粘度受控的cmp澆注方法
【專利說明】粘度受控的CMP澆注方法
【背景技術】
[0001] 本說明書涉及制造適用于對半導體、光學和磁性襯底進行拋光和平坦化的拋光 墊。
[0002] 聚氨酯拋光墊是用于多種高要求精密拋光應用的主要墊類型。這些聚氨酯拋光墊 有效用于拋光硅晶片、圖案化晶片、平板顯示器以及磁存儲盤。確切地說，聚氨酯拋光墊為 用于制造集成電路的大多數(shù)拋光操作提供機械完整性和耐化學性。舉例來說，聚氨酯拋光 墊具有較高的抗撕裂強度;避免拋光期間磨損問題的抗磨損性；以及抗強酸性和強堿性拋 光溶液侵蝕的穩(wěn)定性。
[0003] 半導體的生產典型地涉及若干化學機械平坦化（chemical mechanical planarization，CMP)工藝。在每一CMP工藝中，拋光墊與拋光溶液(如含研磨劑的拋光漿料 或不含研磨劑的反應性液體)組合以平坦化或維持平度以便接收后續(xù)層的方式去除過量材 料。這些層的堆疊以形成集成電路的方式組合。這些半導體裝置的制造由于對操作速度較 高、泄漏電流較低并且功率消耗降低的裝置的需求而不斷變得更復雜。在裝置架構方面，這 轉變?yōu)楦毜奶卣鲙缀谓Y構和增加的金屬化水平。在一些應用中，這些越來越嚴格的裝 置設計需求驅使與介電常數(shù)較低的新介電材料結合采用增加數(shù)量的鎢互連插頭或通孔。減 少的物理特性(時常與低k和超低k材料相關)與裝置增加的復雜性組合已產生對CMP消耗品 (如拋光墊和拋光溶液)的更大需求。
[0004] 為了維持恒定的晶片產出量，半導體制造商已經多年實踐使用金剛石盤進行原位 修整。原位修整在拋光期間切割拋光墊頂部表面。百分之百原位修整工藝在整個拋光工藝 期間進行金剛石修整。百分之五十原位修整工藝在二分之一拋光工藝內進行修整。這種修 整工藝在使拋光表面粗糙化以通過防止拋光墊起釉(glazing)來維持去除速率方面是必需 的。另外，這些墊必須在數(shù)百個晶片上以恒定速率拋光。
[0005] 已經證實，將聚氨酯澆注成餅并且將所述餅切割成若干薄拋光墊為用于制造具有 恒定可再現(xiàn)拋光特性的拋光墊的有效方法。萊因哈特(Reinhardt)等人在美國專利第5， 578,362號中公開聚合微球體在維持低缺陷度的同時改良平坦化的用途。不利的是，所產生 的具有這種結構的商業(yè)聚氨酯墊常常具有對金剛石修整器和修整工藝敏感的速率。確切地 說，隨著金剛石在修整器上磨損，其在拋光墊中切割出較淺槽道，并且這些較淺槽道可能導 致較低的拋光去除速率。
[0006] 在使用煙霧狀二氧化娃衆(zhòng)料的層間介電質（interlayer dielectric，ILD)拋光 中，拋光墊的去除速率(removal rate，RR)對金剛石修整極敏感。在不進行原位修整的情況 下，RR在拋光幾個晶片內迅速地惡化，參見圖1。盡管百分之百原位修整典型地使用煙霧狀 二氧化硅漿料來用于ILD拋光中，但對修整的高RR敏感性仍可能在墊壽命內導致由于修整 圓盤磨損的性能變化。因此，需要在不犧牲其拋光效率的情況下對修整的敏感性降低的拋 光墊。此外，需要開發(fā)一種用于制造這些和其它CMP拋光墊的有效方法。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的一個方面提供一種制造適合于對半導體、光學和磁性襯底中的至少一種 進行平坦化的拋光墊的方法，所述方法包含以下：獲得由異氰酸酯封端的分子和固化劑形 成的液體聚氨酯材料，所述液體聚氨酯材料具有T|?溫度并且在所述異氰酸酯封端的分子 中含有4.2到7.5重量百分比的流體填充聚合微球體，所述流體填充聚合微球體是預膨脹與 未膨脹流體填充聚合微球體摻合物，所述預膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體各自具有 Τ?臺溫度，其中所述預膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體的直徑在等于或高于所述溫度 的溫度下增加，并且所述未膨脹流體填充聚合微球體的所述溫度小于所述液體聚氨酯 材料的所述Τι?溫度;澆注含有所述預膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物的所述液 體聚氨酯材料，所述液體聚氨酯材料含有相對粘度
為1.1到7的所述預膨脹與未膨脹流體 填充聚合微球體摻合物，其中
[0009] 其中μ是填充系統(tǒng)的粘度，是末填充材料的粘度，
是相對粘度，并且Φ是填料 的體積分數(shù);將所述液體聚氨酯材料和所述預膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物加 熱到至少為所述未膨脹流體填充聚合微球體τ起^的溫度并且使之固化，以增加所述未膨脹 流體填充聚合微球體的直徑并且形成預膨脹與膨脹流體填充聚合微球體在所述液體聚氨 酯材料中的摻合物，并且隨后使所述液體聚氨酯材料固體化成含有所述預膨脹和膨脹流體 填充聚合微球體的聚氨酯基質；以及由含有所述預膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的所述 聚氨酯基質形成所述拋光墊。
[0010] 本發(fā)明的另一方面提供一種制造適合于使半導體、光學和磁性襯底中的至少一種 平坦化的拋光墊的方法，所述方法包含以下：獲得由異氰酸酯封端的分子和固化劑形成的 液體聚氨酯材料，所述液體聚氨酯材料具有Τι?溫度并且在所述異氰酸酯封端的分子中含 有4.2到7.5重量百分比的流體填充聚合微球體，所述流體填充聚合微球體是填充有異丁 烷、異戊烷或異丁烷與異戊烷混合物的預膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物，所述 預膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體各自具有溫度，其中所述預膨脹和未膨脹流體填 充聚合微球體的直徑在等于或高于所述溫度的溫度下增加，并且所述未膨脹流體填充 聚合微球體的所述溫度小于所述液體聚氨酯材料的所述Τ|?溫度;澆注含有所述預膨脹 與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物的所述液體聚氨酯材料，所述液體聚氨酯材料含有相
為1.1到7的所述預膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物，其中
[0012]其中μ是填充系統(tǒng)的粘度，μ〇是末填充材料的粘度
是相對粘度，并且Φ是填料 的體積分數(shù);將所述液體聚氨酯材料和所述預膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物加 熱到至少為所述未膨脹流體填充聚合微球體Τ起^的溫度并且使之固化，以增加所述未膨脹 流體填充聚合微球體的直徑并且形成預膨脹與膨脹流體填充聚合微球體在所述液體聚氨 酯材料中的摻合物，并且隨后使所述液體聚氨酯材料固體化成含有所述預膨脹和膨脹流體 填充聚合微球體的聚氨酯基質；以及由含有所述預膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的所述 聚氨酯基質形成所述拋光墊。
【附圖說明】
[0013] 圖1是在停止Semi-Sperse? 25E(SS25)煙霧狀二氧化硅漿料原位修整之后，以 A,'mm為單位的去除速率對比晶片數(shù)目的曲線圖。（Semi Sperse是卡巴特微電子公司 (Cabot Microelectronics Corporation)的商標。)
[0014] 圖2是ILD拋光中以A/min為單位的平均去除速率和晶片內非均勻性&^1^11-wafer non-uniformity，WIW_NU)(%)〇
[0015] 圖3是濃度為8wt%的預膨脹和未膨脹流體填充微球體的SEM。
[0016] 圖4是用MbOCA固化劑形成的濃度為5.25wt%的預膨脹和未膨脹流體填充微球體 的 SEM〇
[0017] 圖4A是對圖4拋光墊以微米為單位測量的直徑的大小分布圖。
[0018] 圖5是用與多官能性多元醇摻合的MbOCA固化劑形成的濃度為5.25wt%的預膨脹 和未膨脹流體填充微球體的SEM。
[0019] 圖5A是對圖5拋光墊以微米為單位所測量的直徑的大小分布圖。
[0020] 圖6是根據(jù)修改的愛因斯坦-古斯-戈爾德等式的相對粘度對比固體體積分數(shù)的曲 線圖。
[0021] 圖7是相對粘度對比預膨脹、未膨脹、和預膨脹與未膨脹聚合微球體摻合物的聚合 微球體重量百分比的曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明提供一種適合于對半導體、光學和磁性襯底中的至少一種進行平坦化的拋 光墊。拋光墊具有頂部拋光表面，包含異氰酸酯封端的預聚物和固化劑系統(tǒng)的反應產物。頂 部拋光層進一步以介于預聚物的高于4重量百分比與小于8重量百分比之間的含量包含聚 合微球體。這些拋光墊具有較高去除速率，較好晶片內均勻性，以及降低對修整工藝的敏感 性。
[0023] 拋光墊在預聚物中含有4.2到7.5重量百分比的流體填充微球體。優(yōu)選地，拋光墊 在預聚物中含有4.5到7.5重量百分比的流體填充微球體。最優(yōu)選地，拋光墊在預聚物中含 有5到7.5重量百分比的流體填充微球體。這產生具有受控孔隙大小的低密度或高孔隙度拋 光墊。舉例來說，最終密度可以是0.5到0.75g/cm 3。優(yōu)選地，最終密度是0.5到0.65g/cm3。
[0024] 填充微球體的流體可以是氣體、液體或氣體與液體的組合。如果流體是液體，那么 優(yōu)選的流體是水，如僅含有附帶雜質的蒸餾水。出于本申請的目的，術語微球體包括具有小 于完美球形的殼層；舉例來說，這些殼層具有在切開并且用SEM查看時似乎為半半球形 (semi-he