Ce1-xMxO2-x-2磨粒的制备及其化学机械抛光性能的研究

Ce1-xMxO2-x-2磨粒的制备及其化学机械抛光性能的研究

摘要

本文研究了一种Ce1-xMxO2-x/2（M为过渡金属）磨粒的制备方法以及其在化学机械抛光中的性能。通过溶胶凝胶法制备出了颗粒大小均匀、分散性良好的Ce1-xMxO2-x/2磨粒，并对其进行了结构和形貌表征。研究结果表明，在过渡金属含量为10-20%的范围内，磨粒的性能得到了明显改善。在化学机械抛光实验中，Ce1-xMxO2-x/2磨粒表现出了较高的切削速度和表面质量。

引言

随着集成电路制造工艺的不断进步，对硅片表面光洁度的要求也越来越高。化学机械抛光作为一种常用的工艺方法，广泛应用于硅片抛光和平坦化过程中。其中磨粒是化学机械抛光过程的核心。传统的磨粒材料如氧化铈（CeO2），尽管具有良好的抛光性能，但其制备成本较高且磨粒粒径大小不一致，导致了抛光过程中的划痕问题。因此，寻找一种性能优良、制备简单的新型磨粒材料具有重要意义。

实验部分

1.材料制备

采用溶胶凝胶法制备出Ce1-xMxO2-x/2（M为过渡金属）磨粒。将适量的硝酸铈和硝酸过渡金属溶解在去离子水中，加入适量的氨水进行混合，形成均相溶液。将溶液放置在恒温水浴中搅拌反应，得到胶体沉淀。通过过滤、干燥和煅烧，最终得到Ce1-xMxO2-x/2磨粒。

2.性能表征

利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）等仪器对磨粒的结构和形貌进行表征。结果显示，Ce1-xMxO2-x/2磨粒呈现出均匀的球形结构，且颗粒大小均一。X射线衍射（XRD）分析表明，磨粒为结晶相，与纯CeO2相类似。

3.抛光实验

将制备得到的Ce1-xMxO2-x/2磨粒添加到化学机械抛光液中进行实验。选择硅片作为抛光样品，使用旋转盘将磨粒和抛光液均匀涂覆在硅片表面。控制抛光参数，包括抛光时间、转速和压力，进行抛光实验。抛光后的硅片经过表面质量评价仪进行表面质量检测，并通过扫描电子显微镜观察表面形貌。

结果与讨论

Ce1-xMxO2-x/2磨粒的制备过程简单且成本较低，通过调控过渡金属含量，可以获得颗粒大小均一、形貌规整的磨粒。在化学机械抛光实验中，Ce1-xMxO2-x/2磨粒表现出了较高的切削速度和表面质量。当过渡金属含量在10-20%的范围内时，磨粒的性能得到了明显的改善。这可能是由于过渡金属的引入增加了磨粒的硬度和稳定性，提高了抛光效果。

结论

本文成功制备出了Ce1-xMxO2-x/2磨粒，并对其性能进行了研究。结果表明，通过调控过渡金属含量可以获得颗粒大小均一、形貌规整的磨粒，并且在化学机械抛光实验中表现出较高的切削速度和表面质量。Ce1-xMxO2-x/2磨粒的制备方法简单且成本较低，具有良好的应用前景。未来的研究可以进一步探索不同过渡金属对Ce1-xMxO2-x/2磨粒性能的影响，并以更广泛的硅片抛光实验验证其在实际应用中的效果本研究成功制备了Ce1-xMxO2-x/2磨粒，并对其性能进行了研究。通过调控过渡金属含量，获得了颗粒大小均一、形貌规整的磨粒。实验结果显示，Ce1-xMxO2-x/2磨粒在化学机械抛光中表现出较高的切削速度和表面质量。尤其是当过渡金属含量在10-20%范围内时，磨粒性能得到明显改善。这可能是因为过渡金属的引入提高了磨粒的硬度和稳定性，从而提高了抛光效果。

Ce1-xMxO2-x/2磨粒的制备方法简单且成本较低，具有良好的应用前景。未来的研究可以进一步探索不同过渡