專利名稱：含可釋修光微粒的拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)機械磨平(CMP)的拋光墊，本發(fā)明尤其涉及包含可釋修光微粒的拋光墊。
背景技術(shù)：
對制造集成電路和其它電子器件來說，涉及使多層的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介電材料沉積在半導(dǎo)體晶片表面上或從半導(dǎo)體晶片表面上除去?？赏ㄟ^多種沉積技術(shù)將導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介電材料的薄層沉積在晶片上。在現(xiàn)代加工中常用的沉積技術(shù)包括物理蒸氣沉積(PVP)、又稱為濺鍍，化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，等離子增強的化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)和電化學(xué)鍍(ECP)。
當各層材料按順序沉積和除去時，晶片的最上表面就會變成不平坦。由于隨后的半導(dǎo)體加工(例如金屬化)要求晶片具有平坦的表面，因而需要將晶片磨平。磨平技術(shù)常用于除去外形不符合要求的表面和表面缺陷，如粗糙的表面、結(jié)塊的材料、晶格缺陷、刮痕以及被沾污的各層或材料。
化學(xué)機械磨平或化學(xué)機械拋光(CMP)是一種磨平基材如半導(dǎo)體晶片的常用技術(shù)。對常規(guī)的CMP技術(shù)來說，晶片載持盤是安裝在載持盤組件上并與CMP裝置中的拋光墊相接觸。載持盤組件會對晶片施加可以調(diào)節(jié)的壓力，從而將晶片壓向拋光墊。該拋光墊任選地借助外驅(qū)動力作相對于晶片的移動(如旋轉(zhuǎn))。與此同時，使化學(xué)組合物(“漿料”)或其它流體介質(zhì)流過拋光墊上并流入晶片與拋光墊之間的空隙內(nèi)。于是，通過拋光墊表面和漿料的化學(xué)和機械作用使晶片表面得以拋光而變得平滑。
重要的是，當材料的去除速率降至預(yù)定值時，必須對拋光墊進行調(diào)理以恢復(fù)全部功能?？赏ㄟ^使拋光墊經(jīng)受以聲波攪拌的、含化學(xué)添加劑或不含化學(xué)添加劑的液流的處理來實施對拋光墊的調(diào)理，或者用硬磨料表面磨擦拋光墊以除去嵌入的碎片，而使拋光墊的表面恢復(fù)到所要求的粗糙度和多孔性來實施對拋光墊的調(diào)理。拋光墊調(diào)理器可以是例如在表面上固定有工業(yè)用金剛石的金屬板。在一般的CMP操作中，由于拋光墊在拋光幾個晶片后就需進行調(diào)理，從而會使制造過程耗費額外的加工時間(critical path time)，因此會對半導(dǎo)體生產(chǎn)線的總生產(chǎn)率產(chǎn)生負面影響。
James等人在美國專利6069080中公開了一種含有磨料微粒的固定式研磨拋光墊，其中一個目的在于盡量減少拋光墊的調(diào)理次數(shù)。不幸的是，該磨料微粒會對待拋光的表面產(chǎn)生負面影響。換言之，磨料微?？赡軙箳伖獗砻娈a(chǎn)生不希望的裂紋或刮痕。
因此，需要一種磨平效果好的、同時所需調(diào)理次數(shù)極少的拋光墊。尤其需要一種調(diào)理次數(shù)極少的又能形成光滑的、沒有刮痕的拋光表面的拋光墊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面是提供一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的、經(jīng)表面張力低于50達因/厘米的材料涂敷過的微粒，該經(jīng)涂敷的微粒在拋光過程中會從拋光表面釋出。
本發(fā)明的第二方面是提供一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括其中配置有碳酸鈣微粒的聚合物基體，其中碳酸鈣微粒是經(jīng)四氟乙烯涂敷過的，并在拋光過程中會從拋光墊釋出。
本發(fā)明的第三方面是提供一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的非磨蝕性微粒，該非磨蝕性微粒的表面張力低于50達因/厘米，并在拋光過程中會從拋光表面釋出。
本發(fā)明的第四方面是提供一種拋光半導(dǎo)體基材的化學(xué)機械拋光方法，該方法包括在基材與拋光墊之間供入拋光流體；使基材與拋光墊之間發(fā)生相對移動并產(chǎn)生壓力，其中拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的、經(jīng)表面張力低于50達因/厘米的材料涂敷過的微粒，該經(jīng)涂敷的微粒在拋光過程中會從拋光表面釋出。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明拋光墊的部分截面圖；圖2是本發(fā)明修光微粒的部件分解圖；圖3是本發(fā)明修光微粒的另一個實施方案的部件分解圖；圖4是采用本發(fā)明拋光墊的化學(xué)機械拋光(CMP)系統(tǒng)的部分示意圖和部分透視圖。
具體實施例方式
參看附圖，圖1顯示的是包括拋光層1并在基體材料6中嵌有多個修光微粒4的拋光墊2。拋光墊2具有供完成晶片拋光操作、與拋光墊2的磨損狀況無關(guān)的所要求的粗糙度和孔隙度。嵌在基體材料6中的修光微粒4是沿拋光墊2的厚度T連續(xù)地分布的?；w材料6可包含熱塑性材料例如熱塑性聚氨酯、聚氯乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚烯烴、聚酯、聚丁二烯、乙烯-丙烯三元共聚物、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯，以及它們的混合物。此外，基體材料6可包含熱固性材料例如交聯(lián)的聚氨酯、環(huán)氧、聚酯、聚酰亞胺、聚烯烴、聚丁二烯以及它們的混合物。為了使基體材料6連同所選的修光微粒4一起具有預(yù)定的拋光性能和耐磨耗性能，基體材料6可選自具有所要求的彈性、孔隙度、密度、硬度等的材料。
當厚度T因磨損而變薄時，不同的修光微粒4團簇就會顯露在拋光表面8上。請注意，雖然圖1是以二維圖形進行說明的，但人們會知道該基體材料6呈三維微格柵或網(wǎng)孔載持的三維修光微粒4陣列。為了使拋光墊2的整個厚度T范圍具有一致的拋光性能，修光微粒4在整個基體材料6中是可以呈均勻分布或隨機分布的。或者，經(jīng)涂敷的微粒4的系統(tǒng)陣列在整個厚度T或橫貫拋光表面8直徑的范圍內(nèi)也可以是變化的。在另一個實施方案中，每單位體積基體材料6可具有較多的修光微粒4并隨拋光墊深度T而變化。為了達到特殊用途中的所要求材料的去除性能，每單位體積內(nèi)修光微粒4的數(shù)量可結(jié)合拋光墊的其它性能加以選擇。
當拋光表面8用于拋光一個或多個半導(dǎo)體晶片時，拋光層1的頂部被磨耗時，拋光層中最上面的修光微粒4就會釋出，從而產(chǎn)生空穴12使拋光表面8恢復(fù)粗糙度和孔隙度。由此可見，拋光表面8即使需要調(diào)理，次數(shù)也是極少的。同時，在實施過程中，所釋出的微粒10也可簡便地隨漿料洗出。
有利的是，拋光墊2包含20-90重量％的修光微粒4。在此范圍內(nèi)，修光微粒4的數(shù)量大于或等于50重量％是理想的。同樣，在此范圍內(nèi)，理想的微粒量為少于或等于80重量％。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，修光微粒4的平均粒度為0.5-400微米之間。更優(yōu)選的是，采用平均粒度為10-50微米的修光微粒4是理想的。
參看圖2，修光微粒4包含包裹或涂敷微粒16的材料14。在一個本發(fā)明的例證性實施方案中，材料14的表面張力低于50達因/厘米是有利的。優(yōu)選的是，材料14的表面張力低于30達因/厘米。應(yīng)當注意，材料14的表面張力很大程度決定了經(jīng)涂敷的修光微粒4的表面張力。因此，對于本說明書來說，可認為修光微粒4的表面張力等于材料14的表面張力。這樣的表面張力可使修光微粒4是很光滑的，因而不會干擾拋光過程。換言之，該經(jīng)涂敷的微粒4是非磨蝕性的，即使有也只會引起輕微的裂紋或刮痕。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，材料14可包括硬脂酸、硬脂酸鈣、四氫化硅、四氟乙烯、硬脂酸鋅以及它們的混合物。優(yōu)選的材料14是四氟乙烯?？赏ㄟ^各種技術(shù)例如噴涂或噴霧干燥可將涂敷材料14涂敷在微粒16上。
微粒16可包括無機氧化物、無機氫氧化物、無機氫氧化氧化物、有機氧化物、有機氫氧化物、有機氫氧化氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、聚合物微粒以及包含至少一種上述化合物的混合物。適用的無機氧化物包括例如二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、鈰土(CeO2)、氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)或包含至少一種上述氧化物的結(jié)合。適用的無機氫氧化物包括例如氫氧化氧化鋁(“勃姆石”)。適用的金屬碳化物、硼化物和氮化物包括例如碳化硅、氮化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳化硼、碳化鎢、碳化鋯、硼化鋁、碳化鉭、碳化鈦、或包含至少一種上述金屬碳化物、硼化物和氮化物的結(jié)合。優(yōu)選的微粒16是碳酸鈣微粒。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，圖3說明了修光微粒4全部由材料14所構(gòu)成。在該實施方案中，材料14與微粒16(圖2)是相同的。換言之，材料14并不是微粒的包裹材料(如圖2)，而是構(gòu)成修光微粒4的材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，材料14(如圖2)可包括硬脂酸、硬脂酸鈣、四氫化硅、四氟乙烯、硬脂酸鋅以及它們的混合物。在本發(fā)明例證性實施方案中，材料14的表面張力低于50達因/厘米是有利的。優(yōu)選的是，材料14表面張力低于30達因/厘米。如上面所討論的，對本說明書來說，可認為修光微粒4的表面張力等于材料14的表面張力。也就是說這樣的表面張力可使修光微粒4是很光滑的，因而不會干擾拋光過程。換言之，該修光微粒4是非磨蝕性的，即使有，也只會引起輕微的裂紋或刮痕。
因此，本文提供的用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊即使需要調(diào)理，次數(shù)也是極少的，并且成本低而效率高。在本發(fā)明的一個實施方案中，拋光墊包含配置在聚合物基體中的并經(jīng)表面張力至少低于50達因/厘米的材料涂敷的微粒。該經(jīng)涂覆的微粒在拋光操作過程中會從拋光層的拋光表面釋出。由此可見，當拋光層的頂部被磨耗時，拋光層最上面的修光微粒會釋出，從而產(chǎn)生空穴使拋光表面恢復(fù)粗糙度和孔隙度而不會對被拋光的表面產(chǎn)生磨蝕或刮痕。
參見圖4，圖示說明的是采用本發(fā)明拋光墊2的化學(xué)機械拋光(CMP)系統(tǒng)3。CMP系統(tǒng)3包括具有拋光層1的拋光墊2，拋光墊設(shè)置有多條呈一定形狀的、用于拋光半導(dǎo)體基材如半導(dǎo)體晶片7或其它工件如玻璃、硅晶片及磁信息存儲盤等時提高施加于拋光墊2的漿料43或其它液體拋光介質(zhì)的利用效果的凹槽5(未示出)。為了方便起見下面說明中采用術(shù)語“晶片”。然而，技術(shù)熟練人員都知道除晶片外，所有工件都屬本發(fā)明范圍。
CMP3可包括通過工作臺驅(qū)動器11而繞軸41轉(zhuǎn)動的拋光工作臺9。工作臺9包括其上安裝有拋光墊2的上表面13?？衫@軸17旋轉(zhuǎn)的晶片載持盤15支承在拋光層1的上方。晶片載持盤15可有一個嵌入晶片7的下表面19。面對拋光層1的晶片7的表面21在拋光時將被磨平。保持晶片7旋轉(zhuǎn)的晶片載持盤支承組件23支承著晶片載持盤15，并產(chǎn)生向下的、將晶片表面21壓向拋光層1的力F，以在拋光過程中使晶片表面21與拋光層1之間產(chǎn)生所需的壓力。
CMP系統(tǒng)3還可包括將漿料43供給拋光層1的漿料供給系統(tǒng)25。漿料供給系統(tǒng)25可包括儲存漿料43的儲槽27，如溫控儲槽。管道29可將漿料43從儲槽27輸送至鄰近拋光墊2的位置，在該位置處漿料被散布在拋光層1上?？衫昧黧w調(diào)節(jié)閥31控制漿料43在拋光墊2上的分布。
CMP系統(tǒng)3可設(shè)置有對該系統(tǒng)各個部件例如用于漿料供給系統(tǒng)25的流量調(diào)節(jié)閥31、工作臺驅(qū)動器11和晶體載持盤支承組件23等在施加載荷、拋光及卸載荷操作時進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)控制器33。在該例證性實施方案中，系統(tǒng)控制器33包括數(shù)據(jù)處理器35、與數(shù)據(jù)處理器相連接的存儲器37，以及支持數(shù)據(jù)處理器、存儲器和系統(tǒng)控制器中其它元件運作的支持電路39。
在進行拋光操作過程中，系統(tǒng)控制器33控制工作臺9和拋光墊2旋轉(zhuǎn)并啟動漿料供給系統(tǒng)25運作將漿料43散布在旋轉(zhuǎn)的拋光墊2上。由于拋光墊2的旋轉(zhuǎn)，可使?jié){料散布在包括晶片7與拋光墊2之間的間隙在內(nèi)的拋光層1的各處。系統(tǒng)控制器33也可控制晶片載持盤15以選定的速率例如0-150rpm進行旋轉(zhuǎn)，以使晶片表面21作相對于拋光層1的運動。系統(tǒng)控制器33也可控制晶片載持盤15產(chǎn)生向下的壓力F，以使晶片7與拋光墊2之間的壓力達到如0-15磅/平方英寸。系統(tǒng)控制器33還可控制拋光工作臺9的旋轉(zhuǎn)速度，該旋轉(zhuǎn)速率通常為0-150rpm。
權(quán)利要求
1.一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的、經(jīng)表面張力低于50達因/厘米的材料涂敷過的微粒，該經(jīng)涂敷的微粒在拋光過程中會從拋光表面釋出。
2.權(quán)利要求1的拋光墊，其中拋光墊包含20-90重量％的經(jīng)涂敷微粒。
3.權(quán)利要求1的拋光墊，其中經(jīng)涂敷的微粒的平均粒度為0.5-400微米。
4.權(quán)利要求1的拋光墊，其中涂敷材料的表面張力低于30達因/厘米。
5.權(quán)利要求1的拋光墊，其中涂敷材料選自硬脂酸、硬脂酸鈣、四氫化硅、四氟乙烯和硬脂酸鋅以及它們的混合物。
6.權(quán)利要求1的拋光墊，其中聚合物基體選自熱塑性材料和熱固性材料。
7.權(quán)利要求1的拋光墊，其中微粒選自無機氧化物、無機氫氧化物、無機氫氧化氧化物、有機氧化物、有機氫氧化物、有機氫氧化氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、聚合物微粒以及它們的混合物。
8.一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括其中配置有碳酸鈣微粒的聚合物基體，其中碳酸鈣微粒是經(jīng)四氟乙烯涂敷過的，并在拋光過程中會從拋光墊釋出。
9.一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的非磨蝕性微粒，該非磨蝕性微粒的表面張力低于50達因/厘米，并在拋光過程中會從拋光表面釋出。
10.一種拋光半導(dǎo)體基材的化學(xué)機械拋光方法，該方法包括在基材與拋光墊之間供入拋光流體；使基材與拋光墊之間發(fā)生相對移動并產(chǎn)生壓力，其中拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的、經(jīng)表面張力低于50達因/厘米的材料涂敷過的微粒，該經(jīng)涂敷的微粒在拋光過程中會從拋光表面釋出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于拋光半導(dǎo)體基材的拋光墊，該拋光墊包括具有拋光表面的拋光層，該拋光層包含配置在聚合物基體中的、經(jīng)表面張力低于50達因/厘米的材料涂敷過的微粒，該經(jīng)涂敷的微粒在拋光過程中會從拋光表面釋出。
文檔編號B24B37/00GK1652306SQ20051000784
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者C·H·杜昂 申請人:Cmp羅姆和哈斯電子材料控股公司