[发明专利]柔软且可修整的化学机械抛光垫层叠体

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光垫及其制备和使用方法。更具体而言，本发明涉及包括抛光层、刚性层以及使抛光层与刚性层粘结的热熔粘合剂的化学机械抛光垫层叠体；其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯和固化剂包装(curative package)；其中所述固化剂包装包含胺引发的多元醇固化剂和高分子量多元醇固化剂；其中所述抛光层的密度大于0.6克/厘米³，肖氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，切割速率为25-150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。

背景技术

在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面上沉积多层的导电材料、半导体材料和介电材料，以及将这些材料层从半导体晶片的表面除去。可以使用许多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代晶片加工中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子促进的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀覆等。现代去除技术包括湿法和干法各向同性和各向异性蚀刻等。

当材料层被依次沉积和除去时，晶片的最上层表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦的表面，所以所述晶片需要被平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。

化学机械平面化，或化学机械抛光(CMP)，是一种用来对工件(例如半导体晶片)进行平面化或抛光的常规技术。在常规的CMP中，将晶片支架或抛光头安装在支架组件上。所述抛光头固定着所述晶片，将所述晶片置于与抛光垫的抛光层接触的位置，所述抛光垫安装在CMP设备中的台子或台面上。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。同时，将抛光介质(例如浆液)分配在抛光垫上，并引入晶片和抛光层之间的间隙内。为了进行抛光，所述抛光垫和晶片通常相对彼此发生旋转。当抛光垫在晶片下面旋转的同时，所述晶片扫出一个通常为环形的抛光痕迹(polishing track)，或抛光区域，其中所述晶片的表面直接面对所述抛光层。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械作用，晶片表面被抛光并且变得平坦。

抛光垫表面的“修整(conditioning)”或“打磨(dressing)”对于获得稳定抛光性能所需的稳定抛光表面来说是很重要的。随着时间的流逝，抛光垫的抛光表面被磨损，磨平了抛光表面的微织构(microtexture)，这是被称为“磨钝(glazing)”的现象。抛光垫修整通常是通过使用修整盘对抛光表面进行机械研磨而完成的。所述修整盘具有粗糙的修整表面，该粗糙修整表面通常包括嵌入的金刚石颗粒点。在CMP工艺中，当抛光暂停时，在间歇的间断时间段内使修整盘与抛光表面接触(“外部”)，或者在CMP工艺进行过程中使修整盘与抛光表面接触(“原位”)。通常所述修整盘在相对于抛光垫旋转轴固定的位置旋转，随着抛光垫的旋转扫出一个环形的修整区域。所述的修整工艺在抛光垫表面内切割出微型的沟道，对抛光垫的材料进行研磨和刨刮，重新恢复抛光垫的织构结构。

半导体器件正变得越来越复杂，具有较精细的特征以及较多的金属化层。这种趋势需要抛光耗材改善性能，以保持平整度并限制抛光缺陷。后者能够导致导线电路断路或短路，这将导致半导体器件不工作。众所周知，一种减少抛光缺陷(例如微-划痕或震痕)的方法是使用较软的抛光垫。

James等人在美国专利第7,074,115号中公开了一类柔软的聚氨酯抛光层。James等人公开了一种包含异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物和芳族二胺或多胺固化剂的反应产物的抛光垫，其中，所述反应产物的孔隙率至少为0.1体积％，在40℃和1弧度/秒条件下的KEL能量损耗因子为385-750l/Pa，以及在40℃和1弧度/秒条件下的模量E’为100-400MPa。

如上所述，为了获得最佳的抛光性能，需要对化学机械抛光垫的表面进行金刚石修整，从而形成有利的微织构。然而，在常规抛光层材料(例如James等人所述的材料)中难以形成这类织构，这是因为这些材料具有高的延展性，所述延展性是通过断裂拉伸伸长值来测定的。因此，当用金刚石修整盘对这些材料进行修整，而不是在该垫的表面切割沟道时，修整盘中的金刚石仅仅将垫材料推开，而没有进行切割。因此，用金刚石修整盘进行修整的结果是，在这些常规材料的表面上形成极少的织构。