一种氧化铈的合成方法及其使用方法与流程

1.本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种氧化铈的合成方法及其使用方法。


背景技术：

2.氧化铈是一种重要的抛光磨料，在集成电路cmp中有着广泛应用。在较低的固含量下就可达到高的抛光效果，使其作为磨料在化学机械抛光液领域备受关注。比如，以氧化铈作为磨料应用于浅沟槽隔离(sti)工艺抛光已有大量报道(如zl201310495424.5，zl200510069987.3)。同时，以氧化铈为磨料的化学机械抛光液，在性能和成本上相比于使用传统的氧化硅或氧化铝材料作为磨料的抛光液具有更大的应用前景和市场优势。
3.研究表明，以氧化铈作为磨料时，其自身的颗粒特性对抛光效果的影响至关重要。如在sti抛光应用中，有文献报道氧化铈颗粒尺寸、形貌特征对抛光过程中缺陷的产生和抛光速率选择比均有着重要影响。同时，氧化铈颗粒表面ce离子价态分布对抛光特性起着关键影响。
4.本发明通过合成全四价铈的氧化铈纳米颗粒，实现对氧化铈颗粒表面价态组成的控制合成。所合成的氧化铈应用于cmp抛光，显示出独特的cmp抛光特性。


技术实现要素：

5.为了所合成的氧化铈粒径分布均一、易于分散，且具有良好的抛光应用特性，本发明提供一种氧化铈的合成方法，包括：将铈源水溶液添加至沉淀剂水溶液中，生成原料溶液；充分搅拌所述原料溶液，进行沉淀反应；过滤所述原料溶液，得到凝胶态氢氧化铈；配置所述凝胶态氧化铈分散液，将所述分散液置于密闭容器内加热反应。
6.优选的，将所述分散液置于密闭容器内加热至120℃-250℃反应。
7.优选的，将所述分散液置于密闭容器内加热至180℃-200℃反应。
8.优选的，将所述分散液置于密闭容器内加热反应2.0-8.0小时。
9.优选的，将所述分散液置于密闭容器内加热反应4.0-6.0小时。
10.优选的，所述铈源与所述沉淀剂的摩尔比为(1.0/4.0)-(1.0/6.0)。
11.优选的，所述铈源为可溶性四价铈盐。
12.优选的，所述可溶性铈盐为硝酸铈铵，硫酸铈中的一种或多种。
13.优选的，所述可溶性铈盐为硫酸铈。
14.优选的，所述铈源水溶液的浓度为0.1m-3.0m。
15.优选的，所述铈源水溶液的浓度为0.2m-0.6m。
16.优选的，所述沉淀剂为可溶性碱。
17.优选的，所述可溶性碱为氢氧化钠，氢氧化钾，氨水中的一种或多种。
18.优选的，所述可溶性碱为氨水。
19.优选的，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.1m-3.0m.
20.优选的，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.5m-1.5m.
21.优选的，所述凝胶态氧化铈分散液的浓度为1wt％-10wt％.
22.本发明还公开了一种氧化铈的使用方法，将上述任一氧化铈用于化学机械抛光。
23.使用本发明中的合成方法合成的氧化铈，具有完全由四价铈离子组成的氧化铈纳米颗粒，所得氧化铈粒径分布均一、易于分散，具有良好的抛光应用特性。
具体实施方式
24.以下结合具体实施例进一步阐述本发明的优点。
25.实施例1-4及对比例1-2依照表1所示的反应物及其浓度，及相应的合成条件合成氧化铈。
26.具体合成步骤如下：
27.s1：将铈源水溶液添加至沉淀剂水溶液中，生成原料溶液；
28.s2：充分搅拌所述原料溶液30min，进行沉淀反应；
29.s3：过滤所述原料溶液，得到凝胶态氢氧化铈，并清洗过滤所得固体，其中对清洗方法无特定需求，如本领域常用的离心清洗等；
30.s4：配置所述凝胶态氧化铈分散液，将所述分散液置于密闭容器内加热反应。相应的加热反应的温度及时间均如表1所示。
31.表1实施例1-4和对比例1-2的反应物、浓度及合成条件
[0032][0033][0034]
将实施例1-4和对比例1-2对应氧化铈分散液配制为抛光液，分别调配为1wt％固含量ph为4.5左右水分散液，并进行不同压力条件下测量teos、sin空白晶圆的抛光去除速率(rr)和二者抛光选择比(teos/sin)。
[0035]
具体抛光条件为，抛光机台为mirra，ic1010抛光垫，platten和carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力3psi，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为60秒。测试结果记于表2.
[0036]
表2实施例1-4及对比实施例5、6对应氧化铈分散液抛光实验结果
[0037]
样品实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2teosrr(a/min)20051970234025007003894sin rr(a/min)12095102115119550teos/sin16.720.722.921.75.97.1
[0038]
由表2中数据可以看出，实施例1-4所合成的氧化铈分散液具有良好的抛光活性和更高的teos/sin抛光选择比。即便对比例1中的氧化铈由于反应温度较低，无法生成颗粒均匀且分散性较好的氧化铈，其抛光活性收到较大的影响。对比例2并未选择四价铈盐，而是选用三价铈盐(即硝酸铈)作为铈源，合成出的氧化铈即便具有较高的抛光速率，其对材料的选择性较低，无法满足实际生产需求。因此，本发明选取四价可溶性铈盐为原料，制备得到产物为全四价的氧化铈。合成出的氧化铈具有优异的抛光活性，同时对不同的材料具有优异的选择性，在本领域具有广阔的使用前景。
[0039]
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。


技术特征：
1.一种氧化铈的合成方法，其特征在于，包括将铈源水溶液添加至沉淀剂水溶液中，生成原料溶液；充分搅拌所述原料溶液，进行沉淀反应；过滤所述原料溶液，得到凝胶态氢氧化铈；配置所述凝胶态氧化铈分散液，将所述分散液置于密闭容器内加热反应。2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，将所述分散液置于密闭容器内加热至120℃-250℃反应。3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于，将所述分散液置于密闭容器内加热至180℃-200℃反应。4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，将所述分散液置于密闭容器内加热反应2.0-8.0小时。5.如权利要求4所述的合成方法，其特征在于，将所述分散液置于密闭容器内加热反应4.0-6.0小时。6.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述铈源与所述沉淀剂的摩尔比为(1.0/4.0)-(1.0/6.0)。7.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述铈源为可溶性四价铈盐。8.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述可溶性铈盐为硝酸铈铵，硫酸铈中的一种或多种。9.如权利要求8所述的合成方法，其特征在于，所述可溶性铈盐为硫酸铈。10.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述铈源水溶液的浓度为0.1m-3.0m。11.如权利要求10所述的合成方法，其特征在于，所述铈源水溶液的浓度为0.2m-0.6m。12.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述沉淀剂为可溶性碱。13.如权利要求12所述的合成方法，其特征在于，所述可溶性碱为氢氧化钠，氢氧化钾，氨水中的一种或多种。14.如权利要求13所述的合成方法，其特征在于，所述可溶性碱为氨水。15.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.1m-3.0m。16.如权利要求15所述的合成方法，其特征在于，所述沉淀剂水溶液的浓度为0.5m-1.5m。17.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述凝胶态氧化铈分散液的浓度为1wt％-10wt％。18.一种氧化铈的使用方法，将如权利要求1-17中任一所述的氧化铈用于化学机械抛光。

技术总结
本发明提供了一种氧化铈的合成方法及其使用方法。所述氧化铈的合成方法，包括将铈源水溶液添加至沉淀剂水溶液中，生成原料溶液；充分搅拌所述原料溶液，进行沉淀反应；过滤所述原料溶液，得到凝胶态氢氧化铈；配置所述凝胶态氧化铈分散液，将所述分散液置于密闭容器内加热反应。使用本发明中的合成方法合成的氧化铈粒径分布均一、易于分散，具有良好的抛光应用特性。应用特性。


技术研发人员：尹先升 刘同君
受保护的技术使用者：安集微电子（上海）有限公司
技术研发日：2020.12.25
技术公布日：2022/6/30