[发明专利]一种氧化铈复合颗粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程领域，具体涉及一种氧化铈复合颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

半导体工业沿着每18个月晶体管数翻一倍的摩尔定律飞速发展。随着器件尺寸的越来越小，布线越来越密集，光学光刻设备焦深的减小,要求片子表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级。传统的平坦化技术如基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG、低压CVD、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积—腐蚀—淀积等,这些技术在IC工艺中都曾获得应用。但是,它们虽然也能提供“光滑”的表面,却都是局部平坦化技术,不能做到全局平坦化。化学机械抛光（CMP）因Walsh和Herzog提出的新型硅溶胶的制备和凝胶抛光后于60年代产生。是目前公认最好的也是唯一的全局平坦化技术。

磨料是化学机械抛光抛光液中的基础且重要的组成部分，它的硬度、大小、形貌、化学性能等决定了抛光液的抛光速率、表面平整度、选择比等基本性能。常见的商品化的纳米磨料颗粒一半都是单一物质：氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、碳化硅、金刚石等等。但单一颗粒往往存在各种各样的缺点。如氧化硅是最成熟的抛光磨料，其成本低，分散性，均匀性好，但其pH适应范围小，抛光速率低，选择性差；氧化铝则硬度高抛光速率快，但其形貌不规则，表面划伤多。

纳米氧化铈也是目前最常用的磨料之一，铈表面羟基位于活性路易士酸的位置，易与SiO₂表面硅醇键的路易士碱反应，脱水形成氧桥基键结，因此有很高的对SiO₂抛光速率，是一般氧化硅速率的3倍，在STI抛光中对氧化硅/氮化硅选择比较高。但同时铈有成本高，难以制得大小、形貌均匀的颗粒，易划伤，分散性差，等缺点。已越来越难以满足下一代集成电路抛光的需求。

因此研制出保留氧化铈优异性能，同时克服其缺点的复合颗粒是氧化铈磨料的一个发展方向。中国专利CN101302404A公开了一种纳米氧化铈复合颗粒的制备方法，并使用含有其复合颗粒的抛光液进行玻璃抛光，得到较好的平整度。中国专利CN101818047A公开了一种氧化硅/氧化铈复合颗粒的制备方法，并对二氧化硅介质层抛光，得到非常平整的表面。但是这些专利的不足之处在于反应温度低，氧化铈结晶差导致化学活性变差，抛光速率提高不多。或者还需要进行后期煅烧或水热进行2次结晶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种包覆均匀，活性良好，能有效应用于氧化硅衬底和STI抛光的氧化铈复合颗粒及其制备方法。

本发明首先公开了一种氧化铈复合颗粒的制备方法，为采用水热法制备氧化铈复合颗粒，其具体步骤如下：

1）将无机颗粒分散液与有机连接剂混合后，加入铈盐与沉淀剂，搅拌均匀得到混合分散液；

2）将前一步骤制备的分散液转移至密闭高压反应釜中，加热进行反应，获得反应产物；

3）反应产物离心，取沉淀物多次水洗，即得到氧化铈复合颗粒。

较优的，步骤1）所述无机颗粒分散液中，所述溶剂为水，所述溶质选自SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、MnO₂、Cr₂O₃、TiO₂或SiC，溶质的粒径为20~1000nm。

更优的，所述无机颗粒分散液中，溶质的质量百分比为1%~20%。

较优的，步骤1）所述有机连接剂选自硅烷偶联剂、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸或硬脂酸。

更优的，所述有机连接剂占所述混合分散液质量的0.05%~2%。

最优的，所述有机连接剂占所述混合分散液质量的0.1%~1%。

本发明所采用的铈盐为可溶性铈盐。

较优的，所述铈盐选自硝酸铈铵、硫酸高铈、硝酸亚铈、醋酸铈、氯化铈或硫酸铈。

更优的，所述铈盐的添加量为所述无机颗粒分散液质量的2%~30%。

最优的，所述铈盐的添加量为所述无机颗粒分散液质量的4%~9%。

进一步的，当所述铈盐中的铈离子为三价铈离子时，还需要在加入铈盐的同时加入氧化剂。

更进一步的，所述氧化剂为过氧化氢。所述氧化剂过量即可。

较优的，所述沉淀剂选自氨水、碳酸铵、尿素、四氮六甲环、氢氧化钠或氢氧化钾。

更优的，所述沉淀剂的添加量为所述无机颗粒分散液质量的0.5%~5%。

较优的，步骤2）所述反应的温度为100~800℃，反应时间为2~48小时。