[發(fā)明專利]鑭系金屬摻雜二氧化鈰納米磨粒的制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810440980.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108410424B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程潔;李楊;路新春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C09K3/14
• 分類(lèi)號(hào): C09K3/14;C09G1/02
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明公開(kāi)了鑭系金屬摻雜二氧化鈰納米磨粒的制備方法和應(yīng)用，其中，制備方法包括：(1)測(cè)量二氧化鈰納米粉體的吸水率；(2)配制鑭系金屬硝酸鹽溶液，并對(duì)所述二氧化鈰納米粉體進(jìn)行等體積浸漬、陳化、烘干、焙燒和研磨，以便得到所述鑭系金屬摻雜的二氧化鈰納米磨粒。采用該方法不僅可以有效制備得到鑭系金屬元素?fù)诫s的二氧化鈰納米磨粒，而且利用該鑭系金屬元素?fù)诫s的二氧化鈰納米磨粒對(duì)介質(zhì)材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，可以在低磨粒含量下實(shí)現(xiàn)較高的材料去除速率和拋光后表面質(zhì)量，尤其能使介質(zhì)材料在堿性條件下兼具較高的拋光速率和表面質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)理想的化學(xué)機(jī)械拋光效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及鑭系金屬摻雜二氧化鈰納米磨粒的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化鈰(CeO₂)磨粒由于具有可控的異質(zhì)材料選擇去除特性，被廣泛應(yīng)用于集成電路介質(zhì)材料的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程。相較于傳統(tǒng)的二氧化硅(SiO₂)和氧化鋁(Al₂O₃)等磨粒，CeO₂磨粒的最大特點(diǎn)是同時(shí)具有機(jī)械磨削作用和化學(xué)反應(yīng)活性。CeO₂具有螢石型原子排列，表面具有Ce³⁺，并且可以與Ce⁴⁺相互轉(zhuǎn)化。CeO₂表面的Ce³⁺能提高CeO₂與介質(zhì)材料表面水合層之間的相互作用，從而顯著提高拋光速率，以SiO2介質(zhì)的化學(xué)機(jī)械拋光為例，具體作用原理為：Ce³⁺可以與SiO₂表面的-Si-OH發(fā)生反應(yīng)，形成Ce-O-Si鍵。Ce-O-Si鍵的強(qiáng)度大于Si-O-Si鍵的強(qiáng)度，繼而表層SiO₂以Si(OH)₄的形式進(jìn)入拋光液中，在化學(xué)和機(jī)械雙重作用下，實(shí)現(xiàn)材料去除。

然而，CeO₂磨粒在水基拋光液中的分散特性不理想、拋光后容易在晶圓表面產(chǎn)生劃痕。目前提高CeO₂磨粒的化學(xué)機(jī)械拋光特性的主要方法是表面改性，以改善荷電特性和溶液中的穩(wěn)定性，如專利CN106590442A報(bào)導(dǎo)將CeO₂粉體加入硅烷基偶聯(lián)劑化合物與有機(jī)溶液的混合溶液中以提高其在拋光漿料的穩(wěn)定性，雖然有機(jī)官能團(tuán)嫁接的方法能夠一定程度上改善CeO₂在拋光液中的分散特性，但不能保證介質(zhì)材料的去除速率；元素?fù)诫s是對(duì)CeO₂進(jìn)行改性的較好的方式，但純CeO₂有兩方面的缺陷：燒結(jié)影響了螢石原來(lái)的構(gòu)造，儲(chǔ)放氧的能力大大減弱；氧缺陷少，氧離子傳輸能力弱。很多種類(lèi)金屬的摻雜均能加快Ce⁴⁺轉(zhuǎn)化為 Ce³⁺。專利CN101970347A報(bào)導(dǎo)使用金屬元素釔體相摻雜CeO₂顆粒，可以降低拋光過(guò)程中的誘發(fā)缺陷率。金屬元素體相摻雜CeO₂在光催化領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，但由于制備過(guò)程容易破壞CeO₂的固有晶體結(jié)構(gòu)，因而難以保持CeO₂磨粒的優(yōu)良特性，在化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域受到一定限制。

根據(jù)以上分析，我們可以期望使用鑭系金屬表面摻雜的方式，在不改變固有晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高CeO₂的化學(xué)機(jī)械拋光特性(如材料去除速率、表面質(zhì)量等)。通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜的工藝參數(shù)(如摻雜方法、元素種類(lèi)、負(fù)載量、焙燒溫度等)，獲得同時(shí)具有較高化學(xué)反應(yīng)活性和較好分散形態(tài)的CeO₂磨粒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出鑭系金屬摻雜二氧化鈰納米磨粒的制備方法和應(yīng)用。采用該方法不僅可以有效制備得到鑭系金屬元素?fù)诫s的二氧化鈰納米磨粒，而且利用該鑭系金屬元素?fù)诫s的二氧化鈰納米磨粒對(duì)介質(zhì)材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，可以在低磨粒含量下實(shí)現(xiàn)較高的材料去除速率和拋光后表面質(zhì)量，尤其能使介質(zhì)材料在堿性條件下兼具較高的拋光速率和表面質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)理想的化學(xué)機(jī)械拋光效果。