[发明专利]一种化学机械抛光垫及其平坦化基材的方法

说明书

本发明涉及一种化学机械抛光垫及用该抛光垫平坦化基材的方法。所述抛光垫包括聚氨酯抛光层，其特征在于，所述聚氨酯抛光层是原料组合的反应产物，所述原料组合包括异氰酸酯封端的预聚体、中空微球聚合物和固化剂组合物，其中，所述固化剂组合物包括：端仲氨基聚醚固化剂和芳香族双官能固化剂，且所述端仲氨基聚醚固化剂与所述芳香族双官能固化剂的质量比为1:4～4:1；和所述异氰酸酯封端的预聚体含有5.5～9.5wt％未反应的NCO基团。本发明的抛光垫具有良好的均一性和改进的去除速率与缺陷率的良好平衡。

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，具体而言，涉及一种抛光垫、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(Chemical Mechanical Polishing，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垫上，借助于待加工材料和抛光垫的相对旋转，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，CMP过程可导致缺陷，因此，先进制程的工艺，例如特征尺寸为28nm以及低于28nm的工艺，要求抛光垫具有更低的缺陷以及对于低κ和超低κ材料更好的去除速率。另外，在特征尺寸28nm及以下的先进制程中，对于抛光垫的均一性提出更高的要求，浇铸工艺中由于混合不均匀或者散热产生的水波纹(Striation)控制越来越严格，要求在强光光桌上不能看见明显的水波纹路。

聚氨酯抛光垫是高精密抛光领域中应用最多的抛光垫类型，其以良好的耐磨性能、极高的抗撕裂强度以及适当的耐酸碱腐蚀性能而能够应用于抛光硅晶片、图案化的晶片、平板显示器以及磁盘存储器的制备工艺中。公知的是，使用低硬度的聚氨酯能够有效地降低抛光过程中产生的缺陷，但是与之相对应的则会降低去除速率。如何在缺陷率与去除速率之间达到一个理想的平衡，是抛光垫研发中需要关注的重要话题。

在传统的抛光垫制造中，采用单一的预聚体以及单一固化剂制备，其优点则是组成简单，制备中易于混合，产物均一性较好。然而采用单一固化剂制备的抛光垫，通常在抛光过程中产生较高的缺陷率，难以在先进制程中得到应用。因此后续发展出更为复杂的多组分预聚体与多组分固化剂体系，其显著的优势则是可以分别对预聚体和固化剂的软、硬段比例进行调节，以达到在更大范围内调整抛光垫理化指标参数，提高研磨性能的目的。

在多固化剂体系中，基本都采用芳香族多元胺与脂肪族多元醇相组合的方式，分别提供固化剂的硬段和软段，调节其比例便可控制最终抛光垫的软硬度。在此种固化剂组合物中，存在一个难以避免的先天缺陷，就是芳香族多元胺和脂肪族多元醇与游离异氰酸酯反应活性的差异，前者的反应活性通常是后者的数十倍甚至上百倍，这就导致反应过程中，芳香族多元胺优先反应，使得反应体系产生不均匀凝胶，进而导致脂肪族多元醇较难参与反应而出现反应程度不均一的现象，最终影响抛光性能。

因此存在进一步改进多组分固化剂体系，以提供品质均一、性能均衡的抛光垫的需求，以适应先进制程的工艺要求。

发明内容