[发明专利]化学机械抛光垫和抛光方法

说明书

本发明涉及一种具有在整个表面上具有一致的正ζ电势的抛光层的化学机械抛光垫。还公开了一种使用所述抛光垫连同带正电荷的浆料的化学机械抛光方法。

本发明总体上涉及先进半导体装置的化学机械抛光(CMP)领域。更具体地，本发明涉及一种化学改性的CMP垫以及一种对先进半导体装置进行化学机械抛光的方法。

在集成电路以及其他电子装置的制造中，将多层导电材料、半导电材料以及介电材料沉积在半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面上移除。可以通过许多沉积技术来沉积导电材料、半导电材料以及介电材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、以及电化学电镀(ECP)。

随着材料层被依次地沉积和去除，晶片的最上表面变成非平面的。因为后续的半导体加工(例如金属化)要求晶片具有平坦的表面，所以需要对晶片进行平坦化。平坦化可用于去除不希望的表面形貌和表面缺陷，诸如粗糙表面、附聚的材料、晶格损伤、划痕、以及被污染的层或材料。

化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将衬底(诸如半导体晶片)平坦化的常见技术。在常规的CMP中，晶片被安装在托架组件上并且被定位成与CMP设备中的抛光垫接触。托架组件向晶片提供可控的压力，从而将晶片压靠在抛光垫上。所述垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供化学组合物(“浆料”)或其他抛光液。因此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并且使其成为平面。

除了在垫与浆料颗粒之间的接触力之外，表面力也作用于晶片与浆料颗粒之间，并且影响CMP材料去除速率。

美国专利申请公开号2017/0120416公开了在抛光制品的整个表面上具有变化的ζ电势区域的抛光制品。当活性浆料含有具有正ζ电势的磨料(例如氧化铝)时，抛光表面可以被设计为相对于抛光制品表面的其他区域具有更负的ζ电势，以将磨料吸引至抛光制品与液体界面之间的界面。

美国专利号9,484,212公开了一种用于对CMP垫中的抛光层的在氧化硅材料与氮化硅之间的去除速率选择性进行改进的方法。这是通过用于抛光层组合物中的原材料的某些组合、连同使用具有在1至6的抛光pH下测量的正表面电荷的二氧化硅磨料来实现的。

WO 2018021428公开了具有正ζ电势的抛光垫。所述抛光垫由叔胺聚氨酯制成。

存在对于具有较高的CMP平坦化性能以及生产率的改进的化学机械抛光垫的需要。本发明通过提供一种在整个表面上具有一致的正ζ电势的化学改性的CMP垫、以及一种将所述改进的垫与带正电荷的浆料配对以改进抛光性能的方法来满足此需要。

发明内容

实施例提供了一种用于抛光衬底的具有正ζ电势的化学机械抛光(CMP)垫，所述衬底选自以下项中的至少一种：存储器、硅盘、玻璃、以及半导体衬底，所述抛光垫包括具有组合物和抛光表面的抛光层，其中所述组合物是包括以下项的成分的反应产物：

(a)具有平均至少两个未反应的异氰酸酯(NCO)基团/分子的多官能异氰酸酯；

(b)由羟基取代的季铵组成的第一固化剂；

(c)第二固化剂，其中所述第二固化剂不含季铵；以及

(d)任选地，多个微元件；

其中，所述第一固化剂以基于所述第一固化剂和所述第二固化剂的总摩尔量等于或大于50mol％存在，并且其中在(b)和(c)的所述固化剂中的组合的反应性氢基团与在(a)的所述多官能异氰酸酯中的所述至少两个未反应的异氰酸酯(NCO)基团的化学计量比是0.8至1.1；并且其中，所述正ζ电势在整个抛光垫的表面上是一致的，并且与在2至12的pH范围内的pH无关，使用硝酸或氢氧化钾来调节去离子水的pH。

另一个实施例提供了季铵含有至少两个羟基基团/分子。