化学机械抛光垫制造技术

一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行抛光的化学机械抛光垫。所述抛光垫具有形成连续聚合物基质的高模量组分，以及位于所述连续聚合物基质中的抗冲改性剂。所述高模量组分的模量至少为１００ＭＰａ。所述抗冲改性剂具有低模量组分，所述低模量组分的模量至少比所述高模量组分的模量低一个数量级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可用来对半导体基片或磁盘之类的基材进行抛光和平面化的 抛光垫。
技术介绍
聚合抛光垫，例如聚氨酯、聚酰胺、聚丁二烯和聚烯烃抛光垫代表了在快 速发展的电子工业中用于基片平面化的市售可得的材料。需要进行平面化的电 子工业基片包括硅晶片、图案化的晶片、平板显示器和存储磁盘。除了平面化 以外，另一个很重要的问题是抛光垫不能引入过多的缺陷，例如划痕或其它晶 片不均匀结构。另外，电子工业的持续发展，对抛光垫的平面化和缺陷度提出 了更高的要求。例如，半导体生产通常包括一些化学机械平面化(CMP)工艺。在每种CMP 工艺中，抛光垫与抛光液(例如包含磨料的抛光浆液或者不含磨料的活性液体) 结合起来，以一定的方式除去多余的材料，从而完成平面化或保持平坦度，以 便接纳下一个层。这些层以一定的方式堆叠结合起来，形成集成电路。由于人 们需要具有更高的运行速度、更低的漏电流和减少的能耗的装置，所以这些半 导体装置的制造一直在变得越来越复杂。对于装置的结构，这意味着要求更精 细的特征几何结构，以及更多的金属化级别。这些越来越严格的装置设计要求 使得人们釆用越来越小的线路间距，对应于图案密度的增大。装置的更小的规 模以及增大的复杂性使得对CMP消耗品(例如抛光垫和抛光液)的要求更高。另 外，随着集成电路特征尺寸的减小，由CMP-产生的缺陷，例如划痕变成了更大 的问题。另外，集成电路减小的膜厚度要求在改进缺陷度的同时为晶片基材提 供可接受的形貌；这些形貌方面的要求需要基片具有更加严格的平坦度、线路 凹陷和小特征阵列腐蚀抛光规格。历史上，浇注聚氨酯抛光垫为用于制造集成电路的大多数抛光操作提供了 机械整体性和耐化学腐蚀性。例如，聚氨酯抛光垫具有足以抵抗撕裂的抗张强.度；避免在抛光过程中发生磨损问题的耐磨性；耐受强酸和强碱性抛光液侵蚀的稳定性。不幸的是，这种硬的浇注聚氨酯抛光垫容易获得改进的平面化能力， 也容易增加缺陷。James等人在美国专利第7,074,115号中揭示了一类硬聚氨酯抛光垫，其平 面化能力与IC1000TM聚氨酯抛光垫类似，但是具有改进的缺陷度一IC1000是罗 门哈斯公司或其附属公司的一个商标。不幸的是，James等人的抛光垫达到的抛 光性能随着抛光基片和抛光条件变化。例如，这些抛光垫对于抛光氧化硅和/ 或氮化硅的应用(例如直接浅槽隔离(STI)抛光应用)的优点是有限的。出于本说 明书的目的，氧化硅表示可用来形成半导体器件中的介电材料的氧化硅，氧化 硅化合物和掺杂的氧化硅制剂；氮化硅表示可用于半导体应用的氮化硅、氮化 硅化合物和掺杂的氮化硅制剂。这些可用来制造半导体器件的硅化合物不断地 在不同的方向上得到发展。实际使用的介电氧化物的具体种类包括以下种类: 原硅酸四乙酯分解形成的TEOS, HDP(高密度等离子体，，)和SACVD (亚常压化 学蒸气沉积)。人们始终需要另外的具有优良平面化能力和改进的缺陷度的抛 光垫。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材中 的至少一种进行抛光的化学机械抛光垫，所述抛光垫具有形成连续聚合物基质 的高模量组分，以及位于所述连续聚合物基质中的抗冲改性剂，所述高模量组 分的模量至少为100MPa,所述抗冲改性剂具有低模量组分，所述低模量组分的 模量至少比所述高模量组分的模量低一个数量级，在至少一个方向的平均长度 为10-1,000纳米，占抛光垫的体积百分数为1-50体积％，所述低模量组分增大了 所述抛光垫的抗冲能力。本专利技术的另一个方面提供了一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材 中的至少一种进行抛光的化学机械抛光垫，所述抛光垫具有形成连续聚合物 基质的高模量组分，以及位于所述连续聚合物基质中的抗冲改性剂，所述高模 量组分的模量为IOO -5000MPa,所述抗冲改性剂具有低模量组分，所述低模量 组分的模量至少比所述高模量组分的模量低一个数量级，在至少一个方向的平 均长度为20-800纳米，占抛光垫的体积百分数为2-40体积％，所述低模量组分增 大了所述抛光垫的抗冲能力。 附图说明图l是本专利技术抛光垫的部分截面图2是本专利技术抗冲改性剂的分解图； 图3是本专利技术抗冲改性剂的另一个实施方式的分解图； 图4是使用本专利技术的抛光垫的化学机械抛光(CMP)系统的局部示意图和局 部透视图。具体实施例方式本专利技术提供了一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种 进行抛光的化学机械抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质。例如，所述抛光垫可 以合适地用来对一些半导体晶片进行抛光和平面化，例如STI(HDP/SiN, TEOS/SiN或SACVD/SiN),铜，阻挡层(Ta, TaN, Ru)和鸨。另夕卜，这些抛光垫保 持它们的表面结构，以促进eCMP(电化学机械抛光)应用。例如,抛光垫的穿孔， 具有导电性衬里的凹槽的引入或导体的结合，例如结合导电性纤维或金属丝, 可以将所述抛光垫转化为eCMP抛光垫。所述抛光垫的结构改进了抛光垫的抗 冲击能力，可以对抛光性能具有出乎意料的益处，例如平面化和缺陷度。出于 本专利技术的目的，抛光垫的抗冲性质的增强可以用ASTM D5628-06测定。在本发 明中，不同模量的材料结合起来，在与下一代图案化晶片的特征尺寸类似的长 度规模上控制物理性质。具体来说，本专利技术通过将软的抗冲改性剂分散在 较硬的聚合物基质中，获得了一定范围的抛光性能。这种独特的抛光垫具 有高模量组分，该组分的模量E'至少比低模量组分的模量高一个数量级。由于 通常很难测量抗冲改性剂的模量，出于本说明书的目的，测定两种组分模量之 差的过程是一个三步法。第一步包括例如通过ASTM D5418测定基质组分的体 积模量。接下来的步骤是测定包含抗冲改性剂的最终材料的体积模量一一这代 表未形成凹槽的样品。最后，通过对以下公式求解，计算抗冲改性剂的模量￡ 最终=￡5基质承|^，^[%基质+￡5抗冲改性剂承^^%抗冲改性剂下面来看附图，图1揭示了抛光垫2，其包括抛光层l，还包括嵌入聚合物 基质材料6中的大量抗冲改性剂4。所述抗冲改性剂4优选在连续的聚合物基质 材料6中产生无定形的挠性聚合区域。所述基质6是高体积模量聚合组分，例如 为均相聚合物基质或多嵌段的聚合物或共聚物。所述抗冲改性剂4提供了位于所述连续聚合物基质6内的低模量组分。抗冲改性剂4分散在抛光垫2整个厚度T 上的基质材料6之内。可以对基质材料6进行选择，使其具有所需的弹性、孔隙 度、密度、硬度等，以便与选定的抗冲改性剂4结合起来，提供预定的抛光性 能和磨损性能。注意，尽管图l中显示了二维形式，但是人们可以理解所述基质材料6限定 了三维结构。抗冲改性剂4可以均匀或随机地分散在基质材料6中，以便在抛光 垫2的厚度T中提供所需的抛光性质。或者，可能需要系统性的抗冲改性剂4阵 列，抗冲改性剂4在厚度T上或者抛光表面8的直径上的分布可能发生改变。在另 一个实施方式中，作为抛光垫深度T的函数，每单位体积的基质材料6可能含有 更多的抗冲改性剂4。可以对每单位体积抗冲改性剂4的数量进行选择，同时结 合其它的抛光垫性质的描述，以便对于特定的应用达成所需的材料去除性能。在一个实施方式中，作为用来对一个或多个半导体晶片进行抛光的抛光表 面8，抛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行抛光的化学机械抛光垫，所述抛光垫具有形成连续聚合物基质的高模量组分，以及位于所述连续聚合物基质中的抗冲改性剂，所述高模量组分的模量至少为１００ＭＰａ，所述抗冲改性剂具有低模量组分，所述低模量组分的模量至少比所述高模量组分的模量低一个数量级，在至少一个方向的平均长度为１０－１，０００纳米，占抛光垫的体积百分数为１－５０体积％，所述低模量组分增大了所述抛光垫的抗冲能力。

【技术特征摘要】
US 2006-12-21 11/644,4931.一种适合对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行抛光的化学机械抛光垫，所述抛光垫具有形成连续聚合物基质的高模量组分，以及位于所述连续聚合物基质中的抗冲改性剂，所述高模量组分的模量至少为100MPa，所述抗冲改性剂具有低模量组分，所述低模量组分的模量至少比所述高模量组分的模量低一个数量级，在至少一个方向的平均长度为10-1,000纳米，占抛光垫的体积百分数为1-50体积％，所述低模量组分增大了所述抛光垫的抗冲能力。2. 如权利要求l所述的抛光垫，其特征在于，所述高模量组分的模量为100-5，000 MPa。3. 如权利要求l所述的抛光垫，其特征在于，所述低模量组分在至少一个 方向的平均长度为20-800纳米。4. 如权利要求l所述的抛光垫，其特征在于，所述低模量组分包括芯-壳 结构。5. 如权利要求l所述的抛光垫，其特征在于，所述低模量组分包括丁二 烯-苯乙烯共聚物，丁二烯-苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯三元共聚物，丁二烯-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物，异戊二烯-苯乙烯共聚物，二乙烯基苯，马来酸二烯丙酯, 二丙烯酸丁二醇酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，甲基丙烯酸烯丙酯，丙烯酸甲酯, 丙烯酸乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ库尔普，DB詹姆斯，RF安特瑞，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]