[发明专利]用于抛光氧化铝及氧氮化铝基材的组合物、方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于抛光基材的组合物及方法。更具体而言，本发明进一步涉及用于对氧化铝或氧氮化铝表面进行化学机械抛光的方法及系统。

背景技术

氧化铝(Al₂O₃)基材(例如蓝宝石基材)及氧氮化铝基材通常适用于许多应用中，例如商业、工业、科学及军事应用。这些基材通常为非常坚固及透明的材料，从而使它们可用于窗、基板及穹顶应用中。另外，氧化铝及氧氮化铝耐受非常高的温度，从而使它们特别可用于其中产生高热量的电子应用中。

氧化铝和/或氧氮化铝的一种电子应用为用作激光应用中的晶体。具体而言，具有钛或铬掺杂物的蓝宝石晶体可用于激光应用中，特别是在电磁波谱的红光至近红外区域中。

纯氧化铝晶体可以生长为大的单晶结晶块，该单晶结晶块可以切片为晶片并抛光以形成坚硬、坚固、耐温及透明的晶体薄片。例如，这样的薄片可用作高质量手表中的观察表面，因为该材料非凡的硬度使得该表面几乎不可能被刮伤。单晶氧化铝的晶片还可用在半导体工业中作为生长基于氮化镓的蓝色及绿色发光二极管的基材。

为了利用氧化铝及氧氮化铝基材的在许多不同应用(包括微电子)中的用途，由氧化铝和/或氧氮化铝制成的基材必须经抛光或平坦化以提供光滑清洁的表面。通常，氧化铝和/或氧氮化铝基材的抛光或平坦化涉及使用其中具有研磨材料的液体组合物以使用抛光垫来研磨基材的表面，这通常称为化学机械抛光(“CMP”)工艺。

在典型的CMP工艺中，将基材放置成与旋转着的抛光垫直接接触。载体(carrier)对基材的背面施加压力。在抛光工艺期间，在对基材背面保持向下的力的同时旋转垫及台。在抛光期间将研磨及化学反应溶液(通常称为“浆料”)沉积到垫上。浆料通过与抛光的基材进行化学反应而启动抛光工艺。当将浆料提供到基材/垫界面处时，垫相对于基材的旋转移动促进抛光工艺。以此方式继续进行抛光直至实现所需的抛光效果。

由于低的材料移除速率，氧化铝和/或氧氮化铝基材表面的抛光具有长抛光时间及低产量的缺点。为改善抛光时间，可使用高浓度的研磨剂。例如，已知用于抛光蓝宝石基材表面的浆料包含最高达50重量％的研磨剂浓度。然而，高的研磨剂含量可以导致来自摩擦力的具有损害程度的热，这对用于抛光氧化铝和/或氧氮化铝基材的抛光垫有负面影响。

因此，存在对用于抛光氧化铝和/或氧氮化铝基材的改善的组合物的需要。具体而言，存在对使移除速率增加的组合物的需要。此外，存在对用于利用改善的组合物抛光氧化铝和/或氧氮化铝基材的改善的系统及方法的需要。

发明内容

在本发明的一种实施方式中，提供一种抛光基材的方法。该方法包括以下步骤：提供包含研磨剂、液体载体及磷型一元酸(phosphorus-type mono-acid)的组合物，其中所述组合物具有1-7的pH值；提供选自氧化铝及氧氮化铝的基材；提供用于物理研磨该基材的装置(means)；及通过将该基材与该用于物理研磨该基材的装置及该组合物接触而磨除该基材的至少一部分。

在本发明的又一实施方式中，提供一种化学机械抛光系统。该系统包含：包含研磨剂、液体载体及磷型一元酸的组合物，其中所述组合物具有1-7的pH值；选自氧化铝及氧氮化铝的基材；及用于物理研磨该基材的装置。

本发明的额外特征及优点将描述于对目前优选实施方式的详细描述和附图中，并从对目前优选实施方式的详细描述和附图中变得明晰。

附图说明

图1显示说明用含有变化量的磷酸的浆料抛光(测定为移除速率(nm/min))蓝宝石晶片的剂量响应的曲线图。

图2显示说明用一系列含有变化量的磷酸及变化的pH值的浆料抛光蓝宝石晶片的移除速率的曲线图。

图3显示说明用一系列含有各种量的磷酸及变化的pH值的浆料抛光蓝宝石晶片的△曳力(单位为牛顿)的曲线图。

具体实施方式

提供组合物以用于氧化铝基材(例如蓝宝石)和/或氧氮化铝基材的改善的抛光。具体而言，该组合物包含研磨剂、液体载体及磷型一元酸。对pH值的控制进一步改善抛光速率。此外，提供抛光氧化铝和/或氧氮化铝基材的系统及方法。