TWI723107B - 一種氧化鈰的製備方法及其化學機械研磨應用 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的是提供一種氧化鈰晶體的製備方法，該方法首先通過二氧化碳鼓泡沉澱製備碳酸鈰，進一步高溫焙燒所得碳酸鈰得到氧化鈰，製備過程不產生氨氮廢水，通過機械力易於將氧化鈰顆粒分散於液相；以該分散氧化鈰為磨料的化學機械研磨(CMP)拋光液，在淺溝槽隔離(STI)拋光應用中顯示出優良的平坦化拋光效率。

Description

一種氧化鈰的製備方法及其化學機械研磨應用
本發明公開了氧化鈰粉體的製備方法，尤其涉及一種應用於淺溝槽隔離(STI)拋光漿料中的氧化鈰研磨顆粒的製備方法。
目前，氧化鈰作為磨料應用於淺溝槽隔離(STI)製程拋光研究已有大量報道，如專利201310495424.5報道了一種用於淺溝槽隔離(STI)製程的化學機械拋光(CMP)組合物，組合物以氧化鈰為磨料，拋光要求達到高的氧化矽/氮化矽拋光選擇比；專利200510069987.3公開了一種化學機械拋光漿料及拋光基板的方法，所涉及的拋光薄膜為氧化矽層，該類材料要求拋光液對氧化矽具有高的拋光速率和低的缺陷產生，對氮化矽顯示低的拋光速率，從而達到高的氧化矽/氮化矽拋光選擇比。 氧化鈰的製備一般通過高溫焙燒碳酸鈰前驅體得到，傳統的碳酸鈰製備過程需要以能夠生成碳酸根或碳酸氫根的可溶性鹽作為沉澱劑，如碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉、碳酸鉀等。以這些沉澱劑製備碳酸鈰的過程中，不可避免地產生大量廢水，對環境造成污染危害，也增加了企業的生產成本。 本發明提出了一種創新性的碳酸鈰合成方法，以二氧化碳為沉澱劑，沉澱反應過程中不產生氨氮廢水，反應得到碳酸鈰經簡單洗滌後，焙燒得到高純度氧化鈰粉體，經分散處理後，可有效應用於集成電路拋光應用。
本發明的目的是提供一種氧化鈰的製備方法，該製備方法包括： 步驟一：通過沉澱法，進一步由晶化反應製備碳酸鈰前驅體； 步驟二：高溫焙燒所述碳酸鈰前驅體製備氧化鈰粉體。 其中，所述步驟一包括： 配製鈰源水溶液，加熱並持續攪拌； 待鈰源水溶液升溫至沉澱反應溫度，以鼓泡方式向鈰源水溶液引入沉澱劑直至沉澱終點； 保溫並持續攪拌上述反應溶液，經進一步的晶化反應制得碳酸鈰前驅體。 在前述的步驟一操作流程中，鈰源水溶液可以為硝酸鈰、氯化鈰、醋酸鈰中一種或幾種水溶液，優選為硝酸鈰、醋酸鈰，鈰源水溶液的摩爾濃度為0.05-1.0M。 在前述的步驟一操作流程中，所述沉澱法使用的沉澱劑為二氧化碳氣體或二氧化碳與其它氣體混合。 在前述的步驟一操作流程中，所述沉澱反應溫度範圍為60-100℃。 在前述的步驟一操作流程中，所述沉澱法的沉澱終點為，持續加入所述的沉澱劑，反應體系中再無新沉澱物析出；沉澱結束後，繼續保溫攪拌1-24小時。且將所得的碳酸鈰沉澱物分離脫水、洗滌、乾燥得到碳酸鈰前驅體。 在前述的步驟二中，對前述碳酸鈰前驅體進行焙燒，焙燒溫度為400-900℃，焙燒時間為0.5-10小時。 優選地，對所制得的氧化鈰晶體進一步經分散處理，所述分散處理過程無特殊限定，可以是機械研磨如球磨、氣流粉碎等，分散過程中可以添加有機分散劑，所述有機分散劑可以為聚丙烯酸及其鹽類。 本發明所製備的氧化鈰可應用於STI拋光領域，可以達到較高的TEOS拋光速率和TEOS/SiN拋光選擇比。
下面通過具體實施例進一步闡述本發明的優點，但本發明的保護範圍不僅僅局限於下述實施例。 本發明所用試劑及原料均市售可得。 實施例1 在室溫條件下，首先配製0.05 M硝酸鈰溶液，在100℃攪拌條件下，向上述溶液中鼓泡加入純二氧化碳氣體，同時攪拌混合液，當不再有新的沉澱析出，停止鼓泡，繼續保溫攪拌1小時晶化反應，將所得沉澱物經純水洗滌3次後、過濾得到濾餅烘乾後得到碳酸鈰粉體；所得碳酸鈰粉體進一步在400℃靜態空氣中焙燒10小時，冷卻後得到氧化鈰粉體；通過添加0.01%聚丙烯酸作為分散劑，對所得氧化鈰粉體進行球磨分散處理，通過控制球磨分散時間，得到可應用於STI拋光的氧化鈰磨料。   實施例2 在室溫條件下，首先配製0.5 M醋酸鈰溶液，在60℃攪拌條件下，向上述溶液中鼓泡加入純二氧化碳氣體，同時攪拌混合液，當不再有新的沉澱析出，停止鼓泡，繼續保溫攪拌24小時晶化反應，將所得沉澱物經純水洗滌3次後、過濾得到濾餅烘乾後得到碳酸鈰粉體；所得碳酸鈰粉體進一步在900℃靜態空氣中焙燒0.5小時，冷卻後得到氧化鈰粉體；通過添加聚丙烯酸作為分散劑，對所得氧化鈰粉體進行球磨分散處理，通過控制球磨分散時間，得到可應用於STI拋光的氧化鈰磨料。   實施例3 在室溫條件下，首先配製1.0 M醋酸鈰溶液，在90℃攪拌條件下，向上述溶液中鼓泡加入純二氧化碳氣體，同時攪拌混合液，當不再有新的沉澱析出，停止鼓泡，繼續保溫攪拌24小時晶化反應，將所得沉澱物經純水洗滌3次後、過濾得到濾餅烘乾後得到碳酸鈰粉體；所得碳酸鈰粉體進一步在600℃靜態空氣中焙燒4小時，冷卻後得到氧化鈰粉體；通過添加聚丙烯酸作為分散劑，對所得氧化鈰粉體進行球磨分散處理，通過控制球磨分散時間，得到可應用於STI拋光的氧化鈰磨料。   實施例4 在室溫條件下，首先配製0.5 M醋酸鈰溶液，在90℃攪拌條件下，向上述溶液中鼓泡加入二氧化碳（占50%體積分數）和氮氣（占50%體積分數）混合氣體，同時攪拌混合液，當不再有新的沉澱析出，停止鼓泡，繼續保溫攪拌24小時晶化反應，將所得沉澱物經純水洗滌3次後、過濾得到濾餅烘乾後得到碳酸鈰粉體；所得碳酸鈰粉體進一步在700℃靜態空氣中焙燒3小時，冷卻後得到氧化鈰粉體；通過添加聚丙烯酸作為分散劑，對所得氧化鈰粉體進行球磨分散處理，通過控制球磨分散時間，得到可應用於STI拋光的氧化鈰磨料。   對比實施例 在室溫條件下，首先配製0.5 M醋酸鈰溶液，在60℃攪拌條件下，向上述溶液中鼓泡加入純二氧化碳氣體，同時攪拌混合液，當不再有新的沉澱析出，停止鼓泡，將所得沉澱物經純水洗滌3次後、過濾得到濾餅烘乾後得到碳酸鈰粉體；所得碳酸鈰粉體進一步在900℃靜態空氣中焙燒0.5小時，冷卻後得到氧化鈰粉體；通過添加聚丙烯酸作為分散劑，對所得氧化鈰粉體進行球磨分散處理，通過控制球磨分散時間，得到可應用於STI拋光的氧化鈰磨料。   實施例效果 分別用上述對比例和實施例中1-4製備得到的氧化鈰為磨料，通過添加0.5%含量的PAA（分子量為4000），配製氧化鈰固含量為0.5%，pH為5.0的拋光液漿料，並測試上述實施例對應拋光液的拋光速率和拋光選擇比。 分別用上述對比例和實施例中1-4配製的拋光液對空白晶片進行拋光，拋光條件相同，拋光參數如下：Logitech拋光墊，向下壓力3psi，轉盤轉速/拋光頭轉速=60/80rpm，拋光時間60s，化學機械拋漿料流速100mL/min。拋光所用晶圓切片均由市售（例如美國SVTC公司生產的）8英寸鍍膜晶圓切片而成。拋光所用的金屬薄膜晶圓切片上金屬薄膜層厚度由NAPSON公司生產的RT-7O/RG-7B測試儀測得，TEOS和SiN的薄膜厚度由TEOS NANO Matrics公司生產的RT-7O/RG-7B測試儀測得。用拋光前後測得的厚度差值除以拋光耗用時間即得金屬薄膜去除速率，拋光時間為1分鐘。拋光後TEOS表面缺陷通過光學顯微鏡100倍放大下觀察。 表1為拋光測試結果，結果表明，所合成氧化鈰磨料可以達到較高的TEOS拋光速率和TEOS/SiN拋光選擇比，所製備的氧化鈰具有良好的STI拋光應用特性。 表1 本發明的化學機械拋光液對比例和實施例拋光效果
Figure 105143245-A0304-0001
 應當理解的是，本發明所述wt%均指的是質量百分含量。 以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。

Claims (6)

  1. 一種氧化鈰的製備方法，該製備方法包括：步驟一：通過沉澱法，進一步由晶化反應製備碳酸鈰前驅體；步驟二：高溫焙燒所述碳酸鈰前驅體製備氧化鈰粉體，所述高溫焙燒的溫度為400-900℃，所述焙燒的時間為0.5-10小時；所述步驟一包括：配製鈰源水溶液，加熱並持續攪拌；待鈰源水溶液升溫至沉澱反應溫度，以鼓泡方式向鈰源水溶液引入沉澱劑直至沉澱終點，所述沉澱劑為二氧化碳氣體或二氧化碳與其它氣體混合；保溫並持續攪拌所述沉澱反應溶液，經進一步的晶化反應制得碳酸鈰前驅體。
  2. 如請求項1之氧化鈰的製備方法，所述沉澱反應溫度為60-100℃。
  3. 如請求項1之氧化鈰的製備方法，所述鈰源水溶液為硝酸鈰、氯化鈰、醋酸鈰中的一種或幾種。
  4. 如請求項1之氧化鈰的製備方法，所述鈰源水溶液中鈰離子的摩爾濃度為0.05-1.0M。
  5. 如請求項1之氧化鈰的製備方法，所述沉澱法的沉澱終點為，持續加入所述的沉澱劑，反應體系中再無新沉澱物析出。
  6. 如請求項1之氧化鈰的製備方法，所述保溫的時間為1.0-24小時。
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