[发明专利]抛光垫及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种抛光垫及其制备方法、应用。所述抛光垫具有抛光层，所述抛光层具有中心抛光区、环绕所述中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕所述中间抛光区设置的外缘抛光区，且所述中心抛光区为圆形，所述中间抛光区为环形，所述外缘抛光区为环形；所述抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5‑5D。该抛光垫的硬度沿直径方向逐步减小，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高。

技术领域

本发明涉及一种抛光垫及其制备方法、应用。

背景技术

随着半导体内存(Memory)与逻辑元件(Logic device)的发展，为了提高电子元件密度与降低生产成本，在元件制作工艺上有提升深宽比(Aspect ratio)及增加导线层数的趋势。在半导体集成电路的制造过程中，随着隔离结构、晶体管、金属层与介电层一层层堆栈上去之后，晶片的表面也跟着越来越不平坦。而化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)成为硅片加工和多层布线层间平坦化的最有效工艺方法，也是能够实现局部和全局部平坦化的实用技术。化学机械抛光垫是一种直径为50-100cm的圆形片状复合材料，它是CMP系统的重要组成部分，也是CMP的主要消耗品。化学机械抛光垫的表面结构和组织直接影响抛光垫的性能，进而影响CMP过程及加工效果，其制备材料包括聚合物浸渍的织物、多微孔膜、多孔聚合物泡沫等。

由于化学机械抛光的首要目标为能让晶片均匀地全面平坦化，而且还要能让同一批次晶片的平坦化结果具有重复性。而抛光垫的硬度(rigidity或stiffness)以及孔隙率(poriness或void ratio)与晶片抛光后的平坦度有相当大的关系。在典型CMP法中，晶片倒转安装在CMP工具的托架(carrier)上，力量推动托架和晶片向下朝向抛光垫。托架与晶片在CMP工具抛光台上的旋转抛光垫上方旋转，晶片与抛光垫可以相同方向或相反方向旋转。因此在旋转过程中，抛光垫表面任一个点角速度相同，但不同直径位置线速度却不同，即直径越大，其线速度越大。问题在于，在抛光垫物理性质(如：硬度、密度、孔隙率或可压缩性等)相同的条件下，其线速度越大，其抛光磨损率越高。由此可见，同一抛光垫物理性质相同，其磨损率会随直径变化，不同的磨损率极易使得抛光材料平坦化效率降低，随着材料层一层层堆栈和蚀刻，晶片的表面将变得不平坦。

正如我们所知，硬度高的抛光垫可以增加晶片抛光的平坦度，而孔隙率大的抛光垫可压缩性高则可以增加晶片研磨的均匀度。因此为了兼顾上述的硬度与孔隙率的要求，现有技术中多以至少一层硬垫与至少一层软垫叠合在一起来组成所需的抛光垫，例如US5212910与US 5257478所揭露的研磨垫。然而这类由于软硬垫对于压力的传播方式不同，有时反而会让研磨的均匀度变得更差。若抛光垫所使用的叠合层数越多，则抛光垫物理性能的变量也就越多，造成越难控制晶片研磨的平坦度与均匀度。而且这类抛光垫并没有直接解决同一抛光垫磨损率不同的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的抛光垫沿直径方向的磨损率逐步增大进而使得所要抛光的晶片表面变得不平坦的缺陷，而提供一种新型的抛光垫及其制备方法、应用。该抛光垫的硬度沿直径方向逐步减小，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供一种抛光垫，所述抛光垫具有抛光层，所述抛光层具有中心抛光区、环绕所述中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕所述中间抛光区设置的外缘抛光区，且所述中心抛光区为圆形，所述中间抛光区为环形，所述外缘抛光区为环形；所述抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5-5D。

上述抛光垫的抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，且肖氏硬度的减小能够补偿抛光垫的线性速度的差异，不会造成基板有差异的抛光。