基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液

本发明属于抛光液领域，具体涉及一种基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，nand闪存显示了高密度电池集成的前景，并作为一种大规模存储设备受到关注。3d-nand闪存在应用上已经广泛取代了2d-nand闪存。当nand设计节点小于20nm时，二维nand闪存技术遇到了两个关键的限制。因此，大多数nand芯片制造商已经决定转向下一代3d技术。关于3d-nand芯片的报道显示，3d-nand芯片具有更快的速度和更低的功耗。随着nand技术从2d向3d的发展，需要研究出新的化学机械抛光工艺来满足3d-nand的要求，即最上方的阶梯式sio2介质层具有较高的抛光速率。此外，在浅沟槽隔离(sti)工艺中，对二氧化铈抛光液的抛光速率稳定性和均匀性提出更高要求。

2、目前对于介质层的化学机械抛光，国内外常用的抛光液有sio2胶体(硅溶胶)抛光液和二氧化铈抛光液两种。胶体sio2磨料是介质类材料抛光中最常用的抛光液，但是对于sio2介质层，sio2抛光液在抛光时容易形成划痕以及蝶形缺陷，而且主要通过机械作用进行抛光，没有充分利用化学作用。因此，应采用硬度较小的纳米磨料，从而取得高的材料去除率以及低的划伤和颗粒残留、流动性和稳定性都比较好的抛光液。而ceo2的莫氏硬度为6，与sio2(莫氏硬度为7)相比较能满足化学机械抛光的要求。但是，在水相介质中，由于ceo2的高表面能，极易发生粒子团聚和快速沉降，造成抛光液的不稳定，从而影响最终的抛光效果。

3、因此，需要选择合适的分散剂，通过静电作用或空间位阻作用来提高ceo2颗粒的分散性能。有研究发现，采用无机酸作为ph调节剂和分散剂，可以获得较为稳定的抛光液，但是，ceo2抛光液稳定时间较短，仍会出现沉降现象。ceo2抛光液的分散性能有待进一步提高，且对于sio2材料的抛光速率较低，不能满足氧化铈抛光液化学机械抛光的要求。

4、对于二氧化铈抛光液来说，粒度适中且分散越稳定，后续的化学机械抛光效果将越好。zeta电位作为胶体加工领域常用的一个衡量浆料稳定性的参数，其绝对值越大，浆料稳定性越好。其中，只有当zeta电位的绝对值大于30mv时，抛光液才基本达到稳定。续晨等人(doi:10.13290/j.cnki.bdtjs.2022.02.006)采用柠檬酸作为ph调节剂和分散剂，在ph值为5时，得到的二氧化铈抛光液的zeta电位为-27mv，且在24h内保持稳定；但由于zeta电位绝对值小于30mv，ceo2抛光液稳定时间仍然较短。杨朝霞等人(doi:10.16533/j.cnki.15-1099/tf.202202015)采用硝酸为新型分散剂，在磨料质量分数为1％、ph为5条件下，sio2材料的抛光速率可达248.9nm/min，磨料的平均粒径在9天内由230nm增加到260nm，二氧化铈在逐渐团聚；由于纳米ceo2粒子比表面积大且具有高表面能，其在水溶液中极易团聚，与晶圆之间的化学反应不充分的原因，还存在着抛光速率较低，抛光液的稳定时间有待进一步提高等局限。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对当前技术中存在的不足，提供一种基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液。该抛光液以乙酸-乙酸铵缓冲溶液的组分作为分散剂，体系的ph值为3.5～5.0；通过酸性条件下，使其电离出的羧酸根离子会吸附在氧化铈表面，通过双电层效应增大了粒子间的排斥力，粒子间相互团聚的倾向减弱，从而提高了其分散性能。本发明的抛光液的分散性能、抛光速率和稳定性均有明显改善，大大提高了抛光液的品质和性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液，该抛光液包括下述组分：纳米级二氧化铈浓度为1.0wt％～3.0wt％；乙酸浓度为0.1wt％～0.5wt％，乙酸铵浓度为0.05wt％～0.1wt％，余量为水；ph值为3.5～5.0；

4、所述的氧化铈抛光液粒径为50～500nm。

5、所述的ph值优选为4.0～4.5。

6、所述的乙酸-乙酸铵缓冲液既作为分散剂，也作为ph调节剂。

7、所述的抛光液制备方法，该方法包含下述步骤：向二氧化铈抛光液中加入第一批去离子水，搅拌后，再加入乙酸-乙酸铵缓冲溶液，使溶液达到目标ph值；最后根据目标浓度添加第二批去离子水补齐余量，继续搅拌即可；第一批去离子水量为两批去离子水量的5～80％。

8、所述的二氧化铈抛光液浓度为5.0wt％～10.0wt％；

9、所述的乙酸-乙酸铵缓冲溶液为乙酸(纯度为99wt％)和乙酸铵晶体配制；乙酸-乙酸铵缓冲溶液中，乙酸浓度为0.005mol/l～17mol/l，乙酸铵浓度为1.0mol/l～3mol/l，ph值为3.5～5.5；

10、缓冲溶液与抛光液的体积比为1:500～1:100；

11、所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲溶液体系的高稳定性二氧化铈抛光液，应用于集成电路中3d-nand闪存介质层的抛光工序。

12、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

13、本申请向酸性氧化铈抛光液中加入乙酸-乙酸铵缓冲溶液，得到了分散稳定的二氧化铈抛光液。在酸性条件下，其电离出的羧酸根离子会吸附在氧化铈表面，通过双电层效应增大了粒子间的排斥力，粒子间相互团聚的倾向减弱，从而提高了其分散性能。以乙酸为分散剂时，磨料的zeta电位为46.47mv，平均粒径为266.3nm。而以缓冲溶液为分散剂时，磨料的zeta电位达到了51.22mv，且平均粒径也减小到了183.1nm，且在一周内平均粒径和zeta电位变化均较小。除此之外，自配的乙酸-乙酸铵缓冲溶液，能够抑制乙酸的挥发。经过两周的挥发性测试，乙酸-乙酸铵缓冲溶液挥发量为2ml，而乙酸的挥发量则达到了5.5ml，乙酸-乙酸铵缓冲溶液挥发量要小于乙酸的挥发量。在化学机械抛光过程中，可以保持抛光液的ph稳定，进一步优化了抛光液的性能。且最终对于石英玻璃的抛光速率达到了432.89nm/min。

技术特征：

1.一种基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液，其特征为该抛光液包括下述组分：纳米级二氧化铈浓度为1.0wt％～3.0wt％；乙酸浓度为0.1wt％～0.5wt％，乙酸铵浓度为0.05wt％～0.1wt％，余量为水；ph值为3.5～5.0。

2.如权利要求1所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液，其特征为所述的氧化铈抛光液粒径为50～500nm。

3.如权利要求1所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液，其特征为所述的ph值优选为4.0～4.5。

4.如权利要求1所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液的制备方法，其特征为该方法包含下述步骤：向二氧化铈抛光液中加入第一批去离子水，搅拌后，再加入乙酸-乙酸铵缓冲溶液，使溶液达到目标ph值；最后根据目标浓度添加第二批去离子水补齐余量，继续搅拌即可；

5.如权利要求4所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液的制备方法，其特征为所述的乙酸的纯度为99wt％。

6.如权利要求4所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液的制备方法，其特征为第一批去离子水量为两批去离子水量的5～80％。

7.如权利要求4所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液的制备方法，其特征为缓冲溶液与抛光液的体积比为1:500～1:100。

8.如权利要求1所述的基于乙酸-乙酸铵缓冲溶液体系的高稳定性二氧化铈抛光液的应用，其特征为应用于集成电路中3d-nand闪存介质层的抛光工序。

技术总结
本发明为基于乙酸‑乙酸铵缓冲液体系的高稳定性二氧化铈抛光液。该抛光液包括下述组分：纳米级二氧化铈浓度为1.0wt％～3.0wt％；乙酸浓度为0.1wt％～0.5wt％，乙酸铵浓度为0.05wt％～0.1wt％，余量为水；pH值为3.5～5.0。本发明的抛光液的分散性能、抛光速率和稳定性均有明显改善，大大提高了抛光液的品质和性能。

技术研发人员：刘敏,张保国,咸文豪,崔德兴,刘世桐
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16