研磨微粒及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种研磨微粒，该研磨微粒包括弹性芯体和包裹所述芯体的磨料层。该研磨微粒可以被用于制作在平坦化工艺中使用的研磨剂。本发明专利技术提供的研磨微粒，由于具有弹性芯体，因而在研磨芯片等半导体材料时，能够发生弹性形变，因而可以降低由于压力过大而划伤半导体材料表面的风险。此外，由于降低划伤半导体材料的风险功能主要由弹性芯体实现，所以本发明专利技术提供的研磨微粒在被用于研磨半导体材料时，还能够降低活性剂的消耗。

【技术实现步骤摘要】
研磨微粒及其制造方法
本专利技术主要涉及研磨微粒，尤其涉及一种能够降低划伤目标材料表面的风险的研磨微粒及其制造方法。
技术介绍
随着芯片集成度提高，芯片中线宽不断减小，半导体硅片表面的平坦化质量要求越来越高。为了使得半导体硅片表面变得更加平坦，化学机械研磨法(CMP)等研磨方法被广泛的运用于半导体芯片制造。在化学机械研磨法中，通过其利用化学反应和机械研磨将芯片表面高低起伏的轮廓进行全面平坦化。该技术在铝合金、铜、钨、氧化硅及硅层平坦化中都有所应用。在化学机械研磨法中，研磨剂中研磨粒子的物理/化学特性是影响表面粗糙度和表面缺陷的关键因素。传统的研磨剂采用氧化硅微球作为研磨粒子，然而由于氧化硅微球的硬度较大，因而在摩擦过程中较容易划伤半导体表面。为了改善半导体材料表面的划伤情况，人们专利技术了介孔单分散微球芯片研磨剂。在这种研磨剂中，研磨粒子是具有介孔结构的氧化硅微球。具有介孔结构的氧化硅微球能够在一定程度上缓解半导体表面的划伤问题。然而，破损的介孔单分散微球仍然会划伤半导体表面，且介孔单分散微球破碎后会产生碎片。此外，介孔单分散微球的介孔结构还会吸收表面活性剂，导致研磨过程中表面活性剂的消耗增加。综上所述，有必要提出一种能够较好地降低划伤半导体材料表面的风险的研磨剂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够在平坦化工艺过程中，降低由于压力过大而划伤目标材料表面的风险的研磨微粒及其研磨微粒制造方法。为解决本专利技术的至少一部分技术问题，本专利技术提供了一种研磨微粒，包括弹性芯体和包裹该弹性芯体的磨料层；该弹性芯体具有弹性，能在压力作用下发生弹性形变，该磨料层适于对目标材料进行研磨。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体由高分子聚合物构成，为球状结构。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体的材质是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-甲基丙烯酸-丙烯酸共聚物中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该磨料层的材质是氧化硅和氧化铝中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体的最大尺寸的上限为500纳米、1000纳米，或2000纳米；该弹性芯体的最大尺寸的下限为20纳米、50纳米，或100纳米。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体与该磨料层的质量比的上限是9:1、8:1或7:1；该弹性芯体与该磨料层的质量比的下限是1:9、1:8或1:7。为解决本专利技术的至少一部分技术问题，本专利技术提供一种一种研磨微粒的制造方法，包括以下步骤：获得多个弹性芯体；将该弹性芯体分散在承载液中；加入阳离子表面活性剂和碱性酸碱度调节液；加入磨料源，形成第一反应混合液；以第一反应温度反应第一反应时长。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体的材质是聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该弹性芯体是聚苯乙烯微球，获得弹性芯体的方法包括以下步骤：形成第二反应混合液，该第二反应混合液包括苯乙烯、过硫酸铵和水；以第二反应温度反应第二反应时长。在本专利技术的至少一实施例中，在该第二反应混合液中，该苯乙烯的质量百分比的范围是0.01％至8.00％；该过硫酸铵的质量百分比的范围是0.01％至0.1％。在本专利技术的至少一实施例中，该第二反应温度的上限是80摄氏度或90摄氏度，该第二反应温度的下限是50摄氏度或60摄氏度；该第二反应时长的上限是24小时或48小时，该第二反应时长的下限是1小时或2小时。在本专利技术的至少一实施例中，该阳离子表面活性剂是十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该承载液是水，该碱性酸碱度调节液是氨水。在本专利技术的至少一实施例中，该磨料源是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和正硅酸异丙酯中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，在该第一反应混合液中，该弹性芯体的质量百分比的范围是0.01％至5％；该阳离子表面活性剂的质量百分比的范围是0.01％至0.1％；该碱性酸碱度调节液的质量百分比的范围是0.01％至0.1％；该磨料源的质量百分比的范围是0.01％至22.5％。在本专利技术的至少一实施例中，该第一反应温度的上限是50摄氏度或60摄氏度，该第一反应温度的下限是零下10摄氏度或0摄氏度；该第一反应时长的上限是12小时或24小时，该第一反应时长的下限是0.5小时或1小时。在本专利技术的至少一实施例中，在以第一反应温度反应第一反应时长之后以老化温度老化一老化时长；其中该老化温度的上限是80摄氏度或90摄氏度，该老化温度的下限是60摄氏度或70摄氏度；该老化时长的上限是36小时、48小时或72小时，该老化时长的下限是1小时或12小时或24小时。为解决本专利技术的至少一部分技术问题，本专利技术提供一种研磨剂，包括研磨微粒、添加剂和研磨基液，其中该研磨微粒是上述任意一种研磨微粒；或该研磨微粒是上述任意一种制造方法制得的研磨微粒。在本专利技术的至少一实施例中，该添加剂包括有机酸、无机酸和表面活性剂中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该添加剂包括有机酸和/或无机酸，以及表面活性剂；其中该表面活性剂占该研磨剂的质量百分比的范围是0.001％至2.0％，该有机酸和/或无机酸占该研磨剂的质量百分比的范围是0.001％至2.0％，该研磨微粒占该研磨剂的质量百分比的范围是0.01％至10.0％。在本专利技术的至少一实施例中，该有机酸为乙酸，丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸中的至少一种；该无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的至少一种；该表面活性剂为聚氧乙烯醚、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸中的至少一种。在本专利技术的至少一实施例中，该研磨剂的酸碱度被调制为，在温度为20摄氏度时，PH值的范围是2.0至5.0。在本专利技术的至少一实施例中，在该精磨过程中使用含有研磨微粒的研磨剂，其中该研磨微粒是上述任意一种研磨微粒；或该研磨微粒是上述任意一种制造方法制得的研磨微粒。本专利技术提供的研磨微粒，由于具有弹性芯体，因而在研磨芯片等半导体材料时，能够发生弹性形变，因而可以降低由于压力过大划伤半导体材料表面的风险。此外，由于避免划伤半导体材料的功能主要由弹性芯体实现，所以本专利技术提供的研磨微粒在被用于研磨半导体材料时，还能够降低活性剂的消耗。附图说明图1是根据本专利技术实施例提供的研磨微粒的剖面结构示意图；图2是根据本专利技术实施例提供的研磨微粒在被用于研磨半导体时的结构形变示意图；图3a是根据本专利技术实施例提供的研磨微粒的弹性芯体的示意图；图3b是根据本专利技术实施例提供的研磨微粒的弹性芯体被阳离子活化后的示意图；图3c是根据本专利技术实施例提供的研磨微粒的弹性芯体与磨料的结合示意图；图3d是根据本专利技术实施例提供的弹性芯体与磨料结合并老化后的剖面示意图；图4是根据本专利技术提供实施例的研磨微粒的制造方法的流程图。具体实施方式为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研磨微粒，包括弹性芯体和包裹所述弹性芯体的磨料层；所述弹性芯体具有弹性，能在压力作用下发生弹性形变，所述磨料层适于对目标材料进行研磨。

【技术特征摘要】
1.一种研磨微粒，包括弹性芯体和包裹所述弹性芯体的磨料层；所述弹性芯体具有弹性，能在压力作用下发生弹性形变，所述磨料层适于对目标材料进行研磨。2.根据权利要求1所述的研磨微粒，其特征在于：所述弹性芯体由高分子聚合物构成，为球状结构。3.根据权利要求2所述的研磨微粒，其特征在于：所述弹性芯体的材质是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-甲基丙烯酸-丙烯酸共聚物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的研磨微粒，其特征在于：所述磨料层的材质是氧化硅和氧化铝中的至少一种。5.根据权利要求1所述的研磨微粒，其特征在于：所述弹性芯体的最大尺寸的上限为500纳米、1000纳米，或2000纳米；所述弹性芯体的最大尺寸的下限为20纳米、50纳米，或100纳米。6.根据权利要求1所述的研磨微粒，其特征在于：所述弹性芯体与所述磨料层的质量比的上限是9:1、8:1或7:1；所述弹性芯体与所述磨料层的质量比的下限是1:9、1:8或1:7。7.一种研磨微粒的制造方法，包括以下步骤：获得多个弹性芯体；将所述弹性芯体分散在承载液中；加入阳离子表面活性剂和碱性酸碱度调节液；加入磨料源，形成第一反应混合液；以第一反应温度反应第一反应时长。8.根据权利要求7所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：所述弹性芯体的材质是聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。9.根据权利要求7所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于，所述弹性芯体是聚苯乙烯微球，获得弹性芯体的方法包括以下步骤：形成第二反应混合液，所述第二反应混合液包括苯乙烯、过硫酸铵和水；以第二反应温度反应第二反应时长。10.根据权利要求9所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：在所述第二反应混合液中，所述苯乙烯的质量百分比的范围是0.01％至8.00％；所述过硫酸铵的质量百分比的范围是0.01％至0.1％。11.根据权利要求9所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：所述第二反应温度的上限是80摄氏度或90摄氏度，所述第二反应温度的下限是50摄氏度或60摄氏度；所述第二反应时长的上限是24小时或48小时，所述第二反应时长的下限是1小时或2小时。12.根据权利要求7所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：所述阳离子表面活性剂是十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种。13.根据权利要求7所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：所述承载液是水，所述碱性酸碱度调节液是氨水。14.根据权利要求7所述的研磨微粒的制造方法，其特征在于：所述磨料源是正...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，张磊，周文斌，侯婧文，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42