CN114589620B - 半导体研磨垫及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体研磨垫，包括：研磨垫主体；第一孔结构，均匀分布在所述研磨垫主体内；第二孔结构，环绕在第一孔结构外，所述第一孔结构与所述第二孔结构之间具有分隔界面。还提供一种半导体研磨垫制备方法，在制备预聚物的过程中，加入第一分散体，以形成具有第一分散体的预聚物；将具有第一分散体的预聚物中加入硬化剂和第二分散体，以使所述预聚物形成聚合物；对所述聚合物加工成型，以形成半导体研磨垫。本发明提供的半导体研磨垫能够提高研磨工艺的稳定性。

Description

半导体研磨垫及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体研磨垫及制备方法。
背景技术
CMP研磨法是在CMP研磨垫上与研磨剂一起机械、化学地研磨晶圆的技术。由于晶圆表面和研磨垫表面发生的研磨现象，CMP研磨垫是进行CMP工艺的非常重要的配件。
在研磨过程中，研磨垫会吸收研磨剂，从而，伴随着机械研磨，研磨剂会与晶圆表面发生化学反应。为了提高研磨垫对研磨剂的吸收，会在研磨垫内设置分散体。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
现有技术中，随着研磨过程的进行，研磨垫主体材料被磨掉，会导致分散体的形状发生变化，导致研磨垫主体的比表面积发生变化，从而，导致研磨工艺条件发生变化。
发明内容
本发明提供的半导体研磨垫及制备方法，能够提高研磨工艺的稳定性。
第一方面，提供一种半导体研磨垫，包括：
研磨垫主体；
第一孔结构，均匀分布在所述研磨垫主体内；
第二孔结构，环绕在第一孔结构外，所述第一孔结构与所述第二孔结构之间具有分隔界面。
可选地，所述第二孔结构和所述第一孔结构的外表面均为椭球面。
可选地，所述第一孔结构的粒径为20um～100um。
可选地，所述第二孔结构和第一孔结构的总体积占所述半导体研磨垫总体积的10％至70％。
可选地，所述研磨垫主体材料为聚氨酯。
第二方面，提供一种半导体研磨垫制备方法，包括：
在制备预聚物的过程中，加入第一分散体，以形成具有第一分散体的预聚物；
将具有第一分散体的预聚物中加入硬化剂和第二分散体，以使所述预聚物形成聚合物；
对所述聚合物加工成型，以形成半导体研磨垫。
可选地，所述第一分散体为粉末状，所述第二分散体为气体或有机体材料。
可选地，所述第一分散体膨胀空心化形成第一孔结构；
所述气体围绕所述第一分散体形成第二孔结构，或者所述有机体材料围绕所述第一分散体膨胀空心化形成第二孔结构。
可选地，在制备预聚物的过程中，向异氰酸酯中加入第一分散体，以使所述异氰酸酯形成具有分散体的异氰酸酯。
可选地，在制备预聚物的过程中，将具有第一分散体的异氰酸酯与多元醇进行反应，以形成具有第一分散体的预聚物。
在本发明提供的技术方案中，通过多重的分散体结构，从而形成多个界面，在研磨过程中，即使研磨垫主体材料被磨掉导致外层的第一分散体的形状发生变化，对于研磨垫整体来说，其比表面积的变化率也较低，从而，能够提高研磨工艺参数的稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施例半导体研磨垫的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本发明实施例提供一种半导体研磨垫，包括：研磨垫主体1；第一孔结构3，均匀分布在所述研磨垫主体1内；第二孔结构2，环绕在第一孔结构3外，与所述第一孔结构3和研磨垫主体1之间形成界面。研磨垫主体1通常采用聚氨酯材料制成，具体来说，研磨垫主体1是以聚氨酯的预聚物经过聚合形成的，聚氨酯的预聚物是由异氰酸酯和多元醇经过化学反应形成的，异氰酸酯包括甲苯二异氰酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种的混合物，多元醇包括聚丁二醇。第一孔结构3可以包括固体的分散物或者气孔，第一孔结构3均匀的分散在主体1材料中，从而在第一孔结构3与第二孔结构2之间形成界面，第二孔结构2包裹在第一孔结构3外围，从而，第二孔结构2与第一孔结构3和研磨垫主体1之间均形成界面。
在本实施例提供的技术方案中，通过多重的孔结构结构，从而形成多个界面，在研磨过程中，即使研磨垫主体1材料被磨掉导致外层的第二孔结构2的形状发生变化，对于研磨垫整体来说，其比表面积的变化率也较低，从而，能够提高研磨工艺参数的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述第一孔结构3为颗粒状物质膨胀空心化之后形成的，所述第二孔结构2为环绕所述第一孔结构3的有机体材料膨胀空心化形成的，或者聚集在第一孔结构3周围的气体形成的。第一孔结构3可以为气体或固体，第二孔结构2为有机体材料，从而能够环绕在第二孔结构2周围。
作为一种可选的实施方式，所述第二孔结构2和第一孔结构3的形状为椭球形。椭球形的形状较为容易形成，从而，在制备过程中，无需花费繁复的工艺，能够简便快捷的形成。
作为一种可选的实施方式，所述第一孔结构3的粒径为20um～100um。第一孔结构3的粒径可以依据适用的研磨剂种类以及研磨工艺来选择，第一孔结构3的粒径越小，会使研磨垫主体1的比表面积越大，但是，第一孔结构3的粒径过小会使研磨垫的工艺难度增加，工艺容忍度较低。具体的，第一孔结构3的粒径可以选择20um、40um、60um、80um或100um。
作为一种可选的实施方式，孔结构的总体积占所述半导体研磨垫总体积的10％至70％。孔结构的总体积占半导体研磨垫总体积的比例可以依据所使用的具体的研磨工艺以及研磨剂进行选择，孔结构的比例越大，使得研磨垫主体1的比表面积越大，但是，也会影响研磨垫的硬度等其他的参数。具体的，该比例可以选择10％、30％、50％或70％。
作为一种可选的实施方式，所述研磨垫主体材料为聚氨酯。聚氨酯具有耐磨的特性，同时，研磨垫的制备过程以及材料成本较低，能够以较低的成本制备符合要求的研磨垫。
本发明的实施例还提供一种半导体研磨垫制备方法，包括：在制备预聚物的过程中，加入第一分散体，以形成具有第一分散体的预聚物；粉末状态的分散体可以是受热仍保持固体状态的材料，也可以是受热之后会变为气体挥发的材料；液体状态的主体材料为聚氨酯的预聚物，聚氨酯的预聚物是由异氰酸酯和多元醇经过化学反应形成的，异氰酸酯包括甲苯二异氰酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种的混合物，多元醇包括聚丁二醇。将具有第一分散体的预聚物中加入硬化剂和第二分散体，以使所述预聚物形成聚合物；在加入硬化剂的同时，对预聚物进行加热，这样使化学反应产生的副产物挥发，从而形成硬化的聚氨酯；同时，在预聚物中加入第二分散体，使第二分散体环绕在第一分散体中。第上述过程可以在模具中反应，从而，在硬化完成后即形成研磨垫。
作为一种可选的实施方式，所述第一分散体为粉末状，所述第二分散体为有机体材料。第一分散体可以为颗粒状且能够膨胀空心化的材料，第二分散体为能够膨胀空心化的有机体材料或气体，在制备过程中，第一分散体膨胀空心化形成第一孔结构，第二分散体为气体是聚集在第一分散体周围形成第二孔机构，第二分散体为有机体材料时，环绕在第一分散体周围并膨胀空心化形成第二孔结构。
作为一种可选的实施方式，在制备预聚物的过程中，向异氰酸酯中加入第一分散体，以使所述异氰酸酯形成具有分散体的异氰酸酯。在异氰酸酯中加入第一分散体之后，第一分散体可以在异氰酸酯中膨胀空心化形成第一孔结构，也可以在异氰酸酯中保持固体状态，而在后续的过程中膨胀空心化形成第一孔结构。
作为一种可选的实施方式，在制备预聚物的过程中，将具有第一分散体的异氰酸酯与多元醇进行反应，以形成具有第一分散体的预聚物。在本实施方式中，第一分散体可以为颗粒状的第一分散体，也可以为膨胀空心化之后的第一分散体。
在前述两个实施方式中，由于聚氨酯的制备过程中，异氰酸酯所占的原料比例最大，因此，采用将第一分散体加入异氰酸酯中，有利于第一分散体在聚氨酯中的均匀分布。
在本实施例提供的技术方案中，通过多重的分散体结构，从而形成多个界面，在研磨过程中，即使研磨垫主体材料被磨掉导致外层的第一分散体的形状发生变化，对于研磨垫整体来说，其比表面积的变化率也较低，从而，能够提高研磨工艺参数的稳定性。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体研磨垫，其特征在于，包括：
研磨垫主体；
第一孔结构，均匀分布在所述研磨垫主体内；
第二孔结构，环绕在第一孔结构外，所述第一孔结构与所述第二孔结构之间具有分隔界面，以使第二孔结构与第一孔结构和研磨垫主体之间均形成界面，与第一孔结构形成多重孔结构。
2.根据权利要求1所述的半导体研磨垫，其特征在于，所述第二孔结构和所述第一孔结构的外表面均为椭球面。
3.根据权利要求1所述的半导体研磨垫，其特征在于，所述第一孔结构的粒径为20um~100um。
4.根据权利要求1所述的半导体研磨垫，其特征在于，所述第二孔结构和第一孔结构的总体积占所述半导体研磨垫总体积的10%至70%。
5.根据权利要求1所述的半导体研磨垫制备方法，其特征在于，所述研磨垫主体材料为聚氨酯。
6.一种半导体研磨垫制备方法，用于形成如权利要求1-5所述的半导体研磨垫，其特征在于，包括：
在制备预聚物的过程中，加入第一分散体，以形成具有第一分散体的预聚物；
将具有第一分散体的预聚物中加入硬化剂和第二分散体，以使所述预聚物形成聚合物；
对所述聚合物加工成型，以使第二孔结构与第一孔结构和研磨垫主体之间均形成界面，形成具有多重孔结构的半导体研磨垫。
7.根据权利要求6所述的半导体研磨垫制备方法，其特征在于，所述第一分散体为粉末状，所述第二分散体为气体或有机体材料。
8.根据权利要求7所述的半导体研磨垫制备方法，其特征在于，所述第一分散体膨胀空心化形成第一孔结构；
所述气体围绕所述第一分散体形成第二孔结构，或者所述有机体材料围绕所述第一分散体膨胀空心化形成第二孔结构。
9.根据权利要求6所述的半导体研磨垫制备方法，其特征在于，在制备预聚物的过程中，向异氰酸酯中加入第一分散体，以使所述异氰酸酯形成具有分散体的异氰酸酯。
10.根据权利要求9所述的半导体研磨垫制备方法，其特征在于，在制备预聚物的过程中，将具有第一分散体的异氰酸酯与多元醇进行反应，以形成具有第一分散体的预聚物。
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