一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫制造技术

本发明专利技术涉及一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫,由如下方法制备：将两种以上的环氧烷烃共聚得到多元醇，所得多元醇和多元异氰酸酯反应形成预聚体，向该预聚体中加入端基与基底材料反应的中空微球，混合均匀后，再加入扩链剂混合均匀，注入模具中，进行聚合反应，脱模后得到微球和基底材料通过化学键结合的抛光层，并加工出沟槽结构，再在抛光层背面使用粘合剂粘贴上缓冲层，得抛光垫。本化学机械抛光垫用于半导体器件加工时，可以很好地平衡去除效率和抛光缺陷性能，且在长时间使用后仍可以保持良好且稳定的抛光效果。

A chemical mechanical polishing pad for planarization of surfaces of semiconductors, optical materials, and magnetic materials

The invention relates to a semiconductor, optical and magnetic materials surface planarization chemical mechanical polishing pad by the preparation method is as follows: the epoxides copolymerization of over two are polyols, the resultant polyol and multiple reaction of isocyanate prepolymer to form hollow microspheres, the prepolymer is added in the terminal and the base the reaction materials, mixing, adding chain extender mixing, injection mold, polymerization, demoulding after polishing layer and substrate material of microspheres by chemical combination, and processing of the groove structure in the polishing layer using an adhesive paste on the back buffer layer to the polishing pad. When used in semiconductor devices, the chemical mechanical polishing pad can well balance the removal efficiency and the polishing defect performance, and can maintain a good and stable polishing effect after a long period of use.

【技术实现步骤摘要】
一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫
本专利技术涉及一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫,属于化学材料领域。
技术介绍
化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing，简称CMP)是同时利用化学作用和机械作用对物体表面进行平坦化处理的技术，由于其具备全局平坦化特征，尤其适用于半导体集成电路加工过程中的表面平坦化处理。CMP技术最早由IBM公司应用于半导体器件制造，抛光垫和抛光液是该过程中使用的两个关键耗材。在集成电路制造过程中，不平坦的表面一部分来自于二氧化硅或氮化硅薄膜沉积在预先图形化的硅晶片表面。在硅晶片的多层结构中，介电薄膜沉积在每一层上用于隔离金属线，介电材料保持和金属线一致的布局结构，从而导致了表面的不平坦化。CMP使得晶片表面变得平坦化，从而保证了器件具有合适的功能。在先进制程中，层间互连越来越多，不平坦表面大幅增加，对平坦化的要求也会更高。另外，CMP在铜互连工艺中显得尤其重要，铜很难简单地被腐蚀，目前主流的铜布线采取大马士革工艺，铜沉积在空白氧化层上腐蚀出的沟槽处，然后抛光除去多余的铜。CMP能应用于各种不同类型的结构，包括裸硅片，浅沟槽隔离结构，多晶硅电容结构，金属线，层间介电层(ILD)等。CMP技术大幅提高了先进半导体器件如存储器、微处理器和专用集成电路等的产品合格率，是目前先进半导体制造过程中不可缺少的关键技术。聚氨酯被认为是目前制造抛光层的最佳材料，其具有大幅可调的硬度和模量范围，适用于半导体制造中各个关键环节的平坦化处理，可以通过异氰酸酯、多元醇、扩链剂、成孔剂的种类的选择、比例的调整来获得目标性能，已可以应用于14nm先进制程半导体器件的制造。其制造的详细描述可以参见例如，US专利8557005、9481070号，US申请公开专利14/017998、14/761297和14/365023号，CN专利2014100259571号，CN申请公开专利201010199875和2016103919661号。在抛光过程中需要解决的核心问题之一是在抛光去除效率和晶片缺陷之间找到一个平衡，即尽量提高去除效率以提高加工效率的同时尽量减少物理摩擦和化学腐蚀造成的半导体器件的损伤和缺陷，另一个关键问题是抛光性能的稳定性，在抛光过程中虽然修整盘在持续对抛光层表面进行修整，然而在长时间使用后仍然面临因表面的磨损或硬度、模量的波动而造成的抛光效果的不稳定性。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫，本化学机械抛光垫用于半导体器件加工时，可以很好地平衡去除效率和抛光缺陷性能，且在长时间使用后仍可以保持良好且稳定的抛光效果。本专利技术制备的抛光层以多元异氰酸酯、多元醇和扩链剂等可反应性基底材料聚合形成的聚氨酯材料，该抛光层中具有微孔结构，该微孔结构由具有端基可与基底材料反应的基团的微球形成，此微球通过该基团和基底材料以化学键结合。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫,由如下方法制备：将两种以上的环氧烷烃共聚得到多元醇，所得多元醇和多元异氰酸酯反应形成预聚体，向该预聚体中加入端基与基底材料反应的中空微球，混合均匀后，再加入扩链剂混合均匀，注入模具中，进行聚合反应，脱模后得到微球和基底材料通过化学键结合的抛光层，并加工出沟槽结构，再在抛光层背面使用粘合剂粘贴上缓冲层，得抛光垫，其中，所述环氧烷烃共聚得到的多元醇、多元异氰酸酯和扩链剂为基底材料，所述微球为壳层由树脂材料构成的中空微球，所述树脂成分的端基含有与基底材料反应的基团。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述微球树脂端基基团为羟基、巯基、氨基中的至少一种,微球可以选自松本油脂制药株式会社生产并市售商品，型号为FA-30DE,FT-30DE,FH-30DE。进一步，所述微球的用量占基底材料重量的0.1wt％-5wt％，所述微球的数均粒径为10-80μm。进一步，所述多元醇为两种环氧烷烃的共聚产物，其中，任一种环氧烷烃占两种环氧烷烃总重量的10％-90％。优选的，所述多元醇为四氢呋喃和环氧丙烷的共聚产物，其中，所述四氢呋喃占四氢呋喃和环氧丙烷总重量的10％-90％。进一步，所述多元异氰酸酯为芳香族二元异氰酸酯和脂肪族二元异氰酸酯中的至少一种。进一步，所述扩链剂为多胺、多胺的混合物、多元醇、多元醇的混合物、多胺和多元醇的混合物中的至少一种。进一步，所述抛光垫的肖氏硬度为40-70D，优选为50-65D。进一步，所述抛光垫的密度为0.5-1.2g/cm3,优选为0.7-1.1g/cm3。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术使用多元异氰酸酯和由两种以上环氧烷烃共聚得到的多元醇形成的预聚体，再加入微球和扩链剂进行聚合,得到抛光层，该微球具有与基底材料反应的基团，从而形成微球与基底材料通过化学键结合的抛光层。2、本专利技术使用和抛光层基底通过化学键合作用的中空微球，可以解决生产过程中普通树脂微球在基底材料中分散不均匀、微球从抛光层表面脱落、微球在固化时因受热导致微球的进一步膨胀而造成微球的“爆破”等问题，从而解决了抛光垫局部力学性能的不均，同时形成更为牢固的多孔结构，在使用中由于该抛光垫具有更均匀的结构，抛光效果更为稳定，即抛光去除效率和缺陷率的重现性都得到了很大的提高。3、本专利技术制备的化学机械抛光垫的肖氏D硬度为40-70D，密度为0.5-1.2g/cm3。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。适用于半导体器件表面平坦化的化学机械抛光垫的材料目前主流为聚氨酯弹性体材料，由于此种材料可以在很大范围内调整其物理性能，如硬度、密度、拉伸强度、模量等，且可以通过引入微孔来进行更大范围内的调节，因此，该类材料在抛光垫领域得到了广泛的研究和应用。聚氨酯弹性体的制造方法可分为一步法和预聚体法。一步法即将异氰酸酯、多元醇和扩链剂直接混合注入模具，在一定温度下固化。此方法优点是操作简单，生产效率高，生产成本低，但由于反应难以控制，产品分子结构排列不规整，导致力学性能不佳，所以制备弹性体较少使用一步法。而预聚体法则是先利用异氰酸酯和多元醇反应形成异氰酸酯基团封端的预聚体，再和扩链剂聚合形成聚氨酯弹性体，此方法在和扩链剂反应时放热可控，产品分子结构规整，力学性能好，目前已被广泛应用于弹性体的制造。用于制造聚氨酯弹性体的异氰酸酯常用的主要为二异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二亚甲基苯基二异氰酸酯(XDI)，萘二异氰酸酯(NDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)等，可以单独使用，也可选择其中几种配合使用。用于制造抛光垫的多元醇一般为低聚物多元醇，常用的为聚醚多元醇和聚酯多元醇。由于聚醚多元醇制备的抛光垫具有较好的水解稳定性、低温柔顺性、耐候性和较高的强度，在生产上其预聚体有合适的可操作时间，聚醚多元醇被广泛地用于抛光垫的制造中。虽然聚酯多元醇制备的聚氨酯弹性体由于可形成较强的分子内氢键，使得产品具有更好的强度、耐磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫,其特征在于，由如下方法制备：将两种以上的环氧烷烃共聚得到多元醇，所得多元醇和多元异氰酸酯反应形成预聚体，向该预聚体中加入端基与基底材料反应的中空微球，混合均匀后，再加入扩链剂混合均匀，注入模具中，进行聚合反应，脱模后得到微球和基底材料通过化学键结合的抛光层，并加工出沟槽结构，再在抛光层背面使用粘合剂粘贴上缓冲层，得抛光垫，其中，所述环氧烷烃共聚得到的多元醇、多元异氰酸酯和扩链剂为基底材料，所述微球为壳层由树脂材料构成的中空微球，所述树脂材料的端基含有与基底材料反应的基团。

【技术特征摘要】
1.一种用于半导体、光学材料和磁性材料表面平坦化的化学机械抛光垫,其特征在于，由如下方法制备：将两种以上的环氧烷烃共聚得到多元醇，所得多元醇和多元异氰酸酯反应形成预聚体，向该预聚体中加入端基与基底材料反应的中空微球，混合均匀后，再加入扩链剂混合均匀，注入模具中，进行聚合反应，脱模后得到微球和基底材料通过化学键结合的抛光层，并加工出沟槽结构，再在抛光层背面使用粘合剂粘贴上缓冲层，得抛光垫，其中，所述环氧烷烃共聚得到的多元醇、多元异氰酸酯和扩链剂为基底材料，所述微球为壳层由树脂材料构成的中空微球，所述树脂材料的端基含有与基底材料反应的基团。2.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫,其特征在于，所述微球树脂端基基团为羟基、巯基、氨基中的至少一种。3.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫,其特征在于，所述微球的用量占基底材料重量的0.1wt％-5wt％，所述微球的数均粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱顺全，刘敏，
申请(专利权)人：湖北鼎龙控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42