[发明专利]一种高Ce3+

说明书

本发明公开了一种高Cesupgt;3+/supgt;比纳米氧化铈抛光液及制备方法和在砷化镓抛光中的应用，该抛光液以纳米氧化铈作为磨粒，所述纳米氧化铈的制备：以碘代烷溶液作为稳定剂，以4‑乙烯基吡啶为还原剂，将其与铈盐混合，再加入含有分散剂的有机碱溶液，形成pH为10‑12的反应混合物，对混合物进行水热处理，制得一次粒径为20‑50nm，形貌带有棱角的纳米氧化铈。以本发明制备纳米氧化铈粉体为磨料的CMP抛光液，很好地控制D90大颗粒，拥有极高的分散性，不添加强氧化剂，保证抛光液的稳定性，从而确保不会划伤抛光件的表面，更容易获得高精度的表面面型效果。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种用于砷化镓抛光的纳米氧化铈抛光液及制备方法。

背景技术

作为第二代半导体，砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，被广泛用于制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。目前，随着半导体集成电路的发展，砷化镓衬底的加工直径逐渐增大，因其材料硬度低、脆性大、易解理，使得砷化镓晶片的加工成为集成电路制造中的主要难题。

化学机械抛光方法是解决高精密光学器件和集成电路制造的关键技术之一，因工艺较成熟且成本较低，被广泛用于砷化镓晶片的抛光加工中。目前砷化镓抛光普遍使用的是纳米二氧化硅磨料，氧化硅抛光液一般由去离子水、氧化剂、SiO²悬浮液配制而成，氧化剂通常为双氧水或者是可分解出次氯酸根的次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠等试剂，用其对晶片进行抛光，在抛光过程中砷化镓材料易被氧化为As和Ga的3价氧化物，而其氧化物具有两性，易被酸和碱溶解。然而氧化硅本身不带有氧化性和漂白性，氧化剂分解速度仅能减缓，但是却不稳定，不能保证稳定去除效率和高要求表面质量。

纳米氧化铈作为一种具备有优异的氧化还原能力，且莫氏硬度略高于二氧化硅的磨料，兼具高切削量、高表面质量，可在半导体材料抛光中应用，尤其是在衬底材料抛光应用中显示出优良的平坦化抛光精度。

中国专利200510041507.2公布了一种纳米氧化铈的制备方法及其在砷化镓晶片化学机械抛光中的用途，中国专利200910077080.X公布了一种砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法，均使用双氧水作为氧化剂，但双氧水在碱性条件下很不稳定，能快速分解，不能保证去除效率和表面质量。中国专利202210982961.1公布了一种砷化镓衬底抛光液及其应用，其使用二氧化硅作为抛光磨粒，二氯异氰尿酸钠作为氧化剂替代次氯酸钠，多聚磷酸钠作为抛光促进剂和络合剂，从而减缓氧化剂的分解速度，实现提高抛光速率和减少抛光损伤。以上三种方法并不能从根本上解决使用过程中存在氧化剂分解不稳定，面型精度很难控制且表面粗糙度较高的问题。

发明内容

针对以上技术性问题，本发明提出一种高Ce³⁺比用于砷化镓抛光的纳米氧化铈抛光液及制备方法，氧化铈纳米粒子之间存在大量晶格氧空位，化学活性强，具有高氧化性能和漂白性能，一次粒径为20-50nm，形貌带有棱角，采用丙烯酸酯类作为分散剂，多元羧酸作为抛光促进剂和络合剂，在抛光过程中不容易造成划伤又能保证抛光效率的稳定，且该氧化铈易于分散，制备的抛光液具有高分散性。

一种高Ce³⁺比纳米氧化铈抛光液，以纳米氧化铈作为磨粒，所述纳米氧化铈的制备：以碘代烷溶液作为稳定剂来控制前驱体氢氧化铈形貌，以4-乙烯基吡啶为还原剂来控制Ce³⁺/Ce⁴⁺的比例，将其与铈盐(三价)混合，再加入含有分散剂的有机碱溶液来控制其水热粒径，形成pH为10-12的反应混合物，对混合物进行水热处理，制得一次粒径为20-50nm，形貌带有棱角的纳米氧化铈。

所述纳米氧化铈的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铈盐、还原剂、稳定剂和水混合，搅拌制得混合液A；

(2)将分散剂、有机碱和水混合，搅拌制得混合液B；