[发明专利]一种氧化硅/氧化铈复合磨粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属高精密抛光材料领域，具体涉及一种氧化硅/氧化铈复合磨粒的制备方法。

背景技术

目前化学机械抛光中最常用的抛光磨料是氧化硅磨料和氧化铈磨料。氧化硅磨料由于其 较好的分散性、均匀性和低廉的价格成为目前最广泛采用的化学机械抛光磨料，而且后清洗 过程废液处理较容易。但其缺点是相对于氧化物来说硬度稍低，去除率较低，并且在STI的 抛光中氧化硅与氮化硅之间的去除率选择比较低，已很难满足下一代IC制造的要求。

氧化铈磨料由于其可与氧化硅发生化学反应，故在相同条件下，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。但其缺点是价格较贵，颗粒不规则，大小不一，粒度分布较大，黏度大，容 易团聚，会造成划伤，且其沉淀在介质膜上吸附严重，为后清洗带来困难。综合考虑，氧化 铈磨料也不能满足下一代IC制造的要求。

因此，氧化硅/氧化铈核壳复合磨料由于兼具氧化硅和氧化铈的优越的性能已被广泛研 究。Zhenyu Lu等人在《Journal of Materials Research》2003，18(10)：2323-2330中研究了制 得了氧化硅/氧化铈混合磨料，并对热氧化的二氧化硅层的抛光，发现制得的氧化硅/氧化铈 混合磨料的抛光速率明显高于纯氧化硅磨料。但这种磨料的制备方法是通过调节pH值控制 粒子的表面电荷使其表面电位相反而使小粒径的氧化铈吸附在大粒径的氧化硅表面构成核 壳结构，只能在特定的pH值下使用。Seung-Ho Lee等人在《Journal of Materials Research》 2003，17(10)：2744-2749中提到了氧化硅表面包覆一层氧化铈的复合磨料，并且对热氧化的 二氧化硅层进行了抛光，发现制得的氧化硅/氧化铈复合磨料的抛光速率明显高于纯氧化硅 磨料。中国专利CN101302404A也公开了一种氧化硅/氧化铈复合磨料，采用含有该复合磨 粒的抛光液对玻璃基片进行抛光，可以得到很低的表面粗糙度。但他们共有的不足是在包 覆氧化铈的过程中仍然会有一些氧化铈独自成核长大，并没有生长在氧化硅表面，实质是 氧化硅/氧化铈复合磨料和氧化铈磨料构成的混合磨料。而混入的氧化铈同样会造成划伤， 且其沉淀在介质膜上吸附，为后清洗带来困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种氧化硅/氧化铈核壳复合磨料的制备 方法。

本发明采用有机添加剂，通过水热法控制氧化铈在氧化硅表面成核及生长，本发明制 得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料中没有均相成核的氧化铈粒子，制得了真正意义上的氧化 硅/氧化铈核壳复合磨料。

本发明提供的氧化硅/氧化铈复合磨粒的制备方法包括下列步骤：

1)在硅溶胶中加入有机添加剂，搅拌溶解，而后加入三价铈盐或四价铈盐制得分散液；

2)将分散液置于带有聚四氟内衬的高压釜中，密封后，加热反应；

3)反应完毕后离心分离、提纯、烘干，最终制得氧化硅/氧化铈复合磨粒。

所述步骤1)中的硅溶胶为二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液。所述硅 溶胶中二氧化硅的质量百分比浓度为1-20％，优选2-5％。所述硅溶胶为碱性硅溶胶，pH范 围为8～12。

所述步骤1)中的有机添加剂为聚乙烯吡咯烷酮或γ-氨丙基三乙氧基硅烷，优选为聚乙 烯吡咯烷酮，有机添加剂的加入量为所述分散液重量的0.1-5wt％，优选1.25-2.5wt％，最适 宜用量为1wt％。

所述步骤1)中的三价铈盐选自水合硝酸亚铈、醋酸铈、氯化铈或、四水硫酸铈或八水 硫酸铈，优选为硝酸亚铈。

所述三价铈盐或四价铈盐在所述分散液中的浓度为25mmol/L～250mmol/L。

所述步骤2)中加热反应的温度为100～180℃，优选为140～160℃。加热反应时间为 为6～36小时，优选12-24小时。较佳的，所述加热反应中，保持反应温度恒定。为保证恒 定的反应温度，可将高压釜置于烘箱中。所述高压釜优选不锈钢质。

所述步骤3)中的提纯方法为：超滤或微滤。

本发明还进一步公开了采用本发明制得的氧化硅/氧化铈核壳复合磨料，及其用于集成 电路和玻璃的化学机械抛光的用途。