[发明专利]化学机械抛光垫

说明书

技术领域

本说明书涉及可用来对基板，例如半导体基板或磁盘进行抛光和平面化的抛光垫。

背景技术

聚合物抛光垫，例如聚氨酯、聚酰胺、聚丁二烯和聚烯烃抛光垫代表了可以在迅猛发展的电子工业中用于基板平面化的市售材料。需要进行平面化的电子工业基板包括硅晶片、图案化的晶片、平板显示器和存储磁盘。除了平面化以外，很重要的是抛光垫不会引入过多的缺陷，例如划痕或其它晶片不均匀结构。另外，电子工业的持续发展对抛光垫的平面化和缺陷度能力提出了更高的要求。

例如，半导体的制备通常包括一些化学机械抛光(CMP)过程。在各CMP过程中，抛光垫与抛光液(例如包含磨料的抛光浆液或不含磨料的反应性液体)结合起来，以一定的方式除去过量的材料，进行平面化或保持平坦度，以接受随后的层。这些层以一定的方式堆叠起来形成集成电路。由于人们需要具有更高运行速度、更低漏电电流和更低能耗的器件，所以这些半导体器件的制造变得越来越复杂。关于器件的构建，这意味着需要有更加精细的特征构造和更多数量的金属化平面。这些越来约苛刻的器件设计要求使得线路间隔越来越小，导致图案密度增大。器件越来越小的规模和越来越高的复杂性导致人们对抛光垫和抛光液之类的CMP消耗品的要求越来越高。另外，随着集成电路特征尺寸的减小，CMP引发的缺陷，例如划痕成为越来越大的问题。另外，集成电路越来越小的膜厚度需要缺陷度获得改进，同时还要为晶片基板提供可接受的形貌；这些形貌上的需求对平坦度、线路凹陷和小特征阵列蚀刻抛光的要求越来越苛刻。

历史上，浇注的聚氨酯抛光垫为用于制造集成电路的大多数抛光操作提供了机械整体性和耐化学腐蚀性。例如，聚氨酯抛光垫具有足够的耐开裂的抗张强度；用于防止在抛光过程中发生磨损问题的耐磨性；以及抗强酸和强碱性抛光液侵蚀的稳定性。不幸的是，能够改进平面化的硬浇注聚氨酯抛光垫也容易增加缺陷。

James等人在美国专利公开第2005/0079806号中揭示了一类硬聚氨酯抛光垫，其平面化能力与IC1000^TM聚氨酯抛光垫相类似，但是缺陷度性能得到提高-IC1000是罗门哈斯公司或其分支机构的商标。不幸的是，使用James等人的抛光垫所获得的抛光性能会随着抛光基板和抛光条件的变化而改变。例如，这些抛光垫在抛光氧化硅/氮化硅应用(例如直接浅沟槽隔离(direct shallowisolation(STI)抛光应用)中的益处很有限。出于本说明书的目的，氧化硅表示可用于形成半导体器件中的介电体的氧化硅、氧化硅化合物和掺杂的氧化硅制剂；氮化硅表示可用于半导体应用的氮化硅、氮化硅化合物和掺杂的氮化硅制剂。这些可用来制造半导体器件的硅化合物在不同的方向持续发展。应用的介电氧化物包括以下的具体种类：通过硅酸四乙氧基酯(tetraethyloxysilicate)分解形成的TEOS、HDP(“高强度等离子体”)和SACVD(“低于大气压的化学气相沉积”)。人们一直需要另外的具有优良的平面化能力以及改进的缺陷度性能的抛光垫。具体来说，人们需要具有改进的平面化以及缺陷度的抛光性能的组合、适用于抛光氧化物/SiN的抛光垫。

发明内容

本发明的一个方面提供一种适于对半导体基板、光学基板和磁性基板中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫包括聚合物基体(matrix)，所述聚合物基体具有顶部抛光表面，所述顶部抛光表面具有聚合物抛光粗糙结构(asperity)，或者在用磨料进行精整的过程中形成聚合物抛光粗糙结构，所述聚合物抛光粗糙结构从所述聚合物基体延伸，是所述顶部抛光表面可以与基板相接触的部分，所述抛光垫通过对顶部抛光表面进行磨耗或精整，由聚合物基体形成另外的聚合物抛光粗糙结构，所述聚合物抛光粗糙结构是由具有以下特征的聚合物材料制成的：所述聚合物材料包含至少45重量％的硬链段(segment)，整体极限抗张强度(bulk ultimate tensile strength)至少为6500psi(44.8兆帕)，所述聚合物基体具有两相结构，包括硬相和软相，这两相结构中硬相平均面积与软相平均面积的比值小于1.6。