一种适合对包含铜、电介质、阻挡层和钨中至少一种的图案化的半导体基材进行抛光的抛光垫。抛光垫包含聚合物基质；该聚合物基质是多元醇掺混物、多胺或多胺混合物和甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物。多元醇掺混物是１５－７７重量％的聚丙二醇和聚四亚甲基醚乙二醇的混合物，该混合物的聚丙二醇与聚四亚甲基醚乙二醇重量比为２０∶１至１∶２０。多胺或多胺混合物占８－５０重量％；甲苯二异氰酸酯为１５－３５重量％的单体或部分反应的甲苯二异氰酸酯的单体。
【技术实现步骤摘要】
本说明书涉及可用于抛光或平面化半导体基材的抛光垫。
技术介绍
半导体生产通常包括一些化学机械抛光(CMP)工艺。在各CMP工艺中，通过抛光垫与抛光液(例如包含磨料的抛光浆液或者不含磨料的活性液体)的组合，以一定的方式除去多余的材料，从而进行平面化或保持平坦度，以便接纳下一层。这些层以一定的方式组合成堆叠，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器件，所以这些半导体器件的制造一直在变得越来越复杂。对于器件的结构，这意味着要求更精细的特征几何结构，以及更多的金属化层次。这些越来越严格的器件设计要求促使人们采用越来越小的线路间距，对应于图案密度的增大。器件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材具有更加严格的平面度、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性。例如，聚氨酯抛光垫具有足以抵抗撕裂的抗张强度和伸长性；避免在抛光过程中发生磨损问题的耐磨性；耐受强酸和强苛性抛光液侵蚀的稳定性。由陶氏电子材料(Dow Electronic Materials)提供的IC1000TM抛光垫代表了适合用于抛光多种基材的工业化标准聚氨酯基材，所述基材例如是铝、阻挡材料、介电材料、铜、硬质掩模、低k电介质、钨和超低k电介质(IC1000是陶氏电子材料或其成员的商标)。M.J.Kulp在美国专利第7,169,030号中揭示了一类具有高抗张模量的聚氨酯抛光垫。这些抛光垫为抛光垫和抛光浆液的几种组合提供极佳的平面化和缺陷度。例如，这些抛光垫在使用含氧化铈的抛光浆液抛光氧化硅/氮化硅应用(例如直接浅沟槽隔离(STI)抛光应用)时能提供极佳的抛光性能。在该说明书中，氧化硅指可用于在半导体器件中形成电介质的氧化硅、氧化硅化合物和掺杂的氧化硅制剂；氮化硅指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。糟糕的是，对于所有用于目前和将来的半导体晶片所包括的多个基材层的抛光浆液而言，这些抛光垫并非都能提高抛光性能。而且，随着半导体器件成本的下降，仍然需要进一步提高抛光性能。对图案化的晶片，有色金属抛光例如铜抛光保持对集成电路和存储器应用的重要需求应用。在制造半导体过程中，铜层常覆盖整个晶片。抛光垫必须能够很好除去整体的铜，留下铜连接件的网络。这就需要对有色金属基材改进了抛光性能的例如铜抛光的抛光垫。此外，加快抛光垫的去除速率可以提高产量，从而减少半导体制造工厂的设备占地面积和费用。因为这种提高性能的要求，仍然希望找到具有更高性能的除去基材层的抛光垫。例如，在层间电介质(“ILD”)或金属间电介质(“IMD”)抛光中，除去电介质的氧-->化物电介质去除速率很重要。使用的电介质氧化物的具体类型包括以下：BPSG、通过四乙氧基硅酸酯分解形成的TEOS、HDP(“高密度等离子体”)和SACVD(“低于大气压的化学气相沉积”)。人们一直需要这样一种抛光垫，该抛光垫具有增大的去除速率以及可接受的缺陷度性质和晶片均匀性。人们尤其希望一种适用于ILD抛光的抛光垫，该抛光垫具有加快的氧化物去除速率以及可接受的平面化和缺陷度抛光性质。
技术实现思路
本专利技术一个方面提供一种适合对包含铜、电介质、阻挡层和钨中的至少一种的图案化的半导体基材进行抛光的抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质，所述聚合物基质是多元醇掺混物、多胺或多胺混合物与甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物，所述多元醇掺混物占总量的15-77重量％，是聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇的混合物，该聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇混合物的聚丙二醇与聚亚四甲基醚乙二醇的重量比为20∶1至1∶20，多胺或多胺混合物占8-50重量％，甲苯二异氰酸酯占15-35重量％，是单体或部分反应的甲苯二异氰酸酯单体。本专利技术另一个方面提供一种适合对包含铜、电介质、阻挡层和钨中的至少一种的图案化的半导体基材进行抛光的抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质，所述聚合物基质是多元醇掺混物、多胺或多胺混合物与甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物，所述多元醇掺混物占总量的20-75重量％，是聚丙二醇和聚四亚甲基醚乙二醇的混合物，该聚丙二醇和聚四亚甲基醚乙二醇混合物的聚丙二醇与聚亚四甲基醚乙二醇的重量比为15∶1至1∶15，多胺或多胺混合物占10-45重量％，甲苯二异氰酸酯占20-30重量％，是单体或部分反应的甲苯二异氰酸酯单体。具体实施方式本专利技术提供了一种适用于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质。特别发现由多胺与聚丙二醇(PPG)、聚四亚甲基醚乙二醇(PTMEG)的掺混物以及甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物形成的聚合物基质提供了用于铜和ILD抛光的多功能抛光垫。特别是，在这些范围制造的抛光垫与工业标准IC1000抛光垫相比在用于ILD和铜应用时都提供了改进的抛光性能。本专利技术的抛光垫能够有效进行铜抛光。特别是，所述抛光垫能提高铜的去除速率但不会相应增加缺陷度。或者，抛光垫可降低缺陷度而不会相应降低去除速率。在本说明书中，去除速率指以分钟表示的去除速率。该抛光垫特别适合抛光和平面化ILD电介质材料，例如在层间电介质(ILD)应用中，并适用于有色金属例如铝、铜和钨之类的应用。所述抛光垫具有比现有的抛光垫更快的去除速率，特别是在抛光开始的最初30秒内。抛光初期更快的抛光垫响应可以缩短除去晶片表面上一定量材料所需的抛光时间，从而增加晶片产量。用热解法二氧化硅进行ILD抛光在30秒时的去除速率可以大于3750分钟。此外，在相同抛光测试中，使用本专利技术抛光垫在30秒时提供的去除速率比使用IC1010TM聚氨酯抛光垫高至少10％。(IC1010是陶氏电子材料或其附属公司的商标。)较佳地，用含二氧化硅的磨料抛光TEOS片状晶片时，本专利技术抛光垫在30秒时的去除速率等于或大于IC1000-->抛光垫在30秒和60秒时的去除速率。IC1000TM可增加TEOS去除速率，缩短抛光时间，因为它包含往往能赋予由该组分制成的部件热塑性的脂族异氰酸酯。IC1000抛光垫的热塑性似乎有助于提高抛光垫与晶片之间的接触，同时增加去除速率，直到去除速率达到某最大值。增加抛光垫与晶片的接触面积到更高的水平似乎会降低去除速率，因为局部凹凸导致晶片接触压力下降。尽管增加磨料含量可加快去除速率，但是抛光性能的重要进步在于，相对于IC1010抛光垫去除速率的改进不依赖于磨料含量。例如，这有利于加快去除速率和降低缺陷度，并且可减少浆液成本。除了去除速率以外，晶片尺寸不一致也是要考虑的重要的抛光性能。通常，因为抛光的晶片的尺寸一致性对于获得最大数目的良好抛光的芯片非常重要，所以晶片尺寸的不一致性应该小于6％。在本说明书中，“聚氨酯”是衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物，例如聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲、它们的共聚物和它们的混合物。浇注聚氨酯抛光垫适用于对半导体基材、光学基材和磁性基材进行平坦化。抛光垫的具体抛光性能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适合对包含铜、电介质、阻挡层和钨中的至少一种的图案化的半导体基片进行抛光的抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质，所述聚合物基质是多元醇掺混物、多胺或多胺混合物与甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物，所述多元醇掺混物占１５－７７重量％，是聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇的混合物，该聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇混合物的聚丙二醇与聚亚四甲基醚乙二醇的重量比为２０∶１至１∶２０，多胺或多胺混合物占８－５０重量％，甲苯二异氰酸酯占１５－３５重量％，是单体或部分反应的甲苯二异氰酸酯单体。
【技术特征摘要】
US 2009-7-24 12/460,8091.一种适合对包含铜、电介质、阻挡层和钨中的至少一种的图案化的半导体基片进行抛光的抛光垫，该抛光垫包含聚合物基质，所述聚合物基质是多元醇掺混物、多胺或多胺混合物与甲苯二异氰酸酯的聚氨酯反应产物，所述多元醇掺混物占15-77重量％，是聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇的混合物，该聚丙二醇和聚亚四甲基醚乙二醇混合物的聚丙二醇与聚亚四甲基醚乙二醇的重量比为20∶1至1∶20，多胺或多胺混合物占8-50重量％，甲苯二异氰酸酯占15-35重量％，是单体或部分反应的甲苯二异氰酸酯单体。2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，聚丙二醇与聚四亚甲基醚乙二醇的重量比为2∶1至1∶2。3.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，聚丙二醇与聚四亚甲基醚乙二醇的重量比为20∶1至2∶1。4.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，聚丙二醇与聚四亚甲基醚乙二醇的重量比为1∶20至1∶2。5.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：MJ库尔普，ES西蒙，
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]
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