[发明专利]一种聚氨酯抛光层及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚氨酯抛光层及其制备方法，将异氰酸酯预聚物、固化剂、中空微球体三者混合，形成掺混中空微球体的液体聚合混合物，所述异氰酸酯预聚物为多官能异氰酸酯和多元醇反应生成的异氰酸酯封端的聚合物，其中，所述异氰酸酯预聚物中未反应的NCO含量为2.0～9.6wt％；使所述液体聚合混合物凝胶固化，以形成聚氨酯发泡体；所述液体聚合混合物凝胶的反应时间为3～9分钟，凝胶反应温度为70～90℃。本发明通过控制浇铸过程中的凝胶化时间和凝胶化温度，使得得到的产品良率显著提高，得到的抛光层更加均一并具有极好的宏观以及微观均一性，能有效地降低划痕的产生，降低缺陷率。

技术领域

本发明涉及化学机械平面化处理的抛光技术领域，更具体地，涉及一种聚氨酯抛光层及其制备方法。

背景技术

在半导体器件制备过程中，随着制程技术的升级，导线与栅极之间的尺寸不断缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度要求越来越高。自1991年IBM将化学机械研磨(CMP)技术成功应用到64Mb DRAM的生产中后，CMP技术得到了快速发展，目前已广泛应用于半导体晶片、存储磁盘以及高精光学材料的平坦化应用中。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，是将化学腐蚀同机械去除相结合的技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。常规的CMP过程如下：将待加工材料固定在支架上，以待抛光表面朝下的方式在一定压力下压向固定在机台上的抛光层上，借助于待加工材料和抛光层的相对旋转，在抛光液存在下，利用磨粒的机械切削以及氧化剂的化学腐蚀，完成对工件表面的材料去除，并获得光洁表面。

随着集成电路的特征尺寸向着深纳米制程的发展过程中，制造工艺对介电材料提出了更高的要求，为了抑制金属线间串扰增大带来的互联延迟，越来越多的低κ，甚至超低κ介电材料应用于其中。然而，低κ以及超低κ介电材料，通常是以提高材料的孔隙率的方式来获得的。因而与常规的电介质相比，低κ和超低κ电介质倾向于具有更低的机械强度和更差的粘附力，从而使得平整化更困难。

此外，随着特征尺寸的减小，例如特征尺寸在14nm及以下的制程，对芯片表面的平整性提出了近乎苛刻的要求，早期十几纳米甚至几纳米的划痕都会对芯片的性能带来致命的影响。因此先进制程工艺，尤其是特征尺寸在14nm及以下的制程，对具有更低的缺陷、更少的划痕以及对于低κ和超低κ材料更好的去除率的抛光层提出了迫切需求。目前商用抛光层，通常只能在缺陷、划痕以及对超低κ材料去除率中部分满足要求，而难以兼得。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种聚氨酯抛光层的制备方法，该聚氨酯抛光层由包括异氰酸酯预聚物、固化剂以及中空微元件的原料相混合，形成掺混有中空微球体的液体聚合混合物；该液体聚合混合物凝胶固化，形成聚氨酯发泡体。

其中，所述异氰酸酯预聚物中未反应的NCO含量为2.0wt％～9.6wt％；所述液体聚合混合物的凝胶化时间为3～9分钟，所述液体聚合混合物的凝胶化温度为70～90℃。

其中，当在浇铸过程中液体聚合混合物的凝胶化时间为3～9分钟，以及凝胶化温度为70～90℃时，有利于提升由该抛光材料制成的抛光层的均匀性，从而得到具有更低的缺陷、更少的划痕以及对于低κ和超低κ材料更好的去除率的抛光层，从而显著提高产品良率。

其中，上述异氰酸酯预聚物为多官能异氰酸酯和多元醇反应生成异氰酸酯封端的聚合物。上述多官能异氰酸酯包括芳香族异氰酸酯。

在一个优选实施方式中，该制备方法包括：所述聚氨酯抛光层由包括异氰酸酯预聚物、固化剂以及中空微元件的原料混合浇铸制得；所述原料中未反应的NCO含量为5wt％～6.5wt％。

在一个优选实施方式中，为了提高聚氨酯抛光层的性能，所述固化剂中活性氢基团与预聚物中未反应的NCO的比例为0.8～1.1。其中，固化剂中的活性氢基团可以为OH、NH₂或NH等。