[发明专利]具有改善的蓝宝石移除速率和表面粗糙度的基于金刚石的浆料

说明书

背景技术

蓝宝石是具有优异的光学、机械和化学性质的单晶形式的氧化铝(Al₂O₃)。例如，蓝宝石在高温下保持其高的强度，具有良好的热性质、优异的透光性、优异的化学稳定性，具有耐崩裂性、耐久性、耐刮擦性、耐辐射性、以及在升高的温度下的挠曲强度。

在半导体制造工业中，对于面临设计挑战的工程师而言，蓝宝石正在越来越多地成为首选材料(挑选材料，the material of choice)。例如，由蓝宝石提供的性质使得其适合用于等离子体禁闭管、工艺气体注入器、热电偶保护组件、视口和观察窗、末端执行器、气体扩散板、基材、和晶片。

蓝宝石晶片通常沿着许多晶轴进行切割，例如，C面(0001方向，又称0度面或基面)、A面(11-20方向，又称为90度蓝宝石)及R面(1-102方向，距C面57.6度)。对于用于半导体、微波及压力转换器应用中的蓝宝石上硅(silicon-on-sapphire)材料而言尤其优选的R面蓝宝石的抛光耐受性是典型用于光学系统、红外检测器及用于发光二极管应用的氮化镓生长的C面蓝宝石的约4倍。

虽然蓝宝石提供了许多优点，但是，由于蓝宝石的硬度和耐化学侵蚀性，蓝宝石的抛光和平面化存在很多困难。经常需要具有高移除速率的硬的研磨剂以提供可接受的抛光速率。然而，这些研磨剂可刮擦和损伤蓝宝石表面。虽然可使用较软、较慢作用的研磨剂来降低该刮擦和损伤的可能性，但是，使用这样的研磨剂的不利方面是实现所期望的表面抛光和平面化水平所需的时间经常是无法接受的。

考虑到本领域中所观察到的这些以及其它不足之处，非常期望开发出提供快的移除速率并同时仍使缺陷和刮擦最小化的经改善的研磨剂浆料组合物。

具体实施方式

本发明提供抛光组合物以及基材抛光方法。所述抛光组合物配置(提供)金刚石研磨剂颗粒，优选在约2μm～约4μm的尺寸范围内。所述组合物还包含其中悬浮有所述颗粒的介质。所述抛光组合物还包含酸或碱添加剂以调节pH。

本发明的实施方案提供用于蓝宝石基材的展现出高移除速率和低表面粗糙度的基于金刚石的抛光组合物。根据一些实施方案，所述基于金刚石的抛光组合物用于在化学机械抛光工艺中抛光蓝宝石基材。

使用本发明的抛光组合物和方法进行抛光的基材可为任何适合的蓝宝石基材。例如，所述蓝宝石基材可为C面蓝宝石基材或A面蓝宝石基材。在一些实施方案中，优选A面蓝宝石基材。

所述抛光组合物包括金刚石研磨剂颗粒。可使用任何适合的金刚石研磨剂颗粒。所述金刚石研磨剂颗粒优选为具有相对大的平均粒度的颗粒。所述金刚石研磨剂可以是不规则形状的、或具有平滑的表面。优选地，所述金刚石研磨剂优选是不规则形状的。

所述金刚石颗粒可具有任何适合的平均粒度(即，平均颗粒直径)。出于清楚起见，应当理解，对于非球形颗粒，颗粒的尺寸是包围该颗粒的最小球体的直径。例如，在一些实施方案中，所述金刚石具有约2μm～约4μm的平均粒度。在一些实施方案中，所述金刚石具有例如约1μm～约5μm、约1μm～约4μm、或约3μm～约5μm的平均粒度。优选地，所述金刚石颗粒可具有至少约1μm的平均粒度。

所述金刚石颗粒能够以任何适合的量存在。例如，所述金刚石颗粒能够以约0.5重量％～约2重量％的量存在。在一些实施方案中，所述硅石例如以如下的量存在：约0.25重量％～约5重量％，诸如约0.5重量％～约4重量％，诸如约0.5重量％～约3重量％，或者，约0.25重量％～约2重量％。优选地，所述金刚石颗粒以约0.5重量％～约2重量％的量存在。

所述抛光组合物任选地可包含较小平均粒度的第二金刚石研磨剂。例如，本发明的抛光组合物可包含平均粒度至少约1μm的金刚石颗粒和平均粒度小于约1nm的第二金刚石颗粒。例如，在一些实施方案中，所述第二金刚石颗粒具有约0.01nm～约1nm的平均粒度。在一些实施方案中，所述硅石具有例如约0.1nm～约0.5nm、约0.1nm～约1nm、或约0.01nm～约0.5nm的平均粒度。

所述抛光组合物包含pH调节组分。所述pH调节组分可为酸或碱。可使用任何适合的pH调节组分。优选地，酸可为硝酸、硫酸、盐酸或磷酸。当所述pH调节组分为碱时，优选地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯或氢氧化铵。

在一些实施方案中，所述抛光组合物的液体介质包含水或者能够溶于水的有机溶剂，例如，二醇。举例来说，所述抛光组合物可包含蒸馏水、乙二醇、丙二醇、或其混合物。