10nm以下的棒状团聚体氧化铈抛光液。制备过程高效清洁，不产生废水，所得抛光液具有良好的分散性和抛光性能。可作为化学机械抛光液应用于浅槽隔离层(STI)和层间介质(ILD)抛光，可以达到很低的表面粗糙度(低于0.3nm)。

技术研发人员：王峰,张志鑫,王业红,石振
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16