專利名稱：具有非牛頓流體行為的組合物及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有非牛頓流體行為的組合物及其應(yīng)用，特別是涉及一種觸變性流體的組合物及其作為研磨液的應(yīng)用。
隨著IC工藝過程的開發(fā)，化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)技術(shù)日漸被廣泛地運(yùn)用在線寬0.35微米以下的工藝過程。而在化學(xué)機(jī)械研磨過程中，研磨液的懸浮性對于研磨液的實(shí)用性具有關(guān)鍵的影響；亦即，研磨液中粉體的分散程度關(guān)系著研磨液的懸浮性或其適用期(Shelf life)。但是由于研磨液中使用Al2O3等研磨物質(zhì)，由于重力關(guān)系，要其穩(wěn)定地懸浮在液體中極為困難。
美國專利No.5,527,423(Cabot)以添加界面活性劑來改善研磨液的分散、懸浮性質(zhì)，其中提到添加界面活性劑的種類如陰離子型、陽離子型、非離子型及兩性界面活性劑，其所包含的分散劑如聚烷基硅氧烷，聚芳基硅氧烷，聚氧亞烷基醚等。然而此種方法所能得到的改善非常有限，而且界面活性劑的添加除了于工藝過程中會產(chǎn)生泡沫外，更重要的是有時界面活性劑應(yīng)用于高純度的IC工藝過程中本身即被視為是一種污染物。
鑒于上述公知技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有非牛頓流體行為的組合物。本發(fā)明的另一目的在于提供此組合物的應(yīng)用，此種組合物具有觸變性，適合用作IC工藝過程中化學(xué)機(jī)械研磨法的研磨液，不使用界面活性劑，不產(chǎn)生泡沫且適用期極長。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)添加適當(dāng)?shù)乃嵝晕镔|(zhì)可使AlOOH水合物產(chǎn)生觸變行為。漿體在靜止?fàn)顟B(tài)下內(nèi)部顆粒之間會產(chǎn)生引力，而當(dāng)有切率作用時，顆粒間的引力會被降服，若此被降服的引力并不會在切率減小時馬上恢復(fù)，使得在切率增加時的漿體剪應(yīng)變大于切率較小時的剪應(yīng)變，則此種漿體稱為觸變性流體。觸變性流體由于在靜止?fàn)顟B(tài)下顆粒之間存在著相互牽制的力量，因此在靜止時漿體中的顆粒因顆粒間的相互牽制而穩(wěn)定懸浮，而當(dāng)漿體受到切率開始流動后，由于顆粒間的引力被流動時所產(chǎn)生的剪應(yīng)力降服，而此被降服的引力并不會立即恢復(fù)，所以漿體在流動時的粘度變小，適合作為研磨液應(yīng)用。
亦即，本發(fā)明的組合物包括按重量計，100重量份的水，0.5-20份的AlOOH水合物，1-50份的三氧化二鋁以及0.1-20份的酸性溶液。
本發(fā)明的研磨組合物可作為研磨液應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的光整加工，精密玻璃的加工，金屬薄膜的加工及精密陶瓷的加工中。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。


圖1為實(shí)施例1之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；圖2為實(shí)施例2之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；圖3為實(shí)施例3之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；圖4為實(shí)施例4之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；圖5為實(shí)施例5之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；圖6為實(shí)施例6之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖；及圖7為實(shí)施例7之研磨組合物的剪應(yīng)力-切率圖。
依照本發(fā)明，AlOOH水合物包括勃姆石(Boehmite)，鋁的氫氧化物或假勃姆石(Boehmite)，而且由于AlOOH水合物的化學(xué)組成與Al2O3相當(dāng)，添加AlOOH水合物不會造成研磨液的污染。
另外，由于本發(fā)明是借調(diào)節(jié)研磨液流變行為來穩(wěn)定漿體的懸浮性質(zhì)，因而凡以氣相法或液相法所合成的α、θ、δ及γ相的Al2O3或其混合物均可在有機(jī)酸或無機(jī)酸的環(huán)境下分散。另外，不論是球形、棒形或不規(guī)則形狀之Al2O3粉體均適合用于作為本發(fā)明的漿體的成份。另外，依照本發(fā)明，最好所使用的Al2O3粉體具有5米2/克-350米2/克的比表面積且具有小于0.5微米的一次粒徑。
依照本發(fā)明，所使用的酸性溶液可為無機(jī)酸或有機(jī)酸溶液，例如，硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸及其混合酸的水溶液。依照本發(fā)明，所制得的研磨液的pH值最好在0.5-4之間。
本發(fā)明之研磨組合物作為研磨液，其固含量范圍為2-10wt％，適用期可達(dá)8個月以上。應(yīng)用在鋁金屬上作CMP研磨時，研磨速率可達(dá)4000A°/min，而不均勻度在5％以下。
另外，本發(fā)明之研磨組合物作為研磨液不但可適用于0.35微米以下的半導(dǎo)體制造過程中的化學(xué)機(jī)械研磨，亦可適用金屬薄膜加工、精密玻璃加工及精密陶瓷加工上。
實(shí)施例1AlOOH水合物60克加入2000毫升去離子水中，加入HNO31.9wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O3256克，所得漿體調(diào)整pH值至3.5，其觸變行為如圖1所示，所得漿體懸浮性佳。
由圖中可知，當(dāng)切率(shear rate)逐漸增加時，其剪應(yīng)力(shearstress)會增加，而當(dāng)切率逐漸減少時，剪應(yīng)力減少的曲線與原來切率增加的曲線不一樣，剪應(yīng)力較小，故本實(shí)施例的漿體具有觸變性流體行為。
實(shí)施例2AlOOH水合物80克加入2000毫升去離子水中，加入HNO31wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O3120克，所得漿體調(diào)整pH值至3.5，其觸變行為如圖2所示，所得漿體懸浮性佳。
實(shí)施例3AlOOH水合物50克加入2000毫升去離子水中，加入HNO31wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O3100克，所得漿體調(diào)整pH值至3.5，其觸變行為如圖3所示，所得漿體懸浮性佳。
實(shí)施例4AlOOH水合物30克加入2000毫升去離子水中，加入H3PO41.25wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O390克，所得漿體調(diào)整pH值至4，其觸變行為如圖4所示，所得漿體懸浮性佳。
實(shí)施例5AlOOH水合物25克加入2000毫升去離子水中，加入H3PO41wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?A2O330克，所得漿體調(diào)整pH值至3，其觸變行為如圖5所示，所得漿體懸浮性佳。
實(shí)施例6AlOOH水合物60克加入2000毫升去離子水中，加入H2SO40.5wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O3140克，所得漿體調(diào)整pH值至3.5，其觸變行為如圖6所示，所得漿體懸浮性佳。
實(shí)施例7AlOOH水合物50克加入2000毫升去離水中，加入HNO31wt％，充分?jǐn)嚢韬蠹尤毽?Al2O3100克，所得漿體調(diào)整pH值至3.5，其觸變行為如圖7所示，所得漿體懸浮性佳。
權(quán)利要求
1．一種研磨組合物，包括以重量計，100份的水；0.5-20份的AlOOH水合物；1-50份的三氧化二鋁；以及1-20份的酸性溶液。
2．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中三氧化二鋁選自α相三氧化二鋁，θ相三氧化二鋁，δ相三氧化二鋁，γ相三氧化二鋁及其二種或多種混合物。
3．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中三氧化二鋁為具有比表面積從5米2/克-350米2/克且一次粒徑小于0.5微米的粉體。
4．如權(quán)利要求3所述的研磨組合物，其特征在于其中三氧化二鋁粉體為球型。
5．如權(quán)利要求3所述的研磨組合物，其特征在于中三氧化二鋁粉體為棒型。
6．如權(quán)利要求3所述的研磨組合物，其特征在于其中三氧化二鋁粉體為不規(guī)則形狀。
7．如權(quán)利要求3所述的研磨組合物，其特征在于其中三氧化二鋁粉體為球型、棒型、不規(guī)則型的任二種或以上的混合物。
8．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中酸性溶液選自硝酸，鹽酸，醋酸，硫酸，磷酸及其二種或多種混合酸。
9．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其具有0.5-4的pH值。
10．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其包括以重量計1-7份的AlOOH水合物。
11．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其包括以重量計1-20份的三氧化二鋁。
12．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其包括以重量計1-5重量份之酸性溶液。
13．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中AlOOH水合物為勃姆石(Boehmite)。
14．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中AlOOH水合物為鋁的氫氧化物。
15．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中AlOOH水合物為假勃姆石(Boehmite)。
16．如權(quán)利要求1所述的研磨組合物，其特征在于其中AlOOH水合物為勃姆石(Boehmite)，鋁的氫氧化物及假勃姆石(Boehmite)中任二者或以上的混合物。
17．一種權(quán)利要求1所述的研磨組合物作為研磨液在半導(dǎo)體元件光整加工中的應(yīng)用。
18．一種權(quán)利要求1所述的研磨組合物作為研磨液在精密玻璃加工中的應(yīng)用。
19．一種權(quán)利要求1所述研磨組合物作為研磨液在金屬薄膜加工中的應(yīng)用。
20．一種權(quán)利要求1所述研磨組合物作為研磨液在精密陶瓷加工中的應(yīng)用。
全文摘要
一種具有非牛頓流體行為的組合物,該組合物包括:以重量計,100份水,0.5—20份A100H水合物,1—50份三氧化二鋁及0.1—20份酸性溶液。該組合物為一種觸變性流體。由于在靜止?fàn)顟B(tài)下顆粒之間存在著相互牽制的力量,使得在靜止時漿體中的顆粒能穩(wěn)定懸浮,而當(dāng)漿體受到切率開始流動后,由于顆粒間的引力被流動時所產(chǎn)生的剪應(yīng)力降服,而此被降服的引力并不會立即恢復(fù),所以漿體在流動時粘度變小,適合作為研磨液應(yīng)用。
文檔編號C09K3/14GK1236000SQ98102158
公開日1999年11月24日 申請日期1998年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月19日
發(fā)明者蔡明雄, 陳麗梅, 葉宇欽, 謝秋枝, 陳盈淙 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院, 長春石油化學(xué)股份有限公司, 中國鋼鐵股份有限公司, 聯(lián)成石油化學(xué)股份有限公司, 真茂企業(yè)股份有限公司, 中國石油化學(xué)工業(yè)開發(fā)股份有限公司, 華宏新技股份有限公司, 長興化學(xué)工業(yè)股份有限公司, 中國石油股份有限公司