抛光垫片组合物与制造和使用方法技术

在化学机械平坦化（ＣＭＰ）中使用的抛光垫片或者此类垫片的抛光组件／表面是由例如聚氨酯和聚烯烃的不可互溶聚合物的组合制成。基于界面相互作用、熔融指数和在聚合物相－基体相与分散相之间的熔融指数比来选择聚合物。通过选择聚合物体系使得所述两种聚合物彼此不可互溶并且优选形成单独的畴；当修整或抛光处理暴露所述分散相时，可将其移除。个别聚合物的熔融指数和所述熔融指数的比率决定进入所述基体的较小相的可分散性，从而决定相尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及化学机械平坦化(CMP)领域，并且具体地说涉及在CMP中使用且由不 可互溶聚合物制成的抛光垫片。
技术介绍
在现代集成电路(IC)制造中，将材料层施加于先前在半导体晶片上形成的嵌入 式结构。化学机械平坦化(CMP)是用于移除这些层(或其部分)并且抛光所得表面以实现 所要结构的研磨方法。CMP可以在氧化物和金属上执行，并且通常涉及使用结合相对于晶片 运动的抛光垫片来施加的化学浆液(例如，该垫片相对于该晶片旋转，而该浆液分散于其 间)。所得光滑平坦表面对维持用于随后晶片处理步骤的聚焦的光刻深度和对确保金属互 连不在轮廓步骤期间变形是必要的。镶嵌处理需要使用CMP从电介质的顶面上移除诸如钨 或铜的金属以限定互连结构。传统的抛光垫片是由聚合物(通常为尿烷)制成，铸造成形且用微孔元件填充或 者由聚氨酯涂布的无基毛布制作。在抛光操作期间，使抛光垫片旋转，同时接触也在旋转的 晶片，从而进行抛光。许多垫片具有在这些抛光处理期间在晶片下提供分布浆液的结构。此 类浆液分布结构包括空隙或微孔，所述空隙或微孔是通过添加美国专利5，578，362中描述 的中空微元件或者通过引入在铸造处理期间形成的气泡来包括在内。美国专利6，896，593 描述超临界(X)2在成型处理期间形成孔的用途。在抛光期间，该抛光垫片材料遭受导致垫片的抛光性能劣化的塑性变形。例如，在 抛光处理期间此类变形导致该处理变得不均勻，因此，抛光操作仅可以十分低的移除速率来完成。为了恢复抛光性能并且实现一致的抛光性能周期性地用覆盖有细粒度金刚石粒 子的圆盘来磨削(或修整)抛光垫片表面。此类修整的目的是移除垫片的磨损顶层并且恢 复顶面的结构以便进行一致的抛光。此类修整处理由采用硬垫片的抛光处理良好地接受。 然而，在软垫片的情况下，修整处理并未良好地接受，因而易于导致此类垫片的使用寿命减 少。
技术实现思路
本文提供在化学机械平坦化(CMP)中使用的抛光垫片的组合物以及其制造和使 用方法。在本专利技术的一个实施例中，抛光垫片或垫片的抛光元件/表面是由聚氨酯和聚烯烃的组合制成，其中聚氨酯是本体相并且聚烯烃是分散相。本体相材料(聚氨酯)可以具 有尺寸小于IOOnm的粒子，而分散相的粒子尺寸可以大于lOOOnm。该分散相聚合物(例如， 聚烯烃或两种不同聚乙烯材料的掺合物)优选在该本体相聚合物(聚氨酯)内不可互溶， 并且可在抛光期间从该抛光垫片上释放，从而导致在该抛光垫片的暴露表面上形成微孔性 区域。该聚烯烃材料可以包括聚乙烯材料和/或聚丙烯材料。在一些情况下，选择用于聚氨酯-聚烯烃抛光垫片的材料可以使得聚烯烃的黏度 与聚氨酯的黏度之比小于3。聚氨酯材料的抗拉强度可以大于1000磅每平方英寸(psi)， 同时聚氨酯材料的弯曲模数可以大于2000psi，并且聚氨酯材料的Slore D硬度可以大于 25。在此类垫片中，分散聚烯烃材料的畴尺寸可以为200微米或更小。在一些实施例中，聚 烯烃材料在该抛光垫片中可以占1-35体积％。此类抛光垫片的暴露表面可以包括表面特 征。在与本专利技术一致的又一实施例中，抛光垫片可以包括聚烯烃粒子，所述聚烯烃粒 子在聚氨酯形成反应之前分散于异氰酸酯或多元醇中。该聚烯烃粒子的尺寸可以为10-200 微米。该聚氨酯可以具有以下特性抗拉强度大于lOOOpsi，弯曲模数大于2000psi，并且 Shore D硬度大于25。在与本专利技术一致的另一实施例中，抛光垫片可以包括聚烯烃材料和聚氨酯材料的 聚合物掺合物。聚烯烃材料的熔融指数可以小于或等于3，并且聚氨酯材料的熔融指数可以 大于或等于15。从而，聚烯烃材料与聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0.2。聚烯烃材料 与聚氨酯材料之间的硬度差可以小于15a!0reD。在本专利技术的其他实施例中，抛光垫片可以包括由在聚氨酯基体中的两种聚烯烃材 料的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件。第一聚烯烃材料的熔融指数可以小于或等于 3，而第二聚烯烃材料的熔融指数可以大于或等于25并且聚氨酯材料的熔融指数大于或等 于15。更具体地说，第一种该聚烯烃材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0. 2，而第 二种该聚烯烃材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以大于1。聚烯烃材料与聚氨酯材料之 间的硬度差可以小于15 Shore D。在本专利技术的另一实施例中，抛光垫片可以包括熔融指数大于15并且玻璃化转变 温度(Tg)低于室温的聚氨酯材料、熔融指数为25或更大并且Tg低于室温的第一聚乙烯材 料以及熔融指数小于3并且Tg低于室温的第二聚乙烯材料。聚乙烯材料与聚氨酯材料之 间的硬度差可以小于15 Shore D。在本专利技术的又一实施例中，抛光垫片可以包括熔融指数小于或等于3的第一聚 乙烯材料、熔融指数大于或等于25的第二聚乙烯材料以及熔融指数大于或等于15的聚氨 酯材料。该第一聚乙烯材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0.2，并且该第二聚乙 烯材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以大于1。该聚氨酯材料的硬度可以为70 Shore D 或更小，而该第一聚乙烯材料的硬度可以为60 Shore D或更小，并且该第二聚乙烯材料的 硬度可以为60 S1OreD或更小。该聚氨酯材料与该第一聚乙烯材料和/或该第二聚乙烯材 料之间的硬度差可以为15 Shore D或更小。在本专利技术的另一实施例中，抛光垫片可以包括弯曲模数大于60MPa的聚氨酯材料 和各自弯曲模数都大于200MPa的第一聚乙烯材料和第二聚乙烯材料。该聚氨酯材料与该 第一聚乙烯材料和/或该第二聚乙烯材料之间的硬度差可以为15 Shore D或更小。然后，与本专利技术的实施例一致，在CMP中使用的抛光垫片可以由彼此不可互溶的 两种聚合物来制造。第一聚合物(例如，聚氨酯材料)可以为基体相，并且第二聚合物(例 如，聚烯烃材料)可以为分散相。该分散相可以由(例如)低密度聚乙烯、低密度聚乙烯-丁 烯和/或极低密度聚乙烯-丁烯形成，并且在通过修整处理和/或抛光处理进行暴露时可 以将其移除。该第一聚合物的畴尺寸可以不同于该第二聚合物的畴尺寸。在一些实例中， 该分散相可以由两种或两种以上聚烯烃材料组成，并且在两种聚烯烃材料的混合物的情况 下，第一聚乙烯材料的熔融指数可以为30，第二聚乙烯材料的熔融指数可以为0. 75。另外 或替代地，第一聚烯烃材料的畴尺寸可以大于30nm，并且第二聚烯烃材料的畴尺寸可以小 于 IOnm0在垫片制造期间，该两种聚合物可以混合到一起，并且将所得混合物注入模腔以 形成垫片或抛光元件。通过(例如)改变混合物中包括的第一聚合物和第二聚合物的各自 量可以调节抛光垫片中包括的第一聚合物和第二聚合物的相对畴尺寸。例如，由于在抛光处理期间受到磨损，所以可以在与本专利技术一致的抛光垫片的顶 部抛光表面中引入多孔性。另外或替代地，可以在抛光垫片的制造期间，在该抛光垫片中产 生孔位并且可以在所述制造期间调整此类孔位的尺寸。下文中更加详细地描述本专利技术的这些和其他实施例。附图说明在附图中通过举例而非限定来图示本专利技术，其中图1(a)和图1(b)示出可以根据本专利技术的实施例制造和使用(尽管其有差异)的 不同类别抛光垫片的横截面；图2(a)示出根据本专利技术的实施例的由聚氨酯-聚烯烃掺合物制成的抛光垫片或 抛光元件/表面的放大图；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在化学机械平坦化（ＣＭＰ）中使用的抛光垫片，包含：　　第一聚合物，其中所述第一聚合物是本体相，和　　第二聚合物，其中所述第二聚合物是分散相，其在所述第一聚合物内不可互溶并且在抛光期间可从所述抛光垫片上释放，从而导致在所述抛光垫片的暴露表面上形成微孔性区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉杰夫·巴贾，
申请(专利权)人：塞米奎斯特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US