TWI827876B - 進行材料移除操作之組合物及方法 - Google Patents

進行材料移除操作之組合物及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI827876B
TWI827876B TW109129605A TW109129605A TWI827876B TW I827876 B TWI827876 B TW I827876B TW 109129605 A TW109129605 A TW 109129605A TW 109129605 A TW109129605 A TW 109129605A TW I827876 B TWI827876 B TW I827876B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
borate
composition
polishing
package
slurry
Prior art date
Application number
TW109129605A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202112989A (zh
Inventor
傅霖
傑森 夏爾拉克
隆 惠 比伊
道格拉斯 瓦爾德
Original Assignee
美商聖高拜陶器塑膠公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商聖高拜陶器塑膠公司 filed Critical 美商聖高拜陶器塑膠公司
Publication of TW202112989A publication Critical patent/TW202112989A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI827876B publication Critical patent/TWI827876B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00—Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10—Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/12—Borates
    • C01B35/127—Borates of heavy metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/02—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00—Compounds of manganese
    • C01G45/12—Manganates manganites or permanganates
    • C01G45/1207—Permanganates ([MnO]4-) or manganates ([MnO4]2-)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

一種適用於化學機械拋光基材的組成物，該組成物可包含磨料顆粒、一種多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑和溶劑。該組成物能以高材料去除率和非常光滑的表面精製度拋光基材。

Description

進行材料移除操作之組合物及方法
本發明涉及一種進行材料去除操作的組成物，特別是一種包括磨料顆粒、多價金屬硼酸鹽和氧化劑的漿料組成物，以及進行材料去除操作的方法。
研磨漿料具有多種應用，例如用於玻璃、陶瓷或金屬材料的拋光，通常被設計用於進行化學機械平坦化 (CMP) 製程。在典型的 CMP 製程中，以漿料針對待拋光基材進行相對運動，藉由與基材外表面的化學和機械相互作用，去除不需要的材料，有助於平坦化 (拋光) 製程。一直進行拋光直到獲得期望之具有低表面粗糙度的光滑外表面。需要開發一種具有高成本效益的研磨漿料，該研磨漿料具有高材料去除率，並能達成具有低表面粗糙度的拋光基材。
如本文中所使用之用語「包含/包括 (comprises/comprising/includes /including)」、「具有 (has/having)」或任何該等之其他變體，旨在涵蓋非排除性含括 (non-exclusive inclusion)。例如，包含一系列特徵之程序、方法、物件或裝置不一定僅限於該些特徵，而是可包括未明確列出的或此程序、方法、物件或裝置固有的其他特徵。
如本文中所使用，除非有相反地明確提及，否則「或 (or)」係指包含性的或 (inclusive-or) 而非排他性的或 (exclusive-or)。例如，條件 A 或 B 滿足下列任一者：A 為真 (或存在) 且 B 為假 (或不存在)、A 為假 (或不存在) 且 B 為真 (或存在)、以及 A 和 B 均為真 (或存在)。
又，「一 (a/an)」是用以描述本文中所述之元件和組件。這僅係為方便起見且為給出本發明範圍的一般含義。除非明確意指其他意涵，否則此描述應被理解為包括一者或至少一者，且單數亦包括複數。
本發明涉及一種適於進行材料去除操作的組成物。該組成物包含磨料顆粒、多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑和溶劑。令人驚訝地觀察到，本發明之組成物能以高材料去除率和期望之低表面粗糙度，對包括高硬度材料 (例如碳化矽或金剛石) 等各種材料進行拋光。
如本文所用之術語「multi-valent metal (多價金屬)」係涉及具有 +2 或更高氧化態的含金屬之陽離子。如本文所用之術語「multi-valent metal borate (多價金屬硼酸鹽)」旨在表示包括至少一種多價金屬陽離子的金屬硼酸鹽化合物或錯合物。應當理解，某些多價金屬硼酸鹽化合物僅包括一種類型的多價金屬陽離子。
為了計算組成物中的多價金屬硼酸鹽濃度，假設多價金屬離子和硼酸鹽離子之間形成有中性鹽，例如 FeBO3 、AlBO3 、或 Cu3 (BO3 )2 。
在一實施例中，多價金屬硼酸鹽可包括硼酸鐵 (III)、硼酸銅 (II)、硼酸鈷 (II)、硼酸鉍 (III)、硼酸鋁 (III)、硼酸鈰 (III)、硼酸鉻 (III)、硼酸釕 (III)、硼酸鈦 (III)、硼酸鉛 (II) 或其任何組合。在一特定實施例中，多價金屬硼酸鹽可以是硼酸鐵 (III)。如本文所用之術語「iron(III)borate (硼酸鐵 (III))」可與術語「iron borate (硼酸鐵)」、「Fe3+ -borate (Fe3+ 硼酸鹽)」或 FeBO3 互換使用。
在一實施例中，可將硼酸 (H3 BO3 ) 和多價金屬鹽 (例如，多價金屬硝酸鹽、氯化物或硫酸鹽) 溶解在溶劑中，添加並 (至少部分地) 溶解至少一種氧化劑，添加磨料顆粒以形成磨料顆粒分散物，並將分散物的 pH 值調節至所需之 pH 值，以製備成本發明之組成物。不受限於理論束縛，假設多價金屬離子和硼酸根陰離子之間形成有多價金屬硼酸鹽，其若與氧化劑結合，則可提高拋光效率。
在另一態樣中，可以將具有一價陽離子的硼酸鹽 (例如，硼酸鈉或硼酸鉀) 與多價金屬鹽 (例如，多價金屬硝酸鹽、氯化物或硫酸鹽) 一起溶解，形成多價金屬硼酸鹽。在另一態樣中，可以將多價金屬硼酸鹽直接加入並分散在溶劑中。
在一態樣中，基於組成物的總重量，多價金屬硼酸鹽的量可為至少 0.01 wt%、至少 0.025 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.5 wt%、至少 1 wt%、至少 2 wt% 或至少 3 wt%。在另一態樣中，基於組成物的總重量，多價金屬硼酸鹽的量可為不大於 50 wt%、不大於 40 wt%、不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 10 wt%、不大於 5 wt%、不大於 4 wt%、不大於 3 wt%、不大於 2 wt%、不大於 1 wt%、不大於 0.5 wt% 或不大於 0.1 wt%。基於組成物的總重量，多價金屬硼酸鹽的量可以是上述最小值和最大值之間的任何值，例如至少 0.025 wt% 且不大於 5 wt%、至少 0.05 wt% 且不大於 1 wt%、或至少 0.05 wt% 且不大於 0.2 wt%。
在一非限制性實施例中，組成物的總多價金屬離子與總硼之莫耳比可以在 1：20 至 20：1 (金屬:硼) 的範圍內，這意味著其可以具有過量的多價金屬離子或過量的硼酸根離子。在一實施例中，總多價金屬離子與總硼之莫耳比可為至少 1:18、至少 1:15、至少 1:12、至少 1:10、至少 1:9、至少 1:8、至少 1:7、至少 1:6、至少 1:5、至少 1:4、至少 1:3 或至少 1:2。在另一實施例中，總多價金屬離子與總硼之比率可為不大於 18:1、不大於 15:1、不大於 12:1、不大於 10:1、不大於 9:1、不大於 8:1、不大於 7:1、不大於 6:1、不大於 5:1、不大於 4:1、不大於 3:1、不大於 2:1 或不大於 1:1。
在一態樣中，總多價金屬離子與總硼之莫耳比可用於計算總多價金屬離子與總硼酸根離子之莫耳比，該莫耳比可在上述總多價金屬離子與總硼之莫耳比的相同比例範圍內。例如，在一非限制性實施例中，總多價金屬離子與總硼酸根離子之比率可以在 1:20 至 20:1 的範圍內。應理解的是，此種計算可能是基於組成物中的所有硼都是硼酸根離子形式所作的假設。
在一實施例中，本發明之組成物中包含的氧化劑可以是溶解在溶劑中並且具有適當氧化電位的化合物，該化合物可以單獨或與該化合物中包含的多價金屬硼酸鹽一起和基材表面進行化學反應。令人驚訝地觀察到，如果研磨漿料組成物中進一步包含多價金屬硼酸鹽，可以大幅提高氧化劑的效率。不受限於理論束縛，假設拋光過程中基材表面產生化學變化時，多價金屬硼酸鹽和氧化劑有協同作用。
在一態樣中，氧化劑可以具有至少 0.26 V、至少 0.4 V、至少 0.5 V、至少 1.0 V 或至少 1.5 V 的氧化電位。在另一態樣中，氧化電位可以不大於 2.8 V、不大於 2.5 V 或不大於 2.0 V。如本文所用之氧化電位是相對於標準氫電極在溫度 25℃、壓力 1 atm、濃度 1 mol/L 之待測化合物在水中所測量的值，該值以伏特 (V) 為單位。
氧化劑的非限制性實例可以是例如過氧化物、過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、鉻酸鹽、氧化錳或其任何組合。在一特定實施例中，氧化劑可以選自過錳酸鉀、過氧化氫、過氧二硫酸鉀或其任何組合。
基於組成物的總重量，組成物中氧化劑的量可為至少 0.01 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.05 wt%、至少 1.0 wt%、至少 1.5 wt%、至少 2 wt% 或至少 3 wt%。在另一態樣中，基於組成物的總重量，氧化劑的量可不大於 40 wt%，例如不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 10 wt%、不大於 7 wt%、不大於 5 wt%、不大於 3 wt%、不大於 2 wt%、不大於 1 wt% 或不大於 0.5 wt%。基於組成物的總重量，氧化劑的量可以是上述最小值和最大值之間的任何值，例如至少 0.01 wt% 且不大於 10 wt%，或至少 1 wt% 且不大於 5 wt%。
在一特定實施例中，本發明之組成物的溶劑可以是水，但不限於此。在其他態樣中，溶劑可以是水與一種或多種其他極性和/或非極性溶劑的混合物。
本發明之組成物中包含的磨料顆粒不限於特定的材料類型，並且可以包括例如氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽、金剛石、立方氮化硼、二氧化鈰、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鑭或其任何組合。在一特定態樣中，磨料顆粒可以選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化矽、金剛石或氧化鐵。在一特定態樣中，磨料顆粒可以是氧化鋁。在另一特定態樣中，磨料顆粒可以是氧化鋯。
磨料顆粒的平均粒徑 (D50) 可以為至少 10 nm、至少 25 nm、至少 50 nm、至少 80 nm、至少 100 nm、至少 130 nm、至少 150 nm、至少 180 nm、至少 200 nm 或至少 250 nm。在另一實施例中，平均粒徑可以不大於 50 微米，例如不大於 20 微米、不大於 10 微米、不大於 5 微米、不大於 1 微米、不大於 0.8 微米、不大於 0.5 微米或不大於 0.3 微米。磨料顆粒的平均粒徑可以是上述最小值和最大值之間的任何值，例如，至少 50 nm 且不大於 500 nm、至少 70 nm 且不大於 250 nm 或至少 80 nm 且不大於 200 nm。
在一實施例中，基於該組成物的總重量，組合物中包含之磨料顆粒的量可以為至少 0.01 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.5 wt%、至少 1 wt%、至少 2 wt%、至少 3 wt%、至少 4 wt% 或至少 5 wt%。在另一實施例中，磨料顆粒的量可不大於 50 wt%，例如，不大於 40 wt%、不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 15 wt%、不大於 10 wt%、不大於 8 wt% 或不大於 5 wt%。磨料顆粒的量可以是上述最小值和最大值之間的任何值。在一特定態樣中，磨料顆粒的量可為至少 0.1 wt% 且不大於 5 wt%。
在實施例中，組成物可進一步包含一種或多種任選的添加劑，例如表面活性劑、分散劑、螯合劑、pH 值緩衝劑、流變改性劑、耐腐蝕劑或其任何組合。
在某個實施例中，本發明之組成物實質上可以由磨料顆粒、硼酸鐵、過錳酸鹽和水組成。
組成物的 pH 值可以在至少 1 且不大於 9 的範圍內。在特定態樣中，pH 值可以為至少 1.3，例如至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9 或至少 2.0。在其他態樣中，組成物的 pH 值可以不大於 8.5，例如不大於 8、不大於 7、不大於 5、不大於 4、不大於 3.5、不大於大於 3.0、不大於 2.5 或不大於 2.3。組成物的 pH 值可以是上述最小值和最大值之間的任何值，例如至少 1 且不大於9、至少 1.5 且不大於 5 或至少 1.8 且不大於 2.5。
本發明進一步涉及一種拋光基材之方法。該方法可以包含：提供上述本發明之拋光組成物；使拋光組成物與基材直接接觸；和拋光基材表面。在一態樣中，可以用拋光墊拋光基材，其中拋光墊與基材彼此相對進行移動，且拋光組成物與基材和拋光墊接觸。
在一實施例中，拋光過程中拋光組成物的溫度可以為至少 40℃、至少 45℃、至少 50℃、至少 55℃、至少 60℃ 或至少 65°C。在另一實施例中，拋光過程中組成物的溫度可以不高於 90℃、不高於 85℃、不高於 80℃、不高於 75℃ 或不高於 70℃。拋光過程中組成物的溫度可以是上述最小值和最大值之間的任何值。
令人驚訝地發現，本發明之組成物可以適於作為化學機械拋光組成物，其對基材具有高拋光效率並能達成具有低表面粗糙度的拋光基材之光滑外表面。
在一實施例中，待拋光基材可包括陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石或聚合物。在一特定實施例中，基材可以是 III-V 族化合物，例如氮化鎵。在另一特定實施例中，基材可以是 IV-IV 族化合物，例如碳化矽。聚合物的非限制性實例可以是聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚烯烴、聚丙烯酰胺、聚酯、聚氨酯或其任何組合，例如光阻劑中使用的其共聚物或交聯聚合物。
在一特定態樣中，本發明之組成物和方法可以適於拋光碳化矽基材，其標準化去除率至少為 1.5，且表面粗糙度不大於 2.0 Å。如本文所用之標準化材料去除率是漿料之實際去除率與基準漿料之去除率的比率，其中基準漿料包含 1 wt% 之平均粒徑為 100 nm 的 α 氧化鋁顆粒、4 wt% 的 KMnO4 、95 wt% 的蒸餾水，並調節至與待測試之漿料相同的 pH 值。在一特定實施例中，拋光碳化矽基材的標準化材料去除率可以是至少 1.6、至少 1.7、至少 1.8、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2 或至少 2.3。在另一態樣中，拋光後之碳化矽基材的表面粗糙度可以不大於 1.9 Å、不大於 1.8 Å、不大於 1.7 Å、不大於 1.6 Å 或不大於 1.5 Å。
在另一實施例中，本發明涉及一種適於製備化學機械拋光用之組成物的套組，以及使用該套組拋光基材的方法。套組可包含第一包裝和第二包裝 (在本文中也稱為「雙包裝套組」)，其中第一包裝可包含多價金屬鹽，第二包裝可包含硼酸。令人驚訝地觀察到，與單一個包裝中包含所有成分的組成物相比，雙包裝套組製備之拋光組成物可以在更長的時間內具有所需之拋光效率。不受限於理論束縛，假設在進行拋光操作之前不久就地形成多價金屬硼酸鹽可能具有優勢。
在一態樣中，雙包裝套組的保存期限可以是至少 70 天，例如至少 80 天、至少 100 天、至少 150 天、至少 200 天或至少 365 天。如本文所用之套組的保存期限定義為雙包裝套組在室溫下儲存的天數，其中，相較於以保存期限一日之雙包裝套組製備的相應組成物來拋光碳化矽基材的拋光效率，以結合第一包裝和第二包裝之套組製備的組成物之拋光效率至少低減了 16%。
在組合第一包裝和第二包裝之後，該套組可以對應於如上所述之用於拋光基材的相同組成物，而具有相同的性質和特徵。在一態樣中，磨料顆粒可以包含在套組的第一包裝或第二包裝中。在又一態樣中，至少一種氧化劑可以包含在套組的第一包裝或第二包裝中。在一特定態樣中，磨料顆粒和至少一種氧化劑可以與硼酸和溶劑一起包含在第一包裝中，而第二包裝可以包含多價金屬鹽和溶劑。
如以下實例中進一步所說明，本發明提供了適於作為研磨漿料的組成物，其用於拋光基材，特別是用於化學機械拋光基材。
許多不同態樣及實施例係可行的。一些該等態樣及實施例已於本文中描述。在閱讀本說明書之後，熟習本技術者將理解該等態樣及實施例僅係說明性，且並不限制本發明的範圍。實施例可根據如下列實施例之任何一或多者。 實施例
實施例 1.一種組成物，其包含：磨料顆粒；多價金屬硼酸鹽；至少一種氧化劑；和溶劑。
實施例 2.根據實施例 1 所述的組成物，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵 (III)、硼酸銅 (II)、硼酸鈷 (II)、硼酸鉍 (III)、硼酸鋁 (III)、硼酸鈰 (III)、硼酸鉻 (III)、硼酸釕 (III)、硼酸鈦 (III)、硼酸鉛 (II) 或其任何組合。
實施例 3.根據實施例 2 所述的組成物，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵 (III)、硼酸銅 (II)、硼酸鈷 (II)、硼酸鉍 (III)、硼酸鋁 (III)、硼酸鈰 (III) 或其任何組合。
實施例 4.根據實施例 3 所述的組成物，其中該多價金屬硼酸鹽實質上由硼酸鐵 (III) 組成。
實施例 5.根據前述實施例中任一項該的組成物，其中該組成物的總多價金屬離子與總硼之莫耳比在 1:20 至 20:1 的範圍內。
實施例 6.根據實施例 5 所述的組成物，其中總多價金屬離子與總硼之莫耳比為至少 1:18、至少 1:15、至少 1:12、至少 1:10、至少 1:9、至少 1:8、至少 1:7、至少 1:6、至少 1:5、至少 1:4、至少 1:3 或至少 1:2。
實施例 7.根據實施例 5 所述的組成物，其中總多價金屬離子與總硼之莫耳比在不大於 18:1、不大於 15:1、不大於 12:1、不大於 10:1、不大於 9:1、不大於 8:1、不大於 7:1、不大於 6:1、不大於 5:1、不大於 4:1、不大於 3:1、不大於 2:1 或不大於 1:1 的範圍內。
實施例 8.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該至少一種氧化劑的氧化電位為至少 0.26 V、至少 0.4 V、至少 0.5 V、至少 1.0 V 或至少 1.5 V。
實施例 9.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該至少一種氧化劑的氧化電位不大於 2.8 V。
實施例 10.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該至少一種氧化劑包括過氧化物、過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、鉻酸鹽、氧化錳或其任何組合。
實施例 11.根據實施例 10 所述的組成物，其中氧化劑實質上由過錳酸鹽組成。
實施例 12.根據實施例 11 所述的組成物，其中過錳酸鹽是過錳酸鉀。
實施例 13.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，該多價金屬硼酸鹽的量為至少 0.01 wt%、至少 0.025 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.5 wt%、至少 1 wt%、至少 2 wt% 或至少 3 wt%。
實施例 14.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，多價金屬硼酸鹽的量為不大於 50 wt%、不大於 40 wt%、不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 10 wt%、不大於 5 wt%、不大於 4 wt%、不大於 3 wt%、不大於 2 wt%、不大於 1 wt%、不大於 0.5 wt% 或不大於 0.1 wt%。
實施例 15.根據實施例 13 或 14 所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，多價金屬硼酸鹽的量為至少 0.01 wt% 且不大於 5 wt%、至少 0.03 wt% 且不大於 1 wt% 或至少 0.05 wt% 且不大於 0.2 wt%。
實施例 16.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，至少一種氧化劑的量為至少 0.01 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.05 wt%、至少 1.0 wt%、至少 1.5 wt%、至少2 wt% 或至少 3 wt%。
實施例 17.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，至少一種氧化劑的量為不大於 40 wt%，例如不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 10 wt%、不大於 7 wt%、不大於 5 wt%、不大於 3 wt%、不大於 2 wt%、不大於 1 wt% 或不大於 0.5 wt%。
實施例 18.根據前述實施例 16 或 17 所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，至少一種氧化劑的量為至少 0.01 wt% 且不大於 10 wt%，或至少 1 wt% 且不大於 5 wt%。
實施例 19.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中溶劑包括水。
實施例 20.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒包括氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽、金剛石、立方氮化硼、二氧化鈰、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鑭或其任何組合。
實施例 21.根據實施例 20 所述的組成物，其中該磨料顆粒包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化矽、金剛石或氧化鐵。
實施例 22.根據實施例 21 所述的組成物，其中該磨料顆粒包括氧化鋯。
實施例 23.根據實施例 21 所述的組成物，其中該磨料顆粒包括氧化鋁。
實施例 24.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒的平均粒徑 (D50) 可以為至少 25 nm、至少 50 nm、至少 80 nm、至少 100 nm、至少 150 nm、至少 200 nm 或至少 250 nm。
實施例 25.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒的平均粒徑 (D50) 不大於 50 微米，例如不大於 20 微米、不大於 10 微米、不大於 5 微米、不大於 1 微米、不大於 0.8 微米、不大於 0.5 微米或不大於 0.3 微米。
實施例 26.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒的平均粒徑 (D50) 為至少 50 nm 且不大於 250 nm。
實施例 27.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中基於該組成物的總重量，該磨料顆粒的量為至少 0.01 wt%、至少 0.05 wt%、至少 0.1 wt%、至少 0.5 wt%、至少 1 wt%、至少 2 wt%、至少 3 wt%、至少 4 wt% 或至少 5 wt%。
實施例 28.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒的量不大於 50 wt%，例如不大於 40 wt%、不大於 30 wt%、不大於 20 wt%、不大於 15 wt%、不大於 10 wt%、不大於 8 wt% 或不大於 5 wt%。
實施例 29.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該磨料顆粒的量為至少 0.1 wt% 且不大於 5 wt%。
實施例 30.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該組成物的 pH 值為至少 1 且不大於 9、至少 1.5 且不大於 5 或至少 1.8 且不大於 2.5。
實施例 31.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中 pH 值為至少 1.3、至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4 或至少 2.5。
實施例 32.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中 pH 值不大於 4、不大於 3.8、不大於 3.5、不大於 3.2、不大於 3.0、不大於 2.8、不大於 2.5 或不大於 2.3。
實施例 33.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該組成物適於化學機械拋光基材。
實施例 34.根據實施例 33 所述的組成物，其中該基材包括陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石或聚合物。
實施例 35.根據實施例 34 所述的組成物，其中陶瓷材料包括 III-V 族化合物或 IV-IV 族化合物。
實施例 36.根據實施例 35 所述的組成物，其中陶瓷材料包括氮化鎵或碳化矽。
實施例 37.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該組成物進一步包含表面活性劑、分散劑、螯合劑、pH 值緩衝劑、流變改性劑、耐腐蝕劑或其任何組合。
實施例 38.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其實質上由磨料顆粒、硼酸鐵、過錳酸鹽和水組成。
實施例 39.根據前述實施例中任一項所述的組成物，其中該組成物適於拋光碳化矽基材，其標準化去除率至少為 1.5，且表面粗糙度不大於 2.0 Å。
實施例 40.根據實施例 39 所述的組成物，其中標準化去除率為至少 1.6、至少 1.7、至少 1.8、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2 或至少 2.3。
實施例 41.根據實施例 39 所述的組成物，其中拋光碳化矽基材之後的表面粗糙度不大於 1.9 Å、不大於 1.8 Å、不大於 1.7 Å、不大於 1.6 Å 或不大於 1.5 Å。
實施例 42.一種拋光基材之方法，其包含： 提供一種拋光組成物，其中所述拋光組成物包含磨料顆粒、多價金 屬硼酸鹽、至少一種氧化劑和水； 使拋光組成物與該基材接觸；和 拋光該基材。
實施例 43.根據實施例 42 所述的方法，其中該基材包括陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石、聚合物、III-V 族化合物或 IV-IV 族化合物。
實施例 44.根據實施例 43 所述的方法，其中該基材是碳化矽或氮化鎵。
實施例 45.根據實施例 42 所述的方法，進一步包含在拋光過程前將該拋光組成物的 pH 值調節到至少 1 且不大於 9。
實施例 46.根據實施例 45 所述的方法，其中將該 pH 值調節到至少 1 且不大於 5。
實施例 47.根據實施例 46 所述的方法，其中該 pH 值為至少 1.3、至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4 或至少 2.5。
實施例 48.根據實施例 46 所述的方法，其中該 pH 值不大於 4、不大於 3.8、不大於 3.5、不大於 3.2、不大於 3.0、不大於 2.8、、不大於 2.5 或不大於 2.3。
實施例 49.根據實施例 42-48 中任一項所述的方法，其中至少以 2.0 之標準化基材去除率進行拋光。
實施例 50.根據實施例 42-49 中任一項所述的方法，其中該基材在拋光之後的表面粗糙度不大於 2 Å。
實施例 51.根據實施例 42-50 中任一項所述的方法，其中該磨料顆粒包括氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽、金剛石、立方氮化硼、二氧化鈰、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鑭或其任何組合。
實施例 52.根據實施例 51 所述的方法，其中該磨料顆粒包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈰、二氧化矽、金剛石或氧化鐵。
實施例 53.根據實施例 42-52 中任一項所述的方法，其中該至少一種氧化劑的氧化電位為至少 0.26 V、至少 0.4 V、至少 0.5 V、至少 1.0 V 或至少 1.5 V。
實施例 54.根據實施例 42-53 中任一項所述的方法，其中該氧化劑的氧化電位不大於 2.8 V。
實施例 55.根據實施例 42-54 中任一項所述的方法，其中該至少一種氧化劑包括過氧化物、過硫酸鹽、過錳酸鹽、亞氯酸鹽、亞硝酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、氧化錳或其任何組合。
實施例 56.根據實施例 55 所述的方法，其中氧化劑實質上由過錳酸鹽組成。
實施例 57.根據實施例 56 所述的方法，其中過錳酸鹽是過錳酸鉀。
實施例 58.根據實施例 42-57 中任一項所述的方法，其中基於該組成物的總重量，該多價金屬硼酸鹽的量為至少 0.01 wt% 且 不大於 5 wt%、至少 0.05 wt% 且不大於 1 wt% 或至少 0.05 wt% 且不大於 0.3 wt%。
實施例 59.根據實施例 42-58 中任一項所述的方法，其中基於該組成物的總重量，該氧化劑的量為至少 0.01 wt% 且不大於 10 wt% 或至少 0.5 wt% 且不大於 5 wt%。
實施例 60.根據實施例 42-59 中任一項所述的方法，其中該溶劑包括水。
實施例 61.根據實施例 42-60 中任一項所述的方法，其中該組成物的 pH 值為至少 1 且不大於 9、至少 1.5 且不大於 5 或至少 1.8 且不大於 2.5。
實施例 62.根據實施例 42-61 中任一項所述的方法，其中該 pH 值為至少 1.3、至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4 或至少 2.5。
實施例 63.根據實施例 42-62 中任一項所述的方法，其中該 pH 值不大於 4、不大於 3.8、不大於 3.5、不大於 3.2、不大於 3.0、不大於 2.8、不大於 2.5 或不大於 2.3。
實施例 64.一種適於製備化學機械拋光用之組成物的套組，該套組包含第一包裝和第二包裝，其中該第一包裝包含多價金屬鹽，並且該第二包裝包含硼酸。
實施例 65.根據實施例 64 所述的套組，其中該套組適於在組合該第一包裝和該第二包裝之後就地形成多價金屬硼酸鹽。
實施例 66.根據實施例 64 或 65 所述的套組，其中第一包裝或第二包裝進一步包含磨料顆粒。
實施例 67.根據實施例 64-66 中任一項所述的套組，其中該第一包裝或第二包裝進一步包含至少一種氧化劑。
實施例 68.根據實施例 64 所述的套組，其中第二包裝進一步包含磨料顆粒和至少一種氧化劑。
實施例 69.根據實施例 64-67 中任一項所述的套組，其中該多價金屬鹽的多價金屬離子包括 Fe3+ 、Fe2+ 、Co2+ 、Ce3+ 、Bi3+ 、Al3+ 、Ru3+ 、Ti3+ 、Pb2+ 或其任何組合。
實施例 70.根據實施例 69 所述的套組，其中該多價金屬離子包括 Fe3+ 或 Cu2+ 。
實施例 71.根據實施例 70 所述的套組，其中該多價金屬離子實質上由 Fe3+ 組成。
實施例 72.根據實施例 64-71 中任一項所述的套組，其中該第一包裝實質上不含硼。
實施例 73.根據實施例 64-72 中任一項所述的套組，其中該多價金屬鹽的陰離子包括硝酸根、氯離子、溴離子、碘離子、硫酸根、磷酸根或其任何組合。
實施例 74.根據實施例 64-73 中任一項所述的套組，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、鉻酸鹽、過氧化物、氧化錳或其任何組合。
實施例 75.根據實施例 74 所述的套組，其中至少一種氧化劑包括過錳酸鹽。
實施例 76.根據實施例 75 所述的套組，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鉀。
實施例 77.根據實施例 66-76 中任一項所述的套組，其中該磨料顆粒包括氧化鋁顆粒、氧化鋯顆粒或其組合。
實施例 78.根據實施例 64-77 中任一項所述的套組，其中該套組的保存期限為至少 70 天，該保存期限對應天數，相較於以準備保存套組一日後的組成物之拋光效率，以結合第一包裝和第二包裝之套組製備的組成物之拋光效率至少低減了 16%。
實施例 79.根據實施例 78 所述的套組，其中該套組的保存期限為至少 80 天、至少 100 天、至少 150 天、至少 200 天或至少 365 天。
實施例 80.一種拋光基材之方法，其包含：製備一種拋光組成物，其中製備該拋光組成物包含將第一包裝和第二包裝結合，該第一包裝和第二包裝是套組的一部分，其中該第一包裝包含多價金屬鹽，並且該第二包裝包含硼酸；使拋光組成物與基材接觸；和拋光基材。
實施例 81.根據實施例 80 所述的方法，其中結合該第一包裝和該第二包裝包含就地形成多價金屬硼酸鹽。
實施例 82.根據實施例 80 或 81 所述的方法，其中製備拋光組成物與拋光基材在同一天進行。
實施例 83.根據實施例 80-82 中任一項所述的方法，其中該第一包裝或該第二包裝進一步包含磨料顆粒。
實施例 84.根據實施例 83 所述的方法，其中該磨料顆粒包括氧化鋁顆粒或氧化鋯顆粒。
實施例 85.根據實施例 80-84 中任一項所述的方法，其中該第一包裝或該第二包裝進一步包含至少一種氧化劑。
實施例 86.根據實施例 80 所述的方法，其中該第二包裝進一步包含磨料顆粒和至少一種氧化劑。
實施例 87.根據實施例 80-85 中任一項所述的方法，其中該多價金屬鹽的多價金屬離子包括 Fe3+ 、Fe2+ 、Co2+ 、Ce3+ 、Bi3+ 、Al3+ 、Ru3+ 、Ti3+ 、Pb2+ 或其任何組合。
實施例 88.根據實施例 87 所述的方法，其中該多價金屬離子包括 Fe3+ 或 Cu2+ 。
實施例 89.根據實施例 88 所述的方法，其中該多價金屬離子實質上由 Fe3+ 組成。
實施例 90.根據實施例 80-89 中任一項所述的方法，其中該第一包裝實質上不含硼。
實施例 91.根據實施例 80-90 中任一項所述的方法，其中該多價金屬鹽的陰離子包括硝酸根、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸根、硫酸根或其任何組合。
實施例 92.根據實施例 80-91 中任一項所述的方法，進一步包含實施例 46-63 中的任一項。 實例
下列非限制性實施例係說明本發明。 實例 1
將 2.5 g (6.19 mmol) 硝酸鐵 (III) 九水合物 (Fe(NO3 )3 9H2 O)、2.5 g (40.3 mmol) 硼酸 (H3 BO3 )、40.0 g (253.2 mmol) 過錳酸鉀 (KMnO4) 和 10 g 聖戈班 (Saint-Gobain) 之平均粒徑 (D50) 為 100 nm 的 α 氧化鋁顆粒，在攪拌下加入 945 ml 蒸餾水中，來製備水性研磨漿料組成物 (S1)。結合所有成分後，用 1N HNO3 將漿料的 pH 值調節至 2.1。根據所添加成分的莫耳量，總 Fe3+ 離子與總硼酸根離子 (BO3 3- ) 的莫耳比為 1:6.5。
此外，使用與製備漿料 S1 相同的方式製備漿料，但使用不同類型的多價金屬硝酸鹽，以形成以下多價金屬硼酸鹽：Al3+ -硼酸鹽 (漿料 S2)；Cu2+ -硼酸鹽 (漿料 S3)；Bi3+ -硼酸鹽 (漿料 S4)；Co2+ -硼酸鹽 (漿料 S5)；Ce3+ -硼酸鹽 (漿料 S6)；Ni2+ -硼酸鹽 (漿料 C7) 以及 Ag+ -硼酸鹽 (對比漿料 C3)。
使用 Strasbaugh 6EC 拋光工具來拋光碳化矽基材，藉以測試並比較漿料的拋光性能。碳化矽基材是直徑為 150 mm 的 4H 型圓形晶圓。
表 1 列出了測試漿料組成物和測試結果的摘要，例如標準化材料去除率和拋光後的表面粗糙度。 表 1：
料號 磨料顆粒 金屬離子 金屬離子 [mmol/kg] H3 BO3 [mmol/kg] KMnO4 mmol/kg pH 值 NMR 表面粗糙度 [Å]
S1 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 253.2 2.1 2.26 1.6
S2 氧化鋁 Al3+ 6.19 40.3 253.2 2.1 1.70 1.5
S3 氧化鋁 Cu2+ 6.19 40.3 253.2 2.1 1.72 1.6
S4 氧化鋁 Bi3+ 6.19 40.3 253.2 2.1 1.82 1.5
S5 氧化鋁 Co2+ 6.19 40.3 253.2 2.1 1.57 1.5
S6 氧化鋁 Ce3+ 6.19- 40.3 253.2 2.1 1.40 1.4
S7 氧化鋁 Ni2+ 6.19 40.3 253.2 2.1 0.98 1.4
C1 氧化鋁 Fe3+ 6.19 - 253.2 2.1 1.53 1.6
C2 氧化鋁 Fe3+ - 40.3- 253.2 2.1 1.33 1.5
C3 氧化鋁 Ag+ 6.19 40.3 253.2 2.1 1.06 1.5
表 1 中匯總的不同漿料組成物的拋光測試結果顯示，漿料 S1 獲得了最高的標準化去除率 (NMR)，該漿料包含氧化鋁顆粒、硼酸鐵、KMnO4 和水的組合。
可以進一步看出，使用其他多價金屬硼酸鹽，例如 Al3+ 硼酸鹽、Cu2+ 硼酸鹽、Bi3+ 硼酸鹽、Co2+ 硼酸鹽以及 Ce3+ 硼酸鹽，儘管其標準化材料去除率低於含硼酸鐵漿料 S1 的 NMR，但 NMR 仍比相應的基準漿料 (包含 1 wt% 氧化鋁、4 wt% KMnO4 、95 wt% 水、pH 值 2.1) 的去除率至少高 40%。
又如圖 1所示，對比漿料 C1 和 C2 證明，只有 Fe3+ -離子而沒有硼酸根離子 (對比漿料 C1)，以及只有硼酸根離子而沒有 Fe3+ -離子 (對比漿料 C2) 的情況，會導致 NMR 遠低於含硼酸鐵漿料 S1 的情況。不受限於理論束縛，這些比較證明，硼酸鐵與氧化劑的協同作用是產生高 NMR 的主要原因，而僅含氧化劑和硼酸的漿料 (C2) 或僅含氧化劑和 Fe3+ -離子之漿料 (C1) 的材料去除率要低得多。另外，樣品 S1 也有助於達到優異的表面精製度。
作為一價金屬硼酸鹽的實例，包含 Ag+ 硼酸鹽的對比漿料 (參見對比漿料 C3) 具有與基準漿料之去除率大約相同的 NMR，並且在拋光過程中的去除率方面沒有優勢，亦可參見圖 1。
標準化去除率 (NMR) 是以測試漿料之實際材料去除率與相應基準漿料去除率之間的比率來計算，在本文中也稱為基準去除率。使用標準漿料測量基準標準漿料去除率，該標準漿料包含聖戈班之平均粒徑為 100 nm 的 1 wt% α 氧化鋁顆粒、4 wt% KMnO4 和 95 wt% 蒸餾水，調節至 pH 值 = 2.1。在測量基準去除率時，使用與目標漿料相同的拋光條件。 實例 2
在實例 2 中，製備並測試了漿料組成物，其包含以聖戈班之的平均粒徑為 100 nm 的 1 wt% 氧化鋯作為磨料顆粒。除了改變磨料顆粒的類型之外，包含氧化鋯磨料顆粒之漿料 (S8) 包含與實例 1 之漿料 S1 相同的成分，並且使用與實例 1 之漿料 S1 相同的方式製備。
如表 2 中所總結，可以看出，包含氧化鋯顆粒、硼酸鐵和 KMnO4 之漿料 S8 的 NMR 比包含氧化鋁而非氧化鋯顆粒之漿料 S1 的 NMR 更高。
僅包含氧化鋯顆粒和氧化劑 KMnO4 的對比漿料組成物 C4 得到類似於包含氧化鋁顆粒之基準漿料的 NMR。
對比於不含多價金屬硼酸鹽之對比漿料的 NMR 0.97，漿料 S8 具有 2.61 的高 NMR，再次證明了硼酸鐵和氧化劑之結合對於拋光效率有令人驚訝的效果。實驗進一步證明，與存在硼酸鐵的影響相比，漿料中所含磨料顆粒的類型似乎對 NMR 影響較小。 表 2：
料號 磨料顆粒 金屬離子 金屬離子 [mmol/kg] H3 BO3 [mmol/kg] KMnO4 [mmol/kg] pH 值 標準化 去除率 (NMR) 表面粗糙度 [Å]
S8 氧化鋯 Fe3+ 6.19 40.3 253.2 2.1 2.61 1.3
S1 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 253.2 2.1 2.26 1.6
C4 氧化鋯 - - - 253.2 2.1 0.97 1.3
實例 3
在實例 3 中，就改變氧化鋁顆粒的量，以研究含硼酸鐵的漿料。
如下表 3 中所總結，將氧化鋁的量從 1 wt% (漿料S1) 加倍到 2 wt% (漿料 S9)，會使得加 NMR 增加 0.28。 表 3：
料號 磨料 顆粒 Me- 離子 Me- 離子 [mmol/kg] 硼酸鹽 [mmol/kg] 氧化劑 pH 值 標準化 去除率 (NMR) 表面粗糙度 [Å]
S1 1 wt% 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 KMnO4 2.1 2.26 1.6
S9 2 wt% 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 KMnO4 2.1 2.54 1.6
實例 4
在實例 4 中，將包含兩種氧化劑之漿料 (S10) 的 NMR 與僅包含一種氧化劑之漿料 S1 的 NMR 相比較。兩種漿料之間的唯一區別是附加的氧化劑。
如下表 4 中所示，除了添加作為第二氧化劑的 KMnO4 之外，還添加了 9.26 mmol/kg 的過氧二硫酸鉀 (K2 S2 O8 )，從而使得 NMR 稍微增加了 0.22。 表 4：
料號 磨料 顆粒 Me- 離子 Me- 離子 [mmol/kg] 硼酸鹽 [mmol/kg] 氧化劑 pH 值 標準化 去除率 (NMR) 表面粗糙度 [Å]
S1 1 wt% 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 KMnO4 2.1 2.26 1.6
S10 1 wt% 氧化鋁 Fe3+ 6.19 40.3 KMnO4 + K2 S2 O8 2.1 2.48 1.6
實例 5
比較了具有不同濃度之硼酸鐵和氧化劑 KMnO4 的漿料組成物，以研究其對碳化矽的 NMR 影響。所有 NMR 測試均以與實例 1 相同的方式進行，並且進一步包含相同的基準漿料 (1 wt% 的 α 氧化鋁顆粒、4 wt% KMnO4 、95 wt% 水和 pH 值為 2.1)。
表 5 中總結測得之漿料的 NMR 以及拋光後所獲得之碳化矽基材的表面粗糙度。
與實例 1 的漿料 S1 相比，漿料 S11 中硼酸鐵的量和氧化劑的量減少至一半，這導致 NMR 從 2.26 (樣品 S1) 降低至 1.75 (樣品 S11)。在該實驗中觀察到令人驚訝的是，大幅減少氧化劑的量 (從 4 wt% 降至 2 wt%)，卻僅讓 NMR 從 2.26 降低至 1.75，且最終表面粗糙度的變化非常小。這再次證明了硼酸鐵和氧化劑在拋光過程中具有協同作用，其中基準漿料中含有兩倍量的氧化劑 MKnO4 (4 wt%)，與基準漿料相比，僅 0.04 wt% 硼酸鐵 (3.4 mmol/kg FeBO3 ) 和約 2 wt% KMnO4 (126.6 mmol/kg) 的量能夠使去除率提高 75%。 表 5：
料號 磨料 顆粒 Fe3+ [mmol/kg] 硼酸鹽 [mmol/kg] Fe3+ / 硼酸鹽的比率 KMnO4 [mmol/kg] NMR 表面粗糙度 [Å]
S1 氧化鋁 6.19 (0.074 wt%) 40.3 1: 6.5 253.2/ (4 wt%) 2.26 1.6
S11 氧化鋁 3.40 (0.035 wt%) 22.2 1: 6.5 126.6 (2 wt%) 1.75 1.6
S12 氧化鋁 6.19 (0.074 wt%) 40.3 1: 6.5    63.3 (1 wt%) 1.24 2.2
S13 氧化鋁 0.619 (0.007 wt%) 4.03 1: 6.5 253.2 (4 wt%) 1.19 1.4
C5 氧化鋁 0.619 (0.0074 wt%) 4.03 1: 6.5 63.3 (1 wt%) 0.48 1.4
漿料 S12 的拋光結果證明，將 KMnO4 的量降低至漿料 S1 中使用量的四分之一 (從 4 wt% (S1) 降至 1 wt% (S11))，但硼酸鐵的量保持與 S1 中相同，會使得 NMR 從 2.26 大幅降低到 1.24，亦可參見圖2。該結果再次證明，除了硼酸鐵之外，氧化劑也對於漿料之材料去除效率起著重要作用，且硼酸鐵和氧化劑這兩種成分似乎有協同作用。該實施例顯示，如果氧化劑的量達到一定的最小量，則無法藉由增加硼酸鐵的量來補償。
如圖 2 進一步所示，將漿料 S13 中硼酸鐵的量降低至十分之一，並保持氧化劑的量與漿料 S1 中相同，也會使得 NMR 從 2.26 大幅降低至 1.19。這也證明需要硼酸鐵和氧化劑來提供協同作用。然而，值得注意的是，漿料樣品 S13 的 NMR 比基準漿料的 NMR 高，這證明，即使與基準漿料中所含濃度相同的 KMnO4 結合使用，濃度 0.0074 wt% (0.619 mmol/kg) 的硼酸鐵也可以改善拋光效率。
對比漿料 C5 中所使用之 KMnO4 的量比漿料 S1 中的低四倍，並且將硼酸鐵的量減少至漿料 S1 中的十分之一。在這種情況下，漿料的 NMR 較基準漿料之去除率計算出的 NMR 要差。
拋光測試說明： 使用 Strasbaugh 6EC 單面拋光工具，測試了本發明實例之所有拋光漿料對偏軸 4° 碳化矽晶圓之材料去除率的影響。
拋光在以下條件下進行：
壓板直徑 (英寸) 22.0
過程時間 (min) 10.0
下壓力 (psi) 9.0
壓板速度 (rpm) 103
機頭轉速 (rpm) 123
PV (下壓力·壓板速度) 533.9 lbs/in·s
PV (下壓力·壓板速度) 9554 kg/m·s
機頭轉速/壓板速度 1.19
流量 (ml/min) 48
流量/壓板面積 0.126 ml/in2 min
拋光墊 IC1000
拋光基材是直徑為 150 mm、厚度為 350 µm 的 4H 型碳化矽 (偏軸 4°) 晶圓。使用 Ohaus Explorer FX324 型精密秤測量減少的重量，以計算材料去除率。
使用 Zygo New View 8300+ 光學掃描輪廓儀測量表面粗糙度。
在測試每種漿料之前，測量以微米/小時為單位的基準去除率，並使用以下基礎漿料進行測量：將聖戈班公司的 1 wt% α 氧化鋁、4 wt% KMnO4 、95 wt% 蒸餾水調節至待測試之漿料的 pH 值 (除非另有說明，否則大多數漿料的 pH 值為 2.1)。測量基準去除率之後，測量以微米/小時為單位的所研究漿料之拋光效率。為了計算標準化去除率 (NMR)，將測試漿料的實際材料去除率 (MRR) 除以基準去除率 (BRR)。
表 6 顯示所有漿料組成物 S1 至 S13 以及對比漿料 C1 至 C5 的下述摘要 (使用 NMR = MMR/BRR)：所測量的實際材料去除率 (MRR)、在測試漿料組成物前測量的相應之基準去除率 (BRR) 和計算出的標準化去除率 (NMR)。 表 6：
料號 實際材料去除率 (MRR) [µm/hr] 基準材料去除率 (BRR) [µm/hr] 標準化材料去除率 [NMR]
S1 3.88 1.72 2.26
S2 3.64 2.14 1.70
S3 3.84 2.23 1.72
S4 4.05 2.23 1.82
S5 3.71 2.36 1.57
S6 3.12 2.23 1.40
S7 2.03 2.07 0.98
S8 5.81 2.23 2.61
S9 4.32 1.70 2.54
S10 4.22 1.70 2.48
S11 2.47 1.41 1.75
S12 2.91 2.34 1.24
S13 3.08 2.58 1.19
C1 2.77 1.81 1.53
C2 2.00 1.50 1.33
C3 2.52 2.37 1.06
C4 2.17 2.23 0.97
C5 0.75 1.56 0.48
實例 6
雙包裝套組。
準備了一個套組，其中包括兩個包裝。第一包裝包括 Fe(NO3 )3 和水。套組之第二包裝包括氧化鋁顆粒、KMnO4 、硼酸和水。調節每個包裝中成分的量，使得組合第一包裝和第二包裝後，不添加其他水亦不調節 pH 值，由該套組製備之拋光組成物 (樣品 S14) 即包含 4 wt% KMnO4 、1.25 wt% 硼酸、0.2 wt% 氧化鋁顆粒和 1.25 wt% Fe(NO)3 。所得拋光組成物的 pH 值為 2.1。
測試該套組在室溫下儲存不同天數後拋光碳化矽基材的拋光效率。將雙包裝套組儲存 20 天、40 天、50 天和 70 天後，以上述雙包裝套組製備流體組成物。在 70 天的時間範圍內，套組所製備之流體組成物的拋光效率 (材料去除率) 並無觀察到下降。
在前述說明書中，已經參考特定實施例描述了概念。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者將理解，可以進行各種修改和變化，而不脫離所附申請專利範圍中所闡述的本發明的範圍。因此，說明書和圖式被認為是說明性的而非限制性的，並且所有此般修改均落入本發明的範圍內。
無。
藉由參考附圖，可以更好地理解本發明，且其眾多特徵和優點對於本領域技術人員而言是顯而易見的。 圖 1 係根據一實施例中包括硼酸鐵 (III) 的拋光組成物之標準化材料去除(NMR)，和幾種對比組成物之 NMR 的示意圖。 圖 2 係根據實施例中改變氧化劑和硼酸鐵 (III) 的量之拋光組成物之 NMR 示意圖。

Claims (12)

  1. 一種拋光組成物，其包含：磨料顆粒；一種多價金屬硼酸鹽；至少一種氧化劑；和一種溶劑，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵(III)、硼酸銅(II)、硼酸鉍(III)或其任何組合，且該氧化劑包括基於該拋光組成物的總重量至少1wt%至不大於20wt%之過錳酸鹽。
  2. 如請求項1所述的拋光組成物，其中該多價金屬硼酸鹽實質上由硼酸鐵(III)組成。
  3. 如請求項1或請求項2所述的拋光組成物，其中，基於該組成物的總重量，該多價金屬硼酸鹽的量為至少0.01wt%且不大於10wt%。
  4. 如請求項1或請求項2所述的拋光組成物，其中，該磨料顆粒包括氧化鋁或氧化鋯。
  5. 如請求項1或請求項2所述的拋光組成物，其中，該磨料顆粒的量為至少0.1wt%且不大於10wt%。
  6. 如請求項1或請求項2所述的拋光組成物，其中，該組成物適於化學機械拋光基材。
  7. 如請求項6所述的拋光組成物，其中，該基材包括III-V族化合物或IV-IV族化合物。
  8. 一種拋光基材之方法，其包含：提供一種拋光組成物，其中該拋光組成物包含磨料顆粒、一種多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑和水；使拋光組成物與該基材接觸；和拋光該基材， 其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵(III)、硼酸銅(II)、硼酸鉍(III)、或其任何組合，且該氧化劑包括基於該拋光組成物的總重量至少1wt%至不大於20wt%之過錳酸鹽。
  9. 如請求項8所述的方法，其中，該基材包括金屬、金屬合金、聚合物、III-V族化合物或IV-IV族化合物以及陶瓷材料。
  10. 如請求項8或請求項9所述的方法，其中，將該pH值調節到至少1且不大於5。
  11. 一種適於製備如請求項1至7中任一項之拋光組成物的套組，該套組包含第一包裝和第二包裝，其中該第一包裝包含多價金屬鹽，其中該多價金屬鹽包含硝酸鹽、溴化物、碘化物、硫酸鹽、磷酸鹽或其任何組合，並且該第二包裝包含硼酸；且該第一包裝或該第二包裝包括該氧化劑。
  12. 如請求項11所述的套組，其中，該第一包裝或該第二包裝包括該磨料顆粒。
TW109129605A 2019-08-30 2020-08-28 進行材料移除操作之組合物及方法 TWI827876B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962894029P 2019-08-30 2019-08-30
US62/894,029 2019-08-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202112989A TW202112989A (zh) 2021-04-01
TWI827876B true TWI827876B (zh) 2024-01-01

Family

ID=74679466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109129605A TWI827876B (zh) 2019-08-30 2020-08-28 進行材料移除操作之組合物及方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US11499072B2 (zh)
EP (1) EP4022001A4 (zh)
JP (1) JP7368600B2 (zh)
KR (1) KR20220054356A (zh)
CN (1) CN114341286B (zh)
TW (1) TWI827876B (zh)
WO (1) WO2021041694A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202405102A (zh) * 2022-07-29 2024-02-01 美商聖高拜陶器塑膠公司 用於進行材料移除操作之組成物及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200736354A (en) * 2005-11-02 2007-10-01 Dupont Air Prod Nanomaterials Free radical-forming activator attached to solid and used to enhance CMP formulations
CN100425666C (zh) * 2001-10-24 2008-10-15 卡伯特微电子公司 含硼抛光系统及方法
TW201900837A (zh) * 2017-05-25 2019-01-01 美商聖高拜陶器塑膠公司 用於化學機械拋光陶瓷材料之氧化流體

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4049396A (en) 1973-05-01 1977-09-20 National Research Development Corporation Molded abrasive article comprising non-foamed, friable polyurethane and process
US5759917A (en) 1996-12-30 1998-06-02 Cabot Corporation Composition for oxide CMP
US6217416B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-17 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates
JP2000144109A (ja) 1998-11-10 2000-05-26 Okamoto Machine Tool Works Ltd 化学機械研磨用研磨剤スラリ−
EP1118647A1 (en) 2000-01-18 2001-07-25 Praxair S.T. Technology, Inc. Polishing slurry
JP2002020732A (ja) 2000-07-05 2002-01-23 Showa Denko Kk 研磨用組成物
US7323416B2 (en) 2001-03-14 2008-01-29 Applied Materials, Inc. Method and composition for polishing a substrate
US7077880B2 (en) * 2004-01-16 2006-07-18 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Surface modified colloidal abrasives, including stable bimetallic surface coated silica sols for chemical mechanical planarization
US7736405B2 (en) 2003-05-12 2010-06-15 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical mechanical polishing compositions for copper and associated materials and method of using same
WO2004104122A2 (en) * 2003-05-26 2004-12-02 Showa Denko K.K. Polishing composition for magnetic disks comprising a surface cleaning agent and polishing method
WO2005000984A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Showa Denko K.K. Polishing composition and method for polishing substrate using the composition
US20060118760A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Yang Andy C Slurry composition and methods for chemical mechanical polishing
CN101356628B (zh) 2005-08-05 2012-01-04 高级技术材料公司 用于对金属膜进行平坦化的高通量化学机械抛光组合物
US20070039926A1 (en) 2005-08-17 2007-02-22 Cabot Microelectronics Corporation Abrasive-free polishing system
US7678702B2 (en) * 2005-08-31 2010-03-16 Air Products And Chemicals, Inc. CMP composition of boron surface-modified abrasive and nitro-substituted sulfonic acid and method of use
US20070218692A1 (en) * 2006-01-31 2007-09-20 Nissan Chemical Industries, Ltd. Copper-based metal polishing compositions and polishing processes
TW200734448A (en) 2006-02-03 2007-09-16 Advanced Tech Materials Low pH post-CMP residue removal composition and method of use
US20080076688A1 (en) 2006-09-21 2008-03-27 Barnes Jeffrey A Copper passivating post-chemical mechanical polishing cleaning composition and method of use
US20090047787A1 (en) 2007-07-31 2009-02-19 Yuzhuo Li Slurry containing multi-oxidizer and nano-abrasives for tungsten CMP
US20090124173A1 (en) 2007-11-09 2009-05-14 Cabot Microelectronics Corporation Compositions and methods for ruthenium and tantalum barrier cmp
US8741008B2 (en) 2008-02-18 2014-06-03 Jsr Corporation Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method
JP5314329B2 (ja) 2008-06-12 2013-10-16 富士フイルム株式会社 研磨液
US9416338B2 (en) * 2010-10-13 2016-08-16 Advanced Technology Materials, Inc. Composition for and method of suppressing titanium nitride corrosion
TWI573864B (zh) 2012-03-14 2017-03-11 卡博特微電子公司 具有高移除率及低缺陷率之對氧化物及氮化物有選擇性之ｃｍｐ組成物
KR102642825B1 (ko) 2016-02-16 2024-02-29 씨엠씨 머티리얼즈 엘엘씨 Ⅲ-v 족 물질의 연마 방법
WO2017212971A1 (ja) 2016-06-08 2017-12-14 三井金属鉱業株式会社 研摩液及び研摩物の製造方法
US10329455B2 (en) * 2016-09-23 2019-06-25 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Chemical mechanical planarization slurry and method for forming same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100425666C (zh) * 2001-10-24 2008-10-15 卡伯特微电子公司 含硼抛光系统及方法
TW200736354A (en) * 2005-11-02 2007-10-01 Dupont Air Prod Nanomaterials Free radical-forming activator attached to solid and used to enhance CMP formulations
TW201900837A (zh) * 2017-05-25 2019-01-01 美商聖高拜陶器塑膠公司 用於化學機械拋光陶瓷材料之氧化流體

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022545105A (ja) 2022-10-25
EP4022001A4 (en) 2023-12-27
CN114341286A (zh) 2022-04-12
US11851586B2 (en) 2023-12-26
CN114341286B (zh) 2023-10-20
US20230116858A1 (en) 2023-04-13
EP4022001A1 (en) 2022-07-06
KR20220054356A (ko) 2022-05-02
US20210062042A1 (en) 2021-03-04
TW202112989A (zh) 2021-04-01
US11499072B2 (en) 2022-11-15
JP7368600B2 (ja) 2023-10-24
WO2021041694A1 (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6023125B2 (ja) 化学的機械的研磨スラリー組成物およびそれを使用した銅のための方法およびシリコン貫通ビア適用
EP3216839B1 (en) Polishing composition
JP5032214B2 (ja) 銅／タンタル基体に有用な化学的機械研磨スラリー
JP2002519471A5 (zh)
CN108473851B (zh) 研磨用组合物
KR102491258B1 (ko) 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법
TWI664280B (zh) 高溫cmp組成物及用於使用其之方法
TWI827876B (zh) 進行材料移除操作之組合物及方法
CN111868201B (zh) 研磨用组合物
TWI833986B (zh) 流體組成物及用於進行物質移除操作之方法
TW201739893A (zh) 研磨用組成物
WO2013147046A1 (ja) 研磨組成物
TW200521214A (en) Chemical mechanical polishing slurry composition and chemical mechanical polishing method for metal film