一种用于抛光领域的无机材料组合物、异质聚氨酯抛光垫、制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，尤其是涉及一种用于抛光领域的无机材料组合物、异质聚氨酯抛光垫、制备方法和应用。

背景技术：

1、基于现今信息化的高速发展，集成电路电路产业在微电子、航天航空、交通系统、汽车产业等领域的飞速发展，第三代半导体材料碳化硅(sic)应运而生，碳化硅更是具有禁带宽度广、热导率高、电子饱和飘移速率大、临界击穿电场高(约是si的8倍)、介电常数低及化学稳定性好等诸多优点。sic晶圆和外延衬底在通信、汽车、电网、国防等各个领域均有着广泛的应用前景，在新能源汽车、太阳能电池逆变器、风力涡轮机以及为工业电机供电等大功率应用场景中具有巨大优势。在半导体材料的制程工艺中，化学机械抛光(cmp)晶圆达到纳米级、原子级平整度是极其关键的步骤会直接影响到后续集成电路器件的小型化、高密度化。

2、cmp工艺技术中将无机粒子诱导抛光垫的微孔结构半结合起来，形成表面具有粒子半嵌入形状的半游离异质抛光垫，通过“陷阱”效应来降低甚至消除无机磨粒中或因外界侵入的大颗粒对被加工工件的表面损伤，从而实现高效精密的抛光加工。在异质抛光垫中，因粒子与聚氨酯基质之间的结合力相对于固结磨料抛光垫小，大粒径磨粒或游离磨粒进入加工区域时，大粒径磨粒会因结合力小而产生位置移动，形成陷阱空间，使得不同粒径的磨粒在抛光垫表面趋于等高，从而实现工件的超精密加工。

3、异质抛光垫与固结磨料、游离磨料相比，在保留原有抛光系统组成时，且具有磨粒的可控定位，抛光液仅为化学氧化作用的溶液，极大地简化了抛光液制备流程。与此同时，在抛光过程中，无机磨粒的运动轨迹更加可控且抛光液可循环使用。在抛光工作时抛光夹持头对抛光垫一定压力的挤压使得二氧化硅、二氧化钛、长余辉(caal2o4)三种粒子不同程度上从抛光垫中释放随抛光液一起作用于工件表面，进一步提高了粒子与工件表面的接触效率，且在紫外光辅助设备的作用下，三种粒子间相互协同增效，提升抛光速率，对加工工件表面形貌具有较高的选择性，高效实现碳化硅衬底材料的平坦化。异质抛光垫cmp有着很好的一致性，并且抛光后工件的面型与亚表层损伤均优于固结磨料抛光垫。

4、kr20080072375a提供一种化学机械抛光装置的抛光垫及其制造方法，以通过增加表面能而不降低聚氨酯材料的平坦度来有效地提高抛光速度。将聚氨酯材料和异质颗粒(120)添加到混合鼓中，并将异质颗粒与聚氨酯材料混合。搅拌聚氨酯材料和异质颗粒。使聚氨酯材料和异质颗粒固化以形成cvd(化学气相沉积)设备的抛光垫(100)的锭。通过将异质颗粒与聚氨酯材料混合来增加聚氨酯材料的表面能。异质颗粒选自金，铂，银和铜。

5、de102017009085a1提供一种包含正和负二氧化硅颗粒的cmp抛光组合物，该组合物包含一种或多种a组合物，该组合物基于cmp抛光组合物中的总二氧化硅颗粒固体含量为3至20％(重量)带负电的二氧化硅颗粒，其中该二氧化硅颗粒具有通过动态光散射(dls)测定的5至50nm的z平均粒径。带正电的二氧化硅颗粒的组合物中的二氧化硅颗粒的z-平均粒径(dls)与一种或多种带负电的二氧化硅颗粒的组合物中的二氧化硅颗粒的z-平均粒径的比在1∶1至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2至1∶2的范围内。5：1最好是5：4到3：3。所述组合物能够改善介电基材或氧化物基材的抛光，并且在室温下稳定至少7天。

6、目前工业和实验室应用的高分子树脂基的光固化技术制备，其光固化机理存在局限性，树脂基体在紫外光固化作用下表层先固化，固化深度较浅，若其中还有无机粒子的加入会使材料光固化效率变得更差，随着无机粒子粒径、含量的增加，使其因有无机粒子的阻挡紫外光不能很好地到达树脂基体深层引发固化反应，导致树脂基体固化不完全会使抛光垫无法很好的成型，其硬度、密度、压缩率、压缩弹性率等物性参数有极大的影响，也限制了抛光垫制备的厚度。

7、针对上述现象，本发明提供一种用于抛光领域的无机材料组合物、异质聚氨酯抛光垫、制备方法和应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种用于抛光领域的无机材料组合物，所述组合物包含：长余辉(caal2o4)、二氧化硅、二氧化钛；

2、且所述氧化硅平均粒径为0.3～3μm，caal2o4平均粒径为1～3μm，二氧化钛平均粒径为0.05～1μm。

3、作为本发明的一种优选方式，所述所述氧化硅平均粒径为0.3μm，caal2o4平均粒径为1μm，二氧化钛平均粒径为0.05μm。

4、作为本发明的一种实施方式，所述caal2o4、二氧化硅、二氧化钛的质量比为(5～16)：(18～25)：(10～17)。

5、作为本发明的一种优选方式，所述caal2o4、二氧化硅、二氧化钛的质量比为5：22：17。

6、本发明第二方面提供一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其包含缓冲层和抛光层；

7、所述抛光层的制备原料包含：热塑性聚氨酯、所述的无机材料组合物、溶剂；

8、其中，所述热塑性聚氨酯的硬度为70～75shore d；且所述热塑性聚氨酯、所述的无机材料组合物的质量比为(23～26)：(33-58)。

9、作为本发明的一种优选方式，所述热塑性聚氨酯、所述无机材料组合物的质量比为26：44。

10、作为本发明的一种优选方式，所述热塑性聚氨酯的硬度为75shore d。

11、作为本发明的一种实施方式，所述抛光层的制备原料包含1μm caal2o4。

12、本发明第三方面提供所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫的制备方法，所述步骤如下：

13、s01将抛光层的制备原料共混后，并在40-45℃下混合得到流动性原料；随后连续刮涂在pet膜上，烘干后得到抛光层；

14、s02将缓冲层的制备原料高速搅拌混合后，以抛光层为基底并固化得到缓冲层，即可制备得到所述异质聚氨酯抛光垫。

15、本发明第四方面提供所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，应用于集成电路领域。

16、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

17、本发明提供一种含有多种功能性粒子的异质多孔抛光垫及其制备方法，两步法可控粒子诱导相分离合成异质抛光垫，通过调控二氧化硅、二氧化钛、和caal2o4三种粒子的粒径及比例，改性聚氨酯结构高效光热双重固化可控制备，得到密度、硬度、压缩率、压缩弹性率、气孔尺寸可控的异质抛光垫。在uv-led设备的辅助抛光下，其中caal2o4的持续发光作用在抛光垫光固化部分提高固化效率及固化深度,在化学机械抛光中与二氧化钛光敏粒子、二氧化硅协同增效提升了抛光速率，从而实现异质抛光垫的高效稳定的研抛性能以及碳化硅衬底的高表面质量。所述抛光垫是被用于化学机械抛光(cmp)碳化硅衬底的有效研抛工具，具有一致性优、力学性能优、抛光速率快、使用寿命长的优点。

技术特征：

1.一种用于抛光领域的无机材料组合物，其特征在于，所述组合物包含：caal2o4、二氧化硅、二氧化钛；

2.根据权利要求1所述的一种用于抛光领域的无机材料组合物，其特征在于，所述氧化硅平均粒径为0.3μm，caal2o4平均粒径为1μm，二氧化钛平均粒径为0.05μm。

3.根据权利要求1所述的一种用于抛光领域的无机材料组合物，其特征在于，所述caal2o4、二氧化硅、二氧化钛的质量比为(5～16)：(18～25)：(10～17)。

4.根据权利要求1所述的一种用于抛光领域的无机材料组合物，其特征在于，所述caal2o4、二氧化硅、二氧化钛的质量比为5：22：17。

5.一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其特征在于，其包含缓冲层和抛光层；

6.根据权利要求5所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其特征在于，所述热塑性聚氨酯、所述无机材料组合物的质量比为26：44。

7.根据权利要求5所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其特征在于，所述热塑性聚氨酯的硬度为75shore d。

8.根据权利要求5所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其特征在于，所述抛光层的制备原料包含1μm caal2o4。

9.一种权利要求5-8任一项所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤如下：

10.权利要求5-8任一项所述的一种低损伤纳米级化学机械抛光的异质聚氨酯抛光垫，其特征在于，应用于集成电路领域。

技术总结本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种用于抛光领域的无机材料组合物、异质聚氨酯抛光垫、制备方法和应用。所述组合物包含：长余辉(CaAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;)、二氧化硅、二氧化钛；且所述氧化硅平均粒径为0.3～3μm，CaAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;平均粒径为1～3μm，二氧化钛平均粒径为0.05～1μm。本发明提供一种含有多种功能性粒子的异质多孔抛光垫及其制备方法，两步法可控粒子诱导相分离合成异质抛光垫，通过调控二氧化硅、二氧化钛、和CaAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;三种粒子的粒径及比例，改性聚氨酯结构高效光热双重固化可控制备，得到密度、硬度、压缩率、压缩弹性率、气孔尺寸可控的异质抛光垫；其中CaAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;的持续发光作用在抛光垫光固化部分提高固化效率及固化深度，在紫外光辅助抛光部分提高抛光速率。技术研发人员：孟一鸣,丁道建受保护的技术使用者：衢州博来纳润电子材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1