【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种复合材料及其制备方法和在化学机械抛光浆料中的应用，属于材料领域。
技术介绍
1、随着半导体技术的不断发展，集成电路中器件的几何尺寸不断缩小，在有限的晶圆表面能够制造出更多的元器件，因此需要在晶圆表面有足够多的金属互连线来实现器件之间的相互连接。在芯片的加工制造过程中，新层的建立会产生凹凸不平的表面，需要对其进行平坦化处理，而化学机械抛光(cmp)则是实现全局平坦化的最佳手段，也是芯片加工制造过程中最重要的工序之一。cmp技术是二十世纪80年代由ibm公司首创，其基本原理是化学反应和机械磨削的协同作用共同实现全局平坦化的过程。在cmp过程中，晶圆被固定在抛光头上，并将其与抛光垫相互接触，在一定的外力作用下，晶圆随着抛光头与抛光垫之间发生相对运动，与此同时，抛光浆料持续不断地注入，在离心力的作用下平铺到抛光垫地表面，在化学反应与机械磨削地共同作用下实现晶圆材料的去除。其中，化学反应是晶圆表面和抛光液之间的反应，使得晶圆表面形成一层软化层，机械抛光则是指抛光液中的磨料粒子与晶圆表面产生机械作用，使得晶圆表面软化层被去除，如此往复，直到实现全局平坦化。
2、金属钨在高电流密度下，抗电子迁移能力较好，并且能够与硅形成良好的欧姆接触，因此常用作芯片中的插塞来连接多层物种。通常，将层间介电材料沉积、刻蚀到半导体基材上面，然后在其通孔中沉积粘附层，之后再将金属钨沉积到通孔和粘附层上。然而，沉积后的金属钨层表面并非完全平整，不利于后续工艺的进行，因此需要对其进行平坦化处理。
3、由于金属钨的硬度较高(莫氏硬度
4、fe2++h2o2→fe3++·oh+oh- (1)
5、fe3++h2o2→fe2++·o2h+h+ (2)
6、w+6·oh→wo3+3h2o (3)
7、通过上述反应生成的wo3质软，在磨料粒子的作用下能够被迅速移除，进而实现全局平坦化。金属钨的抛光浆料中通常会引入金属离子作为催化剂，用以催化氧化剂对金属钨的氧化作用，加快钨的腐蚀速率。但是，金离子的的残留会影响芯片的电学性能，造成短路、漏电等问题，进而会降低芯片产品的良率；同时，金属离子的引入会对抛光之后的清洗过程带麻烦。
8、本专利申请将金属离子定向引入到磨料粒子的表面，促使金属离子催化剂固定化和纳米尺度的分散，进而实现化学反应与机械磨削的“整体化”耦合，强化抛光过程中的自由基传递与钨氧化。在cmp过程中，金属离子有机聚合物作为催化剂会随着磨料粒子均匀分散到抛光垫的表面，其催化氧化剂分解产生的自由基与钨晶圆表面发生反应，将钨晶圆表面氧化(j.electrochem.soc.,1991,138(11):3460.)。紧接着在磨料粒子的机械作用下，氧化层被移除，暴露出来的金属层再次被氧化，如此往复，直到实现全局平坦化，而负载到磨料粒子表面的金属离子有机聚合物会随着磨料粒子而移除，有效地缓解了晶圆表面金属离子的残留问题，进而减少产品漏电、短路现象的发生，提高产品的良率。因此，将金属离子催化剂锚定在磨料粒子的表面，实现化学反应与机械磨削的“整体化”，将具有十分重大的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种纳米氧化硅金属有机聚合物复合材料用于金属钨的化学机械抛光，该复合材料有利于实现化学反应与机械磨削之间的耦合作用，适用于芯片制造领域中的钨化学机械抛光过程。
2、本专利技术的另一目的是提供一种复合材料的磨料粒子，有利于实现化学反应与机械磨削“一体化”的过程，有效缓解抛光后的催化剂金属离子的残留问题，适用于金属钨的化学机械抛光。
3、根据本申请的一个方面，提供了一种复合材料，包括改性的纳米氧化硅和生长于所述改性的纳米氧化硅表面的金属有机聚合物；
4、所述复合材料的粒径为30～120nm；
5、所述金属有机聚合物中的金属元素选自fe、co、ni、cu、zn、mn、zr、al中的至少一种；
6、所述金属有机聚合物的有机配体选自甲酸、乙酸、丙酸、草酸、丁酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、富马酸、对苯二甲酸、2,5-呋喃二甲酸、烟酸、异烟酸中的至少一种。
7、可选地，所述复合材料的粒径为40～100nm。
8、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的复合材料的制备方法，通过偶联剂和酸酐对纳米氧化硅进行改性处理，再通过添加有机配体和金属离子在改性后的纳米氧化硅表面进一步生长金属有机聚合物，得到纳米氧化硅金属有机聚合物复合材料。所述纳米氧化硅金属有机聚合物复合材料有利于实现化学反应与机械磨削“一体化”的过程，适用于芯片制造领域中的金属钨的化学机械抛光过程。其中偶联剂与酸酐的反应机理在于伯氨基与酸酐反应生成酰胺键，纳米氧化硅改性的机理在于偶联剂与纳米氧化硅表面的硅羟基发生缩合反应，使偶联剂键合到纳米氧化硅的表面。
9、包括以下步骤：
10、将含有改性的纳米氧化硅、金属盐、有机配体的原料混合，搅拌a，得到所述复合材料。
11、所述金属盐选自所述金属元素的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、碳酸盐、乙酸盐中的至少一种；
12、所述金属盐与所述有机配体的质量比为1：0.1～10；
13、所述金属盐与所述改性的纳米氧化硅的质量比为1：100～10000。
14、所述改性的纳米氧化硅通过以下步骤得到：
15、将偶联剂前驱体、酸酐、溶剂混合，得到偶联剂，将偶联剂与纳米氧化硅混合，加热，搅拌b，得到改性的纳米氧化硅；
16、所述纳米氧化硅选自硅溶胶或气相二氧化硅；
17、所述纳米氧化硅的粒径为20～100nm；
18、所述偶联剂前驱体选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-2氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-2氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-2氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；
19、所述酸酐选自丁二酸酐、戊二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种；
20、所述溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种；
21、所述偶联剂前驱体与所述酸酐的摩尔比为1：0.1～10；
22、所述偶联剂前驱体与所述溶剂的摩尔比为1：10～1000；
23、所述加热的温度为60本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，
5.一种权利要求1～4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
8.一种化学机械抛光浆料，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光浆料，其特征在于，
10.一种权利要求8或9任一项所述的化学机械抛光浆料的应用，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，
5.一种权利要求1～4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：王树东，潘登，任高远，顾一鸣，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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