专利名称：一种改性的纳米氧化铈及其制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于化学机械抛光用磨料技术领域，具体涉及一种改性的纳氧化铈磨粒及其改 性方法与应用。
背景技术：
氧化铈作为抛光磨料用于精密玻璃抛光和超大规模集成电路二氧化硅介质层的抛光已 经有了很悠久的历史，氧化铈磨料由于其可与氧化硅发生化学反应，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。但纳米氧化铈抛光性能的发挥依赖于其分散状况，纳 米氧化铈同其其它纳米粒子一样由于其极高的表面能而易于团聚，导致抛光后工件表面的
损伤，具体表现为抛光后表面粗糙度大，划痕等众多缺陷。所以目前氧化铈的分散成为氧 化铈抛光液制备的最关键技术之一，而关于氧化铈表面改性并应用于化学机械抛光的研究 尚未见报道。
发明内容
本发明目的在于提供一种改性的纳米氧化铈，可降低氧化铈磨料的团聚，提高其在水中 的分散性能并应用于化学机械抛光中，改善抛光后工件的表面质量。 本发明的纳米氧化铈的表面改性方法，包括下列步骤
1) 将硅烷偶联剂KH550 (氨丙基三乙氧基硅垸)溶于水后与纳米氧化铈粉体混合，配 置成氧化铈重量百分含量为1~10%的分散液；
2) 然后用磁力搅拌搅匀，并超声处理后，制得氧化铈分散液；
3) 将上述分散液加热至反应温度70 10(TC，回流反应1 12小时；
4) 反应完毕后，离心分离、提纯、烘千，最终得到经过KH550改性的氧化铈磨粒。 所述步骤l)中，KH550和氧化铈粉末的质量比为1:10 1:2。较佳的，步骤l)中溶解
硅烷偶联剂KH550的水为去离子水。
较佳的，所述步骤2)中，先调节pH值至3 6。调节pH的方法可为采用稀乙酸水溶液、盐酸水溶液或硝酸水溶液调节。
步骤2)中，超声处理时间为0.4-0.6小时。
所述步骤3)中，反应温度优选为8(TC，反应时间优选为5小时。 所述步骤4)中的提纯方法为离心洗涤或超滤。
本发明提供了一种改性的纳米氧化铈，所述纳米氧化铈经上述方法改性获得。 本发明还提供了一种抛光液，含有上述改性的纳米氧化铈。较佳的，所述纳米氧化钸 的质量百分比浓度在0.5%~1%之间，采用抛光机对热氧化硅片进行抛光。对超大规模集成 电路二氧化硅层间介质和光盘玻璃进行抛光，可明显降低表面的粗糙度。
本发明采用了较为简单的化学工艺对氧化铈磨料进行了表面改性，改性后的氧化铈磨 料配制成的抛光液可以有效改善抛光时的表面损伤，降低粗糙度，提高抛光效率。同时由 于无需复杂的设备，所需化学原料种类少，可重复性好，有较大的工业推广价值。
图l:未改性的氧化铈的SEM图 图2:实施例1氧化铈的SEM图
图3:未改性氧化铈配制的抛光液对热氧化硅片抛光后的AFM图 图4:实施例1配制的抛光液对热氧化硅片抛光后的AFM图
具体实施例方式
以下列举具体实例以进一步阐述本发明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1 :
在300mL去离子水中加入3g硅烷偶联剂KH550，充分搅拌溶解，再加入15g纳米氧化铈 粉体，搅拌分散；随后用稀的乙酸溶液调节pH值至4，然后用磁力搅拌搅匀，并超声0.5小时 后，制得氧化铈分散液。将上述分散液加热至反应温度8(TC，回流反应5小时。反应完毕后， 离心分离、提纯、烘干，最终得到经过KH550改性的氧化铈磨粒。
分别取一定的未改性的和改性后的氧化铈粉体配制成质量浓度为1%的分散液，采用美 国CETR公司的CP-4抛光机在相同工艺参数下对热氧化硅片进行抛光后，用蒸馏水超声清洗， 然后利用AFM原子力显微镜测试玻璃表面10^unX 1(^m区域的粗糙度均方根值RMS (RootMean Square)。
按实施例l改性前后的氧化铈粉体样品的扫面电镜图如图l、图2所示，可见改性前氧化 铈粉体团聚严重，改性后分散性有所改善。热氧化硅片抛光后表面原子力显微图如图l、图2 所示。其中图l为未改性的氧化铈粉体配制成的抛光液抛光后的三维立体图，其RMS为 3.358nrn，图2为改性后的氧化铈粉体配制成的抛光液抛光后的三维立体图，其RMS为 3.002nm。
实施例2:
在300mL去离子水中加入0.4g硅垸偶联齐UKH550，充分搅拌溶解，再加入4g纳米氧化铈 粉体，搅拌分散；随后用稀的乙酸溶液调节pH值至3，然后用磁力搅拌搅匀，并超声0.4小时 后，制得氧化铈分散液。将上述分散液加热至反应温度70'C，回流反应l小时。反应完毕后， 离心分离、提纯、烘干，最终得到经过KH550改性的氧化铈磨粒。与改性前相比，氧化铈粉 体分散性有所改善。
实施例3:
在300mL去离子水中加入15g硅垸偶联剂KH550，充分搅拌溶解，再加入30g纳米氧化铈 粉体，搅拌分散；随后用稀的乙酸溶液调节pH值至6，然后用磁力搅拌搅匀，并超声0.6小时 后，制得氧化铈分散液。将上述分散液加热至反应温度10(TC，回流反应8小时。反应完毕后， 离心分离、提纯、烘干，最终得到经过KH550改性的氧化铈磨粒。与改性前相比，氧化铈粉 体分散性有所改善。
实施例5:
本实例与实施例l步骤基本相同，不同的是不用稀的乙酸溶液调节pH值，最终得到经过 KH550改性的氧化铈磨粒。与改性前相比，氧化铈粉体分散性有所改善。
上述实例仅用以对本发明的具体说明，而不对本发明的范围做任何限制，任何熟悉此 项技术的人员可以轻易实现修改和变化均包括在本发明及所附权利要求范围之内。与改性 前相比，氧化铈粉体分散性有所改善。
权利要求
1.一种纳米氧化铈的表面改性方法，包括下列步骤1)将硅烷偶联剂KH550溶于水后与纳米氧化铈粉体混合，配置成氧化铈重量百分含量为1～10％的分散液；2)然后用磁力搅拌搅匀，并超声处理后，制得氧化铈分散液；3)将上述分散液加热至反应温度70～100℃，回流反应1～12小时；4)反应完毕后，离心分离、提纯、烘干，最终得到经过KH550改性的氧化铈磨粒。
2. 如权利要求1所述纳米氧化铈的表面改性方法，其特征在于，所述步骤1)中，KH550 和氧化铈粉末的质量比为1:10 1:2。
3. 如权利要求1所述纳米氧化铈的表面改性方法，其特征在于，所述步骤2)还包括调 节pH值至3 6。
4. 如权利要求1所述纳米氧化铈的表面改性方法，其特征在于，所述调节pH的方法为 采用稀乙酸水溶液、盐酸水溶液或硝酸水溶液调节。
5. 如权利要求1所述纳米氧化铈的表面改性方法，其特征在于，所述步骤2)中，超声 处理时间为0.4-0.6小时。
6. 如权利要求1所述纳米氧化铈的表面改性方法，其特征在于，所述步骤3)中，反应 温度为80'C，反应时间为5小时。
7. —种改性的纳米氧化铈，所述纳米氧化铈经权利要求1-6中任一权利要求所述方法改 性获得。
8. —种抛光液，其特征在于，含有质量百分比浓度为0.5%~1%的权利要求7所述纳米氧 化铈。
全文摘要
本发明涉及一种改性的纳米氧化铈及其制备与应用。本发明采用硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷对纳米氧化铈粉末进行改性。由改性后的氧化铈配制成的抛光液，对超大规模集成电路二氧化硅层间介质和光盘玻璃进行抛光，可明显降低表面的粗糙度。
文档编号C09K3/14GK101659850SQ20091019610
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者刘卫丽, 宋志棠, 张泽芳 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所