氧化铈粒子、其制造方法及其在化学机械研磨中的用途与流程

本发明涉及氧化铈粒子及其作为用于研磨的组合物、特别是化学机械研磨(cmp)组合物的组分的用途。本发明还涉及制备这些氧化铈粒子的方法。更具体地，本发明提供氧化铈粒子，这些粒子应用于化学机械研磨组合物中时具有良好的研磨特性；以及简单、经济且易于在工业规模上实施的此类粒子的制备方法。

背景技术：

1、二氧化铈常用于研磨应用。电子工业的发展要求渐增地相当大量的使用用于研磨多种部件(如磁盘或电介质化合物)的组合物。这些通常以分散体形式商业化的组合物必须展现出一定数量的特征。例如，它们必须提供材料的高度去除，这反映了它们的研磨能力。它们还必须具有尽可能低的缺陷性(defectuosity)；术语“缺陷性”旨在具体意指一旦用该组合物处理后的基底展现出的划痕的数量。出于稳定性和易于使用的原因，这些分散体通常包含亚微米尺寸(即总体上小于300nm)的粒子。此外，太细的粒子在这些分散体中的存在降低了它们的研磨能力，并且太大的粒子可能造成缺陷性的增加。

2、因此，现有技术中已知几种专门用于化学机械研磨应用的氧化铈粒子。

3、wo 2015/197656披露了掺杂金属的氧化铈粒子。

4、wo 08043703披露了氧化铈粒子在液相中的悬浮液，所述粒子是具有至多200nm的平均尺寸的二次粒子，并且所述二次粒子包含平均尺寸为至多100nm的一次粒子，其中标准偏差为所述一次粒子的所述平均尺寸值的至多30％。

5、wo 2015/091495披露了铈氧化物粒子在液相中的悬浮液，其中所述粒子包括含有一次粒子的二次粒子，其中所述二次粒子具有包括在105与1000nm之间的平均尺寸d50，其中标准偏差包括在所述二次粒子的所述平均尺寸的值的10％与50％之间；并且所述一次粒子具有包括在100与300nm之间的平均尺寸d50，其中标准偏差包括在所述一次粒子的所述平均尺寸值的10％与30％之间。

6、我们相信，在提供在化学机械研磨中展现出改进性能的新的氧化铈粒子以及简单、经济且易于在工业规模上实施的此类粒子的制备方法方面，仍有改进的空间。

技术实现思路

1、申请人精制了能够解决上述问题的新的氧化铈粒子。

2、因此，本发明的一个主题是氧化铈粒子，其展现出至少为5的粗糙度指数(ri)。更特别地，粒子的粗糙度指数是通过下式定义的：

3、

4、其中“tem尺寸”表示在透射电子显微镜(tem)图像上测量的粒子的平均尺寸。优选地，为了得到此平均尺寸，在透射电子显微镜图像上测量至少80个粒子。

5、“ssa指数”表示根据下式的粒子的理论平均尺寸：

6、

7、其中ssa表示通过氮气吸附测定的粒子的bet比表面积，并且ρ表示氧化铈(iv)的密度且其等于7.22g/cm3。

8、据本发明人所知，本发明的该主题的粒子达到的粗糙度指数高于现有技术的氧化铈粒子的粗糙度指数。据信，当此类粒子作为磨料粒子用于化学机械研磨组合物或方法中时，有助于实现更高的研磨效率。

9、本发明还涉及一种用于生产本发明的氧化铈粒子的方法，该方法至少包括以下步骤：

10、(a)在惰性气氛下，使(i)碱的水溶液、(ii)包含no3-、ceiii、可选地ceiv的水溶液、以及(iii)有机酸或其盐接触以获得混合物，其中该有机酸是取代或未取代的-芳基或-杂芳基羧酸；

11、(b)使在步骤(a)中获得的该混合物经受热处理；

12、(c)可选地酸化在步骤(b)中获得的该混合物；

13、(d)可选地用水洗涤在步骤(b)或(c)结束时获得的固体材料；

14、(e)可选地使在步骤(d)结束时获得的该固体材料经受机械处理以使这些粒子解附聚。

15、有利地，此方法使得能够以简单的方式制备本发明的氧化铈粒子。

16、本发明还涉及通过上述方法可获得的或获得的氧化铈粒子、本发明的氧化铈粒子在液体介质中的分散体、所述分散体或本发明的粒子制备化学机械研磨组合物的用途、包含所述分散体或所述粒子的化学机械研磨组合物、其中所述化学机械研磨组合物被用于除去基底的一部分的研磨方法、以及包含由此研磨的基底的半导体。

1.一种用于生产氧化铈粒子的方法，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该有机酸是取代或未取代的杂芳基羧酸、优选未取代的杂芳基羧酸、更优选在杂芳基中带有至少一个氮原子的未取代的杂芳基羧酸。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该有机酸是2-吡啶甲酸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，步骤(b)中的该热处理是在范围从75℃至95℃的温度下进行的。

5.一种氧化铈粒子，其通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法可获得。

6.一种氧化铈粒子，其特征在于所述粒子展现出至少为5的粗糙度指数ri，其中ri由下式定义：

7.根据权利要求6所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子基本上是立方体的。

8.根据权利要求6或7所述的氧化铈粒子，其特征在于，通过tem获得的这些粒子的图像展现出具有基本上相同长度的4条边，并且是使得这4条边的邻边形成基本上等于90°的角。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出范围从0.001wt％至5wt％、具体地从0.1wt％至2.5wt％的碳重量比率。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在15与100m2/g之间、更具体地在38与80m2/g之间、更具体地在40与70m2/g之间、甚至更具体地在42与60m2/g之间的比表面积。

11.根据权利要求10所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在22与70m2/g之间的比表面积。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出从30至500nm、具体地从70至300nm的平均尺寸，所述平均尺寸是由tem图像测量的。

13.根据权利要求12所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在120与300nm之间、具体地在125与270nm之间，更具体地在130与250nm之间、甚至具体地在140与240nm之间的平均尺寸，所述平均尺寸是由tem图像测量的。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的氧化铈粒子，其通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法可获得。

15.一种氧化铈粒子，其特征在于所述粒子展现出至少2.4、具体地至少3.5的粗糙度指数ri，其中ri由下式定义：

16.根据权利要求15所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子基本上是立方体的。

17.根据权利要求15或16所述的氧化铈粒子，其特征在于，通过tem获得的这些粒子的图像展现出具有基本上相同长度的4条边，并且是使得这4条边的邻边形成基本上等于90°的角。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在15与100m2/g之间、更具体地在38与80m2/g之间、更具体地在40与70m2/g之间、甚至更具体地在42与60m2/g之间的比表面积。

19.根据权利要求18所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在22与70m2/g之间的比表面积。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出从30至500nm、具体地从70至300nm的平均尺寸，所述平均尺寸是由tem图像测量的。

21.根据权利要求20所述的氧化铈粒子，其特征在于，所述粒子展现出包括在120与300nm之间、具体地在125与270nm之间，更具体地在130与250nm之间、甚至具体地在140与240nm之间的平均尺寸，所述平均尺寸是由tem图像测量的。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的氧化铈粒子，其通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法可获得。

23.一种根据权利要求6至22中任一项所述的氧化铈粒子在液体介质中的分散体。

24.根据权利要求23所述的分散体，其展现出低于300μs/cm、更具体地低于150μs/cm、甚至更具体地低于100μs/cm或50μs/cm的电导率。

25.根据权利要求5至22中任一项所述的氧化铈粒子或根据权利要求22或23所述的分散体用于制备研磨组合物、更特别地化学机械研磨组合物的用途。

26.一种研磨组合物，其包含根据权利要求5至22中任一项所述的氧化铈粒子或根据权利要求23或24所述的分散体。

27.根据权利要求26所述的研磨组合物，其进一步包含以下成分中的一种或多种：

28.一种用于除去基底的一部分的方法，该方法包括用根据权利要求23或24所述的研磨组合物研磨该基底。