[發(fā)明專利]用于CMP墊的聚氨酯組合物及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080045647.6
• 申請(qǐng)日: 2010-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN102574969A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y·張;D·黃;L·孫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 普萊克斯S.T.技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08G18/10
• 分類號(hào): C08G18/10;C08G18/42;C08G18/48;C08G18/76;B24B37/24
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉辛;李炳愛(ài)

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于新型組合物的化學(xué)機(jī)械拋光/平面化墊及其制造方法。具體而言，該CMP墊是衍生自聚醚/聚酯預(yù)聚物反應(yīng)混合物的聚氨酯墊，其中所得墊表現(xiàn)出在高孔隙率下的適中硬度、高抗撕裂性和高阻尼性能。

發(fā)明背景

化學(xué)機(jī)械平面化，也稱作化學(xué)機(jī)械拋光或CMP，是用于在后續(xù)步驟的準(zhǔn)備中將加工中的半導(dǎo)體晶片或其它襯底，如光學(xué)、磁性類型的襯底的頂面平面化或用于選擇性除去材料的技術(shù)。該技術(shù)與拋光墊一起使用具有腐蝕性和磨蝕性的漿料。

半導(dǎo)體技術(shù)中的快速進(jìn)展已導(dǎo)致極大規(guī)模集成(VLSI)和超大規(guī)模集成(ULSI)電路的出現(xiàn)，從而在半導(dǎo)體襯底中的區(qū)域中的較小區(qū)域中填裝更多器件。較大器件密度要求大的拋光程度和平面度才能實(shí)現(xiàn)形成更大量具有當(dāng)前設(shè)計(jì)中包含的較小特征的器件所需的更高分辨率平版印刷法。此外，由于其低電阻，越來(lái)越多地使用銅作為互連線。通常，使用蝕刻技術(shù)將導(dǎo)電(金屬)和絕緣體表面平面化。但是，在用作互連線時(shí)因其有利性質(zhì)而合意的某些金屬(Au、Ag、Cu)不容易蝕刻，因此需要CMP法。

通常，CMP是涉及拋光墊和工件兩者的循環(huán)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。CMP將除去的表面層的化學(xué)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的機(jī)械清除相結(jié)合。理想地，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物軟，促進(jìn)高拋光速率。軟拋光墊的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是拋光晶片的低缺陷密度和良好的晶片內(nèi)均勻性。但是，軟CMP墊具有短墊壽命，要求在大約50個(gè)晶片后更換。此外，在拋光周期的過(guò)程中，將能量傳送至墊。這種能量的一部分以熱形式在該墊內(nèi)消散，其余部分存儲(chǔ)在該墊中并隨后在拋光周期的過(guò)程中以彈性能形式釋放。后者被認(rèn)為造成金屬構(gòu)件的碟形現(xiàn)象和氧化侵蝕現(xiàn)象。盡管公知的是碟形現(xiàn)象的預(yù)防需要較硬的墊，但這種類型的墊提高表面劃傷和缺陷的數(shù)量和密度。

因此，仍然需要提供良好清除率、良好的晶片內(nèi)(WIW)和模頭內(nèi)(WID)均勻性、低碟形現(xiàn)象和/或侵蝕、降低的劃傷、較低調(diào)節(jié)要求和延長(zhǎng)的墊壽命的CMP墊。

發(fā)明概述

本發(fā)明部分涉及具有特殊性質(zhì)，特別是高阻尼性能的CMP墊化學(xué)制劑。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，原材料和特定材料組合的選擇以及方法(如氣體發(fā)泡)影響聚合材料的形態(tài)，從而產(chǎn)生具有獨(dú)特性質(zhì)并在CMP墊中特別有利的最終產(chǎn)品。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有低回彈的CMP墊傾向于在循環(huán)形變過(guò)程中吸收相對(duì)大量的能量，造成拋光過(guò)程中較低的碟形現(xiàn)象和產(chǎn)生更好的WID均勻性。剛度對(duì)WID均勻性和延長(zhǎng)的墊壽命而言也是重要考慮因素。定量描述阻尼效應(yīng)的一種嘗試已使用名為能量損失系數(shù)(KEL)的參數(shù)。KEL被定義為在各形變周期中損失的每單位體積的能量。通常，墊的KEL值越高，彈性回跳越低且觀察到的碟形現(xiàn)象越少。

為了提高KEL值，可以將該墊造得更軟。但是，這種方法往往也降低該墊的剛度。降低的剛度由于該墊在器件角周圍的構(gòu)造而造成降低的平面化效率和增多碟形現(xiàn)象。

提高該墊的KEL值的另一方法是以提高KEL而不降低剛度的方式改變其物理組成。為了達(dá)到恰當(dāng)平衡，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特定重量百分比的共固化聚醚和聚酯預(yù)聚物的制劑提供具有高阻尼性質(zhì)、低回彈和碟形現(xiàn)象的聚氨酯化學(xué)拋光墊。具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該聚氨酯材料是大約60-80重量％(wt％)的量的聚醚預(yù)聚物與20-40重量％的量的聚酯預(yù)聚物的反應(yīng)混合物。自然地，該微孔墊制劑包括表面活性劑、起泡劑、固化劑和任選其它添加劑，如填料。因此，具有該優(yōu)選組成的聚氨酯微孔CMP墊表現(xiàn)出高阻尼性能，同時(shí)保持在高孔隙率和高抗撕裂性下的適中硬度。

本發(fā)明針對(duì)對(duì)傳統(tǒng)和先進(jìn)的電子、光學(xué)或磁性部件的制造中所用的CMP墊的要求，并具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的高阻尼聚合材料具有高能量消散并可以吸收拋光界面處的不規(guī)則回彈和振動(dòng)能以產(chǎn)生更好均勻性。由這種材料制成的CMP墊提供良好的WIW和WID均勻性、光滑拋光性能、低碟形現(xiàn)象和/或侵蝕。該墊通常具有高度穩(wěn)定的硬度或剛度，從而提供良好平面化性能和長(zhǎng)的墊壽命。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供衍生自聚醚/聚酯基預(yù)聚物反應(yīng)混合物的聚氨酯化學(xué)機(jī)械拋光墊。該墊包括占預(yù)聚物混合物總重量的大約60-80重量％的量的甲苯二異氰酸酯(TDI)-封端的聚四亞甲基醚二醇基預(yù)聚物；大約20-40重量％的量的甲苯二異氰酸酯(TDI)-封端的己二酸乙二醇酯(ethylene?adipate)聚酯預(yù)聚物，其中該重量百分比基于預(yù)聚物混合物總重量；分別有效量的表面活性劑和固化劑，和引入該反應(yīng)混合物中以形成拋光墊的發(fā)泡劑，其中所得拋光墊具有大約0.6至大約0.95g/cc范圍的密度。