抛光垫、其聚氨酯层及抛光硅晶片的方法技术

描述了一种用于形成半导体晶片用抛光垫的聚氨酯层，其中所述聚氨酯层包含：发泡聚氨酯，其中所述聚氨酯泡沫具有约640至约960kg/m3的密度和多个平均直径为约20至约200微米的孔；和具有小于35mN/m临界表面能并具有3至100微米中值粒径的疏水性聚合物粒子。还描述了抛光垫及抛光方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本申请涉及用于化学-机械抛光的制品和方法。特别地，本专利技术涉及用于精确和快速抛光半导体晶片表面等的化学-机械抛光垫。近年来，化学-机械抛光(CMP)已成为半导体芯片生产商在铺设电路图案层时使半导体芯片表面平坦化的技术选择。CMP技术是公知的且通常用抛光垫和抛光组合物完成。半导体晶片的制造通常涉及在例如硅、砷化镓、磷化铟等的半导体衬底上形成多个集成电路。所述集成电路通常由一系列工艺步骤形成，其中在衬底上形成如导电材料、绝缘材料和半导体材料的材料的图案化层。为了最大化每块晶片的集成电路的密度，在贯穿半导体晶片生产过程的各个阶段都需要极其平坦、精确抛光的衬底。就此而言，半导体晶片的生产通常涉及使用至少一个，更通常而言多于一个的抛光步骤。抛光步骤通常涉及在抛光流体或组合物的存在下使抛光垫和半导体晶片衬底相对彼此旋转或摩擦，通常使用受控且重复性的运动。垫有助于半导体衬底的机械抛光，而抛光流体有助于衬底的机械和化学抛光，并促进从制品的粗糙表面除去和运走磨损的材料。 通常将抛光流体置于制品待抛光的粗糙表面和抛光垫的工作表面之间。抛光流体通常为碱性并可包含磨料，例如特别是微粒状氧化铈或二氧化硅。可使用抛光除去金属、电介质或电子工业中的其他材料。不同材料的各种CMP垫已被描述过或正在使用当中，例如美国专利6，022，268中描述的金属垫；美国专利5，489，233中描述的包含粒子的抛光垫；以商品名P0LITEX出售的浸渍聚合物的织造纤维的抛光垫；和通过原位制备或掺入空心填充材料而形成的含孔隙空间的聚合物片的垫(以商标IC 1000出售)。在目前使用的垫当中，包括多层材料的复合垫，其具有与被抛光的半导体表面接触的外部衬底。还已知由多孔泡沫材料制得的CMP垫。 例如，美国专利6，913，517描述了微孔聚氨酯抛光垫，美国专利4，954，141描述了由发泡的含氟聚合物制成的抛光垫。美国专利7，059，936描述了特别与疏水性抛光组合物一起使用的具有低表面能的抛光垫。尽管针对CMP垫进行了深入的研发，本领域仍然持续需要不断改善抛光效率和效力，特别是以低缺陷为特征。对于CMP垫，通常在除去抛光材料的速度和抛光晶片中的缺陷水平之间权衡。换句话说，更硬的垫可导致更快的抛光，但进而可导致更高的缺陷。有利的是获得抛光迅速、高效且导致低缺陷水平的CMP垫。此外，当使用高活性抛光组合物以抛光半导体晶片时，CMP垫的化学性质和机械结构可能劣化。结果，抛光垫的效率可能降低，例如，抛光速度可能下降，并可导致增大的表面粗糙度、起伏度和/或损坏。用高价的新垫频繁更换昂贵的抛光垫是不合乎需要的。此外， 即使当垫随时间仅轻微劣化，抛光条件(如工作压力、抛光板的旋转速度，和抛光板用冷却水的温度和流速)也可能需要连续控制以应对劣化程度，从而获得半导体晶片表面的所需抛光。期望获得在晶片重复抛光之后具有改善的抗劣化性的CMP垫。因此，本领域仍然持续需要改善的CMP垫，特别是提供具有低缺陷的抛光表面的垫。对于这些垫而言，进一步有利的是具有良好的抗劣化性，以及良好的抛光效率、可加工性和低成本。此外还期望更精细地控制或调整抛光垫的研磨性能以平衡其移除特定涂层而不破坏特定表面材料或导致不期望的刮擦或其他损坏的能力。还期望能够针对特定应用经济地制造并定制这类垫。
技术实现思路
为了克服上述问题并完成所需目标，聚氨酯层包含发泡聚氨酯，其中所述聚氨酯泡沫具有约640至约1200kg/m3的密度，多个平均直径为约20至约200微米的孔，和具有小于35mN/m临界表面能和3至100微米中值粒径的疏水性聚合物粒子。在一个实施方案中， 所述层具有约640至960kg/m3的密度。在另一个实施方案中，用于形成半导体晶片用抛光垫的聚氨酯层包含聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫具有约640至约1200kg/m3的密度，和多个平均直径为20至200微米的孔，其中所述聚氨酯层具有在50°C下约 1 至约 5001/Pa 的 KEL，在20°C至50°C范围内大于约IOOMPa的储能模量(storage modulus)，在20°C至50°C范围内小于约0. 070的tan δ，以及1. 2 至 3. 0 的 50°C下 tan δ :20°C下 tan δ 的比率。在又一个实施方案中，用于形成半导体晶片用抛光垫的聚氨酯层包含聚氨酯泡沫，其中所述聚氨酯泡沫具有约640至约1200kg/m3的密度，和在20°C至50°C范围内小于0. 070的tan δ，以及1. 2 至 3. 0 的 50°C下 tan δ :20°C下 tan δ 的比率。在另一个实施方案中，抛光垫包含任意上述聚氨酯层。抛光垫的制造方法包括抛光硅晶片，包括向硅晶片的表面施加微粒介质，和相对于所述表面旋转抛光垫，其中所述抛光垫包含含有上述聚氨酯泡沫的抛光层。本领域技术人员通过下文的详细描述和附图将理解和领会本专利技术的上述和其他特征和优点。附图说明图1是对比的多孔聚氨酯材料的扫描电镜图像；和图2是与图1的材料具有相同组成(不同之处在于添加了疏水性粒子)的多孔聚氨酯的扫描电镜图像。图3是显示在本专利技术的一个实施方案中，在20至50°C的温度范围内测得的tan δ 的图。具体实施例方式改良的抛光垫包含机械发泡的聚氨酯泡沫，其由异氰酸酯预聚物、含羟基化合物和有机硅表面活性剂的特定组合形成，并包含疏水性聚合物粒子，所述疏水性聚合物粒子产生了较精细的孔径。这种抛光垫具有高抛光速度并提供具有极低缺陷的抛光表面，即使在0. 20微米的检测水平下也是如此。抛光过程中观察到较少的热累积，这可以潜在地提供随时间更稳定的性能。因此，抛光垫即使在长期使用之后仍可具有优异的抗劣化性。抛光垫包含机械发泡的聚氨酯泡沫的基质和多个疏水性微粒粒子，例如，疏水性聚合物粒子。本文使用的术语“疏水性微粒”是指具有低表面能的微粒，例如，临界表面张力小于40mN/m，特别是小于35mN/m，更特别是不超过30mN/m，例如15至25mN/m。因此，当在疏水性微粒中使用聚合物时，所述聚合物优选仅包含少量(如果有的话)亲水官能团或离子基团，更优选不含亲水或离子基团。对疏水性聚合物不作特别限定并且其可包含下列，或基本由下列组成碳氟化合物、氟氯碳化合物、硅氧烷(例如-R2SiO-单元，其中R独立地为氢原子或烃基)，或C2_8烃重复单元，例如乙烯、丙烯、丁烯或苯乙烯，或上述重复单元的组合。因此，疏水性聚合物可例如包括有机硅橡胶、聚二有机硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷)、聚丁二烯、聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯和聚丙烯酰胺。在一个特定的实施方案中，疏水性聚合物为氟化聚合物，也被称作含氟聚合物。本文使用的“含氟聚合物”包括含有衍生自氟化α-烯烃单体(即包括至少一个氟原子取代基的α-烯烃单体)的重复单元和任选的与氟化α-烯烃单体反应性的非氟化烯键式不饱和单体的均聚物和共聚物。示例性的α -烯烃单体包括CF2 = CF2, CHF = CF2, CH2 = CF2, CH = CHF, CClF = CF2、CC12 = CF2、CC1F = CC1F、CHF = CC12、CH2 = CC1F，和 CCl2 = CC1F、 CF3CF = CF2、CF3CF = CHF、CF3CH = CF2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：布赖恩·利特克，迈克尔·K·科斯，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：