一种复合氧化物磨粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合氧化物磨粒的制备方法，该复合氧化物为CeO2

【技术实现步骤摘要】
一种复合氧化物磨粒及其制备方法


[0001]本专利涉及化学机械抛光领域制备领域，具体涉及一种由二氧化铈、二氧化锆、氧化镨、氧化铝、二氧化硅复合的氧化物磨粒的制备方法。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是Walsh和Herzog在 1965年首次提出(以二氧化硅为抛光浆料)，通过超微粒子的研磨作用和浆料的化学腐蚀作用在被研磨的工件表面形成光洁平坦(可达纳米级)表面(胡建东,南昌大学博士论文2007)。化学机械抛光是机械磨削和化学腐蚀的组合技术，己经应用于各种需要平整化的工件(包括蓝宝石，半导体硅片，金属片等)的化学机械抛光，近十几年在半导体工业中获得了引人注目的发展。
[0003]人们用抛光粉对玻璃表面进行抛光处理已经有几百年的历史，而在半导体行业，CMP最早用于硅基片的抛光(胡建东,南昌大学博士论文2007)。1990年 IBM公司首先提出了CMP平面化技术，并于1991年成功的应用于64Mb的 DRAM生产(胡建东,南昌大学博士论文2007)。此后，各种电子元器件的抛光走向CMP。由于传统的平面化技术，如热流法、旋转式玻璃法、回蚀法、选择淀积法、低压CVD、等离子增强CVD等等，都只能对工件进行局部平整化，不能做到全局平面化；而CMP可以获得全局平面化效果的平整化技术。因此，在当前的半导体科技中，CMP已经成为众所瞩目的抛光技术，其技术进步已经影响着半导体技术的发展。
[0004]化学机械抛光的抛光液一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米或亚微米CeO2， SiO2、A12O3粒子)，表面活性剂，氧化剂，稳定剂等组成，固体粒子提供研磨作用，而氧化剂提供腐蚀溶解作用。抛光液的化学成分及浓度，固体粒子的种类、大小、形貌及浓度，抛光浆料的pH值、粘度、流速及流动途径等对材料的去除都有重要的影响(胡建东,南昌大学博士论文2007)。磨粒(抛光粉)对抛光性能的影响研究比较多。通常认为磨粒的硬度，粒径，内部缺陷等对抛光性能有着比较重要的影响。其中有一项指标，就是抛光活性。抛光粉化学活性指在抛光过程中抛光粉通过化学或其它相关作用对工件表面水化层物质的去除能力。对于相同成分的抛光粉，其化学活性主要是由晶格缺陷引起，一般情况下，在一定范围内，内部晶格缺陷多的抛光粉化学活性高。因而可通过某些手段增加抛光粉晶格缺陷以提高其抛光能力(胡建东,南昌大学博士论文2007)。同时，抛光粉的硬度和表面活性均与煅烧温度有很大关系。一般情况是抛光能力随煅烧温度的变化往往呈峰形，有一个极大值(胡建东,南昌大学博士论文2007)。温度过低，抛光粉粒子偏软，致使抛光粉抛光效率减弱，抛光速度小；而煅烧温度过高，致使抛光粉粒子太硬，研磨中不易破碎，不容易暴露颗粒新的晶面，晶格排列有序性增强，晶格缺陷减少，抛光活性下降，只能对玻璃表面起机械研磨作用，在工件表面上产生划伤并使抛光速率降低。
[0005]最近20年，中国也出现了大量的抛光液，其磨粒的主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化铈、金刚石、碳化硅等。每种磨粒都有着自身的特点。例如：二氧化硅胶体加碱做原料(胡建东,南昌大学博士论文2007)，利用浆料中的碱与硅的化学腐蚀反应生成可溶性的硅酸
盐，再通过带负电荷的SiO2胶粒的吸附作用，及其与抛光垫和硅片见的机械摩擦作用，及时除去反应产物，使之连续地在硅片表面进行化学机械抛光。同时借助SiO2的吸附活性和碱的化学清洗作用，达到去除硅片表面损伤层与沾污杂质的抛光目的(胡建东,南昌大学博士论文 2007)。氧化铈抛光液pH值范围是两性的(胡建东,南昌大学博士论文2007)，这样在CeO2颗粒表面会形成羟基，羟基离解或与硅反应，生成的SiO
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会吸附在 CeO2颗粒表面，从而被抛光液带走，减少硅片表面硅酸胶体的形成，促进硅片表面的平坦化过程。抛光用的CeO2为纳米颗粒，表面积非常大，同时CeO2表面的羟基密度也比较大，所以它的总离子交换容量大，所能吸附的离子的数量也就比较大，有利于吸附生成的SiO
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，促进抛光液中碱与晶片之间的化学反应 (胡建东,南昌大学博士论文2007)。同时CeO2也具有络合作用，能迅速的将 SiO
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等转化为[Ce(SiO3)3]2‑
，转化为铈的络合物能够加速反应去除(胡建东,南昌大学博士论文2007)。
[0006]最近10多年间，也出现不少专利，利用各种磨粒自身特点，混合成多种磨粒的抛光液。例如于长江等人的一种锆铝铈抛光液(公开号为CN103965790A的专利报道)，就是将氧化铝、氧化铈和氧化锆混在一起。夏永光等在一种用于玻璃面板抛光的稀土抛光液及利用其抛光的方法(公开号为CN 111100558 A的专利报道)中，就把氧化铈、氧化镧、氧化镨混在一起。这种简单的混合方法能够结合各种磨粒不同的特点。然而其缺点也是十分明显的。那就是，不同磨粒之间硬度，粒径等不同，必然导致对工件抛光时的均匀性有着先天的不足。
[0007]最近一段时间内，各种复合氧化物抛光磨粒开始出现，其中包括铈铝的复合(公开号为CN 110724460 A的专利报道)，硅铈的复合(柴明霞等SiO2‑
CeO2复合氧化物的制备及抛光性能)，硅铈的复合(胡建东等CeO2
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ZrO2复合氧化物的制备及协同抛光性能)。总体说来复合氧化物的抛光均与性要好于混合氧化物，表现出协同抛光性能(胡建东等CeO2‑
ZrO2复合氧化物的制备及协同抛光性能)。两种氧化物构成复合氧化物，确实能够结合两种氧化物的特点，也能够解决抛光均匀性。然而，两种氧化物的混合，结合各种氧化物的优势较少。要结合更多氧化物的优势，需要多种氧化物复合。
[0008]人们也合成过三元氧化物、甚至四元磨粒复合物。如共沉淀法制备徐黎明等在Zr/Si—Al复合氧化物载体的研究(徐黎明等，工业催化，2007，15，p66
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69) 中制备了锆硅铝复合氧化物，范运召在铈锆铝复合氧化物及其三效催化性能研究(范运召，济南大学硕士论文，2014)中制备了铈锆铝复合氧化物。这些复合氧化物有着比较好的化学催化性能，由锆、铈、铝、硅等组成的三元氧化物的主要应用还集中在化学催化方面。在化学机械抛光领域的研究较少。
[0009]目前来说CeO2‑
ZrO2‑
Pr6O
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Al2O3‑
SiO2复合氧化物的制备应用方面的研究十分少见。然而铈锆镨铝硅各自的氧化物都是常见的电化学抛光的磨粒。五元材料复合氧化物能够结合多种磨粒的综合性能。例如氧化铝和氧化锆比较硬，适合硬质部分的抛光，也可以提高抛光速率，又能够增加化学机械抛光的均匀性。然而氧化铝和氧化锆由于过硬，容易在抛光材料上产生划痕，所以不能全部采用这两种材料。氧化铈和氧化硅相对较软。软硬搭配，能够兼顾抛光效率和被抛光材料的平整度。通常来说，氧化镨的抛光效率要低于氧化铈，所以有利于提高平整度，但氧化镨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合氧化物磨粒，其特征在于，由CeO2
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ZrO2
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Pr6O11
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Al2O3
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SiO2组成。2.一种复合氧化物磨粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据五元复合物的组成配制含有Ce、Zr、Pr、Al、Si离子的阳离子溶液，并按顺序依次加入，混合均匀；步骤2，加入表面活性剂混合均匀；步骤3，将氨水逐滴加入到上述阳离子溶液与表面活性剂混合溶液中进行反应，反应的同时不停搅拌直至反应完全，得到沉淀溶液；步骤4，所得的沉淀溶液经过陈化、过滤、洗涤、烘箱中干燥后，过筛，煅烧，得到五元复合氧化物磨粒。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中含有Ce、Pr离子的阳离子溶液通过将氧化镨和氧化铈分别溶于硝酸中，加热溶解制得，多余的硝酸蒸发掉。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中将Ce、Zr、Pr、Al的硝酸盐按照(0.8
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1.2):(0.8
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1....

【专利技术属性】
技术研发人员：洪春水，杨雷，邹玥，李效平，蒋洪才，
申请(专利权)人：永州市湘江稀土有限责任公司，
类型：发明
国别省市：