[发明专利]得自含胺引发的多元醇的固化剂的高去除速率化学机械抛光垫

说明书

提供一种用于抛光半导体衬底的CMP抛光垫，其含有抛光层，所述抛光层包含反应混合物的聚氨基甲酸酯反应产物，所述反应混合物包含15至30重量％的胺引发的多元醇和70至85重量％的芳香族二胺的(i)固化剂，所述多元醇具有平均3个至小于5个羟基且数均分子量为150至400，以及(ii)聚异氰酸酯预聚物，其数均分子量为600至5,000且未反应的异氰酸酯含量在6.5至11％范围内。所述CMP抛光垫的可调谐tanδ峰值温度为50至80℃，所述tanδ在所述tanδ峰值温度下的值为0.2至0.8，且可用于抛光多种衬底。

本发明涉及化学机械抛光垫以及其制造和使用方法。更具体地，本发明涉及一种化学机械抛光垫(CMP抛光垫)，其包含反应混合物的聚氨基甲酸酯反应产物的抛光层或顶部抛光表面，所述反应混合物包含15至30重量％的胺引发的多元醇(具有平均3个至小于5个、或优选地4个羟基，且数均分子量为150至400)和70至85重量％的芳香族二胺的固化剂，以及分子量为600至5,000且未反应的异氰酸酯含量的量在6.5至11％范围内的聚异氰酸酯预聚物。

在任何半导体的生产中，可能需要若干种化学机械抛光(chemical mechanicalpolishing，CMP)工艺。在每种CMP工艺中，抛光垫与抛光溶液(如含研磨剂的抛光浆料或不合研磨剂的反应性液体)的组合以使半导体衬底平坦化或维持半导体衬底的平坦度的方式去除过量材料。半导体中的多个层的堆叠以形成集成电路的方式组合。此类半导体装置的制造由于需要装置具有较高的操作速度、较低的泄漏电流以及降低的功率消耗而不断变得更复杂。在装置结构方面，这转换成更精细的特征几何形状和数目增加的金属化水平或层。此类日益严格的装置设计需要推动采用更小的线间距，同时相应增加图案密度和装置复杂性；另外，单个芯片尺寸正在缩小。此外，为了节省半导体，制造商正在转向含有更多较小芯片的较大晶片。这些趋势已导致对CMP消耗品(如抛光垫和抛光溶液)的更多要求以及由于CMP抛光而对提高的芯片产量的需要。

对具有提高的去除速率以及改进的层均匀性的抛光垫一直存在需要。特别是，需要适用于多种抛光应用包括线前端(FEOL)、层间介电(ILD)抛光和金属抛光的抛光垫。

Sakurai等人的美国专利第7,217,179 B2号公开包含CMP抛光垫(具有由聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯-脲制成的抛光层)的聚氨基甲酸酯抛光垫，由异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物A和增链剂B的混合物反应制成。增链剂B具有两个或更多个活性氢基团，其中50至100重量％的数均分子量为300或更小，且50至0重量％的数均分子量大于300；此外，增链剂B由20至100重量％的具有三个或更多个含活性氢的基团的增链剂和80至0重量％的在分子中具有两个含活性氢的基团的增链剂组成。抛光层在加热时受到阻尼，并展现出抛光层的30℃下的储能弹性模量与60℃下的储能弹性模量之比为2至15；并且所述抛光层的30℃下的储能弹性模量与90℃下的储能弹性模量之比为4至20。Sakurai的CMP抛光垫遭受不完全的硬聚合物基质和软聚合物基质相分离以及非期望的垫硬度降低。此外，Sakurai的CMP抛光垫包括水溶性颗粒，以避免由CMP抛光导致的不可接受的大量划痕。

本发明人试图解决提供有效的化学机械抛光垫的问题，所述抛光垫在多个不同衬底上提供良好的衬底均匀性和去除速率结果。

发明内容

1.根据本发明，一种化学机械抛光垫(CMP抛光垫)，其包含反应混合物的聚氨基甲酸酯反应产物的抛光层或顶部抛光表面，所述反应混合物包含15至30重量％、或优选地15至23重量％、或更优选地15至小于20重量％的胺引发的多元醇(具有平均3个至小于5个、或优选地4个羟基，且数均分子量为150至400，或优选地210至350)和70至85重量％、或优选地77至85重量％、或更优选地大于80至85重量％的芳香族二胺的(i)固化剂，以及(ii)聚异氰酸酯预聚物，其数均分子量为600至5,000，或优选地800至3,000，且未反应的异氰酸酯含量在6.5至11％、或优选地8至9.5重量％范围内。