向固定磨料幅材中引入添加剂以改善cmp性能的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2012年9月21日提交的美国临时申请61/703, 815的权益，该临时 申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总的涉及具有改善的化学-机械平面化（CMP)抛光性能的固定（fixed)磨 料幅材。特别地，本发明涉及含有改善CMP抛光性能的添加剂的固定磨料幅材。
【背景技术】
[0004] 磨料制品常常用于精密磨削用途，如半导体晶片抛光、微电机（MEMS)设备制造、 硬盘驱动器基底的精修、光学纤维和连接器的抛光等等。例如，在集成电路制造过程中，半 导体晶片通常经受许多加工步骤，包括金属和介电层的沉积，层的图案化，以及蚀刻。在各 加工步骤中，可能必须或最好修整或精制所述晶片的暴露表面以备其用于后继的制造或制 备步骤。所述表面修整工艺通常用于修整沉积的导体（例如，金属、半导体和/或介电材 料）。所述表面修整工艺还通常用于在具有导电材料、介电材料或组合的暴露区域的晶片上 形成平坦的外暴露表面。
[0005] 修整或精制结构化晶片的暴露表面的一种方法用固定的磨料制品处理晶片表面。 在使用中，通常在工作流体的存在下，通常使所述固定的磨料制品以适于修整晶片上的材 料层并提供平坦的、均匀的晶片表面的运动接触半导体晶片表面。
[0006] 固定的磨料制品通常具有被粘结剂粘结在一起并固定到背衬上的磨料颗粒的磨 料层。在一种类型的固定磨料制品中，磨料层由称为"成形磨料复合材料"的离散的凸起结 构元件（例如，柱、脊、棱锥或截棱锥）组成。这种类型的固定磨料制品在本领域中以不同 的术语"织构化的、固定的磨料制品"或"结构化磨料制品"表示（下文中将要使用后一种 术语）。磨料制品可以包括分散在交联聚合物粘结剂中的至少一种非离子聚醚表面活性剂 和磨料颗粒，如在U. S. S. N. 12/560, 797 (Woo等人）中公开的。
【发明内容】
[0007] 在一个实施例中，本发明涉及一种结构化的磨料制品，其包括背衬和结构化磨料 层，背衬具有第一对置的主表面和第二对置的主表面，结构化磨料层设置在背衬的第一主 表面上并固定到背衬的第一主表面。结构化磨料层包含聚合物粘结剂、分散在粘结剂中的 磨料颗粒和分散在粘结剂中的第一添加剂。第一添加剂可为多齿酸性络合剂，其中所述多 齿酸性络合剂包含氨基酸、由氨基酸形成的二肽以及它们的组合。结构化磨料层可包含第 二添加剂。第二添加剂包括非离子型表面活性剂、硅表面活性剂、含氟表面活性剂、水溶性 聚合物以及它们的组合。
[0008] 添加剂提供改善的化学-机械平面化（CMP)抛光性能，包括高的氧化物/氮化物 选择性、高的移除速率、较低的氮化物损失以及改善的晶片内不均匀度（WIWNU)。
[0009] 在另一个实施例中，本发明涉及一种研磨工件的方法。所述方法包括使结构化的 磨料制品的至少一部分与工件的表面接触并使工件或结构化磨料层中的至少一者相对于 另一者移动以研磨工件的表面的至少一部分。结构化的磨料制品包括背衬和结构化磨料 层，背衬具有第一对置的主表面和第二对置的主表面，结构化磨料层设置在所述第一主表 面上并固定到所述第一主表面。结构化磨料层包含聚合物粘结剂、分散在粘结剂中的磨料 颗粒和分散在粘结剂中的第一添加剂。第一添加剂可为多齿酸性络合剂，其中所述多齿酸 性络合剂包含氨基酸、由氨基酸形成的二肽以及它们的组合。结构化磨料层可包含第二添 加剂。第二添加剂包括非离子型表面活性剂、硅表面活性剂、含氟表面活性剂、水溶性聚合 物以及它们的组合。添加剂提供改善的化学-机械平面化（CMP)抛光性能，包括高的氧化 物/氮化物选择性、高的移除速率、较低的氮化物损失以及改善的WIWNU。
【附图说明】
[0010] 图1为根据本发明的一个实施例的示例性结构化磨料制品的透视图。
[0011] 图2为根据本发明的研磨晶片表面的示例性方法的示意性侧视图。
【具体实施方式】
[0012] 在以下说明中，参考形成本说明的一部分的附图，并且其中以图示方式示出了若 干具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或实质的前提下，可以设想出其他实施例 并进行实施。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0013] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的 说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技 术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。通过端值 表示的数值范围包括该范围内的所有数字（如，1到5包括1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4和5) 以及该范围内的任何范围。
[0014] 本发明的结构化磨料制品在幅材自身内包含添加剂，允许最终产品的增加的设计 控制、提高下游抛光工艺中的一致性并消除对抛光或工作流体的废物处理的需要。添加剂 提供改善的化学-机械平面化（CMP)抛光性能，包括高的氧化物/氮化物选择性、高的移除 速率、较低的氮化物损失以及改善的晶片内不均匀度（WIWNU)。
[0015] 现在参见图1，结构化的磨料制品100包括至少背衬110。磨料层120设置在背衬 110上并包含多种成形磨料复合物130。成形磨料复合物130包含分散在粘结剂（未示出） 中的磨料颗粒（未示出）。
[0016] 背衬110可以是柔性的、刚性的或介于其间。多种背衬材料适用于该目的，包括柔 性背衬和更刚性的背衬。在一些实施例中，背衬可为至少半透明的膜。可用的半透明膜背 衬包括选自聚合物膜、处理过的聚合物膜及其组合的背衬膜。示例性的半透明背衬膜包括 由聚酯（例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚己内酯）、共聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、 聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯、纤维素聚合物及其共混物和组合物制成的膜。在一些实施例中，背 衬可以包括弹性体氨基甲酸酯或泡沫。
[0017] 背衬的厚度通常在约20微米至约1000微米、特别是约50微米至约500微米、更 特别是约60微米至约200微米的范围内。所述背衬的至少一个表面可以涂有所述磨料层。 通常，所述背衬具有基本上均匀的厚度。如果所述背衬的厚度不足够均匀，在晶片平面化过 程中会发生晶片抛光均匀度的更大波动。
[0018] 所述磨料层含有多种成形磨料复合材料。本文中使用的术语"成形磨料复合材料" 是指多种包含分散在粘结剂中的磨料颗粒的成形体之一，所述成形体共同提供织构化的、 三维的磨料层。在一些实施例中，所述成形磨料复合材料是"精确成形的"。术语"精确成 形的磨料复合材料"是指具有基本上为用于制造它的模腔的反相的模制形状的磨料复合材 料。通常，精确成形的磨料复合材料在使用所述结构化磨料制品前基本上不含突出在所述 磨料复合材料暴露表面外的磨料颗粒。
[0019] 所提供的结构化磨料制品可在磨料层120中具有高的重量含量的磨料颗粒。例 如，基于重量计，磨料颗粒构成磨料层的至少约50重量％ ;并可构成磨料层的至少约60重 量％、70重量％、75重量％、约80重量％或约90重量％。通常，随着成形磨料复合物中磨 料颗粒的重量百分数增大，可获得较高的移除速率。
[0020] 合适的磨料颗粒的例子包括熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、黑 色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、氮化硅、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、六 方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、基于氧化铝的溶胶凝胶衍生的磨料颗粒等。氧化 铝磨料颗粒可包含金属氧化物改性剂。基于氧化铝的溶胶凝胶衍生的磨料颗粒的实例可见 于美国专利号 4, 314, 827、4, 623, 364、4, 744, 802、4, 770, 671 和 4, 881，951 中。金刚石和立 方氮化硼磨料颗粒可以是单晶的或多晶的。
[0021] 合适的无机磨料颗粒的其它例子包括二氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化 锆、氧化钛、氧化锡、γ-氧化铝等。对于含电介质的晶片表面（例如，含二氧化硅的表面） 的平面化，优选磨料颗粒具有小于8的莫氏硬度。当适当地引入到磨料制品中时，这样的颗 粒将在平面化过程中提供所需的切割速率和晶片上所需的表面光洁度。一些较硬的磨料颗 粒可能在含氧化物的晶片表面上赋予不期望地粗糙的表面光洁度，故在适宜的磨料材料的 选择中应加小心，这在本领域技术人员的能力内。就含电介质的晶片表面（例如，含二氧化 硅的表面）而言，二氧化铈磨料颗粒是可用的。
[0022] 磨料颗粒可包括二氧化铈（即，氧化铈）粒子，其以体积计的平均粒度小于约250 纳米、小于约150纳米、小于约100纳米或甚至小于约50纳米。在一个实施例中，磨料颗粒 可基本上由二氧化铈粒子组成。在本上下文中使用的短语"基本上由……组成"旨在排除 其量显著影响结构化磨料制品的研磨性质（如果用于含硅晶片的晶片平面化）的其它（即 非二氧化铈）磨料颗粒。将认识到，所述二氧化铈粒子可以包含更小的原生二氧化铈粒子 (primary ceria particle)的附聚体和/或聚集体。例如，基于体积计，二氧化铺粒子（无 论是以初级粒子、附聚体、聚集体或是它们的组合存在）可具有在约1、约5、约10、约20、约 30或约40纳米直至约50、约60、约70、约80、约90、约95纳米或更大的范围内的平均粒度。 可采用针对二氧化铈描述的尺寸等级的其它纳米级磨料颗粒，包括氧化硅、氧化锆、氧化钛 和氧化铝。
[0023] 所述二氧化铈粒子可以以例如粉末、分散体或溶胶的形式供给；通常以分散 体或溶胶形式供给。获得平均粒度小于约250纳米的二氧化铈溶胶的方法和来源是本 领域熟知的。适用于本发明的二氧化铈分散体和溶胶包括例如可购自如新泽西州帕西 帕尼（Parsippany，NJ)的德固赛股份有限公司（Evonik Degussa Corp.);新泽西州蔓 越莓（Cranberry, NJ)的罗地亚有限公司（Rhodia, Inc.);俄亥俄州独立城的菲柔公司 (Ferro Corporation of Indep