CN101815771A - 改进的碳化硅颗粒及其制造方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

改进的碳化硅颗粒、改进的碳化硅磨料颗粒、以及用于化学机械平面化(CMP)方法的磨料浆料组合物，这些颗粒可以包括纳米碳化硅颗粒，特别是具有与硅石相似的表面化学性的碳化硅颗粒。

Description

改进的碳化硅颗粒及其制造方法和使用方法
发明领域
本发明提供了改进的碳化硅颗粒，特别是纳米碳化硅颗粒，并且更特别是具有与硅石相似的表面化学性的碳化硅颗粒。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒找到了特别是作为磨料颗粒的用途。本发明还提供了制造本发明的碳化硅颗粒、包括本发明的碳化硅颗粒的化学机械平面化(CMP)组合物的方法、以及使用这些组合物进行平面化并抛光一个表面的方法。
发明背景
磨料浆料是磨料颗粒在一种或多种液体中的两相体系或分散体。不同类型的磨料浆料可以用于不同的材料(例如硅、蓝宝石、碳化硅、铝、玻璃、金属类、以及不同的陶瓷器)的机械加工(包括导线锯切、抛光、以及平面化)。
包括化学机械抛光(“CMP”)的抛光和平面化方法是结合了化学和机械相互作用的表面平滑和材料去除方法。总的来说，将工件表面靠着一个旋转的抛光垫按压，同时一种磨料浆料装在该表面和该垫之间。在这样的情况下大多数使用的磨料浆料典型地包括在水溶液中分散的细磨料颗粒的一种固液分散体系。典型的是在该浆料中，除该研磨剂之外，还包括其他添加剂，包括氧化剂(例如过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾以及类似物)；腐蚀抑制剂例如苯并三唑；清洁剂以及表面活性剂。在CMP浆料中，研磨剂粉末提供了机械作用，同时水性溶液典型地包含用于化学作用的反应性化学试剂。总的来说，该研磨剂粉末研磨该表面以除去在该工件表面中的凸出以及不规则。这些反应性的化学试剂提供了不同的作用，例如与要除去的材料反应和/或将其削弱、通过将机械除去的材料溶解在溶液中而帮助其溶解、并且氧化表面层以形成一个保护的氧化物层。在许多情况(例如浆料包括胶体硅石和二氧化铈颗粒)下，这些磨料颗粒还与这些基底表面反应以使顶层软化。该抛光垫有助于从该表面上除去这些反应了和研磨下的材料。以此方式，CWP可用于使一个工件变平并光滑到非常高水平的局部和总体的平面性上。
已经发现CMP是一种特别能够用于提供半导体器件的结构中所要求的光滑形貌和均匀厚度的技术。半导体器件工业的迅速进步要求持续的导线密度的增加以及器件尺寸的减少。随着这些进步，不同的半导体部件表面的平面化和抛光变得越来越关键。半导体器件典型地通过以下方法制造：将一种金属例如铜沉积在非导电的结构之间的空间中，并且然后将该金属层除去直到该非导电的结构被暴露，而在其之间的空间仍然被该金属占据。对研磨剂的要求在许多方面有矛盾。它必须除去该金属但是优选不除去该非导电的材料。它必须有效地去除但是又不能迅速到当已经达到去除的所希望的水平时该方法不被终止。
由于硬度和/或对化学侵蚀的耐受性，需要平面化和抛光的许多材料难以抛光。例如，蓝宝石(Al2O3)(它已经用于形成半导体器件)是一种传播紫外线、可见光、红外线以及微波的硬的并且强的材料，是化学上惰性的、不溶于大多数普通的工业溶液中、并且耐腐蚀的，并且具有低介电常数以及高热传导率。然而，由于蓝宝石的硬度以及对化学侵蚀的耐受性，抛光并且平面化蓝宝石存在许多困难。
在过去，包含氧化铝和硅石磨料颗粒的浆料已经用于抛光材料(包括蓝宝石晶片)。因为胶体和热解硅石以合理的成本的广泛的可得性，所希望的是将它们用于磨料浆料中。这些硅石进一步具有在水性溶液中对多种化学物质的胶体稳定性。它们还与经常增强材料去除的表面起化学反应。因为硅石磨料颗粒是相对软的，它们能够抛光多种表面同时使缺陷和刮痕最小化。然而，硅石的柔软性限制了它们的抛光能力并且导致在许多类型的基底(例如蓝宝石，它是硬并且耐化学侵蚀的)上的低材料去除率。二氧化铈也提供了用于抛光的类似特性，产生了与该基底表面的非常良好的化学相互作用。然而，二氧化铈经常太软而不能提供足够的去除率。为了补偿含硅石浆料的低材料去除率，有时使用更硬的研磨剂。一种这样的材料是氧化铝。已经发现在多种用途中，与热解和胶体硅石相比，氧化铝相当大地提高了去除率。然而，它不能提供经常对于抛光是一个关键机理的类似的化学反应。同样，在已经使用的硅石颗粒的应用中，氧化铝不能直接代替硅石颗粒，因为氧化铝的表面化学性与硅石的表面化学性非常不同。确切地，硅石在宽pH范围(典型地从大约pH＝2以及更高)内具有负动电势。另一方面，氧化铝在宽pH范围(典型地从大约pH＝9以及更低)内具有正动电势。其结果是，在硅石颗粒稳定的条件下，氧化铝则趋向于附聚。附聚作用降低了该料的性能，因为它可以引起工件表面的刮痕连同不均匀和不可预测的抛光率。此外，氧化铝的不同的表面化学性使它与一起使用含硅石的浆料的一些化学物质不相容。如果分散体没有基于氧化铝的表面化学性小心地制备，这会导致在基底中的表面缺陷。此外，氧化铝是强腐蚀性的，这样它非常难以避免“表面凹陷”(它是在位于邻近的非导电材料结构之间的一个金属层中形成的一种凹陷)。表面凹陷不利地影响半导体的性能并且因此被认为是非常不希望的。
鉴于在本领域中注意到的这些和其他缺点，非常希望的是发展提供迅速的去除率同时仍然使缺陷和刮痕最小化的改进的磨料浆料组合物。
发明概述
本发明提供了改进的碳化硅颗粒。这些碳化硅颗粒表明了使它们用于多种用途的特性。在某些实施方案中，这些碳化硅颗粒适合用作磨料颗粒。本发明进一步提供了解决常规的组合物的缺点的磨料浆料组合物。本发明的组合物大大地提高了抛光和平面化性能以及在平面化和抛光多种表面中的效率。本发明的组合物减少了表面缺陷同时获得了优异的平面性与高材料去除率。
在一个方面，本发明总体上涉及包括碳化硅的纳米颗粒。
根据本发明的这个方面的多个实施方案可以包括下列特征。这些碳化硅颗粒能以磨料颗粒的形式存在。这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性。这些碳化硅颗粒可以包括具有其至少部分的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覆盖了至少50％它们的表面的、并且在一些实施方案中至少80％它们的表面的硅石的颗粒。这些碳化硅颗粒可以基本上被硅石包封。这些碳化硅颗粒的平均粒径可以为400nm或更小、300nm或更小、200nm或更小、100nm或更小。硅石涂层可以由这些碳化硅颗粒的氧化形成。该氧化可以产生碳化硅颗粒，这些碳化硅颗粒包括一个硅石涂层，该硅石涂层的粒径基本上与在氧化之前这些碳化硅颗粒的粒径相同。这种碳化硅可以是纳米α-碳化硅。这种碳化硅可以是β-碳化硅。
另一个方面，本发明总体上涉及包括如在此所提出的碳化硅颗粒的一种分散体的一种磨料浆料组合物。
根据本发明的这个方面的多个实施方案可以包括下列特征。碳化硅可以在水性介质中在至少约0.01wt％、在一些实施方案中至少约0.1wt％、并且在一些实施方案中至少约1wt％的浓度下存在。碳化硅可以在水性介质中在从约5％到约50％的范围内的浓度下存在。
在另一个方面，本发明总体上涉及一种制备颗粒的方法，包括制备包括碳化硅的纳米磨料颗粒。
根据本发明的这个方面的多个实施方案可以包括下列特征。这些颗粒可以是磨料颗粒。这些碳化硅颗粒可以制备为使得这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。可以通过氧化碳化硅来提供该表面化学性。氧化的碳化硅颗粒的粒径可以基本上与氧化之前这些碳化硅颗粒的粒径相同。这些碳化硅颗粒可以包括α-碳化硅颗粒。这些碳化硅颗粒可以包括β-碳化硅颗粒。这些碳化硅颗粒可以基本上被硅石包封。这些碳化硅颗粒可以通过使硅石和碳的一种混合物在至少2000℃的温度下反应而制备。
在另一个方面，本发明总体上涉及一种化学机械平面化(CMP)的方法，包括用一种磨料浆料组合物研磨一种基底，该组合物包括在此所提出的碳化硅颗粒的一种分散体。
根据本发明的这个方面的多个实施方案可以包括下列特征。该基底可以包括一个金属层，并且该金属层被研磨。该金属层可以是一种贵金属。该基底可以包括一个绝缘体层，并且该绝缘体层被研磨。该绝缘体层可以包含硅酸盐基团。
在另一个方面中，本发明总体上涉及用于提高一种基底的去除率和表面光洁度的一种方法，该去除率和表面光洁度是相对于在类似的条件下用一种硅石浆料提供的去除率和表面光洁度，该方法包括：提供包括碳化硅颗粒的一种浆料，并且将包括碳化硅的纳米磨料颗粒加入该浆料中。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性。
在另一个方面中，本发明总体上涉及用于提高一种基底的去除率和表面光洁度的一种方法，包括将含碳化硅的纳米磨料颗粒加入包括更软的磨料颗粒的一种浆料中，其中与包括更软的磨料颗粒而没有这些碳化硅颗粒的浆料相比，去除率和表面光洁度提高了。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性。
在另一个方面中，本发明总体上涉及用于提高一种浆料的化学反应和硬度的一种方法，包括：将包括碳化硅颗粒的纳米磨料颗粒加入该浆料中，其中该浆料包括更软的磨料颗粒，其中与包括更软的磨料颗粒而没有这些碳化硅颗粒的浆料相比，化学反应和硬度提高了。在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性。
结合附图从下列说明中，本发明的其他方面和优点将变得清楚，仅通过举例阐明本发明的原理。
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1A示出了一种涂覆的碳化硅颗粒的一个截面，其中该涂层是一种微粒涂层。
图1B示出了一种涂覆的碳化硅颗粒的一个截面，其中该涂层是一种类膜涂层。
图2示出了α-SiC和β-SiC纳米颗粒的等电点。
图3示出了α-SiC纳米颗粒的沉降行为。
图4表明了根据在此提出的实例使用一种复合浆料相对一种胶体硅石浆料的一种硅基底的累积的质量损失和表面光洁度。
说明
本发明提供的颗粒适合用于多种用途。例如，这些颗粒找到了作为磨料颗粒的特别用途。值得注意地是尽管这些颗粒可以作为磨料颗粒以及与它们作为磨料颗粒的相关用途在此进行了描述，这些颗粒不限于磨料颗粒以及这样的用途。在一些实施方案中，提供了在浆料组合物(例如磨料浆料组合物)中的本发明的颗粒。本发明提供的磨料浆料组合物适合用于不同的抛光和平面化方法(包括CMP、用于材料去除的预抛光步骤、形成质地、等等)中。这样的方法可以用于对不同的材料(包括在半导体器件中的不同层)进行表面抛光和平面化。本发明的浆料可以用于抛光和平面化的半导体材料的一些例子包括蓝宝石(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，下面的披露应解释为说明性的而不是限制的意义。例如，尽管可以提供材料和浓度的某些组合，但是材料和浓度的这样的组合是基于具体材料的CMP加工，并且为了其他类型的方法并为了抛光和平面化不同的材料，可以被适当地进行改性。
本发明的颗粒包括纳米碳化硅颗粒。在某些实施方案中，这些碳化硅颗粒的行为相似于硅石。例如，这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性，这样这些碳化硅颗粒的行为相似于硅石。其结果是，当用于浆料中时，这些颗粒与在硅石颗粒周围配制的所有浆料的化学物质非常相容，这样这些碳化硅颗粒容易地分散在这些浆料化学物质中。在一些实施方案中，可以根据需要通过简单地调节pH(例如，在这些碳化硅颗粒的等电点上，例如pH＝3.0)进一步使分散变得容易。因此，在硅石颗粒稳定的条件下，本发明的碳化硅颗粒将趋向于稳定，从而产生了减少的附聚作用。
在一些实施方案中，当形成碳化硅颗粒时，特别是在形成纳米α-碳化硅的过程中，提供了该表面化学性。当形成时，纳米α-碳化硅显示出与硅石相似的表面化学性和等电点。具体地，在一些实施方案中，本发明的碳化硅是具有与硅石相似的的表面电势的纳米α-碳化硅，其中等电点为大约2.2。这些纳米α-碳化硅颗粒可以具有六方晶体结构并且将在更高的pH下容易地分散(参见图3，其中这些颗粒在更高的pH值例如pH 8-12下仍然分散)。不希望受理论所束缚，相信的是这样的颗粒在某种程度上在它们的表面上具有硅石，它提供了这些特性。
在一些实施方案中，这些碳化硅颗粒用硅石涂覆，这为这些颗粒提供了与硅石相似或者相同的表面化学性。这种涂层可以通过使用能够提供一个硅石涂层的组合物将一个硅石涂层沉积在这些碳化硅颗粒上来提供。在其他实施方案中，该涂层通过氧化碳化硅颗粒来提供。在这样的实施方案中，该碳化硅可以是α-碳化硅或β-碳化硅。α-碳化硅可以最初具有与硅石相似的表面化学性并且可以进一步使用一种上述的方法来用硅石来涂覆，或者它可以具有与硅石不同的表面化学性并且可以用硅石来涂覆。在其他实施方案中，碳化硅是纳米β-碳化硅，它总体上是市售形式的纳米碳化硅。与纳米α-碳化硅相比，市售的β-碳化硅趋向于具有更高的等电点(如图2所示)。这样，市售的β-碳化硅将不易于分散，而是在pH值范围内相当快地沉降。例如，当与显示出α-碳化硅的沉降行为的图3(其中α-碳化硅仍然在更高的pH值下分散)相比时，β-碳化硅对于从2-12的所有的pH值均进行沉降。此种市售的β-碳化硅还趋向于附聚，这例如对抛光产生负面影响。将纳米β-碳化硅例如市售的那些进行涂覆或者氧化，以提供与硅石相似的表面电势/等电点。
可以有利地提供硅石涂层，以便“软化”这些碳化硅颗粒，这样当用作磨料颗粒时，该涂层由此减少了通常与碳化硅抛光的工件相关的缺陷和刮痕。此外，已经进一步发现了用于生产本发明的涂覆颗粒的氧化反应“弄钝”或者减少了这些碳化硅颗粒的尖锐的角，由此进一步减少该抛光的工件的缺陷和刮痕。此外，使用涂覆的碳化硅颗粒提高了这些涂覆的颗粒的材料去除率，因为下面的芯是硬的，并且与典型的硅石颗粒相比，这些颗粒具有更高的密度。
如在此所使用的，当涉及这些碳化硅磨料颗粒的硅石涂层时，一个“涂层”总体上是指这些碳化硅颗粒在至少一部分它们的表面上具有的硅石达到为这些碳化硅颗粒提供与硅石相似的表面化学性所需要的程度上。该涂层可以处于在一个碳化硅芯1上的硅石的一个微粒涂层2(例如，参见图1A，2B)、在一个碳化硅芯1上的硅石的一个非微粒的、类膜的涂层2(例如图1B)、以及它们的组合的形式。虽然图1A和1B示出了圆形的颗粒，在这些图中示出的原理还适用于不规则形状的碳化硅颗粒，其中在不规则形状的颗粒上一部分或者在不规则形状的颗粒的整个外表面上提供了该硅石涂层。在一些实施方案中，平均起来这些颗粒的至少大约50％的表面用硅石涂覆。硅石涂覆的一种给定的颗粒的表面的量值的范围为从约50％到约100％，例如，至少约60％、70％、80％、90％、和95％。在一种给定的颗粒上的涂层的厚度可以是均匀的，或者在一些实施方案中，在一种给定的颗粒上的它的厚度可以变化。此外，当用于浆料中时，在一种浆料中在这些颗粒上的涂层的厚度可以是均匀的，或者在该浆料中的这些颗粒之中可以变化。
在一些实施方案中，碳化硅通过被称为Acheson方法的一种方法形成。具体地，使硅石和碳的一种混合物在总体上超过2000℃的温度下进行反应以达到大约2700℃的最高温度。该总反应如下所示：
SiO2+3C＝SiC+2CO
混合物可以进一步包括锯屑(sawdust)以便为混合物提供孔隙，通过该孔隙在反应中的一氧化碳可以逸出。可以加入盐以帮助纯化混合物。该反应可以例如在电炉中进行。与Acheson方法类似的其他已知的方法也可以用于生产碳化硅。
根据本发明的一些实施方案，涂覆的碳化硅颗粒通过氧化碳化硅颗粒形成，其中该氧化可以包括例如热氧化、化学氧化、以及它们的组合。已经发现该氧化反应在这些反应物颗粒的表面上发生。总的来说，当在适当的温度和持续时间下进行时，碳化硅的氧化导致在这些颗粒的表面上碳化硅成硅石的转化，由此在这些颗粒的表面上形成硅石的一个“涂层”或层。在这些颗粒的表面上碳化硅成硅石的转化将导致大概与该碳化硅起始材料的粒径相同的“涂覆的”碳化硅的粒径。在一些实施方案中，一种纳米碳化硅颗粒的粒径总体上不会改变多于15％。在一些实施方案中，一种纳米碳化硅颗粒的粒径总体上不会改变多于10-60nm。
碳化硅氧化的特性是已知的，并且本发明的氧化反应是根据这些已知的原理的。总体上，在碳化硅氧化的过程中，Si和C同时被氧化。在足够高的O2压力下，该反应为：
SiC(s)+2O2(g)→SiO2(s)+CO2(g)
而在较低的压力下，该反应为：
SiC(s)+3/2O2(g)→SiO2(s)+CO(g)
并且在很低的压力下，SiO(g)还可以形成如下：
SiC(s)+O2(g)→SiO(s)+CO(g)
在该氧化方法的过程中，O2扩散进来并且在界面上与SiC反应，并且CO2和CO扩散出去。在热氧化过程中，该方法在高温下典型地在大约800和1200℃之间进行。速率控制步骤是O2扩散进来的步骤，并且可以例如通过调节该粒径影响反应动力学，其中随着SiC粒径的减少，反应速率增加。
根据本发明，“涂层”的量或者该硅石层的厚度可以通过测量在这些氧化的颗粒中的氧气含量而测量。本发明的涂覆的颗粒的氧气含量范围是基于颗粒的总重量的从约5wt％到约20wt％。氧气含量可以通过改变因素(例如该反应的温度和持续时间)来调节。在更低的温度和更短的持续时间下，氧化含量将小于在更高的温度和更长的持续时间下的值。此外，起始的碳化硅颗粒的粒径将影响氧气含量。随着碳化硅颗粒的粒径的减少，氧气含量将在恒定的温度和持续时间下增加，因为预期该反应速率会增加。已经发现过度的氧化会导致起始的碳化硅材料的硬度性质的不能接受的减少或消除。这样，应监控并控制在这些涂覆的颗粒中影响反应速率和氧气含量的不同的因素，以提供所希望的氧气含量水平。
这种氧化过程可以在一种给定的颗粒上提供“涂层”或层，其厚度是均匀的或者在该颗粒的不同部分上可以是更薄的或更厚的。不受理论所束缚，相信的是由于碳化硅颗粒的各向异性结构，该氧化过程可以导致在这些碳化硅颗粒上硅石的一个不均匀的涂层或层。
在一些实施方案中，使用包括具有不均匀大小的颗粒的市售碳化硅颗粒。其结果是，这样的市售颗粒的氧化典型地将产生涂覆的碳化硅颗粒，其中一些颗粒具有较大的氧气含量以及因此一个较厚的硅石的涂层或层，而其他颗粒具有较小的氧气含量。
当本发明的碳化硅颗粒在磨料浆料组合物中用作磨料颗粒时，这样的组合物特别能够提供在半导体器件结构中所要求的光滑形貌和均匀厚度。根据本发明，适当地使化学和机械的相互作用的速度平衡以提供最佳的抛光性能。已经发现机械磨蚀随着磨料颗粒大小、磨料颗粒浓度、以及粒度分布变化。因此，本发明的浆料组合物包括具有适当的粒径、浓度、以及粒度分布的磨料颗粒以提供适当水平的机械相互作用。此外，这些浆料组合物用于一种CMP方法中，其中控制操作变量(例如施加的压力以及抛光垫的速度)以提供所希望的抛光和平面化特性。
在一些实施方案中，本发明的磨料浆料组合物包括纳米碳化硅磨料颗粒。在某些实施方案中，这些碳化硅磨料颗粒的行为相似于硅石，如在此所提出的。例如，这些碳化硅颗粒可以具有与硅石相似的表面化学性，这样这些碳化硅颗粒的行为相似于硅石。其结果是，这些颗粒与在硅石颗粒周围配制的所有浆料化学物质非常相容，这样这些碳化硅颗粒容易地分散在这些浆料化学物质中。在一些实施方案中，可以根据需要通过简单地调节浆料的pH(例如，在这些碳化硅颗粒的等电点上，例如pH＝3.0)进一步使分散变得容易。因此，在硅石颗粒稳定的条件下，本发明的碳化硅颗粒将易于稳定，产生了减少的附聚作用。
不受理论所束缚，相信的是具有与硅石相似的特性的碳化硅颗粒提高了CMP和其他抛光方法，因为这些类似硅石的特性导致了在该基底(例如晶体、陶瓷、或矿物的基底)的表面上的电化学侵蚀。然后，该反应过的层可以通过这些颗粒的磨蚀性质更容易地除去。例如，相信的是具有与硅石相似的表面化学性的碳化硅颗粒以及那些具有在碳化硅颗粒的外表面上提供的一个硅石涂层的碳化硅颗粒(如由该类似硅石的表面电势和等电点证明的)导致涂覆或电化学地侵蚀该基底(例如晶体、陶瓷、或无机的基底)的表面。换言之，这些碳化硅颗粒的表面化学性、“涂层”、或者一个或多个氧化的部分的行为像硅石颗粒。然后，该反应过的层可以通过这些颗粒的磨蚀性质更容易地除去。
磨料颗粒的总量(它总体上对应于碳化硅颗粒的量)总体上为该浆料的按重量计至少大约0.01％。在一些实施方案中，在该浆料中磨料颗粒的总量为至少大约0.05％、至少大约0.1％、至少大约0.2％、至少大约0.3％、至少大约0.4％、至少大约0.5％、至少大约0.6％、至少大约0.7％、至少大约0.8％、至少大约0.9％、或者至少大约1％。在一些实施方案中，磨料颗粒的总量为至少大约2％，在一些实施方案中至少大约5％，并且在一些实施方案中至少大约7％。在一些实施方案中，磨料颗粒的总量范围为该浆料的按重量计从约7％到约40％，并且在一些实施方案中，为该浆的按重量计从约10％到约50％。然而，应理解为磨料颗粒的总量可以基于以下因素调节：例如正被抛光的表面、在这些碳化硅颗粒上的硅石“涂层”的量、与硅石相似的碳化硅颗粒的表面化学性的水平、和/或碳化硅所具有的硅石特性的水平。因此，例如，如果希望更侵蚀性的抛光，可以增加颗粒的总量和/或可以调节硅石“涂层”的量/表面化学性/硅石特性同时增加、保持、或者减少颗粒的总量。此外，还可以调节抛光条件(例如该浆料的压力和pH)以提供所希望的抛光性质。
在一些实施方案中，可以将另外的磨料颗粒加入这些碳化硅浆料中以形成一种复合浆料。本发明的碳化硅颗粒总体上可以与其他颗粒相结合使用，无论该浆料是否具有一个高pH(例如从约7到12)。在一些实施方案中，与本发明的碳化硅颗粒相结合使用的颗粒包括例如硅石(胶体以及热解的)、氧化铝、以及二氧化铈。相信的是与其他碳化硅颗粒相比，具有＜3.0的等电点的本发明的碳化硅颗粒提供了改进的复合浆料，因为它们的特性(例如表面化学性(例如氧化物层))使它们能够更容易地分散在水介质中并且因而不会沉降或形成团聚体。此外，这样的颗粒在基底的表面上提供了电化学侵蚀，由此为研磨/机械去除而软化了基底的表面。
这样形成的碳化硅磨料颗粒在水性介质内分散以形成一种磨料浆料。这种水性介质可以包含常规的成分(例如溶剂、pH调节剂、螯合剂、润滑剂、腐蚀抑制剂、表面改性剂、抑制剂、流变剂、氧化剂、以及去离子水)的任何组合。如在此所使用的，“分散”应理解为是指这些磨料颗粒遍及水性介质进行分布、优选均匀地进行分布。
流变剂总体上包括在磨料浆料中以增加浆料的粘度并且构成了浆料的层流，这样减少了垂直的流体运动。在本发明的浆料组合物中可以使用任何常规的流变剂，包括但不限于交联的丙烯酸聚合物以及水溶性聚合物类(WSP)。一些例子包括改性纤维素衍生物、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。
在这些浆料组合物中可以包括不同的氧化剂。这些试剂总体上包括除去金属电子并且增加原子价的任何物质。氧化剂的例子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，有机过氧化物类例如过氧化苯甲酰、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。
可以进一步使用螯合剂。这样的试剂与从抛光的/平面化的表面上除去的金属离子起化学反应以形成一种可溶的金属络合物以便使在该基底的表面上的金属离子的再沉积最小化。任何常规的螯合剂都可以使用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(例如亚氨基二乙酸以及草酸)。
在组合物中可以进一步包括不同的腐蚀抑制剂。这些材料总体上与该新抛光/平面化的表面和/或氧化的表面反应以便在CMP过程中钝化该表面并且防止该表面的过度蚀刻。任何常规的腐蚀抑制剂都可以使用，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、脲以及硫脲化合物以及衍生物、等等，二羧酸类例如草酸、丙二酸、丁二酸、次氨基三乙酸、亚氨基二乙酸、以及它们的组合。
可以进一步包括在磨料浆料中常规使用的不同的溶剂，以提供一种介质：该研磨剂在其中进行分散并且其他组分结合在其中。这些溶剂可以选自任何常规的溶剂，包括但不限于：水，醇类，例如异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油，酮类，例如丙酮，醚类，例如二乙醚、四氢呋喃(THF)，以及水-醇的溶液。
在这些磨料浆料中可以进一步包括表面活性剂。适当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、以及聚合物电介质化合物。用于本发明的一些表面活性剂的例子披露于例如Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Terminology，3rd Edition，Vol.22(John Wiley&Sons，1983)，Sislet&Wood，Encyclopedia of Surface ActiveAgents(Chemical Publishing Co.，Inc.1964)，Ash，The CondensedEncyclopedia of Surfactants(chemical Publishing Co.，Inc.，1989)，Tadros，Surfactants(Academic Press，1984)中，所有这些文献通过引用结合在此。一些例子包括有机酸的盐类、烷硫酸盐类、烷磺酸盐类、氢氧化物类、取代的胺盐类、甜菜碱类、聚环氧乙烷、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、山梨糖醇酐的酯类、季铵盐(quarternary)例如四甲基卤化铵类、十六烷基三甲基卤化铵类、壬基醚类以及它们的组合。
本发明的磨料浆料组合物的pH可以是对于使用的特定的抛光操作有效的任何适当的值。为了提供所希望的pH值，一种或多种pH调节剂可以进一步包括在这些组合物中。这些pH调节剂可以包括例如任何不同的碱，例如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)以及氢氧化铵，或者无机和/或有机酸类，例如乙酸、磷酸、或草酸。
在一些实施方案中，碳化硅颗粒通过氧化形成以便提供与起始材料(未氧化的材料)相比具有不改变或者不显著改变的粒径的涂覆的颗粒。因此，粒径是可容易控制的。
如在整个申请中引用的所有引用的参考文献(包括文献参考、授权的专利、公开的专利申请)的内容特此清楚地通过引用结合在此。除非另外指明，本发明的实施惯例将使用在本领域的技术领域内的常规的方法。这样的方法在文献中充分地进行了说明。
通过下列实例进一步阐明本发明，这些实例不应解释为以任何方式进行限制。如在整个申请中引用的所有引用的参考文献(包括文献参考、授权的专利、公开的专利申请)的内容特此清楚地通过引用结合在此。除非另外指明，本发明的实施惯例将使用在本领域的技术领域内的常规的方法。这样的方法在文献中充分地进行了说明。
实施
用于材料(陶瓷、塑料、金属)的去除的复合浆料包括在水性介质中的两种类型的超细颗粒(那些胶体硅石和碳化硅)的一种混合物。胶体硅石浆料等级是来源于Eka Chemicals的Bindzil 50/80，其中该硅石粒径为40nm级，在具有约9.5的pH的碱性的水性介质中按重量计浓度为50％，如在它们的产品文献中所描述的。碳化硅浆料是包含在87nm-340nm的范围内的超细碳化硅颗粒的一种分布的一种水性浆料，其中按照在HoribaLA 920粒度仪上测量的中值粒径为135nm。
将硅石和碳化硅的两种含水浆料共混并均匀化，这样总固体浓度为30wt％，其中硅石为21wt％并且碳化硅为9wt％，其中pH在9-9.5的范围内。取决于抛光的用途，这些复合浆料的pH可以用一种适当的酸向下调节到7。
典型地为了材料去除，这些试验材料具有来自一种在先的过程(例如研磨)的非常粗糙的表面光洁度。该材料去除方法利用浆料和一台抛光机以便使该试验材料的表面变为镜面光洁度。
在本实例中对于用硅的情况，将一个2”直径的样品研磨到大约7000
Figure GPA00001081216800131
的表面光洁度。该复合浆料的材料去除性能以在9.6的pH下两者都包含相同的30wt％的总固体量的胶体硅石为基准标记。
这种抛光在Buehler Ecomet 4抛光机上在下列条件下进行：其中在正被抛光的样品上的压力为4psi。在该抛光机上的压盘速度(platen speed)为400RPM(逆时针方向)并且该试样容器速度(sample carrier speed)为70RPM(顺时针方向)。这种抛光在来源于Rohm&Haas ElectronicMaterials的Suba H2垫上进行，其中浆料流速为20ml/min。在抛光开始之前，样品重量以克测量直到四个小数位并且表面光洁度使用干涉仪测量。对于单独的胶体硅石浆料连同复合浆料两者，硅的累积的重量损失和表面光洁度以5分钟间隔测量，如下表1和2所示
  时间   CMR-ums-Comp浆料   CMR-ums-C-SiO2
  5   1.7   2.3
  10   6.4   2.4
  15   8.3   5.4
  25   15.4   10.0
表1：硅复合浆料相对胶体硅石的累积的质量损失
  时间   Ra(A)-复合浆料   Ra(A)-C-SiO2
  0   7102   6899
  5   1040   1395
  10   363   740
  15   219   322
  25   8.3   72
表2：表面光洁度-复合浆相对胶体硅石
从这些数据表可以看出，相对于胶体硅石，复合浆料的性能在减少对于得到给定的表面光洁度所需要的时间方面是较高的连同较高的累积的材料去除。数据还在图4中示出。
在用硅的另一个实验中，在上述的相同的抛光参数下的材料去除抛光，相对于仅胶体硅石的材料去除，用复合浆料在30分钟内的抛光的材料去除高了49％，如表3所示。
Figure GPA00001081216800141
表3：硅材料去除-复合浆相对胶体硅石
用其他材料(例如聚酰亚胺类、多晶的氮化铝类等等)表明了类似的改进。

Claims (39)

1.包括碳化硅的纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
3.如权利要求2所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒包括具有其至少部分的表面涂覆有二氧化硅的颗粒，这样这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
4.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒包括具有硅石覆盖了至少50％它们的表面的颗粒。
5.如权利要求4所述的颗粒，其中硅石覆盖了至少80％的这些颗粒的表面。
6.如权利要求4所述的颗粒，其中碳化硅颗粒基本上被硅石包封。
7.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒的平均粒径为400nm或更小。
8.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒的平均粒径为300nm或更小。
9.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒的平均粒径为200nm或更小。
10.如权利要求1所述的颗粒，其中这些碳化硅颗粒的平均粒径为100nm或更小。
11.如权利要求3所述的颗粒，其中该硅石涂层由这些碳化硅颗粒的氧化形成。
12.如权利要求11所述的颗粒，其中该氧化产生了碳化硅颗粒，这些碳化硅颗粒包括一个硅石涂层，该硅石涂层的粒径基本上与氧化之前这些碳化硅颗粒的粒径相同。
13.如权利要求1所述的颗粒，其中该碳化硅是纳米α-碳化硅。
14.如权利要求1所述的颗粒，其中该碳化硅是β-碳化硅。
15.如权利要求1所述的颗粒，其中这些颗粒是磨料颗粒。
16.一种磨料浆料组合物，包括根据权利要求15的碳化硅颗粒的一种分散体。
17.如权利要求16所述的磨料浆料组合物，其中该碳化硅在水性介质中在至少大约0.01wt％的浓度下存在。
18.如权利要求16所述的磨料浆料组合物，其中该碳化硅在该水介质中在至少大约0.1wt％的浓度下存在。
19.如权利要求16所述的磨料浆料组合物，其中该碳化硅在该水介质中在至少大约1wt％的浓度下存在。
20.如权利要求16所述的磨料浆料组合物，其中该碳化硅在该水介质中在从约5％到约50％范围内的浓度下存在。
21.制备一种磨料颗粒的一种方法，包括：
制备包括碳化硅的纳米磨料颗粒。
22.如权利要求21所述的方法，其中这些碳化硅颗粒如此制备以使这些碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
23.如权利要求22所述的方法，其中该表面化学性通过氧化该碳化硅提供。
24.如权利要求23所述的方法，其中该氧化的碳化硅颗粒的粒径基本上与氧化之前这些碳化硅颗粒的粒径相同。
25.如权利要求21所述的方法，其中这些碳化硅颗粒包括α-碳化硅颗粒。
26.如权利要求21所述的方法，其中这些碳化硅颗粒包括β-碳化硅颗粒。
27.如权利要求21所述的方法，其中这些碳化的颗粒基本上被硅石包封。
28.如权利要求21所述的方法，其中这些碳化硅颗粒通过使硅石和碳的一种混合物在至少2000℃的温度下反应而制备。
29.一种化学机械平面化(CMP)的方法，包括：
用一种磨料浆料组合物研磨一个基底，该组合物包括根据权利要求1的碳化硅颗粒的一种分散体。
30.如权利要求29所述的方法，其中该基底包括一个金属层，并且该金属层被研磨。
31.如权利要求30所述的方法，其中该金属层是一种贵金属。
32.如权利要求29所述的方法，其中该基底包括一个绝缘体层，并且该绝缘体被研磨。
33.如权利要求32所述的方法，其中该绝缘体层包含硅酸盐基团。
34.用于提高一种基底的去除率和表面光洁度的一种方法，该去除率和表面光洁度是相对于在类似的条件下用一种硅石浆料提供的去除率和表面光洁度，该方法包括：
提供包括硅石磨料颗粒的一种浆料；并且
将包括碳化硅的纳米磨料颗粒加入该浆料中。
35.如权利要求34所述的方法，其中这些纳米碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
36.用于提高一种基底的去除率和表面光洁度的一种方法，包括：
将包括碳化硅颗粒的纳米磨料颗粒加入包括更软的磨料颗粒的一种浆料中，其中与包括更软的磨料颗粒而没有这些碳化硅颗粒的浆料相比，该去除率和表面光洁度提高了。
37.如权利要求36所述的方法，其中这些纳米碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
38.用于提高一种浆料的化学反应和硬度的一种方法，包括：
将包括碳化硅颗粒的纳米磨料颗粒加入该浆料中，其中该浆料包括更软的磨料颗粒，其中与包括更软的磨料颗粒而没有这些碳化硅颗粒的浆料相比，该化学反应和硬度提高了。
39.如权利要求38所述的颗粒，其中这些纳米碳化硅颗粒具有与硅石相似的表面化学性。
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WO (1) WO2009046293A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8721917B2 (en) 2007-10-05 2014-05-13 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing of sapphire with composite slurries
CN105463405A (zh) * 2014-08-15 2016-04-06 瑞科硅公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN105733309A (zh) * 2015-12-31 2016-07-06 哈尔滨工业大学 一种表面改性的SiC纳米线及其制备方法与应用
CN109749630A (zh) * 2017-11-06 2019-05-14 蓝思科技（长沙）有限公司 一种微米级碳化硼粗磨液、其制备方法及其应用
WO2022077030A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive particles including coating, abrasive article including the abrasive particles, and method of forming
US11685849B2 (en) 2019-10-11 2023-06-27 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive particle including coating, abrasive article including the abrasive particles, and method of forming

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101323577B1 (ko) 2007-10-05 2013-10-30 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 개선된 탄화규소 입자, 그 제조방법 및 그의 이용 방법
JP5819076B2 (ja) * 2010-03-10 2015-11-18 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US9803296B2 (en) 2014-02-18 2017-10-31 Advanced Ceramic Fibers, Llc Metal carbide fibers and methods for their manufacture
US10954167B1 (en) 2010-10-08 2021-03-23 Advanced Ceramic Fibers, Llc Methods for producing metal carbide materials
US8595929B2 (en) * 2010-10-21 2013-12-03 Siemens Energy, Inc. Repair of a turbine engine surface containing crevices
JP5710316B2 (ja) * 2011-03-01 2015-04-30 日本パーカライジング株式会社 表面処理皮膜付き硬質粒子の製造方法及び表面処理皮膜付き硬質粒子
US8828874B2 (en) 2011-03-28 2014-09-09 Sinmat, Inc. Chemical mechanical polishing of group III-nitride surfaces
US8980122B2 (en) 2011-07-08 2015-03-17 General Engineering & Research, L.L.C. Contact release capsule useful for chemical mechanical planarization slurry
WO2013077370A1 (ja) * 2011-11-25 2013-05-30 株式会社 フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP6077208B2 (ja) * 2011-11-25 2017-02-08 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
KR20130090209A (ko) * 2012-02-03 2013-08-13 삼성전자주식회사 기판처리장치 및 기판처리방법
US9259818B2 (en) * 2012-11-06 2016-02-16 Sinmat, Inc. Smooth diamond surfaces and CMP method for forming
JP6185274B2 (ja) * 2013-04-19 2017-08-23 株式会社フジミインコーポレーテッド 磁気ディスク基板用研磨組成物キット
CN105189676B (zh) * 2013-05-15 2021-03-23 巴斯夫欧洲公司 包含一种或多种选自n-乙烯基均聚物和n-乙烯基共聚物的聚合物的化学机械抛光组合物
KR20160010495A (ko) * 2013-05-15 2016-01-27 바스프 에스이 폴리에틸렌 이민을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물
CN104327741B (zh) * 2014-09-28 2016-06-15 顾泉 用于研磨蓝宝石基板的研磨组合物及其应用
US9916985B2 (en) * 2015-10-14 2018-03-13 International Business Machines Corporation Indium phosphide smoothing and chemical mechanical planarization processes
SG11201909469WA (en) * 2017-04-14 2019-11-28 Cabot Microelectronics Corp Chemical-mechanical processing slurry and methods
US10793478B2 (en) 2017-09-11 2020-10-06 Advanced Ceramic Fibers, Llc. Single phase fiber reinforced ceramic matrix composites
JP7477327B2 (ja) * 2020-03-11 2024-05-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 炭化ケイ素粉末の製造方法
CN115304393B (zh) * 2022-08-08 2023-07-07 中电化合物半导体有限公司 一种多孔抛光垫的制备方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429003A (en) * 1981-10-05 1984-01-31 Norton Co. Protective coating for porous refractories
EP1006166A1 (en) * 1998-12-01 2000-06-07 Fujimi Incorporated Polishing composition and polishing method employing it
US20010045063A1 (en) * 1997-10-31 2001-11-29 Nobuyuki Kambe Abrasive particles for surface polishing
US20040060502A1 (en) * 2002-09-26 2004-04-01 University Of Florida High selectivity and high planarity dielectric polishing
WO2007041199A2 (en) * 2005-09-30 2007-04-12 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing slurries and methods for utilizing same

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB526130A (en) 1939-03-08 1940-09-11 Carborundum Co Improvements in or relating to silicon carbide abrasive articles
US3789096A (en) 1967-06-01 1974-01-29 Kaman Sciences Corp Method of impregnating porous refractory bodies with inorganic chromium compound
US4249913A (en) * 1979-05-21 1981-02-10 United Technologies Corporation Alumina coated silicon carbide abrasive
CH675250A5 (zh) * 1988-06-17 1990-09-14 Lonza Ag
YU32490A (en) 1989-03-13 1991-10-31 Lonza Ag Hydrophobic layered grinding particles
US4959113C1 (en) * 1989-07-31 2001-03-13 Rodel Inc Method and composition for polishing metal surfaces
US4997461A (en) 1989-09-11 1991-03-05 Norton Company Nitrified bonded sol gel sintered aluminous abrasive bodies
US20020111024A1 (en) 1996-07-25 2002-08-15 Small Robert J. Chemical mechanical polishing compositions
US6832735B2 (en) * 2002-01-03 2004-12-21 Nanoproducts Corporation Post-processed nanoscale powders and method for such post-processing
US6062952A (en) * 1997-06-05 2000-05-16 Robinson; Karl M. Planarization process with abrasive polishing slurry that is selective to a planarized surface
US6726990B1 (en) * 1998-05-27 2004-04-27 Nanogram Corporation Silicon oxide particles
CN1222495A (zh) * 1997-11-14 1999-07-14 中国科学院固体物理研究所 表面包敷与未包敷二氧化硅的碳化硅纳米棒及制备方法
US6143662A (en) 1998-02-18 2000-11-07 Rodel Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate
JP4092011B2 (ja) 1998-04-10 2008-05-28 花王株式会社 研磨液組成物
JP2001072479A (ja) 1999-09-01 2001-03-21 Asahi Glass Co Ltd 炭化ケイ素質多孔体およびその製造方法
WO2001032799A1 (en) * 1999-11-04 2001-05-10 Nanogram Corporation Particle dispersions
US6527817B1 (en) * 1999-11-15 2003-03-04 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for planarizing surfaces
WO2001044396A1 (en) 1999-12-14 2001-06-21 Rodel Holdings, Inc. Polishing compositions for noble metals
JP4003116B2 (ja) 2001-11-28 2007-11-07 株式会社フジミインコーポレーテッド 磁気ディスク用基板の研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法
US20030168627A1 (en) 2002-02-22 2003-09-11 Singh Rajiv K. Slurry and method for chemical mechanical polishing of metal structures including refractory metal based barrier layers
JP2003321276A (ja) 2002-04-30 2003-11-11 Nippon Steel Corp 乾燥性に優れた不定形耐火物用炭化けい素原料及び不定形耐火物原料
WO2004053456A2 (en) 2002-12-09 2004-06-24 Corning Incorporated Method using multi-component colloidal abrasives for cmp processing of semiconductor and optical materials
JP2004189576A (ja) 2002-12-13 2004-07-08 National Institute Of Advanced Industrial & Technology セラミックス被覆された炭化ケイ素系多孔質構造材及びその製造方法
US6896591B2 (en) 2003-02-11 2005-05-24 Cabot Microelectronics Corporation Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same
BRPI0318224B1 (pt) 2003-03-26 2018-09-11 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. componentes cerâmicos de carboneto de silício com camada de óxido, métodos para produzir os referidos componentes e de processamento de peças de cerâmica
US7306748B2 (en) 2003-04-25 2007-12-11 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Methods for machining ceramics
JP4068499B2 (ja) 2003-05-09 2008-03-26 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US6918821B2 (en) 2003-11-12 2005-07-19 Dow Global Technologies, Inc. Materials and methods for low pressure chemical-mechanical planarization
KR101332302B1 (ko) 2005-06-06 2013-11-25 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 단일 플래튼 처리를 위한 방법 및 일체형 화학적 기계적연마 조성물
JP2007105833A (ja) 2005-10-14 2007-04-26 Kyocera Chemical Corp 研磨剤、その製造方法及び研磨方法
WO2007088461A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-09 Element Six (Production) (Proprietary) Limited Glass coated hard and ultra-hard abrasive particles and a method of making them
US8721917B2 (en) 2007-10-05 2014-05-13 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing of sapphire with composite slurries
KR101323577B1 (ko) 2007-10-05 2013-10-30 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 개선된 탄화규소 입자, 그 제조방법 및 그의 이용 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429003A (en) * 1981-10-05 1984-01-31 Norton Co. Protective coating for porous refractories
US20010045063A1 (en) * 1997-10-31 2001-11-29 Nobuyuki Kambe Abrasive particles for surface polishing
EP1006166A1 (en) * 1998-12-01 2000-06-07 Fujimi Incorporated Polishing composition and polishing method employing it
US20040060502A1 (en) * 2002-09-26 2004-04-01 University Of Florida High selectivity and high planarity dielectric polishing
WO2007041199A2 (en) * 2005-09-30 2007-04-12 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing slurries and methods for utilizing same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIA QUANLI ET AL.: "Effect of particle size on oxidation of silicon carbide powders", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8721917B2 (en) 2007-10-05 2014-05-13 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Polishing of sapphire with composite slurries
CN105463405A (zh) * 2014-08-15 2016-04-06 瑞科硅公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN105463405B (zh) * 2014-08-15 2020-08-04 陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司 用于形成用在流化床反应器中的碳化硅的高纯度硅
CN105733309A (zh) * 2015-12-31 2016-07-06 哈尔滨工业大学 一种表面改性的SiC纳米线及其制备方法与应用
CN109749630A (zh) * 2017-11-06 2019-05-14 蓝思科技（长沙）有限公司 一种微米级碳化硼粗磨液、其制备方法及其应用
CN109749630B (zh) * 2017-11-06 2021-05-25 蓝思科技（长沙）有限公司 一种微米级碳化硼粗磨液、其制备方法及其应用
US11685849B2 (en) 2019-10-11 2023-06-27 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive particle including coating, abrasive article including the abrasive particles, and method of forming
WO2022077030A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive particles including coating, abrasive article including the abrasive particles, and method of forming

Also Published As

Publication number Publication date
US8815396B2 (en) 2014-08-26
KR101323577B1 (ko) 2013-10-30
AU2008308580B2 (en) 2011-12-01
JP5346940B2 (ja) 2013-11-20
AU2008308580A1 (en) 2009-04-09
EP2215176A1 (en) 2010-08-11
KR20120131237A (ko) 2012-12-04
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WO2009046293A1 (en) 2009-04-09
KR20100068432A (ko) 2010-06-23
EP2215176B1 (en) 2016-01-06
US20090101625A1 (en) 2009-04-23
CA2700408A1 (en) 2009-04-09

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