抛光和刨平表面用的组合物和方法技术

提供一种用于抛光或刨平工件表面的研磨剂组合物，该组合物包含约３０－５０％氧化铈；约８－约２０％气相二氧化硅；和约１５－约４５％沉淀法二氧化硅。还提供用该组合物来抛光或刨平工件表面的方法，以及用该方法制成的制品。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于各种工件，诸如半导体表面抛光和刨平的组合物，及其使用方法和由此产生的制品。用于抛光各种工件表面的组合物是技术上众所周知的。用于半导体，玻璃，晶体，金属和陶瓷工件表面抛光的常规抛光组合物通常含有一种合适的研磨剂或研磨剂混合物的水悬浮液。已知的研磨剂包括氧化铈，氧化铝，氧化锆，氧化锡，二氧化硅，二氧化钛等。含研磨剂的组合物一般的使用方法是首先把组合物涂到抛光垫或涂到待抛光表面上。然后把抛光垫贴到该表面上，使组合物中所含的研磨颗粒机械地研磨该表面，从而实现抛光作用。但是，这种常规的抛光组合物不能制成半导体和微电子元件技术要求的高度镜面和平面。另外，常规的抛光组合物具有明显的缺点，诸如在抛光其它工件时抛光速度慢，表面质量差。用该组合物抛光如玻璃，金属，半导体等表面，发现各种缺陷诸如雾状，疵点，刮痕，“桔皮”，波纹，凹进，凸出等。因此，已经做出了提高抛光组合物的效率和质量的尝试。在这些范围内获得改进的两种方法着重于混合各种研磨剂和/或向组合物中添加各种辅助剂。例如在US4,601,755中公开了含有特定的组合的研磨颗粒的抛光组合物，该专利公开了含至少一种结晶相的氧化铈和一种焦硅酸稀土盐的抛光组合物。US4,786,325公开了一种含氧化铈和至少一种镧系元素或钇稀土氧化物的玻璃抛光组合物。同样，US4,769,073公开了抛光有机玻璃表面用的铈基抛光组合物，该组合物含有二氧化铈，一种三价铈盐和随意添加的焦硅酸盐或硅石。例如在US4,959,113中公开了抛光组合物中使用辅助剂的例子。该专利分开了用于抛光金属表面的组合物，该组合物含有水，一种研磨剂和一种用来提高研磨剂对金属表面抛光效率的盐或盐的混合物。同样，US4,462,188涉及的半导体抛光组合物含有一种胶态硅溶胶或凝胶，一种水溶性胺和一种水溶性季铵盐或碱。US4,588,421公开了一种用于抛光硅片的含胶体硅石水溶液凝胶和哌嗪(piperizine)的组合物。公开了哌嗪的添加，连同其它效益一道，使抛光效率得到提高。US4,954,142分开了电子元件的抛光方法，该法包括使元件表面与一种含研磨颗粒，一种过渡金属螯合盐和一种溶剂的悬浮液接触。该专利还分开报道，研磨颗粒可以是通常使用的研磨料的任何一种，诸如硅石，铈土，矾土，碳化硅，氮化硅，氧化铁等。但是，即使用这种研磨剂混合物并添加辅助物料，常规的抛光组合物仍然不能形成现代半导体和微电子技术要求的光滑表面。制备半导体和其它微电子元件通常包括组成许多相互连接的元件层，该元件层可包括象甚大规模集成电路(VLSIG)和超大规模集成电路(ULSIG)之类的制品。因此，用于抛光或刨平半导体的组合物必须能够抛光多元的各向异性复合面，该复合面由上下两面多层相互连接的高密度集成电路组成。在制备半导体时由集成电路相互连接层造成的构造被抛光到预定的平滑程度该构造可由不同大小，形状和硬度，以及不同深度和形状的沟槽，孔眼和谷槽的元件组成。在这样抛光以后，半导体的制备(如同本行业的人会考虑到的那样)可继之以各种其它工序，诸如化学气相淀积，借助气相淀积的金属化，光致成象，扩散，蚀刻等。为了产生最好的结果，用来抛光或刨平制成的半导体工件表面的组合物必须制出一种具有高质量抛光的非常平坦而光滑的表面，即一种平滑的表面。但是，不同于常规的抛光，为了生成一种平滑的表面，抛光动作必须只被限制在工件的平坦表面范围内而且必须不影响该表面以下的构形，形态和/或结构。只有这种选择性的抛光动作才会生成所要求的“平滑表面”。常规的抛光组合物不适合于这种工序，因为这种常规组合物通过研磨工件表面的上、下和内部的某些部位仅生成不平坦的波纹状表面。业已证明，使用常规的抛光剂要得到光滑无缺陷的表面，在抛光过程中该抛光组合物对工件的底层结构没有有害的影响，即使不是不可能，也是难以做到的。在这种半导体和微电子元件制备的专门领域中这场合各元件层是在微小的硅，陶瓷基片或其它绝缘工件的范围之内相互连接，在许多层次要求非寻常的平面。否则，所受的有害影响会使半导体或其它器件的功能达到无效的程度。许多用来制作这种器件的微加工工序和有关的劳力和设备会仅仅因为一个表面有缺陷而被白白浪费掉，这是由于刨平技术没能制出令人满意的平面。因此可以看出，已经有一个长期以来意识到的组合物及其使用方法的需要，该组合物通过加快抛光速度来提高抛光效率，该组合物能够制出平面的无缺陷的表面。本专利技术满足了这一长期以来意识到的需要。本专利技术的一种形态是一种用于工件表面抛光或刨平的研磨剂组合物，该组合物包含约30-约50％氧化铈；约8-约20％气相二氧化硅和约15-约45％沉淀法二氧化硅。本专利技术的另一种形态是一种用于工件抛光或刨平的水悬浮液。该水悬浮液包含水和约5-约20％(重量)的研磨剂组合物。本专利技术的又一个形态是一种工件表面抛光或刨平的方法，该方法包括(a)把本专利技术的研磨剂组合物的水悬浮液涂到待抛光或刨平的工件表面上；(b)使水悬浮液靠机械和化学作用研磨工件表面来抛光或刨平该工件表面达到一个预定的程度。本专利技术还涉及用本文公开和要求保护的抛光或刨平方法制造的制品。特别合乎要求的是一种用本文所述的方法制造的光滑的半导体制品。“粒度”在本文中指的是颗粒的平均直径，或当颗粒事实上不是球形时，指的是颗粒的平均最大尺寸。“百分率”或“％”在本文中，除非另有说明或从其上下文可以确定者外，指的是所指组分对于本组合物中研磨剂组分总重量来说的重量百分数。本专利技术的研磨剂组合物包含约30-约50％，较好是约42.5-约48.0％氧化铈组分。最好是本组合物包含约45％氧化铈。本组合物所用氧化铈的粒度应该是约100-约2,000nm，较好是约100-约500nm。最好是氧化铈的粒度为约100-约300nm。用于本组合物的氧化铈优选的是经化学精炼的，纯度最好是至少约99.9％，没有放射性痕量元素，诸如钍。本专利技术的研磨剂组合物还包含约8-约20％，最好约17-约19％气相二氧化硅组分。市场上买得到的气相二氧化硅来自几种来源。通常，气相二氧化硅是由挥发性硅烷化合物(诸如SiCl4)在氢-氧气焰中水解制造的。制造方法十分有名并有许多文件证明。本研磨剂组合物最好含约18％气相二氧化硅。用于本组合物的气相二氧化硅的粒度应该是约10-约1,200nm，较好是约7-约40nm，最好是约10-约30nm。本组合物还包含约15-约45％，最好是约35-约39％沉淀法二氧化硅。市场上买得到的沉淀法二氧化硅也来自几种来源。通常，沉淀法二氧化硅是由一种碱性硅酸盐溶液(诸如硅酸钠，即水玻璃)一般在碱性反应条件下与一种无机酸(诸如硫酸)反应制造的。二氧化硅是沉淀法形成的主要反应制品。把它过滤，洗涤，干燥和从其它反应产物沉淀物中分离出来。这一切都是本行业的人熟知的一般性技术。本组合物较好含有约35-约39％，最好约37％沉淀法二氧化硅组分。用于本研磨剂组合物的沉淀法二氧化硅的粒度应该是约25-约4,000nm，较好是约50-约2,000nm。沉淀法二氧化硅的粒度最好是约100-约300nm。另外，沉淀法二氧化硅的纯度最好是这样的，以使其含有少于约1％的钠。本专利技术目前更优选的组合物包含约45％氧化铈(粒度约100-2,000nm)；约18％气相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于工件表面抛光或刨平的研磨剂组合物，该组合物包含４２．５－４８．０％氧化铈，１７－１９％气相二氧化硅和３５－３９％沉淀法二氧化硅。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G布兰卡罗尼，EW杰森，JVH罗伯特思，
申请(专利权)人：罗德尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]