TWI558801B - 平滑鑽石表面及形成其之ｃｍｐ法 - Google Patents

平滑鑽石表面及形成其之ｃｍｐ法 Download PDF

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Description

平滑鑽石表面及形成其之CMP法
所揭示的實施例係關於化學機械拋光(CMP)鑽石表面以形成平滑鑽石表面及包括至少一個平滑鑽石表面層之電子裝置。
鑽石係碳的同素異形體，其中碳原子係以稱為鑽石晶格之面心立方晶體結構排列。可基於晶粒度將結晶鑽石分為超奈米晶鑽石(晶粒度小於10nm)、奈米晶鑽石(晶粒度介於10nm與250nm之間)、微晶鑽石(晶粒度為250nm至250微米)及單晶鑽石(晶粒度大於250微米)。鑽石可以薄膜(膜厚度小於20微米)、厚膜(膜厚度大於20微米至200微米)或塊狀材料(厚度大於200微米)之形式存在。鑽石膜及塊狀材料可與石墨sp2相共存。單晶鑽石膜可具有(100)、(110)、(111)或其他晶體取向。
鑽石因具有獨特的物理性質而適用於許多用途。值得注意的是其極高硬度及高熱導率(900至2,320W．m-1．K-1)，以及寬能帶隙及高光學色散。鑽石之熱導率顯著高於其他任何已知的材料，此使得鑽石薄膜基板成為應對以下應用所面臨之熱挑戰之理想選擇，包括：(1)電子裝置之小型化，(2)高亮度發光二極體(LED)，(3)雷射二極體及(4)高功率(例如，500W/mm2)/高頻率裝置，(5)高頻率裝置及(6)聲響裝置。非常適合鑽石層之應用包括MEMS(微電子機械結構)、NEMS(奈 米電子機械結構)及鑽石基功率電子裝置。鑽石亦可在化學機械拋光(CMP)加工中用於處理墊，或用作切割工具材料。
在諸如用於電子設備之應用中，為利用鑽石的獨特性質，希望具有超平滑鑽石表面，因為超平滑表面可減少摩擦、提高熱導率及改善整體相容性。該等應用通常取決於性質之組合。例如，使用鑽石作為用於電子封裝之基板係利用其針對高效熱消散之極高熱導率、針對優良電絕緣之極高電阻率及針對裝置環保性之低滲透率。
然而，儘管具有吸引力，但仍未實現超平滑鑽石表面。如此項技術中所知，沉積態低壓氣相鑽石膜極為粗糙，其典型平均表面粗糙度為至少4nm至數百微米，端看該膜之厚度及該膜之晶粒度而定。
傳統CMP法通常不適於拋光鑽石膜。此主要係因為鑽石具有極高硬度及化學惰性，此致使標準化學及顆粒型CMP對鑽石之移除速率極低或基本上為零。亦已揭示用於鑽石平坦化之非CMP法，其包括：(1)雷射拋光，(2)離子束拋光，(3)利用熔融鹽拋光，及(4)鑽石-鑽石磨蝕。此等方法既不具成本效益，亦不具有工業級可製造性。此外，此等方法無法將平均表面粗糙度降低至適於半導體裝置製造之水平，諸如<20nm均方根(rms)。此外，使用不含化學添加劑之鑽石顆粒可造成表面下損傷，其可導致其上之磊晶生長品質不佳及降低熱導率。
所揭示的實施例包括用於加工鑽石表面以提供平滑鑽石表面之化學機械拋光(CMP)法。本文將平滑鑽石表面定義為：(i)就平均晶粒度大於(>)0.5μm而言具有小於(<)15nm之均方根(rms)表面粗糙度；就平均晶粒度介於50nm與0.5μm之間而言具有小於(<)10nm之rms表面粗糙度；及就平均晶粒度小於(<)50nm而言具有小於(<)5nm之rms表面粗糙度；及(ii)具有小於(<)109/cm2之拋光損傷指數(PDI)。
平滑鑽石表面可位於厚度於10nm至200微米範圍內之鑽石膜/層 上，或位於厚度超過200微米之塊狀單晶鑽石材料上。如本文中所使用，若鑽石材料之厚度小於20微米，則其係呈薄膜形式，而若厚度介於20微米至200微米之間，則其係呈厚膜形式。
該鑽石表面亦可呈複合材料形式，例如位於金屬、陶瓷或聚合物基質上之尺寸>0.2微米的鑽石顆粒。在此情形下，該等鑽石顆粒可自基質表面凸出。此等系統可用作CMP加工之襯墊調節器。複合材料之另一實例包埋在金屬、陶瓷或聚合物中之鑽石顆粒混合物。實例包括(但不限於)鑽石-鈷、鑽石-碳化鎢(WC)及鑽石-碳化矽複合材料。該等鑽石顆粒可具有大於(>)0.2μm之平均尺寸。
在CMP期間，通常將呈膜形式、塊體形式或複合材料形式之鑽石表面壓在拋光墊上，並使漿液介於該鑽石表面與該拋光墊之間，同時相對於該鑽石表面旋轉或移動該拋光墊，以形成平滑鑽石表面。該拋光墊可包含金屬、陶瓷或柔軟聚合物(包括樹脂)，或此等材料之複合混合物。在一實施例中，該拋光墊可為軟布墊或粗紡墊，或者軟聚合物墊，其等各具有小於99之肖氏D硬度。
該漿液包含複數種漿液顆粒，其可包括比鑽石柔軟之顆粒，具有至少一個比鑽石柔軟之外表面(例如，經更柔軟表面塗覆之鑽石顆粒)，或該等顆粒可包含尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒。該漿液亦包含至少一種氧化劑及至少一種酸或鹼，其中該漿液具有3之pH或11之pH。
100‧‧‧方法
101‧‧‧步驟
102‧‧‧步驟
200‧‧‧物件
201‧‧‧基板
202‧‧‧鑽石層
203‧‧‧平滑鑽石表面
205‧‧‧覆蓋層
208‧‧‧電子裝置
圖1為根據一實例實施例之流程圖，其顯示對鑽石表面進行CMP以形成平滑鑽石表面之實例方法之步驟。
圖2為根據一實例實施例之物件之橫截面描繪圖，該物件包含基板、位於該基板上之具有平滑鑽石表面之鑽石層、及位於該平滑鑽石表面上之鑽石或半導體層。
參考該等附圖來描述所揭示的實施例，其中該等圖自始至終使用類似的參考數字指代類似或相同元素。該等圖並非依比例而繪製，且提供其等僅係為了說明所揭示的實施例。下文參考用於說明之實例應用描述若干態樣。應瞭解，闡述許多具體細節、關係及方法係為了完整地理解所揭示的實施例。然而，相關技術之一般技術人員將輕易認識到，可不藉助該等具體細節或藉助其他方法實施所揭示的實施例。在其他實例中，為避免模糊所揭示的實施例，未詳細顯示眾所周知的結構及操作。所揭示的實施例並不受到所示動作或事件次序之限制，因為有些動作可以不同次序出現及/或與其他動作或事件同時出現。此外，並不需要所有示出的動作或事件才能實施與所揭示實施例相符之方法。
所揭示的實施例包括用於拋光鑽石表面以形成平滑鑽石表面之CMP基方法/製程。實施例可用於自鑽石單晶基板或鑽石膜(包括超奈米晶鑽石(SNCD)(亦即平均晶粒度小於10nm)、奈米晶鑽石晶粒度(亦即，平均晶粒度為10至250nm)、微晶鑽石(亦即平均晶粒度為250nm至250微米)或單晶鑽石膜(晶粒度大於250微米)形成平滑鑽石表面。晶粒之結構可為無規則、結構化或具有單一取向之單晶。藉由所揭示的CMP拋光拋光之鑽石表面之典型平均初始(CMP前)均方根(rms)表面粗糙度為至少5nm至20nm至若干微米，其中與較小的晶粒度相比，較大的晶粒度起初稍微傾向於更粗糙。
待拋光的鑽石表面可呈厚度於10nm至200微米範圍內之層/膜形式，或厚度超過200微米之塊狀材料形式。若厚度小於18微米，則該鑽石表面係呈薄膜形式，或者若厚度介於20微米至200微米之間，則其係呈厚膜形式。單晶鑽石材料可呈包括(100)、(111)、(110)或其他晶體取向在內之取向。單晶材料起初可具有相對低的表面粗糙度，然 而，其可由於該材料之機械拋光而含有重大的最初內部表面下損傷。
該鑽石表面可呈複合材料形式，例如，位於金屬基質表面上之尺寸>0.2微米的顆粒。在此情形下，該等鑽石顆粒可自該表面凸出。此等系統可用作CMP製程之襯墊調節器。所揭示的複合材料之其他實例可包括包埋在金屬、陶瓷或聚合物中之鑽石顆粒混合物。實例包括(但不限於)鑽石-鈷、鑽石-碳化鎢(WC)、鑽石-碳化矽。
所揭示的實施例包括加工鑽石表面以提供平滑鑽石表面之CMP法。如上所述，該等鑽石表面可呈薄膜或厚膜、厚膜、多晶、單晶塊狀材料或複合材料之形式。以金屬、陶瓷或聚合物拋光墊擠壓該鑽石表面，使包含顆粒及氧化劑之漿液處於該鑽石表面與該拋光墊之間，同時相對於該鑽石表面旋轉該拋光墊以拋光該鑽石表面，反之亦然，或二者同時旋轉。該等漿液顆粒之至少外表面及該拋光墊均可比鑽石柔軟。然而，如上所述，該等顆粒亦可為尺寸平均小於(<)2μm之未經塗覆的鑽石顆粒。
所揭示方法所提供之出乎意料的結果是，CMP使用漿液顆粒(其中該等顆粒之至少外表面比鑽石表面柔軟)且具有高鑽石移除速率(例如，20nm/hr)，或該等顆粒係尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒。經塗覆的鑽石顆粒可與其他顆粒混合。非鑽石顆粒之實例包括氧化鋁、碳化矽、矽石、藍寶石、石英、其他氧化物及氮化物。
據信，以比鑽石柔軟之材料或藉由表面比鑽石柔軟之經塗覆的鑽石顆粒或藉由尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒拋光鑽石表面之出乎意料的能力係由於所揭示的拋光製程具有催化性質，在該製程中，氧化劑在CMP期間催化分解，以提供原位反應性物質。與使用類似鑽石顆粒相比，使用如本文所揭示的含有氧化劑及酸或鹼之經塗覆的鑽石顆粒漿液拋光鑽石表面之速率更高，此亦可歸因於氧化劑在CMP期間之催化分解。
圖1為根據一實例實施例之流程圖，其顯示化學機械拋光(CMP)鑽石表面以形成平滑鑽石表面之實例方法100之步驟。步驟101包括提供一種漿液，其包含複數種顆粒，其中該等顆粒中之至少外表面比鑽石表面柔軟，或該等顆粒係尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒；至少一種氧化劑；及至少一種酸或鹼。該漿液具有小於或等於()5或者大於或等於()11之pH。該pH通常為1.5至3或11至13。
該等漿液顆粒可具有500μm之平均粒度。該等漿液顆粒可包含氧化鋁、二氧化鈦或矽石顆粒。該等漿液顆粒可包含經塗覆的鑽石顆粒或比鑽石柔軟之顆粒，諸如矽石、氧化鋁、碳化硼(BC)、氮化硼(BN)或此等顆粒之混合物。
以含於甚至存在化學添加劑之漿液中之經塗覆的鑽石顆粒拋光可導致劃痕形式之表面損傷或在經鑽石拋光的表面下方導致表面下損傷。表面損傷可表現為劃痕及其他顯微結構缺陷(諸如位錯、疊層缺陷、表面凹坑)，其係由CMP製程本身造成。此等缺陷傾向於位於距離頂表面0.5微米至5微米處。因此，接近表面區域(至多5微米)中之缺陷密度由於拋光操作而高於整塊材料。消除此等缺陷表示要移除表面下損傷。此表面下損傷對大型粒狀(晶粒度>0.5微米至若干mm)多晶或單晶鑽石材料具有重要影響。為消除或實質上減少此等缺陷，漿液可包含比鑽石柔軟的顆粒或具有經較柔軟相材料(與鑽石相比)塗覆之外表面之鑽石顆粒。
為量化拋光損傷，本文中使用了拋光損傷指數(PDI)。PDI係由以下方程式加以定義：PDI=A-B (單位為#/cm2)，其中A=距離所拋光的鑽石表面「y」微米厚之頂部之缺陷(位錯、劃痕、凹坑、疊層缺陷等)之平均投影表面密度，且B係距離鑽石層表面「y」微米遠之平均投影表面缺陷密度。當鑽石厚度為3微米或 更大時，距離「y」導程通常為「2」微米，而當鑽石厚度小於3微米時通常為鑽石膜厚度之一半。因此，PDI值提供關於由拋光製程所產生之缺陷數量之資訊。此等缺陷可藉由以標準表面及表面下材料表徵技術評估測量，諸如但不限於光學顯微法、基於偏振的光學顯微法、子力顯微術(AFM)、掃描電子顯微術(SEM)、穿透式電子顯微法(TEM)及陰極(射線致)發光。該測量計算出各離散缺陷之數量。
藉由所揭示方法所提供的PDI值通常係低於109/cm2，諸如<105/cm2。PDI值低於106/cm2對應於與藉由習知鑽石拋光方法所提供之結果相比實質上減少表面及表面下損傷。在特定所揭示的拋光條件下，PDI值可低於103/cm2，包括低於102/cm2。
通常認為，所有材料均比鑽石柔軟。較柔軟材料之實例包括矽石、氧化鋁、氧化鋯、氮化矽、碳化矽、碳化硼、氮化硼或其他氮化物、碳化物及氧化物以及其混合物及化合物。漿液中顆粒之濃度可係0.01重量%至80重量%。非鑽石顆粒之尺寸可係2nm至500微米。如上所述，混合顆粒可包括與非鑽石顆粒混合之經塗覆的鑽石顆粒。該等顆粒可包含尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒。
就以如上所述之經塗覆的鑽石顆粒拋光鑽石膜及塊狀鑽石材料而言，該等鑽石顆粒可經不溶性化合物(不溶於漿液)、界面活性劑或其他添加劑塗覆。該等經塗覆的顆粒有助於減少表面下損傷，及因而降低PDI，且可改善該等顆粒在漿液中之分散性。在經塗覆的鑽石顆粒及其他比鑽石柔軟的顆粒之情形下，粒度可係2nm至500微米，顆粒濃度可係0.1重量%至80重量%。塗層厚度可係0.5nm至100微米。該等塗層可係連續或非連續。在非連續塗層之情形下，覆蓋面積通常大於1%，一般大於10%。
該氧化劑可包括過化合物(per-compound)，或包含氧化態至少為3之過渡金屬。過化合物係包含處於最高氧化態之元素之化合物。一 些過氧化劑化合物包括過渡金屬元素(諸如高錳酸鹽)及非過渡元素(諸如高氯酸鹽)。此外，該漿液可包含濃度小於3M之過渡金屬離子或螯合劑(諸如EDTA)、腐蝕抑制劑(諸如唑類)及胺。過渡金屬元素基氧化劑之實例包括(但不限於)鈰、錳、鉻、鈦、鐵、鈷、銅、鋅、鎳及釩。
過化合物氧化劑之實例包括過錳酸鉀(KMnO4)、過錳酸鈉(NaMnO4)、過氯酸鹽鉀(KClO4)、過碘酸鉀(KIO4)、過溴酸鉀(KBrO4)、過氧化鉀(K2O2)、過硼酸鉀(KBO3)、過鉻酸鉀(K3CrO8)、過氧二碳酸鉀(K2C2O6)、過氧二硫酸鉀(K2S2O8)、過錸酸鉀(KReO4)、過氧單硫酸氫鉀(KHSO5)、原過碘酸鉀(K5IO5)及過氧單硫酸鉀(K2SO5)。過錳酸鹽中錳之氧化態為+7，其係錳之最高氧化態。類似地，氯酸鹽中氯之氧化態為+7，其係氯的最高氧化態。過渡金屬或過氧化劑之氧化態可為至少+3或更高。+3或更高氧化態的過渡金屬之實例包括V3+、V4+、V5+、Ti3+、Ti4+、Cr3+、Cr6+、Mn3+、Mn4+、Mn7+、Fe3+、Ni3+、Co3+、Mo3+、Mo4+、Mo5+、Mo6+、Ru3+、Ru4+、Pd4+、Ta4+、Ta5+、W6+、Re4+、Re6+、Re7+、Au3+及Zr4+。亦可使用氧化劑混合物。氧化劑之濃度可自0.001重量%變化至該氧化劑在高溫(例如，70℃)下之最大溶解度。
視情況地，該漿液可包含鹽及/或界面活性劑或表面活性聚合物。該界面活性劑可係離子型或非離子型，而該表面活性聚合物通常具有超過500道耳頓之分子量。界面活性劑及聚合物可以各種方式協助達成所揭示的平滑鑽石表面。在一實施例中，藉由吸附於顆粒表面上，界面活性劑或聚合物減少拋光製程之摩擦，從而降低鑽石膜悲劇性層離之可能性。此外，藉由吸附於鑽石表面上，界面活性劑或聚合物可提升經拋光的鑽石表面之最終光滑度。最後，界面活性劑或聚合物可提升該等顆粒在漿液中之穩定性，從而得到更均勻的拋光製程。
所揭示的漿液中亦可添加各種界面活性劑。界面活性劑可為陽離子型、陰離子型、兩性離子型或非離子型。該等界面活性劑可單獨使用或以混合態使用。可用於本發明之一列界面活性劑係提供於M.J.Rosen所著書籍Surfactants and Interfacial Phenomena,John Wiley & Sons,1989,hereinafter Rosen中的以下頁碼中：3-32、52-54、70-80、122-132及398-401。界面活性劑之濃度可自其臨界膠束濃度(CMC)之0.001倍變化至其CMC之100倍。
該漿液亦可包含其他添加劑，包括鹽、殺生物劑、pH穩定劑及各種元素(包括鹼金屬及過渡金屬)之可溶性離子。例如，該鹽可包括KI、KBr、KCO3、KCl、NH4I或NH4Cl。該鹽之濃度可在0.001M至5M之範圍內。
步驟102包括以包含金屬、金屬陶瓷複合材料、金屬聚合物複合材料、含有鑽石顆粒的金屬之墊、軟布墊、粗紡墊或聚合物拋光墊擠壓鑽石表面，其間具有漿液，同時相對於該鑽石表面旋轉該墊，以形成平滑鑽石表面。該墊具有小於99之肖氏D硬度。
若鑽石膜之厚度小於20微米(薄鑽石膜)，例如18微米，薄鑽石膜在拋光製程期間自基板層離可能變得更為普遍。雖然在此情形下通常亦可為使用任何拋光墊，但使用肖氏D硬度不超過99(通常<90)之布墊、粗紡墊或樹脂墊或者軟聚合物墊可有助於減少層離。聚合物墊可包含聚胺基甲酸酯基化合物或其他交聯聚合物。該等墊亦可為此等材料之複合材料。為進一步減少薄鑽石膜之層離作用，可將界面活性劑添加至該漿液中，且可使用柔軟聚合物墊、粗紡墊或布墊，或者樹脂基拋光墊。此拋光墊可含有或不含顆粒(諸如鑽石顆粒)。
墊壓力可介於0.5psi至小於500psi之範圍內。在一些實施例中，所用拋光壓力係小於10psi(諸如1psi至8psi)。在處於該範圍下限之壓力下時，移除速率較低。該範圍上限下之移除速率較高，然而，鑽 石膜可在此等條件下層離。線速度可介於0.05m/sec至100m/sec之範圍內。在較低速度下，移除速率與該範圍上限(>1m/sec)相比要低。然而，在較高線速度下，該等膜可層離，或該墊會以高得多的速度磨損。因為聚合物墊天然具黏彈性，故低線速度亦可幫助墊順應基板上鑽石膜之曲面。拋光製程期間之旋轉速度可介於5rpm至5000rpm之範圍內。移除速率會隨著rpm升高而增加，然而在較高rpm下，墊將無法順應拋光彎曲表面，或其會以極快速度磨損。CMP通常係在70℃(諸如40℃)之溫度(例如，在20至30℃(室溫)之溫度範圍內)下進行。鑽石表面亦可在CMP期間曝露至於紅外至紫外波長範圍內之輻射。
如上所述，該拋光墊可為肖氏D硬度小於99(通常<90)之軟布墊或粗紡墊或者軟聚合物墊。視情況地，該墊可包含兩層或更多層，其中接觸鑽石基板表面之層之硬度比非接觸聚合物層之肖氏D硬度大至少10。該聚合物墊之厚度可為至少0.05mm至約20mm。
該拋光墊可包含金屬。在該實施例中，該金屬墊通常可包含努氏(Knoop)硬度介於50kg/mm2至1500kg/mm2範圍內之任何金屬。金屬墊之實例包括由錫、銅、鐵、鋼、黃銅等製成之金屬表面。陶瓷墊之實例包括氧化鋁、二氧化鈦、氧化鉻或碳化物、氮化矽及其他氮化物。視情況地，金屬墊、陶瓷墊或聚合物墊可含有硬度介於鑽石(努氏硬度10,000kg/mm2)至柔軟金屬或陶瓷顆粒(硬度大於100kg/mm2)之範圍內之顆粒。視情況地，樹脂黏合墊可在浸漬或不浸漬該等顆粒下使用。浸漬於拋光墊中之顆粒可有助於提升墊之磨損性質，且因而可加快漿液之移除速率。樹脂黏合墊可包含金屬或陶瓷粉末，諸如銅、錫、銻等。金屬墊可包含單相金屬或金屬合金，諸如黃銅、鑄鐵、錫、銅及合金或複合材料。
在一些實施例中，該拋光墊包含柔軟多孔聚合物。例如，該柔 軟聚合物拋光墊之材料可具有小於0.8g/cm3之密度或小於90肖氏D之硬度，諸如聚乙烯。軟聚合物墊之實例包括Cabot Microelectronics(Aurora,IL)提供之D100TM墊、Rodel,Inc(Phoenix,AZ)提供之SUBATM 4及IC1000TM墊。該SUBATM 4墊係經聚胺基甲酸酯浸漬的聚酯毛氈墊，且IC1000TM墊係穿孔聚胺基甲酸酯硬頂拋光墊。當拋光鑽石薄膜或厚膜及多晶或單晶塊狀鑽石材料或者複合鑽石材料時，可使用本文所定義的具有小於99之肖氏D硬度之軟墊(粗紡墊、布墊、樹脂墊或聚合物墊)、尺寸介於2nm至500微米之範圍內之鑽石顆粒或經塗覆的鑽石顆粒或者混合顆粒(鑽石顆粒及其他顆粒)。
如上所述，本文所揭示的CMP法可基於氧化劑之原位催化分解，其可提供提高鑽石移除速率之反應性物質。可藉由以下方法進一步改善催化作用：使用高於室溫之溫度(例如，35至90℃)、在CMP製程期間進行摩擦作用、存在過渡金屬之不溶性化合物及元素、以過渡金屬之不溶性元素或化合物塗覆漿液顆粒表面、存在不溶性過渡金屬離子、提高拋光期間之摩擦、在拋光期間由於氧化劑分解形成不溶性過渡金屬化合物、以過渡金屬氧化物或不溶性化合物塗覆拋光墊表面、或以輻射輸出可在紫外至紅外之波長範圍內變化之光學燈照射拋光製程。
可藉由可出現在拋光製程期間本身之局部升溫加速催化作用。在另一實施例中，可藉由提供外部熱源(諸如經加熱的漿液、利用燈加熱墊及拋光裝置或電阻式加熱源)提高溫度。亦可藉由在拋光製程期間存在可溶性離子(例如，過渡金屬離子錳、鋅、鉻、鐵、鈷、銅)、柔軟的不溶性表面組合物(例如，過渡金屬(Mn、Cu、Zn、Co、Fe、Ni)氧化物、氮化物、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽(例如，MnO2、MnCl3、TiO2、CuO)或過渡金屬(Fe、Mn、Zn、Co、Ag))加速催化作用。
若鑽石膜之厚度小於20微米(定義為鑽石薄膜)，例如15微米，則該膜自基板層離之問題可變得更為普遍。在此情形下，漿液中任何尺寸或任何硬度及組成及濃度的顆粒均可用於該漿液中。然而，在一實施例中，該漿液包含複數種非鑽石顆粒(硬度為100kg/mm2至1000kg/mm2，尺寸為2nm至500微米，濃度為0.01重量%至80重量%)及/或尺寸限制在小於2微米之鑽石顆粒、含有過化合物或過渡金屬元素之氧化劑、及使該漿液之pH小於3(諸如1.5至3)之酸。
預期生長於各種基板上之鑽石膜會導致該等基板產生明顯曲面。曲面係由於內生生長及可導致含鑽石膜的基板產生曲面之熱失配應力而出現。為確保含鑽石膜的基板在晶圓上進行均勻拋光，可使用肖氏D硬度小於99之聚合物墊或複合材料墊，且厚度介於1微米至10cm範圍內。由於先前或機械拋光鑽石拋光(hard diamond polishing)，故近表面區域(至多5微米)之缺陷密度高於整塊材料。部份減少或完全減少此等缺陷表示消除了表面下損傷。部份消除或完全消除劃痕及近表面區域之表面缺陷表示消除了表面下損傷。
圖2係物件200之橫截面示意圖，該物件200包含基板201、位於該基板201上之具有平滑鑽石表面203之鑽石層202及位於該平滑鑽石表面203上之包含鑽石或半導體之覆蓋層205。於該覆蓋層205中或該覆蓋層205上形成複數個電子裝置(例如，電晶體)208。基板201可包括含矽、鑽石、GaN、AlGaN或SiC之各種基板。當該覆蓋層205包含半導體時，該半導體可包括含矽、GaN、AlGaN、SiC或TiN之半導體。在一實施例中，該鑽石層202包含鈷-鑽石、鎳-鑽石或自含金屬或陶瓷(諸如鎳或碳化鎢)之基質突出之鑽石顆粒。在另一實施例中，該基板201包含單晶鑽石基板，其包括具有平滑鑽石表面203之鑽石層202。
該平滑鑽石表面203：(i)就平均晶粒度大於(>)0.5μm而言具有小 於(<)15nm之rms表面粗糙度；就平均晶粒度介於50nm與0.5μm之間而言具有小於(<)10nm之rms表面粗糙度；及就平均晶粒度小於(<)50nm而言具有小於(<)5nm之rms表面粗糙度；及(ii)具有小於(<)109/cm2之拋光損傷指數(PDI)。在其中平均晶粒度係大於(>)100nm之一實施例中，PDI係小於(<)106/cm2，且rms表面粗糙度係小於(<)1nm。
電子裝置208可受益於鑽石層202及覆蓋層205(當該覆蓋層205包含鑽石層時，其可提供熱傳遞功能，以在操作期間幫助驅散該等電子裝置208所產生之熱量)之高熱導率。在另一實施例中，該鑽石層202係圖案化層，其包含複數個鑽石島。
實例
藉由以下具體實例進一步說明所揭示的實施例，該等實例不應視作以任何方式限制所揭示實施例之範圍或內容。在所有實例中，所使用的溫度均為約25℃。
實例1：以包含i)液體(例如水)載劑及含過渡金屬過化合物過錳酸鉀之氧化劑之CMP漿液組合物拋光具有不同厚度之鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。過錳酸鉀氧化劑的濃度為0.4莫耳濃度，並使用粒度約為300nm之10%氧化鋁顆粒。包含硝酸(HNO3)以提供pH為2之漿液。用於拋光之拋光參數：壓力為10psi、墊線速度為1m/sec，且IC1000墊為由聚胺基甲酸酯組成之聚合物墊。
實例2：以包含i)液體(例如水)載劑及過化合物過錳酸鉀或過硫酸鉀氧化劑之CMP漿液組合物拋光具有不同微晶尺寸之鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.4莫耳/公升，並使用粒度為300nm之10%氧化鋁顆粒，或濃度為2%之0.25μm鑽石顆粒，或二者之混合物。使用硝酸將該漿液之pH調整為2。用於拋光之拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，及Cabot D100墊。拋光操作進行200分鐘。
實例3：以包含i)液體(例如水)載劑及過化合物過硫酸鉀氧化劑之CMP漿液組合物拋光1cm x 1cm的微晶鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.4莫耳濃度，且顆粒係2%之0.25微米鑽石顆粒。使用硝酸以提供2之pH。用於拋光之拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，在如下文所述之不同墊上進行。拋光操作進行60分鐘。
實例4：以包含i)液體(例如水)載劑及選自下表中所示的過化合物之氧化劑之CMP漿液組合物拋光1cm x 1cm的多晶鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。在該漿液中使用濃度為0.4莫耳/公升之不同氧化劑及2%的平均尺寸為¼μm之鑽石顆粒以進行拋光。使用硝酸將該漿液之pH改變為2。用於拋光之拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，在IC1000墊上進行。拋光操作進行60分鐘。
實例5：以包含i)液體(例如水)載劑及具有過化合物過硫酸鉀之氧化劑之CMP漿液組合物拋光1cm x 1cm的多晶鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.2莫耳/公升，並使用下表中所列的不同漿液顆粒。使用硝酸將該漿液之pH改變為2。用於拋光之拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，在IC1000墊上進行。拋光操作進行60分鐘。
實例6：以包含i)液體(例如水)載劑及具有過化合物過硫酸鹽之氧化劑之CMP漿液組合物接觸1cm x 1cm的多晶鑽石樣品。使用來自Buehler Ecomet 4及Automet 2拋光機之拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.2莫耳/公升，使用下表中所列的塗覆有過渡金屬氧化物(MnO2)之不同顆粒。所使用的拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，在IC1000墊上進行。拋光操作進行60分鐘。
實例7：以包含i)液體(例如水)載劑及具有過化合物過硫酸鉀之氧化劑之CMP漿液組合物拋光1cm x 1cm的多晶鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.2莫耳濃度，並使用1%的1微米鑽石顆粒及下表中所列的不同界面活性劑。所使用的拋光參數：壓力為10psi，墊線速度為1m/sec，並使用IC1000墊。拋光操作進行60分鐘。
實例8：以包含i)液體(例如水)載劑及具有過化合物過錳酸鹽之氧化劑之CMP漿液組合物拋光1cm x 1cm的多晶鑽石樣品。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.2 莫耳濃度，並使用1%的1/4微米鑽石顆粒。拋光壓力為5psi，且墊線速度為1m/sec，且實驗使用Cabot D100墊。以如下表中所示的不同漿液pH進行拋光操作60分鐘：
實例9：以包含i)液體(例如水)載劑及具有過化合物過硫酸鉀之氧化劑之CMP漿液組合物拋光自金屬板(直徑>4英寸)凸出的鑽石顆粒。使用Buehler Ecomet 4/Automet 2拋光機進行實驗。該氧化劑的濃度為0.2莫耳濃度，且使用1%的1/4微米鑽石漿液顆粒。拋光壓力為5psi，墊線速度為1m/sec，並使用Cabot D100墊。拋光操作進行60分鐘。該等自金屬板凸出的鑽石顆粒具有介於10微米與500微米之間之高度。該等鑽石顆粒之拋光速率為100nm/hr。
雖然上文已描述本發明之各種實施例，但應瞭解，其等僅係為舉例而呈現，並非限制。在不脫離所揭示實施例之精髓或範圍下，可按照本文揭示內容對所揭示實施例作出許多改變。因此，本發明實施例之寬度及範圍不應受到任何上文明確描述的實施例之限制。相反地，應按照以下申請專利範圍及其等效物界定本發明範圍。
雖然已就一或多個實施項闡述本發明實施例，但其他熟悉此項技術者在閱讀並理解本說明書及附圖後將想到等效變更及修飾。此外，雖然可能已僅就若干實施項中之一者揭示一特定特徵，但該特徵可視需要及在對任何給定或特定應用有利之情形下與其他實施項之一或多個其他特徵組合。
本文所使用的術語旨在描述特定實施例，而非意欲限制本發明 實施例。如本文中所使用，除非上下文另有明確指示，否則單數形式「一」及「該」亦意欲包括複數形式。此外，就在詳細描述及/或申請專利範圍中使用術語「包括」、「具有」或其變體而言，此等術語意欲以類似於術語「包含」之方式具有包容性。
除非另有定義，否則本文所使用的所有術語(包括技術及科學術語)具有與本發明實施例所屬技術之一般技術者通常所理解的含義相同之含義。另外，應瞭解，術語(諸如彼等在常用字典中所定義的術語)應被理解為具有與其在相關技術背景中一致之含義，而不應理解為理想化或過度正式的意義，除非本文明確作出如此定義。
100‧‧‧方法
101‧‧‧步驟
102‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種化學機械拋光(CMP)鑽石表面之方法，其包括：提供一種漿液，其包含複數種顆粒、至少一種氧化劑及至少一種酸或鹼，其中該漿液具有小於或等於()3之pH或大於(>)11之pH，其中該複數種顆粒之至少外表面比該鑽石表面柔軟，或該複數種顆粒係尺寸平均小於(<)2μm之鑽石顆粒；以肖氏D硬度(Shore D Hardness)小於(<)99之墊擠壓該鑽石表面，其間具有該漿液，同時相對於該鑽石表面旋轉該墊，以形成均方根(rms)表面粗糙度小於15nm之平滑鑽石表面。
  2. 如請求項1之方法，其中該墊包含該肖氏D硬度係小於(<)90之軟布、金屬粗紡墊或聚合物拋光墊。
  3. 如請求項1之方法，其中該複數種顆粒包含氧化鋁、二氧化鈦或矽石。
  4. 如請求項1之方法，其中該氧化劑包含過渡金屬化合物或過化合物(per compound)。
  5. 如請求項4之方法，其中該氧化劑包含KMnO4或K2S2O8化合物。
  6. 如請求項1之方法，其中該鑽石表面係鈷-鑽石或鎳-鑽石之複合材料或自基質凸出之鑽石顆粒。
  7. 如請求項1之方法，其中用於該擠壓之拋光壓力係小於10psi。
  8. 如請求項1之方法，其中該漿液包含至少一種界面活性劑。
  9. 一種化學機械拋光(CMP)鑽石表面之方法，其包括：提供一種漿液，其包含：複數種顆粒，其中該複數種顆粒之至少外表面比該鑽石表面柔軟；至少一種氧化劑，其包含過渡金屬化合物或過化合物；及至少一種酸，其中該漿液具有小於 或等於()3之pH；以肖氏D硬度小於(<)99之軟布或者金屬粗紡墊或聚合物拋光墊擠壓該鑽石表面，其間具有該漿液，同時相對於該鑽石表面旋轉該拋光墊，以形成均方根(rms)表面粗糙度小於(<)10nm之平滑鑽石表面。
  10. 如請求項9之方法，其中用於該擠壓之拋光壓力係小於10psi。
  11. 如請求項9之方法，其中該漿液包含至少一種界面活性劑。
  12. 如請求項9之方法，其中該rms表面粗糙度係小於(<)1nm。
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