[发明专利]空心聚合物-硅酸盐复合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光垫，具体涉及适用于对半导体基片、磁性基片或光学基片中的至少一种基片进行抛光的聚合物复合抛光垫。

其上装配有集成电路的半导体晶片必须进行抛光，以提供极光滑和平坦的表面，该表面在特定平面内的变化必须在微米的范围内。此抛光通常在化学机械抛光(CMP)操作中完成。这些“CMP”操作使用化学活性浆液，通过抛光垫磨光晶片表面。化学活性浆液和抛光垫的组合结合起来抛光晶片表面或使晶片表面平面化。

CMP操作产生的一个问题是晶片划痕。某些抛光垫可能包含外来物质，使晶片产生沟槽或划痕。例如，外来物质可能导致硬材料，如TEOS介电质中产生颤痕。对本说明书来说，TEOS表示由四乙氧基硅酸盐分解形成的硬玻璃状介电质。对介电质的这种损坏会导致晶片缺陷和较低的晶片产率。外来物质导致的另一个划痕问题是破坏非铁金属的互连，例如铜互连。如果抛光垫划擦得太深，进入互连连接线，连接线的电阻将增加到半导体不能正常运作的数值。在极端情况下，这些外来物质会产生上百万的划痕，导致划伤整个晶片。

美国专利第5,578,362号(Reinhardt等)描述了一种抛光垫，该抛光垫用空心的聚合物微元件代替玻璃球，在聚合物基质中产生孔隙。此设计的优点包括均匀抛光、低缺陷度和增加的去除速率。Reinhardt等设计的IC1000^TM抛光垫优于之前用于划擦的IC60抛光垫，IC60抛光垫用聚合物壳代替陶瓷玻璃相。此外，Reinhardt等发现用较软的聚合物微球代替硬玻璃球会使抛光速率意想不到地增加。Reinhardt等的抛光垫长期用作CMP抛光的工业标准，并在CMP的高级应用中继续起重要的作用。

CMP操作的另一个问题是垫和垫之间的差异，例如密度变化和垫内的变化。为了解决这些问题，抛光垫的制造依赖于仔细的浇铸(casting)技术，同时控制固化循环。这些努力集中在抛光垫的宏观性质上，但未解决与抛光垫材料相关的微抛光方面的问题。

存在对于抛光垫的下述工业需求，即该抛光垫能提供改进的平面化、去除速率和划痕的组合性质。此外，仍需要这样的一种抛光垫，该抛光垫能提供这些性质，并且该抛光垫中垫和垫之间差异较小。

发明内容

本发明的一个方面包括多个嵌埋有硅酸盐的聚合物颗粒，它包括：气体填充的聚合物微元件，所述气体填充的聚合物微元件具有壳以及5g/升-200g/升的密度，所述壳具有外表面和5-200微米的直径，所述气体填充的聚合物颗粒的壳的外表面具有嵌入所述聚合物中的硅酸盐颗粒，所述硅酸盐颗粒的平均粒度为0.01-3微米；所述包含硅酸盐的颗粒分布在每个聚合物微元件中，包含硅酸盐的区域被隔开，涂覆所述聚合物微元件的小于50％的外表面；且总量小于0.1重量％的聚合物微元件与下述组分接触：i)粒度大于5微米的硅酸盐颗粒；ii)包含硅酸盐的区域，所述包含硅酸盐的区域覆盖所述聚合物微元件的大于50％的外表面；以及iii)聚合物微元件，所述聚合物微元件与硅酸盐颗粒团聚至平均簇尺寸大于120微米。

本发明的一个方面包括多个嵌埋有硅酸盐的聚合物颗粒，它包括：气体填充的聚合物微元件，所述气体填充的聚合物微元件具有壳以及10g/升-100g/升的密度，所述壳具有外表面和5-200微米的直径，所述气体填充的聚合物颗粒的壳的外表面具有嵌入所述聚合物中的硅酸盐颗粒，所述硅酸盐颗粒的平均粒度为0.01-2微米；所述包含硅酸盐的颗粒分布在每个聚合物微元件中，包含硅酸盐的区域被隔开，涂覆所述聚合物微元件的1-40％的外表面；且总量小于0.1重量％的聚合物微元件与下述组分接触：i)粒度大于5微米的硅酸盐颗粒；ii)包含硅酸盐的区域，所述包含硅酸盐的区域覆盖所述聚合物微元件的大于50％的外表面；以及iii)聚合物微元件，所述聚合物微元件与硅酸盐颗粒团聚至平均簇尺寸大于120微米.

附图说明

图1A显示柯安达块空气分级器(classifier)的截面侧视示意图。

图1B显示柯安达块空气分级器的截面前视示意图。

图2显示用柯安达块空气分级器分离的含硅酸盐的细颗粒的SEM显微照片。

图3显示用柯安达块空气分级器分离的含硅酸盐的粗颗粒的SEM显微照片。

图4显示嵌埋有硅酸盐颗粒并经柯安达块空气分级器分离的清洁的空心聚合物微元件的SEM显微照片。

图5显示从含硅酸盐的细颗粒中水分离的残余物的SEM显微照片，所述含硅酸盐的细颗粒用柯安达块空气分级器分离。