[发明专利]柔软可修整的化学机械抛光垫

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光垫及其制造方法和使用方法。更特别地，本发明涉及含有抛光层的化学机械垫，其中，所述抛光层的密度大于0.6g／cm³，邵氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，以及，切削速率为25-150μm／hr；以及，其中抛光层具有适于抛光基材的抛光表面。 

背景技术

在集成电路和其它电子设备的制造中，需将多层导电材料、半导体材料和介电材料沉积到半导体晶片的表面上以及从半导体晶片的表面上去除。可以使用多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代晶片加工中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学沉积，以及其它技术。常规的去除技术包括湿式和干式各向同性和各向异性蚀刻，以及其它技术。 

随着材料层依次沉积和去除，晶片最上端的表面成为非平面的。由于随后的半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦表面，因此晶片需要平坦化。平坦化适用于去除不期望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、团聚材料、晶格损伤、划伤和污染层或材料。 

化学机械平坦化或者化学机械抛光(CMP)是用于平坦化或抛光工件例如半导体晶片的一种常规技术。在常规CMP中，晶片载体或抛光头安装在载体组件中。抛光头夹持晶片并且使晶片位于与抛光垫的抛光层相接触的位置，抛光垫安装在CMP装置中的工作台或台板上。载体组件在晶片和抛光垫之间提供可控制的压力。同时，抛光介质(例如，浆料)被配送到抛光垫上并且被吸入晶片和抛光层之间的空隙中。为实现抛光，抛光垫和晶片通常彼此相对旋转。当抛光垫在晶片下方旋转时，晶片扫出一个通常为环形的抛光轨迹或抛光区域，其中，晶片的表面直接对着抛光层。通过抛光层和表面上的抛光介质的化学和 机械作用，晶片表面被抛光并且变得平坦。 

垫表面“修整”或“磨削”对于稳定的抛光性能而保持一致的抛光表面是关键的。经过一定时间后，抛光垫的抛光表面磨损，磨平抛光表面的微观织构——这一现象称为“磨光”。抛光垫修整通常可以通过使用修整盘机械地研磨抛光表面实现。修整盘具有粗糙的修整表面，通常由嵌入的金刚石点构成。在CMP过程的间歇期，即抛光暂停时(“离线”)，或者，在CMP过程进行时(“在线”)，使修整盘与抛光表面相接触。通常，修整盘在按照抛光垫的旋转轴而固定的位置上进行旋转，并且在抛光垫旋转时，扫出环形修整区域。所述修整过程将微观沟槽雕入垫表面，研磨并且犁沟垫材料，更新抛光织构。 

半导体器件正变得越来越复杂，具有更精细的结构元件以及更多的金属化层。这种趋势需要抛光耗材改善性能，以保持平整度和限制抛光缺陷。后者能够导致导线电路断路或短路，这将导致半导体器件不工作。众所周知，一种降低抛光缺陷(例如微-划伤或震痕)的方法是使用较软的抛光垫。 

James等在US专利No.7,074,115中公开了一系列软聚氨酯抛光层。James等公开了一种包含异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物和芳族二胺或多胺固化剂的反应产物的抛光垫，其中，反应产物的孔隙率至少为0.1体积百分比，在40℃和l转／秒条件下，KEL能量损失因子为385-750l／Pa，以及在40℃和l转／秒条件下，模数E’为100-400MPa。 

如上所述，为了获得最佳抛光性能，用金刚石修整化学机械抛光垫的表面从而产生有利的微观织构是必要的。然而，难以在常规的抛光层材料上(例如James等所述的)产生这类织构，因为这些材料具有高的延展性(用断裂伸长率数值来衡量)。结果表明，当这些材料用金刚石修整盘进行修整时，修整盘中的金刚石在不切削情况下仅仅将垫材料推开，而不是将沟槽雕入垫的表面。因此，用金刚石修整盘修整的结果是，这些常规材料表面几乎没有织构形成。 

在垫表面中形成宏观沟槽图案的加工过程中，产生了另一个与这类常规化学机械抛光垫材料相关的问题。常规的化学机械抛光垫通常具有切入抛光表面的沟槽图案，从而促进浆料流动以及从垫-晶片界面去除抛光碎片。这种沟槽通常使用车床或CNC铣床在抛光垫的抛光表面上切入。然而，对于软垫材料来说，存在与金刚石修整相似的问题，从而导致，在钻头经过后，垫材料仅仅回弹并且所形成的沟槽自我封闭。因此，沟槽的质量差，并且更难成功地用 这类软材料制造出商业上可接受的垫。随着垫材料硬度降低，这种问题越来越严重。