一種氧化鈰復合顆粒及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及化學工程領域，具體涉及一種氧化鈰復合顆粒及其制備方法和應用。本發(fā)明的氧化鈰復合顆粒的制備方法為：將無機顆粒分散液與有機連接劑混合后，加入鈰鹽與沉淀劑，攪拌均勻得到混合分散液；將前一步驟制備的分散液轉移至密閉高壓反應釜中，加熱進行反應，獲得反應產(chǎn)物；反應產(chǎn)物離心，取沉淀物多次水洗，即得到氧化鈰復合顆粒。本發(fā)明通過有機連接劑結合無機顆粒內(nèi)核和氧化鈰納米顆粒，形成復合顆粒，通過高溫水熱促成氧化鈰良好的結晶性。
【專利說明】一種氧化鈰復合顆粒及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學工程領域，具體涉及一種氧化鈰復合顆粒及其制備方法和應用。【背景技術】
[0002]半導體工業(yè)沿著每18個月晶體管數(shù)翻一倍的摩爾定律飛速發(fā)展。隨著器件尺寸的越來越小，布線越來越密集，光學光刻設備焦深的減小，要求片子表面可接受的分辨率的平整度達到納米級。傳統(tǒng)的平坦化技術如基于淀積技術的選擇淀積、濺射玻璃S0G、低壓CVD、等離子體增強CVD、偏壓濺射和屬于結構的濺射后回腐蝕、熱回流、淀積一腐蝕一淀積等，這些技術在IC工藝中都曾獲得應用。但是，它們雖然也能提供“光滑”的表面，卻都是局部平坦化技術，不能做到全局平坦化?；瘜W機械拋光(CMP)因Walsh和Herzog提出的新型硅溶膠的制備和凝膠拋光后于60年代產(chǎn)生。是目前公認最好的也是唯一的全局平坦化技術。
[0003]磨料是化學機械拋光拋光液中的基礎且重要的組成部分，它的硬度、大小、形貌、化學性能等決定了拋光液的拋光速率、表面平整度、選擇比等基本性能。常見的商品化的納米磨料顆粒一半都是單一物質:氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、碳化硅、金剛石等等。但單一顆粒往往存在各種各樣的缺點。如氧化硅是最成熟的拋光磨料，其成本低，分散性，均勻性好，但其pH適應范圍小，拋光速率低，選擇性差；氧化鋁則硬度高拋光速率快，但其形貌不規(guī)則，表面劃傷多。
[0004]納米氧化鈰也是目前最常用的磨料之一，鈰表面羥基位于活性路易士酸的位置，易與SiO2表面娃醇鍵的路易士喊反應，脫水形成氧橋基鍵結，因此有很聞的對SiO2拋光速率，是一般氧化硅速率的3倍，在STI拋光中對氧化硅/氮化硅選擇比較高。但同時鈰有成本高，難以制得大小、形貌均勻的顆粒，易劃傷，分散性差，等缺點。已越來越難以滿足下一代集成電路拋光的需求。
[0005]因此研制出保留氧化鈰優(yōu)異性能，同時克服其缺點的復合顆粒是氧化鈰磨料的一個發(fā)展方向。中國專利CN101302404A公開了一種納米氧化鈰復合顆粒的制備方法，并使用含有其復合顆粒的拋光液進行玻璃拋光，得到較好的平整度。中國專利CN101818047A公開了一種氧化硅/氧化鈰復合顆粒的制備方法，并對二氧化硅介質層拋光，得到非常平整的表面。但是這些專利的不足之處在于反應溫度低，氧化鈰結晶差導致化學活性變差，拋光速率提高不多?；蛘哌€需要進行后期煅燒或水熱進行2次結晶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種包覆均勻，活性良好，能有效應用于氧化硅襯底和STI拋光的氧化鈰復合顆粒及其制備方法。
[0007]本發(fā)明首先公開了一種氧化鈰復合顆粒的制備方法，為采用水熱法制備氧化鈰復合顆粒，其具體步驟如下:
[0008]I)將無機顆粒分散液與有機連接劑混合后，加入鈰鹽與沉淀劑，攪拌均勻得到混合分散液；
[0009]2)將前一步驟制備的分散液轉移至密閉高壓反應釜中，加熱進行反應，獲得反應產(chǎn)物；
[0010]3)反應產(chǎn)物離心，取沉淀物多次水洗，即得到氧化鈰復合顆粒。
[0011 ] 較優(yōu)的，步驟I)所述無機顆粒分散液中，所述溶劑為水，所述溶質選自Si02、Al203、ZrO2, MnO2, Cr2O3> TiO2 或 SiC，溶質的粒徑為 2(T1000nm。
[0012]更優(yōu)的，所述無機顆粒分散液中，溶質的質量百分比為1%~20%。
[0013]較優(yōu)的，步驟I)所述有機連接劑選自硅烷偶聯(lián)劑、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸或硬脂酸。
[0014]更優(yōu)的，所述有機連接劑占所述混合分散液質量的0.05%~2%。
[0015]最優(yōu)的，所述有機連接劑占所述混合分散液質量的0.19Tl%。
[0016]本發(fā)明所采用的鈰鹽為可溶性鈰鹽。
[0017]較優(yōu)的，所述鈰鹽選自硝酸鈰銨、硫酸高鈰、硝酸亞鈰、醋酸鈰、氯化鈰或硫酸鈰。
[0018]更優(yōu)的，所述鈰鹽的添加量為所述無機顆粒分散液質量的2%~30%。 [0019]最優(yōu)的，所述鈰鹽的添加量為所述無機顆粒分散液質量的4%~9%。
[0020]進一步的，當所述鈰鹽中的鈰離子為三價鈰離子時，還需要在加入鈰鹽的同時加入氧化劑。
[0021]更進一步的，所述氧化劑為過氧化氫。所述氧化劑過量即可。
[0022]較優(yōu)的，所述沉淀劑選自氨水、碳酸銨、尿素、四氮六甲環(huán)、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0023]更優(yōu)的，所述沉淀劑的添加量為所述無機顆粒分散液質量的0.5%~5%。
[0024]較優(yōu)的，步驟2)所述反應的溫度為10(T800°C，反應時間為2~48小時。
[0025]更優(yōu)的，步驟2)所述反應的溫度為50(T800°C，反應時間為5~24小時。
[0026]本發(fā)明第二方面還公開了采用上述制備方法獲得的氧化鈰復合顆粒。
[0027]本發(fā)明最后還公開了所述氧化鈰復合顆粒作為拋光磨料的應用。
[0028]本發(fā)明中的復合顆粒，以無機顆粒為核，以結晶氧化鈰為外殼，包覆均勻，活性良好。能有效應用于氧化硅襯底和STI拋光中，實現(xiàn)高拋光速率和高選擇比。
[0029]本發(fā)明通過有機連接劑結合無機顆粒內(nèi)核和氧化鈰納米顆粒，形成復合顆粒，通過高溫水熱促成氧化鈰良好的結晶性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1:實施例1氧化鈰復合顆粒(氧化硅/氧化鈰復合顆粒)電鏡圖片
[0031]圖2:實施例2氧化鈰復合顆粒(氧化硅/氧化鈰復合顆粒)電鏡圖片
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明將通過下列實施例進一步加以詳細描述，下列實施例僅用來舉例說明本發(fā)明，而不對本發(fā)明的范圍作任何限制。
[0033]實施例1
[0034]配置100g質量濃度20%的硅溶膠。加入Ig硅烷偶聯(lián)劑KH550，攪拌均勻。之后加入8.68g六水合硝酸亞鈰和5g氨水，再加入Ig雙氧水,混合均勻后轉移至高壓密閉反應釜中。放置于250°C烘箱24小時。反應完后取出產(chǎn)物，離心，水洗3次，得到氧化硅/氧化鈰復合顆粒。所得產(chǎn)物用掃描電鏡觀察，如圖1所示。
[0035]實施例2
[0036]配置100g質量濃度為1%的氧化鋁分散液。加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻。之后加入0.548g硝酸鋪銨和0.48g尿素,混合均勻后轉移至高壓密閉反應爸中。放置于500°C烘箱12小時。反應完后取出產(chǎn)物，離心，水洗3次，得到氧化鋁/氧化鈰復合顆粒。所得產(chǎn)物用透射電鏡觀察，如圖2所示。
[0037]實施例3
[0038]配置100g質量濃度為5%的氧化鈦分散液，溶質的粒徑為600nm。加入0.5g聚丙烯酰胺，攪拌均勻。之后加入4.34g六水合硝酸亞鈰和4g四氮六甲環(huán)，再加入0.5g雙氧水，混合均勻后轉移至高壓密閉反應釜中。放置于800°C烘箱5小時。反應完后取出產(chǎn)物，離心，水洗3次，得到氧化鈦/氧化鈰復合顆粒。
[0039]實施例4
[0040]1.對比例
[0041]對比例1:實施例1中的硅溶膠，濃度稀釋為1%，并調節(jié)溶液pH值為9.0。
[0042]對比例2:配置100g質量濃度20%的硅溶膠。加入Ig硅烷偶聯(lián)劑KH550，攪拌均勻。之后加入8.68g六水合硝酸亞鈰和5g氨水，再加入Ig雙氧水,混合均勻在大氣環(huán)境下沸騰攪拌冷凝回流24小時。反應完后取出產(chǎn)物，離心，水洗3次，得到氧化硅/氧化鈰復合顆粒。加水將復合顆粒配制成1%分散液，加入0.2%聚丙烯酸分散劑，攪拌均勻，pH值調至
9.0 ο
[0043]2.實驗樣品
[0044]將實施例1中制備的氧化鈰復合顆粒(氧化硅/氧化鈰復合顆粒)配制成1%分散液，加入0.2%聚丙烯酸分散劑，攪拌均勻，pH值調至9.0。
[0045]3、拋光條件:
[0046]拋光機:CETRCP-4
[0047]拋光塾:RhomHaas iclOlO
[0048]拋光片:3英寸氧化硅片
[0049]下壓力:4psi
[0050]拋光頭轉速:IOOrpm
[0051]拋光墊轉速:IOOrpm
[0052]拋光液流量:100ml/min
[0053]拋光時間:lmin
[0054]用稱重得到拋去氧化硅片重量，換算算出拋光速率，實驗結果見表1。
[0055]表1
[0056]
【權利要求】
1.一種氧化鈰復合顆粒的制備方法，為采用水熱法制備氧化鈰復合顆粒，其具體步驟如下: 1)將無機顆粒分散液與有機連接劑混合后，加入鈰鹽與沉淀劑，攪拌均勻得到混合分散液； 2)將前一步驟制備的分散液轉移至密閉高壓反應釜中，加熱進行反應，獲得反應產(chǎn)物； 3)反應產(chǎn)物離心，取沉淀物多次水洗，即得到氧化鈰復合顆粒； 步驟I)所述無機顆粒分散液中，所述溶劑為水，所述溶質選自Si02、Al203、Zr02、Mn02、Cr2O3> TiO2或SiC，溶質的粒徑為20~lOOOnm。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機顆粒分散液中，溶質的質量百分比為1%~20%ο
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)所述有機連接劑選自硅烷偶聯(lián)劑、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸或硬脂酸。
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述有機連接劑占所述混合分散液質量的0.05%~2%ο
5.如權利要求1所述 的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽選自硝酸鈰銨、硫酸高鈰、硝酸亞鋪、醋酸鋪、氯化鋪或硫酸鋪。
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽的添加量為所述無機顆粒分散液質量的2%~30%。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述沉淀劑選自氨水、碳酸銨、尿素、四氮六甲環(huán)、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述反應的溫度為100~800°C，反應時間為2~48小時。
9.一種氧化鈰復合顆粒，采用權利要求1-8任一權利要求所述制備方法獲得。
10.權利要求9所述氧化鈰復合顆粒作為拋光磨料的應用。
【文檔編號】C09K3/14GK103896321SQ201210587502
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2012年12月28日
【發(fā)明者】俞磊, 王良詠, 劉衛(wèi)麗, 宋志棠 申請人:上海新安納電子科技有限公司, 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所