专利名称：用于研磨的无机氧化物颗粒淤浆及调节所述颗粒的磨蚀性的方法
相关申请本申请是1998年10月21日提出的临时申请60/105,141的连续部分，该临时申请的内容通过引用结合到本文中来。
在化学/机械抛光电子芯片中，研磨淤浆的作用为抛光或磨平沉积在所述芯片上的绝缘层或者导电层物质，使芯片达到相当平整的状态。在接下来用于沉积另外的绝缘层和导电层的光刻步骤中，这种平面化使焦点锐度最大。所述淤浆也必须在所述晶面上提供均匀的抛光，同时不会不适当地刮伤或刮花被抛光的基材。在符合这些要求的同时，为了最大程度地提高高成本的抛光设备的产率也需要最大程度地提高抛光速率。
因此，需要改进本发明的淤浆和它们的制造方法，这样人们能轻易地改变所述淤浆以生成具有不同磨蚀度的颗粒。有了这种方法之后，将使人们可以优化抛光工艺，从而得到最快的抛光速率，同时不会出现不适当刮伤、不均匀的抛光或过程控制的过失。这种方法在研制绝缘和导电材料的新型研磨淤浆中特别有用，人们认为在不久的将来，这些绝缘和导电材料可用于制造芯片。
通常，常规的淤浆包括研磨颗粒和/或溶解的化学组分。所述颗粒和其它组分改变了所述淤浆的磨蚀和/或抛光效果。选择所述颗粒和组分以符合被抛光的绝缘层或导电层的抛光要求。
Neville等的美国专利5,527,423是这种淤浆的一个例子。该专利公开了含有分散在稳定的水介质中的热解法二氧化硅或热解法氧化铝颗粒的CMP淤浆。Neville也提到可使用沉淀法氧化铝。Neville等公开了所述颗粒具有的表面积在大约40平方米/克到大约430平方米/克的范围，聚集体粒径分布小于大约1.0微米并且平均聚集体直径小于大约0.4微米。这个专利也讨论了提出往CMP淤浆中加入蚀刻剂(例如过氧化氢或碱性材料)的参考文献。其它公开包含有过氧化氢和/或其它酸性或碱性材料的CMP淤浆的专利包括Feller等的美国专利5,700,838、Cossaboon等的美国专利5,769,689、Kidd的美国专利5,800,577、Oswald的美国专利3,527,028。通常，这些淤浆基于以下的观点选择无机氧化物颗粒并且为了调节所述淤浆的磨蚀和/或抛光效果，或者依靠颗粒固有的用于抛光的磨蚀性能或者通过加入另外的化学品到所述淤浆中。
Payne在美国专利4,304,575中公开了在机械抛光半导体晶面中用作研磨材料的含水硅溶胶的制备。Payne制备溶胶的方法包括加热起始碱性含水硅溶胶，所述硅溶胶含有相对较小颗粒和相对较大颗粒的混合物。Payne表明较小的颗粒溶解并重新沉积在较大的颗粒上，由此制备出含水硅溶胶，其中大部分的二氧化硅颗粒显著大于开始时混合溶胶中较大的二氧化硅颗粒。Payne的材料由平均粒径小于100毫微米并且优选最终粒径为大约180毫微米的溶胶制备。Payne在美国专利4,356,107中也做了相似的公开。
仍然需要发明制备研磨淤浆的方法，通过这种方法能轻易地调节颗粒的磨蚀性，使其符合将来抛光的要求，同时不用借助其它化合品或新的用作研磨颗粒原料。
如上所述，在压热器中处理细颗粒、多孔的无定形二氧化硅淤浆能使所述颗粒的磨蚀性增加。这种增加表现为在标准抛光条件下提高了二氧化硅基材的除去速率。这种颗粒磨蚀度的增加与颗粒表面积的减少有很大关系，其中表面积由氮气吸附法测定(BET法)。我们认为这种颗粒磨蚀度的增加及其相关的颗粒表面积的减少是由于在在压热器的处理中二氧化硅发生迁移，因此二氧化硅优先从位于所述多孔颗粒里面锐利外凸的表面溶解出来，并且重新沉积在位于组成所述多孔颗粒的二氧化硅亚单元(基本颗粒)连接处的锐利内凹表面上。因而，这种重新沉积增强了所述多孔颗粒并且增加其磨蚀度。在压热器处理中的高温通过增加二氧化硅的溶解度来加速这个溶解-重新沉积的过程。二氧化硅颗粒的碱性含水悬浮液在室温或在环境压力下沸腾的温度(～100℃)下发生相似的过程，但是需要更加长的时间。
因此，发明了一种通过热处理颗粒淤浆使其达到预定的表面积(由具体的抛光速率表示)而使其获得符合要求的磨蚀度的方法。所述方法包括(a)制备具有可用BET法测定的比表面积的多孔无机氧化物颗粒的淤浆，(b)加热所述淤浆使其颗粒获得一个预先在一个抛光速率下测定证实具有符合要求的磨蚀度的BET法测比表面积，并且(c)调节所述淤浆使其适合用做研磨淤浆。
这个发明特别适用于制备硅胶颗粒淤浆。也能用相似的方法处理热解法和沉淀法二氧化硅淤浆，增加其磨蚀度。甚至，多孔氧化铝和其它微溶的无机氧化物材料也能通过这些方法增加磨蚀度。
图2表明淤浆的磨蚀性(由材料的除去速率反映)与在恒定P.V下的淤浆颗粒表面积(SA)有关。将所述表面积作为真实测定的BET法测比表面积的倒数来作图。
详细描述制备本发明的淤浆的初始步骤包括在足以产生颗粒分散体的条件和方式下形成无机氧化物颗粒淤浆，然后将其磨细并将颗粒从所述淤浆中分离出来，其中所述分散体包含具有适用于化学物理机械抛光(如抛光二氧化硅绝缘层)的粒径分布的颗粒。一般最终的淤浆具有基本上小于1微米的粒径分布。(1)母体无机氧化物颗粒适用于制备所述淤浆的无机氧化物包括沉淀的无机氧化物和无机氧化物凝胶。优选所述无机氧化物是可溶的。只要把稍后将论述的加热步骤恰当地调节以改变所选择的无机氧化物在能使所述无机氧化物增溶的pH条件下的磨蚀度，就可以使用微溶的无机氧化物。
所述初始无机氧化物淤浆在本文中称为“母体无机氧化物”、“母体颗粒”或“母体分散体”。无定形硅胶是特另适合的母体无机氧化物。所述分散体也可由包括SiO2·Al2O3、MgO·SiO2·Al2O3的混合无机氧化物制备。混合的无机氧化物由常规的混合或共凝胶法制备。
在含有凝胶的实施方案中，所述分散体来自多孔无机氧化物凝胶，例如(但不限于)含有SiO2、Al2O3、AlPO4、MgO、TiO2和ZrO2的凝胶。所述凝胶可为水凝胶、气凝胶或干凝胶。已知水凝胶(hydrogel)也叫做水凝胶(aquagel)，它在水中形成，结果它的孔内充满了水。干凝胶是除去了水的水凝胶。气凝胶是除去了液体的一种干凝胶，当除去水时，最大程度地减少在凝胶结构中出现的任何坍塌或变化。商业上可得的硅胶为Syloid_级凝胶，例如74、221、234、W300级，以及GenesisTM硅胶为适合的母体无机氧化物。
本领域已熟知制备无机氧化物凝胶的方法。例如，通过将碱金属硅酸盐(例如硅酸钠)水溶液与如硝酸或硫酸的强酸混合来制备硅胶，所述混合在适合的搅拌条件下进行，形成透明的硅溶胶，所述硅溶胶在小于大约1.5小时的时间内凝固成水凝胶，也就是大粒凝胶。然后洗涤所得的凝胶。在水凝胶中形成的无机氧化物(即SiO2)的浓度通常为大约10到大约50，优选为大约20到大约35，并且最优选为大约30到大约35％(重量)之间，同时所述凝胶的pH值为大约1到大约9，优选1到大约4。可使用宽范围的混合温度，该范围一般为大约20到大约50℃。
将新生成的水凝胶浸入持续流动的水流中简单清洗，水流能浸出不符合需要的盐，其中剩下大约99.5％(重量)或更纯的无机氧化物。
优选母体硅胶的多孔性受pH值、温度和用水清洗凝胶的持续时间的影响而变化。硅胶在65-90℃、8-9的pH值下清洗15-36小时后，通常其表面积(SA)为250-400并且形成孔体积(PV)为1.4到1.7立方厘米/克的气凝胶。硅胶在3-5的pH、50-65℃下清洗15-25小时后，将具有700-850的表面积(SA)并且形成孔体积(PV)为0.6到1.3立方厘米/克的气凝胶。这些测量通过氮气多孔性分析仪进行。
本领域也已熟知制备其它无机氧化物凝胶例如氧化铝和混合无机氧化物凝胶(例如二氧化硅/氧化铝共凝胶)的方法。美国专利4,226,743公开了制备这些凝胶的方法，该专利的内容通过引用结合到本文中来。
也可选择热解法无机氧化物(例如二氧化硅和氧化铝)做为所述母体无机氧化物。热解法二氧化硅和氧化铝的生产过程在文献中已详细说明并且包括原料蒸汽(例如四氯化硅或氯化铝)在氢气和氧气的火焰中水解的过程。
一旦选择了一种无机氧化物做为所述母体分散体，就选定了所选的无机氧化物淤浆的分散介质。所述淤浆可由无机氧化物凝胶中剩余的水和添加到凝胶中的另外的水制备，其中所述凝胶已经过排干，但又仍然没有干燥。在另一个实施方案中，将干燥的无机氧化物(例如干凝胶)分散在水中。通常，应将所述母体分散体处于能够湿磨的状态。所述母体颗粒的大小仅需要足够大，这样使用的磨能制备具有所需粒径分布的分散体。在大多数的实施方案中，所述母体分散体具有中等的大约为10到40微米的粒径。在由排干的无机氧化物凝胶制备的实施方案中，可先将所述排干的凝胶碎成凝胶块，并且预研磨制备出颗粒大小在10到40微米的分散体。(2)研磨和离心然后研磨所述母体分散体。所述研磨是进行“湿”研磨，也就是在选为分散介质的液体介质中进行。通常，所述研磨条件可根据原料、停留时间、叶轮的速率和研磨介质的粒径而改变。在实施例中论述了适合的条件和停留时间。可改变这些条件以获得特定的粒径分布，一般的粒径分布小于1微米。本领域人员已知选择和改变这些条件的技术。
用于研磨所述母体无机氧化物颗粒的研磨设备应为能通过机械作用剧烈研磨材料的类型。这些设备是商业可得的，锤式破碎机和沙磨机特别适合于这个用途。锤式破碎机通过高速金属刀片施加必要的机械作用，而沙磨机通过快速搅动介质(例如氧化锆或沙珠)施加作用。也可使用冲击磨。冲击磨与锤式破碎机都能通过金属刀片冲击所述无机氧化物减小其粒径。
然后将研磨的淤浆离心以将所述分散体分成含有最终产品颗粒的上层清液相和含有较大颗粒的沉淀相，我们一般将沉淀相中较大的颗粒移出以制备最终的研磨淤浆。将所述上层清液相通过例如倾析的方法从沉淀相中除去，同时将所述上层清液按本发明进一步处理。常规的离心机可用于这种相分离。在下面的实施例中鉴定了适用于这个发明的商业可得的离心机。在一些情况下，可以优选离心所述上层清液两次、三次或多次，在最初的离心后进一步除去剩余的大颗粒。
从所述研磨和离心收回的淤浆颗粒是多孔的。由这些步骤回收的硅胶一般具有与所述母体无机氧化物相似的孔体积。从其它母体无机氧化物的研磨和离心回收的颗粒，其多孔度依赖于所述无机氧化物和它的制备方法。例如，从母体沉淀和热解无机氧化物制备的淤浆比由所述母体无机氧化物制备的淤浆的孔体积小。(3)加热所述淤浆然后，在足够改变和调节在所述颗粒的孔结构内的无机氧化物分布的条件下将离心的淤浆进行热处理，由此改变所述颗粒的硬度或磨蚀性。如同先前指出的那样，我们相信在如用压热器处理的加热条件下，无机氧化物(例如二氧化硅)优先从锐利凸起的表面(也就是那些位于孔的边缘的部分)溶出，并且重新沉淀在锐利凹陷的表面(例如形成无机氧化物颗粒的孔的基本颗粒的结合处)上。我们相信将无机氧化物重新分布在这些结合处能增强所述颗粒的结构，结果造出更硬并且更粗糙的颗粒。
在压热器中处理所述离心的淤浆是可用于制备本发明淤浆的热处理方法之一。术语“压热器”是指压力反应器，该反应器可以在高于淤浆的溶液相的环境压力沸点的温度下加热所述淤浆。对于含水淤浆来说，这个温度为大约100℃。在将淤浆放入所述压热器之前调节其pH值，所述pH值取决于为所述淤浆选择的无机氧化物。调节所述pH值以优化无机氧化物的溶解度，由此减少在所述压热器中停留的时间。但是，所述pH值不应导致出现下面的情况当将淤浆冷却到室温时，所增溶的大量的无机氧化物导致二次无机氧化物颗粒出现不想要的附聚和沉淀。例如，在热处理之前可将二氧化硅淤浆的pH值调节为8-10并且调节的大小取决于最终淤浆将要磨平的基材。
所述压热器使用的条件决定于选择用做淤浆的无机氧化物所需的硬度和类型。我们已经发现使用过于剧烈的压热器条件(例如较高的温度和/或在所述压热器中停留较长的时间)，所述颗粒将变得更硬，由此增加了颗粒的磨蚀性。对于水基淤浆来说，所述压热器所用的温度应至少为100℃。当制备用于抛光绝缘硅层的以二氧化硅为基础的研磨淤浆时，所述淤浆可在120-180℃下加热20-30小时。通常，以二氧化硅的实施方案在高于200℃的温度下开始不稳定并且如果不能将表面活性剂添加到所需的研磨淤浆中以降低不稳定性就应该避免在高于200℃的温度下加热。同样地，将所述无机氧化物加热到低于100℃的温度就需要较长的加热时间，这样将影响所述无机氧化物的重新沉积。
如同先前指出的那样，当加热的剧烈程度增加时，所述颗粒的磨蚀性增加并且BET法测定的颗粒的比表面积减少。如上所述，我们相信当无机氧化物溶解并重新分布到基本颗粒之间的结合处时，能降低所述表面积。在下面的实施例中的数据表明在压热器中处理后孔体积和表面积会减少，并且我们相信重新分布是在损害孔体积和表面积的情况下(与所述孔的损失有关)发生。按本发明可制备BET法测比表面积小于120平方米/克并且优选小于60平方米/克的颗粒。这些颗粒的孔体积一般为0.2到0.6立方厘米/克，该数据用氮气孔隙仪在0.967P/Po下测定。
因此，使所选择的无机氧化物淤浆具有所需的磨蚀度的方法可通过如下实行首先鉴定基材(例如二氧化硅基材)的由抛光速率确定的磨蚀度或磨蚀性；也能测定那些颗粒的BET法测比表面积；然后，一旦为将要在上面工作的基材选择了磨蚀度或抛光速率，人们可以重复生产具有可测量的BET法测比表面积的多孔无机氧化物颗粒的淤浆，然后加热所述淤浆得到已确定并且与所需磨蚀度有关的颗粒BET法测比表面积。如同指出的那样，本文所指的表面积是用常规的氮气BET法测比表面积技术测量。为了测量这些淤浆的表面积(和孔体积)，调节所述pH值以最大程度地降低在干燥过程发生的表面积的减少。为了做这些测量，也必须将所述淤浆干燥并且用常规技术干燥，例如在大约90到大约130℃下加热所述淤浆足够长的时间以将所述淤浆干燥成粉末。
下面的实施例表明二氧化硅淤浆的磨蚀度(以除去硅绝缘体的速率衡量)可在很大范围内变化。下面的实施例表明可得到每分钟至少为150，至少为200和至少为250毫米的二氧化硅除去速率。当制造者面对要抛光许多材料并且每种材料需要不同研磨材料和/或抛光速率时，这个方法就显示出它的优点。当使用本申请人的发明时，用于抛光这些材料的淤浆能由一种材料，例如二氧化硅制备，而不需添加其它主要的研磨剂。因此，一旦将所述淤浆调节到适合的pH值，本发明的淤浆可主要由分散介质和本发明的无机氧化物组成。(4)最终的研磨淤浆如同先前所述，基本上所有最终的研磨淤浆的粒径分布应该小于1微米。下面的数据表明在加热后所述淤浆的粒径分布基本上与研磨后的淤浆的分布相同。优选的实施方案具有小于0.5微米的中值粒径并且在0.1到大约0.3微米的范围内。用常规的光散射装置和方法测量粒径分布。在实施例中报告的尺寸由Horiba设备公司的LA900激光散射粒径分析仪测定。
所述分散体的固含量可根据原料颗粒分散体的固含量而变化。所述分散体的固含量通常在1-30％(重量)的范围并且也包含所有其它的范围。当使用硅胶抛光绝缘层时，特别适合的固含量为10到20％(重量)。
通常，分散体的粘度应使具有此粘度的分散体轻易地在被抛光的晶面和用于抛光晶面的抛光衬垫之间流动。淤浆的pH值取决于选择的无机氧化物和被淤浆磨平的基材。本发明的二氧化硅淤浆特别适用于抛光象二氧化硅绝缘层一样的二氧化硅基材。举例说明了由四乙氧基硅烷制备的二氧化硅绝缘层。将用于抛光这种层的淤浆的pH值调节到10-11的范围。一般将氧化铝淤浆用于抛光金属导电层例如钨或铜。将那些淤浆的pH值调节到4-6的范围。所述pH值能用标准pH调节剂调节。
还可将本发明的淤浆改性以包含有其它化学品，例如抛光铜时用过氧化氢做氧化剂的化学品。这个发明的淤浆可使用常规的抛光设备和衬垫。
下面的实施例举例说明了在使用Strasbaugh 6CA抛光器设备和SUBA500衬垫时本发明的性能。然而这些实施例仅举例说明了本发明的某些实施方案，而不以任何方式限定在附加的权利要求书中叙述的本发明的范围。示例性实施例实施例1制备基本硅胶淤浆制备大约30加仑的中间密度(ID)的水合凝胶的含水悬浮液。使用的术语“ID凝胶”指在最初形成之后在pH为5-10下清洗的水凝胶，结果它的密度略低于在更酸性的条件下清洗的水凝胶。后者称为常规密度(RD)凝胶。
淤浆按以下方法制备通过分散ID水凝胶，将它在ACM研磨机中研磨并将水凝胶部分干燥以制备出所有挥发份含量为55％(重量)的水合硅胶。
然后，在NETZSCH介质研磨机(12升，1.2毫米硅酸锆介质)中进一步研磨所述水合凝胶淤浆，研磨速率为每分钟1加仑。
然后，用Dorr-Oliver圆盘-喷嘴型离心机(圆盘直径为9.3英寸)以大约9000rpm(相应为大约10,000G)的速率将这种研磨的淤浆离心。将所得的淤浆标记为基本二氧化硅淤浆A。测量基本二氧化硅淤浆A，结果表明90％的颗粒为等于或小于0.4微米。
除了水合硅胶的所有挥发份含量为50％(重量)外，制备相似凝胶的第二个样品，。然后用相同的NETZSCH研磨机在介质中研磨这种水合凝胶淤浆，而进料速率为每分钟0.2-0.25加仑。然后将这种研磨的淤浆在更剧烈的条件下离心以生产出更细粒径的胶体，将该胶体标记为基本二氧化硅淤浆B。具体地说，将这种淤浆以大约1,500G的速率第二次离心90分钟。测定基本二氧化硅淤浆B的粒径分布，可知90％的颗粒为等于或小于0.2微米。基本二氧化硅淤浆A 基本二氧化硅淤浆B二氧化硅浓度17％ 16％(％固体(重量))粒径，μ10％＜ .14.0950％＜ .23.1290％＜ .40.17氮气BET法测比表面积， 219232平方米/克氮气吸附法测定的孔体积 .96.62(.967P/Po)，立方厘米/克实施例2在压热器中处理的亚微细粒硅胶悬浮液将三份3加仑的基本二氧化硅淤浆A样品和一份3加仑的基本二氧化硅淤浆B样品稀释至固含量接近12.7％，将pH值调节到9.5(氢氧化钾)，然后密封在不锈钢高压气体贮罐中，并且按下表给出的时间/温度条件老化。下表也给出了在压热器中处理的产品的粒径、pH值和氮气孔隙仪的测定值。在干燥和用氮气孔隙仪测定之前，将所述淤浆的pH值调节到6。这种调节最大程度地降低了在测量所述表面积所必须的干燥过程中表面积的减少，由此使所述测量更精确。用于这些测量的样品由常规的技术干燥，例如，在105℃加热所述淤浆至干燥。在压热器中的处理导致每个基本二氧化硅悬浮物的表面积明显减少，但是粒径基本不变。
经压热器处理的亚微细粒硅胶W·500 ID水合凝胶基在压热器中 粒径，μ 氮气吸附 BET的处理条件 法测定的 法测孔体积比表面积样品 小时 ℃ 10％＜ 50％＜ 90％＜ pH 固含量(％) (立方厘 (平方米/克) 米/克)基本 -- -- .14 .23.4016.6 .96219二氧化硅AA-1 30 125 .13 .24.40 10.8 12.6 .5583A-2 25 150 .15 .26.42 10.7 12.8 .5159A-3 28 170 .16 .27.45 10.8 12.7 .2742基本 -- --.09 .12.1716.1 .62232二氧化硅BB-1 16 120 .09 .12.1710.712.6 .44110实施例3经压热器处理的二氧化硅淤浆的抛光速率的测定在测定抛光速率之前，将基本二氧化硅淤浆A样品用去离子水稀释到固含量为12.7％。这是
图1中对基本二氧化硅淤浆A报告的数据。然后，将这个样品以及每个经压热器处理的淤浆A-1至A-3和B-1用氢氧化钾调节pH值至10.7-10.9的范围。使用涂布二氧化硅厚度为4英寸的硅晶片来评价这些样品和商品热解法二氧化硅淤浆(来自Rodle的ILD1300淤浆)的二氧化硅除去速率。用Strasbaugh6CA抛光机和SUBA500衬垫在2分钟的抛光时间内进行抛光速率的测试。将抛光衬垫的中心与晶片中心之间的距离设置为5英寸。使用不同的抛光条件(所述抛光衬垫的压力(P)和角速率(V))。图1中报告了这些条件和所述结果，显示出所述基本二氧化硅淤浆的二氧化硅抛光(除去)速率为抛光剧烈程度(所述抛光衬垫的压力、时间和角速率)的函数。压力的单位为磅/平方英寸(psi)和角速率的单位为转/分钟(rpm)。
数据显示增加压热器的剧烈程度能明显增加抛光速率。所述速率范围从接近50％的商业未经压热器处理的硅胶产品的抛光淤浆速率到接近两倍的商业抛光淤浆速率。
此外，在图2中显示出观察到的抛光速率与经压热器处理的硅胶淤浆的表面积的倒数有很大的关系。这个数据表明可通过用压热器改变颗粒的表面积，改变得到某一表面积的条件和与具体的表面积有关的研磨性能来调节无机氧化物颗粒的磨蚀性。实施例4由RD凝胶制备研磨淤浆制备三加仑25％(重量，固含量)的RD二氧化硅干凝胶(7μMPS，氮气吸附法测定的孔体积为0.4立方厘米/克，BET法测比表面积为650平方米/克)的含水悬浮物，然后用氢氧化钾调节pH值至9.4。然后将所述淤浆用实施例1的方法在介质中研磨(Netzsch研磨机)并离心(Dorr-Oliver)。所得的淤浆含有15.5％的固含量并且其中值粒径为.24μ。然后将所述淤浆以实施例2的方法在压热器中在150℃下处理24小时。将所得的淤浆调节到含有12.0％固含量并且用氢氧化钾调节pH值至11.5。下面总结了所述淤浆的性能。
RD硅胶淤浆二氧化硅浓度(％(重量，固含量))12.0粒径，μ10％＜.1450％＜.2490％＜.39pH11.5氮气吸附法测定的孔体积.22(立方厘米/克)BET法测比表面积(平方米/克)41实施例5测定经压热器处理的RD凝胶淤浆的二氧化硅除去速率使用直径6英寸的二氧化硅涂布的硅晶片测定实施例4的淤浆的二氧化硅除去速率。用Strasbaugh 6CA抛光机和SUBA500衬垫在2分钟的抛光时间内进行抛光速率的测试。使用不同的抛光条件(压力，P；衬垫旋转速率，V)。在所有的情况中在抛光过程中保持抛光衬垫的中心与晶片中心之间的分离距离为5英寸。下面总结了该抛光速率的研究结果。
压力角速率压力·角速率抛光速率(psi)(rpm)(psi·rpm) (nm/mm)530 150130540 200187750 350360
权利要求
1.淤浆，包括(a)分散介质和(b)无机氧化物颗粒其中所述淤浆具有研磨性能，这样使用Strasbugh 6CA抛光机和SUBA500衬垫，固含量为12.6％(重量)和pH值为大约10.8的含有水和所述无机氧化物颗粒的淤浆在2分钟的抛光时间及200psi-rpm下除去二氧化硅的速率至少为120纳米/分钟。
2.权利要求1的淤浆，其中所述无机氧化物颗粒具有40到120平方米/克的BET法测比表面积并且二氧化硅的除去速率为150到250纳米/分钟。
3.权利要求2的淤浆，其中所述分散介质为水并且所述无机氧化物颗粒包括二氧化硅。
4.权利要求3的淤浆，其中所述二氧化硅包括硅胶。
5.权利要求1的淤浆，其中所述二氧化硅具有60平方米/克或以下的BET法测比表面积。
6.权利要求2的淤浆，其中所述二氧化硅的孔体积为0.2到0.6立方厘米/克。
7.权利要求1的淤浆，其中所述无机氧化物颗粒的中值粒径为0.1到大约0.5并且基本上所有的粒径分布小于1微米。
8.权利要求1的淤浆，其中所述无机氧化物颗粒选自硅胶、热解法二氧化硅、沉淀法二氧化硅和氧化铝。
9.权利要求8的淤浆，其中所述淤浆通过在至少100℃下加热硅胶来制备。
10.权利要求9的淤浆，其中所述淤浆在压热器中制备。
11.使颗粒的淤浆具有所需的磨蚀度的方法，包括(a)制备具有可用BET法测定的比表面积的多孔无机氧化物颗粒的淤浆，(b)加热所述淤浆使其颗粒获得一个预先在一个抛光速率下测定证实具有符合要求的磨蚀度的BET法测比表面积，并且(c)调节所述淤浆使其适合用做研磨淤浆。
12.权利要求11的方法，其中所述无机氧化物为二氧化硅，在步骤(b)中将它加热到至少100℃的温度。
13.权利要求12的方法，其中在(b)中将颗粒在压热器中进行热处理。
14.权利要求11的方法，其中在(a)中所述多孔无机氧化物颗粒选自硅胶、热解法二氧化硅、沉淀法二氧化硅和氧化铝。
15.权利要求13的方法，其中所述多孔无机氧化物颗粒包括硅胶。
16.权利要求15的方法，其中将所述颗粒加热以获得40到120平方米/克的BET法测比表面积。
17.权利要求15的方法，其中将所述颗粒加热以获得60平方米/克或更低的BET法测比表面积。
18.权利要求16的方法，其中在(c)中用Strasbaugh 6CA抛光机和SUBA500衬垫在200psi-rpm及在2分钟的抛光时间内进行抛光，固含量为12.6％(重量)和pH值为大约10.8的淤浆具有150到250纳米/分钟的二氧化硅抛光速率。
19.权利要求18的方法，其中将所述淤浆调节至适合化学/机械抛光。
20.抛光半导体晶片的方法，包括(a)将所述晶片与抛光衬垫接触，(b)将无机氧化物淤浆放在所述晶片与抛光衬垫的界面之间，其中所述淤浆具有研磨性能，这样使用Strabaugh 6CA抛光机和SUBA500衬垫，固含量为12.6％(重量)和pH值为大约10.8的含有水和所述无机氧化物颗粒的淤浆在2分钟的抛光时间及200psi-rpm下除去二氧化硅的速率至少为120纳米/分钟，并且(c)从所述晶片上除去绝缘层或导电材料。
21.权利要求20的方法，其中所述绝缘层是绝缘体并且包含硅。
22.权利要求20的方法，其中所述无机氧化物颗粒选自硅胶、热解法二氧化硅、沉淀法二氧化硅和氧化铝。
23.权利要求22的方法，其中所述淤浆通过在至少100℃下加热所述硅胶来制备。
24.权利要求23的方法，其中所述淤浆在压热器中制备。
25.权利要求20的方法，其中(c)的除去速率为150纳米到250纳米/分钟。
26.权利要求25的方法，其中所述无机氧化物颗粒具有40到120平方米/克的BET法测比表面积。
27.权利要求25的方法，其中所述无机氧化物颗粒具有60平方米/克或更低的BET法测比表面积。
28.权利要求26的方法，其中所述无机氧化物颗粒具有0.2到0.6立方厘米/克的孔体积。
全文摘要
用压热器处理多孔的、无机氧化物颗粒的淤浆,所述处理方法导致所述颗粒的磨损性增加,表现为当按标准抛光条件进行化学机械抛光时,被抛光基材的除去速率增加。本发明提供了具有新型磨损性的淤浆,具体地说,是以二氧化硅为基础的淤浆。颗粒磨损性的增加与颗粒表面积的减少有很大关系,其中表面积由氮气吸附法测定(BET法)。因此,通过采用加热无机氧化物颗粒的淤浆使其达到某BET表面积的方法可获得具有符合要求的磨损度的淤浆,而已经证实,BET法测定的比表面积与所需的磨损度有关。所得的淤浆可用于传统的抛光机。所述方法特别适合制备以二氧化硅为基础的研磨淤浆。
文档编号B05D7/00GK1331733SQ99814723
公开日2002年1月16日 申请日期1999年10月21日 优先权日1998年10月21日
发明者J·N·普赖尔 申请人:格雷斯公司