一种氧化铈的制备方法及其CMP应用技术

本发明专利技术的目的是提供一种氧化铈晶体的制备方法，该方法首先通过二氧化碳鼓泡沉淀制备碳酸铈，进一步高温焙烧所得碳酸铈得到氧化铈，制备过程不产生氨氮废水，通过机械力易于将氧化铈颗粒分散于液相；以该分散氧化铈为磨料的CMP抛光液，在STI抛光应用中显示出优良的平坦化抛光效率。

Method for preparing cerium oxide and its application in CMP

The purpose of this invention is to provide a method for preparing cerium oxide crystals, the method begins by bubbling carbon dioxide preparation of cerium carbonate sedimentation, further high temperature roasting the cerium carbonate by cerium oxide, the preparation process does not produce ammonia wastewater by mechanical force is easy to cerium oxide particles dispersed in the liquid; the dispersion of ceria abrasive polishing of CMP, showing excellent planarization efficiency in STI polishing applications.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铈的制备方法及其CMP应用
本专利技术公开了氧化铈粉体的制备方法，尤其涉及一种应用于STI抛光浆料中的氧化铈研磨颗粒的制备方法。
技术介绍
目前，氧化铈作为磨料应用于浅沟槽隔离(STI)工艺抛光研究已有大量报道，如专利201310495424.5报道了一种用于浅沟槽隔离(STI)工艺的化学机械抛光(CMP)组合物，组合物以氧化铈为磨料，抛光要求达到高的氧化硅/氮化硅抛光选择比；专利200510069987.3公开了一种化学机械抛光浆料及抛光基板的方法，所涉及的抛光薄膜为氧化硅层，该类材料要求抛光液对氧化硅具有高的抛光速率和低的缺陷产生，对氮化硅显示低的抛光速率，从而达到高的氧化硅/氮化硅抛光选择比。氧化铈的制备一般通过高温焙烧碳酸铈前驱体得到，传统的碳酸铈制备过程需要以能够生成碳酸根或碳酸氢根的可溶性盐作为沉淀剂，如碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾等。以这些沉淀剂制备碳酸铈的过程中，不可避免地产生大量废水，对环境造成污染危害，也增加了企业的生产成本。本专利技术提出了一种创新性的碳酸铈合成方法，以二氧化碳为沉淀剂，沉淀反应过程中不产生氨氮废水，反应得到碳酸铈经简单洗涤后，焙烧得到高纯度氧化铈粉体，经分散处理后，可有效应用于集成电路抛光应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化铈的制备方法，该制备方法包括：步骤一：通过沉淀法，进一步由晶化反应制备碳酸铈前驱体；步骤二：高温焙烧所述碳酸铈前驱体制备氧化铈粉体。其中，所述步骤一包括：-配制铈源水溶液，加热并持续搅拌；-待铈源水溶液升温至沉淀反应温度，以鼓泡方式向铈源水溶液引入沉淀剂直至沉淀终点；-保温并持续搅拌上述反应溶液，经进一步的晶化反应制得碳酸铈前驱体。在前述的步骤一操作流程中，铈源水溶液可以为硝酸铈、氯化铈、醋酸铈中一种或几种水溶液，优选为硝酸铈、醋酸铈，铈源水溶液的摩尔浓度为0.05-1.0M。在前述的步骤一操作流程中，所述沉淀法使用的沉淀剂为二氧化碳气体或二氧化碳与其它气体混合。在前述的步骤一操作流程中，所述沉淀反应温度范围为60-100℃。在前述的步骤一操作流程中，所述沉淀法的沉淀终点为，持续加入所述的沉淀剂，反应体系中再无新沉淀物析出；沉淀结束后，继续保温搅拌1-24小时。且将所得的碳酸铈沉淀物分离脱水、洗涤、干燥得到碳酸铈前驱体。在前述的步骤二中，对前述碳酸铈前驱体进行焙烧，焙烧温度为400-900℃，焙烧时间为0.5-10小时。优选地，对所制得的氧化铈晶体进一步经分散处理，所述分散处理过程无特殊限定，可以是机械研磨如球磨、气流粉碎等，分散过程中可以添加有机分散剂，所述有机分散剂可以为聚丙烯酸及其盐类。本专利技术所制备的氧化铈可应用于STI抛光领域，可以达到较高的TEOS抛光速率和TEOS/SiN抛光选择比。具体实施方式下面通过具体实施例进一步阐述本专利技术的优点，但本专利技术的保护范围不仅仅局限于下述实施例。本专利技术所用试剂及原料均市售可得。实施例1在室温条件下，首先配制0.05M硝酸铈溶液，在100℃搅拌条件下，向上述溶液中鼓泡加入纯二氧化碳气体，同时搅拌混合液，当不再有新的沉淀析出，停止鼓泡，继续保温搅拌1小时晶化反应，将所得沉淀物经纯水洗涤3次后、过滤得到滤饼烘干后得到碳酸铈粉体；所得碳酸铈粉体进一步在400℃静态空气中焙烧10小时，冷却后得到氧化铈粉体；通过添加0.01％聚丙烯酸作为分散剂，对所得氧化铈粉体进行球磨分散处理，通过控制球磨分散时间，得到可应用于STI抛光的氧化铈磨料。实施例2在室温条件下，首先配制0.5M醋酸铈溶液，在60℃搅拌条件下，向上述溶液中鼓泡加入纯二氧化碳气体，同时搅拌混合液，当不再有新的沉淀析出，停止鼓泡，继续保温搅拌24小时晶化反应，将所得沉淀物经纯水洗涤3次后、过滤得到滤饼烘干后得到碳酸铈粉体；所得碳酸铈粉体进一步在900℃静态空气中焙烧0.5小时，冷却后得到氧化铈粉体；通过添加聚丙烯酸作为分散剂，对所得氧化铈粉体进行球磨分散处理，通过控制球磨分散时间，得到可应用于STI抛光的氧化铈磨料。实施例3在室温条件下，首先配制1.0M醋酸铈溶液，在90℃搅拌条件下，向上述溶液中鼓泡加入纯二氧化碳气体，同时搅拌混合液，当不再有新的沉淀析出，停止鼓泡，继续保温搅拌24小时晶化反应，将所得沉淀物经纯水洗涤3次后、过滤得到滤饼烘干后得到碳酸铈粉体；所得碳酸铈粉体进一步在600℃静态空气中焙烧4小时，冷却后得到氧化铈粉体；通过添加聚丙烯酸作为分散剂，对所得氧化铈粉体进行球磨分散处理，通过控制球磨分散时间，得到可应用于STI抛光的氧化铈磨料。实施例4在室温条件下，首先配制0.5M醋酸铈溶液，在90℃搅拌条件下，向上述溶液中鼓泡加入二氧化碳(占50％体积分数)和氮气(占50％体积分数)混合气体，同时搅拌混合液，当不再有新的沉淀析出，停止鼓泡，继续保温搅拌24小时晶化反应，将所得沉淀物经纯水洗涤3次后、过滤得到滤饼烘干后得到碳酸铈粉体；所得碳酸铈粉体进一步在700℃静态空气中焙烧3小时，冷却后得到氧化铈粉体；通过添加聚丙烯酸作为分散剂，对所得氧化铈粉体进行球磨分散处理，通过控制球磨分散时间，得到可应用于STI抛光的氧化铈磨料。对比实施例在室温条件下，首先配制0.5M醋酸铈溶液，在60℃搅拌条件下，向上述溶液中鼓泡加入纯二氧化碳气体，同时搅拌混合液，当不再有新的沉淀析出，停止鼓泡，将所得沉淀物经纯水洗涤3次后、过滤得到滤饼烘干后得到碳酸铈粉体；所得碳酸铈粉体进一步在900℃静态空气中焙烧0.5小时，冷却后得到氧化铈粉体；通过添加聚丙烯酸作为分散剂，对所得氧化铈粉体进行球磨分散处理，通过控制球磨分散时间，得到可应用于STI抛光的氧化铈磨料。实施例效果分别用上述对比例和实施例中1-4制备得到的氧化铈为磨料，通过添加0.5％含量的PAA(分子量为4000)，配制氧化铈固含量为0.5％，pH为5.0的抛光液浆料，并测试上述实施例对应抛光液的抛光速率和抛光选择比。分别用上述对比例和实施例中1-4配制的抛光液对空白晶片进行抛光，抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech抛光垫，向下压力3psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间60s，化学机械抛浆料流速100mL/min。抛光所用晶圆切片均由市售(例如美国SVTC公司生产的)8英寸镀膜晶圆切片而成。抛光所用的金属薄膜晶圆切片上金属薄膜层厚度由NAPSON公司生产的RT-7O/RG-7B测试仪测得，TEOS和SiN的薄膜厚度由TEOSNANOMatrics公司生产的RT-7O/RG-7B测试仪测得。用抛光前后测得的厚度差值除以抛光耗用时间即得金属薄膜去除速率，抛光时间为1分钟。抛光后TEOS表面缺陷通过光学显微镜100倍放大下观察。表1为抛光测试结果，结果表明，所合成氧化铈磨料可以达到较高的TEOS抛光速率和TEOS/SiN抛光选择比，所制备的氧化铈具有良好的STI抛光应用特性。表1本专利技术的化学机械抛光液对比例和实施例抛光效果应当理解的是，本专利技术所述wt％均指的是质量百分含量。以上对本专利技术的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本专利技术并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本专利技术进行的等同修改和替代也都在本专利技术的范畴之中。因此，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铈的制备方法，该制备方法包括：步骤一：通过沉淀法，进一步由晶化反应制备碳酸铈前驱体；步骤二：高温焙烧所述碳酸铈前驱体制备氧化铈粉体。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈的制备方法，该制备方法包括：步骤一：通过沉淀法，进一步由晶化反应制备碳酸铈前驱体；步骤二：高温焙烧所述碳酸铈前驱体制备氧化铈粉体。2.如权利要求1所述的氧化铈的制备方法，所述步骤一包括：-配制铈源水溶液，加热并持续搅拌；-待铈源水溶液升温至沉淀反应温度，以鼓泡方式向铈源水溶液引入沉淀剂直至沉淀终点；-保温并持续搅拌所述沉淀反应溶液，经进一步的晶化反应制得碳酸铈前驱体。3.如权利要求2所述的氧化铈的制备方法，所述沉淀反应温度为60-100℃。4.如权利要求2所述的氧化铈的制备方法，所述铈源水溶液为硝酸铈、氯化铈、醋酸铈中的一种或几种。5.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹先升，贾长征，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31