專利名稱：合成氧化鈰研磨顆粒的組合物及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種合成活性研磨顆粒的組合物及其方法；更確切地說，涉及一種合成氧化鈰研磨顆粒的組合物及方法。所合成的氧化鈰研磨顆粒主要用于半導體制造中的介電層研磨液或液晶顯示器(LCD)制造中的玻璃基板研磨液。
因氧化鈰研磨劑具有優(yōu)越的磨蝕性，所以在現(xiàn)代工業(yè)領域中的應用范圍越來越廣。舉例來說，在半導體制造中，氧化鈰以其對于SiO2有著相當大的磨除率，而適用于絕緣層的平坦化步驟；在液晶顯示器(LCD)等光電領域中，氧化鈰又以其對于素玻璃(MotherGlass)的優(yōu)越研磨效果而得以廣泛地應用。
近來有關氧化鈰研磨顆粒及其制法的專利陸續(xù)出現(xiàn)。美國專利第5,543,126號公開了一種合成氧化鈰顆粒的方法，它是利用堿性物質將含氫氧化鈰(IV)與硝酸鹽類的水性介質調節(jié)至pH值為8～11，并在壓力下且溫度控制在100～200℃間加熱該含水介質，氧化鈰顆粒的粒度介于0.03至5微米之間。美國專利第5,389,352號中公開了一種氧化鈰的合成方法，是由鈰(III)離子與堿性物質混合后加入H2O2作為氧化劑將鈰變成(IV)價，在經過高溫高壓的密閉水熱處理之后，得到所需的氧化鈰粉體。美國專利第5,026,421號中公開了鈰(IV)與三價稀土金屬混合，經過沉淀、過濾、干燥、鍛燒等步驟而得到所要的氧化鈰粉末，或是以硼化合物作為添加劑與氧化鈰混合使用。
臺灣專利公告第328068號公開了混合硝酸亞鈰(III)并快速加熱至約70～100℃，調節(jié)pH值至5～10之間，且在該加熱溫度下保溫0.2至20小時，而得到10至80納米的氧化鈰粉體。
另外，臺灣專利公告第365563號中公開了碳酸鈰用非水溶劑粉碎后在600～800℃高溫鍛燒而得到所要的微細氧化鈰粉末。
從上述專利可歸納出兩種制備方法(一)沉淀鍛燒法；(二)高壓水熱法。沉淀法由于需要過濾、干燥與高溫鍛燒的步驟，且因為經過高溫鍛燒后顆粒凝聚，應用于高科技制造常會造成刮傷；水熱法又因為需要高溫高壓的設備，價格昂貴，因而沒有大量生產的經濟效益。因此，工業(yè)上仍需要一種適合大量生產且不需要高溫鍛燒程序的制備方法，以適應現(xiàn)今高科技領域如半導體制造及LCD制造領域的應用，同時滿足經濟上與效能上的需求。
本發(fā)明的目的之一是提供一種合成氧化鈰研磨顆粒的組合物，它可以提供更為經濟且更具效能的氧化鈰研磨顆粒的合成。
本發(fā)明的另一目的是提供一種合成氧化鈰研磨顆粒的組合物，它包含鈰的硝酸鹽類、尿素或胺鹽，以及水。
本發(fā)明的再一目的是提供一種合成氧化鈰研磨顆粒的組合物的制備方法。
本發(fā)明涉及一種合成用于半導體制造或LCD制造中研磨顆粒的組合物。該組合物的成份包括鈰的硝酸鹽類，優(yōu)選的是硝酸鈰(IV)鹽類，最優(yōu)選的是硝酸鈰二銨鹽(NH4)2Ce(NO3)6，優(yōu)選的重量份數(shù)為0.5～40、尿素CO(NH2)2或胺鹽，優(yōu)選的重量份數(shù)為0.5～40，以及水，優(yōu)選的重量份數(shù)為100。
根據(jù)本發(fā)明的組合物，就可利用常壓沉淀法制得氧化鈰研磨顆粒。
本發(fā)明制備合成氧化鈰研磨顆粒的方法，是將鈰的硝酸鹽類溶解于水中，再加上尿素或胺鹽，并使之混合攪拌均勻，再將該混合溶液在升溫下回流。該混合溶液的pH值優(yōu)選小于7，且該混合溶液的混合方式為先混合后再加熱或一面加熱一面將各成份混合。該混合溶液的回流時間優(yōu)選為1小時以上。
該溶液加熱至90至100℃的溫度下發(fā)生均相成核，經過該溫度常壓陳化而生成多晶性氧化鈰粉體。與現(xiàn)有制備方法不同的是，本發(fā)明的氧化鈰是在常壓下形成的致密的粉體，所以不需要昂貴的高溫高壓釜，極具經濟效益。
此外，因在升溫環(huán)境下過飽和度相對較低，所以在常壓下需一段時間的孕核才得以均相成核，也因此所形成的顆粒為多晶性且較為均勻致密。由于此特性，由本發(fā)明制備的氧化鈰研磨液對于SiO2與Si3N4的磨除選擇率可大于5，這將使它適用于IC制造中淺溝槽介電層(STI)的研磨，這亦是本發(fā)明的特點之一。
以硝酸鈰二銨鹽為例，它在升溫下與尿素反應如下由于此反應速率并非很快，所以在升溫下需要攪拌一段時間后才會均相成核。又由于升溫下平衡濃度較高，所以相對過飽和度較低，成核速度慢于室溫成核，分子間有機會慢慢地排列，而得到堆積較密的多晶性微小顆粒。所以，顆粒是在常壓酸性中成核，不同于其他專利文獻中的在高壓堿性環(huán)境中成核。
以下實施例將對本發(fā)明作進一步的說明，這些實施例并非用以限制本發(fā)明的范圍，本領域技術人員可輕易完成的修飾及改變，均涵蓋于本發(fā)明的范圍內。研磨測試A.儀器IPEC/Westech472B.條件壓力3磅/平方英寸(psi)背壓0psi溫度25℃主軸轉速50轉/分鐘(rpm)臺板轉速60rpm
墊座型式IC1400漿液流速200毫升/分鐘C.晶片氧化硅薄膜及氮化硅薄膜，購自Silicon ValleyMicroelectronics Ins，是以LPCVD技術在6寸硅晶圓上沉積的0.85微米±5％的氧化硅薄膜及氮化硅薄膜。研磨測試流程在研磨前后，均須以膜厚測定儀測定膜的厚度。
本發(fā)明是采用KLA-Tencor公司的SM300型機器測定介電層的膜厚。磨光速率的測定方法是先以上述SM300型機器測得介電層膜厚T1，分別以實施例中的漿液研磨1分鐘后，以固體設備公司(SolidState Equipment Corporation)的Evergreen Model 10X型機器清洗晶圓，之后，將晶圓吹干。再以SM300型機器測定介電層的膜厚T2，T1-T2即為介電層的磨光速率。
又由表1中可了解，本發(fā)明所制的氧化鈰研磨液對于SiO2及Si3N4的磨除率都有選擇率大于5的現(xiàn)象。這是因為本發(fā)明是在常壓環(huán)境下孕核成長，所得到的顆粒為多晶形結構，比先前技術使母體在高壓下長成的單晶軟。且因所生成的顆粒很小(～5nm)并在研磨時會崩解成更微小的晶粒，故使得其表面積大增。此項特征對于主要藉化學力對SiO2研磨的CeO2來說，得以加大與Si3N4間的選擇性。這也使得本發(fā)明所制得的研磨液適用于IC制造中淺溝槽介電層的研磨使用，這亦是本發(fā)明最大的特色。
本發(fā)明的技術內容及技術特點已公開如上，然而本領域技術人員仍可基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明實質的替換及修飾；因此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所公開的，而應包括各種不背離本發(fā)明實質的替換及修飾。
權利要求
1.一種合成氧化鈰的研磨顆粒組合物，包含鈰的硝酸鹽類、尿素或胺鹽，以及水。
2.根據(jù)權利要求1的組合物，其中鈰的硝酸鹽類為硝酸鈰(IV)鹽類。
3.根據(jù)權利要求2的組合物，其中硝酸鈰(IV)鹽類為(NH4)2Ce(NO3)6。
4.根據(jù)權利要求3的組合物，其中(NH4)2Ce(NO3)6占0.5～40重量份。
5.根據(jù)權利要求1的組合物，其中尿素CO(NH2)2或胺鹽占0.5～40重量份。
6.一種制備氧化鈰研磨顆粒的方法，包括下列步驟混合鈰的硝酸鹽類、尿素或胺鹽及水形成混合溶液；以及在一溫度范圍內回流該混合溶液以反應成核，進而生成氧化鈰顆粒。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中混合的方式為先混合后再加熱。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其中混合的方式為一面加熱一面將各成份混合。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其中溫度范圍為80至100℃。
10.根據(jù)權利要求6的方法，其中溫度范圍為90至100℃。
11.根據(jù)權利要求6的方法，其中氧化鈰顆粒是在1大氣壓的壓力下生成。
12.根據(jù)權利要求6的方法，其中回流的時間至少在1小時以上。
13.根據(jù)權利要求6的方法，其中混合溶液的pH值小于7。
全文摘要
一種用于合成氧化鈰(CeO
文檔編號A63F9/30GK1368529SQ01103719
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月6日 優(yōu)先權日2000年5月29日
發(fā)明者蔡明雄, 葉翠萍 申請人:長興化學工業(yè)股份有限公司