半导体基材的抛光垫制造技术

公开了用于半导体晶片的抛光垫，其包括具有烧结合成树脂颗粒的开孔、多孔基材。该多孔基材的特征在于具有毛细通道的均匀、连续且弯曲的、互通网络。该抛光垫包括机械打磨的垫底表面以改善粘合剂和垫底表面的粘合性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及用于半导体基材、晶片、冶金样品、存储磁盘表面、光学元件、透镜、晶片模板等的磨碎、研磨、成形和抛光的抛光垫。更具体地，本专利技术涉及半导体基材化学机械抛光中所用的抛光垫和其使用方法。现有技术的讨论半导体晶片一般包括诸如硅或砷化镓晶片的基片，其上形成了许多集成电路。通过基材中图形区及基片上的各层，以化学及物理方法，将集成电路连接到基材上。各层通常由具有导体、绝缘或半导体的性质的材料制成。为了使设备具有高的产率，从平的半导体晶片开始是很重要的，从而，就经常要求抛光半导体晶片。如果在不平的晶体表面进行设备制造的处理步骤，就可产生各种问题，这些问题会得到大量不宜加工的设备。例如，在制备现代半导体集成电路中，必须在预先形成的结构上形成导线或类似结构。然而，以前的表面成形经常会产生晶片高度不规则的顶表面地势，具有突出部分、不相等隆凸区域、槽、沟渠和其它类似形状的表面不规则。必须对这些表面进行普遍的平面化来确保照相平版印刷品中聚焦的适当深度、以及在后继的制备过程中除去任何不规则的地方和表面缺陷。虽然有几个工艺保证晶片表面的平整性，但用化学机械平面化或抛光工艺的方法达到了在设备制备的各个阶段广泛进行晶片表面的平面化，以提高产率、性能和可靠性。通常，化学机械抛光“CMP”包括晶片在受控向下压力下的圆周运动，其抛光垫用常规的、通常是化学活性的抛光浆料饱和。可得的用于抛光应用如CMP的一般抛光垫是用软且硬的材料制备的，且可分成三组聚合物浸渍织物、微孔膜、和聚合物泡沫。例如，含有聚氨酯树脂浸入聚酯无纺布的抛光垫是第一组的代表例。这些示于附图说明图1和2的抛光垫通常制备为制备连续卷或网辐的织物；用聚合物、通常是聚氮酯浸渍该织物；固化聚合物；并固化、切断和擦光该抛光垫至所希望要的厚度和外侧尺寸。第二组的抛光垫示于图3和4，并包括涂在基础材料上的微孔聚氨酯膜，其基础材料通常是第一组的浸渍织物。这些多孔膜由一系列垂直取向的封端圆柱形孔组成。第三组的抛光垫是闭孔的聚合物泡沫，其具有随机且均匀分布在所有三维空间中的大空隙率(bulk porosity)。这种抛光垫的一个例子示于图5和6中。闭孔聚合物泡沫的体积孔隙率一般是不连续的，从而抑制了大量浆料的传递。在需要传递浆料的地方，人工对抛光垫处理，使其带有沟、槽或孔以改善抛光期间侧面浆料的传递。对这三大类抛光垫和其优缺点的更详细讨论参见国际公开WO96/15887，其内容引入本文作为参考。抛光垫的其它代表性例子描述于US专利4,728,552、4,841,680、4,927,432、4,954,141、5,020,283、5,197,999、5,212,910、5,297,364、5,394,655和5,489,233，上述每一个专利均全文引入本专利技术作为参考。为了使CMP和其它抛光工艺能提供有效的平面化效果，浆料到抛光表面的输送和分布变得很重要。对于许多抛光过程，特别是那些高旋转速率或压力下的操作，在抛光垫下不适当的浆料流速可产生非均匀的抛光速率。结果，作了各种努力来改善浆料的输送。例如，授予Cook等人的US专利5,489,233公开了使用大和小的流动通道以使浆料在固本抛光垫的整个表面输送。授予Shamouillian等人的US专利5,533,923公开了一种设计成包括导管的抛光垫，该导管通过至少一部分抛光垫以让抛光浆料流动。类似地，授予Breivogel等人的US专利5,554,064公开了一种抛光垫，其包括隔开的分离孔以在整个抛光垫的表面分布浆料。另外，授予Runnels等人的US专利5,562,530公开了脉冲受力的体系，其让支持晶片的向下的力在最小(即浆料流入晶片和抛光垫之间的空间中)和最大值(即挤出的浆料使抛光垫进行研磨以磨蚀晶片表面)之间周期性变化作用在抛光垫上。US专利5,489,233,5,533,923,5,554,064和5,562,530，每一个引入本文作为参考。虽然已知的抛光浆料适宜于其预定的用途，但仍需有改善的抛光垫，其在IC基材、特别是使用CMP方法中提供有效的平面化作用。另外，也需要抛光垫具有提高的抛光效率(即提高的除去速率)、改善的浆料输送性(即浆料在整个抛光垫上的所有方向上有高而均匀的渗透性)、提高的耐蚀刻剂的腐蚀性、和在基材上的定位均匀性。还需要抛光垫通过多个抛光垫调节方法后可以进行调节，并且必须更换以前可再次调节多次。专利技术概述本专利技术涉及一种抛光垫，其包括具有烧结合成树脂颗粒的开孔、多孔基材。该多孔基材的特征在于具有毛细通道的均匀、连续且弯曲的、互通网络。本专利技术还涉及一种抛光垫，其具有顶表面和底表面、其是开孔的、其在底表面具有表层但在顶表面没有表层，其中在整个抛光垫中孔是连通的，直到孔从顶表面连到底表面的表层。本专利技术还涉及一种在水、酸或碱存在下不溶胀的抛光垫，其中可使该抛光垫的顶表面容易润湿。另外，本专利技术是一种具有实质不透抛光浆料的底表面的抛光垫。另外，本专利技术涉及是一种抛光垫，其具有能高速且低非均匀性抛光IC晶片的平均孔隙直径。本专利技术也涉及具有改善的垫/粘合剂界面的抛光垫。本专利技术的抛光垫可用于各种抛光用途，特别是化学机械抛光应用，并提供具有最小刮痕和缺陷的高效抛光。不同于常规的抛光垫，本专利技术的抛光垫可用在各种抛光平台，对于特定的用途。可确保受控的浆料流动，并提供可定量的分配从而直接影响抛光性能和控制半导体制备过程。具体地，本专利技术的抛光垫和常规抛光浆料和设备一起可用于IC制造的各个阶段。该抛光垫提供了保持浆料在抛光垫表面均匀流动的一个措施。在一个实施方案中，本专利技术是一个抛光垫基材。该抛光垫基材包括热塑性树脂的烧结颗粒。抛光垫基材具有顶表面和底表面表层，抛光垫顶表面的平均不磨面粗糙度大于抛光垫表层的平均不磨面粗糙度。在另一个实施方案中，本专利技术是烧结的聚氨酯树脂抛光垫，具有顶表面、带有表层的底表面、厚度为30-125密耳、密度为0.60-0.95gm/cm3，孔隙容积为15-70％，平均顶表面粗糙度为1-50微米，底表面表层粗糙度低于20微米，其中底表面表层的平均粗糙度小于顶表面的平均表面粗糙度。在另一实施方案中，本专利技术是一个抛光垫。该抛光垫包括含热塑性树脂烧结颗粒的抛光垫。该抛光垫基材具有顶表面和底表面表层，抛光垫顶表面的平均不磨面粗糙度大于抛光垫底表面的平均不磨面粗糙度。该抛光垫还包括衬垫层、和位于衬垫层和底表面表层之间的粘合剂。附图简介图1是现有技术中的商购聚合物浸渍抛光垫的顶视扫描电子显微镜图(SEM)(100倍)。图2是现有技术中的商购聚合物浸渍抛光垫的剖视扫描电子显微镜图(100倍)。图3是现有技术中的商购微孔膜型抛光垫的顶视扫描电子显微镜图(100倍)。图4是现有技术中的商购微孔膜型抛光垫的剖视扫描电子显微镜图(100倍)。图5是现有技术中的商购聚合物泡沫型抛光垫的顶视扫描电子显微镜图((100倍)。图6是现有技术中的商购聚合物泡沫型抛光垫的剖视扫描电子显微镜图(100倍)。图7是用模制法制备的具有12-14密耳的聚氨酯树脂球的烧结热塑性树脂抛光垫的顶视扫描电子显微镜图(35倍)。图8是图7的抛光垫的剖视扫描电子显微镜图(35倍)。图9是本专利技术另一实施方案的抛光垫的顶视扫描电子显微镜图(100倍)。图10是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光垫，包括：ａ．进一步包括烧结热塑性树脂颗粒的抛光垫基材，其中该抛光垫基材具有磨面的顶表面和磨面的底表面，其中磨面的底表面的表面具有小于磨面的顶表面的孔隙率；ｂ．衬垫片材；和ｃ．位于衬垫片材和磨过面的底表面表层之间的粘合剂 。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯利拉姆P安朱，威廉C唐宁，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]