[发明专利]一种聚苯乙烯/氧化硅核壳型纳米复合磨料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种以聚苯乙烯纳米颗粒作为内核，以氧化硅作为壳层，形成聚苯乙烯/氧化硅核壳型纳米复合磨料抛光液的制备方法，属精密抛光材料制备工艺技术领域。

背景技术

目前，集成电路工艺向着较小的特征尺寸、硅单晶片大直径化以及集成度密集化等方向发展。随着器件结构的不断缩小、金属布线层数逐渐的增加、集成电路工艺特征尺寸的纳米化，导致了RC延迟增加，为了减少信号延迟、电力消耗、信号不正当传输等问题，因此采用铜布线和超低K电介质材料，相比二氧化硅介质层，铜和超低K介质材料具有更弱的机械强度和硬度，因此对集成电路工艺加工提出了严峻的挑战，对加工精度和表面粗糙度的要求越来越高。

化学机械抛光(CMP)是目前唯一全局平整化技术。磨料是抛光液的重要组成部分，磨料自身的性质，如磨料的形貌、粒径、粒度分布和硬度是决定抛光平坦化的重要影响因素。目前，商业化的主流磨料有氧化铝、氧化铈、氧化硅等研磨料。由于这三种磨料的硬度大，在化学机械抛光过程中，单一磨料往往不能得到满意的抛光性能，容易造成划痕和缺陷。因此限制了抛光材料的表面平坦度。

发明内容

本发明的目的是克服现有磨料存在的缺陷，提供一种新型的聚苯乙烯/氧化硅核壳型纳米复合磨料抛光液的制备方法及其在化学机械抛光中的应用。

本发明第一方面提供一种聚苯乙烯/氧化硅核壳型纳米复合磨料的制备方法，包括如下步骤：

（1）聚苯乙烯纳米颗粒的制备：将苯乙烯单体加入到水中，加入分散剂，搅拌形成均匀的分散液，通入氮气排空保护反应体系，之后加入阳离子引发剂，在60～80℃条件下反应1～24小时即可得到阳离子型聚苯乙烯胶体；

（2）在步骤1制备得到的PS胶体中加入醇，搅拌得到均匀混合的液体，之后加入氨水，其用量为0.3～8wt%；最后加入TEOS；搅拌12～48小时即可得到复合磨料；

（3）由复合磨料制备抛光液：将步骤2所得的复合磨料进行蒸发去除里面的醇，之后加入一定量的水，复合磨料与水的质量比为1～10%，加入氧化剂的量为0.5～5wt%，再加入缓蚀剂0.01～0.1wt%，最后加入螯合剂0.1～1wt%，搅拌即为聚苯乙烯/氧化硅纳米复合磨料抛光液。

优选的，所述步骤1中，搅拌的方式为机械搅拌。

优选的，所述步骤1中，所述的分散剂选自聚乙烯基吡咯酮、聚N-乙烯基吡咯酮中的一种。

优选的，所述步骤2中，醇与PS胶体的体积比为5:1～20:1。

更优选的，所述步骤2中，醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任一种。

优选的，所述步骤2中，搅拌的方式为磁力搅拌器的快速搅拌。

优选的，所述步骤2中，氨水为28wt%的水溶液。

优选的，所述步骤2中，TEOS的量根据所需要的氧化硅壳层厚度而定，一般为0.1～3wt%。

优选的，所述步骤3中，蒸发的方法为采用旋转蒸发。

优选的，所述步骤3中，所述的氧化剂为双氧水；所述的缓蚀剂为苯并三唑；所述的螯合剂为甘氨酸。

本发明第二方面提供所述聚苯乙烯/氧化硅核壳型纳米复合磨料在化学机械抛光领域的应用。

本发明的核壳型复合磨料，是以聚苯乙烯作为内核，氧化硅作为壳层，由于氧化硅表面含有大量的羟基，表面活性高，且容易改性，具有亲水性，表现出非常好分散性。更重要的是所制备的复合磨料具有光滑的表面，适合作为抛光液中的磨料。该核壳型复合磨料在抛光过程中，由于其特殊的结构和机械性能，在抛光过程中，来自聚苯乙烯核的弹性性质的作用能够对抛光压力有一个缓冲的作用，减少了氧化硅壳层带来的过度的机械损伤，从而减少抛光材料的划痕和损伤，最终得到一个亚纳米量级的抛光表面粗糙度。

附图说明

图1是聚苯乙烯/氧化硅核壳型复合磨料的透射电子显微镜图像。

图2是抛光前铜片的原子力显微镜(AFM)测得的表面形貌图。

图3是复合磨料抛光后的铜片AFM图像。

图4是氧化硅磨料抛光后的铜片的AFM图像。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。