[发明专利]一种用于化学机械平坦化的抛光垫及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域中的化学机械平坦化工艺，尤其是一种可用于化学机械平坦化的抛光垫，更具体而言，本发明涉及一种用于化学机械平坦化的抛光垫及其制造方法。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization/Polishing，简称CMP)，被认为是目前实现全局平面化的最有效方法。CMP作为一种古老的工艺最初被用来抛光玻璃，20世纪80年代，IBM首次将CMP应用到微电子制造工艺中SiO₂的抛光，自那时起便得到了非常迅速的发展，目前CMP的应用已经扩展到金属(如Al、Cu、Ti、Ta、W等)、电介质(如SiO₂、Si₃N₄、各种Low-k材料等)、多晶硅、陶瓷、磁盘、磁头以及MEMS等。

图1为一种典型的化学机械平坦化示意图。如图1所示，在传统的化学机械平坦化工艺中，抛光头1提供负载，携带晶圆4压在抛光垫6上，含有磨料和化学剂的抛光液9被供应到抛光垫6表面。晶圆4和抛光垫6之间通过自身的旋转和抛光头的横向移动，利用晶圆4的被抛光表面与抛光垫6和抛光液9中磨料之间的机械作用，以及与抛光液9之间的化学作用，实现晶圆4表面材料的去除和平坦化。现有技术中的典型抛光垫是多孔聚氨酯型抛光垫，采用复杂的发泡工艺制作而成，如Rohm & Haas的IC1000^TM抛光垫，且可以包括可压缩的衬垫，如Rohm & Haas的SUBA^TMⅣ。

化学机械平坦化技术的目的一般有两个，其一是使被抛光表面在较高速度下实现材料去除，其二是获得较高质量的表面。但是使用现有技术中的化学机械抛光垫通常会使被抛光表面出现过抛、划痕、蝶形凹陷和侵蚀等问题。

随着集成电路线宽特征尺寸的不断降低和集成度的不断提高，对化学机械平坦化技术提出了更高的要求。特征尺寸的不断减小，由尺寸效应引起阻容迟滞(RC delay)成指数关系快速上升，这意味着芯片的速度随集成度的提高而变缓，为了解决这一问题，学者们提出用铜金属作为导线材料以减小电阻，用Low-k材料做电介质以降低导线间电容，但铜导线与Low-k材料的弹性模量之比高达15～60∶1，传统CMP技术中使用硬度较大的抛光垫，势必会破坏铜导线和Low-k电介质，因此需要研制新型的柔性抛光垫，在超低应力下实现材料去除。

中国专利200680003086.7公开了一种用于低压研磨的研磨垫(即抛光垫)，通过调节抛光垫研磨层和背衬层的厚度和硬度，使研磨表面在小于等于1.5psi的压力下偏斜，且使偏斜程度大于研磨层厚度的不均匀度，以此获得高质量的表面，但这种研磨垫与传统的抛光垫没有本质上区别，不能克服传统抛光垫的固有缺陷。中国专利200680012730.7公开了一种依据抛光规范如被抛光材料、芯片结构等而定制的抛光垫，但这种抛光垫制作过程复杂，且需要大量的经验数据才有可能投入应用。

发明内容

本发明针对现有化学机械平坦化技术中会出现的划痕、过抛、蝶形和侵蚀等缺陷尤其是应力问题以及抛光垫制作过程复杂等问题，提出了一种新型的柔性纳米刷抛光垫及其制造方法。该抛光垫制作工艺简单，抛光性能稳定，抛光后被加工表面质量高。

一种用于化学机械平坦化的抛光垫，其特征在于：所述抛光垫包括一基体层，所述基体层上设有一柔性纳米刷层，所述柔性纳米刷层工作表面具有如下特征的柔性纤维：

直径：1nm～10μm；

间距：1nm～10μm；

长度：100nm～1000μm；

长径比：1∶10～10000∶1。

所述的柔性纳米刷层中的柔性纤维轴向与工作表面间夹角在20°～160°之间。优选柔性纤维轴向与工作表面间夹角为90°或趋于90°。

所述的柔性纤维具有较大的柔性。

所述的柔性纤维具有线状、带状或管状结构。

所述的抛光垫根据需要可在基体层底部附上弹性衬底层。即本发明的纳米刷抛光垫至少包括柔性纳米刷层和基体层，必要时还可以在基体层底部附上弹性衬底层。

所述的抛光垫工作表面根据需要加工有适于抛光液流动的沟槽或孔洞。

所述的柔性纳米刷层由热塑性或热固性聚合物制成，所述的热塑性聚合物材料选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、热塑性聚氨酯、聚氯乙烯和聚醚中的一种或几种的混合物，所述的热固性聚合物材料选自酚醛树脂、尿醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、热固性聚氨酯和有机硅中的一种或几种的混合物，优选聚氨酯。