[发明专利]一种化学机械抛光用磨料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密抛光磨料制备工艺领域，尤其是指一种SiO₂基包覆硅铝复合体化学机械抛光用磨料及其制备方法。

背景技术

化学机械抛光是一种广泛用于微电子领域的一种工艺方法，无论在衬底的抛光还是在集成电路的制备过程都是非常必要的过程。它所常用的磨料包括氧化铈、氧化铝、氧化硅。氧化铝莫氏硬度在9.0，具有抛光速度快的优点，但难于分散成均匀的球体，容易造成划伤，这在要求严密的微电子领域是个缺陷；氧化硅和硅的莫氏硬度一样，难于提高抛光速率，但是分散性和稳定性很好。鉴于化学机械抛光对磨料苛刻的要求，人们利用各种磨料的优缺点，扬长避短，制作出各种复合磨料。

例如，CN1850916中描述了一种用SiO₂包覆Al₂O₃的复合磨料制备方法，是通过包覆的氧化硅的硬度低于氧化铝的硬度，从而能降低硬盘和玻璃基片抛光的粗糙度，但是这种制备方法是用Al₂O₃分散，难以达到胶体SiO₂在水中那样的均匀性。且pH值只能在碱性。再如在CN1635043中介绍了氧化铝包覆氧化硅的抛光液的应用。但是没有介绍其制备方法，这种磨料是在酸性条件下存在，不能在碱性条件下抛光，而现在的微电子中要求碱性抛光液。

对于硅溶胶以及硅溶胶的包覆理论，在Iler的经典书籍《硅溶胶》中有详细介绍。最近几十年人们对于硅溶胶研究更深入，在H.E.Bergna的《硅溶胶的基础和应用》中有详细的介绍。当硅铝一起存在时候，铝会取代部分硅原子，形成Si-0-Al结构。而在溶胶表面，根据Bergna研究结果，Si和羟基、水的结合，在硅表面形成羟基团，羟基团也是硅溶胶稳定的因素，但是这只能在碱性条件下，铝则不和羟基结合，只能吸引水中的氧原子。所以表面的Si-O-Al结构能够使得硅胶体表面的0H量减少，减少的比例可以按照表面铝含量控制。因此，控制硅溶胶表面羟基含量是控制化学机械抛光手段之一。

本发明经过广泛的研究，制备出存在于中性和碱性条件下的磨料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化学机械抛光用磨料及其制备方法，能够扩展磨料存在的pH值范围；提高化学机械抛光的应用范围；改善表面化学性质。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种化学机械抛光用磨料，其包括基体及包覆层，所述基体是SiO₂胶体，所述包覆层是硅氧铝键连，所述SiO₂胶体由粒径为5-200nm SiO₂制成。

作为本发明的优选方案之一，所述SiO₂胶体是碱性SiO₂胶体。

作为本发明的优选方案之一，所述硅氧铝键连是一种Si-O-Al结构。

作为本发明的优选方案之一，其所用的SiO₂粒径为50—100纳米。本发明进一步包括一种化学抛光用磨料制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备SiO₂胶体；

步骤二，由铝盐水解法制备Al00H溶液；

步骤三，由离子交换法制备活性硅酸；

步骤四，使用粒子生长法制备化学机械抛光用磨料。

作为本发明的优选方案之一，该方法进一步包括步骤五：用离心分散法择出粒径相近的化学机械抛光用磨料。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤一包括以下步骤：选用粒径在5—200纳米之间的SiO₂，将其稀释成1％—5％的胶体溶液，用KOH或HCl调节pH值为8—11.5之间。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤二包括以下步骤：选用有机铝盐或无机铝盐充分研磨，然后按水和铝盐mol比200：1加入到水中，超声分散；然后放到四口烧瓶中在81—89度下水解1.5-2小时，升温90-95度，加入一定量的HNO₃，使pH值在3.0-4.1之间，回流陈化16-28小时。

作为本发明的优选方案之一，所述有机铝盐是指异丙醇铝，无机铝盐是指AlCl₃。

作为本发明的优选方案之一，所述步骤三包括以下步骤：选取40％硅酸钠，稀释成5％浓度，在强阳离子交换树脂下进行离子交换，生成活性硅酸。