用于陶瓷材料的化学机械抛光的氧化流体制造技术

本公开涉及可用于无机材料的化学机械抛光工艺中的流体组合物。所述流体组合物可包含至少一种氧化剂和多价阳离子组分。在化学机械抛光工艺中使用所述流体组合物，可在实现合适的材料去除率的同时，促进在抛光后形成相对无缺陷的材料表面。

Oxidation fluid for chemical mechanical polishing of ceramic materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于陶瓷材料的化学机械抛光的氧化流体相关申请的引用本申请要求于2017年5月25日提交的美国临时申请No.62/511,199的权益，该临时申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开涉及用于化学机械抛光应用中的流体。更具体地，本公开涉及用于化学机械抛光应用的无磨料流体，所述流体包含至少一种氧化剂和多价阳离子组分。
技术介绍
陶瓷材料用于各种电子设备诸如二极管、传感器和发电设备。这些陶瓷材料包括但不限于第14族材料诸如碳化硅(SiC)；第13-15族材料诸如氮化镓；第12-16族材料诸如碲化锌；以及第12-15族材料诸如砷化镉。为了在使用中有效，必须对这些陶瓷材料进行抛光以获得相对无缺陷的表面。实现此类无缺陷表面的一种方法是利用化学机械抛光(“CMP”)。该方法包括化学改变被抛光的材料和/或抛光垫的表面，同时使用磨料颗粒去除经过化学改变的表面层。在大多数CMP方法中，磨料颗粒分散在流体中，该流体还包含用于改变材料表面的化学物质。专利技术概述申请人已开发出了一种流体组合物，该流体组合物不含磨料颗粒，但是仍可获得相对无缺陷的抛光后的表面。具体地，申请人发现包含至少一种氧化剂和多价阳离子组分的流体可用于CMP应用中，在抛光后获得相对无缺陷的陶瓷基底表面，同时实现合适的材料去除率。此类无磨料CMP流体可改变待抛光的材料的表面，并且可依靠与抛光垫的动态接触来施加足够的能量以去除所得的改变后的表面层。本文对“约”值或参数的引用包括(并且描述)涉及值或参数本身的变型形式。例如，对“约X”的描述包括对“X”的描述。此外，对短语“小于”、“大于”、“至多”、“至少”、“小于或等于”、“大于或等于”或其他类似短语后接一串值或参数的引用意味着将该短语应用于该串值或参数中的每个值或参数。例如，用本文所公开的流体抛光后的抛光表面可具有小于约10埃约约或约的总表面粗糙度(Ra)意指用本文所公开的流体抛光后的表面可具有小于约10埃小于约小于约或小于约的总表面粗糙度(Ra)。“基本上”一词并不排除“完全”。例如，“基本上不含”Y的组合物可完全不含Y。术语“基本上不含”允许存在痕量或天然杂质。因此，使用的术语“基本上不存在”和“基本上不含”不应解释为绝对排除所引用的少量材料。必要时，可在本专利技术的定义中省略“基本上”一词。本文列出的重量百分比相对于流体组合物的总重量计。此外，除非另有说明，否则这些重量百分比针对的是使用时的流体(即，在抛光过程中使用时)。如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”也旨在包括复数形式。还应理解，本文所用术语“和/或”是指并涵盖相关列出项目中的一个或多个的任何和所有可能组合。应进一步理解，术语“包括/包含(includes、including、comprises和/或comprising)”在本文中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或单元的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组分、单元和/或它们的组的存在或添加。根据以下详细描述，另外的优势对于本领域技术人员将是显而易见的。本文中的实例和描述应视为说明性而非限制性的。附图简要说明参照附图描述实例性实施例，其中：图1为显示测试结果的图表，示出各种阳离子对流体抛光性能的影响。图2为显示测试结果的图表，示出Al(NO3)3浓度对流体抛光性能的影响。图3为显示测试结果的图表，示出次要氧化剂对流体抛光性能的影响。图4为显示测试结果的图表，示出包含各种次要化学物质的磨料浆液的影响。图5为显示测试结果的图表，示出包含各种次要化学物质的磨料浆液在较低的速度/压力下的影响。具体实施方式申请人已开发出一种流体组合物，该流体组合物可用于对无机固体等材料进行高效化学机械抛光的方法中。本公开的流体可包含至少一种氧化剂和多价阳离子组分。在CMP工艺中使用本文所公开的流体，可在实现合适的材料去除率的同时，促进在抛光后形成相对无缺陷的材料表面。本文所述的流体可包括溶剂。该溶剂可溶解本文所公开的氧化剂和多价阳离子组分。在一些实施例中，溶剂为水。流体还可包含至少一种氧化剂。氧化剂可为加入流体中的氧化性组分，或加入流体中在溶液中形成氧化性组分的化合物诸如盐、酸或碱。主要氧化剂在水溶液中具有约0.4V或更大的氧化电位。主要氧化剂可改变待抛光的材料的表面，使其更柔软，由此使得与抛光垫的接触可去除所得的氧化表面层。主要氧化剂的实例包括但不限于：高锰酸盐的离子、盐、酸或碱；氯、溴或碘的氧卤化物(诸如碘酸盐和高氯酸盐)；过氧化物；过硫酸盐；铬酸盐；Ce+4；以及Co+3；或它们的组合。在一些实施例中，主要氧化剂为高锰酸盐的盐或酸(诸如高锰酸钾、高锰酸钠或高锰酸)和/或Ce+4。流体中主要氧化剂的含量可为约0.01-20重量％、约0.05-15重量％、约0.1-10重量％、约0.5-5重量％、约1-3重量％、约1.5-2.5重量％或约2重量％。在一些实施例中，主要氧化剂的含量可小于或等于约20重量％、约15重量％、约10重量％、约5重量％、约3重量％或约2重量％。在一些实施例中，主要氧化剂的含量可大于或等于约0.01重量％、约0.1重量％、约0.5重量％、约1重量％、约1.5重量％或约2重量％。本文所公开的流体可制备成浓缩物，并且用水或其他合适的溶剂稀释。因此，浓缩流体中主要氧化剂的含量可为约0.02-40重量％、约0.1-30重量％、约0.2-20重量％、约1-10重量％、约2-6重量％、约3-5重量％或约4重量％。在一些实施例中，浓缩流体中主要氧化剂的含量可小于或等于约40重量％、约30重量％、约20重量％、约10重量％、约5重量％或约4重量％。在一些实施例中，浓缩流体中主要氧化剂的含量可大于或等于约0.02重量％、约0.2重量％、约1重量％、约2重量％、约3重量％或约4重量％。在一些实施例中，浓缩流体可用50：50或其他合适比率的其他溶剂进行稀释。流体还可包含多价阳离子组分。在抛光工艺中，多价阳离子组分可改变与流体接触的大多数表面的表面电荷或Zeta电位。这些表面可包括被抛光的材料、抛光垫以及有意存在的任何颗粒或由抛光工艺产生的任何颗粒(通常称为切屑)。切屑可由被抛光的材料、抛光垫和/或抛光机产生。多价阳离子组分可向被抛光的表面和/或抛光垫添加更高的正电荷。此外，抛光过程中产生的任何杂散颗粒也可以携带大量正电荷。因此，带正电的杂散颗粒与带正电的抛光表面/抛光垫之间的排斥力可限制颗粒刮擦被抛光的表面或者使颗粒更难以刮擦被抛光的表面。多价阳离子组分可为加入流体中的多价阳离子，或加入流体中在溶液中形成至少一种多价阳离子的化合物诸如盐、酸或碱。此外，多价阳离子可为游离的多价作用离子，或者可为与流体的其他组分诸如螯合剂形成的络合物的一部分。多价阳离子组分可包括元素周期表中在流体中保持稳定的任何元素。使用元素周期表的IUPAC格式编号，多价本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于化学机械抛光的流体组合物，包含：/n溶剂；/n氧化剂，所述氧化剂具有0.4V或更大的氧化电位；以及/n多价阳离子组分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170525 US 62/511,1991.一种用于化学机械抛光的流体组合物，包含：
溶剂；
氧化剂，所述氧化剂具有0.4V或更大的氧化电位；以及
多价阳离子组分。


2.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述多价阳离子组分包含Mn+2、Cu+2、Mg+2、Ba+2、Ag+2、Ni+2、Zn+2、Al+3、Fe+3、Cr+3、Co+3、Ce+4、Zr+4或Sn+4。


3.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述多价阳离子组分为盐、酸或碱。


4.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述多价阳离子组分包含阴离子组分，所述阴离子组分包含硝酸盐、四氟硼酸盐、氟硫酸盐、六氟磷酸盐、氟膦酸盐、硒酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物、氟化物或氨基磺酸盐。


5.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述多价阳离子组分包含硝酸铝。


6.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述流体组合物中所述多价阳离子组分的含量为0.05-0.75重量％。


7.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述多价阳离子组分为游离的作用离子或络合物的一部分。


8.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述氧化剂为：高锰酸盐的离子、盐、酸或碱；氯、溴或碘的氧卤化物；过氧化物；过硫酸盐；铬酸盐；Ce+4；以及Co+3。


9.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述氧化剂包含高锰酸盐的离子、盐、酸或碱或者Ce+4。


10.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述氧化剂包含高锰酸钠或高锰酸钾。


11.根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述流体组合物中所述氧化剂的含量为0.5-5重量％。


12.根据权利要求1所述的流体组合物，进一步包含第二氧化剂，所述第二氧化剂具有高于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·埃德温·沃德，贾森·A·舍洛克，安哥拉·瓦米纳·夸蓬，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US