CN117467410A - 核壳结构的复合磨粒及其制备方法和cmp浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学抛光领域，具体涉及一种核壳结构的复合磨粒及其制备方法和CMP浆料。所述核壳结构的复合磨粒包括纳米二氧化硅内核，以及形成在所述纳米二氧化硅内核表面上的壳层，所述壳层包括多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种。本发明的核壳结构的复合磨粒，外部壳层为多晶型氧化铝或二氧化硅与氧化铝的结晶相，硬度较大，可使得复合磨粒颗粒的硬度升高。
Description
技术领域
本发明涉及化学抛光领域，具体涉及一种核壳结构的复合磨粒及其制备方法和CMP浆料。
背景技术
碳化硅作为衬底的开发在现阶段广泛被研究，而提供原子光滑、无损伤的表面是后续应用的基础。基于碳化硅材料的属性，例如硬度高（莫氏硬度大约在9.2~9.6）、硬脆性大、化学稳定性好等，在对碳化硅基片进行表面加工时，如何减小甚至消除碳化硅基片的表面/亚表面损伤及提高抛光速率是制约其在半导体器件中的应用的主要问题。其中，在保障抛光表面质量的基础上兼顾抛光速率是现阶段亟待解决的。
相关技术的CMP（化学化学机械平坦化）浆料中采用二氧化硅及其改性物作为微粒材料，而对二氧化硅纳米颗粒的改性多集中在二次生长或表面改性，采用无机/有机杂化以形成复合颗粒。但二氧化硅纳米磨料得作用于碳化硅基片表面材料的去除率较低，抛光速度和质量均受到限制。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种核壳结构的复合磨粒及其制备方法和CMP浆料。
本发明的第一方面提供一种核壳结构的复合磨粒，包括纳米二氧化硅内核，以及形成在所述纳米二氧化硅内核表面上的壳层，所述壳层包括多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种。
本发明的核壳结构的复合磨粒，作为内核的二氧化硅纳米颗粒相较于壳层质地较软，外部壳层为多种晶型氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种，硬度较大，可使得复合磨粒颗粒的硬度升高。
在本发明的一些实施例中，所述复合磨粒的显微维氏硬度为350 kg/mm2~800 kg/mm2。由此，比内核的显微维氏硬度升高了3倍~5倍。
在本发明的一些实施例中，壳层与核体之间通过Si-O-Al化学键形成紧密连接结构。由此，核壳结构具有较高的稳定性。
根据本发明的实施例，壳层包括α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达700 kg/mm2~750 kg/mm2。
根据本发明的实施例，壳层包括δ-氧化铝和η-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达600 kg/mm2~670 kg/mm2。
根据本发明的实施例，所述壳层包括莫来石和γ-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达500 kg/mm2~520 kg/mm2。
根据本发明的实施例，所述纳米二氧化硅内核的Dv50为5 nm~200 nm，所述复合磨粒的Dv50为5.36 nm~244 nm，且所述复合磨粒的Dv50大于纳米二氧化硅内核的Dv50。由此，纳米二氧化硅原料的粒径宽泛，可以得到粒径范围宽泛的复合磨粒，以适用于不同的抛光场景。
根据本发明的实施例，所述复合磨粒中Si/Al的原子摩尔比为1:(0.075~0.9)。由此，控制内核与壳层的相对用量，以生成核壳结构的复合磨粒。
本发明的第二方面提供一种核壳结构的复合磨粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制包括硅溶胶和铝盐的反应液；
（2）将反应液进行水热反应，以在二氧化硅纳米颗粒的表面生长氧化铝前驱体壳层，得到固液混合物；
（3）将步骤（2）的固液混合物进行分离，所得固体产物洗涤、干燥，之后煅烧，以在所述二氧化硅纳米颗粒表面生成含多种晶型氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相至少两者的壳层。
根据本发明的第二方面，以二氧化硅作为内核，以铝盐为原料，采用水热法工艺进行合成，之后煅烧进行晶型转化生成含多种晶型氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相至少两者的壳层。且随着煅烧条件不同，生成的晶型不同，以此实现硬度的调节。
根据本发明的实施例，所述反应液中，二氧化硅纳米颗粒的浓度为0.1 mol/L~1.2mol/L，铝离子的浓度为 0.01 mol/L~0.5 mol/L。由此，控制反应液中二氧化硅纳米颗粒与铝离子的用量，以生成核壳结构的复合磨粒。
根据本发明的实施例，所述铝盐选自无机铝盐和/或有机醇铝。由此，所述铝盐可以为各种能够在反应液中水解形成胶体Al(OH)3的铝盐，原料来源广，有利于大规模生产。
进一步地，所述无机铝盐选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硝酸铝中的至少一种。
进一步地，有机醇铝选自异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的至少一种。
根据本发明的实施例，水热反应的条件包括：反应温度为150 ℃~250 ℃，时间为1h~20 h。由此，在内核上生长氧化铝前驱体壳层，同时，在壳层与内核之间形成Si-O-Al化学键。
根据本发明的实施例，步骤（3）中，所述煅烧包括：
在1200 ℃~1500℃煅烧0.5 h~3 h，以形成包含α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝的壳层；
或，在900 ℃~1100℃煅烧0.5 h~3 h，以形成包含δ-氧化铝和η-氧化铝的壳层；
或，在700 ℃~850℃煅烧0.5 h~3.5 h，以形成包含莫来石和γ-氧化铝的壳层。
由此，生成不同晶型的壳层，以调节硬度。
根据本发明的实施例，步骤（3）中，所述干燥包括依次进行的第一阶段和第二阶段，
第一阶段：于40 ℃~80 ℃干燥4 h~20 h；
第二阶段：于120 ℃~180 ℃干燥4 h~20 h。
由此，保证干燥过程中，保持核壳的框架不变。
本发明的第三方面提供一种CMP浆料，包括本发明第一方面所述的核壳结构的复合磨粒。
根据本发明的第三方面，因CMP浆料中含有核壳结构的复合磨粒，在满足获得碳化硅抛光表面质量的基础上，进一步提高抛光速率，减少抛光次数，提高效率。具体地，多晶型的壳体相较于单一晶型，在用于CMP时，相较于单一的α-氧化铝磨粒，在抛光过程各个晶型的氧化铝的硬度不同，不同晶型的氧化铝之间可以协调作用，在提高了基片表面材料去除率的同时，有效减少划痕和表面损伤。
根据本发明的实施例，所述CMP浆料用于抛光包含IV族半导体材料的衬底，例如，硅基衬底及碳化硅衬底。由此，在减少在碳化硅基片的表面/亚表面损伤的同时可以提高抛光速率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例1产物的XRD图；
图2为实施例1的TEM-EDS图片；
图3为实施例1煅烧前产物的FTIR图；
图4为实施例1煅烧后产物的FTIR图；
图5为实施例4产物的XRD图；
图6为实施例7产物的XRD图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的第一个方面，本发明提供一种核壳结构的复合磨粒，包括纳米二氧化硅内核，以及形成在所述纳米二氧化硅内核表面上的壳层，所述壳层包括多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种。
本发明的核壳结构的复合磨粒，内核为无定形二氧化硅，内核质地较软，对应的显微维氏硬度为100 kg/mm2~150 kg/mm2，外部壳层为多种晶型的氧化铝和/或二氧化硅与氧化铝的结晶相，硬度较大，可使得复合磨粒颗粒的硬度升高，且多晶型的种类不同，复合磨粒的硬度也不同。
作为一些示例，多种晶型的氧化硅包括α-氧化铝、θ-氧化铝、κ-氧化铝、δ-氧化铝、η-氧化铝中的至少两种。
在一些实施例中，所述复合磨粒的显微维氏硬度为350 kg/mm2~800 kg/mm2。由此，比核体的显微维氏硬度升高3倍~5倍。此外，壳层与核体之间通过Si-O-Al化学键形成紧密连接结构，核壳结构具有较高的稳定性。
在一些实施例中，壳层包括α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达700 kg/mm2~750 kg/mm2，例如，702 kg/mm2、712 kg/mm2、723 kg/mm2、746 kg/mm2等。
在另一些实施例中，壳层包括δ-氧化铝和η-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达600 kg/mm2~670 kg/mm2，例如，610 kg/mm2、621 kg/mm2、645 kg/mm2、663 kg/mm2、670kg/mm2等。
在又一些实施例中，所述壳层包括莫来石（Al2O3-SiO2）和γ-氧化铝。由此，复合颗粒的硬度区间可高达500 kg/mm2~520 kg/mm2，例如，504 kg/mm2、509 kg/mm2、512 kg/mm2、517 kg/mm2、520 kg/mm2等。
在一些实施例中，所述纳米二氧化硅内核的Dv50为5 nm~200 nm，所述复合磨粒的Dv50为5.36 nm~244 nm。可以理解地是，所述复合磨粒的Dv50大于纳米二氧化硅内核的Dv50。
优选地，所述纳米二氧化硅内核的Dv50为20 nm~35 nm，例如，20 nm、25 nm、30nm、35nm等，且所述复合磨粒的Dv50为21 nm~38 nm，例如，24.4 nm、26.8 nm、28.9 nm、36.2nm、37.6 nm等。纳米二氧化硅内核和复合磨粒的Dv50均采用激光粒度仪测定，复合磨粒的Dv50与纳米二氧化硅内核的Dv50及投料量呈强相关性。
在一些实施例中，所述复合磨粒中Si/Al的原子摩尔比为1:(0.075~0.9)，例如，1:0.075、1:0.212、1:0.467、1:0.545、1:0.553、1:0.9等。以上Si/Al的原子摩尔比根据投料量计算得到，由此，以形成不同沉积量的壳层，实现粒度的调节。
本发明的第二方面提供一种制备第一方面所述的核壳结构的复合磨粒的方法，包括以下步骤：
（1）配制包括硅溶胶和铝盐的反应液；
（2）将反应液进行水热反应，以在二氧化硅纳米颗粒的表面生长氧化铝前驱体壳层，得到固液混合物；
（3）将步骤（2）的固液混合物进行分离，所得固体产物洗涤、干燥，之后煅烧，以在所述二氧化硅纳米颗粒表面生成含多种晶型氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相至少两者的壳层。
根据本发明的第二方面，以硅溶胶提供二氧化硅纳米颗粒作为内核，以铝盐为原料，采用水热法工艺进行合成，之后煅烧进行晶型转化。具体地，反应液中，铝盐在水溶液中水解生成无定形态的胶体Al(OH)3。在水热过程中，胶体Al(OH)3前驱体粒子之间的团聚和联结遭到破坏，使前驱体粒子在水热介质中溶解，以离子或离子团（Al3+、OH-）的形式进入溶液。随着温度的升高，Al(OH)3溶解度增大，使溶液中的Al3+和OH-的浓度增大，当Al3+和OH-的浓度达到形成Al2O3所需要的过饱和度时，Al2O3从溶液中结晶出来，在纳米二氧化硅粒子表面成核及生长，从而逐渐形成晶粒。之后进行煅烧去除结晶水、化学结合水及有机物等杂质，并使氧化铝在煅烧温度下发生晶型转变，得到包括多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种包覆的二氧化硅复合磨粒颗粒。
本发明中，所述硅溶胶为纳米级非晶态二氧化硅颗粒在水中的分散液。
步骤（1）中，在一些实施例中，所述反应液中，二氧化硅纳米颗粒的质量浓度为0.1mol/L~1.2 mol/L，例如，0.1 mol/L、0.29 mol/L、0.33 mol/L、0.52 mol/L、0.56 mol/L、0.66 mol/L、0.76 mol/L、0.81 mol/L、0.9 mol/L、1.2mol/L等。
步骤（1）中，在一些实施例中，所述反应液中的铝离子浓度为0.01 mol/L~0.5mol/L，例如，0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.09 mol/L，0.1 mol/L、0.16 mol/L、0.18 mol/L、0.42 mol/L、0.44 mol/L、0.48 mol/L、0.5 mol/L等。
步骤（1）中，所述铝盐可以为各种能够在反应液中水解形成胶体Al(OH)3的铝盐。在一些实施例中，所述铝盐选自无机铝盐和/或有机醇铝。
作为具体的示例，所述无机铝盐选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硝酸铝中的至少一种。
作为具体的示例，有机醇铝选自异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的至少一种。
步骤（2）中，在一些实施例中，水热反应的条件包括：反应温度为150 ℃~250 ℃，例如，150℃、185℃、190℃、195℃、200 ℃、210℃、220℃、250℃等，反应时间为1 h~20 h，例如，1 h、2 h、2.5 h、3 h、4 h、8 h、10 h、15 h、20 h等。由此，在水热反应的过程中，在该特定的温度和相应的压力下，铝离子在硅溶胶中二氧化硅纳米颗粒的表面生长前驱体壳层，同时，在壳层与内核之间形成Si-O-Al化学键。
本发明中的水热反应的压力，指的是在反应釜内，填充一定的反应液，在温度下的自然产生的压力，例如，在填充率为85％，温度为220℃下进行反应，反应釜会自然产生有对应的压力。
步骤（3）中，在一些实施例中，所述煅烧包括：在1200 ℃ ~1500℃煅烧0.5 h~3 h，例如，煅烧温度为1200℃、1250℃、1300℃、1400℃、1500℃等，煅烧时间为0.5 h、1 h、2h、2.5h、3 h等，以形成含α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝的壳层。
在另一些实施例中，所述煅烧包括：在900℃~1100℃煅烧0.5 h~3 h，例如，煅烧温度为900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃等，煅烧时间为0.5 h、1 h、2 h、3 h等，以形成含δ-氧化铝和η-氧化铝的壳层。
在又一些实施例中，所述煅烧包括：在700 ℃~850 ℃煅烧0.5 h~3.5 h，例如，煅烧温度为700℃、750℃、800 ℃、850 ℃等，煅烧时间为0.5 h、1 h、2 h、3 h、3.5 h等，以形成含莫来石和γ-氧化铝的壳层。
步骤（3）中，一些实施例中，所述干燥包括依次进行的第一阶段和第二阶段，
第一阶段：于40 ℃~80 ℃干燥4 h~20 h；
第二阶段：于120 ℃~180 ℃干燥4 h~20 h。
由此，第一阶段的低温干燥是由于二氧化硅内核与氧化铝外壳材料的热膨胀系数差值较大，过高的升温过程将导致外壳过度膨胀而造成的核壳分层；在第二阶段的中温干燥进一步去除沉淀物表面与内部所含结晶水和结合水，保证核壳框架不变。
本发明的第三方面提供CMP浆料，包括本发明第一方面所述的核壳结构的复合磨粒。
根据本发明的第三方面，因CMP浆料中含有核壳结构的复合磨粒，在满足获得抛光表面质量的基础上，进一步提高抛光速率，减少抛光次数，提高效率。
在一些实施例中，特用于抛光包含IV族半导体材料的衬底，例如，硅基衬底及碳化硅衬底。在用于CMP时，相较于单一的α-氧化铝磨料，本发明的具有多晶型的氧化铝类在抛光过程因各个晶型氧化铝的硬度不同，不同晶型的氧化铝之间可以协调作用，在提高基片表面材料去除率的同时，有效减少划痕和表面损伤。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例及对比例中采用的二氧化硅颗粒为胶态二氧化硅通过滴加原硅酸溶液生长至对应的Dv50，Dv50采用激光粒度仪进行测定。胶态二氧化硅为LUDOX® HS-30，平均粒径为12 nm。
实施例1
将包含2.4g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=20 nm）的硅溶胶、5.3g 六水氯化铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.76 mol/L，铝离子浓度为0.42 mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在200 ℃下水热反应2 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于40 ℃鼓风干燥箱中干燥8 h，然后以120℃继续干燥10 h，再经1300 ℃煅烧2 h，得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例2
将包含4.5 g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=25 nm）的硅溶胶、8.4g 六水氯化铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.9 mol/L，铝离子浓度为0.42 mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在220 ℃下水热反应2 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于50 ℃鼓风干燥箱中干燥8 h，然后以135℃继续干燥9 h，再经1250 ℃煅烧2.5 h，得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例3
将包含3.3g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=30 nm）的硅溶胶、7.2g六水氯化铝在超声下分散于去离子水中配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.81 mol/L，铝离子浓度为0.44 mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在190 ℃下水热反应2.5 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于60 ℃鼓风干燥箱中干燥8 h，然后以140℃继续干燥9 h，再经1400 ℃煅烧2 h，得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例4
将包含3.2g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=30 nm）的硅溶胶、4.7g硫酸铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.33 mol/L，铝离子浓度为0.17mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在200 ℃下水热反应2.5 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于40 ℃鼓风干燥箱中干燥6 h，然后以120℃继续干燥10 h，再经1000 ℃煅烧2 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例5
将包含4.85g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=25 nm）的硅溶胶、7.5g硫酸铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.33 mol/L，铝离子浓度为0.18 mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在215 ℃下水热反应2 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于45 ℃鼓风干燥箱中干燥12 h，然后以130℃继续干燥8 h，再经1050 ℃煅烧2 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例6
将包含7.78g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=35 nm）的硅溶胶、12.4g硫酸铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.29 mol/L，铝离子浓度为0.16 mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在195 ℃下水热反应2 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于50 ℃鼓风干燥箱中干燥8 h，然后以125℃继续干燥10 h，再经950 ℃煅烧2 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例7
将包含5.4g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=25 nm）的硅溶胶、5.4g硝酸铝分散于去离子水中配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.56 mol/L，铝离子浓度为0.09mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在200 ℃下水热反应3 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于55 ℃鼓风干燥箱中干燥6 h，然后以120℃继续干燥10 h，再经800 ℃煅烧3 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例8
将包含2.2g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=20 nm）的硅溶胶、2.9g硝酸铝分散于去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.52 mol/L，铝离子浓度为0.11mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在185 ℃下水热反应4 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于45 ℃鼓风干燥箱中干燥8 h，然后以130℃继续干燥10 h，再经750 ℃煅烧3.5 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例9
将包含3.7g二氧化硅纳米颗粒（Dv50=35 nm）的硅溶胶、3.5g硝酸铝分散在去离子水中，配制成反应液，在所述反应液中，二氧化硅的浓度为0.66 mol/L，铝离子浓度为0.1mol/L；
将该反应液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，填充率为85％，然后将反应釜密封，在210 ℃下水热反应2 h，将沉淀物冷却至室温，离心分离、洗涤（蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍），先置于60 ℃鼓风干燥箱中干燥7 h，然后以140℃继续干燥11 h，再经850 ℃煅烧2 h，即可得到核壳结构的氧化铝包裹的二氧化硅粉料。
实施例10
其他与实施例7相同，不同之处在于，反应液中，改变铝盐的添加量，使得铝离子的浓度为0.5mol/L。
对比例1
与实施例7相同，不同的之处在于，反应液中不添加硝酸铝，直接将实施例7的硅溶胶经水热反应和煅烧处理，得到未包覆的氧化硅粉料。
对比例2
按照实施例7的方法制备复合粉料，不同的之处在于，煅烧条件不同，在600℃下煅烧2 h，得到复合粉料。
测试例
（1）对实施例1、实施例4及实施例7的产物进行XRD测试，结果见图1、图5及图6。
（2）对实施例1煅烧前的产物进行TEM-EDS测试，结果见图2。
（3）对实施例1煅烧前后的产物进行FTIR测试，结果见图3和图4。
（4）对实施例1~10及对比例1~2的产物，根据显微维氏硬度试验条件的操作测定显微维氏硬度，测试时载荷0.2 Kgf，保持15s，每个样品测试3个点数，得到的平均值作为显微维氏硬度。
（5）收集实施例1~10及对比例1~2的产物，采用激光粒度仪进行粒径测定。
（6）分别将实施例及对比例的产物配制成CMP浆料，以SiC晶片为衬底进行标准化抛光测试，测定材料去除率指数（MRR）并在标准化抛光测试之后对抛光工件进行目视检查，判断工件表面是否有划痕，测试结果见表1。
配制的CMP浆料组分为：97.5wt％去离子水、2wt％的实施例及对比例的粉料，0.3wt％高锰酸钾氧化剂、0.2wt％硅铝酸盐分散剂，用硝酸调节pH 4~5。
测试数据分析如下：
图1为实施例1产物的XRD图，从图1中可以看出，实施例1的产物中有α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝三种晶型的存在。另外，实施例2和实施例3的XRD同样显示有α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝三种晶型的存在。
图2为实施例1煅烧前产物的TEM-EDS图片，从图2中可以看出，铝元素遍布硅元素周围形成包裹结构，从而说明形成了前驱体壳体包裹的二氧化硅颗粒的核壳结构。
图3为实施例1煅烧前产物的FTIR图，从图3可以看出，实施例1的煅烧前产物存在Si-O-Al化学键，1247cm-1为Si-O-Al的伸缩振动峰，说明硅和铝之间的羟基通过缩合形成氧桥，从而使壳层与核层之间通过Si-O-Al化学键形成紧密连接结构，核壳结构具有较高的稳定性。
图4为实施例1煅烧后产物的FTIR图，从图4可以看出，实施例1的煅烧后产物存在Si-O-Al化学键，1243cm-1为Si-O-Al的伸缩振动峰，说明即使在后续高温煅烧形成晶体以及CMP阶段都能保证核壳结构稳定性。
图5为实施例4产物的XRD图，从图5可以看出，实施例4的产物存在δ-氧化铝和η-氧化铝两种晶型。另外，实施例5和实施例6的XRD同样显示其产物存在δ-氧化铝和η-氧化铝两种晶型。
图6为实施例7产物的XRD图，从图6可以看出，实施例7的产物存在α-莫来石和γ-氧化铝晶型。另外，实施例8~实施例10的XRD同样显示其产物存在α-莫来石和γ-氧化铝晶型。
实施例1~实施例10及对比例1~2的制备条件及产物性能见表1。
表1
续表1
从表1可以看出，实施例1~实施例3的壳层为α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝，α-氧化铝的莫氏硬度高达9，与θ-氧化铝和κ-氧化铝共同构成壳层，用于CMP时，能够协同配合，在保持高去除率的同时，能够有效减少表面划痕，改善抛光质量。实施例4~实施例6的壳层由δ-氧化铝和η-氧化铝组成，显微维氏硬度区间为600 kg/mm2~670 kg/mm2，实施例7~实施例9的壳层由莫来石和γ-氧化铝构成，显微维氏硬度区间为500 kg/mm2~520 kg/mm2。在进行CMP时，根据CMP的不同阶段，抛光需求不同，可以匹配相应的磨粒，提供较大范围的选择空间；不同于多种磨粒的组合以调控硬度，依据本发明的进行参数及工艺的调控，可以得到一系列不同硬度的磨粒，而磨粒的壳层为不同硬度的物质组成，磨粒的核体为二氧化硅，多个物质协同配合，以达到更好的抛光性能。从表1中，还可以看出，复合颗粒的粒度均在二氧化硅颗粒的粒度上有一定程度的上升，随着投料量的不同，即使二氧化硅颗粒的粒度相同，也可以得到不同Dv50以及不同硬度的复合颗粒。例如，实施例7、实施例10相比，其在于投料量不同，可以看出，最终形成的晶型是一样的，不同之处在于，铝盐投料量的增加造成最终的复合颗粒的Dv50和硬度都有所增加。
从表1还可以看出，在进行CMP时，随着复合颗粒硬度增大，材料表面去除率有明显的提高。相较于未包覆的对比例1和单种晶型的对比例2，由两个及以上晶型组合成的复合颗粒硬度更大，材料去除率也更高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (14)
1.一种核壳结构的复合磨粒，其特征在于，包括纳米二氧化硅内核，以及形成在所述纳米二氧化硅内核表面上的壳层，所述壳层包括多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相中的至少两种。
2. 根据权利要求1所述的核壳结构的复合磨粒，其特征在于，所述复合磨粒的显微维氏硬度为350 kg/mm2~800 kg/mm2。
3. 根据权利要求1所述的核壳结构的复合磨粒，其特征在于，所述纳米二氧化硅内核与所述壳层之间存在Si-O-Al化学键。
4. 根据权利要求1、2或3所述的核壳结构的复合磨粒，其特征在于，所述壳层包括α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝；或
所述壳层包括δ-氧化铝和η-氧化铝；或
所述壳层包括莫来石和γ-氧化铝。
5. 根据权利要求1、2或3所述的核壳结构的复合磨粒，其特征在于，所述纳米二氧化硅内核的Dv50为5 nm~200 nm，所述复合磨粒的Dv50为5.36 nm~244 nm，且所述复合磨粒的Dv50大于纳米二氧化硅内核的Dv50。
6.根据权利要求1、2或3所述的核壳结构的复合磨粒，其特征在于，所述复合磨粒中Si/Al的原子摩尔比为1:(0.075~0.9)。
7.一种权利要求1-6任一项所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制包括硅溶胶和铝盐的反应液；
（2）将反应液进行水热反应，以在二氧化硅纳米颗粒的表面生长氧化铝前驱体壳层，得到固液混合物；
（3）将步骤（2）的所述固液混合物进行分离，所得固体产物经洗涤、干燥，之后煅烧，以在二氧化硅表面生成含多种晶型的氧化铝、二氧化硅与氧化铝的结晶相至少两者的壳层。
8.根据权利要求7所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的反应液中满足以下条件中的至少一者：
二氧化硅的浓度为0.1 mol/L~1.2 mol/L；
铝离子的浓度为0.01 mol/L~0.5 mol/L；
所述铝盐选自无机铝盐和/或有机醇铝。
9.根据权利要求8所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，所述无机铝盐选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝及聚合硝酸铝中的至少一种；和/或
有机醇铝选自异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝及叔丁醇铝中的至少一种。
10. 根据权利要求7所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，水热反应的条件包括：反应温度为150 ℃~250 ℃，时间为1 h~20 h。
11.根据权利要求7所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述煅烧包括：
在1200 ℃~1500℃煅烧0.5 h~3 h，以形成包含α-氧化铝、θ-氧化铝和κ-氧化铝的壳层；
或，在900 ℃~1100℃煅烧0.5 h~3 h，以形成包含δ-氧化铝和η-氧化铝的壳层；
或，在700 ℃~850℃煅烧0.5 h~3.5 h，以形成包含莫来石和γ-氧化铝的壳层。
12.根据权利要求7所述的核壳结构的复合磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述干燥包括依次进行的第一阶段和第二阶段，
第一阶段：于40 ℃~80 ℃干燥4 h~20 h；
第二阶段：于120 ℃~180 ℃干燥4 h~20 h。
13.一种CMP浆料，其特征在于，包括权利要求1~6任一项所述的核壳结构的复合磨粒。
14.根据权利要求13所述的CMP浆料，其特征在于，用于抛光包含IV族半导体材料的衬底。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1654585A (zh) * | 2005-01-17 | 2005-08-17 | 上海大学 | 核/壳型纳米粒子研磨剂抛光液组合物及其制备方法 |
| CN1850916A (zh) * | 2006-05-26 | 2006-10-25 | 上海大学 | 氧化铝/氧化硅复合磨粒的制备方法 |
| JP2007207907A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Fujifilm Corp | 金属用研磨液、及びそれを用いた化学的機械的研磨方法 |
| US20090235591A1 (en) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fixed abrasive articles utilizing coated abrasive particles |
| CN101974296A (zh) * | 2010-11-12 | 2011-02-16 | 大连三达奥克化学股份有限公司 | 核/壳型复合纳米磨料硅片抛光液 |
| JP2011086713A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 半導体ウエハ研磨用組成物および研磨方法 |
| CN102796460A (zh) * | 2012-08-31 | 2012-11-28 | 安特迪（天津）科技有限公司 | 一种二氧化硅基cmp抛光液及其制备方法 |
| US20160358790A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Barrier Chemical Mechanical Planarization Slurries Using Ceria-Coated Silica Abrasives |
| CN106987229A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-07-28 | 常州大学 | 一种核壳包覆结构的复合颗粒及其制备方法和用途 |
| CN111040640A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-04-21 | 郑州中科新兴产业技术研究院 | 用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法 |
| WO2023145572A1 (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | Ａｇｃ株式会社 | 研磨剤、研磨剤用添加液および研磨方法 |
-
2023
- 2023-12-27 CN CN202311823021.9A patent/CN117467410B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1654585A (zh) * | 2005-01-17 | 2005-08-17 | 上海大学 | 核/壳型纳米粒子研磨剂抛光液组合物及其制备方法 |
| JP2007207907A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Fujifilm Corp | 金属用研磨液、及びそれを用いた化学的機械的研磨方法 |
| CN1850916A (zh) * | 2006-05-26 | 2006-10-25 | 上海大学 | 氧化铝/氧化硅复合磨粒的制备方法 |
| US20090235591A1 (en) * | 2008-03-21 | 2009-09-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fixed abrasive articles utilizing coated abrasive particles |
| JP2011086713A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 半導体ウエハ研磨用組成物および研磨方法 |
| CN101974296A (zh) * | 2010-11-12 | 2011-02-16 | 大连三达奥克化学股份有限公司 | 核/壳型复合纳米磨料硅片抛光液 |
| CN102796460A (zh) * | 2012-08-31 | 2012-11-28 | 安特迪（天津）科技有限公司 | 一种二氧化硅基cmp抛光液及其制备方法 |
| US20160358790A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Barrier Chemical Mechanical Planarization Slurries Using Ceria-Coated Silica Abrasives |
| CN106987229A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-07-28 | 常州大学 | 一种核壳包覆结构的复合颗粒及其制备方法和用途 |
| CN111040640A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-04-21 | 郑州中科新兴产业技术研究院 | 用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法 |
| WO2023145572A1 (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | Ａｇｃ株式会社 | 研磨剤、研磨剤用添加液および研磨方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONG LEI ET AL.: "Preparation of alumina/silica core-shell abrasives and their CMP behavior", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》, vol. 253, 5 May 2007 (2007-05-05), pages 8754 * |
| XIN WANG ET AL.: "Preparation of γ-alumina/silica core–shell abrasives and their chemical mechanical polishing performances on sapphire substrates", 《》, vol. 13, no. 9, 31 December 2018 (2018-12-31), pages 1315 - 1320, XP006069392, DOI: 10.1049/mnl.2018.0166 * |
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| Publication number | Publication date |
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