目前，基于硅晶片的集成电路制造在现代半导体工业中占有相当大的比重。高度密集的电路和器件要求硅晶片达到原子尺度的平整且没有任何缺陷。二氧化铈（CeO2）纳米颗粒则是化学机械碾磨法工艺的主要打磨材料之一。然而，目前所能合成出来的二氧化铈纳米颗粒均是有棱有角的不规则晶体颗粒，这些棱角限制了硅晶片打磨表面的平整度并带来划痕和缺陷，为进一步提高集成电路上的器件密度及电路质量带来了困难。因此，球状的纳米颗粒是最为理想的精细硅晶片打磨材料。

湖南大学物电学院制备的纳米球形二氧化铈材料

纳米球形二氧化铈拥有较强的氧化性和化学活性，可与单晶硅、多晶硅等抛光件发生表面氧化反应，从而获得极高的抛光去除去率，并且纳米球形二氧化铈由于没有明显的棱角不会划伤抛光件的表面，更容易获得高平整度的表面。

图一、 纳米球形二氧化铈SEM

图二、 纳米球形二氧化铈TEM

图三、 纳米球形二氧化铈高分辨率TEM

由以上三张电镜照片可以看到，纳米球形二氧化铈颗粒的粒度分布窄，粒径可控，分散性好，90%以上的微粒为尺寸均匀、形貌规则的球体。

二氧化铈和二氧化硅对于硅片的抛光对比实验

目前国内对于单晶硅的抛光，以及蓝宝石的精抛，大多是采用二氧化硅溶胶，国内生产的二氧化硅溶胶普遍存在粒径分布范围大，颗粒形貌差，抛光效率低，精密抛光后产品表面质量差等缺点。因此，大部分硅片生产厂家是采用国外进口的二氧化硅溶胶来对硅片进行精密抛光的。

图四、纳米球形氧化铈抛光后硅片表面SEM

图五、纳米球形氧化铈抛光后硅片表面粗糙度（原子力显微镜）

纳米球形二氧化铈抛光液具有抛光效率高、产品表面质量好、划伤划痕少、产品良率高、易于清洗等优点。采用普通二氧化硅溶胶抛光液需要进行粗、中和精三步抛光才可达到表面质量的要求。湖南大学物电学院研发的纳米球形二氧化铈抛光液的浓度为3-5%，通过两步抛光就可以实现抛光件表面粗糙度Ra低于0.5nm。

表1：测试条件

表2：二氧化铈与二氧化硅抛光液测试对比:

纳米二氧化铈抛光液的应用前景

首先半导体芯片制程中的氧化硅绝缘层、集成电路STI（浅沟隔离），嵌入金属布线，这些器件的抛光是二氧化硅抛光液无法做到的，只能采用纳米球形二氧化铈抛光液。其次纳米球形二氧化铈抛光液应用于光学镜头及其他光学元件的抛光也有着很大的优势。

如果您对该项目的产业化进程有兴趣，不妨探讨与湖南大学物电学院建立合作关系，共同开发这一具有良好市场前景的项目。咨询联系：粉体圈平台孙柯13823021461（微信同号）。

粉体圈