[发明专利]一种水溶性聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒的制备方法，属于化学机械抛光液领域。

背景技术

超大规模集成电路已成为衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志，也是世界主要工业国家竞争最激烈的一个领域。而化学机械抛光（CMP）是目前超大规模集成电路制备工艺中的关键技术之一。在CMP抛光液中，磨料是影响抛后表面质量的重要因素。对于铜及一些low-k材料的抛光，由于其较低的机械强度和莫氏硬度，传统磨料（如氧化硅、氧化铝、氧化铈等）很容易造成严重的机械损伤，大大提升了材料的表面粗糙度。为了降低磨料所造成的划痕、缺陷等问题，复合磨料已吸引了国内外不少学者的兴趣，成为目前研究的热点和难点。

与传统磨料相比，复合磨料具有很大的优势，比如，硬度较小，有一定弹性，在保证抛光速率的同时，可有效减少表面缺陷的形成，降低表面粗糙度，提高表面质量。近些年，聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合磨料引起较大的关注，该颗粒以二氧化硅为壳可保障材料去除速率的维持，以聚苯乙烯为核可降低磨料颗粒的硬度，同时可使颗粒具有一定弹性，避免较大缺陷的形成。Lei Zhang等在Applied Surface Science258（2011）1217-1224中提出：以乙醇为反应介质，用氨水作催化剂，将正硅酸乙酯（TSOS）在PS球外水解聚合形成外壳，反应24h后，制备出分散性好、且性能良好的PS-SiO₂核壳型复合磨料。Haiou Zhou等人在Applied Surface Science266（2013）33-38中提出：用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）改性氧化硅纳米颗粒，通过皮克林乳液聚合的方法，制备出PS-SiO2核壳型复合颗粒，该方法需要水醇混合体系，温度50-75℃，反应时间共72h。

目前大多数PS-SiO₂核壳型复合颗粒的制备均需要醇体系或水醇混合体系来使有机相更好地分散，然而市场上所使用的抛光液大都以水为溶剂，现有的制备方法与此并不接轨；此外，现有制备方法中SiO₂外壳大都通过TEOS水解方法获得，反应时间较长，试剂成本较大；且具有一定危险性，不适合工业化大规模生产。为解决这一问题，本专利发明人采用廉价的硅酸水解法，以去离子水为反应介质，通过连接剂的添加，成功制备出水溶性聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒的制备方法，具有成本低廉、易于生产的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚苯乙烯颗粒加入表面活性剂水溶液中，超声分散和吸附；然后离心、分离、洗涤除去未吸附的表面活性剂，制得经表面活性剂表面改性的聚苯乙烯颗粒；然后加水稀释制成经表面活性剂表面改性的聚苯乙烯颗粒的水溶液；

（2）制备连接剂和硅酸的水溶液，用pH调节剂调节其pH值为碱性，制得经连接剂处理的硅酸的碱性水溶液；

（3）调节步骤（1）制得的经表面活性剂表面改性的聚苯乙烯颗粒的水溶液为碱性，机械搅拌加热条件下，逐滴滴加步骤（2）制得的经连接剂处理的硅酸的碱性水溶液，进行聚合反应；

（4）反应结束后，停止加热，继续搅拌冷却至室温制得所述的聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒。

其中，

步骤（1）中，所述表面活性剂水溶液中表面活性剂的浓度为0.05-0.6wt%；相对于1g聚苯乙烯颗粒，所述表面活性剂水溶液的用量为50-100mL。

步骤（1）中，所述超声分散和吸附的时间为10-30min，优选为20min。

步骤（1）中，所述聚苯乙烯颗粒的粒径为50-150nm。

步骤（1）中，所述经表面活性剂表面改性的聚苯乙烯颗粒的水溶液中经表面活性剂表面改性的聚苯乙烯颗粒的浓度为0.5-2wt%，优选为1wt%。