受控膨脹cmp墊澆注方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說(shuō)明書(shū)涉及制造適用于對(duì)半導(dǎo)體、光學(xué)和磁性襯底進(jìn)行拋光和平面化的拋光 墊。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚氨基甲酸酯拋光墊是用于多種要求高的精密拋光應(yīng)用的主要墊類型。這些聚氨 基甲酸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(chǔ)盤(pán)。具體來(lái)說(shuō)， 聚氨基甲酸酯拋光墊為用以制造集成電路的大部分拋光操作提供機(jī)械完整性和耐化學(xué)性。 舉例來(lái)說(shuō)，聚氨基甲酸酯拋光墊具有較高的抗撕裂強(qiáng)度;避免拋光期間磨損問(wèn)題的抗磨損 性；以及抗強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性拋光溶液侵蝕的穩(wěn)定性。
[0003] 半導(dǎo)體的生產(chǎn)典型地涉及若干化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)工藝。在每一CMP工藝中，拋 光墊以及拋光溶液(如含研磨劑的拋光漿料或不含研磨劑的反應(yīng)性液體）以平面化或維持 平坦度以用于接收后續(xù)層的方式去除過(guò)量物質(zhì)。這些層的堆疊以形成集成電路的方式組 合。這些半導(dǎo)體裝置的制造由于對(duì)操作速度更高、泄漏電流更低以及功率消耗降低的裝置 的需求而不斷變得更復(fù)雜。在裝置架構(gòu)方面，這相當(dāng)于更精細(xì)的特征幾何結(jié)構(gòu)和增加的金 屬化水平。在一些應(yīng)用中，這些越來(lái)越嚴(yán)格的裝置設(shè)計(jì)需求驅(qū)使與介電常數(shù)更低的新介電 材料結(jié)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(shí)常與低k和超低k材料相 關(guān)）以及裝置增加的復(fù)雜性已經(jīng)產(chǎn)生對(duì)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(chǎn)出量，半導(dǎo)體制造商已經(jīng)多年實(shí)踐使用金剛石盤(pán)進(jìn)行原位 修整。原位修整在拋光期間切割拋光墊頂表面。百分之百原位修整工藝在整個(gè)拋光工藝期 間進(jìn)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(nèi)進(jìn)行修整。這種修整 工藝在使拋光表面粗糙化以通過(guò)防止拋光墊起釉(glazing)來(lái)維持去除速率方面是必需 的。另外，這些墊必須在數(shù)百個(gè)晶片上以恒定速率拋光。
[0005] 已經(jīng)證實(shí)，將聚氨基甲酸酯澆鑄成餅并且將所述餅切割成若干薄拋光墊是用于制 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(Re inhardt)等人在美國(guó)專利 第5,578,362號(hào)中公開(kāi)聚合微球體在維持低缺陷度的同時(shí)改良平面化的用途。不幸的是，所 產(chǎn)生的具有這種結(jié)構(gòu)的商業(yè)聚氨基甲酸酯墊通常具有對(duì)金剛石修整器和修整工藝靈敏的 速率。具體來(lái)說(shuō)，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(dǎo)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(zhì)（interlayer dielectric，ILD)拋光 中，拋光墊的去除速率(removal rate，RR)對(duì)金剛石修整極靈敏。在不進(jìn)行原位修整的情況 下，RR在拋光幾個(gè)晶片內(nèi)迅速地惡化，參見(jiàn)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(lái)用于ILD拋光中，但對(duì)修整的高RR靈敏度仍可能在墊壽命內(nèi)導(dǎo)致由于修整 圓盤(pán)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(duì)修整的靈敏度降低的拋 光墊。此外，需要開(kāi)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(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一方面提供一種制造適用于對(duì)半導(dǎo)體、光學(xué)和磁性襯底中的至少一者進(jìn) 行平面化的拋光墊的方法，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 的液體聚氨基甲酸酯材料，所述液體聚氨基甲酸酯材料具有T腦疑溫度并且含有流體填充聚 合微球體，所述流體填充聚合微球體是預(yù)膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體的摻合物，所 述預(yù)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(yù)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;和Tgi：溫度，其中氣體穿 過(guò)所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體離開(kāi)以減小所述膨脹和未膨脹流體填充聚合 微球體的直徑，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基甲酸 酯材料的所述Τ|?溫度;澆注含有所述預(yù)膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體摻合物的所述 液體聚氨基甲酸酯材料以使所述異氰酸酯封端的分子與所述固化劑反應(yīng);將所述液體聚氨 基甲酸酯材料中的所述預(yù)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的溫度，以增加所述未膨脹流體填充聚合微球體的直徑，所述 加熱達(dá)到小于所述Τ影:溫度的溫度，其中氣體穿過(guò)所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合微球 體離開(kāi)，所述加熱在所述液體聚氨基甲酸酯材料中形成預(yù)膨脹與膨脹流體填充聚合微球體 的摻合物;使所述液體聚氨基甲酸酯材料中的所述預(yù)膨脹與膨脹流體填充聚合微球體摻合 物固化，以使所述液體聚氨基甲酸酯材料固體化成含有所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微 球體的聚氨基甲酸酯基質(zhì);和由所述固化的含有所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的 聚氨基甲酸酯基質(zhì)精整所述拋光墊，其中所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的最終直 徑小于在空氣中由所述Τ影:溫度實(shí)現(xiàn)的直徑，并且所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合微球 體中所含有的大部分流體保持在所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體中。
[0008] 本發(fā)明的另一方面提供一種制造適用于對(duì)半導(dǎo)體、光學(xué)和磁性襯底中的至少一者 進(jìn)行平面化的拋光墊的方法，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 成的液體聚氨基甲酸酯材料，所述液體聚氨基甲酸酯材料具有Τ腦疑溫度并且含有流體填充 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(yù)膨脹與未膨脹流體填充聚合微球體的摻合物，所述預(yù)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(yù)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;和Tgi：溫度，其中氣體穿過(guò)所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合 微球體離開(kāi)以減小所述膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體的直徑，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基甲酸酯材料的所述T膠li溫度;澆注含有所述預(yù) 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基甲酸酯材料以使所述異氰酸 酯封端的分子與所述固化劑反應(yīng);將所述液體聚氨基甲酸酯材料中的所述預(yù)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的溫度，以 增加所述未膨脹流體填充聚合微球體的直徑，所述加熱達(dá)到小于所述Tg*：溫度的溫度，其中 氣體穿過(guò)所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體離開(kāi)，所述加熱在所述液體聚氨基甲酸 酯材料中形成預(yù)膨脹與膨脹流體填充聚合微球體的摻合物;使所述液體聚氨基甲酸酯材料 中的所述預(yù)膨脹與膨脹流體填充聚合微球體摻合物固化，以使所述液體聚氨基甲酸酯材料 固體化成含有所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的聚氨基甲酸酯基質(zhì);和由所述固化 的含有所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的聚氨基甲酸酯基質(zhì)精整所述拋光墊，其中 所述預(yù)膨脹和膨脹流體填充聚合微球體的最終直徑小于在空氣中由所述Tgi：溫度實(shí)現(xiàn)的直 徑，并且所述預(yù)膨脹和未膨脹流體填充聚合微球體中所含有的大部分流體保持在所述預(yù)膨 脹和膨脹流體填充聚合微球體中。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 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./mhi為單位的去除速率對(duì)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(biāo)。)
[0010] 圖2是ILD拋光中以A/min為單位的平均去除速率與晶片內(nèi)非均勻性(￥^1^11-wafer non-uniformity，WIW_NU) ( % )的曲線圖。
[0011] 圖3是濃度為8wt%的預(yù)膨脹和未膨脹流體填充微球體的SEM。
[0012]圖4是用MbOCA固化劑形成的濃度為5.25wt%的預(yù)膨脹和未膨脹流體填充微球體 的 SEM〇
[0013]圖4A是對(duì)圖4拋光墊以微米為單位測(cè)量的直徑的大小分布圖。
[0014]圖5是用MbOCA固化劑與多官能性多元醇摻合形成的濃度為5.25wt%的預(yù)膨脹和 未膨脹流體填充微球體的SEM。
[0015] 圖5A是對(duì)圖5拋光墊以微米為單位測(cè)量的直徑的大小分布圖。
[0016] 圖6是根據(jù)經(jīng)修改的愛(ài)因斯坦-古斯-戈?duì)柕路匠淌剑‥instein-Guth-Gold equat i on)的相對(duì)粘度對(duì)比固體體積分?jǐn)?shù)的曲線圖。
[0017] 圖7是相對(duì)粘度對(duì)比預(yù)膨脹、未膨脹、和預(yù)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(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明提供一種適用于對(duì)半導(dǎo)體、光學(xué)和磁性襯底中的至少一者進(jìn)行平面化的拋 光墊。拋光墊具有頂部拋光表面，包含異氰酸酯封端的預(yù)聚物和固化劑系統(tǒng)的反應(yīng)產(chǎn)物。頂 部拋光層進(jìn)一步以介于預(yù)聚物的高于4重量％與小于8重量％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(nèi)均勻性，以及降低的對(duì)修整工藝的靈敏度。
[0019] 拋光墊在預(yù)聚物中含有4.2到7.5重量％流體填充微球體。優(yōu)選地，拋光墊在預(yù)聚 物中含有4.5到7.5重量％流體填充微球體。最優(yōu)選地，拋光墊在預(yù)聚物中含有5到7.5重 量％流體填充微球體。這產(chǎn)生具有受控孔隙大小的低密度或高孔隙率拋光墊。舉例來(lái)說(shuō)，最 終密度可以是0.5到0.75g/cm 3。