一种氮化硅陶瓷化学机械抛光的方法
【专利摘要】本发明涉及一种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种化学机械抛光液由CeO2研磨颗粒、Cr2O3研磨颗粒、Al2O3研磨颗粒组成和水组成。与现有技术相比，本发明所述抛光方法抛光速度快，抛光时间短，提高了生产效率，降低了制造成本，采用本发明所述方法进行抛光后，氮化硅陶瓷表面光滑，可以显著提高氮化硅抛光质量。
【专利说明】一种氮化硅陶瓷化学机械抛光的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氮化硅陶瓷化学机械抛光的方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互联层的不断增加，导电层和 绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械研 磨（CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
[0003] 化学机械研磨由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带 有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。
[0004] 氮化硅（Si3N4)陶瓷球以其高强度、高弹性模量、低密度、低摩擦因数、耐磨、化学 性能和热学性能稳定等性能，被认为是高速、高精度轴承的理想滚动体。传统的氮化硅陶瓷 抛光主要采用金刚石磨料等硬质磨料，在较大加工载荷下，依靠磨料的刻划和滚压等机械 作用实现材料去除，容易在陶瓷球表面造成如划痕和微裂纹等表面损伤。这些裂纹在载荷 作用下很容易扩展导致氮化硅陶瓷球表面破裂，使轴承失效。为获得光滑无损伤的表面， 有学者将化学机械抛光引入了氮化硅陶瓷球的抛光加工，利用材料与磨料及加工介质之间 (水或空气）的化学和机械效应实现材料的去除。
[0005] 氮化硅化学机械抛光的目的是通过抛光，去除过量的氮化硅，形成所需的平坦的 表面。所用的抛光液多以机械作用为主。研磨颗粒通常是高浓度的二氧化硅。
[0006] CN101955731A公开了用于氮化硅的化学机械抛光液，该化学机械抛光液主要包 括：二氧化硅研磨颗粒，冠醚，该研磨液的pH值不大于7。该发明的化学机械抛光液可以显 著氮化硅的抛光速度，还可以相对降低抛光液中化学品的用量，从而进一步减少环境污染。 但是采用该方法抛光后的氮化硅的性能一般，且表面较粗糙。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种氮化硅陶瓷的化学机械抛光方法，所述方法抛光速度 快，抛光液稳定性高，对pH值影响小，且抛光后表面光滑，可以显著提高氮化硅抛光质量。
[0008] -种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种 化学机械抛光液由Ce02研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。
[0009] 在氮化硅陶瓷的化学机械抛光中，Ce02研磨颗粒最为有效，Ce02W磨颗粒的硬度 比氮化硅陶瓷发生化学机械反应，在工件表面生成二氧化硅软质层，二氧化硅软质层可以 通过Ce02研磨颗粒的机械摩擦作用去除，从而获得较小的表面粗糙度值，并能消除机械抛 光过程造成裂纹表面缺陷。
[0010] &02研磨颗粒起到两个作用：（1)它与材料直接发生化学反应，使工件表面产生了 二氧化硅层；（2)Ce02研磨颗粒的硬度（莫氏硬度为6)接近于二氧化硅材料的硬度（莫氏 硬度为6. 5)，而比氮化硅陶瓷小得多（约为1/3)。因此，氮化硅基体材料基本上不会受到 Ce02研磨颗粒所造成的机械损伤。利用&02研磨颗粒和氮化硅的化学机械作用可以显著 降低抛光过程中产生的机械损伤，可以获得少/无损伤的光滑表面。
[0011]Cr203研磨颗粒在抛光过程中与Si3N4发生化学作用，实现对Si3N4的化学机械抛 光，获得较好的表面粗糙度。
[0012] 所述Ce02研磨颗粒占抛光液的质量百分比为15?60%，例如19%、23%、27%、 31%、35%、39%、43%、47%、51%、55% 或 59%，优选 20 ?55%，进一步优选 25 ?50%。
[0013] 所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为2?10%，例如2. 5%、3%、3. 5%、 4%、4. 5%、5%、5. 5%、6%、6. 5%、7%、7. 5%、8%、8. 5%、9%或 9. 5%，优选 4 ?10%，进 一步优选5?10%。
[0014] 所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为2?10%，例如2. 5%、3%、3. 5%、 4%、4. 5%、5%、5. 5%、6%、6. 5%、7%、7. 5%、8%、8. 5%、9%或 9. 5%，优选 4 ?10%，进 一步优选5?10%。
[0015] 所述抛光时间为 1 ?7h，例如 1. 5h、2h、2. 5h、3h、3. 5h、4h、4. 5h、5h、5. 5h、6h或 6. 5h，优选2?6h，进一步优选3h。
[0016] 本发明所述"包含"，意指，除本发明所述组分外，所述抛光液还可以包含别的组 分，所含有的别的组分赋予抛光液不同的性能。
[0017] 例如，本发明所述抛光液还可以包含有其他常规添加剂，如加入络合剂进一步提 高其他非金属的抛光速度，加入表面活性剂用于改善表面清洗。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0019] (1)本发明所述抛光方法抛光速度快，抛光时间短，提高了生产效率，降低了制造 成本；
[0020] (2)本发明抛光速度的提高，还进一步减少了环境污染；
[0021] (3)本发明所述抛光液稳定性优异；
[0022] (4)采用本发明所述方法进行抛光后，氮化硅陶瓷表面光滑，可以显著提高氮化硅 抛光质量。
【具体实施方式】
[0023] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0024] 实施例1
[0025] -种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种 化学机械抛光液由Ce02研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。所述Ce02 研磨颗粒占抛光液的质量百分比为15%，所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为 2%，所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为2%。所述抛光时间为lh。
[0026] 实施例2
[0027] -种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种 化学机械抛光液由Ce02研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。所述Ce02 研磨颗粒占抛光液的质量百分比为60%，所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为 2%，所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为2%。所述抛光时间为7h。
[0028] 实施例3
[0029] -种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种 化学机械抛光液由Ce02研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。所述Ce02 研磨颗粒占抛光液的质量百分比为40%，所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为 10%,所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为10%。所述抛光时间为5h。
[0030] 实施例4
[0031] -种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，所述方法采用具有如下组成的抛光液：一种 化学机械抛光液由Ce02研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。所述Ce02 研磨颗粒占抛光液的质量百分比为50%，所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为 5%，所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百分比为5%。所述抛光时间为2h。
[0032] 采用实施例1-4所述方法抛光氮化硅陶瓷后，对抛光后的陶瓷进行力学性能测 试，结果如表1所示。
[0033]表1
【权利要求】
1. 一种氮化硅陶瓷化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法采用具有如下组成的抛 光液：一种化学机械抛光液由Ce0 2研磨颗粒、Cr203研磨颗粒、A1203研磨颗粒组成和水组成。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Ce02研磨颗粒占抛光液的质量百分比 为15?60%，优选20?55%，进一步优选25?50%。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述Cr203研磨颗粒占抛光液的质量百 分比为2?10%，优选4?10%，进一步优选5?10%。
4. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述A1203研磨颗粒占抛光液的质量百 分比为2?10%，优选4?10%，进一步优选5?10%。
5. 如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述抛光时间为1?7h，优选2? 6h，进一步优选3h。
【文档编号】C09G1/02GK104263247SQ201410472656
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】朱忠良 申请人:朱忠良