CN100351179C - 单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 - Google Patents
单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100351179C CN100351179C CNB2005100404595A CN200510040459A CN100351179C CN 100351179 C CN100351179 C CN 100351179C CN B2005100404595 A CNB2005100404595 A CN B2005100404595A CN 200510040459 A CN200510040459 A CN 200510040459A CN 100351179 C CN100351179 C CN 100351179C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- powder
- urea
- cerium oxide
- polishing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 23
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 claims description 13
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- GHLITDDQOMIBFS-UHFFFAOYSA-H cerium(3+);tricarbonate Chemical compound [Ce+3].[Ce+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O GHLITDDQOMIBFS-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H cerium(3+);trisulfate Chemical compound [Ce+3].[Ce+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O OZECDDHOAMNMQI-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- 229910000333 cerium(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- XMHIUKTWLZUKEX-UHFFFAOYSA-N hexacosanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O XMHIUKTWLZUKEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035126 Facies Diseases 0.000 description 1
- 241000233805 Phoenix Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及超细粉体制备及其应用领域，其制备方法为称取一定量的铈盐和尿素分别溶于蒸馏水中，将两种溶液混合并用电动搅拌器搅拌均匀。其中Ce3+相对于总溶液的浓度范围为0.005～0.1mol/l，尿素与铈盐摩尔比在10∶1～100∶1之间，混合溶液密封好后在70℃～90℃的温度下加热1～3h，取出冷却静置，在室温下陈化0.5～12小时，过滤，沉淀物经洗涤后，进行干燥，再在200℃～800℃煅烧0.5～3h，得到CeO2粉体。取制得的粉体配制成抛光液，采用抛光机对硅晶片进行抛光。由于制得的颗粒形貌为球形，且粒度相当小(在亚微米级)，对表面质量要求相当高的硅晶片抛光具有出较大的优越性，表现为有尽可能小的表层和亚表层损伤、表面残余应力极小，且晶体表面具有完整的晶体结构。
Description
技术领域
本发明涉及超细粉体制备及其应用领域，特指单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途。
背景技术
CeO2作为抛光料的使用已经有了很长的历史，被广泛应用于精密玻璃抛光和超大规模集成电路二氧化硅介质层的化学机械抛光，相比于Al2O3磨料和SiO2磨料而言，CeO2磨料具有抛光表面粗糙度低、抛光效率高等优点。在高精密抛光中，粉体的粒度、形貌及其分布均匀性起了主要的作用，颗粒越细，越近球形，分布越均匀，则抛光效果越好。同时超细粉体制备技术经过多年的发展，在制备高纯超细、高活性粉体方面取得了长足进展，已日趋成熟。随着科技的发展，目前超细粉体技术已开始超着形貌和粒径分布可控性的方向发展，但是超细粉体的形貌和粒径分布控制在理论上和技术上还存在困难，有关亚微米级球形稀土氧化物CeO2的制备方法目前还未见报道。
发明内容
本发明以铈盐和尿素为原料，采用均匀沉淀法工艺进行合成，通过优化铈盐浓度，尿素与铈盐的摩尔比例，反应、煅烧条件等工艺参数来控制CeO2粉体的形貌及粒度分布，从而得到单分散性好、粒度在亚微米级的氧化铈粉体颗粒，并将其配置成抛光液用于硅单晶片的化学机械抛光，得到了粗糙度极低的超光滑表面。
本发明具体工艺过程是：称取一定量的铈盐和尿素分别溶于蒸馏水中，将两种溶液混合并用电动搅拌器搅拌均匀。其中Ce3+相对于总溶液的浓度范围为0.005～0.1mol/l，尿素与铈盐摩尔比在10∶1～100∶1之间，混合溶液密封好后在70℃～90℃的温度下加热1～3h，取出冷却静置，在室温下陈化0.5～12小时，过滤，沉淀物经洗涤后，进行干燥，再在200℃～800℃煅烧0.5～3h，得到CeO2粉体。
铈盐为硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈中任一种。
所述Ce3+相对于总溶液的浓度范围在0.01～0.08md/l之间，尿素与铈盐摩尔比在20∶1～80∶1之间效果较好。
取制得的粉体配制成抛光液，控制质量百分比浓度在1wt％～3wt％之间，用氨水将抛光液PH值调至9～11，采用抛光机对硅晶片进行抛光。
本发明采用了较为简单的化学工艺制备出了单分散性相当好的氧化铈粉体，无需复杂的设备，所需化学原料种类少，可重复性好，有较大的工业推广价值，同时由于其颗粒形貌为球形，且粒度相当小(在亚微米级)，对表面质量要求相当高的硅晶片抛光具有比较大的优越性，表现为有尽可能小的表层和亚表层损伤、表面残余应力极小，且晶体表面具有完整的晶体结构。
附图说明
图1为1um标尺范围内的扫描电镜图
图2为0.5um标尺范围内的扫描电镜图
图3为抛光后二维表面图
图4为三维立体图
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1：各配置Ce(NO3)3与尿素溶液500ml，其中[Ce3+]＝0.04mol/l，尿素与硝酸铈摩尔比为40∶1，将两种溶液混合并搅拌均匀，放入85℃恒温水浴中加热2h，取出冷却静置，室温下陈化2h，沉淀物用蒸馏水洗涤3遍，无水乙醇洗涤1遍，放入烘箱中烘干，再放入600℃煅烧炉中煅烧2h，冷却后对粉体进行充分的研磨。取一定粉体配置成100ml的溶液，溶质质量浓度为1wt％，加氨水调节PH值至9，在一定抛光压力(2N)、转速(200rmp)和时间(25min)下，使用美国Buehler PHOENIX BETA型抛光机对硅晶片进行抛光。抛光完后对硅晶片表面进行清洗，取一小片在原子力显微镜下进行观测。
按实施例1的工艺参数制得的CeO2粉体样品的扫描电镜图如图1、图2所示，其中图1为1um标尺范围内的SEM图，图2为0.5um标尺范围内的SEM图。从中可以看出，颗粒粒径分布十分均匀，呈规则的球形，平均粒径在300nm左右。
硅晶片抛光后表面原子力显微图如图3、图4。其中图3为抛光后二维表面图，图4为三维立体图。测试结果表明表面2μm范围内表面粗糙度Ra值为0.204nm，粗糙度均方值RMS值为0.308nm。
实施例2：改变溶液参数[Ce3+]为0.01mol/l，尿素与硝酸铈摩尔比为15∶1，在70℃水浴中加热3h，陈化0.5h，在200℃下煅烧3h。取适量粉体配置成溶液，溶质质量浓度为1.5wt％，加氨水调节PH值至10，后续抛光工艺如实施例1。
实施例3：铈盐为硫酸铈，改变溶液参数[Ce3+]为0.1mol/l，尿素与硫酸铈摩尔比为60∶1，在80℃水浴中加热2.5h，陈化8h，在400℃下煅烧2.5h。取适量粉体配置成溶液，溶质质量浓度为2wt％，加氨水调节PH值至10.5，后续抛光工艺同上。
实施例4：铈盐为碳酸铈，改变溶液参数[Ce3+]为0.2mol/l，尿素与碳酸铈摩尔比为100∶1，在90℃水浴中加热1h，陈化12h，在800℃下煅烧0.5h。取适量粉体配置成溶液，溶质质量浓度为3wt％，加氨水调节PH值至11，后续抛光工艺同上。
Claims (5)
1.单分散球形氧化铈的制备方法，其特征在于称取一定量的铈盐和尿素分别溶于蒸馏水中，将两种溶液混合并用电动搅拌器搅拌均匀，其中Ce3+相对于总溶液的浓度范围为0.005～0.1mol/l，尿素与铈盐摩尔比在10∶1～100∶1之间，混合溶液密封好后在70℃～90℃的温度下加热1～3h，取出冷却静置，在室温下陈化0.5～12小时，过滤，沉淀物经洗涤后，进行干燥，再在200℃～800℃煅烧0.5～3h，得到CeO2粉体。
2.根据权利要求1所述的单分散球形氧化铈的制备方法，其特征在于：铈盐为硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈中任一种。
3.根据权利要求1所述的单分散球形氧化铈的制备方法，其特征在于：所述Ce3+相对于总溶液的浓度范围在0.01～0.08md/l之间。
4.根据权利要求1所述的单分散球形氧化铈的制备方法，其特征在于：尿素与铈盐摩尔比在20∶1～80∶1之间。
5.单分散球形氧化铈在高精密抛光中的用途，其特征在于取权利要求l制得的粉体配制成抛光液，控制质量百分比浓度在1wt％～3wt％之间，用氨水将抛光液pH值调至9～11，采用抛光机对硅晶片进行抛光。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100404595A CN100351179C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100404595A CN100351179C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1699282A CN1699282A (zh) | 2005-11-23 |
| CN100351179C true CN100351179C (zh) | 2007-11-28 |
Family
ID=35475565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100404595A Expired - Fee Related CN100351179C (zh) | 2005-06-09 | 2005-06-09 | 单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100351179C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106590442A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-04-26 | 海城海美抛光材料制造有限公司 | 一种二氧化铈抛光粉液的制备方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101284983B (zh) * | 2007-04-12 | 2011-10-19 | 北京有色金属研究总院 | 一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺 |
| CN105251421A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-20 | 天津城建大学 | 一种微米级氧化铈微球的低温制备方法 |
| CN106362657A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 虔东稀土集团股份有限公司 | 一种反应装置和利用该装置制备超细稀土化合物的方法 |
| JP7074644B2 (ja) * | 2018-10-31 | 2022-05-24 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板の研磨用研磨粒子の製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法 |
| CN113120940A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 安集微电子科技（上海）股份有限公司 | 一种球形碳酸铈及一种氧化铈的合成方法 |
| CN116409809A (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-11 | 安集微电子科技（上海）股份有限公司 | 一种合成氧化铈的方法、一种氧化铈及一种化学机械抛光液 |
| CN115849430A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-28 | 清华大学 | 一种单分散纳米氧化铈的制备方法、纳米氧化铈研磨液及其应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1368529A (zh) * | 2000-05-29 | 2002-09-11 | 长兴化学工业股份有限公司 | 合成氧化铈研磨颗粒的组合物及方法 |
-
2005
- 2005-06-09 CN CNB2005100404595A patent/CN100351179C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1368529A (zh) * | 2000-05-29 | 2002-09-11 | 长兴化学工业股份有限公司 | 合成氧化铈研磨颗粒的组合物及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 超细CE02磨料对硅片的抛光性能研究 陈建清等.中国机械工程，第15卷第8期 2004 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106590442A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-04-26 | 海城海美抛光材料制造有限公司 | 一种二氧化铈抛光粉液的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1699282A (zh) | 2005-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100351179C (zh) | 单分散球形氧化铈的制备方法及其在高精密抛光中的用途 | |
| CN101475791B (zh) | 氧化铈/氧化硅复合磨料的制备方法和用途 | |
| CN101818047B (zh) | 氧化硅-氧化铈核壳复合磨料颗粒及其制备和应用 | |
| CN105417562B (zh) | 一种水热法合成α‑氧化铝的制备方法 | |
| CN104370300A (zh) | 一种高分散、球形氧化铈粉末及其制备方法 | |
| CN103140446A (zh) | 氢氧化镁细颗粒和氧化镁细颗粒以及它们的制造方法 | |
| CN101475792B (zh) | 一种包覆型氧化铈/氧化硅复合磨料的制备方法 | |
| CN100364894C (zh) | 制备钇铝石榴石纳米粉体的醇-水复合溶剂共沉淀法 | |
| CN101602944A (zh) | 一种稀土离子掺杂的钇铝石榴石纳米荧光粉体的生产方法 | |
| CN101284952B (zh) | 化学机械抛光磨料粒子CeO2及其制备方法 | |
| CN106186008A (zh) | 一种锂电池隔膜涂层用勃姆石及其水热制备方法 | |
| CN102850938A (zh) | 一种球型复合稀土抛光粉的制备方法 | |
| CN109111854A (zh) | 一种钇铈稀土抛光粉及其制备工艺 | |
| CN106915761A (zh) | 一种氧化铈制备方法及其在sti化学机械抛光中的应用 | |
| CN115259205A (zh) | 一种纳米氧化铈的制备方法和应用 | |
| CN101492180A (zh) | 一种片状铌酸盐粉体的熔盐法制备方法 | |
| JP2013129056A (ja) | 研磨用ジルコニア複合粉末及びその製造方法 | |
| CN113292929B (zh) | 一种近球形La3+掺杂Ce1-xLaxO2纳米抛光粉及其制备方法 | |
| CN103626491A (zh) | 一种原位合成Gd2Zr2O7/ZrO2(3Y)纳米粉体的方法 | |
| CN101844921A (zh) | 一种二氧化锆粉末的制备方法 | |
| CN101367539B (zh) | 溶胶凝胶法制备纳米发光粉体 | |
| CN110885637A (zh) | 一种氟化稀土抛光粉及氟化稀土抛光液的制备方法 | |
| CN1760132A (zh) | 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 | |
| CN1923704A (zh) | 八面体形状钼酸镉晶体的制备方法 | |
| CN115160935A (zh) | 一种八面体氧化铈磨粒抛光液及其制备方法、应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071128 Termination date: 20100609 |