CN102757081B - 一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，其特征在于，合成原料以硝酸铈盐为铈源、尿素为配位剂、氨水为催化剂、聚乙烯醇PVA为分散剂，在高纯去离子水溶剂中通过铈盐水解，经历中间产物氧化、脱水、结晶得到纳米二氧化铈胶体。本发明合成的二氧化铈水溶胶能够克服固相二氧化铈研磨料粒度分布不均、硬度大、颗粒易聚沉等缺点，能够应用在化学机械抛光领域。

Description

一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法
技术领域
本发明属于无机材料合成技术领域，涉及一种水溶胶合成方法，尤其是一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法。
背景技术
二氧化铈(CeO2)是用途广泛的稀土氧化物，在固体燃料电池、三相催化、工业催化、气体传感器、紫外光吸收等领域得到广泛应用，尤其作为抛光研磨料有着几十年的发展历史。近年来，CeO2研磨料凭借其优异的抛光选择性在浅沟道化学机械平坦化领域(STI-CMP，Shallow TrenchIsolation-Chemical Mechanical Planarization)占据了重要地位。浅沟道是集成电路器件的一种隔离技术，随着器件集成度的提高，基本取代了局部热氧化隔离技术而成为主流的器件隔离技术。浅沟道结构需要抛光选择性高的抛光液来实现，CeO2抛光研磨料可以与充当隔离介质的二氧化硅(SiO2)在一定条件下发生化学反应，使得SiO2的去除速率很快而对充当阻挡层的Si3N4等材料去除速率极低，其对SiO2/Si3N4的抛光选择比大于50。2001年日立（Hitachi）公司推出应用在半导体浅沟道的煅烧型CeO2抛光液产品，并不断对其产品进行技术改进以及专利申请，在浅沟道抛光领域占据大部分市场份额。虽然CeO2抛光液对介质层SiO2表现出极好的选择性及抛光效率，但该体系抛光液还存在一些缺陷，主要表现在：因CeO2研磨料以固相法获得，颗粒粒度分布不均、颗粒形状不规则、颗粒表面活性过高易引起团聚现象，其应用在抛光液后往往出现研磨料沉降、大颗粒划伤表面引起器件失效等严重的质量缺陷。为提高IC良品率，半导体制备厂商急需可以改善上述问题的新型CeO2抛光液。
针对固相法CeO2研磨料颗粒所存在的问题，本发明提出以胶体状态的CeO2作为研磨颗粒来改善其抛光质量。采用无毒、廉价的聚乙烯醇(PVA)表面活性剂做分散剂，合成了胶体稳定分散的、粒度分布集中的纳米晶CeO2溶胶。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，使该方法合成的二氧化铈水溶胶能够克服固相二氧化铈研磨料粒度分布不均、硬度大、颗粒易聚沉等缺点，能够应用在化学机械抛光领域。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法为：合成原料以硝酸铈盐为铈源、尿素为配位剂、氨水为催化剂、聚乙烯醇PVA为分散剂，在高纯去离子水溶剂中通过铈盐水解，经历中间产物氧化、脱水、结晶得到纳米二氧化铈胶体；所述硝酸铈盐的溶液浓度控制在0.025～0.2molL-1，配位剂尿素的用量与硝酸铈盐的摩尔比为0～4，反应催化剂氨水在溶液中浓度为0.163～0.519mol L-1，分散剂聚乙烯醇PVA的用量与溶剂的质量百分比为1.5%～3%。
以上方法具体包括以下步骤：
1）首先将白色粉末状聚乙烯醇PVA在90°C温度下溶解成无色透明水溶液，冷却至室温按体积比分成两份；
2）其次，称取硝酸铈盐和尿素分散于一份聚乙烯醇PVA水溶液中形成原料溶液，量取25%～28%vol浓氨水分散到另一组聚乙烯醇PVA溶液中形成氨水稀释液，两组溶液搅拌分散达到预设反应温度后快速混合，反应迅速进行；
3）最后，保持溶液反应环境稳定，在经历明显的变色过程后，得到乳白色，青色，或浅黄色CeO2水溶胶。
进一步，上述硝酸铈盐采用硝酸亚铈Ce(NO)3·6H2O。
进一步，以上步骤2）中，所述预设反应温度在室温至65°C之间。
进一步，步骤3）中，反应时间为8～48小时。
本发明具有以下有益效果：
本发明合成的二氧化铈水溶胶克服了固相二氧化铈研磨料粒度分布不均、硬度大、颗粒易聚沉等缺点，可应用在化学机械抛光领域。另外，本发明以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法操作简单，重复性好，得到的CeO2胶体TEM显示其一次粒径在10nm左右，DLS测试表明其二次颗粒在200nm左右，溶胶可稳定保存一年以上不发生分层、沉降现象。
附图说明
图1是合成二氧化铈水溶胶工艺流程图；
图2是本发明合成的CeO2的XRD图谱；
图3是本发明合成的CeO2溶胶的TEM图片及其衍射图谱；
图4是合成溶胶的DLS测试结果。
具体实施方式
本发明的以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法为：合成原料以硝酸铈盐为铈源、尿素为配位剂、氨水为催化剂、聚乙烯醇PVA为分散剂，在高纯去离子水溶剂中通过铈盐水解，经历中间产物氧化、脱水、结晶得到纳米二氧化铈胶体；所述硝酸铈盐的溶液浓度控制在0.025～0.2mol L-1，配位剂尿素的用量与硝酸铈盐的摩尔比为0～4（如1～4），反应催化剂氨水在溶液中浓度为0.163～0.519mol L-1，分散剂聚乙烯醇PVA的用量与溶剂的质量百分比为1.5%～3%。本发明聚乙烯醇PVA分散剂的引入可有效分散铈盐水解原位生长的二氧化铈颗粒，尿素的使用在利于反应进程的同时可提升合成产物的结晶和分散性能。
参见图1，本发明的反应步骤为：首先，溶制一定质量分数的PVA溶液，分为两份；其次，称取一定量的硝酸铈盐和尿素溶解于一份PVA水溶液中形成原料溶液，量取一定量氨水滴加入另一份PVA溶液中形成氨水溶液，搅拌两份溶液达到分子级分散状态；最后，以氨水溶液加入到原料溶液中迅速混合，调控溶液温度与反应时间，在持续的搅拌分散下反应若干小时得到二氧化铈溶胶。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
称取3%质量分数的聚乙烯醇PVA，在磁力搅拌情况下水浴加热至90°C溶解成无色透明溶液，冷却至室温按体积比分为两组份备用。配制0.1mol L-1Ce(NO)3、0.3mol L-1CO(NH2)2分散到一份PVA溶液中形成原料溶液，量取0.326mol L-1的氨水分散到另一组PVA中形成稀氨水溶液，在搅拌分散10分钟后，原料溶液升温至45°C，将氨水溶液快速混合到原料溶液中，加快磁力搅拌，继续升高溶液温度至65°C，保持溶液搅拌分散，反应持续进行，达到设定反应时间24h后，停止保温自然冷却至室温，停止搅拌得到浅黄色CeO2水溶胶。
实施例2
称取2%质量分数的聚乙烯醇PVA，在磁力搅拌情况下水浴加热至90°C溶解成无色透明溶液，冷却至室温按体积比分为两组份备用。配制0.05mol L-1Ce(NO)3、0.15mol L-1CO(NH2)2分散到一份PVA溶液中形成原料溶液，量取0.326mol L-1的氨水分散到另一组PVA中形成稀氨水溶液，在搅拌分散10分钟后，原料溶液升温至45°C，将氨水溶液快速混合到原料溶液中，加快磁力搅拌，继续升高溶液温度至65°C，保持溶液搅拌分散，反应持续进行，达到设定反应时间24h后，停止保温自然冷却至室温，停止搅拌得到青色CeO2水溶胶。
实施例3
称取3%质量分数的聚乙烯醇PVA，在磁力搅拌情况下水浴加热至90°C溶解成无色透明溶液，冷却至室温按体积比分为两组份备用。配制0.1mol L-1Ce(NO)3、0.3mol L-1CO(NH2)2分散到一份PVA溶液中形成原料溶液，量取0.326mol L-1的氨水分散到另一组PVA中形成稀氨水溶液，在搅拌分散10分钟后，将氨水溶液快速混合到原料溶液中，加快磁力搅拌，保持溶液温度与室温一致，保持溶液搅拌分散，反应持续进行，达到设定反应时间48h后，停止保温自然冷却至室温，停止搅拌得到青黄色CeO2水溶胶。
实施例4
1）首先将白色粉末状聚乙烯醇PVA在90°C温度下溶解成无色透明水溶液，冷却至室温按体积比分成两份；
2）其次，称取硝酸铈盐和尿素分散于一份聚乙烯醇PVA水溶液中形成原料溶液，量取25%vol浓氨水分散到另一组聚乙烯醇PVA溶液中形成氨水稀释液，两组溶液搅拌分散达到预设反应温度后快速混合，反应迅速进行；所述预设反应温度在室温至65°C之间。硝酸铈盐的溶液浓度控制在0.025mol L-1。
3）最后，保持溶液反应环境稳定，反应时间为8～48小时，在经历明显的变色过程后，得到乳白色，青色，或浅黄色CeO2水溶胶。
本发明制备的二氧化铈水溶胶的颜色与合成条件有关，一般呈现乳白、青黄、浅黄，溶胶的pH值在4～6之间，胶体粒径在10nm左右，二次颗粒在200nm左右，XRD和TEM测试显示其结晶状况良好，如图2本发明合成的CeO2的XRD图谱，显示为纯相的面心立方结晶纳米颗粒与标准衍射卡片34-0394吻合。图3为CeO2溶胶的TEM图片及其衍射图谱，显示为10nm左右纳米结晶CeO2。

Claims (4)

1.一种以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，其特征在于，合成原料以硝酸铈盐为铈源、尿素为配位剂、氨水为催化剂、聚乙烯醇PVA为分散剂，在高纯去离子水溶剂中通过铈盐水解，经历中间产物氧化、脱水、结晶得到纳米二氧化铈胶体；所述硝酸铈盐的溶液浓度控制在0.025～0.2mol·L-1，配位剂尿素的用量与硝酸铈盐的摩尔比为1～4，反应催化剂氨水在溶液中浓度为0.163～0.519mol·L-1，分散剂聚乙烯醇PVA的用量与溶剂的质量百分比为1.5%～3%；具体包括以下步骤：
1）首先将白色粉末状聚乙烯醇PVA在90℃温度下溶解成无色透明水溶液，冷却至室温，然后分成两份；
2）其次，称取硝酸铈盐和尿素分散于一份聚乙烯醇PVA水溶液中形成原料溶液，量取浓氨水分散到另一组聚乙烯醇PVA溶液中形成氨水稀释液，两组溶液搅拌分散达到预设反应温度后快速混合，反应迅速进行；
3）最后，保持溶液反应环境稳定，在经历明显的变色过程后，得到乳白色，青色，或浅黄色CeO2水溶胶。
2.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，其特征在于，所述硝酸铈盐采用硝酸亚铈Ce(NO)3·6H2O。
3.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，步骤2）中，所述预设反应温度在室温至65℃之间。
4.根据权利要求1所述的以聚乙烯醇分散的二氧化铈水溶胶合成方法，步骤3）中，反应时间为8～48小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106044836B (zh) * 2016-07-10 2017-07-07 九江学院 一种二氧化铈微米空心球的制备方法
CN109251679A (zh) * 2017-07-13 2019-01-22 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
CN109251678A (zh) * 2017-07-13 2019-01-22 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
CN108975380A (zh) * 2018-09-29 2018-12-11 合肥工业大学 一种纳米二氧化铈分散液的快速制备方法
CN110408394A (zh) * 2019-08-13 2019-11-05 江苏师范大学 一种在水介质中稳定分散的CeO2纳米水荧光溶胶及其制备方法
CN113428888A (zh) * 2020-03-23 2021-09-24 厦门稀土材料研究所 一种高分散氧化铈纳米溶胶及其制备方法和应用
KR20230032183A (ko) * 2021-08-30 2023-03-07 주식회사 케이씨텍 산화세륨 연마입자 및 연마 슬러리 조성물
CN113877563B (zh) * 2021-10-27 2022-10-18 山东金海钛业资源科技有限公司 一种铈包膜钛白粉及其制备方法
CN115228396B (zh) * 2022-07-26 2024-02-02 宣城市晶和环保新材料科技有限公司 一种纳米铈溶胶的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284952B (zh) * 2007-04-12 2011-03-23 北京有色金属研究总院 化学机械抛光磨料粒子CeO2及其制备方法
CN100537434C (zh) * 2007-05-18 2009-09-09 广东省生态环境与土壤研究所 一种可用作紫外防护剂的纳米溶胶的制备方法
CN101386419B (zh) * 2007-09-12 2010-09-29 北京有色金属研究总院 一种复合纳米二氧化铈溶胶的制备方法

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