纳米氧化铈及其铈钛复合物的制备与抛光性能

摘要

化学机械抛光(CMP)作为超大规模集成电路制造(ULSI)工艺中公认的最佳平坦化加工工艺,己成为ULSI制造中不可或缺的技术。为满足ULSI对高精度超光滑表面的要求,需要发展新的CMP技术及其相关的材料。目前,硅片抛光采用的是SiO2胶体粒子,而铈基氧化物作为硅片抛光的研究报道比较少。本文分别合成了纳米CeO2以及钛均匀掺杂和钛包覆CeO2粒子,研究了它们抛光硅片的工艺条件和抛光性能,探讨了硅片抛光性能提高的因为。
　　 以硝酸铈为原料,十二烷基苯磺酸钠为分散剂,过氧化氢为氧化剂,氨水为沉淀剂,采用直接沉淀法制备了粒径分布均匀的纳米氧化铈粉体,并通过XRD、TEM等手段对粉体进行了表征。采用所制备的氧化铈粉体配置成抛光浆料对硅片进行抛光,研究了浆料pH值、固含量及过氧化氢浓度对n型半导体硅晶片(111)晶面抛光性能的影响。确定了最佳的抛光条件为:pH值10.5,含固量为0.5％,过氧化氢体积分数为1.5％,此时的抛光速率为61.1nm/min,所抛光的硅晶片的表面粗糙度为0.148 nm。
　　 以CeO2纳米粉体为核晶,Ti(SO4)2为钛源,CTAB为表面活性剂,采用胶体水解法制备了TiO2包覆CeO2核壳复合粉体,并优化了合成条件以及抛光工艺。结果表明:包覆TiO2可以提高抛光速率,且与包覆量有关。当TiO2的包覆量为CeO2质量的10％时(合成时加入了1.1ml抑制剂,在800℃煅烧2h),合成的TiO2@CeO2核壳纳米复合粉体的抛光效果最好。在加入1.5％H2O2时测定的MRR达到了65.4nm/min,所抛硅片的表面粗糙度Ra为0.144nm。与掺杂10％TiO2后粉体的抛光速率相比,包覆10％TiO2得到的TiO2@CeO2粉体的抛光速率要低一些。