[发明专利]一种抛光垫及半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及一种抛光垫及半导体器件的制造方法，其中，所述抛光垫在施加压力F₀后的应力松弛阶段t时刻的回复力F_t与施加压力F₀的比值与t满足如下式（1）中的拟合关系，其中，回复力F_t的取值频率为0.01s/次，0≤t≤30 s，所述a、b为常数，且满足：0.95≤a≤0.99和/或0.02≤b≤0.04，拟合优度R²≥0.94，满足上述拟合关系的抛光垫，去除速率曲线及边缘去除速率在抛光垫的整个生命周期内均保持稳定，波动较小，研磨速率不均一性NU值波动较小。f(t)=F_t/F₀=a·t^‑b （1）。

技术领域

本发明涉及化学机械平面化处理的抛光技术领域，具体而言，涉及一种抛光垫及半导体器件的制造方法。

背景技术

随着集成电路的特征尺寸向着深纳米制程的发展过程中，特征尺寸越来越小，CMP制程带来的缺陷，在先进制程中变得越来越突出，甚至达到了严重影响芯片性能的程度。为此，作为CMP制程四大核心材料之一的抛光垫，追求其性能的极致是抛光垫研发中的永恒话题。对于抛光垫的性能指标，趋于极致的稳定性和均一性在CMP领域得到了越来越多的共识。对于抛光垫的稳定性与均一性的要求，从不同批次之间、同一批次的不同片抛光垫之间的宏观指标诸如密度、硬度、压缩比、压缩回复率的稳定与均一，逐渐提升至同一抛光垫的不同位置间，乃至于分子结构的规整性趋于稳定与均一。

中国专利CN107553313B、CN108047420A、CN109015342A、WO2019042428A1以及CN109824854A从配方角度，阐述了通过控制放热、控制微球膨胀以及引入新的低放热预聚物方面获得均一性更好的抛光垫，有效地缓解了不同批次/片次抛光垫的差异，不同片抛光垫之间的宏观指标诸如硬度、密度、压缩比、压缩回复率更加的稳定与均一，在应用评价中获得了更好的抛光性能。此外，通过控制微球的粒径稳定性以及通过微球分级，降低微球中的金属含量，也进一步提高了抛光性能的稳定以及降低划伤的产生。

在抛光过程中，每一片晶圆内（WIW，with in wafer）、晶圆与晶圆之间（WTW，waferto wafer）以及同一抛光垫不同寿命周期内的稳定性均严重关系到产品的良率，抛光层是一层微球均匀分布的蛋糕切片后所得产品，其在使用的每一个时间点，都有金刚石修整盘（disk）对其表面进行修整，通过金刚石的打磨作用，使得抛光层表面有着不断的翻新作用，具有稳定的粗糙度，所以在抛光过程中，通常抛光性能的稳定性波动较少是因为抛光层导致，尤其是去除速率（profile）的波动，其原因大部分是因为抛光垫在使用过程中发生疲劳、老化导致性能劣化所致，抛光垫的稳定严重影响去除速率曲线（RR profile）的稳定性，尤其晶圆边缘位置（edge）。

现有技术中，抛光垫是主要是由聚氨酯抛光层和缓冲层粘合而成的，聚氨酯抛光层一般具有较硬的结构，而缓冲层往往具备柔软而具有弹性的结构，聚氨酯抛光层较硬的结构起到抛光的作用，而缓冲层则是在抛光过程中起到缓冲以及支撑作用，在长时间的使用中，抛光垫被反复压缩及回复，会造成性能的下降，主要是因为压缩及回复过程中，分子层面的滑动带来内生热，造成回复性能的下降，这在抛光中主要表现为随着寿命周期（lifetime）的延长，边缘位置去除率（edge profile）有一个明显的劣化趋势，最终造成研磨速率不均一性（NU）的提升，也就是平坦化性能下降。因此，稳定的压缩回复特性，对于抛光过程的稳定，尤其是先进制程的稳定尤为重要。因此，在抛光垫的筛选过程中，选择合适的配方，找到合适的表征参数，对于抛光垫选择有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的问题， 本发明为解决抛光过程中，每一片晶圆内、晶圆与晶圆之间以及同一抛光垫不同寿命周期内的稳定性问题。对抛光垫的各种理化特性进行研究，发现了在满足一定条件的抛光垫，具有良好的抛光性能稳定性，因此，经过对制备而来的抛光垫进行了大量的筛选，得到了不管是每一片晶圆内、晶圆与晶圆之间还是同一抛光垫不同寿命周期内均具有极好稳定性的抛光垫。