本发明涉及硅溶胶研磨材料领域，特别是涉及一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料及其合成方法和应用。
背景技术：
1、随着目前大规模集成电路的设计及制造工艺的日益复杂，对化学机械抛光(cmp)研磨材料的要求越来越高。二氧化硅由于其硬度适中、无毒无污染、稳定性和分散性良好、成本较低等诸多优势，被广泛应用于半导体材料的cmp过程中。
2、目前制备二氧化硅材料的主要方法有：以四氯化硅为原料的气相法、以硅粉为原料的单质硅法、以硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法、以有机硅烷为原料的溶胶凝胶法等。影响二氧化硅材料抛光性能的因素包括二氧化硅的含量、粒径大小、密实度、形貌等特征。其中，不同的硅溶胶颗粒形貌对不同类型半导体材料的抛光效果不同。如何开发出可对二氧化硅颗粒形貌进行稳定性控制的合成技术是目前研究的重点。
3、本申请就是在此基础上，创设的一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，使其能稳定形成表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料，提升硅溶胶的表面粗糙度，以应用于化学机械抛光中实现良好的抛光效果。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，使其能稳定形成表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料，提升硅溶胶的表面粗糙度，以应用于化学机械抛光中实现良好的抛光效果从而克服现有的硅溶胶研磨材料的不足。
2、为解决上述技术问题，本发明提供一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，所述方法包括如下步骤：
3、(1)将铵盐与超纯水混合，再加入不含金属离子的有机碱，配制成ph为9-12的碱性组合液。
4、(2)取步骤(1)得到的碱性组合液，加热至65-85℃，再向其中逐滴加入硅源，边加边搅拌，滴加结束后保温搅拌15min后，冷却至室温，得到硅溶胶初始液。即硅源在碱性组合液中水解形成硅溶胶初始液；
5、(3)向步骤(2)得到的硅溶胶初始液中加入促聚组合液，搅拌均匀后加热至70-75℃，再次加入硅源，边加边搅拌，滴加结束后保温搅拌15min后，冷却至室温，得到硅溶胶晶种液。该步骤中促聚组合液中含有极性较强的物质，在溶剂中分散可增强分子间作用力,进而可促进体系中微粒子间的碰撞和接触。并且该步骤加入硅源，能迅速水解成微小颗粒，在促聚组合液的作用下与硅溶胶初始液发生碰撞结合成晶种，形成硅溶胶晶种液。
6、(4)向步骤(3)得到的硅溶胶晶种液中加入步骤(1)得到的碱性组合液，保持体系ph大于10，加热至80-100℃，再次缓慢加入硅源，利于实现晶种生长，提纯、浓缩，得到表面具有凸起小颗粒的似球形研磨材料。
7、进一步改进，步骤(1)中铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵中的一种或多种，较优为氯化铵；有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种或多种，优选为四甲基氢氧化铵。其中，铵盐与超纯水的质量比为1：15-25。
8、进一步改进，步骤(1)中铵盐与超纯水的质量比为1：20-25，碱性组合液的ph为10-11.5。
9、进一步改进，所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
10、进一步改进，步骤(2)中碱性组合液加热至70-80℃后向其中逐滴加入硅源，硅源的滴速为1-3g/min，并且碱性组合液和硅源的质量比为1.5-0.8：1，更优选质量比为1.2-1：1。
11、进一步改进，步骤(3)中促聚组合液包括酰胺类物质、醇和超纯水，其中，酰胺类物质的结构式为cxhyno，优选x＝1、y＝3；醇为甲醇或乙醇，优选为甲醇，且酰胺类物质、醇与超纯水的质量比为1：2-10：5-20，优选为1：3-5：10-15。
12、步骤(3)中硅溶胶初始液与促聚组合液的质量比为5-20：1，优选为10-15：1，步骤(3)中加入的硅源与硅溶胶初始液的质量比为1：1.5-3，且硅源的滴速应控制为5-20g/min，优选为10-15g/min。该步骤中加入硅源的速度不能太慢，滴速太慢容易使最终颗粒形貌为球形。
13、进一步改进，步骤(4)中向硅溶胶晶种液中加入碱性组合液，保持体系ph为10.5-11.5，加热至90-95℃，控制硅源的加入滴速为1-3g/min，优选滴速为1.5-2.5g/min。该步骤中加入硅源的速度不能太快，要慢于步骤(3)，滴速太快容易使得颗粒粒径不均或出现较多小颗粒。并且，反应过程中ph值和温度的控制较为重要，若ph值小于10或大于12时，颗粒形貌均为不规则形状；温度若低于80℃，颗粒形貌为球形，温度高于100℃时容易出现凝胶现象。
14、还有，步骤(4)中加入的硅源与硅溶胶晶种液的质量比为0.5-3：1，优选为1-2：1。该步骤中加入的硅源质量不能太多，否则由于滴加速度的限制，容易出现在反应过程中凝胶的现象。
15、进一步改进，步骤(4)中提纯方法为：采用阴离子树脂去除阴离子杂质，再通过恒液面蒸发法降低体系中的有机成分，最后蒸发浓缩至二氧化硅含量＞20％，得到所述表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料。
16、本发明还提供一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料，所述似球形研磨材料由上述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法合成，合成的似球形研磨材料的粒径范围为10-80nm，且表面带有凸起小颗粒结构。该研磨材料中na离子含量＜160ppb，al离子含量＜30ppb，fe离子含量＜20ppb，cu离子含量＜5ppb，且二氧化硅质量分数＞20％，纳米粒子占比＞85％，粘度为1-10mpa·s，ph为7.5-12。
17、本发明还提供上述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料在化学机械抛光中的应用。
18、采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
19、本发明通过对合成方法的改进，使其能稳定的形成表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料，提升得到的硅溶胶表面粗糙度，方法简单，稳定性好。得到的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料用于化学机械抛光中，抛光效果良好。
1.一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵中的一种或多种，有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种或多种，其中，铵盐与超纯水的质量比为1：15-25。
3.根据权利要求2所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(1)中铵盐与超纯水的质量比为1：20-25，碱性组合液的ph为10-11.5。
4.根据权利要求3所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
5.根据权利要求4所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(2)中碱性组合液加热至70-80℃后向其中逐滴加入硅源，硅源的滴速为1-3g/min，并且碱性组合液和硅源的质量比为1.5-0.8：1。
6.根据权利要求5所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(3)中促聚组合液包括酰胺类物质、醇和超纯水，且酰胺类物质、醇与超纯水的质量比为1：2-10：5-20，步骤(3)中硅溶胶初始液与促聚组合液的质量比为5-20：1，步骤(3)中加入的硅源与硅溶胶初始液的质量比为1：1.5-3，且硅源的滴速为5-20g/min。
7.根据权利要求6所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(4)中向硅溶胶晶种液中加入碱性组合液，保持体系ph为10.5-11.5，加热至90-95℃，控制硅源的加入滴速为1-3g/min，加入的硅源与硅溶胶晶种液的质量比为0.5-3：1。
8.根据权利要求7所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法，其特征在于，步骤(4)中提纯方法为：采用阴离子树脂去除阴离子杂质，再通过恒液面蒸发法降低体系中的有机成分，最后蒸发浓缩至二氧化硅含量＞20％，得到所述表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料。
9.一种表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料，其特征在于，所述似球形研磨材料由权利要求1至8任一项所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料的合成方法合成，合成的似球形研磨材料的粒径范围为10-80nm，且研磨材料中na离子含量＜160ppb，al离子含量＜30ppb，fe离子含量＜20ppb，cu离子含量＜5ppb。
10.权利要求9所述的表面具有凸起颗粒的似球形研磨材料在化学机械抛光中的应用。
