具有介孔核壳结构的铜CMP用复合微球及其制备方法、化学机械抛光液及其应用技术

本发明专利技术涉及一种具有介孔核壳结构的铜CMP用复合微球及其制备方法、化学机械抛光液及其应用。该复合微球以介孔SiO2为核，CeO2为壳。制备时，先利用模板剂和硅源，通过模板法制备介孔SiO2微球，作为核壳结构的内核；再利用铈源和沉淀剂，分散合成具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球。化学机械抛光液包括具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球、缓蚀剂、氧化剂和络合剂。该抛光液应用于铜化学机械抛光。与现有技术相比，本发明专利技术制备的复合微球表面包覆均匀、单分散性好，制备工艺简单，可用于铜片化学机械抛光等领域。可用于铜片化学机械抛光等领域。可用于铜片化学机械抛光等领域。

【技术实现步骤摘要】
具有介孔核壳结构的铜CMP用复合微球及其制备方法、化学机械抛光液及其应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备领域，更具体地属于铜表面精密抛光用抛光磨粒的制备工艺领域，具体涉及一种具有介孔核壳结构的铜CMP用复合微球及其制备方法、化学机械抛光液及其应用。

技术介绍

[0002]随着集成电路(IC)的迅速发展，具有低电阻率和高抗电子迁移率等电学特性的铜，已逐步取代铝而成为超大规模集成电路(VLSI)的布线层金属。随之而来的是，实现铜的全局平坦化成为了集成电路发展遇到的新挑战。化学机械抛光(CMP)是目前唯一可以同时实现全局平坦化的方法。磨料是CMP的重要参数之一，对抛光质量及抛光效率具有重要影响。
[0003]目前已有报道的抛光磨料有SiO2、Al2O3、CeO2、Fe3O4等，而铜基底的磨料报道较少(如CN 105800664 A)。由于单一磨料已无法满足日益提升的超精密表面抛光的需求。因此，以核壳结构为主的具备复合性能的磨料是提高抛光效果的关键。以SiO2为核，CeO2为壳的核壳结构具有高生物相容性、高稳定性、高抛光效率等特点，相较于单一磨料有显著的优势。目前该磨料应用主要集中在纳米复合磨粒分散性、吸附性等方面，虽然在CMP领域有所应用(如CN 107129762A,CN 106987229A)，但在铜基底方面鲜有涉足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种有效降低铜基底抛光的表面粗糙度，能改善表面缺陷，能有助于提升抛光速率的具有介孔核壳结构的铜CMP用复合微球及其制备方法、化学机械抛光液及其应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球，该复合微球以介孔SiO2为核，CeO2为壳。
[0007]一种如上所述一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球的制备方法，该方法先利用模板剂和硅源，通过模板法制备介孔SiO2微球，作为核壳结构的内核；再利用铈源和沉淀剂，分散合成具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球。
[0008]进一步地，该方法包括以下步骤：
[0009]将模板剂分散于溶剂中，滴加沉淀剂，得到溶液A，将溶液A进行搅拌，加入硅源，得到溶液B；
[0010]将溶液B离心后，经洗涤、干燥、煅烧后，得到介孔SiO2微球；
[0011]将介孔SiO2微球分散于溶剂中，超声和/或搅拌后，得到溶液C；
[0012]将铈源和沉淀剂分散于溶剂中，超声和/或搅拌后，得到溶液D，将溶液D加到溶液C中，搅拌反应后，得到溶液E；
[0013]将溶液E离心后，经洗涤、干燥、煅烧后，研磨过筛，即得到具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球。
[0014]进一步地，所述模板剂、沉淀剂和硅源的用量比为(0.4
‑
0.8)g:(1
‑
2)ml:(1
‑
3)ml；
[0015]所述介孔SiO2微球、铈源和沉淀剂的质量比为(0.4
‑
1):(0.6
‑
1.2):(0.96
‑
1.92)；
[0016]所述的模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述的沉淀剂包括氨水(NH3·
H2O)或六亚甲基四胺(HMT)，所述的硅源包括正硅酸乙酯(TEOS)，所述的铈源包括六水合硝酸铈[Ce(NO3)3·
6H2O]，所述的溶剂包括水和/或醇；
[0017]所述搅拌的速率为300
‑
800r/min，时间为2
‑
6h；所述离心的转速为8000
‑
10000r/min，时间为5
‑
10min；
[0018]所述干燥的温度为55
‑
65℃，时间为12
‑
24h，所述煅烧的温度为450
‑
650℃，保温时间为2
‑
4h；
[0019]所述超声处理的时间为10
‑
15min，所述洗涤采用醇与水分别洗涤。
[0020]进一步地，溶液A中的沉淀剂为氨水(NH3·
H2O)，溶液D中的沉淀剂为六亚甲基四胺(HMT)，溶液A中的溶剂为水和醇的混合物，溶液C中的溶剂为醇，溶液C中的溶剂为水；氨水为市售25
‑
28wt％的浓氨水。
[0021]溶液A中的搅拌的速率为350
‑
800r/min，时间为2
‑
4h，温度为常温；溶液E中的搅拌的速率为300
‑
600r/min，时间为3
‑
6h，温度为60
‑
75℃；
[0022]所述洗涤的次数不小于3次，所述的醇包括乙醇。
[0023]进一步地，溶液A中水和醇体积比为(150
‑
200):(40
‑
60)。
[0024]一种化学机械抛光液，该抛光液包括如上所述的具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球、缓蚀剂、氧化剂和络合剂。
[0025]进一步地，该抛光液中，复合微球质量含量为0.5
‑
10％，缓蚀剂的质量含量为0.001
‑
0.5％，氧化剂的质量含量为0.5
‑
5％，络合剂的质量含量为0.05
‑
5％，余量为溶剂；
[0026]所述的缓蚀剂包括氮唑类化合物，所述的氧化剂包括强酸类化合物，所述的络合剂包括氨羧化合物，所述的溶剂包括水。
[0027]进一步地，该抛光液中，复合微球质量含量为1
‑
5％，缓蚀剂的质量含量为0.01
‑
0.05％，氧化剂的质量含量为0.5
‑
2％，络合剂的质量含量为0.5
‑
1％；
[0028]所述的氮唑类化合物包括苯并三氮唑、5
‑
甲基苯并三氮唑、5
‑
羧基苯并三氮唑、1
‑
羟基苯并三氮唑、1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、5
‑
甲基四氮唑、5
‑
苯基
‑
1,2,4
‑
三氮唑或1
‑
羟基苯并三氮唑；
[0029]所述的强酸类化合物包括过氧化氢、过氧甲酸、过硫酸盐、过碳酸盐等过氧化物类化合物及高碘酸、高氯酸、高硼酸或高锰酸钾；
[0030]所述的氨羧化合物包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸﹑色氨酸、赖氨酸﹑精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球，其特征在于，该复合微球以介孔SiO2为核，CeO2为壳。2.一种如权利要求1所述一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球的制备方法，其特征在于，该方法先利用模板剂和硅源，通过模板法制备介孔SiO2微球，作为核壳结构的内核；再利用铈源和沉淀剂，分散合成具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球。3.根据权利要求2所述的一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将模板剂分散于溶剂中，滴加沉淀剂，得到溶液A，将溶液A进行搅拌，加入硅源，得到溶液B；将溶液B离心后，经洗涤、干燥、煅烧后，得到介孔SiO2微球；将介孔SiO2微球分散于溶剂中，超声和/或搅拌后，得到溶液C；将铈源和沉淀剂分散于溶剂中，超声和/或搅拌后，得到溶液D，将溶液D加到溶液C中，搅拌反应后，得到溶液E；将溶液E离心后，经洗涤、干燥、煅烧后，研磨过筛，即得到具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球。4.根据权利要求3所述的一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球的制备方法，其特征在于，所述模板剂、沉淀剂和硅源的用量比为(0.4
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0.8)g:(1
‑
2)ml:(1
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3)ml；所述介孔SiO2微球、铈源和沉淀剂的质量比为(0.4
‑
1):(0.6
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1.2):(0.96
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1.92)；所述的模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵，所述的沉淀剂包括氨水或六亚甲基四胺，所述的硅源包括正硅酸乙酯，所述的铈源包括六水合硝酸铈，所述的溶剂包括水和/或醇；所述搅拌的速率为300
‑
800r/min，时间为2
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6h；所述离心的转速为8000
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10000r/min，时间为5
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10min；所述干燥的温度为55
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65℃，时间为12
‑
24h，所述煅烧的温度为450
‑
650℃，保温时间为2
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4h；所述超声处理的时间为10
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15min，所述洗涤采用醇与水分别洗涤。5.根据权利要求4所述的一种具有介孔核壳结构的铜CMP用SiO2/CeO2复合微球的制备方法，其特征在于，溶液A中的沉淀剂为氨水，溶液D中的沉淀剂为六亚甲基四胺，溶液A中的溶剂为水和醇的混合物，溶液C中的溶剂为醇，溶液C中的溶剂为水；溶液A中的搅拌的速率为350
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800r/min，时间为2
‑
4h，温度为常温；溶液E中的搅拌的速率为300
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600r/min，时间为3
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6h，温度为60

【专利技术属性】
技术研发人员：晏金灿，石宁，韩生，陈亚莉，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：