一种化学机械抛光垫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种化学机械抛光垫的制备方法，通过聚氨酯浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过凝结成膜法获得多孔聚氨酯膜，再经碱溶液降解其中的含酯键的聚合物粉末以形成占据式的微孔洞，最终经后处理制备得到化学机械抛光垫。通过将含酯键的聚合物、极性溶剂、阴离子物质、聚氨酯树脂混合得到聚氨酯浆料涂布于基材上，在凝结成膜的过程中，水致相分离形成水滴形孔的同时含酯键的聚合物在聚氨酯内部占据了空间一起凝固定型，再通过碱溶液浸泡降解此粉末，洗脱后就可以在聚氨酯固体相内形成微孔，使抛光垫的微观力学结构更加均衡，对待抛光物的支撑力都更加均匀，抛光液可以在这些微孔洞中相互流通，使抛光液的供给也更加均匀稳定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光垫及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及的是抛光垫的制备领域，B24B37/24，尤其涉及一种化学机械抛光垫及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半导体芯片是在硅晶圆片上经过光刻和刻蚀工艺形成凹槽，并经离子注入、退火、扩散、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、化学机械抛光(CMP)等流程，最终在晶圆上实现一层微观集成电路结构，而芯片是集成了多层微观电路结构制成的。
[0003]微观集成电路制造中主要通过不同的沉积技术和工艺，分步层沉积到半导体晶片的表面上，再通过化学蚀刻作用去除多余不需要的部分。按照芯片设计图重复上述工艺在晶片表面叠加不同图形的电路，可以得到多层微观电路，即通常所说的半导体芯片，但会导致晶片形成微观上非常不平坦的表面。而随着芯片集成度的不断提升，芯片中的电路层数也越来越多，多层微观电路的制造是从下往上逐层成型的，若底下一层的表面不够平坦，将直接影响到上层微观电路的成型，因此每一层微观电路的加工工艺都要求硅晶圆片具有平坦化的表面，主要是通过对硅晶圆片进行化学机械抛光(CMP)处理使其表面平坦化程度满足其上层加工的需要。
[0004]化学机械抛光(CMP)是半导体芯片生产过程中非常重要的一道工序，可以去除表面多余的材料和杂质，减少例如表面粗糙、划痕等缺陷。随着芯片的制程工艺节点不断突破，芯片上的导线越来越细，叠加层数也不断增加，因此每一层硅晶圆的抛光质量即表面平坦化程度直接决定了半导体芯片的质量。在CMP工艺中，抛光头吸附硅晶圆片使其与抛光垫的抛光面接触，抛光头提供压力将晶圆片压在抛光面上。同时将抛光液供给到晶圆片与抛光面之间。抛光垫和晶圆片相对旋转实现硅晶圆片表面的抛光。通过化学蚀刻和机械研磨的共同作用，对晶片表面抛光使其平坦化。CMP工艺通常在需要通过两段抛光，晶圆片才可以得到高平坦度的表面。第一步骤粗抛，用较硬的抛光垫(例如IC1000)平面化晶圆片并且去除大量多余材料；第二步骤精抛，去除在粗抛期间引入的划痕等缺陷。用于精抛的抛光垫必须柔软并且对非平坦的硅晶圆表面有更好的追随性，使用凝结成膜法制备的抛光垫能很好的满足精抛的需要。在CMP工艺中主要起研磨和抛光作用的是抛光液，抛光垫的一个主要作用是将抛光液均匀的供给到抛光界面，并提供均匀的支撑力。由于使用常规工艺制备的聚氨酯多孔膜，其微观孔洞结构大多为上小下大的水滴形孔洞结构，抛光液被吸收储存在这些孔洞内部，抛光时可以供给到抛光界面，但是这些孔洞尺寸大小不均一且互不贯通，因而在抛光时供给到抛光界面的抛光液也不均匀，将导致待抛光物的表面平坦度无法进一步提升，尤其是在高端制程的芯片生产过程中，这一缺陷将直接影响芯片的良品率。
[0005]专利申请CN201710644484.7公开了一种低缺陷多孔抛光垫，包括开孔聚合基质、抛光表面和厚度的抛光层，其中开孔聚合基质具有垂直孔隙和互连所述垂直孔隙的开放通道，利用两种性能的聚氨基甲酸酯、阴离子和非离子表面活性剂凝结形成具有大孔隙和小孔隙的多孔基质把那个形成凹槽通道，对于多个晶片保持稳定的极佳铜和TEOS速率抛光，
显著更低的刮痕和颤痕缺陷。但是互连所述垂直孔隙的开放通道即在聚氨酯固体相内形成的互相贯通的微孔洞，其数量和尺寸难以精准控制，受工艺条件变化的影响非常大，批次间难以保持一致性，对生产过程把控要求很高。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，其包括如下步骤
[0007]S1.制备聚氨酯浆料；
[0008]S2.将S1所得聚氨酯浆料涂覆于透明薄膜卷材表面，并用凝结液进行凝固，得到聚氨酯膜；
[0009]S3.将S2所得聚氨酯膜浸泡于碱溶液中，随后用水清洗、后处理，即得。
[0010]在一些优选的实施方式中，所述S1中聚氨酯浆料的制备原料，以重量份计，包括含酯键的聚合物0.5
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13份、极性溶剂15
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65份、阴离子物质1
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6份、聚氨酯树脂100份；优选地，所述S1中聚氨酯浆料的制备原料，以重量份计，包括含酯键的聚合物1
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10份、极性溶剂20
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60份、阴离子物质2
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4份、聚氨酯树脂100份。
[0011]在一些优选的实施方式中，所述含酯键的聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、碱溶性聚酯(COPET)、聚丁二酸乙二醇酯(PES)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种；优选地，所述含酯键的聚合物选自PLA、PLGA、COPET中的至少一种；进一步优选地，所述含酯键的聚合物为COPET或PLA。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述COPET为间苯二甲酸二甲酯磺酸钠和聚乙二醇参与嵌段共聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂。
[0013]本专利技术中选用含酯键的聚合物不溶于或难溶于特定的极性溶剂，而在一定浓度和温度的碱溶液中能够较快降解，其聚合度和结晶度越低其降解速度越快。含酯键的聚合物的选用有利于其以细小颗粒的状态悬浮于聚氨酯树脂浆料中，在凝固成型时以颗粒状态均匀占据聚氨酯固体相的空间，实现抛光垫中孔径尺寸的均一。而将其浸泡于碱溶液中发生降解的特性则有助于将占据空间的颗粒降解洗脱除去，留下相应大小的相互贯通的微孔，使抛光液可以在这些微孔中相互流通，增加抛光垫的抛光效果。
[0014]在一些优选的实施方式中，所述极性溶剂选自N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种；优选地，所述极性溶剂为DMF。
[0015]在一些优选的实施方式中，所述阴离子物质选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、琥珀酸二辛酯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、木质素磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇硫酸钠中的至少一种；优选地，所述含有链脂肪酸基的阴离子物质为琥珀酸二辛酯磺酸钠。
[0016]在一些优选的实施方式中，所述聚氨酯树脂的固含量为18～40wt％；优选地，所述聚氨酯树脂的固含量为25～35wt％。
[0017]在一些优选的实施方式中，所述S1中制备聚氨酯浆料的具体操作为：将含酯键的聚合物、阴离子物质在极性溶剂中分散均匀后，加入聚氨酯树脂，即得。
[0018]在一些优选的实施方式中，所述含酯键的聚合物为经过预处理后的微米级含酯键的聚合物粉末。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述预处理的具体操作为：将不饱和键的聚合物通过第一次粉碎处理后成为小颗粒，第二次粉碎处理后成为细小粉末，然后用不锈钢筛网筛取粉末，即得。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述粉碎处理是指用机械力对固体物料进行锤击、切割、挤压、研磨等作业，使之变为小块、颗粒或粉末的处理，本申请对粉碎处理的方式不做特别限定。
[0021]优选地，所述粉碎处理的方式选自机械粉碎机粉碎、研磨机粉碎、气流粉碎机粉碎中的一种。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤S1.制备聚氨酯浆料；S2.将S1所得聚氨酯浆料涂覆于透明薄膜卷材表面，并用凝结液进行凝固，得到聚氨酯膜；S3.将S2所得聚氨酯膜浸泡于碱溶液中，随后用水清洗、后处理，即得；所述S1中聚氨酯浆料的制备原料，以重量份计，包括含酯键的聚合物0.5
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13份、极性溶剂15
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65份、阴离子物质1
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6份、聚氨酯树脂100份。2.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述含酯键的聚合物选自聚乳酸、聚乳酸羟基乙酸共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、碱溶性聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述S1中制备聚氨酯浆料的具体操作为：将含酯键的聚合物、阴离子物质在极性溶剂中分散均匀后，加入聚氨酯树脂，即得；所述含酯键的聚合物为经过预处理后的微米级含酯键的聚合物粉末。4.根据权利要求1或3所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述阴离子物质选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、琥珀酸二辛酯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单...

【专利技术属性】
技术研发人员：相红旗，陈浩聪，姚力军，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：