可压缩非网状聚脲抛光垫制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于对半导体、光学、磁性或机电衬底中的至少一种进行抛光的抛光垫。所述抛光垫包含聚脲抛光层和聚脲基质。所述聚脲基质具有软链段，所述软链段是脂肪族无氟聚合物基团和具有至少六个碳的长度的碳氟化合物的共聚物。所述聚脲基质是通过固化剂固化的并且包含气体或液体填充的聚合物微元件。所述聚脲基质具有本体区域和与所述本体区域相邻延伸至所述抛光层的过渡区域。所述过渡区域中的聚合物微元件随着其接近所述抛光层而厚度减小，其中与所述抛光层相邻的压缩微元件的厚度小于所述本体区域中的聚合物微元件的直径的百分之五十。所述抛光层在剪切条件下在抛光期间仍然是亲水的。抛光期间仍然是亲水的。抛光期间仍然是亲水的。

【技术实现步骤摘要】
可压缩非网状聚脲抛光垫

技术介绍

[0001]化学机械平坦化(CMP)是抛光工艺的变体，其广泛用于平面化或平坦化集成电路的构造层，以精确地构建多层三维电路。待抛光的层典型地是已沉积在下面的衬底上的薄膜(小于10,000埃)。CMP的目的是去除晶片表面上的多余材料，以产生厚度均匀的极其平的层，均匀性遍及整个晶片区域。控制去除速率和去除均匀性是至关重要的。
[0002]CMP使用包含纳米尺寸的颗粒的液体(通常称为浆料)。将其进料到安装在旋转压板上的旋转多层聚合物片或垫的表面上。晶片被安装到具有单独的旋转装置的单独的夹具或托架中，并在受控的负载下压在垫的表面上。这导致晶片与抛光垫之间的高相对运动速率(即，在衬底与垫表面处都具有高剪切速率)。捕获在垫/晶片接合处的浆料颗粒会研磨晶片表面，从而导致去除。为了控制速率，防止水滑并有效地将浆料输送到晶片下方，将各种类型的纹理结合到抛光垫的上表面中。通过用细小的金刚石阵列研磨垫来产生精细的纹理。这样做是为了控制和提高去除速率，并且通常称为修整。还结合了各种图案和尺寸的较大比例的凹槽(例如，XY、圆形、径向)用于流体动力学和浆料输送调节。
[0003]广泛观察到CMP期间的去除速率遵循普雷斯顿方程，速率＝K
p
*P*V，其中P是压力，V是速度，并且K
p
是所谓的普雷斯顿系数。普雷斯顿系数是作为所使用的消耗品组的特征的总和常数。导致K
p
的几个最重要的影响如下：(a)垫接触面积(主要来自垫的纹理和表面机械特性)；(b)可用于工作的接触区域表面上的浆料颗粒浓度；以及(c)表面颗粒与待抛光层的表面之间的反应速率。影响(a)很大程度上取决于垫的特性和修整过程。影响(b)取决于垫和浆料，而影响(c)在很大程度上取决于浆料特性。
[0004]高容量多层存储设备(例如3D NAND闪存)的出现导致需要进一步提高去除速率。3D NAND制造工艺的关键部分包括以金字塔形楼梯的方式交替地堆积SiO2和Si3N4膜的多层堆叠体。一旦完成，将所述堆叠体以厚SiO2覆盖层覆盖，其必须在完成装置结构之前进行平坦化。这种厚膜通常称为前金属电介质(PMD)。装置容量与分层堆叠体中的层数成比例。当前的商用装置使用32层和64层，并且行业正在迅速发展到128层。在堆叠体中每个氧化物/氮化物对的厚度为约125nm。因此，堆叠体的厚度随层数而直接增加(32＝4,000nm，64＝8,000nm，128＝16,000nm)。对于PMD步骤，假设PMD共形沉积，待去除的覆盖电介质的总量大约等于堆叠体厚度的约1.5倍。
[0005]常规电介质CMP浆料的去除速率为约250nm/min。这对于PMD步骤会产生不希望的漫长的CMP处理时间，这现在是3D NAND制造工艺中的主要瓶颈。因此，在开发更快的CMP工艺方面已有许多工作。大多数改进都集中在工艺条件(较高的P和V)，改变垫修整工艺以及改进浆料设计，特别是基于CeO2的浆料。如果可以开发一种可以与现有工艺和CeO2浆料配对的改进的垫，以实现更高的去除速率而又不带来任何负面影响，那么它将构成CMP技术的重大改进。
[0006]电介质CMP中最常用的顶垫层是IC1000
TM
聚氨酯抛光垫。这种垫具有许多希望的特性，包括其在水中的表面电荷。如在Sokolov等人(J.Colloid Interface Sci[胶体与界面科学杂志],300(2),p.475
‑
81,2006)的文章中所示，当pH值大于2时，IC1000
TM
抛光垫的表面
电荷越来越负。由于抛光垫在抛光期间处于移动状态，因此在剪切下垫粗糙物的物理特性至关重要。
[0007]在CMP垫中用于实现提高速率的主要方法如下：i)在不改变顶垫层组成的情况下优化凹槽设计；ii)在不改变顶垫层组成的情况下改变修整过程；iii)通过改变顶垫层的修整响应，为垫提供更理想的修整响应；以及iv)提供具有较高硬度或改进的弹性特性的顶垫层的垫。
[0008]Hattori等人(Proc.ISET07,p.953
‑
4(2007))公开了用于各种镧系元素颗粒分散体(包括CeO2)的ζ电位对pH的对比图。零电荷的或等电点的pH测量为约6.6。低于此pH，则所述颗粒具有正电势；高于此pH，则所述颗粒具有负电势。对于不同的二氧化铈颗粒或含二氧化铈浆料的改性，等电点可能发生偏移。
[0009]随着3D NAND的发展，对具有提高的二氧化铈抛光速率的抛光垫的需求增大。

技术实现思路

[0010]本专利技术的实施例提供了一种适用于对半导体、光学、磁性或机电衬底中的至少一种进行抛光的抛光垫，其包含：聚脲抛光层，所述聚脲抛光层包含聚脲基质，所述聚脲基质具有软链段和硬链段，所述软链段是脂肪族无氟聚合物基团和具有至少六个碳的长度的碳氟化合物的共聚物，所述聚脲基质是通过固化剂固化的并且包含气体或液体填充的聚合物微元件，所述聚脲基质具有本体区域、与所述本体区域相邻延伸至所述抛光层的过渡区域，所述聚合物微元件在所述聚脲基质的所述本体区域中具有直径并且是球形的，所述过渡区域中的所述聚合物微元件的厚度随着其接近所述抛光层而减小，其中与所述抛光层相邻的压缩微元件的厚度小于所述本体区域中的所述聚合物微元件的直径的百分之五十，并且所述聚合物微球在抛光期间在所述抛光层处破裂，其中所述抛光层在剪切条件下在抛光期间仍然是亲水的。
[0011]本专利技术的另一个实施例提供了一种适用于对半导体、光学、磁性或机电衬底中的至少一种进行抛光的抛光垫，其包含：聚脲抛光层，所述聚脲抛光层包含聚脲基质，所述聚脲基质具有软链段和硬链段，所述软链段是脂肪族无氟聚合物基团和具有至少六个碳的长度的碳氟化合物的共聚物，所述聚脲基质是通过固化剂固化的并且包含气体或液体填充的聚合物微元件，所述聚脲基质具有本体区域、与所述本体区域相邻延伸至所述抛光层的过渡区域，所述聚合物微元件在所述聚脲基质的所述本体区域中具有直径并且是球形的，所述过渡区域中的所述聚合物微元件的厚度随着其接近所述抛光层而减小，其中与所述抛光层相邻的压缩微元件的厚度小于所述本体区域中的所述聚合物微元件的直径的百分之五十，其中与所述抛光层相邻的所述聚合物微元件的至少一部分形成相互连接的相邻通道，并且所述聚合物微球在抛光期间在所述抛光层处破裂，其中所述抛光层在剪切条件下在抛光期间仍然是亲水的。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的抛光垫的富氟区域的SIMS TOF汇编的示意图，其被转换成黑白标度，其中实心黑色区域表示不含抛光垫的背景。
[0013]图2是本专利技术的使用过的抛光垫的截面SEM，示出了与抛光表面相邻的聚合物微元
件在没有被金刚石修整器刺穿的情况下发生塌陷。
[0014]图3是使用过的抛光垫的更高放大倍率的截面SEM，示出了与抛光表面相邻的聚合物微元件在没有被金刚石修整器刺穿的情况下发生塌陷。
[0015]图4是使用过的抛光垫的截面SEM，示出了小齿状抛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于对半导体、光学、磁性或机电衬底中的至少一种进行抛光的抛光垫，其包含：聚脲抛光层，所述聚脲抛光层包含聚脲基质，所述聚脲基质具有软链段和硬链段，所述软链段是脂肪族无氟聚合物基团和具有至少六个碳的长度的碳氟化合物的共聚物，所述聚脲基质是通过固化剂固化的并且包含气体或液体填充的聚合物微元件，所述聚脲基质具有本体区域、与所述本体区域相邻延伸至所述抛光层的过渡区域，所述聚合物微元件在所述聚脲基质的所述本体区域中具有直径并且是球形的，所述过渡区域中的所述聚合物微元件的厚度随着其接近所述抛光层而减小，其中与所述抛光层相邻的压缩微元件的厚度小于所述本体区域中的所述聚合物微元件的直径的百分之五十，并且所述聚合物微球在抛光期间在所述抛光层处破裂，其中所述抛光层在剪切条件下在抛光期间仍然是亲水的。2.如权利要求1所述的抛光垫，其中，所述富氟区域在所述聚合物微元件周围产生较高和较低氟浓度的区域。3.如权利要求1所述的抛光垫，其中，所述富氟相的平均厚度小于所述聚合物微元件的平均直径的百分之五十。4.如权利要求1所述的抛光垫，其中，所述聚合物微元件在独立于金刚石修整的邻近所述抛光浆料的压缩下破裂。5.如权利要求1所述的抛光垫，其中，所述抛光层在抛光期间可以形成含有小齿状结构的表面。6.一种适用于对半导体、光学、磁性或机电衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：