[发明专利]去除速率和平坦化改善的化学机械抛光垫

说明书

本发明提供一种用于抛光三维半导体或存储器衬底的化学机械(CMP)抛光垫，所述抛光垫包含热固性反应混合物的聚氨酯反应产物的抛光层，所述热固性反应混合物具有固化剂4，4′‑亚甲基双(3‑氯‑2，6‑二乙基苯胺)(MCDEA)或MCDEA与4，4′‑亚甲基‑双‑邻‑(2‑氯苯胺)(MbOCA)的混合物，和聚异氰酸酯预聚物，所述预聚物由以下形成且具有8.6至11wt.％的未反应异氰酸酯(NCO)浓度：一种或两种芳香族二异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯(TDI)，或芳香族二异氰酸酯与脂环族二异氰酸酯的混合物，和聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚丙二醇(PPG)的多元醇，或PTMEG与PPG的多元醇掺合物。所述抛光层中的所述聚氨酯根据ASTM D2240‑15(2015)具有50至90的肖氏D硬度、在65℃具有70至500MPa的剪切存储模量(G′)，且在50℃具有0.06至0.13的阻尼分量(G″/G′，通过剪切动态力学分析(DMA)所测量，ASTM D5279‑08(2008))。

本发明涉及化学机械抛光垫和其使用方法。更具体地说，本发明涉及一种具有低阻尼分量的化学机械抛光垫，所述抛光垫包含热固性反应混合物的聚氨酯反应产物的抛光层或顶部抛光表面，所述热固性反应混合物包含固化剂4,4'-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)或MCDEA与4,4'-亚甲基-双-邻-(2-氯苯胺)(MbOCA)的混合物和聚异氰酸酯预聚物，所述聚异氰酸酯预聚物由以下形成：聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚丙二醇(PPG)的多元醇或PTMEG与PPG的多元醇掺合物和芳香族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯与脂环族二异氰酸酯的组合并且具有8.6至11wt.％的未反应异氰酸酯(NCO)含量；和使用所述垫抛光三维半导体或存储器衬底(如非易失性闪存(例如3DNAND)衬底)的方法。

生产任何半导体或存储装置时，可能需要若干种化学机械抛光(CMP抛光)工艺。在每种CMP工艺中，抛光垫与抛光溶液(如含研磨剂的抛光浆料或不含研磨剂的反应性液体)的组合以使衬底平坦化或维持衬底平坦度的方式去除过量材料。半导体中的多个层以形成集成电路的方式堆叠组合。此类半导体装置的制造由于需要装置具有较高的操作速度、较低的泄漏电流以及降低的功率消耗而不断变得更复杂。

三维存储器架构(例如3D-NAND)和维度上堆叠的存储器单元或阵列的出现已需要对具有宽横向尺寸的衬底进行CMP抛光。此类衬底在需要平坦化的特征之间、在横向尺寸上需要例如1-50mm的特征或裸片尺度平坦化。具体地说，具有1至5mm宽度的至少一个低区域的3D NAND存储器衬底已经产生了对于CMP抛光来说新的几何形状。此类几何结构将包括显著较厚的氧化物膜(1μm)和较宽的橫向特征(1-10mm)，其需要特征尺度平坦化。厚氧化物膜对去除速率要求非常高；并且大的特征需要一类新的CMP抛光垫材料，其能够平坦化比此前CMP衬底大几个数量级的横向长度。

Yeh等人的美国专利公开第2015/0059254A1号公开了聚氨酯抛光垫，其包含由聚丙二醇和甲苯二异氰酸酯得到的聚氨酯预聚物和作为固化剂的4,4'-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)的聚氨酯反应产物。所得CMP抛光垫能够改善含金属衬底的抛光，但不能提供有效抛光三维半导体或存储器衬底所需的去除速率，所述衬底具有至少1μm厚的氧化物膜和1至5mm宽度的至少一个低区域。

本发明人已寻求解决的问题是提供一种有效的化学机械抛光(CMP抛光)垫，其为抛光三维半导体或存储器衬底(如非易失性闪存(3D NAND)衬底)提供所需的去除速率和宽尺度平坦化。

发明说明