化学机械研磨垫及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种化学机械研磨垫及其制备方法，该化学机械研磨垫包括：基底及形成于所述基底上的研磨层，其中所述研磨层的表面具有：多个均匀有序分布的微突起结构；多个沟槽，形成于多个所述微突起结构之间；其中，所述研磨层表面的孔隙率为30％～50％。通过利用多孔阳极氧化铝为模板，采用纳米复制技术制备出新型的表面拥有可调控纳米阵列结构的化学机械研磨垫，该研磨垫提高了化学机械研磨速率，降低了所处理晶圆的表面刮伤，并保证了研磨后晶圆间的均一性。

【技术实现步骤摘要】
化学机械研磨垫及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种化学机械研磨垫及其制备方法。
技术介绍
化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)是一种在半导体工艺中，通过结合化学反应和机械作用来去除沉积的薄膜，从而实现晶圆表面平坦化的工艺过程。化学机械研磨系统通常包括研磨垫(CMPPad)、控制晶圆使其正面向下接触研磨垫的自旋晶圆研磨头以及研磨液(slurry)输配装置等。其中研磨垫通常由多孔的、有弹性的聚合材料，例如聚氨酯等聚酯制品制成，其结构、性质等会直接影响到化学机械研磨工艺的品质。例如，在CMP工艺中，研磨垫对晶圆的研磨效果，如研磨速率(removalrate)、均一性(uniformity)、刮伤(scratch)等均有着重要影响。为了获得优异的研磨效果，研磨垫需要能承载更多的研磨液并使其均匀分散在研磨垫表面，同时还需要能顺利排出研磨副产物，这些都对研磨垫的表面结构提出了更高的要求。然而，传统研磨垫大多采用发泡法制备，其得到的研磨垫表面无序分布着大量孔洞结构，孔径大小不一(大多在20～40μm以上)，表面极为粗糙且不规则。这些缺陷会导致研磨液在研磨垫表面的分布不均，进而导致研磨后晶圆表面的不均一。此外，粗糙且不规则的表面不仅大大减小了晶圆和研磨垫的接触面积，降低研磨速率，还易导致二者接触时受力不均，造成刮伤等问题。因此，亟需一种新的化学机械研磨垫及其制备方法，以解决现有技术中存在的种种问题。需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种化学机械研磨垫及其制备方法，通过利用阳极氧化铝模板采用纳米复制技术制备得到具有可调控纳米阵列结构的化学机械研磨垫，以解决传统化学机械研磨垫表面粗糙不规则且孔洞尺寸较大，造成其处理的晶圆表面不均匀，频发刮伤且研磨速率低下的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种化学机械研磨垫，包括：基底及形成于所述基底上的研磨层，其中所述研磨层的表面具有：多个均匀有序分布的微突起结构；多个沟槽，形成于多个所述微突起结构之间；其中，所述研磨层表面的孔隙率为30％～50％。根据本专利技术的一个实施方式，相邻的所述微突起结构之间的间距为0.3um～11um。根据本专利技术的一个实施方式，所述微突起结构的高度为100um～300um。根据本专利技术的一个实施方式，所述微突起结构的直径为0.5um～20um。根据本专利技术的一个实施方式，所述多个沟槽在所述研磨层表面上的正投影轨迹呈波浪形，且该波浪形的正投影轨迹符合简谐运动的运动轨迹。本专利技术还提供一种上述化学机械研磨垫的制备方法，包括：提供一多孔的阳极氧化铝模板；将所述阳极氧化铝模板置于硅烷溶液中，自组装修饰硅烷单分子层于所述阳极氧化铝模板的表面；在所述自组装修饰后的阳极氧化铝模板表面旋涂预聚物和交联剂形成聚合物膜；剥离移出所述聚合物膜，得到具有多个所述微突起结构的聚合物膜；对具有所述微突起结构的聚合物膜表面开槽处理，形成所述研磨层；及压合所述研磨层与基底，形成所述化学机械研磨垫。根据本专利技术的一个实施方式，所述自组装修饰硅烷单分子层的处理时间为10～30min。根据本专利技术的一个实施方式，所述阳极氧化铝模板的制备方法包括：对99.999％的超纯铝片进行预处理；将所述预处理后的铝片置于电解槽阳极，于电解液中进行阳极氧化处理，即得所述阳极氧化铝模板。根据本专利技术的一个实施方式，所述预处理包括退火、除油、除氧化层及电化学抛光。根据本专利技术的一个实施方式，所述氧化处理包括：第一步氧化：反应电压为30～600V，反应温度为0～20℃，进行氧化处理10～30h；去除氧化层：采用酸性混合液将所述第一步氧化处理后形成的氧化层去除；第二步氧化：所述去除氧化层后，进行第二步氧化处理10～48h，反应电压为30～600V，反应温度为0～20℃。根据本专利技术的一个实施方式，还包括将所述第二步氧化处理后的铝片置于0.1-0.5M的酸溶液中进行酸处理，得所述阳极氧化铝模板。根据本专利技术的一个实施方式，所述电解液选自磷酸、草酸和硫酸中的一种或多种。根据本专利技术的一个实施方式，所述去除氧化层中，所述酸性混合液为铬酸和磷酸的混合液。根据本专利技术的一个实施方式，所述去除氧化层的反应温度为40～100℃，反应时间5-10h。根据本专利技术的一个实施方式，所述硅烷选自十八烷基三氯硅烷、11-氨基十一烷基三乙氧基硅烷、11-溴代十一烷基三氯硅烷和11-氨基十一烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种。根据本专利技术的一个实施方式，所述预聚物为聚氨酯；所述交联剂选自固化多胺、固化多元醇和固化醇胺的一种或多种；所述预聚物和交联剂的质量比为10：1至15：1。根据上述技术方案的描述可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过利用多孔阳极氧化铝(AAO)为模板，采用纳米复制技术(nano-replicationtechnology)制备出新型的表面拥有可调控纳米阵列结构的化学机械研磨垫。采用该研磨垫在研磨过程中可使晶圆(wafer)表面能够均匀受力，大大降低了刮伤产生的概率；此外，还可以有效使研磨液均匀分散，提高了所处理晶圆表面的均一性；由于该化学研磨垫所具有的特殊表面，增大了其和晶圆的接触面积，并能承载更多的研磨液，从而提高了研磨速率。本专利技术的化学机械研磨垫的制备方法工艺简单，批次间重复性好，大大提高了所处理晶圆之间的均一性(wafertowaferuniformity)。附图说明为了让本专利技术实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，且仅用于图示说明的目的。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。图1为本专利技术一个实施方式的化学机械研磨垫在化学机械研磨过程中的示意图；图2为图1中虚线部分的局部放大图；图3为本专利技术一个实施方式的化学机械研磨垫的部分研磨层表面的示意图；图4-图8示出了本专利技术一个实施方式的化学机械研磨垫的制备工艺各阶段示意图；图9-图11分别示出了具有三种不同沟槽形状的研磨垫俯视图。其中，附图标记说明如下：1：化学机械研磨垫2：研磨液3：晶圆101：硅烷单分子层102：聚合物膜11：研磨层12：基底13：微突起结构D：微突起结构的直径L：相邻微突起结构之间的间距H：微突起结构的高度具体实施方式以下内容提供了许多不同实施例或范例，以实现本专利技术实施例的不同部件。以下描述组件和配置方式的具体范例，以简化本专利技术实施例。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本专利技术实施例。本专利技术实施例可在各个范例中重复参考标号和/或字母。此重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非用于指定所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。在本专利技术实施例中形成一部件在另一部件上、连接至另一部件、和/或耦接至另一部件，其可包含形成此部件直接接触另一部件的实施例，并且也可包含形成额外的部件介于这些部件之间，使得这些部件不直接接触的实施例。再者，为了容易描述本专利技术实施例的一个部件与另一部件之间的关系，在此可以使用空间相关用语，举本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械研磨垫，包括：基底及形成于所述基底上的研磨层，其中所述研磨层的表面具有：多个均匀有序分布的微突起结构；多个沟槽，形成于多个所述微突起结构之间；其中，所述研磨层表面的孔隙率为30％～50％。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械研磨垫，包括：基底及形成于所述基底上的研磨层，其中所述研磨层的表面具有：多个均匀有序分布的微突起结构；多个沟槽，形成于多个所述微突起结构之间；其中，所述研磨层表面的孔隙率为30％～50％。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，相邻的所述微突起结构之间的间距为0.3um～11um。3.根据权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述微突起结构的高度为100um～300um。4.根据权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述微突起结构的直径为0.5um～20um。5.根据权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述多个沟槽在所述研磨层表面上的正投影轨迹呈波浪形，且该波浪形的正投影轨迹符合简谐运动的运动轨迹。6.一种权利要求1～5中任一项所述的化学机械研磨垫的制备方法，包括：提供一多孔的阳极氧化铝模板；将所述阳极氧化铝模板置于硅烷溶液中，自组装修饰硅烷单分子层于所述阳极氧化铝模板的表面；在所述自组装修饰后的阳极氧化铝模板表面旋涂预聚物和交联剂形成聚合物膜；剥离移出所述聚合物膜，得到具有多个所述微突起结构的聚合物膜；对具有所述微突起结构的聚合物膜表面开槽处理，形成所述研磨层；及压合所述研磨层与基底，形成所述化学机械研磨垫。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述自组装修饰硅烷单分子层的处理时间为10～30min。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化铝模板的制备方法包括：对99.999％的超纯铝片进行预处理；将所述预处理后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼，蔡长益，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34