改进缺陷度的多层抛光垫及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种用来抛光半导体基板的复合化学机械抛光垫，该抛光垫包括：具有第一可压缩性的抛光层；具有第二可压缩性的中间层，所述第二可压缩性小于第一可压缩性；具有第三可压缩性的底层，所述第三可压缩性大于第二可压缩性，小于第一可压缩性；所述抛光层中孔隙结构的含量至少为５０体积％。本发明专利技术提供了减少缺陷且提高抛光性能的多层水基抛光垫。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光垫，具体来说，本专利技术涉及多层抛光垫，以及能够进行低缺陷度抛光的多层抛光垫的制造方法。
技术介绍
在集成电路和其它电子器件的制造中，要在半导体晶片表面沉积或去除多层导电材料、半导体材料和电介质材料。可以用很多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和电介质材料薄层。在现代方法中常用的沉积技术包括物理蒸气沉积(PVD，也被称作溅射)、化学蒸气沉积(CVD)、等离子体增强的化学蒸气沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)。随着材料层的顺次沉积和去除，晶片的最上表面变得不平。由于随后的半导体加工(例如金属化)要求晶片有平的表面，需要对晶片进行平面化处理。平面化处理可有效地除去不希望存在的表面外形和表面缺陷，例如粗糙表面、团聚材料、晶格损坏、划痕和受污染的层或材料。化学机械平面化处理，即化学机械抛光(CMP)，是用于对半导体晶片之类的基材进行平面化处理的常用技术。在常规的CMP中，晶片安装在支架装置上，并使晶片与CMP设备中的抛光垫接触。所述支架装置对晶片提供可控的压力，将晶片压在抛光垫上。外加驱动力使抛光垫相对于晶片运动(例如旋转)。与此同时，使一种化学组合物(“浆液”)或其它流体介质流到抛光垫上或流入晶片和抛光垫之间的间隙。由此，通过抛光垫表面和浆液的化学作用和机械作用，使晶片的表面抛光变平。将聚合物(例如聚氨酯)浇铸成块、并将此块状体切割成(切成)几个薄抛光垫的方法已经被证明是一种行之有效的制造具有稳定的可再现性抛光性质的“硬”抛光垫的方法。不幸的是，使用浇铸切割法制造的聚氨酯抛光垫会由于抛光垫的浇铸位置而在抛光时产生一些不同。例如，从底部浇铸和顶部浇铸位置切割的抛光垫会具有不同的密度和孔隙率。另外，从过大尺寸的模制物上切割下的抛光垫，从中心到边缘，密度和孔隙率会有不同。这些不同会对要求很高的用途，例如含多孔的脆性低k电介质材料的成图晶片造成负面影响。另外，已经证明使用溶剂/非溶剂法使聚合物凝固，形成网状形式的抛光垫的方法，是一种有效制造“软”抛光垫的方法。该方法(即网状形式)消除了上文讨论的一些在浇注切割法中发现的缺点。不幸的是，通常使用的(有机)溶剂(例如N，N-二甲基甲酰氨)处理起来可能很不方便，而且成本昂贵。另外，这些软抛光垫可能会由于在凝固过程中形成的空隙的随机定位和结构而造成垫与垫之间的差异。另外，可通过将两个或更多个垫结合起来以形成抛光垫。例如，Pierce等人在美国专利第5287663号中揭示了通过将三层不同的材料结合起来，形成用于CMP的抛光垫。上部的相对不可压缩的抛光层结合在一刚性层上，该刚性层由适于为所述不可压缩的抛光层提供刚性的材料形成。所述刚性层位于一弹性层上，该弹性层由可压缩材料制成，用来为刚性层提供弹性压力。Pierce的三层抛光垫设计成以“弹性弯曲模式”操作。换言之，刚性层和弹性层依次工作，对抛光面造成受控挠曲，使其与晶片表面的球状外形相符，同时在晶片表面的局部外形上保持受控的刚性。不幸的是，Pierce的复合抛光垫无法满足未来对缺陷度更为苛刻的要求。例如，Pierce的坚硬而相对不可压缩的抛光层在被抛光的表面(具体来说是Cu低K材料)形成无法接收的缺陷度。尽管如此，人们仍然需要硬抛光垫，尤其在低K抛光下可能用到的极低作用力(例如小于1psi)的情况下达到所需的抛光速率。因此，需要能够提供恒定的抛光性能、缺陷度低而且具有低制造成本的抛光垫。另外，人们需要具有改进的密度和孔隙率的抛光垫。
技术实现思路
在本专利技术一方面中，提供了一种用来抛光半导体基材的复合化学机械抛光垫，所述抛光垫包括具有第一可压缩性的抛光层；具有小于第一可压缩性的第二可压缩性的中间层；具有第三可压缩性的底层，所述第三可压缩性大于第二可压缩性，且小于第一可压缩性；所述抛光层的孔隙率至少为50体积％。附图说明图1显示用来连续制造本专利技术的多层抛光垫的设备； 图1A显示本专利技术另一制造设备；图2显示用来连续精整本专利技术多层抛光垫的设备；图3显示由图1所示的设备制造的多层抛光垫的截面图；图3A显示由图1所示的设备制造的另一多层抛光垫；图3B显示由图1所示的设备制造的另一多层抛光垫。具体实施例方式本专利技术提供了一种减少缺陷度而且提高抛光性能的多层抛光垫。较佳的是，所述抛光垫以网状形式制得，减少了浇注-切割制得的“硬”抛光垫中经常伴随的垫与垫之间的差异。另外，所述抛光垫优选是水基的而不是有机溶剂基的，比通过凝固法制成的现有技术的“软”抛光垫更容易制造。而且，所述抛光垫具有高孔隙率，而且是多层的，减少了缺陷度，同时不会损害去除速率、外形控制和抛光垫寿命之类的其它的抛光性能。本专利技术的抛光垫可用来抛光半导体基材、刚性磁盘、光学产品和用来抛光半导体加工中的各种材料，例如ILD、STI、钨、铜、低k电介质和超低k电介质。下面来看附图，图1显示用来制造本专利技术的多层抛光垫300的设备100。较佳的是，抛光垫300具有高孔隙率，以尽可能多地保持抛光浆液或活性液与晶片接触。本专利技术人意识到，对于未来的抛光要求，抛光的化学贡献将比机械贡献重要得多。因此，本专利技术的抛光垫300是一种多层多孔(“多孔性”)抛光垫，该抛光垫具有孔隙率至少等于或大于50体积％的抛光层304。更佳的是，本专利技术的抛光垫300是一种多孔性抛光垫，该抛光垫具有孔隙率至少等于或大于65体积％的顶垫。最佳的是，本专利技术的抛光垫300是一种多孔性抛光垫，该抛光垫具有孔隙率至少等于或大于75体积％的顶垫。所述多孔性顶部抛光层304与“双”子垫结合起来，提供了减少缺陷度，同时不会损害去除速率、外形控制和抛光垫寿命之类的其它抛光特性的本专利技术的多层抛光垫。另外，本专利技术的抛光垫300具有在抛光层304的厚度中互连的空隙。通过这种方式，抛光碎屑会被吸收到抛光层304之内，通过分散离开抛光层(界面)，移动到顶部抛光层304的下表面。另外，所述顶层由于具有高孔隙率而具有可压缩性，而且被抛光液所浸润饱和，因此在晶片之下的反复循环过渡阶段，顶层可以将抛光液压向晶片表面。另外，在抛光层304的厚度中，抛光垫300的互连孔结构很均匀，使得在抛光垫磨损的时候，孔的截面结构和与晶片接触的表面区域仍然保持恒定。所述孔结构可以是互连的微孔或圆柱形孔。所述抛光垫300的抛光层304可通过各种方法形成，这些方法包括烧结、拉伸、径迹蚀刻、模板蚀刻和相转化。具体来说，相转化的方法包括例如通过溶剂蒸发沉积，气相沉积，受控的蒸发沉积，热沉积和浸渍沉积。其它的制造互连孔的方法包括使用超临界流体或低密度泡沫技术。在本专利技术一实施方式中，多层抛光垫300以“卷状”形式形成，使得可以“连续制造”，以减少在分批工艺中可能造成的不同抛光垫300之间的差异。设备100包括供料盘或解卷装置(unwind station)102，上面储存着以纵向连续形式螺旋缠绕的基材302。再来看图3至图3B，基材具有“双”子垫构造，包括中间的硬层312和底部的可压缩层314。通过这种方式，硬中间层312在模头范围的长度上平衡了硬度，但是在晶片范围的长度上与可压缩性更高的层314结合发挥作用，成为挠性的。通过驱动装置104机械驱动进料辊102以受控制的速度旋转。驱动装置104包括例如带106和马达驱动的滑轮108。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来抛光半导体基板的复合化学机械抛光垫，该抛光垫包括：具有第一可压缩性的抛光层；具有第二可压缩性的中间层，所述第二可压缩性小于第一可压缩性；具有第三可压缩性的底层，所述第三可压缩性大于第二可压缩性，小于第一可压缩 性；所述抛光层中孔隙结构的含量至少为５０体积％。

【技术特征摘要】
US 2005-12-21 11/316,0291.一种用来抛光半导体基板的复合化学机械抛光垫，该抛光垫包括具有第一可压缩性的抛光层；具有第二可压缩性的中间层，所述第二可压缩性小于第一可压缩性；具有第三可压缩性的底层，所述第三可压缩性大于第二可压缩性，小于第一可压缩性；所述抛光层中孔隙结构的含量至少为50体积％。2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光层的肖氏D硬度小于40D。3.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光层的厚度小于0.5毫米。4.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光层包含由水基聚合物或其混合物形成的聚合物基质。5.如权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物基质是聚氨酯分散体、丙烯酸类分散体、苯乙烯分散体或其混...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB詹姆斯，
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]