[發明專利]一種聚苯乙烯/氧化硅核殼型納米復合磨料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201210586912.2
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103897202A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 劉衛麗;張磊;秦飛;宋志棠
• 申請（專利權）人: 上海新安納電子科技有限公司;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C08J3/03
• 分類號: C08J3/03;C08L25/06;C08K3/22;C09G1/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明涉及一種以聚苯乙烯納米顆粒作為內核，以氧化硅作為殼層，形成聚苯乙烯/氧化硅核殼型納米復合磨料拋光液的制備方法，屬精密拋光材料制備工藝技術領域。

背景技術

目前，集成電路工藝向著較小的特征尺寸、硅單晶片大直徑化以及集成度密集化等方向發展。隨著器件結構的不斷縮小、金屬布線層數逐漸的增加、集成電路工藝特征尺寸的納米化，導致了RC延遲增加，為了減少信號延遲、電力消耗、信號不正當傳輸等問題，因此采用銅布線和超低K電介質材料，相比二氧化硅介質層，銅和超低K介質材料具有更弱的機械強度和硬度，因此對集成電路工藝加工提出了嚴峻的挑戰，對加工精度和表面粗糙度的要求越來越高。

化學機械拋光(CMP)是目前唯一全局平整化技術。磨料是拋光液的重要組成部分，磨料自身的性質，如磨料的形貌、粒徑、粒度分布和硬度是決定拋光平坦化的重要影響因素。目前，商業化的主流磨料有氧化鋁、氧化鈰、氧化硅等研磨料。由于這三種磨料的硬度大，在化學機械拋光過程中，單一磨料往往不能得到滿意的拋光性能，容易造成劃痕和缺陷。因此限制了拋光材料的表面平坦度。

發明內容

本發明的目的是克服現有磨料存在的缺陷，提供一種新型的聚苯乙烯/氧化硅核殼型納米復合磨料拋光液的制備方法及其在化學機械拋光中的應用。

本發明第一方面提供一種聚苯乙烯/氧化硅核殼型納米復合磨料的制備方法，包括如下步驟：

（1）聚苯乙烯納米顆粒的制備：將苯乙烯單體加入到水中，加入分散劑，攪拌形成均勻的分散液，通入氮氣排空保護反應體系，之后加入陽離子引發劑，在60～80℃條件下反應1～24小時即可得到陽離子型聚苯乙烯膠體；

（2）在步驟1制備得到的PS膠體中加入醇，攪拌得到均勻混合的液體，之后加入氨水，其用量為0.3～8wt%；最后加入TEOS；攪拌12～48小時即可得到復合磨料；

（3）由復合磨料制備拋光液：將步驟2所得的復合磨料進行蒸發去除里面的醇，之后加入一定量的水，復合磨料與水的質量比為1～10%，加入氧化劑的量為0.5～5wt%，再加入緩蝕劑0.01～0.1wt%，最后加入螯合劑0.1～1wt%，攪拌即為聚苯乙烯/氧化硅納米復合磨料拋光液。

優選的，所述步驟1中，攪拌的方式為機械攪拌。

優選的，所述步驟1中，所述的分散劑選自聚乙烯基吡咯酮、聚N-乙烯基吡咯酮中的一種。

優選的，所述步驟2中，醇與PS膠體的體積比為5:1～20:1。

更優選的，所述步驟2中，醇選自甲醇、乙醇、異丙醇中的任一種。

優選的，所述步驟2中，攪拌的方式為磁力攪拌器的快速攪拌。

優選的，所述步驟2中，氨水為28wt%的水溶液。

優選的，所述步驟2中，TEOS的量根據所需要的氧化硅殼層厚度而定，一般為0.1～3wt%。

優選的，所述步驟3中，蒸發的方法為采用旋轉蒸發。

優選的，所述步驟3中，所述的氧化劑為雙氧水；所述的緩蝕劑為苯并三唑；所述的螯合劑為甘氨酸。

本發明第二方面提供所述聚苯乙烯/氧化硅核殼型納米復合磨料在化學機械拋光領域的應用。

本發明的核殼型復合磨料，是以聚苯乙烯作為內核，氧化硅作為殼層，由于氧化硅表面含有大量的羥基，表面活性高，且容易改性，具有親水性，表現出非常好分散性。更重要的是所制備的復合磨料具有光滑的表面，適合作為拋光液中的磨料。該核殼型復合磨料在拋光過程中，由于其特殊的結構和機械性能，在拋光過程中，來自聚苯乙烯核的彈性性質的作用能夠對拋光壓力有一個緩沖的作用，減少了氧化硅殼層帶來的過度的機械損傷，從而減少拋光材料的劃痕和損傷，最終得到一個亞納米量級的拋光表面粗糙度。

附圖說明

圖1是聚苯乙烯/氧化硅核殼型復合磨料的透射電子顯微鏡圖像。

圖2是拋光前銅片的原子力顯微鏡(AFM)測得的表面形貌圖。

圖3是復合磨料拋光后的銅片AFM圖像。

圖4是氧化硅磨料拋光后的銅片的AFM圖像。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領域內的常規設備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對壓力。