一种氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液及制备和应用

本发明涉及抛光，具体涉及一种氢氧化铈和氧化铈混合抛光液的制备方法及其使用方法。

背景技术：

1、氧化铈是一种典型的稀土氧化物，具有独特的电子结构和化学活性，在催化、防腐、光学器件、光热涂层和玻璃磨料等领域有着广泛的应用。氧化铈磨料具有抛光效率高、化学反应活性高、选择性好和表面光洁度好等优点，是介电薄膜和浅沟槽隔离cmp的关键磨料。

2、浅沟槽隔离(sti)是一种在相邻半导体器件之间制造电介质沟槽以阻挡他们之间电流泄露的技术，包括刻蚀(沟槽形成)、沉积电介质(填充沟槽)以及通过cmp去除多余的电介质等工艺步骤，成为0.25μm技术节点的主流隔离技术。伴随集成电路技术的飞速发展，sti的化学机械抛光(cmp)工艺面临严峻挑战。

3、与硅溶胶磨料相比较，较低质量分数(≤1％)的氧化铈磨料抛光液就可获得较高的电介质去除效率(mrr)，而对于硅溶胶磨料含量需要≥10％(质量分数)才能具有相同的mrr。mrr不仅取决于抛光液中的化学添加剂，还取决于氧化铈磨料的表面特性，其将显著影响氧化铈颗粒与介质表面之间的物理化学性质。

4、ceo2磨料表面ce3+浓度直接影响到cmp工艺的效率，ce的氧化态对ceo2-sio2间相互作用的影响至关重要。在抛光过程中，氧化铈颗粒是通过ce3+与sio2反应生成ce-o-si键来去除sio2的，ce3+是影响化学机械抛光性能的有效反应位点，ce3+/ce4+的比例直接影响介质(主要是sio2)的去除速率。目前主要通过减少磨粒粒径、加入h2o2和超声波辅助等手段增加氧化铈颗粒表面的ce3+浓度。

5、因此，使用氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液既能充分发挥ce3+离子的作用，又能发挥氧化铈磨料的化学机械抛光作用，并且具有相互促进的作用。

6、本申请中利用可溶性铈盐溶液直接雾化与氨沉淀，形成氧化铈和氢氧化铈的混合物，或通过含氨气氛中氧气含量调节，氧化铈和氢氧化铈的比例可实现可控调节，方法简单易操作，过程清洁高效，具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题在于提供一种氢氧化铈和氧化铈混合抛光液的制备方法及其使用方法，由可溶性铈盐溶液雾化喷入含氨气氛后，直接落入配制溶液中，直接形成混合抛光液，其中氢氧化铈或氧化铈磨粒的平均一次粒径为5±1nm的颗粒状材料，并且其中氢氧化铈的摩尔数占总ce摩尔数的30％-39％。

2、技术方案为：

3、将可溶性铈盐溶解于溶剂中形成铈盐溶液，然后将其雾化喷入(利用高压泵使溶液获得压力喷雾雾化，喷雾压力范围：0.5-6mpa)含氨气氛气流中，所得雾化沉淀物直接落入配制溶液中，形成ce(oh)3和ceo2的混合抛光液；混合抛光液中氢氧化铈或氧化铈磨粒的平均一次粒径为5±1nm的颗粒状材料，其中氢氧化铈的摩尔数占总ce摩尔数的30％-39％；所述配制溶液包含：水、ph调节剂、表面活性剂、缓蚀剂。

4、提供一种方案：

5、所述铈的可溶性盐，包括草酸铈、硝酸铈、硫酸铈、氟化铈中的一种或几种；

6、所述溶剂为：水、甲醇、乙醇、丙三醇中的一种或几种；

7、所述铈盐溶液中ce离子的浓度为：0.02-1.7mol/l。

8、所述含氨气氛中，氨气的体积分数7-97％，其余为惰性气体；或含氨含氧气氛，氨气的体积分数7-16％，氧含量为2-19％，其余为惰性气体；惰性气氛气体为n2、ar或he中的一种或多种；通过调节雾化进料速率和含氨气氛气体流速，使ce离子与氨的摩尔比为：1:7～1:70。

9、所述配制溶液中ph调节剂包括：盐酸、硝酸、磷酸、碳酸中的一种或几种；所述ph调节剂依据雾化沉淀物落入后具体ph调节需要再加入，ph值的调节范围2-8；

10、所述表面活性剂包括：p123、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；

11、所述缓蚀剂包括：硅酸钠、钼酸铵、六次甲基四胺中的一种或几种；

12、所述配制溶液中表面活性剂和缓蚀剂的含量均分别为1-15wt％(占除ph调节剂外总溶液质量)，其余为水和ph调节剂；

13、所述配制溶液的体积(除ph调节剂外体积)与铈盐溶液的体积比为1/5～10/1。

14、提供一种方案：

15、所述铈的可溶性盐，包括草酸铈、硝酸铈中的一种或两种；

16、所述溶剂为：水、乙醇中的一种或两种；

17、所述铈盐中ce离子的浓度为：0.03-1.5mol/l。

18、所述含氨气氛中，氨气的体积分数15-75％，其余为惰性气体；或含氨含氧气氛，氨气的体积分数10-15％，氧含量为5-15％，其余为惰性气体；惰性气氛气体为n2、ar或he中的一种或多种；

19、雾化压力范围为：0.6-5mpa；

20、通过调节雾化进料速率和含氨气氛气体流速，使ce离子与氨的摩尔比为：1:15～1:30。

21、所述配制溶液中ph调节剂包括：硝酸、碳酸中的一种或两种；所述ph调节剂依据雾化沉淀物落入后具体ph调节需要加入，ph值的调节范围3-7；

22、所述表面活性剂包括：十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种；

23、所述缓蚀剂包括：硅酸钠、六次甲基四胺中的一种或两种；

24、所述配制溶液中表面活性剂和缓蚀剂的含量均分别为3-10wt％(占除ph调节剂外总溶液质量)，其余为水和ph调节剂；

25、所述配制液的体积(除ph调节剂外体积)与铈盐溶液的体积比为1/3～7/1。

26、所述氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液可作为一种化学机械抛光液被应用于抛光工艺中。

27、有益技术效果

28、本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明制备的氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液，ce3+离子浓度高，抛光性能好，抛光工件表面无明显划伤，适合手机显示屏、精密光学镜头等的精密抛光，制备方法简单高效，直接制得复合抛光液，工艺先进。

技术特征：

1.一种氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液的制备方法，其特征在于：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

5.按照权利要求1、2所述的方法，其特征在于：

6.按照权利要求1、3所述的方法，其特征在于：

7.按照权利要求1、4所述的方法，其特征在于：

8.一种权利要求1-7所述的方法制备获得的氢氧化铈和氧化铈抛光液。

9.一种权利要求8所述的氢氧化铈和氧化铈抛光液可作为一种化学机械抛光液被应用于抛光工艺中。

10.按照权利要求9所述的应用，其可用于磁盘微晶玻璃基片的表面抛光。

技术总结本发明涉及一种氢氧化铈和氧化铈的混合抛光液的制备方法，具体涉及一种由可溶性铈盐溶液雾化喷入含氨气氛后，直接落入配制溶液中，直接形成混合抛光液，其中氢氧化铈或氧化铈磨粒的平均一次粒径为5±1nm的颗粒状材料，并且其中氢氧化铈的摩尔数占总Ce摩尔数的30％‑39％。该过程可直接制备高效稳定的混合抛光液，不产生废水废气，可将抛光工件的表面粗糙度加工至0.25nm以下。技术研发人员：王峰,张志鑫,王业红,石振受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/16