[發明專利]一種化學機械拋光墊及其平坦化基材的方法

有效

• 申請號: 201811011968.9
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109015342B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 朱順全;羅乙杰;劉敏;張季平;車麗媛
• 申請（專利權）人: 湖北鼎匯微電子材料有限公司
• 主分類號: B24B37/24
• 分類號: B24B37/24;B24B1/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 李梅香;張穎玲

本發明涉及一種化學機械拋光墊及用該拋光墊平坦化基材的方法。所述拋光墊包括聚氨酯拋光層，其特征在于，所述聚氨酯拋光層是原料組合的反應產物，所述原料組合包括異氰酸酯封端的預聚體、中空微球聚合物和固化劑組合物，其中，所述固化劑組合物包括：端仲氨基聚醚固化劑和芳香族雙官能固化劑，且所述端仲氨基聚醚固化劑與所述芳香族雙官能固化劑的質量比為1:4～4:1；和所述異氰酸酯封端的預聚體含有5.5～9.5wt％未反應的NCO基團。本發明的拋光墊具有良好的均一性和改進的去除速率與缺陷率的良好平衡。

技術領域

本發明涉及化學機械平面化處理的拋光技術領域，具體而言，涉及一種拋光墊、聚氨酯拋光層及其制備方法。

背景技術

在半導體器件制備過程中，隨著制程技術的升級，導線與柵極之間的尺寸不斷縮小，光刻技術對晶圓表面的平坦程度要求越來越高。自1991年IBM將化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術成功應用到64Mb DRAM的生產中后，CMP技術得到了快速發展，目前已廣泛應用于半導體晶片、存儲磁盤以及高精光學材料的平坦化應用中?；瘜W機械研磨是將化學腐蝕同機械去除相結合的技術，是目前機械加工中唯一可以實現表面全局平坦化的技術。常規的CMP過程如下：將待加工材料固定在支架上，以待拋光表面朝下的方式在一定壓力下壓向固定在機臺上的拋光墊上，借助于待加工材料和拋光墊的相對旋轉，在拋光液存在下，利用磨粒的機械切削以及氧化劑的化學腐蝕，完成對工件表面的材料去除，并獲得光潔表面。

隨著集成電路的特征尺寸向著深納米制程的發展過程中，制造工藝對介電材料提出了更高的要求，為了抑制金屬線間串擾增大帶來的互聯延遲，越來越多的低κ，甚至超低κ介電材料應用于其中。然而，低κ以及超低κ介電材料，通常是以提高材料的孔隙率的方式來獲得的。因而與常規的電介質相比，低κ和超低κ電介質傾向于具有更低的機械強度和更差的粘附力，從而使得平整化更困難。

此外，隨著特征尺寸的減小，CMP過程可導致缺陷，因此，先進制程的工藝，例如特征尺寸為28nm以及低于28nm的工藝，要求拋光墊具有更低的缺陷以及對于低κ和超低κ材料更好的去除速率。另外，在特征尺寸28nm及以下的先進制程中，對于拋光墊的均一性提出更高的要求，澆鑄工藝中由于混合不均勻或者散熱產生的水波紋(Striation)控制越來越嚴格，要求在強光光桌上不能看見明顯的水波紋路。

聚氨酯拋光墊是高精密拋光領域中應用最多的拋光墊類型，其以良好的耐磨性能、極高的抗撕裂強度以及適當的耐酸堿腐蝕性能而能夠應用于拋光硅晶片、圖案化的晶片、平板顯示器以及磁盤存儲器的制備工藝中。公知的是，使用低硬度的聚氨酯能夠有效地降低拋光過程中產生的缺陷，但是與之相對應的則會降低去除速率。如何在缺陷率與去除速率之間達到一個理想的平衡，是拋光墊研發中需要關注的重要話題。

在傳統的拋光墊制造中，采用單一的預聚體以及單一固化劑制備，其優點則是組成簡單，制備中易于混合，產物均一性較好。然而采用單一固化劑制備的拋光墊，通常在拋光過程中產生較高的缺陷率，難以在先進制程中得到應用。因此后續發展出更為復雜的多組分預聚體與多組分固化劑體系，其顯著的優勢則是可以分別對預聚體和固化劑的軟、硬段比例進行調節，以達到在更大范圍內調整拋光墊理化指標參數，提高研磨性能的目的。

在多固化劑體系中，基本都采用芳香族多元胺與脂肪族多元醇相組合的方式，分別提供固化劑的硬段和軟段，調節其比例便可控制最終拋光墊的軟硬度。在此種固化劑組合物中，存在一個難以避免的先天缺陷，就是芳香族多元胺和脂肪族多元醇與游離異氰酸酯反應活性的差異，前者的反應活性通常是后者的數十倍甚至上百倍，這就導致反應過程中，芳香族多元胺優先反應，使得反應體系產生不均勻凝膠，進而導致脂肪族多元醇較難參與反應而出現反應程度不均一的現象，最終影響拋光性能。

因此存在進一步改進多組分固化劑體系，以提供品質均一、性能均衡的拋光墊的需求，以適應先進制程的工藝要求。

發明內容