[發(fā)明專利]一種化學(xué)機(jī)械拋光墊的拋光層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011232817.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN112318363B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅建勛;方璞;楊洗;孫燁;王凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬華化學(xué)集團(tuán)電子材料有限公司
• 主分類號(hào): B24B37/24
• 分類號(hào): B24B37/24
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本發(fā)明公開了一種用于化學(xué)機(jī)械拋光墊拋光層及其制備方法，其通過包含異氰酸酯預(yù)聚物、固化劑以及功能填料原料制備得到，預(yù)聚物是由二異氰酸酯和聚四氫呋喃多元醇分兩步反應(yīng)得到，固化劑組分是胺類交聯(lián)劑，功能填料是已膨脹聚合物空心微球。由其制備的拋光層具有彈性模量隨溫度變化穩(wěn)定、孔隙率高(微孔體積分?jǐn)?shù)高)以及密度均勻的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可用來對(duì)基材、例如半導(dǎo)體基材或磁盤進(jìn)行拋光和平面化的拋光墊的拋光層及其制備方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體的生產(chǎn)通常包括一些化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)過程。在各個(gè)CMP過程中，拋光墊與拋光液(例如含磨料的拋光漿液或不含磨料的活性液)一起以刨平的方式除去多余的材料或保持其平整度，以便隨后接收新層。這些層的堆疊以形成集成電路的方式合在一起。由于人們對(duì)具有更高運(yùn)作速度、更小泄漏電流和更低能耗的器件的需求，這些半導(dǎo)體器件的制造正在變得越來越復(fù)雜。在器件的結(jié)構(gòu)方面，這就意味著需要使零件(features)的幾何形狀更為精細(xì)并提高其金屬化程度。這些越來越嚴(yán)格的器件設(shè)計(jì)要求使得人們要將鍍銅作業(yè)和具有較低介電常數(shù)的新介電材料結(jié)合使用。降低的物理性質(zhì)(通常與低k和超低k的材料有關(guān))與器件復(fù)雜性的增加一起提高了對(duì)拋光墊和拋光液之類的CMP消耗品的要求。具體來說，低k和超低k介電材料與常規(guī)介電材料相比，往往具有較低的機(jī)械強(qiáng)度和較差的粘著性，使得平整化作業(yè)更加困難。另外，隨著集成電路零件尺寸的減小，劃痕之類由CMP造成的缺陷成為了更大的問題。另外，集成電路膜厚度的減小要求在改進(jìn)缺陷的同時(shí)為晶片基片提供可接受的構(gòu)形，這些構(gòu)形上的需要使得對(duì)平整度、凹陷和侵蝕具有更高的要求。因此，先進(jìn)制程(制程是指CPU的制作工藝，具體指生產(chǎn)CPU過程中，集成電路的精細(xì)度，也就是說精度越高，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。通俗來講也就是：芯片的特征尺寸越小，其制作工藝越先進(jìn)。)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、更少的劃痕以及更好的去除率。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(chǎn)生的劃痕等缺陷，但是與之相對(duì)應(yīng)的則會(huì)降低去除速率，反之高硬度的聚氨酯雖然能夠有效提高去除速率，但同時(shí)拋光過程中的劃痕數(shù)量也會(huì)增加。如何在劃痕與去除速率之間達(dá)到一個(gè)理想的平衡，是拋光墊研發(fā)中需要關(guān)注的重要話題。

傳統(tǒng)的拋光墊的制備方法，大多采用多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)，制備異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物，然后再進(jìn)行發(fā)泡或者造孔，并與多元胺混合固化成所需的聚氨酯拋光墊。多元醇的選擇中，出于耐水解和彈性方面的考慮，聚四氫呋喃多元醇為優(yōu)選。異氰酸酯的選擇中，出于強(qiáng)度、模量以及耐磨性的考慮，芳香族異氰酸酯為首選，但由于芳香族異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物與多元胺反應(yīng)固化時(shí)反應(yīng)劇烈，凝膠時(shí)間較短，因此拋光墊中孔的形成會(huì)分布不均勻，由此造成拋光墊的硬度、密度分布不均勻，影響拋光效果。相比之下，脂環(huán)族或脂肪族的異氰酸酯可有效降低異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物與多元胺固化的反應(yīng)速率，使得拋光墊中孔的分布均勻，從而使拋光墊的硬度、密度等分布均勻，最終使得拋光過程中拋光液的輸送效率高，使得拋光效果大幅度提升。另外脂環(huán)族或脂肪族的異氰酸酯的結(jié)構(gòu)以及加入方式也尤為關(guān)鍵。多元胺的選擇中，出于原料易得且供應(yīng)穩(wěn)定方面考慮，3,3′-二氯-4,4′-二苯基甲烷二胺(俗稱MOCA)為首選，但MOCA經(jīng)高溫或長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)發(fā)生氧化，顏色變深，穩(wěn)定性變差，且用其制備的聚氨酯拋光層在拋光過程中所涉及的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、耐熱性、水解穩(wěn)定性等方面稍差，因此通過配方調(diào)整制備具有硬度和密度分布均勻、彈性模量隨溫度變化較穩(wěn)定，且兼具優(yōu)異動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、耐熱性、水解穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)的拋光墊的拋光層成為目前研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械拋光墊的拋光層，具有以下優(yōu)勢(shì)：拋光層中孔的分布均勻，從而拋光墊的硬度、密度等分布均勻，拋光過程中拋光液的輸送效率高，拋光效果好；②拋光層的彈性模量隨溫度的變化比較穩(wěn)定，從而拋光過程中拋光速率比較穩(wěn)定，拋光缺陷少；③拋光層的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、耐熱性、水解穩(wěn)定性以及光穩(wěn)定性優(yōu)異。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械拋光墊的拋光層的制備方法。采用此方法制備的拋光層其彈性模量隨溫度的變化比較穩(wěn)定，最終使得拋光過程中拋光速率比較穩(wěn)定。