[发明专利]用于抛光蓝宝石表面的化学机械抛光组合物及其使用方法

说明书

本发明涉及一种用于抛光暴露的蓝宝石表面的化学机械抛光组合物以及抛光蓝宝石基材的方法。更具体的，本发明涉及一种用化学机械抛光浆液抛光蓝宝石基材的方法，其中所述化学机械抛光浆液包含以下成分作为初始组分：胶体二氧化硅磨料，其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷，且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布，第一粒度最大为2-25nm，第二粒度最大为75-200nm；杀生物剂；任选的非离子型消泡剂；和任选的pH调节剂。

单晶形式的氧化铝(蓝宝石)具有杰出的光学、机械和化学性质。因此，已发现蓝宝石在各种电子器件和光学器件的广泛用途。

蓝宝石具有菱面体(rhombohedral)晶体结构且高度各向异性。这些表现的性质取决于晶体取向。因此，用于半导体工艺的蓝宝石晶片通常根据最终应用沿特定的晶体轴向切割。例如，C-平面蓝宝石基材沿0度平面切割。C-平面蓝宝石基材对于涉及III-V和II-VI化合物(例如用于蓝色LED和激光二极管制备的GaN)的生长的工艺具有特别的用途。

因为随后的加工(例如金属化)需要蓝宝石晶片具有平坦的表面，所以所述蓝宝石晶片需要被平面化。平面化可用来除去不合乎希望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。

化学机械平面化，或者化学机械抛光(CMP)是一种用来对基材，例如半导体晶片进行平面化的常用技术。在常规的CMP中，将晶片安装在支架组件上，并设置在与CMP设备中的抛光垫接触的位置。所述支架组件为晶片提供可控制的压力，将其压向抛光垫。通过外界驱动力使得抛光垫相对于晶片运动(例如转动)。与此同时,在晶片和抛光垫之间提供抛光组合物(“浆液”)或者其它的抛光溶液。从而，通过抛光垫表面以及浆液的化学作用和机械作用，对晶片表面进行抛光使其变平。

虽然蓝宝石的性质提供了大量终端使用优势，但蓝宝石的硬度和耐化学侵蚀性使得有效的抛光和平面化很困难。

Cherian等的美国专利申请公开第20090104851号公开了一种用于抛光蓝宝石表面的抛光组合物。Cherian等公开了一种用于抛光蓝宝石的化学机械抛光组合物，其包括分散在水性介质中的第一型磨料颗粒和第二型磨料颗粒的混合物，其中该第一型磨料颗粒比被抛光的表面硬，而第二型磨料颗粒的硬度比被抛光的表面软。

Moeggenborg等的美国专利申请公开第20060196849号公开了另一种用于抛光蓝宝石表面的抛光组合物。Moeggenborg等公开了一种用于抛光蓝宝石表面的组合物和方法，其包括：用含有磨料量的无机磨料材料的抛光浆液摩擦蓝宝石表面，例如蓝宝石晶片的C-平面或R-平面表面，所述无机磨料材料例如悬浮在溶解有盐化合物的水性介质中的胶体二氧化硅，所述水性介质具有碱性pH，且相对于用相同的无机磨料在没有盐化合物存在下在相同的抛光条件下可获得的蓝宝石去除速率，所述水性介质含有的盐化合物的量足够提高蓝宝石去除速率。

然而，人们仍然一直需要配制这样的化学机械抛光组合物和方法，以提供所希望的适合变化的设计要求的抛光性质之间的平衡，包括高蓝宝石去除速率(即≥/小时)。

本发明提供了一种抛光蓝宝石基材的方法，其包括：提供具有暴露的蓝宝石表面的基材；提供pH为大于8至12的化学机械抛光浆液，其中该化学机械抛光浆液包括以下成分作为初始组分：胶体二氧化硅磨料，其中该胶体二氧化硅磨料具有负表面电荷，且该胶体二氧化硅磨料具有多峰粒度分布，第一粒度最大为2-25nm；第二粒度最大为75-200nm；任选的杀生物剂；任选的非离子型消泡剂；以及任选的pH调节剂；提供化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫和基材的界面处形成动态接触；以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近，将所述化学机械抛光浆液分配到所述化学机械抛光垫上；其中至少一些蓝宝石从基材暴露的蓝宝石表面上去除；所述化学机械抛光浆液在以下条件下具有≥/小时的蓝宝石去除速率：台板转速120转/分钟，支架转速120转/分钟，化学机械抛光浆液的流速为400毫升/分钟，在300毫米的抛光设备上施加34.3kPa的标称向下作用力，其中所述化学机械抛光垫是聚氨酯浸渍的无纺抛光垫。