抛光垫制造技术

一种用于平整半导体基体的抛光垫。该抛光垫包含孔隙度为至少０．１体积％、在４０℃和１ｒａｄ／ｓｅｃ下ＫＥＬ能量损耗因子为３８５至７５０１／Ｐａ以及在４０℃和１ｒａｄ／ｓｅｃ下模量Ｅ′为１００至４００ＭＰａ的聚合物材料。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本说明书涉及抛光垫，其用于抛光和平整基体，包括用于与半导体装置制造有关的形成图案的晶片基体。半导体的生产典型地包含若干化学机械平整(CMP)工艺。在各个CMP工艺中，与抛光溶液，比如包含磨料的抛光浆料或无磨料的反应性液体结合的抛光垫，以使之平整或保持平坦度的方式清除多余的材料而获得后生层。这些层的堆积以形成集成电路的方式结合。这些半导体装置的制造不断变得更为复杂，要求更高的操作速度、更低的漏泄电流和降低的能量消耗。就装置构造而言，这转化为更精细的特征几何结构和提高的敷金属的水平。这些愈加严格的装置设计要求驱使采用铜敷与新的具有更低介电常数的电介质材料结合。不幸的是，降低的物理性能(常常与低κ和超低κ材料有关)与装置增加的复杂程度结合，已经导致对CMP消耗品，比如抛光垫和抛光液，更高的要求。特别地，与常规的电介质相比，低κ和超低κ电介质倾向于具有更低的机械强度和更差的粘附力，使得平整化更困难。另外，由于集成电路的特征尺寸减小，CMP导致的缺陷，比如，划痕，变成了更大的问题。此外，集成电路减小的薄膜厚度要求缺陷方面的改进而且同时提供对于晶片基体可接受的拓扑结构——这些拓扑结构规格要求愈加严格的平整性、表面凹陷和磨蚀的技术要求。例如，对于铜-低κ晶片总缺陷的一个来源是低κ电介质由于其较差的机械性能而剥离。为了使由剥离引起的缺陷最小化，趋向于“更温和的”抛光条件，包括较低的抛光头向下压力(down-force)。与该趋势紧密联系的是晶片和垫之间的强烈摩擦会增加缺陷的观点。然而，不幸的是，经常观察到减少摩擦使抛光清除速率不能接受地降低至商业上无法接受的速率。用Rodel的IC1000TM系列抛光垫时，低κ铜结构的晶片显示出不能令人满意的缺陷水平，但可以有良好的拓扑结构。这些抛光垫由多孔的聚氨酯基体组成，由聚合物的微球形成孔隙。例如，James等人在美国专利No.6,454,634中公开了一种具有聚合物微球的多孔聚氨酯抛光垫，其具有改进的稳定性、平整性和缺陷度。不同于包含微球的抛光垫，透气性抛光垫由具有通过凝结方法产生的孔隙的“柔软的”弹性聚合物垫组成。虽然透气垫获得了极好的缺陷度，但它们缺乏低κ和超低κ晶片的CMP所需的平整化能力。通常，使用提供良好平整性的抛光垫牺牲缺陷度性能，使用提供低缺陷度的抛光垫牺牲平整化性能。因而，需要一种具有改进的组合性能的抛光垫，以得到低缺陷度的平整化的晶片。
技术实现思路
本专利技术提供一种可用于平整半导体基体的抛光垫，该抛光垫包含孔隙度为至少0.1体积％、在40℃和1rad/sec下KEL能量损耗因子为385至750l/Pa以及在40℃和1rad/sec下模量E′为100至400MPa的聚合物材料。本专利技术的另一方面提供了一种可用于平整半导体基体的抛光垫，该抛光垫包含孔隙度为至少0.1体积％的聚氨酯聚合物材料，该聚氨酯聚合物材料由甲苯二异氰酸酯和聚四亚甲基醚乙二醇的预聚反应产物与4，4′-亚甲基-双-邻氯苯胺形成，该预聚反应产物具有5.5至8.6重量％的NCO和80至110％的NH2与NCO化学计量比。另外，本专利技术提供一种抛光半导体基体的方法，包括采用可用于平整半导体基体的抛光垫抛光半导体基体的步骤，该抛光垫包含孔隙度为至少0.1体积％，40℃和1rad/sec下KEL能量损耗因子为385至750l/Pa以及40℃和1rad/sec下模量E′为100至400MPa的聚合物材料。详细描述在低速率(1rad/sec)下测量的抛光垫的能量损耗因子对于抛光垫的平整化能力和抛光过程中产生的由抛光垫所导致的缺陷具有出乎意料的效果。对于集成电路的制造，这种改进的抛光性能有利于产量的提高。例如，该抛光垫可用于抛光比如Cu/TEOS和Cu/CDO的Cu/电介质以及平整包含各种材料如铝、铜、铂、镍、钽、钛、钨及其合金和金属互化物的半导体基体。特别地，对于包含铜或钨的半导体晶片，这些抛光垫有利于减少缺陷。另外，这些抛光垫尤其可用于层间电介质(ILD)、多晶硅、浅槽隔离(STI)、低κ和超低κ晶片。聚合物抛光垫是对施加的形变显示出粘性和弹性性能的粘弹性材料。由此引起的应力包括两种成分i)与应变同相的弹性应力；和ii)与应变率同相但与应变90度异相的粘性应力。弹性应力是材料表现为弹性固体程度的度量；粘性应力是材料表现为理想流体程度的度量。弹性和粘性应力通过应力与应变之比(或模量)与材料性能相联系。因而，弹性应力与应变之比为储能(或弹性)模量，粘性应力与应变之比为损耗(或粘性)模量。当在张力、弯曲或压缩下进行测试时，E′和E″分别表示储能和损耗模量。损耗模量与储能模量之比为应力和应变之间相角位移(δ)的正切值。因而，E″/E′＝tanδ，其是材料阻尼性能的度量。抛光是典型地包含抛光垫和晶片都循环运动的动态过程。抛光循环中能量传送至抛光垫上。在抛光循环中该能量的一部分以热量形式消耗在抛光垫内部，而该能量的剩余部分存储在垫中且接着作为弹性能量释放。有若干参数定量描述抛光垫的阻尼效应。最简单的是如上所定义的tanδ。然而，预测抛光性能更好的参数是典型地所说的“能量损耗因子”。ASTM D4092-90(“涉及塑料的动态力学测定法的标准术语”)定义该参数为在每个形变循环中每单位体积损失的能量。换句话说，它是应力-应变滞后回线中面积的量度。能量损耗因子(KEL)是tanδ和弹性储能模量(E′)的函数，且可以用下列方程定义KEL＝tanδ*1012/[E′*(1+tanδ2)]其中E′是以帕斯卡为单位。出乎意料的是，在40℃，1rad/sec和0.3％应变下测量的KEL同时提供了平整化和缺陷度性能的指标。典型的聚合物抛光垫材料包括聚碳酸酯、聚砜、尼龙、乙烯共聚物、聚醚、聚酯、聚醚-聚酯共聚物、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯共聚物、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、硅树脂、其共聚物和混合物。优选该聚合物材料为聚氨酯；最优选交联的聚氨酯。本说明书中，“聚氨酯”为衍生自双官能或多官能异氰酸酯的产品，例如聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲、其共聚物及其混合物。控制抛光垫KEL值的一种方法是改变其化学组成。另外，聚合物中间产物的形态决定着其最终的性质并因此影响聚合物在不同应用中的最终使用性能。制造工艺影响着聚合物形态以及用于制备聚合物的成分的性能。优选地，聚氨酯的生产包含由有机二异氰酸酯与多元醇或多元醇-二元醇的混合物制备异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物。例如，有机二异氰酸酯包括2，4-甲苯二异氰氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯、对-苯撑二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯及其混合物。多元醇实例包括聚醚多元醇，如聚(氧化四亚甲基)二醇、聚(氧化丙烯)二醇及其混合物、聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚己内酯多元醇及其混合物。多元醇实例可以与低分子量多元醇混合，包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，5-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、双丙甘醇及其混合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于平整半导体基体的抛光垫，该抛光垫包含孔隙度为至少０．１体积％、在４０℃和１ｒａｄ／ｓｅｃ下ＫＥＬ能量损耗因子为３８５－７５０１／Ｐａ以及４０℃和１ｒａｄ／ｓｅｃ下模量Ｅ′为１００－４００ＭＰａ的聚合物材料。

【技术特征摘要】
US 2003-10-9 10/682,158;US 2004-9-10 10/937,9141.一种用于平整半导体基体的抛光垫，该抛光垫包含孔隙度为至少0.1体积％、在40℃和1rad/sec下KEL能量损耗因子为385-750l/Pa以及40℃和1rad/sec下模量E′为100-400MPa的聚合物材料。2.权利要求1的抛光垫，其中在40℃和1rad/sec下KEL能量损耗因子为395-700l/Pa。3.一种用于平整半导体基体的抛光垫，该抛光垫包含孔隙度为至少0.1体积％、在40℃和1rad/sec下KEL能量损耗因子为405-600l/Pa以及40℃和1rad/sec下模量E′为140-300MPa以及肖氏D硬度为20-60的聚合物材料。4.权利要求3的抛光垫，其中该聚合物材料为聚氨酯且该聚合物材料密度为0.5-1.05g/cm3。5.权利要求4的抛光垫，其中该聚氨酯具有交联结构。6.一种用于平整半导体基体的抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB詹姆斯，MJ库尔普，
申请(专利权)人：CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]