[发明专利]高稳定性聚氨基甲酸酯抛光垫

说明书

技术领域

本说明书涉及适用于对衬底进行抛光和平面化的抛光垫，并且尤其涉及具有恒定电介质去除速率的平面化抛光垫。

背景技术

聚氨基甲酸酯抛光垫是用于多种要求高的精密抛光应用的主要垫类型。这些聚氨基甲酸酯抛光垫有效用于抛光硅晶片、图案化晶片、平板显示器以及磁存储盘。具体来说，聚氨基甲酸酯抛光垫为用以制造集成电路的大部分抛光操作提供机械完整性和耐化学性。举例来说，聚氨基甲酸酯抛光垫具有较高的抗撕裂强度；避免抛光期间磨损问题的抗磨损性；以及抗强酸性和强碱性抛光溶液侵蚀的稳定性。

半导体的生产典型地涉及若干化学机械平面化(CMP)工艺。在每一CMP工艺中，抛光垫以及抛光溶液(如含研磨剂的抛光浆料或不含研磨剂的反应性液体)以平面化或维持平坦度以用于接收后续层的方式去除过量物质。这些层的堆叠以形成集成电路的方式组合。这些半导体装置的制造由于对操作速度更高、泄漏电流更低以及功率消耗降低的装置的需求而不断变得更复杂。在装置架构方面，这相当于更精细的特征几何结构和增加的金属化水平。在一些应用中，这些越来越严格的装置设计需求驱使与介电常数更低的新介电材料结合采用增加数量的钨互连插头或通孔。减少的物理特性(时常与低k和超低k材料相关)以及装置增加的复杂性已经产生对CMP消耗品(如抛光垫和抛光溶液)的更大需求。

为了维持恒定的晶片产出量，半导体制造商已经多年实践使用金刚石盘进行原位修整。原位修整在抛光期间切割抛光垫顶表面。百分之百原位修整工艺在整个抛光工艺期间进行金刚石修整。百分之五十原位修整工艺在二分之一抛光工艺内进行修整。这种修整工艺在使抛光表面粗糙化以通过防止抛光垫起釉(glazing)来维持去除速率方面是必需的。另外，这些垫必须在数百个晶片上以恒定速率抛光。

已经证实，将聚氨基甲酸酯浇铸成饼并且将所述饼切割成若干薄抛光垫是用于制造具有恒定可再现抛光特性的抛光垫的有效方法。莱因哈特(Reinhardt)等人在美国专利第5,578,362号中公开聚合微球体在维持低缺陷度的同时改良平面化的用途。不幸的是，所产生的具有这种结构的商业聚氨基甲酸酯垫通常具有对金刚石修整器和修整工艺灵敏的速率。具体来说，随着金刚石在修整器上磨损，其在抛光垫中切割出较浅槽道，并且这些较浅槽道可能导致较低的抛光去除速率。

在使用烟雾状二氧化硅浆料的层间介电质(interlayerdielectric，ILD)抛光中，抛光垫的去除速率(removalrate，RR)对金刚石修整极灵敏。在不进行原位修整的情况下，RR在抛光几个晶片内迅速地恶化，参见图1。尽管百分之百原位修整典型地使用烟雾状二氧化硅浆料来用于ILD抛光中，但对修整的高RR灵敏度仍可能在垫寿命内导致由于修整圆盘磨损的性能变化。因此，需要在不牺牲其抛光效率的情况下对修整的灵敏度降低的抛光垫。此外，需要开发一种用于制造这些和其它CMP抛光垫的有效方法。

发明内容

本发明的一方面提供一种适用于对半导体、光学和磁性衬底中的至少一者进行平面化的抛光垫，所述抛光垫包含由异氰酸酯封端的分子和固化剂形成的浇注聚氨基甲酸酯聚合基质，所述浇注聚氨基甲酸酯聚合基质在所述异氰酸酯封端的分子中含有4.2到7.5重量％流体填充微球体，所述流体填充微球体是聚合的并且平均直径是10到80μm，所述抛光垫的修整器灵敏度(CS)是0到2.6，CS如下定义：

其中CS定义为75％原位修整下的毯覆式TEOS去除速率(RR_{75％原位修整})与50％原位修整下的毯覆式TEOS去除速率(RR_{50％原位修整})的差值除以50％部分原位修整下的毯覆式TEOS去除速率，使用12.5wt％浓度的pH是10.5的具有0.1μm平均粒度的烟雾状二氧化硅浆料，以及修整器下压力是9lbs(或4.08Kg)的具有150μm平均粒度、400μm节距和100μm突起的金刚石修整器。

本发明的另一方面提供一种适用于对半导体、光学和磁性衬底中的至少一者进行平面化的抛光垫，所述抛光垫包含由未反应NCO是8.95到9.25wt％的H12MDI/TDI与聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)的氨基甲酸酯预聚物和固化剂形成的浇注聚氨基甲酸酯聚合基质，所述浇注聚氨基甲酸酯聚合基质在所述氨基甲酸酯预聚物中含有4.2到7.5重量％流体填充微球体，所述流体填充微球体是聚合的并且平均直径是10到80μm，所述抛光垫的修整器灵敏度(CS)是0到2.6，CS如下定义：