[发明专利]改进的碳化硅颗粒及其制造方法和使用方法

说明书

发明领域

本发明提供了改进的碳化硅颗粒，特别是纳米碳化硅颗粒，并且更特别是具有与硅石相似的表面化学性的碳化硅颗粒。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒找到了特别是作为磨料颗粒的用途。本发明还提供了制造本发明的碳化硅颗粒、包括本发明的碳化硅颗粒的化学机械平面化(CMP)组合物的方法、以及使用这些组合物进行平面化并抛光一个表面的方法。

发明背景

磨料浆料是磨料颗粒在一种或多种液体中的两相体系或分散体。不同类型的磨料浆料可以用于不同的材料(例如硅、蓝宝石、碳化硅、铝、玻璃、金属类、以及不同的陶瓷器)的机械加工(包括导线锯切、抛光、以及平面化)。

包括化学机械抛光(“CMP”)的抛光和平面化方法是结合了化学和机械相互作用的表面平滑和材料去除方法。总的来说，将工件表面靠着一个旋转的抛光垫按压，同时一种磨料浆料装在该表面和该垫之间。在这样的情况下大多数使用的磨料浆料典型地包括在水溶液中分散的细磨料颗粒的一种固液分散体系。典型的是在该浆料中，除该研磨剂之外，还包括其他添加剂，包括氧化剂(例如过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾以及类似物)；腐蚀抑制剂例如苯并三唑；清洁剂以及表面活性剂。在CMP浆料中，研磨剂粉末提供了机械作用，同时水性溶液典型地包含用于化学作用的反应性化学试剂。总的来说，该研磨剂粉末研磨该表面以除去在该工件表面中的凸出以及不规则。这些反应性的化学试剂提供了不同的作用，例如与要除去的材料反应和/或将其削弱、通过将机械除去的材料溶解在溶液中而帮助其溶解、并且氧化表面层以形成一个保护的氧化物层。在许多情况(例如浆料包括胶体硅石和二氧化铈颗粒)下，这些磨料颗粒还与这些基底表面反应以使顶层软化。该抛光垫有助于从该表面上除去这些反应了和研磨下的材料。以此方式，CWP可用于使一个工件变平并光滑到非常高水平的局部和总体的平面性上。

已经发现CMP是一种特别能够用于提供半导体器件的结构中所要求的光滑形貌和均匀厚度的技术。半导体器件工业的迅速进步要求持续的导线密度的增加以及器件尺寸的减少。随着这些进步，不同的半导体部件表面的平面化和抛光变得越来越关键。半导体器件典型地通过以下方法制造：将一种金属例如铜沉积在非导电的结构之间的空间中，并且然后将该金属层除去直到该非导电的结构被暴露，而在其之间的空间仍然被该金属占据。对研磨剂的要求在许多方面有矛盾。它必须除去该金属但是优选不除去该非导电的材料。它必须有效地去除但是又不能迅速到当已经达到去除的所希望的水平时该方法不被终止。

由于硬度和/或对化学侵蚀的耐受性，需要平面化和抛光的许多材料难以抛光。例如，蓝宝石(Al₂O₃)(它已经用于形成半导体器件)是一种传播紫外线、可见光、红外线以及微波的硬的并且强的材料，是化学上惰性的、不溶于大多数普通的工业溶液中、并且耐腐蚀的，并且具有低介电常数以及高热传导率。然而，由于蓝宝石的硬度以及对化学侵蚀的耐受性，抛光并且平面化蓝宝石存在许多困难。