本发明专利技术涉及一种氧化硅／氧化铈复合磨粒的制备方法，包括下列步骤：１）在硅溶胶中加入有机添加剂，搅拌溶解，而后加入三价铈盐或四价铈盐制得分散液；２）将分散液置于带有聚四氟内衬的高压釜中，密封后，加热反应；３）反应完毕后离心分离、提纯、烘干，最终制得氧化硅／氧化铈复合磨粒。采用本发明专利技术制得的氧化硅／氧化铈核壳复合磨料中没有均相成核的氧化铈粒子，该复合磨粒适用于超大规模集成电路和玻璃的化学机械抛光，其优点是有效提高抛光去除率和选择比，并可以降低表面的粗糙度，消除划痕等缺陷。
Method for preparing composite abrasive grains of silicon oxide and cerium oxide
The invention relates to a method for preparing silicon oxide and cerium oxide composite particles, which comprises the following steps: 1) mixing dissolved in silica sol with organic additives, and then adding trivalent cerium salt or tetravalent cerium salt system dispersion solution; 2) the dispersion in the autoclave with Teflon liner, seal after the heating reaction; 3) reaction after centrifugal separation, purification and drying, the final prepared cerium silicon / oxide composite abrasive. The composite abrasive silicon oxide / cerium oxide core-shell prepared by the invention is not homogeneous cerium oxide particle nuclear, chemical mechanical polishing of the composite abrasive suitable for VLSI and glass, the utility model has the advantages of effectively improving the polishing removal rate and selectivity, and can reduce the surface roughness, remove the scratch other defects.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属高精密抛光材料领域，具体涉及。
技术介绍
目前化学机械抛光中最常用的抛光磨料是氧化硅磨料和氧化铈磨料。氧化硅磨料由于其 较好的分散性、均匀性和低廉的价格成为目前最广泛采用的化学机械抛光磨料，而且后清洗 过程废液处理较容易。但其缺点是相对于氧化物来说硬度稍低，去除率较低，并且在STI的 抛光中氧化硅与氮化硅之间的去除率选择比较低，己很难满足下一代IC制造的要求。氧化铈磨料由于其可与氧化硅发生化学反应，故在相同条件下，氧化铈的抛光速率大约 是氧化硅的三倍，尤其是在中性抛光液中保持较高的去除率，且在氧化硅与氮化硅之间的抛 光选择比较高。但其缺点是价格较贵，颗粒不规则，大小不一，粒度分布较大，黏度大，容 易团聚，会造成划伤，且其沉淀在介质膜上吸附严重，为后清洗带来困难。综合考虑，氧化 铈磨料也不能满足下一代IC制造的要求。因此，氧化硅/氧化铈核壳复合磨料由于兼具氧化硅和氧化铈的优越的性能已被广泛研 究。Zhenyu Lu等人在《Joumal of Materials Research》2003， 18(10): 2323-2330中研究了制 得了氧化硅/氧化铈混合磨料，并对热氧化的二氧化硅层的抛光，发现制得的氧化硅/氧化铈 混合磨料的抛光速率明显高于纯氧化硅磨料。但这种磨料的制备方法是通过调节pH值控制 粒子的表面电荷使其表面电位相反而使小粒径的氧化铈吸附在大粒径的氧化硅表面构成核 壳结构，只能在特定的pH值下使用。Se皿g-Ho Lee等人在《Journal of Materials Research》 2003, 17(10): 2744-2749中提到了氧化硅表面包覆一层氧化铈的复合磨料，并且对热氧化的 二氧化硅层进行了抛光，发现制得的氧化硅/氧化铈复合磨料的抛光速率明显高于纯氧化硅 磨料。中国专利CN101302404A也公开了一种氧化硅/氧化铈复合磨料，采用含有该复合磨 粒的抛光液对玻璃基片进行抛光，可以得到很低的表面粗糙度。但他们共有的不足是在包 覆氧化铈的过程中仍然会有一些氧化铈独自成核长大，并没有生长在氧化硅表面，实质是 氧化硅/氧化铈复合磨料和氧化铈磨料构成的混合磨料。而混入的氧化铈同样会造成划伤， 且其沉淀在介质膜上吸附，为后清洗带来困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的制备 方法。本专利技术采用有机添加剂，通过水热法控制氧化铈在氧化硅表面成核及生长，本专利技术制 得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料中没有均相成核的氧化铈粒子，制得了真正意义上的氧化 硅/氧化铈核壳复合磨料。本专利技术提供的氧化硅/氧化铈复合磨粒的制备方法包括下列步骤1) 在硅溶胶中加入有机添加剂，搅拌溶解，而后加入三价铈盐或四价铈盐制得分散液;2) 将分散液置于带有聚四氟内衬的高压釜中，密封后，加热反应；3) 反应完毕后离心分离、提纯、烘干，最终制得氧化硅/氧化铈复合磨粒。 所述步骤1)中的硅溶胶为二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液。所述硅溶胶中二氧化硅的质量百分比浓度为1-20%，优选2-5%。所述硅溶胶为碱性硅溶胶，pH范 围为8~12。所述步骤1)中的有机添加剂为聚乙烯吡咯垸酮或Y-氨丙基三乙氧基硅烷，优选为聚乙 烯吡咯垸酮，有机添加剂的加入量为所述分散液重量的0.1-5wt。/。，优选1.25-2.5wt。/。，最适 宜用量为lwt%。所述步骤l)中的三价铈盐选自水合硝酸亚铈、醋酸铈、氯化铈或、四水硫酸铈或八水 硫酸铈，优选为硝酸亚铈。所述三价铈盐或四价铈盐在所述分散液中的浓度为25mmol/L 250mmol/L。所述步骤2)中加热反应的温度为100 180°C，优选为140 16(TC。加热反应时间为 为6 36小时，优选12-24小时。较佳的，所述加热反应中，保持反应温度恒定。为保证恒 定的反应温度，可将高压釜置于烘箱中。所述高压釜优选不锈钢质。所述步骤3)中的提纯方法为超滤或微滤。本专利技术还进一步公开了采用本专利技术制得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料，及其用于集成 电路和玻璃的化学机械抛光的用途。本专利技术制得的氧化硅/氧化铈复合磨粒以氧化硅为内核，氧化铈为外壳，所述氧化硅是 胶体氧化硅或烧结氧化硅，氧化硅的重量百分含量可为0.5 10%，复合磨粒的粒径为10 1000nm。本专利技术的有益效果采用本专利技术制得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料中没有均相成核的氧化铈粒子，该复合磨粒适用于超大规模集成电路和玻璃的化学机械抛光，其优点是有效提高抛光去除率和选 择比，并可以降低表面的粗糙度，消除划痕等缺陷。附图说明图1为纯氧化硅和实施例1制备氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的磨料的X射线衍射图 图2为纯氧化硅和实施例1制备的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的透射电镜照片左图为纯氧化硅的透视电镜照片，右图为氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的透射电镜照片具体实施例方式以下列举具体的实施例以进一步阐述本专利技术，应理解，实例并非用于限制本专利技术的保护范 围。实施例1配制重量浓度为2。/。的硅溶胶40ml，氧化硅胶粒的平均粒径为80nm，加入0.5g的聚乙 烯吡咯垸酮，磁力搅拌溶解，再加入5mmol的水合硝酸亚铈，搅拌溶解，将此分散液转移 至容积为60ml的带有聚四氟内衬的不锈钢高压反应釜中，密封后，置于烘箱中，加热至140 'C，反应12小时。反应完毕后超滤，稀释，再超滤如此循环五次、烘干，最终制得氧化硅 /氧化铈复合磨粒。制得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的X射线衍射图及透射电镜照片分别 如图1和图2所示。由图可见产物磨料均为壳核结构的氧化硅/氧化铈复合磨料，没有均相 成核的氧化铈粒子。实施例2配制重量浓度为2%的硅溶胶401111，氧化硅胶粒的平均粒径为80nm，加入0.5g的聚乙 烯吡咯垸酮，磁力搅拌溶解，再加入5mmoI的水合硝酸亚铈，搅拌溶解，将此分散液转移 至容积为60ml的带有聚四氟内衬的不锈钢高压反应釜中，密封后，置于烘箱中，加热至160 'C，反应12小时。反应完毕后超滤，稀释，再超滤如此循环五次、烘干，最终制得氧化硅 /氧化铈复合磨粒。透射电镜观察表明产物磨料均为壳核结构的氧化硅/氧化铈复合磨料，没 有均相成核的氧化铈粒子。实施例3配制重量浓度为5%的硅溶胶40ml，氧化硅的平均粒径为80nm，加入lg的聚乙烯吡咯 烷酮，磁力搅拌溶解，再加入lOmmol醋酸铈，搅拌溶解，将此分散液转移至容积为60ml 的带有聚四氟内衬的不锈钢高压反应釜中，密封后，置于烘箱中，加热至12(TC，反应24 小时。反应完毕后离心分离、同实施例1提纯、烘干，最终制得氧化硅/氧化铈复合磨粒。 透射电镜观察表明产物磨料均为壳核结构的氧化硅/氧化铈复合磨料，没有均相成核的氧化 铈粒子。实施例4配制重量浓度为2%的硅溶胶40ml，氧化硅的平均粒径为80nm，加入lg的，氨丙基三乙 氧基硅垸，磁力搅拌溶解，再加入lmmol的四水硫酸铈，搅拌溶解，将此分散液转移至容 积为60ml的带有聚四氟内衬的不锈钢高压反应釜中，密封后，置于烘箱中，加热至14(TC， 反应12小时。反应完毕后离心分离、同实施例l提纯、烘干，最终制得氧化硅/氧化铈复合 磨粒。透射电镜观察表明产物磨料均为壳核结构的氧化硅/氧化钸复合磨料，没有均本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化硅／氧化铈复合磨粒的制备方法，包括下列步骤： １）在硅溶胶中加入有机添加剂并溶解，而后加入三价铈盐或四价铈盐制得分散液； ２）将分散液置于带有聚四氟内衬的高压釜中，密封后，加热反应； ３）反应完毕后离心分离、提纯、烘干，最终制得氧化硅／氧化铈复合磨粒。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张泽芳，刘卫丽，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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