化学机械抛光垫的抛光层制造技术

本发明专利技术涉及一种化学机械抛光垫的抛光层，解决了现有抛光层划痕与去除速率难以平衡、耐久性差等问题。技术方案包括由多元醇、多元胺以及多异氰酸酯反应制得，其特征在于，所述多元醇为聚四亚甲基醚多元醇和具有如下通式的聚酯多元醇的混合物，其中，a+b≤4；其中所示聚酯多元醇占多元醇的质量分数为x，5％≤x≤20％，并且所述抛光层在25℃和40℃时的硬度和储能模量满足下式，其中E′40和E′25分别是抛光垫层在40℃和25℃温度下的储能模量，H40和H25分别是抛光垫在40℃和25℃下的硬度。本发明专利技术抛光层具有划痕少、去除率高、研磨速率高、耐久性好的优点。

Polishing layer of chemical mechanical polishing pad

The invention relates to a polishing layer of a chemical mechanical polishing pad, which solves the problem that the scratch and removal rate of the existing polishing layer are difficult to balance, and the durability is poor. The technical proposal comprises a polyol, polyamine and polyisocyanate was prepared, characterized in that the polyol is a mixture of polyester, poly four methylene ether polyols and polyols with the following general formula wherein a+b is less than or equal to 4; which shows the polyester polyol mass fraction of polyol x, 5% = x = 20%, and the polishing layer at 25 degrees and 40 degrees of hardness and storage modulus satisfy the formula, wherein E '40 and E' 25 are polishing cushion at 40 DEG C and 25 DEG C temperature storage modulus, H40 and H25 are hard of polishing pad at 40 DEG C and at 25 DEG C. The polishing layer has the advantages of few scratches, high removal rate, high grinding rate and good durability.

【技术实现步骤摘要】
化学机械抛光垫的抛光层
本专利技术涉及一种化学机械平面化处理的抛光
，具体的说是一种化学机械抛光垫的抛光层。
技术介绍
在半导体器件制备过程中，随着制程技术的升级，导线与栅极之间的尺寸不断缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度要求越来越高。自1991年IBM将化学机械研磨(CMP)技术成功应用到64MbDRAM的生产中后，CMP技术得到了快速发展，目前已广泛应用于半导体晶片、存储磁盘以及高精光学材料的平坦化应用中。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，是将化学腐蚀同机械去除相结合的技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。常规的CMP过程如下：将待加工材料固定在支架上，以待抛光表面朝下的方式在一定压力下压向固定在机台上的抛光垫上，借助于待加工材料和抛光垫的相对旋转，在抛光液存在下，利用磨粒的机械切削以及氧化剂的化学腐蚀，完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面。聚氨酯抛光垫是高精密抛光领域中应用最多的抛光垫类型，其以良好的耐磨性能、极高的抗撕裂强度以及适当的耐酸碱腐蚀性能而能够应用于抛光硅晶片、图案化的晶片、平板显示器以及磁盘存储器。然而随着集成电路的特征尺寸向着深纳米制程的发展过程中，制造工艺对介电材料提出了更高的要求，为了抑制金属线间串扰增大带来的互联延迟，越来越多的低κ甚至超低κ介电材料应用于其中。然而，低κ以及超低κ介电材料的获得，通常是以提高材料的孔隙率的方式，因而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。此外，随着特征尺寸的减小，CMP过程导致的缺陷，例如划痕变成了更大的问题，因此，先进制程的工艺，例如特征尺寸为28nm以及低于28nm的工艺，要求抛光垫具有更低的缺陷、更少的划痕以及对于低κ和超低κ材料更好的去除率。公知的是，使用低硬度的聚氨酯能够有效地降低抛光过程中产生的划痕等缺陷，但是与之相对应的则会降低去除速率，如何在划痕与去除速率之间达到一个理想的平衡，是抛光垫中研发中需要关注的重要话题。传统的抛光垫的制备方法，大多采用多元醇与多异氰酸酯反应，制备异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，然后再进行发泡或者造孔，并与多元胺混合固化成所需的聚氨酯抛光垫。多元醇的选择中，出于耐水解方面的考虑，聚醚类多元醇为优选。而相对于聚醚多元醇，聚酯类多元醇，一方面由于具有更多的强极性基团而有更强的结晶性，因而具有更高的硬度和机械强度，制备成的抛光垫具有更高的去除速率和平坦化能力；而另一方面，也正是聚酯类多元醇具有大量的强极性酯基，所制备的抛光垫在抛光液的强酸碱性条件下显示出较差的耐水解性，表现为抛光前期，具有高的去除速率和平坦化能力，但是经过长时间酸碱性的抛光液的腐蚀后，更加容易出现溶胀而性质大幅改变，其硬度和机械性能严重下降，因而在抛光后期表现出较为突出的抛光能力不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种划痕少、去除率高、研磨速率高、耐久性好的化学机械抛光垫的抛光层。本专利技术聚氨酯抛光层由多元醇、多元胺以及多异氰酸酯反应制得，其特征在于，所述多元醇为聚四亚甲基醚多元醇和具有如下通式的聚酯多元醇的混合物，其中，a+b≤4；其中所示聚酯多元醇占多元醇的质量分数为x，5％≤x≤20％，并且所述抛光垫的抛光层在25℃和40℃时的硬度和储能模量满足下式(1)：其中E′40和E′25分别是抛光垫在40℃和25℃温度下的储能模量，H40和H25分别是抛光层在40℃和25℃下的硬度。所示聚酯多元醇的分子量为300～1500，所述聚酯多元醇的分子量分布小于2.5，PTMEG的分子量为500～1500，所述PTMEG的分子量分布小于2.0。所述多异氰酸酯为平均每分子中，异氰酸酯基团数目为2.01～2.1的异氰酸酯。将异氰酸酯数目为2的多异氰酸酯与异氰酸酯数目大于2的多异氰酸酯相混合，以达到平均每分子中异氰酸酯基团数目为2.01～2.1。还含有中空聚合物微球，通过中空聚合物微球添加控制抛光层的密度为0.75～0.85g/cm3。将聚醚多元醇和聚酯多元醇混合可以综合利用其优点，但专利技术人实验发现，不同的混合比和选择的具体化合物不同，具体参数不同，效果也大不相同，基于此，专利技术人进行了艰苦卓越的研究，无数次实验，发现使用聚四亚甲基醚多元醇(PTMEG)和特定通式下的聚酯多元醇混合，且控制聚酯多元醇占多元醇5-20％质量百分数时，能够在划痕与去除速率之间达到一个最理解的效果，当聚酯多元醇含量x小于5％时，结晶性聚酯的含量过低，通过添加结晶性聚酯提高抛光垫硬度，从而提高抛光垫的去除速率和平坦化能力的效果不明显；当x大于20％时，结晶性聚酯不耐水解的特性表现过于突出，不利于抛光垫的持久工作。进一步的，专利技术人严格限定了述抛光层在25℃和40℃时的硬度和储能模量应满足式(1)，若不满足则不能达到最佳的抛光效果，例如具有高的去除率，但是缺陷率也很高；或者缺陷率很低，但是去除率也不高。需要明确的是，满足式(1)的抛光层，能够达到最佳的抛光效果，其具体成因尚未明确，但是认为是以下理由。其一，公知的是，抛光垫的硬度和储能模量均会随着温度的升高而呈现出下降得趋势，温度越高，下降得越明显。而在常规得抛光过程中，抛光垫的使用温度为室温到40℃附近，其原因是整个抛光过程中，会有源源不断的抛光液滴加到抛光垫和晶片之间，抛光垫与晶片通过摩擦产生的热量会被抛光液带走，从而维持一个相对较窄的温度波动。因而室温(25℃)和40℃的抛光垫性质最为重要。其二，通常而言，硬度越高，抛光时的去除率越快，此时机械摩擦起到很大的作用；而另一方面，抛光垫的模量也很重要，如果硬度和模量均很高，则呈现出硬而脆的特性，去除率高，但是寿命短，并且抛光中可能会存在抛光垫颗粒掉落而划伤晶片的情况，因而需要抛光垫在较硬时还保持足够的弹性。聚酯类多元醇即是良好的抛光原料，其在常温下硬度较高，因而显示出良好的去除速率，而温度升至40℃左右时，结晶性降低，此时呈现出刚性降低、柔韧性提高的特性，但是硬度下降比例低于模量下降比例，因而保持较高的去除率，并且有利于降低缺陷率。因而在每一芯片的抛光循环中，呈现出抛光早期，抛光垫较硬，而去除率高，而在抛光后期，抛光垫硬度降低，降低芯片缺陷率的最佳效果。但是聚酯的比例不能过高，过高会带来耐水解性能变差的风险，此时的负面作用是长时间研磨时去除率严重下降，并且使用寿命大幅降低。专利技术人考察大量结晶性聚酯后发现，通过使用具有上述通式的聚酯多元醇，并且控制其用量和硬度、模量满足式(1)时，能够获得有最佳的抛光效果。所示聚酯多元醇的数均分子量为300～1500之间，优选地，所述聚酯多元醇的数均分子量为400～1200；更优地，所述聚酯多元醇的分子量为数均500～1000，最优地，所述聚酯多元醇的数均分子量为600～800。需要说明的是，当使用数均分子量小于300的聚酯多元醇时，得到的聚氨酯树脂不具有足够的弹性特性，容易成为脆的聚合物。由前述的聚氨酯树脂(脆的聚合物)形成的研磨垫变得过硬，易成为研磨对象物表面的划痕的产生原因，并且也易磨耗而导致研磨点的寿命缩短。当使用数均分子量大于1500的聚酯多元醇时，得到的聚氨酯树脂形成的研磨垫变得柔软，难以得到能够充分满意的平面性。所示的聚酯多元醇，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光垫的抛光层，由多元醇、多元胺以及多异氰酸酯反应制得，其特征在于，所述多元醇为聚四亚甲基醚多元醇和具有如下通式的聚酯多元醇的混合物，

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光垫的抛光层，由多元醇、多元胺以及多异氰酸酯反应制得，其特征在于，所述多元醇为聚四亚甲基醚多元醇和具有如下通式的聚酯多元醇的混合物，其中，a+b≤4；其中所示聚酯多元醇占多元醇的质量分数为x，5％≤x≤20％，并且所述抛光垫的抛光层在25℃和40℃时的硬度和储能模量满足下式(1)：其中E′40和E′25分别是抛光垫的抛光层在40℃和25℃温度下的储能模量，H40和H25分别是抛光垫在40℃和25℃下的硬度。2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫的抛光层，其特征在于，所示聚酯多元醇的分子量为300～1500，所述聚酯多元醇的分子量分布小于2....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱顺全，罗乙杰，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