[发明专利]一种化学机械抛光垫及其制备方法

说明书

本发明涉及一种化学机械抛光垫及其制备方法。本发明的化学机械抛光垫使用聚氨酯树脂浆料，涂抹在涂有脱模剂的成膜基材上，通过两段凝结的方式，分两步在凝结膜两侧分别凝结不同的孔洞结构。在凝结成孔的过程中，控制两段凝结液的浓度、温度，使两种不同孔洞结构的孔洞同时形成在同一张凝结膜上，且从表面层向内占凝结膜总厚度至少15％的指形孔直径不超过25μm，在第二层侧形成的指形孔孔径均匀性高，孔径小，可磨损的厚度大，抛光垫寿命延长；在第一层侧有海绵形孔并且海绵形孔的厚度占总凝结膜厚度的三分之一或以上，对待抛光物追随性好，提供柔性支撑，使得待抛光物表面平坦化程度得到提高。

技术领域

本发明涉及用于半导体芯片制造的化学机械抛光技术领域，更具体地，本发明涉及一种用两段凝结成膜工艺制作的用于半导体芯片化学机械抛光(CMP)中可以延长抛光垫使用寿命，提升待抛光物表面平坦度的抛光垫。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是半导体芯片生产过程中非常重要的一道工序，半导体芯片是通过在硅晶圆片上集成多层微观电路结构制成的，微观集成电路制造中多种不同材料，通过不同的沉积技术和工艺，分步层沉积到半导体晶片的表面上，再通过化学蚀刻作用去除多余不需要的部分，即形成一层微观集成电路，按照芯片设计图重复上述工艺在晶片表面叠加不同图形的电路，可以得到多层微观电路，即通常所说的半导体芯片。沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等。但由于依序沉积和去除材料层，将导致晶片形成微观上非常不平坦的表面。随着芯片集成度的不断提升，芯片中的电路层数也越来越多，多层微观电路的制造是从下往上逐层成型的，若底下一层的表面不够平坦，将直接影响到上层微观电路的成型，因此每一层微观电路的加工工艺都要求硅晶圆片具有平坦化的表面，所以每完成一层的加工工艺需要对硅晶圆片进行化学机械抛光(CMP)处理使其表面平坦化程度满足其上层加工的需要。CMP可以去除表面多余的材料和杂质，减少例如表面粗糙、划痕等缺陷，每一层硅晶圆的抛光质量即表面平坦化程度直接决定了半导体芯片的质量。

在CMP工艺中，抛光头吸附硅晶圆片使其与抛光垫的抛光面接触，抛光头提供压力将晶圆片压在抛光面上。同时将抛光液供给到晶圆片与抛光面之间。抛光垫和晶圆片相对旋转实现硅晶圆片表面的抛光。通过化学蚀刻和机械研磨的共同作用，对晶片表面抛光使其平坦化。

CMP工艺通常在需要通过两段抛光，晶圆片才可以得到高平坦度的表面。第一步骤粗抛，用较硬的抛光垫(例如IC1000)平面化晶片并且去除大量多余材料；第二步骤精抛，去除在粗抛期间引入的划痕等缺陷。用于精抛的抛光垫必须柔软并且对非平坦的硅晶圆表面有更好的追随性，使用凝结成膜法制备的抛光垫能很好的满足精抛的需要。

出于本说明书的目的，术语凝结成膜制备方法是指通过将聚氨酯树脂溶解在与水混溶的有机溶剂(如DMF)中，将所得树脂溶液施加到成膜基材上，然后在凝结液中发生溶剂脱出，使树脂凝结成为多孔膜，来制备该软质抛光垫的方法。传统的一段凝结工艺法只在一个凝固液中进行一次凝结再生。随着凝结和再生，在软质抛光垫的表面上致密地形成有微孔，该微孔形成厚度为几μm的表层，并且在该表层内部连续形成了形成泡沫层的大量泡沫。这些泡沫的孔径具有朝向表面层减小的圆锥形形状类似手指形状，以下简称为指形孔。往下由于水与有机溶剂的交换更加困难，继续形成尺寸约几百微米不规则圆形的海绵孔洞结构，以下简称为海绵形孔。指形孔可以储存和供给抛光液，海绵型孔影响抛光垫对半导体硅晶圆表面微观形貌的追随性，进而影响半导体硅晶圆片的表面平坦度。这种抛光垫可以有效降低晶圆片表面的缺陷率，使晶圆片成品率显著增加。

同时软质抛光垫的表面开口直径为25μm或更小(根据日本未审查专利公开第2005-1019)时可以保证较好的抛光效果。但由于指形孔小于25μm直径的深度一般只占抛光垫总厚度的10％，并且随着抛光过程的进行，软塑料片会磨损，因此在泡沫层中形成的泡沫指形孔会逐渐开放，抛光垫表面指形孔开孔直径将达到30至40μm甚至更大，此时难以提高抛光后的半导体硅晶圆片表面的平坦度，此时就要更换新的抛光垫，这样的抛光垫一般使用寿命比较短。