用复合浆料抛光蓝宝石的制作方法

专利名称：：用复合浆料抛光蓝宝石的制作方法
技术领域：
：本发明总体上涉及改进的浆料组合物并且更具体地涉及包括一种双颗粒系统的复合浆料组合物。在一些实施方案中，该双颗粒系统包括具有第一硬度的第一类型的颗粒以及具有高于第一硬度的第二硬度的第二类型的颗粒，例如，包括碳化硅以及硅石颗粒的复合浆料。这些浆料组合物作为磨料浆料组合物并且特别地用于抛光R-面以及A-面蓝宝石晶片是特别适合的。本发明还提供了制造该浆料组合物的方法以及使用这些组合物来平面化并且抛光一个表面的方法。
背景技术：
：蓝宝石是拥有优异的光学、机械、以及化学特性的单晶形式的氧化铝(Al2O3)。例如，蓝宝石在高温下保持其高强度，具有良好的热特性、优异的透明性、优异的化学稳定性，拥有抗碎屑性、耐久性、抗刮伤性、抗辐射性、以及升高温度下的挠曲强度。对于极端条件诸如在高温或苛刻的化学环境中发现的那些，蓝宝石的独特性质为那些其中长的寿命以及高的性能是必须的应用创造了一种有成本效益的解决方案。蓝宝石广泛地用于电子以及光学的零件、测试以及分析应用(例如NMR光谱、热光学温度测量、质谱学、生物和化学样品分析、感应器窗、FLIR、光谱学、以及IR)、灯具以及灯具封套(例如电子红外线对抗、紫外杀毒、以及高强度灯具)中。蓝宝石日益成为半导体制造工业中面临设计挑战的工程师选择的材料。例如，蓝宝石提供的特性使得它适合用于等离子体约束管、工艺气体喷射器、热电偶保护组件、观察口以及观看窗口、末端效应器、气体扩散板、基片、以及晶片。蓝宝石具有斜方六面体型的结构并且是一种高度地各项异性的材料，具有的性质是高度依赖于结晶取向的。图4的表格中示出的性质是不同取向的平均值。蓝宝石晶片典型地被沿着一条晶轴切削，诸如C-面(0001)(它还被称为零度面)、A-面(1120)(它还被称为90度面)、以及R-面(1102)(它离C-面57.6度)。这些不同的面在图3中描绘出。C-面蓝宝石基片是用来生长III-V以及II-VI化合物，诸如用于蓝色LED的GaN以及激光二极管。另外，C-面蓝宝石对于红外探测器应用以及光学系统是有用的。R-面蓝宝石基片是用于微电子IC、半导体、微波以及压力传感器中的硅的异质外延沉积。R-面蓝宝石因为其高的介电常数还是混合基片诸如微波IC的一个优异选择。另外，当用一种外延硅工艺覆膜时，可以制造出高速IC以及压力传感器。R-面蓝宝石在生长铊、其他超导的部件、高阻抗电阻器、GaAs中也是有用的，并且提供了稳定的平台用于负载或结合其他材料。已经发现R-面蓝宝石是大约4倍于C-面蓝宝石更抗抛光的。A-面蓝宝石提供了均一的介电常数以及高的用于混合微电子应用的绝缘性。此外，可用A-面蓝宝石基片生长高Tc超导体。虽然因为蓝宝石的硬度以及耐化学侵蚀性，蓝宝石提供了大量的优点，但抛光以及平面化蓝宝石仍存在许多的困难。通常要求具有高去除率的坚硬磨料来提供可接受的抛光率。然而，这些磨料可能刮伤并损坏蓝宝石表面。虽然可以使用更软、更慢起作用的磨料来降低这种刮伤及损坏的可能性，但是用此类磨料的下降趋势是达到所希望水平的表面抛光以及平面化所要求的通常难以接受的时间。鉴于在本领域中观察到的这些及其他不足，高度希望的是开发出提供快速去除速率同时仍然将缺陷及刮伤最小化的改进的磨料浆料组合物。发明概述本发明提供改进的浆料组合物。在一些实施方案中，这些浆料组合物是处于磨料浆料组合物的形式。此类磨料浆料组合物解决了常规组合物的缺点。本发明的组合物大大改善了平面化以及抛光不同表面中的抛光及平面化的性能和效率。本发明的组合物降低了表面缺陷同时达到了具有高的材料去除率的优异的平面性。在一个方面，本发明总体上涉及包括分散在一种水性介质中两种不同类型的颗粒的一种浆料组合物。根据本发明的这个方面的实施方案可以包括以下特征。该第一类型的颗粒可以是碳化硅。该第二类型的颗粒可以是硅石颗粒。这些碳化硅颗粒可以具有高达并且包括大约300nm的平均粒径。这些碳化硅颗粒可以具有范围从大约40nm至大约300nm的平均粒径。这些硅石颗粒可以包括胶体硅石和热解硅石。这些硅石颗粒可以具有小于大约IOOnm的平均粒径。这些硅石颗粒可以具有范围从大约IOnm至大约300nm的平均粒径。这些碳化硅颗粒可以包括纳米大小的α-碳化硅颗粒。这些碳化硅颗粒可以包括其至少部分表面涂覆有硅石的颗粒，这样这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。这些碳化硅颗粒可以包括β-碳化硅颗粒。该浆料可以包含至少大约0.1衬％的颗粒。该浆料可以包含至少大约5衬％的颗粒。该组合物可以包括从大约10wt%至大约50衬％的颗粒。该组合物可以包括至少大约2wt%的碳化硅颗粒。该组合物可以包括从大约2wt%至大约30wt%的碳化硅颗粒。该组合物可以包括至少大约10wt%的硅石颗粒。该组合物可以包括从大约IOwt%至大约50wt%的硅石颗粒。该组合物可以包括基于浆料的重量从大约IOwt%至大约30wt%的碳化硅颗粒以及从大约IOwt%至大约50wt%的硅石颗粒。该组合物可以包括基于总的磨料颗粒的重量大约30衬％的碳化硅颗粒以及大约70wt%的硅石颗粒。该浆料组合物可以是一种磨料浆料组合物。该磨料浆料组合物可以适合用于抛光一个表面，例如蓝宝石晶片。该磨料浆料组合物可以包括分散在一种水性介质中的磨料颗粒，这些磨料颗粒包括一种具有比被抛光的表面(例如，蓝宝石)更硬的硬度的第一类型的磨料颗粒以及一种具有比被抛光的表面(例如，蓝宝石)更软的硬度的第二类型的颗粒的一种混合物。两种颗粒可以拥有相似的动电学行为(即动电势、等电点)。该组合物可以包括第一磨料颗粒的量值足以对于一个特定的表面粗糙度使R-表面蓝宝石的抛光比率相对于不具有这些第一磨料颗粒的组合物的比率提高至少30%，并且在一些情况下，至少大约35%、40%、45%、并且甚至50%。该组合物可以包括第一磨料颗粒的量值足以对于一个特定的表面粗糙度使R-表面蓝宝石的抛光比率相对于不具有这些碳化硅颗粒的组合物的比率提高至少30%，并且在一些情况下，至少大约35%、40%、45%、并且甚至50%。在另一个方面，本发明总体上涉及用于抛光一个表面、特别是蓝宝石的方法。该方法包括用一种浆料组合物研磨该表面，该浆料组合物包括具有比该表面更硬的硬度的第一类型的磨料颗粒以及具有比该表面更软的硬度的第二类型的磨料颗粒的一个混合物。根据本发明的这个方面的实施方案可以包括以下特征。该第一类型的磨料颗粒可以是碳化硅。该第二类型的磨料颗粒可以是硅石。本发明的其他方面以及优点结合附图从以下说明书中将是清楚的，仅仅作为举例说明了本发明的原则。附图简要说明当与这些附图一起阅读时，本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点连同本发明本身将从不同的实施方案的下列说明中得到更完全地理解。图1示出了超细碳化硅的动电势作为pH的一个函数。图2说明了蓝宝石的C-面、A-面、以及R-面。图3列出了蓝宝石的不同取向的一些平均值的一个表格。图4示出了用本发明的复合型碳化硅/硅石浆料相对一种胶体硅石浆料来抛光R-面蓝宝石之前和之后的表面质地。如图所示，使用一种胶体浆料抛光一个具有Ra=5666A至Ra=6.3A的R-面蓝宝石需要23小时但是使用本发明的一种复合碳化硅/硅石浆料仅需要2小时。说明书本发明的浆料组合物包括一个双颗粒系统，该系统包括分散在一种水性介质中的两种不同类型的颗粒的一种混合物。例如，一种第一类型的颗粒可以是碳化硅并且一种第二类型的颗粒可以是硅石。在一些实施方案中，本发明提供的浆料组合物是适合用于不同的抛光及平面化过程(包括CMP、用于原料去除的预抛光步骤、形成质地(texturing)、等等)中的磨料浆料组合物。此类方法可以用来抛光并且平面化不同材料的表面，包括半导体装置中的不同的层。本发明的浆料可以用来抛光并且平面化的半导体材料的一些实例包括蓝宝石(Al2O3)、金刚石(C)、硅(Si)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、锗化硅(SiGe)、锑化铝(AlSb)、砷化铝(AlAs)、氮化铝(AlN)、磷化铝(AlP)、氮化硼(BN)、砷化硼(BAs)、锑化镓(GaSb)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、氮化铟(InN)、以及磷化铟(InP)。因此，接下来的披露内容应被理解为说明性的而不是限制性的意义。例如，虽然可以提供材料以及浓度的特定组合，但材料和浓度的此类组合是基于蓝宝石表面、特别是R-面蓝宝石的CMP加工，并且可以被适当地改性用于其他类型的过程并且用于抛光以及平面化不同的材料(包括A-面以及C-面蓝宝石)。另外，虽然提出了一些实施方案，其中一种复合浆料包括硅石颗粒以及碳化硅颗粒，但是还可以使用具有不同硬度的颗粒的其他组合。在一些实施方案中，本发明的浆料组合物是以磨料浆料组合物的形式，它们特别适合用于抛光并且平面化蓝宝石、特别是R以及A-面蓝宝石晶片。这些浆料提供了R-面蓝宝石晶片的结构中所要求的光滑的形貌以及均勻的厚度。当用来抛光A-面以及C-面蓝宝石晶片时，特别是当与使用纯的硅石浆料或碳化硅浆料比较时，本发明的磨料浆料组合物可以提供与用R-面蓝宝石在此说明的那些相似的益处。进一步相信的是，当用来抛光其他的基片，诸如碳化硅以及氮化镓基片时，本发明的浆料组合物将提供与用R-面蓝宝石说明的那些相似的优点。本发明的浆料的碳化硅(SiC)颗粒可以是任何可商购的碳化硅颗粒。碳化硅的粒径未受具体限制。例如，当这些浆料是磨料浆料时，总体而言，非常小的粒径可以产生难以接受的低的抛光比率，而太大的颗粒可能刮伤被抛光的物品的表面。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒是纳米大小的，并且例如，这些碳化硅颗粒可以具有不大于大约300nm的粒径。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒的粒径不大于大约200nm。在一些实施方案中粒径范围从大约40nm至大约300nm，在一些实施方案中从大约70nm至大约200nm，并且在其他实施方案中从IOOnm至大约150nm。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒中的至少一些行为是与硅石相似，并且例如拥有与硅石相似的特性。在一些实施方案中，碳化硅是使用Acheson方法或类似的已知方法形成的。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒拥有与硅石相似的表面化学性。在某些实施方案中，这些碳化硅颗粒特别是用一种正形的硅石的涂层涂覆的。例如，该涂层可以通过使用能够提供一个硅石涂层的组合物在碳化硅颗粒上沉积一个硅石涂层、或通过氧化(例如，热氧化、化学氧化、以及它们的组合)来提供。这些碳化硅颗粒可以与一个硅石涂层一起提供，这样这些被涂覆的碳化硅颗粒的行为是与硅石颗粒相似。不受理论限制，相信的是硅石涂层提供给该碳化硅与硅石相似或相同的表面化学性，其中这些碳化硅颗粒的表面化学性是与硅石相似或相同的。其结果是，这些被涂覆的颗粒将是与在硅石颗粒周围配制的所有浆料化学物质非常相容的，这样这些被涂覆的碳化硅颗粒被容易地分散在这些浆料化学物质中。若需要的话，这些颗粒的分散可以进一步通过简单地如所要求的调节其PH(例如，在这些碳化硅颗粒的等电点之上，例如PH=3)来促进。因此，这些被涂覆的碳化硅颗粒将在硅石颗粒是稳定的条件下趋于稳定，产生减少的附聚作用。另外，在一些实施方案中(其中这些浆料是磨料浆料)，提供了该硅石涂层以“软化”这些碳化硅颗粒，由此减小通常与碳化硅抛光的工件相关连的缺陷以及刮伤。已经进一步发现通过氧化反应形成的涂层“弄钝”或减少了这些碳化硅颗粒的尖角，由此进一步减小了被抛光的工件的缺陷以及刮伤。另外，使用这些涂覆的碳化硅颗粒改善了涂覆颗粒的材料去除率，因为下面的核心是坚硬的并且这些颗粒具有比典型的硅石颗粒更高的密度。如在此使用的，一个“涂层”，当涉及碳化硅颗粒上的一个硅石涂层时，总的来说是指这些碳化硅颗粒在其至少一部分表面上具有硅石，该部分达到必须提供给这些碳化硅颗粒与硅石相似的表面化学性的程度。该涂层可以是处于碳化硅核上的硅石的微粒涂层、碳化硅核上的硅石的类膜的涂层、以及它们的组合的形式。图5A和5B示出了碳化硅颗粒在涂覆之前以及通过氧化涂覆之后的照片。在一些实施方案中，至少大约50%(平均)的这些颗粒的表面涂覆有硅石。涂覆有硅石的给定颗粒的表面的量的可以在从大约50%至大约100%，例如，至少大约60%、70%、80%、90%、以及95%的范围。在一个给定颗粒上的涂层在厚度上可以是均勻的，或者，在一些实施方案中，它可以在一个给定的颗粒上在厚度上变化。另外，在这些碳化硅颗粒上的涂层的厚度可以是均勻的或者可以在这些颗粒之中变化。在一些实施方案中，碳化硅是具有与硅石相似的表面电势的纳米大小的α-碳化硅。在一些实施方案中，该纳米大小的α-碳化硅具有大约2.2的等电点。这些颗粒具有一种六方晶体结构。不受理论限制，相信的是与硅石相似的一个低等电点表明这些颗粒在其表面具有硅石，至少在某种程度上。在某些实施方案中，α-碳化硅通过例如使用能够提供一个硅石涂层的组合物在这些碳化硅颗粒上沉积一个硅石涂层、或者氧化这些颗粒(例如，热氧化、化学氧化、以及它们的组合)而与一个硅石涂层一起提供。因此，在一些实施方案中，本发明的这些碳化硅颗粒包括纳米大小的α-碳化硅，它们(如所形成的)拥有一个低的等电点，在一些情况下与硅石的等电点相似。该α-碳化硅颗粒可以如此使用或者可以如所希望的经受进一步的氧化/涂覆。在一些实施方案中，碳化硅是可商购的β_碳化硅，它趋向于具有比α-碳化硅更高的等电点(参见图1)并且因此，总体上不如α-碳化硅非常容易分散。在某些实施方案中，β_碳化硅是用硅石涂覆的，至少在某种程度上，这通过例如使用能够提供一个硅石涂层的组合物来在这些碳化硅颗粒上沉积一个硅石涂层、或氧化这些颗粒(例如，热氧化、化学氧化、以及它们的组合)进行。在一些实施方案中，这些颗粒被涂覆到提供给这些颗粒与硅石相似的表面化学性(表面电势/等电点)的程度。不受理论限制，相信的是当这些浆料是磨料浆料时，硅石的特性，例如表面化学性或在这些碳化硅颗粒的外表面上提供的硅石涂层(如由似硅石的表面电势以及等电点所证实的)，通过电化学地侵蚀基片(例如，晶体、陶瓷、以及矿物基片)的表面而增强了CMP以及其他抛光过程。换句话说，这些碳化硅颗粒的硅石特性、“涂层”、或一个或多个氧化的部分的行为是像硅石颗粒。基片的反应过的层然后可以更容易地通过这些颗粒的磨蚀性质而被除去。另外，这些碳化硅颗粒展现在高ρΗ下非常好的可分散性。通过向高ρΗ的硅石中加入碳化硅，获得了对于良好分散的坚硬碳化硅颗粒稳定的一种浆料，它提高了机械去除。而不希望受理论限制，相信的是因为两个表面(碳化硅以及硅石)都具有高的负电荷，它们彼此排斥并且很好地分散(即，静电排斥)。此外，因为这些颗粒的表面具有氧化物涂层(二氧化硅，即硅石)，化学反应未被阻碍。其结果是，包含硅石以及碳化硅颗粒、特别具有α-碳化硅或硅石涂覆的碳化硅颗粒的一种复合浆料，将通过硅石提供一个强烈的化学反应并且通过碳化硅提供一种更快速的机械去除。本发明的浆料的硅石(SiO2)磨料颗粒可以是任何常规的硅石颗粒。当这些浆料是磨料浆料时，任何常规的用于研磨/抛光应用中的硅石颗粒可以用于本发明的浆料中。在一些实施方案中，使用胶体硅石。作为一种用于抛光的磨料，胶体硅石用于跨越半导体制造中使用的材料的平坦化需要连同光学中的坚硬材料、以及LED制造中的晶片的平坦化需要的广的范围的应用中。由胶体硅石驱动的主要抛光机理在于它是一种反应性的磨料，并且以此状态，它与被抛光的基片表面进行反应以在抛光条件下形成一种硅酸盐。然后，产生的硅酸盐表面容易受机械腐蚀/化学侵蚀，产生被抛光的基片的材料去除率。如用碳化硅颗粒一样，硅石的粒径不受具体限制并且考虑到该浆料组合物的具体应用而进行选择。例如，在磨料浆料中，硅石的粒径是考虑到例如粒径被减小时的抛光比率的减小以及粒径增加时表面刮伤的可能性而进行选择的。在一些实施方案中，这些硅石颗粒具有范围从大约IOnm至大约300nm的平均粒径。在一些实施方案中，该硅石包括胶体硅石，它一般具有小于IOOnm等级的粒径。胶态以及热解硅石两者均可以用于本发明的实施中。本发明的浆料组合物的颗粒的总量(包括硅石以及碳化硅颗粒)，总体上是按该浆料重量计的至少大约0.1%。在一些实施方案中，该浆料中的颗粒的总量是至少大约1%、至少大约2%、至少大约3%、至少大约4%、至少大约5%、至少大约6%、至少大约7%、至少大约8%、至少大约9%，并且在一些实施方案中为至少大约10%。在一些实施方案中，该浆料中的颗粒的总量按该浆料重量计范围从大约0.至大约50%，在一些实施方案中按该浆料重量计范围从大约7%至大约50%，在一些实施方案中按该浆料重量计范围从大约7%至大约40%，在一些实施方案中按该浆料重量计范围从大约10%至大约50%，并且在一些实施方案中，按该浆料重量计范围从大约10%至大约40%。然而，应理解的是颗粒的总量可以基于浆料的用途而进行调整。例如，其中该浆料是一种磨料浆料，颗粒的总量可以基于诸如被抛光的表面以及浆料中软(SiO2)与硬(SiC)颗粒的比率的因素而调整。因此，例如，若希望更侵入性的抛光，颗粒的总量可以增加和/或硬与软颗粒的比率可以增加同时增加、维持或减小颗粒的总量。另外，也可以调节抛光条件(诸如压力以及浆料的PH)来提供所希望的抛光特性。浆料中的碳化硅的量总体上按该浆料的重量计占至少大约0.02%，在一些实施方案中按该浆料的重量计范围从大约0.至大约10%，并且在一些实施方案中按该浆料的重量计范围从大约2%至大约10%。浆料中的硅石的总量总体上按该浆料的重量计占至少大约0.08%，并且在一些实施方案中按该浆料的重量计占至少大约10%。在一些实施方案中，硅石的总量按该浆料的重量计范围从大约0.5%至大约50%，在一些实施方案中按该浆料的重量计从大约5%至大约50%，并且在一些实施方案中按该浆料的重量计范围从大约10%至大约50%。在一个示例性的实施方案中，浆料中的硅石总量为按重量计大约70%并且碳化硅的重量为按重量计大约30%。然而，如所讲明的，取决于浆料的应用，可以调节这些比率来提供两种类型的颗粒的适当的平衡。例如，其中该浆料是一种磨料浆料，取决于被抛光的表面的具体情况以及该抛光过程所希望的比率及特性，可以调节这些比率来提供硬与软颗粒的适当的平衡。总体而言，例如，可以是令人希望的是对于较硬的表面，增大碳化硅的量，而对于较脆且较软的表面可以增加硅石的量。在一个示例性的实施方案中，碳化硅占该浆料的大约10%至大约30%，而硅石占该浆料的大约10%至大约50%，其中该碳化硅具有在大约40nm至大约300nm的范围之内的一个平均粒径并且该硅石具有在大约20nm至大约200nm的范围之内的一个平均粒径。在一个示例性的实施方案中，该组合物中固体的总重量包括基于该浆料总重量的大约30wt%，其中胶体硅石占大约21wt%并且碳化硅占大约9wt%。碳化硅以及硅石颗粒分散在一种水性介质中，该水性介质可以包含常规浆料成分的任意组合，诸如溶剂类、PH调节剂类、螯合剂类、润滑剂类、腐蚀抑制剂类、表面改性剂类、抑制剂类、流变剂类、氧化剂类、以及去离子水。如在此所使用的，“分散”被理解为是指该碳化硅以及硅石颗粒遍及水性介质进行分布，优选均勻地进行分布。流变剂一般包括在浆料中来增加该浆料的粘度并且来构造该浆料的层流，这样垂直流的运动被减小。任何常规的流变剂可以用于本发明的浆料组合物中，包括但不限于交联的丙烯酸聚合物以及水溶性的聚合物(WSP)。一些实例包括改性的纤维素衍生物、纤维素醚类、淀粉衍生物、果胶衍生物、聚酰胺类、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、以及羧甲基纤维素O不同的氧化剂可以包括在这些浆料组合物中。这些试剂总体上包括去除金属电子并且提高原子价的任何物质。氧化剂的实例包括但不限于过氧化氢、脲过氧化氢、单过硫酸盐类、二过硫酸盐类、过乙酸、过碳酸盐类、有机的过氧化物诸如过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、高碘酸、高碘酸盐类、高溴酸、过溴酸盐类、高氯酸、高氯酸盐类、过硼酸、过硼酸盐类、高锰酸酯类、高锰酸盐类、羟胺、硝酸铁、以及硝酸。螯合剂可以进一步包括在这些浆料组合物中。此类试剂可以用于例如磨料浆料中，其中它们与从被抛光的/平面化的表面去除的金属离子进行化学反应以形成一种可溶的金属络合物来使该基片表面上的金属离子的再沉积作用最小化。可以使用任何常规的螯合剂并且包括例如一种或多种胺或酰胺基团(例如，乙二胺四乙酸、乙二胺、以及甲基甲酰胺)以及有机酸类(例如亚氨基二乙酸和草酸)。不同的腐蚀抑制剂可以进一步包括在这些组合物中。当在磨料浆料中提供时，这些材料总体上与新近被抛光/平面化的表面和/或氧化的表面进行反应以钝化该表面并且防止该表面在CMP期间的过度侵蚀。可以使用任何常规的腐蚀抑制剂，包括但不限于烷基胺类，咪唑、氨基四唑、苯并三唑、巯基苯并三唑、5-甲基-1-苯并三唑、苯并咪唑、氨基、亚氨基、羧基、巯基、硝基、烷基、脲和硫脲化合物以及衍生物，等等，二羧酸类，诸如草酸、丙二酸、琥珀酸、次氨基三乙酸、亚氨基二乙酸、以及它们的组合。可以进一步包括惯常用于浆料中的不同溶剂以提供一种介质，这些磨料颗粒被分散在其中并且其他的组分被掺入其中。这些溶剂可以选自任何常规的溶剂，包括但不限于水，醇类，诸如异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇，酮类诸如丙酮，醚类，诸如二乙醚，四氢呋喃(THF)，以及水-醇的溶液。表面活性剂类可以进一步包括在这些磨料浆料中。合适的表面活性剂包括非离子的、阴离子的、阳离子的、非离子的、两性离子的、两性的、以及聚合物电解质化合物。用于本发明中的一些表面活性剂的实例披露于例如Kirk-Othmer，EncyclopediaofChemicalTerminology,3rdEdition,Vol.22(JohnWiley&Sons,1983),Sislet&Wood,EncyclopediaofSurfaceActiveAgents(ChemicalPublishingCo.,Inc.1964),Ash,TheCondensedEncyclopediaofSurfactants(chemicalPublishingCo.,Inc.,1989),Tadros,Surfactants(AcademicPress，1984)中，其全部内容通过引用结合在此。一些实例包括有机酸类的盐、烷硫酸盐类、烷磺酸盐类、氢氧化物、取代的胺的盐类、甜菜碱类、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、脱水山梨糖醇类的酯类、季铵盐(quarternary)诸如四甲基卤化铵类、十六烷基三甲基卤化铵类、壬基醚类以及它们的组合。在一些实施方案中，本发明提供的浆料组合物是适合用于不同的抛光及平面化过程(包括CMP、用于原料去除的预抛光步骤、结构化、等等)中的磨料浆料。依照本发明，使化学的以及机械的相互作用的比率适当地平衡以提供最佳的抛光性能。已经发现机械磨耗随着磨料颗粒的类型、磨料粒径、磨料颗粒浓度、以及磨料粒径分布而变化。因此，本发明的浆料组合物包括具有适当的粒径、浓度、以及粒径分布的磨料颗粒来提供适当水平的机械的相互作用。另外，该浆料组合物提供有具有不同程度的硬度的两种类型的磨料颗粒的一种混合物，其中调节该混合物的比率以提供适当水平的机械的相互作用。在一些实施方案中，该第一类型的磨料颗粒具有比被抛光的工件表面更硬的硬度，而第二类型的磨料颗粒具有比被抛光的工件表面更软的硬度。另外，这些浆料组合物可以在一种CMP方法中使用，其中控制了操作变量，诸如施加的压力以及抛光垫的粘度，来提供所希望的抛光以及平面化特性。本发明的磨料浆料组合物包括碳化硅磨料颗粒(特别是α-相碳化硅磨料颗粒)、以及硅石磨料颗粒(特别是胶体硅石磨料颗粒)的一种混合物。碳化硅和硅石的组合是特别有利的，因为碳化硅的硬度大大高于硅石。已经发现单独使用硅石磨料，一些基片(例如，坚硬的基片/抗抛光基片)的去除率可能小于最佳，并且因此依照本发明，加入碳化硅以增强该去除率。该碳化硅在一些应用中是超细微的(不大于300nm的平均粒径)。在一些应用中，硅石是胶体硅石，它总体上具有小于IOOnm等级的粒径。这些硅石颗粒的相对柔软性提供了抛光R-面晶片的具有最小缺陷以及刮伤的能力，而碳化硅颗粒的相对硬度增强了该浆料的去除率。已经发现碳化硅的加入相对于单独使用硅石浆料增强了R-面蓝宝石的表面光洁度，并且相对于单独使用硅石浆料降低了R-面蓝宝石晶片的抛光时间。另夕卜，在碳化硅的表面是带负电的，并且因此与胶体硅石的相似。如图1中所示，碳化硅的动电势或表面电势随着碱度的增加而在强度上增加，这与硅石是非常相似的。因此，例如，使SiC与胶体硅石相组合产生了一种胶态稳定的复合浆料系统，它对抛光并且平面化不同材料的表面是有用的。在本发明的实施方案中，碳化硅可以在一种磨料浆料中存在的量值为足以将R-面蓝宝石的去除率相对于使用不包含碳化硅的硅石浆料在相似的抛光条件下获得的比率增强10%。在一些实施方案中，该去除率被增强至少大约15%，在一些实施方案中至少大约20%，在一些实施方案中至少大约25%，在一些实施方案中至少大约30%，在一些实施方案中至少大约35%，在一些实施方案中至少大约40%，在一些实施方案中至少大约45%，在一些实施方案中至少大约50%，并且在一些实施方案中至少大约55%。本发明的组合物可以包含足以增强R-面蓝宝石的去除率的量值的碳化硅，这样相对于在相似的抛光条件下使用不合有碳化硅的硅石，可以以至少快5倍的时间完成一个抛光过程。在一些实施方案中，可以大约快10倍地完成该过程。在其他实施方案中，可以快超过10倍地完成该过程。去除率可以进行测定，例如，与获得一种特别的表面光洁度Ra有关。如图4中所示，例如，使用一种胶体浆料对具有一个Ra=5666A至Ra=6.3A的R-面蓝宝石的抛光需要23小时但使用本发明的一种复合碳化硅/硅石浆料仅需要2小时。因此，本发明提供了通过用碳化硅扩充硅石、特别是用超细碳化硅扩充胶体硅石，由此产生一种复合浆料来增强R-面蓝宝石的抛光的浆料及方法，该复合浆料相对于硅石增强了R-面蓝宝石的材料去除。这些益处部分地实现了，这是因为超细碳化硅上的表面电荷类似于胶体硅石是带负电的并且因为SiC相对于SiO2是非常硬的。本发明的磨料浆料组合物的pH可以是在对该浆料的具体使用有效的任何适当的值。例如，当作为一种磨料浆料使用时，该PH可以根据所采用的具体抛光操作来确定。例如，对于抛光蓝宝石，PH可以是从大约7至大约12的范围。为了提供所希望的pH值，一种或多种PH调节剂可以包括在这些组合物中。这些pH调节剂可以包括，例如不同碱中的任何一种，诸如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、以及氢氧化铵，或无机的和/或有机的酸类，诸如乙酸、磷酸、或草酸。已经发现磨料浆料的pH对去除率有影响。具体地，去除率随着PH的升高而升高。不受理论限制，相信的是总体而言对于所使用的这种类型的硅石，在最大可操作的PH下将得到峰值去除率。已经进一步发现总体而言压力的增加提供去除率的增加。本发明的浆料总体是通过形成一种碳化硅浆料、形成一种胶体硅石浆料、并且使这两种浆料混合在一起来制备。可以调节浆料的PH以在混合之前、期间、或之后分散这些颗粒。通过以下实例进一步说明了本发明，它们不应被理解为以任何形式进行限制。如贯穿本申请所引用的所有引用的参考文件的内容(包括参考文献、授权的专利、公开的专利申请)通过引用明确地结合在此。除非另外指出，本发明的实施将采用本领域的技术之内的常规的技术。此类技术在文献中充分地进行说明。实例依照本发明制备了一种浆料，该浆料包括碳化硅颗粒以及硅石颗粒的一种混合物。该碳化硅是0^(，具有大约13011111的平均粒径。该浆料包含按重量计30%的总固体含量，其中胶体硅石按重量计占21%并且纳米大小的碳化硅按重量计占9%。还制备了一种具有按重量计30%的总固体含量的胶体硅石的浆料并且用来在同样的抛光条件下抛光R-面蓝宝石。两种浆料都是用来在9.6的pH下在BuehlerEcomer4抛光机上在以下条件下(其中被抛光的样品上的压力为7psi)抛光R-面蓝宝石。抛光机上的压盘速度(platenspeed)为400RPM(逆时针)并且试样容器速度(samplecarrierspeed)为70RPM(顺时针)。这种抛光在源自Rohm&HaasElectronicMaterials的一个SubaH2垫上以对于胶体硅石以及纳米碳化硅的复合浆料为20ml/min的浆料流速进行。在开始抛光该样品之前，称量R-面蓝宝石的重量以单位为克达四个小数位，并且然后抛光4小时的时间段，并且报告了如表3所示的对于胶体硅石以及纳米碳化硅的复合浆料的每小时的平均材料去除率。表3清楚地示出了通过向硅石浆料中加入碳化硅带来的增强R-面蓝宝石去除率的益处。如所示的，通过向该浆料中加入碳化硅将R-面蓝宝石的去除率提高了大约43%。表3=胶体硅石与复合浆料之间的材料去除比较<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求一种浆料组合物，包括分散在一种水性介质中的颗粒，这些颗粒包括一种第一类型的颗粒以及一种第二类型的颗粒的一种混合物。2.如权利要求1所述的浆料组合物，其中，该第一类型的颗粒是碳化硅并且该第二类型的颗粒是硅石颗粒。3.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒具有不大于300nm的一个平均粒径。4.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒具有范围从大约40nm至大约300nm的一个平均粒径。5.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些硅石颗粒包括胶体硅石。6.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些硅石颗粒包括热解硅石。7.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些硅石颗粒具有小于大约IOOnm的一个平均粒径。8.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些硅石颗粒具有范围从大约IOnm至大约300nm的一个平均粒径。9.如权利要求1所述的浆料组合物，其中，该浆料包含至少大约0.1衬％的颗粒。10.如权利要求1所述的浆料，其中，该浆料包含至少大约5衬％的颗粒。11.如权利要求1所述的浆料组合物，其中，该组合物包括从大约10wt%至大约50wt%的颗粒。12.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，该组合物包括至少大约2wt%的碳化硅颗粒。13.如权利要求12所述的浆料组合物，其中该组合物包括从2wt%至大约30wt%的碳化硅颗粒。14.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，该组合物包括至少大约10衬％的硅石颗粒。15.如权利要求14所述的浆料组合物，其中，该组合物包括从大约10wt%至大约50wt%的硅石颗粒。16.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，该组合物包括基于浆料的重量从大约IOwt%至大约30wt%的碳化硅颗粒以及从大约IOwt%至大约50wt%的硅石颗粒。17.如权利要求16所述的浆料组合物，其中，该组合物包括基于总的磨料颗粒的重量大约30衬％的碳化硅颗粒以及大约70wt%的硅石颗粒。18.如权利要求1所述的浆料组合物，其中，该组合物是用于抛光蓝宝石晶片的一种磨料浆料组合物，并且其中，该第一类型的颗粒具有比这些蓝宝石晶片更硬的硬度并且该第二类型的颗粒具有比这些蓝宝石晶片更软的硬度。19.如权利要求18所述的浆料组合物，其中，该组合物包括第一颗粒的量值足以对于一个特定的表面粗糙度使R-面蓝宝石的抛光比率相对于不具有这些第一颗粒的组合物的比率提高至少30%。20.如权利要求19所述的浆料组合物，其中，该第一类型的颗粒是碳化硅并且该第二类型的颗粒是硅石颗粒。21.如权利要求20所述的浆料组合物，其中，该组合物包括碳化硅颗粒的量值足以对于一个特定的表面粗糙度使R-面蓝宝石抛光比率相对于不具有碳化硅颗粒的组合物的比率提高至少35%。22.如权利要求21所述的浆料组合物，其中，R-面蓝宝石抛光比率被提高了至少40%。23.如权利要求21所述的浆料组合物，其中，R-面蓝宝石抛光比率被提高了至少45%。24.如权利要求21所述的浆料组合物，其中，R-面蓝宝石抛光比率被提高了至少50%。25.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒包括纳米大小的α-碳化硅颗粒。26.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒包括的颗粒具有与硅石相似的一种表面化学性。27.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒具有其至少部分它们的表面涂覆有硅石，这样这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的一种表面化学性。28.如权利要求28所述的浆料，其中，该硅石涂层是通过这些碳化硅颗粒的氧化作用形成的。29.如权利要求2所述的浆料组合物，其中，这些碳化硅颗粒包括α-碳化硅颗粒。30.如权利要求2所述的浆料，其中，这些碳化硅颗粒是通过使硅石与碳的一种混合物在至少2000°C的温度下进行反应而制备的。31.一种用于抛光蓝宝石的方法，包括用一种浆料组合物研磨该蓝宝石表面，该浆料组合物包括具有比该蓝宝石更硬的硬度的一种第一类型的磨料颗粒以及具有比该蓝宝石更软的硬度的一种第二类型的磨料颗粒。32.如权利要求31所述的方法，其中，该第一类型的磨料颗粒是碳化硅。33.如权利要求33所述的方法，其中，该第二类型的磨料颗粒是硅石。全文摘要包括分散在一种水性介质中的一种第一类型的颗粒以及一种第二类型的磨料颗粒的一种混合物改进的浆料组合物、以及用于化学机械平面化(CMP)过程的磨料浆料组合物、特别是用于抛光蓝宝石的磨料浆料组合物。这些磨料浆料组合物包括分散在一种水性介质中的具有比被抛光的表面更硬的硬度的一种第一类型的磨料颗粒以及具有比被抛光的表面更软的硬度的一种第二类型的磨料颗粒的一种混合物，特别是碳化硅磨料颗粒以及硅石磨料颗粒的混合物。文档编号C09K3/14GK101821353SQ200880110353公开日2010年9月1日申请日期2008年10月3日优先权日2007年10月5日发明者A·K·巴克希,I·K·切瑞恩申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司