CN101056742A - 抛光垫以及垫磨除速率和平坦化的改进方法 - Google Patents

Abstract

一种抛光垫磨除速率的改进方法，其包括由一混合物制作聚氨酯垫本体；及将一添加剂加到所述的混合物中，所述的添加剂减小所述垫的弹性回跳以便提高化学机械平坦化磨除速率；以及用至少含有淀粉的物质作为添加剂。在另一实施例中，一种氨基甲酸乙酯抛光垫平坦化通过以下方法得以改进：通过混合基础树脂，及将异氰酸酯加入到所述的基础树脂中以制成一氨基甲酸乙酯抛光垫，其中异氰酸酯浓度在所述基础树脂6.5％到11％范围内。在另一实施例中，一种CMP方法，其包括：移除一阻挡层以及移除整个铜层之后磨光一聚氨酯抛光垫，其中使用肖氏硬度(单位D)小于35％及具有由包含以下至少一种的混合物制成的层的抛光垫：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度以及单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到与上述预聚物中相同的摩尔浓度。

Description

抛光垫以及垫磨除速率和平坦化的改进方法

技术领域

本发明大体上涉及抛光垫，及更具体地说，涉及使用一种浆料的化学机械抛光法(CMP)。另外，本发明涉及所述抛光垫CMP磨除速率的增强方法、通过抛光垫改进工件的平坦化以及改进抛光垫的整体平坦化效率。

背景技术

CMP为一种在半导体制造工序中的处理步骤，其大体上成为制造半导体晶片的整个部份。CMP用于半导体制造工序中不同应用。例如，CMP用于各种应用中会被称为”氧化物”或者”ILD/PMD”、”STI”、”铜”、”阻挡层”、”多聚”以及”钨”。这些技语一般表示被磨除的材料种类。最好是，所述的CMP处理方便地构成以磨除材料及平坦表面，同时不造成损坏和不留下污秽物。每一种应用均可使用不同的浆料，因此，大体上，每一种应用会使用不同的磨除机器。就是因为那个原因，每一种应用的最佳状况便会各异。

在每一种这些CMP处理中，一种硅基质配置成与一种移动抛光垫直接接触。通常当同时滚动所述的垫时，一种晶片携带器便向该基质背面施加压力。在这制作期间须要一种浆料，及其通过所述的垫操作大体上在所述的晶片与所述的垫之间传递。所述的浆料成份因应不同的CMP应用而有所不同。大体上，设计成磨除绝缘材料的浆料均包含水、磨料以及设计成”水解”该绝缘材料的碱成分。另一方面，铜浆料一般包含水、磨料、氧化剂、混合剂以及用于钝化表面的化学品。在一种不是设计成磨除的材料上，一种典型浆料通常具有很低的磨除速率。

最好是，所述的CMP抛光垫可进行多项工程功能。所述的垫最好可配置成在高磨除速率下抛光，弄平短距离(＜100微米)，视乎所述硅基质的质量而弄平长距离(＞100微米)至某平坦化长度(见以下)，而不是弄平超过该长度，传送浆料，给随后抛光的晶片与所述的晶片之间保持相同的摩擦力以及对大量晶片没有干扰，清洁该晶片表面，不刮痕该晶片表面，能在短时间内更换，和/或有其他功能。

因此，有需要发展出一种能改进一项或多项这些抛光垫功能的垫制造方法。具体地说，是为了改进所述的抛光垫的磨除速率，改进工件的平坦化以及改进抛光垫的整体平坦化效率。

在这方面，本发明的不同角度均考虑到短及长距离平坦化。一般而言，长距离平坦化是通过垫的体积特性来控制，而短距离平坦化是通过垫的表面特性来控制。一种在说明长距离平坦化中所用的概念为平坦化长度(L)，其定义为所述的垫平坦化能力的横向尺寸特性。这概念本质为普雷斯顿方程式，其主张当抛光时，磨除速率与力成正比。虽然这关系有明显的偏差，但是基本上是成立的。可将一件被平坦化的物件仿制成一件隆起件。一种抛光垫尝试使这物件平坦化，而当由该垫在该物件顶部上施加的压力超过邻近该物件施加的压力时，在这样情况下将完成平坦化。根据普雷斯顿方程式，在所述的物件顶部上的磨除速率会超过邻近该物件的磨除速率，及一段时间之后，该物件高度便会因抛光而缩短。平坦化长度的定义为距所述的物件的距离，所施加的压力增加到距所述的物件无限远处的压力的1/e(e为In(10))。

短距离平坦化与L没有类似之处。由于短距离平坦化受到表面特性的影响，因此其可以明显不同，即使使用同一抛光垫通过改变由所述的垫接纳的金钢石调节量，即，一种影响所述的垫表面粗糙度的操作。然而，一般而言，整修垫表面为的是保持磨除率。因此，关于短距离平坦化，所述的垫上的工程限制多少有些结果导向。在文字上可写成“...当持续地使用一种标准整修方法，所述的垫应当具有足够磨除速率以及良好的短距离平坦化...”。由于这个原因，短距离平坦化要求通常来自实验性结果。在铜应用中，这些结果通常用表面凹陷表示，其说明自一条窄铜线磨除的材料数量。在氧化物应用中，这些结果通常以一种用来测量短距离平坦化的测试结构的平坦化性能表示。

许多美国专利均打算对平坦化加以改进。参照JAMES的美国专利第6,454,634号、第6,582,283号、第6,736,709号以及第6,749,485号。虽然JAMES提供一据称可达到预期高KEL值的添加剂实施例，但其构思及数据支持仅仅适合对上述的短距离平坦化的要求，即在短距离小于100微米内的平坦化。

因此，发展改进短及长距离平坦化的方程式是有需要的。

一种CMP特殊应用称为”铜CMP”，其在半导体的工作表面上沉积的铜膜抛光。所述的铜通常通过利用电解沉积法沉淀而成，及通常配置在隐藏氧化层内已形成亚微米槽的表面。所述的铜在所述的槽内及槽之间区域的顶部(“场”)沉积。在槽之间的场沉积的铜通常称为”超载”。在沉积所述的铜之前，一种”阻挡层”配置在所述的氧化表面上，因为所述的铜会扩散入所述的氧化层内和有可能会接触到在其下面的敏感硅基质，并损坏所述的电晶体。因此，所述的阻挡层覆盖着所述的铜槽以防止所述的铜扩散入所述的氧化层。钽(Ta)及氮化钽(TaN)为制成所述的阻挡层的典型材料。在铜CMP期间，所述的铜超载及所述的阻挡层均通过抛光自所述的场磨除，使所述的铜留在所述的槽以在互相连接线之间导电。

所述的CMP方法的目的在于自所述的场区基本上磨除全部铜及将该铜留在与所述的氧化层同一水平的沟内。在所述的槽内的铜表面最好是平滑和在它的表面上基本上没有氧化、染污或者腐蚀。这些条件用于其他大面积铜时也是需要的，正如众所周知的”黏贴垫”，其使探针与导体接触及其典型尺寸为100m乘50-75m。这方法经常通过三个步骤来进行，其涉及通常在商业用CMP工具中可找到的三种滚动旋转盘。所述的三个步骤包括：1)磨除所述的整个铜层；2)磨除所述的阻挡层；及3)抛光最终表面以实质地磨除所有剩余物并钝化该铜层表面。在进行这三个步骤之后，在进行进一步处理之前，所述的晶片将变得干净和干燥。磨除铜的步骤通常分为两种步骤。在第一步骤中，一半或者更多铜膜会被磨除并使所述的表面基本上平滑。在第二步骤中，余下的铜将被磨除，只剩下阻挡层材料。

因此，在传统铜CMP方法中有两种基本处理顺序用在3-旋转盘工具上。在第一种顺序中，顺序#1，旋转盘1移除整个铜层到所述的阻挡层材料，旋转盘2磨除该阻挡层材料以及第三旋转盘抛光。在第二种顺序中，顺序#2，旋转盘1移除整个铜层，旋转盘2完成磨除铜层以及第三旋转盘磨除阻挡层材料和抛光。在这两种顺序中有细微差别，其包括使用不同化学品和浆料，处理条件和时间以及所有要求步骤的确实分配。在这三个步骤中所用的抛光垫和浆料/化学品通常是不同的。

在一个例子中，一种典型方法进行处理顺序#1正如以下：旋转盘1)一种IC100垫(诸如由Rohm和Haas提供)及一种铜浆料，诸如Cabot 5001；旋转盘2)一种IC100垫及一种阻挡层浆料，诸如Hitachi T-605；及第三旋转盘)一种Politex垫(诸如由Rohm和Haas提供)及水或者水和一种钝化化学品，诸如BTA。相反地，一种典型方法进行处理顺序#2则如以下：旋转盘1)一种IC100垫及一种铜浆料，诸如Cabot5001；旋转盘2)一种IC100垫及一种铜浆料，诸如Cabot 5001；第三旋转盘)一种Politex垫及一种阻挡层浆料，诸如Hitachi T-605，加上一种具有水或者水和BTA用于钝化的洗濯液。

虽然在上述情况中第三步骤还可用一种IC1000垫来进行，但是更典型的是用一种Politex垫来进行。使用Politex垫以达到这目的的缺点为所述的垫对这应用来说基本上太软。一种典型Politex垫包括几层。底层为一种浸渍聚酯毡垫圈的聚氨酯。下一层为非常多细孔的氨基甲酸乙酯以及顶层包括具有锥形细孔的垂直氨基甲酸乙酯构造，其底部较宽和顶部较窄。

虽然所述垫的柔软度对得出非常好的制成抛光表面有利，即，干净和没有刮痕，但是采用这种垫作为阻挡层磨除步骤的最终结果是令晶片的制成平面度差劣。作为一种阻挡层磨除器，所述的垫起初均同时外露于铜和钽，及后当所述的阻挡层给清理后，所述的垫同时与铜和钽氧化。一种具有差劣平坦化特性的垫将不会均匀地磨除这些材料。这种非平坦化特性导致桥接(一种导电剩余物，其理应给磨除，但得出非所要求的电接触的结果)、凹陷/腐蚀(通过所述的方法磨除的材料，其残留在原地，如果是铜，会导致电阻增加，或者如果是氧化物，则会导致短路)、或者促使桥接的非预期要求表面特征。

采用Politex垫的另一个问题是该垫的寿命较短。当使用某些化学品时，所述的垫便趋向失去完整性，最终导致缩短寿命。一般而言，吹塑聚氨酯材料为化学惰性，而并不知道这种材料在CMP期间通常外露又在任何化学品存在下会碎裂。

另一种情况，在第三旋转盘上采用高度平坦化、高惰性的IC1000会得到非常平的表面且没有上述的问题，但刮痕率相当高。当然，刮痕是不能接受的，因为其会造成短路(桥接)以及断路(一条中断的导电线)。因此，需要一种具有在由Politex提供的垫与IC1000垫之间的范围内的各种特性的垫。

以这些问题来看，顺序#1明显地满足所有的要求；然而，它非常慢。它的生产率(“tpt”)非常低，因此，所述的抛光设备使用率低。正如任何组装生产线，一种设备的tpt以它的最慢步骤起作用。一般而言，在这样一些设备(参见，例如由Applied Materials提供的Mira Mesa)上将晶片以一工位转到另一工位的自动机是最快的。最慢步骤通常是最慢的晶片旋转盘步骤。由于顺序#1涉及在第一旋转盘磨除整个铜层，因此，那个盘可能是tpt限制者。第一步骤化3至4分钟并不罕见，结果该设备的最大tpt为每小时15-20块晶片(“wph”)。通常希望得到较高tpt.

因此，需要一种改进的CMP垫以及一种铜CMP的改进方法，该方法可提高tpt及改进整个铜层磨除和/或平坦化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种抛光垫的化学机械平坦化磨除速率的改进方法，提供一种化学机械抛光改进方法以及提供一种改进抛光垫。

根据本发明的典型实施例的一方面，所述的垫磨除速率的改进方法包括以下步骤：制作垫本体，其至少顶层为聚氨酯；将添加剂加入该本体内，该添加剂减小所述垫的ER以便增加化学机械平坦化磨除速率；以及使用一种至少含有淀粉的物质作为所述的添加剂。根据本发明的进一步特征，所述的使用步骤包括把大体上1磅淀粉加到25磅混合物中以减小弹性回跳大约8个百分点。

根据本发明的不同方面，将含有淀粉的至少一种物质加到所述的垫聚氨酯本体中会显着地减小弹性回跳，从而增加该垫的化学机械平坦化磨除速率。

为了达到这些目的以及下文中将明显地看到的其他目的，本发明的一特征包括一种在半导体晶片表面上沉积的铜膜的铜CMP方法。所述的方法包括以下步骤：移除阻挡层的整个铜层；大体上移除所述的阻挡层；及随后磨光，其中所述移除阻挡层及磨光包括使用聚氨酯抛光垫，所述的垫的肖氏硬度(单位D)小于35％及具有一层由含有以下至少一种的混合物制成：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯以达到摩尔浓度以及单体与足够异氰酸酯以基本上达到相同的摩尔浓度。

本发明的一个典型实施例包括一种用于磨除阻挡层以及在CMP方法中，在半导体晶片表面上沉积的铜膜随后抛光的抛光垫。所述的抛光垫的肖氏硬度(单位D)为小于35％及具有至少一层由包含以下混合物制成：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度或者单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到相同的摩尔浓度。

被认为是本发明的特征的新颖特性将在从属权利要求中具体叙述。然而，关于本发明本身结构及其操作方法连同其附加目的优点将结合附图通过以下对具体实施例的叙述会有最好的了解。

附图说明

当参照附图作出考虑时，再通过详细说明及权利要求可以对本发明有更全面的理解，其中：

图1所示为随根据本发明形成的NCO浓度而变的氨基甲酸乙酯抛光垫的平坦化图；以及

图2为一显示垫硬度与刮痕数量之间关系的曲线图。

具体实施方式

以下说明并不是在任何方面局限于本发明的精神、应用或者构造；相反，它的用意是提供一种方便例子来实现本发明的各种实施例。正如将变得明显的是，在实施例中叙述的元件功能及配置可作出各样改变而不脱离本发明的精神。理应明白到，这里的叙述可以用来说明具有不同形状、部件等等的不同构造的垫且仍然在本发明的精神之内。因此，本说明书的详细叙述只是作为示范目的而不是作出限制。

根据本发明的一典型实施例的一方面，提供的为一种抛光垫磨除速率的改进方法。虽然磨除速率受到与所述的垫一起使用的浆料组合物的影响，但几种与垫相关的因素也会影响到磨除速率。例如，多条槽可通过将所述的浆料传送到所述的晶片-垫界面来改进磨除速率。这些槽不同的形状、间距、宽度以及深到均会影响到磨除速率。磨除速率还会与在所述的晶片与有所述浆料的垫之间的摩擦力有关。不同垫有不同摩擦力及受到诸如所述垫中细孔的大小，所述垫的密度，所述垫的材料组合物，和/或等等因素的影响。

一般而言，用于CMP的垫为滞弹性的。一种滞弹性材料同时具有弹性及无弹性的特性。一种材料无弹性量的测量标准为弹性回跳，或者弹性回复性(ER)。当紧压及松开时，在一殷指定时间之后，得出的分数量便是ER。弹性回跳越高，所述的材料越富有弹性，相反，弹性回跳越低，所述的材料则越有可塑性。根据本发明的一典型实施例的一方面，聚氨酯垫及氧化物晶片均展示出CMP磨除速率，业已发现该速率与ER有很强的反向关系。

因此，根据本发明的一典型实施例的一方面，一种抛光垫磨除速率的改进方法，包括构成所述的垫以具有较低ER以达到较高磨除速率。应注意到，垫的ER可通过在混合所述的垫成份期间，加入淀粉到该垫元件而减低。(将在以下作更全面的叙述。)

虽然，众所周知，将淀粉加入氨基甲酸乙酯混合物是为了达到不同目的，但是在抛光垫中，其尚未用来改进磨除速率。淀粉为一公知的氨基甲酸乙酯添加剂，例如用来增强生物降解性(例如专利第6,228,969)，改进阻燃性以及提升发泡能力(例如专利第4,374,208)。

根据本发明的一典型实施例的一方面，一种CMP垫除了其他元件之外，包括一种淀粉。例如，一种CMP垫包括：由Crompton Uniroyal提供的20磅ADIPRENEL325液体聚醚型聚氨酯，4.7磅MOCA(4，4’-亚甲基双氯苯胺)，由GE Silicones提供的0.5磅L-6100硅表面活性剂以及1磅淀粉。

另外，以上所述的元件的其他份量也可使用且可改变相对比例。再者，应该明白到，淀粉可加入通常用来制造聚氨酯垫的其他元件混合物中。根据本发明的一典型实施例，所述的方法包括将淀粉(或者一种包含淀粉的添加剂)与L-325液体聚醚型聚氨酯及L-6100硅表面活性剂一起混和约5分钟的步骤。所述的方法进一步包括将一种促进剂，诸如MOCA，与已混合的淀粉/L-325/L-6100混和的步骤(持续约额外1分钟)。所述的方法进一步包括将所述的混合物注入模具，在室温中15分钟令它固化，将它放入温度约250的烤炉中大约8小时，冷却产品饼以及用车齿型刀片将它切片的步骤。之后，所述的切片通过附加步骤诸如挖槽、涂上黏贴剂和/或加上一种附属垫制成抛光垫。

根据本发明的一典型实施例，与用相同元件但没有淀粉制成的垫比较，当将1磅淀粉加入到所述的混合物中时，所述垫的弹性回跳会以大约66％r-次方值减小正好8绝对百分点，由约94％减到约86％。在另一典型实施例中，如果只有0.5磅淀粉加入到所述的混合物中，与没有淀粉垫作比较，ER便会由大约94％减到大约90％。

因此，本发明提供一种磨除速率的新改进方法。所述的CMP磨除速率通过在配制期间，将淀粉或者类似淀粉物质添加到所述的垫中来减小该垫的弹性回跳而得以提高。此外，根据本发明的各方面，还可以改善工件的平坦化。

可采用平坦化测试装置来测量平坦化，其为一些地形结构，其包括在不同间距和宽度区域内排列的常见周期性阵列。由于涉及度量衡的实际限制，这些结构要获得准确测量最小为50％密度时，间距为100微米(即，在相等宽度的情况下，改变高和低结构)以及最大为50％密度时，间距为500微米。平坦化能力通过一连串重复顺序抛光/测量操作而量度出，其中每一步骤都要记录磨除氧化物的剩余幅度及平均量。当所述的结构被弄平处于”噪音”水平以下时，所述的程序便完成。这程序得出一条曲线，其能进一步简化成单个平坦化质量指数，其称为平坦化效率。为了把短和长距离平坦化收集在一起，及根据本发明的一典型实施例的一方面，业已导出一参数，其称之整体平坦化效率(GPE)，其由短和长距离效率的平均值组成。GPE范围由0％到100％，其中0％表示完全没有平坦化(即，完全蚀刻)，100％则表示完全平坦化(材料只由高区域磨除，低区域则完全没有)。在本发明的典型实施例中，GPE通过以下所述的方法得到改进。

关于这问题，及根据本发明的典型实施例的另一方面，氨基甲酸乙酯抛光垫通过使一种基本多元醇树脂与一种异氰酸酯(“NCO”)混合制成。应该明白到，整块垫可以以这种方式制作或者当该垫为多层垫时，仅制作它的工作层。在一种新颖及特别方法中，将浓度在约6.5％到约11.0％之间的异氰酸酯加入到所述的基础树脂中。

进行了多个测试以确定根据本发明制成垫的平坦化。测试了4种垫，具体地说，一种异氰酸酯浓度为4.0％的抛光垫L-100，一种异氰酸酯浓度为7.5％的抛光垫L-200，和一种选自Adiprene系列的异氰酸酯浓度为9.5％的抛光垫L-325以及一种选自Royalcast系列的异氰酸酯浓度为11.6％的树脂2505，全部均由CromptonUniroyal Chemical提供。如图1所示，当测试含有异氰酸酯浓度在约6.5％到约11.0％之间的抛光垫时，它们达到平坦化在乎约70％到约95％范围之间。

通常预料会影响到平坦化的分组数据分析并没有改变测试结果。例如，众所周知挖槽会结构性地损坏所述的表面且会对所述垫的GPE有负面的影响。然而，以上所述的平坦化范围均发现在具有或者没有挖槽的垫测试中录得。还众所周知的是采用软附属垫会对GPE有负面的影响(是由于它对长距离平坦化的影响)。再次在这情况下，当考虑到单独垫及垫层时，结果不会受到影响。因此，应该明白到，NCO浓度控制所述垫的物质特性，其对短和长距离平坦化能力均有影响。

根据本发明的优异特征，异氰酸酯的浓度能保持在约6.5％到约8.5％的范围之内。在这情况下，氨基甲酸乙酯垫或者其工作层会较软和适用于阻挡层磨光。根据本发明的另一较佳特征，异氰酸酯的浓度能保持在约8.5％到约11.0％的范围之内。在这情况下，氨基甲酸乙酯垫或者其工作层会较硬和适用于层之间电介质。

所述的氨基甲酸乙酯垫或者其层包含聚酯型聚氨酯或者一种聚醚型聚氨酯。另外，所述的氨基甲酸乙酯垫或者其工作层包含磨料粒，其包括一或多种以下成份：二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅。可选择地，所述的氨基甲酸乙酯垫或者其工作层可不包含磨料粒。另外，根据本发明的氨基甲酸乙酯垫或者其工作层还包括一种填料。

以上所表示的平坦化范围对所述的氨基甲酸乙酯抛光垫非常有效益。正如以上所见，如果这异氰酸酯浓度低过约6.5％及高过约11.0％，所述的氨基甲酸乙酯抛光垫的平坦化特性便会变得差。

另外，关于铜CMP方法，在本发明的一典型实施例中，本发明提供一种在半导体晶片表面上沉积的铜膜的改进CMP方法。例如，所述的方法包括以下步骤：移除阻挡层的整个铜层；移除所述的阻挡层；以及随后磨光，其中所述移除阻挡层及磨光包括使用肖氏硬度(单位D)小于35的聚氨酯抛光垫，其由混合物制成，所述的混合物由预聚物或者单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到中相同的摩尔浓度组成。在一较佳实施例中，异氰酸酯浓度在6.5％到8.5％范围之间。一般而言，浓度越低，抛光垫越软。

本发明还涉及一种抛光垫，用于移除阻挡层以及随后在半导体晶片表面上沉积的铜膜的化学机械抛光中磨光，所述的抛光垫的肖氏硬度(单位D)为小于35％及具有由包含以下混合物制成：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度或者单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到相同的摩尔浓度。在一较佳实施例中，所述的垫由一种聚氨酯混合物制成，其中异氰酸酯浓度在6.5％到8.5％之间，以使到垫位在硬度谱的较软的边上。

在发展创造性方法及创造性垫的过程中，硬度在预测刮痕时为一个重要参数。图2显示了这样关系，其中y轴为刮痕数量而x轴为肖氏硬度(单位D)。刮痕数量为在不同情况下藉由测试而获得。所述的测试由采用一种众所周知基本上不能磨除铜的侵蚀性阻挡层浆料以及在颇高的向下力(4psi)的情况下用它来’抛光’一种早期所附的铜膜，其中预先抛光刮痕数量业已确定。抛光所述的铜晶片1分钟，然后再测量刮痕(在低放大率之下使用暗视野显微镜检测法)。之后将刮痕数量的增量制图。

所述的图表明垫所要求的硬度大约35以下，肖氏硬度(单位D)。在这基准上通过相同的测量方法(图中所示)，测量出Politex为25，及作为参考，测量出IC1000为56(图中所示)以及在Rohm and Haas Corporation公开资料中显示为55。

改进平坦化质量指数，称为整体平坦化效率(“GPE”)，以精确地确定那种材料或者那些材料支配平坦化。已确定GPE随所述基础树脂的异氰酸酯(“NCO”)浓度而变。在6.5％到11.0％范围之内的树脂有高GPE及在该范围以外的树脂则有低GPE。因此，建议用在这范围内的树脂。

在一实施例中，一种化学惰性吹塑聚氨酯被选为所述的创造性垫。因此，根据本发明建议以上所述的聚氨酯抛光垫以及以上所述的磨除阻挡层及抛光方法。

在各种实施例中，一种聚氨酯抛光垫包括一种添加剂，其包含甲醇、或者水、或者包括玉米淀粉的任何类型淀粉。所述的垫的厚度在10密尔到200密尔之间，及最好是80密尔。

根据本发明的典型实施例不同方面，所述的垫能在附属垫上重迭或者该垫为一种单层垫。另外，根据本发明，所述的垫能是有槽或者没有槽，有细孔或者没有细孔。

本发明提供一种本发明的垫的典型制造方法。首先，正如所有氨基甲酸乙酯一样，所述的组合物以具有NCO浓度在约6.5％至约11.0％之间的预聚物树脂，或者以多元醇以及达到相同摩尔浓度所需的异氰酸酯量作起始物料。所述的预聚物预热到约100，及将其混合直至达到所述的温度。然后，按要求加入添加剂。典型添加剂包括诸如水的引发剂，诸如Vazo的起泡剂，诸如叔胺的催化剂，及诸如L-6100的表面活性剂，以及一种由Crompton提供通常用于调节泡孔大小的硅表面活性剂。一旦加入诸如MOCA(4-4’亚甲基双(O-氯苯胺))，亦称为链扩展剂，的促进剂，放热反应便开始。

在一实施例中，所述的垫由包含至少一种制成：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度以及单体与足够异氰酸酯混合在一起以达到基本上相同的摩尔浓度。

在混合期间，通过加入空气或者刻意地加入细孔制造器其一而制造细孔，诸如在Reinhardt的美国专利第5578362号显示的高分子微球。所述的混合物在模具中制成细孔，其给预先加热。当放热反应足够将所述的饼中心温度提升到约270以及完全反应时，表面冷却防止所述的饼外边在一段时间内起反应。因此，所述的饼可在烤炉内固化。这过程通常在温度约240下且进行约6小时。之后，所述的饼便冷却以及给切成片以制成所述的抛光垫。

固化之后，使所述的饼便会冷却，及一旦冷却后，采用诸如定形切刀以及可移动工作台将它切片。之后，通过一面涂上黏合剂，将所述饼制成垫，装到一附属垫上，如果有需要，在该可用表面上刻槽，用研磨方法精加工，检测，和/或包装该垫。

通常，如果垫均能平坦化及通过刮痕引发测试，则它便能用在仅需磨光的应用中。正如这样，一些垫有另外一些应用，诸如后氧化物磨光。另外，人们应理解到其他简单非CMP清理应用通常在半导体制造环境中进行。

再者，由于所述的垫经平坦化，人们应理解到可用它移除余下的铜直到所述的阻挡层。在这情况下，由于它较所述的始初垫软，它便不会有同一的长距离平坦化能力。然而，如果第一铜层磨除步骤是用硬垫来完成，所述的铜表面应该很好地给弄平，采用一种较软的垫是可行的。因此，这垫另一种的潜在应用为初步铜CMP。

一般而言，根据本发明的典型实施例进一步方面，所述的垫可在任何数量的基质上使用，诸如裸硅晶片、半导体装置晶片、磁储存盘等等。另外，所述的垫能藉由众多聚合物制作方法中任何一种制成，诸如但不局限于铸造法、压缩法、注射倒模法、卷织镀膜法以及烧结法。至少一所述垫的层为单相或者多相，其中第二相包括高分子微球、气体或者液体。所述的第二相还可以为诸如二氧化硅、氧化铝、碳酸钙、铈土、二氧化钛、锗、金钢石、碳化硅或者其组合物的磨料。

应当明白到，上述的每一元件，或者两件或者多件在一起，均可以与上述的类型不同的其他构造类型中应用。虽然本发明以化学机械抛光方法及其提供的垫作出说明及叙述，但它并不只局限于以上所述的详情，因为在以任何方式不脱离本发明的精神的情况下，可以作出各种改型及结构变化。

没有进一步分析，上述将会完全揭示本发明的要点，其通过运用目前技术使到其他人员能快速地采用它到不同应用上，且就本发明的立场而言，没有失去本发明的特征，其清楚地构成本发明应有及指定的方面的必需特性。

应当明白到，上述的每一元件，或者两件或者多件在一起，均可以与上述的类型不同的其他构造类型中应用。虽然本发明以聚氨酯抛光垫实施例及其制造方法作出说明及叙述，但它并不只局限于上述的详情。在不脱离本发明的精神的情况下，可以作出各种改型，结构变化以及改变上述的不同元件和步骤的选择、设计以及配置。例如，通过不同的方法采用不同元件。根据特定应用或者考虑到相关联操作系统的任何多种因素时，这些变化便能适当地作出选择。另外，用于其他类型装置时，这里所述的技术可作出扩展及修改。这些及其他变化和修改均包括在本发明的精神内。

Claims (46)

1.一种抛光垫，其特征在于，所述的抛光垫包括：一垫，其中所述的垫包括氨基甲酸乙酯、淀粉以及异氰酸酯；其中所述的氨基甲酸乙酯包含基础树脂；构成的所述的淀粉既减小所述垫的弹性回跳，又提高与类似不含淀粉的氨基甲酸乙酯垫相比的垫的CMP磨除速率；以及所述异氰酸酯的浓度在所述的垫内的所述氨基甲酸乙酯的6.5％到11.0％范围内。

2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于所述的整体平坦化效率为75％到90％。

3.一种抛光垫磨除速率的改进方法，所述的抛光垫由至少一层构成，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：由一混合物制作聚氨酯垫本体；将一添加剂加到所述的混合物中，所述的添加剂减小所述垫的弹性回跳以便提高化学机械平坦化磨除速率；以及用至少含有淀粉的物质作为添加剂。

4.一种抛光垫，所述的抛光垫由至少一层构成，其特征在于，所述的抛光垫包括由以下步骤构成：由一混合物制作聚氨酯垫本体；将一添加剂加到所述的混合物中，所述的添加剂减小所述垫的弹性回跳以便提高化学机械平坦化磨除速率；以及用至少含有淀粉的物质作为添加剂。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的使用步骤包括将大体上1磅淀粉加到25磅混合物中以减小8％的所述垫的弹性回跳。

6.根据权利要求4所述的垫，其特征在于所述的层包括聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯以及聚碳酸酯中至少一种。

7.根据权利要求4所述的垫，其特征在于所述的层包含选自二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅中任何一种的磨料粒。

8.根据权利要求4所述的垫，其特征在于所述的层包含填料以及尼龙中至少一种。

9.根据权利要求4所述的垫，其特征在于所述的层不包含磨料粒。

10.一种氨基甲酸乙酯抛光垫平坦化的改进方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：混合基础树脂，及将异氰酸酯加入到所述的基础树脂中以制成一氨基甲酸乙酯抛光垫以及选择异氰酸酯浓度在所述基础树脂6.5％到10％范围内以获得高平坦化特性。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的选择步骤包括选择所述的异氰酸酯浓度在6.5％到8.5％范围内。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的选择步骤包括选择所述的异氰酸酯浓度在8.5％到11.0％范围内。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的层由选自由聚醚型聚氨酯及聚酯型聚氨酯组成的组的聚氨酯构成。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的方法还包括以下的步骤：使许多磨料粒与所述的基础树脂及异氰酸酯混合，其中所述的许多磨料粒选自由二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅组成的组。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的方法不包括使磨料粒与所述的基础树脂及异氰酸酯混合的步骤。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述的方法还包括使填料与所述的基础树脂及异氰酸酯混合的步骤。

17.一种氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，所述的垫包括至少一层，其具有基础树脂及加到所述基础树脂中的异氰酸酯，其中在所述基础树脂内的异氰酸酯浓度在6.5％到11％范围内。

18.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，在所述基础树脂内的异氰酸酯浓度在6.5％到8.5％范围内。

19.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，在所述基础树脂内的异氰酸酯浓度在8.5％到11.0％范围内。

20.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，所述的至少一层包括选自由聚醚型聚氨酯及聚酯型聚氨酯组成的组的聚氨酯。

21.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，所述的至少一层包括选自由二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅组成的组的磨料粒。

22.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，所述的至少一层不包括磨料粒。

23.根据权利要求17所述的氨基甲酸乙酯抛光垫，其特征在于，所述的至少一层包括填料。

24.一种在半导体晶片表面上沉积的铜膜的化学机械抛光方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

移除整个铜层直到阻挡层；

移除所述的阻挡层；以及

磨光，其中移除阻挡层及磨光包括使用肖氏硬度(单位D)小于35％及具有由包含以下至少一种的混合物制成的层的聚氨酯抛光垫：(i)预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度以及(ii)单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到与(i)中相同的摩尔浓度。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫包括含有甲醇、水以及淀粉中至少一种的添加剂。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫的厚度在10密尔到200密尔之间。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于所述的垫的厚度在40密尔到100密尔之间。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫为一种开口层式单垫。

29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫重迭及附着在附属垫上。

30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫包含多条槽。

31.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的垫包含多孔。

32.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的层包括聚醚型聚氨酯及聚酯型聚氨酯中至少一种。

33.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的方法还包括将含有二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅中至少一种的磨料粒加到所述的层中。

34.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的方法还包括将填料加入到所述的混合物中。

35.一种抛光垫，以在半导体晶片表面上沉积的铜膜的化学机械抛光，去除整个铜层直到阻挡层之后，用于移除阻挡层及磨光，其特征在于，所述的抛光垫的肖氏硬度(单位D)为小于35％及具有至少一层由包含以下至少一种的混合物制成：(i)预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯混合在一起以达到摩尔浓度以及(ii)单体与足够异氰酸酯混合在一起以基本上达到与(i)中相同的摩尔浓度。

36.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫包括一包含甲醇、水以及淀粉中至少一种的添加剂。

37.根据权利要求36所述的垫，其特征在于所述的垫为一种开口层式单垫。

38.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫的厚度在10密尔到200密尔之间。

39.根据4权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫的厚度在40密尔到100密尔之间。

40.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫在重迭及附着附属垫上。

41.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫包含多条槽。

42.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫包含多孔。

43.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的层包括聚醚型聚氨酯及聚酯型聚氨酯中至少一种。

44.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫还包括包含二氧化硅、氧化铝、铈土、二氧化钛、金钢石以及碳化硅中的至少一种的磨料粒。

45.根据权利要求35所述的垫，其特征在于所述的垫还包括加入到所述的混合物中的填料。

46.一种在半导体晶片表面上沉积的铜膜的化学机械抛光方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

移除整个铜层直到阻挡层；

移除所述的阻挡层；

磨光，其中所述移除阻挡层及磨光包括使用聚氨酯抛光垫，所述的垫的肖氏硬度(单位D)小于35％及具有一层由含有以下至少一种的混合物制成：预聚物与浓度在6.5％到11.0％之间的异氰酸酯以达到摩尔浓度以及单体与足够异氰酸酯以基本上达到相同的摩尔浓度。

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