具有多孔界面及實心核心的拋光墊、以及相關(guān)的裝置和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]化學(xué)機械拋光(“CMP”)工藝用于制造微電子器件以在半導(dǎo)體晶片、場發(fā)射顯示器及許多其它微電子基板上形成平坦表面。例如，半導(dǎo)體器件的制造通常包括形成各種工藝層、對這些層的部分進行選擇性移除或圖案化、及在半導(dǎo)體基板表面上方沉積另外的其它工藝層以形成半導(dǎo)體晶片。舉例來說，所述工藝層可包括絕緣層、柵極氧化物層、導(dǎo)電層、以及金屬或玻璃的層等。在晶片工藝的一些步驟中，通常期望的是，工藝層的最上部表面是平面的(即平坦的)，以用于沉積后續(xù)的層。CMP用于工藝層的平坦化，其中，將沉積的材料(例如導(dǎo)電材料或絕緣材料)拋光以使晶片平坦化而用于后續(xù)的工藝步驟。
[0002]在典型的CMP工藝中，晶片倒置安裝于CMP工具中的載體上。用力將載體及晶片朝著拋光墊向下推動。使載體及晶片在該CMP工具的拋光臺上的旋轉(zhuǎn)著的拋光墊上方旋轉(zhuǎn)。拋光組合物(也稱作拋光漿料)在拋光過程期間加入到旋轉(zhuǎn)著的晶片和旋轉(zhuǎn)著的拋光墊之間。該拋光組合物典型地含有與部分最上部晶片層相互作用或溶解部分最上部晶片層的化學(xué)物質(zhì)，以及以物理方式移除部分所述層的研磨材料。晶片及拋光墊可以相同方向或相反方向旋轉(zhuǎn)，對于正在進行的特定拋光過程，無論哪一種旋轉(zhuǎn)方式均是合乎需要的。該載體還可橫跨拋光臺上的拋光墊振蕩。
[0003]由較硬的材料制成的拋光墊呈現(xiàn)高移除速率且具有長的可用墊壽命，但傾向于在正在被拋光的基板上產(chǎn)生許多刮痕。由較軟的材料制成的拋光墊呈現(xiàn)低的基板刮傷，但傾向于呈現(xiàn)較低的移除速率且具有較短的可用墊壽命。因此，本領(lǐng)域中仍需要提供有效的移除速率且具有延長的墊壽命并且還產(chǎn)生有限刮傷的拋光墊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個方面中，本發(fā)明提供用于化學(xué)機械拋光的拋光墊。拋光墊包含(a)基本上無孔的核心區(qū)及(b)位于該核心區(qū)的兩側(cè)(either side)上的兩個相對的表面區(qū)。所述表面區(qū)的至少一個中定義有孔隙以形成多孔表面區(qū)。拋光墊為單片的，且多孔表面區(qū)直接接觸核心區(qū)而其間沒有任何中間層。核心區(qū)比多孔表面區(qū)硬。
[0005]在另一方面中，本發(fā)明提供化學(xué)機械拋光裝置，其包含(a)旋轉(zhuǎn)的壓板；(b)置于該壓板上的拋光墊;及(C)固持待通過接觸旋轉(zhuǎn)拋光墊而拋光的工件的載體。拋光墊包含(i)基本上無孔的核心區(qū)及(ii)位于該核心區(qū)的兩側(cè)上的兩個相對的表面區(qū)。所述表面區(qū)的至少一個中定義有孔隙以形成多孔表面區(qū)。拋光墊為單片的，且多孔表面區(qū)直接接觸核心區(qū)而其間沒有任何中間層。核心區(qū)比多孔表面區(qū)硬。
[0006]在一些實施方式中，該裝置進一步包含(d)用于將化學(xué)機械拋光組合物輸送至拋光墊與工件之間的構(gòu)件(工具，means)。
[0007]在另一方面中，本發(fā)明提供一種拋光工件的方法，該方法包括(i)提供拋光墊；
(ii)使工件與該拋光墊接觸;及(iii)相對于該工件移動拋光墊以研磨該工件且由此拋光該工件。拋光墊包含(a)基本上無孔的核心區(qū)及(b)位于該核心區(qū)的兩側(cè)上的兩個相對的表面區(qū)。所述表面區(qū)的至少一個中定義有孔隙以形成多孔表面區(qū)。拋光墊為單片的，且多孔表面區(qū)直接接觸核心區(qū)而其間沒有任何中間層。核心區(qū)比多孔表面區(qū)硬。
[0008]在另一方面中，本發(fā)明提供一種制備拋光墊的方法，該方法包括(a)向容器中提供經(jīng)擠出的聚合物片，其中該聚合物片為單片的且具有兩個相對的表面;及(b)在足以形成與所述表面中的至少一個相鄰的多孔表面區(qū)及形成基本上無孔的核心區(qū)的條件下，向容器中的聚合物片中引入惰性氣體。
【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方式，拋光墊的橫截面在54倍放大倍率下的掃描電子顯微照片(SEM)，其說明在具有基本上無孔的核心的兩個表面區(qū)處的孔隙。
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方式，與圖1中所述相同的SEM，但進一步說明待移除的表皮層。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方式，與圖1中所述相同的SEM，但進一步說明將產(chǎn)物削成兩個拋光墊，其中每個墊僅在一個表面區(qū)具有孔隙且各自具有基本上無孔的核心。
[0012]圖4為包含多孔熱塑性層及擴散阻擋物的拋光墊的示意性說明。
[0013]圖5闡述拋光墊的橫截面的一系列SEM顯微照片，各放大54倍，其中樣品如實施例1中所述制備。
[0014]圖6闡述拋光墊的橫截面的一系列SEM顯微照片，各放大54倍，其中樣品如實施例2中所述制備。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明至少部分地基于驚人且出人意料地發(fā)現(xiàn)具有良好平坦化效率及降低的缺陷度(例如刮痕)的用于化學(xué)機械拋光的拋光墊。拋光墊為單片結(jié)構(gòu)且具有靠近墊的至少一個表面的集中的孔隙(即，閉孔)，同時拋光墊的核心為基本上無孔的實心本體(塊狀，bulk)材料，從而產(chǎn)生所需的雙重形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，已發(fā)現(xiàn)這樣的雙重形態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)用于拋光諸如晶片的基板時，驚人且出人意料地提供增強的平坦化效率同時還降低缺陷度的顯著優(yōu)點。在其它方面中，本發(fā)明還提供制備及使用拋光墊的相關(guān)裝置以及方法。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供單片結(jié)構(gòu)及雙重形態(tài)的拋光墊，其中孔隙以在表面處實現(xiàn)壓縮性的方式分布，在該表面處進行拋光的同時在該多孔表面下方的核心中還具有更硬、實心、基本上無孔的本體材料。無需使用通過外部組分(諸如通過粘著劑)粘著的單獨的復(fù)合或中間層(例如粘著于硬副墊上的軟墊)便實現(xiàn)本發(fā)明實施方式的拋光墊的獨特及有利的形態(tài)。此外，不同于常規(guī)的系統(tǒng)，本發(fā)明的拋光墊不依賴于在整個拋光墊體積中的孔隙。
[0017]本發(fā)明拋光墊的實施方式驚人且出人意料地實現(xiàn)平坦化效率及低缺陷度的所需組合，這二者均為CMP工藝中的重要參數(shù)，且在常規(guī)的系統(tǒng)中通常彼此沖突。不同于在拋光墊的整個核心中具有孔隙率及/或使用多片式復(fù)合系統(tǒng)的常規(guī)系統(tǒng)，在本發(fā)明拋光墊的實施方式中，孔隙在靠近進行拋光的表面處分布，由此形成表面壓縮性、但具有硬的、基本上無孔的核心。這樣的雙重形態(tài)使得缺陷(例如刮痕)數(shù)目減少，這又提高了制造期間的晶片產(chǎn)率，原因為因?qū)﹄妼W(xué)問題(諸如在使用中電流如何分布的連續(xù)性損失)的擔(dān)憂而需要丟棄的晶片較少。同時，本發(fā)明實施方式的拋光墊驚人地可經(jīng)拋光而具有良好的平坦化效率。就此而言，平坦化效率定義為I減去底部結(jié)構(gòu)的移除速率除以頂部結(jié)構(gòu)的移除速率的比率的無單位公式。參見例如Y.Li ,Microelectronics Applicat1ns of Chemical MechanicalPlanarizat1n, J.Wi ley&Sons ,2008，第517頁。通過著重調(diào)節(jié)(focus)靠近拋光墊的表面處的孔隙以實現(xiàn)壓縮性(在該表面處與待拋光的基板發(fā)生接觸)同時維持硬質(zhì)本體核心以使無中間層的整體單片結(jié)構(gòu)具有潛在的強度，本發(fā)明驚人地且出人意料地實現(xiàn)了平坦化效率與低缺陷度的所需組合。
[0018]本發(fā)明的拋光墊適用于對集成電路及其它微型器件制造中所用的各種半導(dǎo)體晶片進行拋光。在一些實施方式中，這樣的晶片可為常規(guī)的結(jié)點(node)結(jié)構(gòu)，例如65nm或更小、45nm或更小、32nm或更小等的技術(shù)結(jié)點(technology node)。然而，在一些實施方式中，本發(fā)明拋光墊尤其適用于高級結(jié)點應(yīng)用(例如2 2nm或更小、18nm或更小、16nm或更小、14nm或更小等的技術(shù)結(jié)點)。應(yīng)理解，隨著結(jié)點技術(shù)變得更先進，在平坦化技術(shù)中無缺陷變得更重要，因為隨著晶片上的特征的相對尺寸變得更小，每個刮痕的作用的影響更大。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，由于本發(fā)明的拋光墊與常規(guī)拋光墊相比提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著改進(包括孔隙在靠近具有基本上無孔的核心、呈單片結(jié)構(gòu)的拋光墊的表面處的再分布)，因此，缺陷度降低且可實現(xiàn)更高級的結(jié)點拋光(node poI ishing)以及較少的刮痕。同樣地，本發(fā)明的拋光墊的實施方式可以較低的絕對移除速率、低的缺陷度及良好的平坦化效率向具有較小特征的晶片提供更精確的平坦化。然而，如所指出的，本發(fā)明的拋光墊不限于用于高級結(jié)點晶片且可如所期望地用于拋光其它工件。
[0019]該拋光墊可包含其中引入了孔隙的任何適合的材料、基本上由其中引入了孔隙的任何適合的材料組成、或由其中引入了孔隙的任何適合的材料組成。期望地，拋光墊包含聚合物樹脂、基本上由聚合物樹脂組成、或由聚合物樹脂組成。聚合物樹脂可為任何適合的聚合物樹脂。典型地，聚合物樹脂選自:熱固性材料、熱塑性彈性體、熱塑性聚氨酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性體橡膠、苯乙烯類聚合物、聚芳族化物、含氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性體聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚亞芳基、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、它們的共聚物和嵌段共聚物、以及它們的混合物和共混物。優(yōu)選地，聚合物樹脂為聚氨酯，更優(yōu)選地為熱塑性聚氨酯。
[0020]聚合物樹脂典型地為預(yù)成型聚合物樹脂;然而，聚合物樹脂還可根據(jù)任何適合方法原位形成，其中許多方法為本領(lǐng)域中已知的(參見例如Szycher ’ s Handbook ofPolyurethanes CRC Press:New York，1999，第3章)。舉例而言，熱塑性聚氨酯可通過氨