CN106607749B - 一种阻挡型化学机械研磨垫及研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阻挡型化学机械研磨垫及研磨装置，涉及半导体技术领域。包括：研磨垫底层；位于研磨垫底层上的研磨垫表层，其中，所述研磨垫表层中设置有以研磨垫的中心为圆心，同心地布置的多个间隔的圆环形沟槽；以及设置在每个所述沟槽中分别靠近所述沟槽两侧侧壁的多个第一阻挡块和多个第二阻挡块。本发明的阻挡型化学机械研磨垫具有以下优点：1、可以提高研磨垫上的研磨液副产物的去除效率及研磨液的更新，确保晶圆研磨质量。2、在研磨垫中间部分加深沟槽能有效提高晶圆中心区域的研磨速率，因为沟槽内研磨液存储多。3、比较显著的降低微米级刮伤。4、局部阻挡块在局部阻挡了研磨液流速，使其不易于快速流失，达到降低生产成本的目的。

Description

一种阻挡型化学机械研磨垫及研磨装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种阻挡型化学机械研磨垫及研磨装置。

背景技术

化学机械研磨也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，简称CMP)。CMP的研磨装置包括一研磨头，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆附着在研磨头上，该晶圆的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将该晶圆紧压到研磨垫上，研磨垫是粘贴于研磨平台上，当该研磨平台在马达的带动下旋转时，研磨头也进行相应运动；同时，研磨液通过研磨液供应单元输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上。

化学机械研磨是作为半导体制造工艺中的关键工艺，其工艺质量对于器件性能的好坏起着至关重要的作用，研磨质量的好坏主要体现在以下几方面：研磨液副产物的去除效率、研磨均匀性以及研磨划伤等。

因此，有必要提出一种新的化学机械研磨垫，提高化学机械研磨的研磨质量。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提供一种化学机械研磨垫，包括：

研磨垫底层；

位于研磨垫底层上的研磨垫表层，其中，所述研磨垫表层中设置有以研磨垫的中心为圆心，同心地布置的多个间隔的圆环形沟槽；

以及设置在每个所述沟槽中分别靠近所述沟槽两侧侧壁的多个第一阻挡块和多个第二阻挡块。

进一步地，所述第一阻挡块靠近其所在沟槽的位于研磨垫外圈的侧壁，所述第二阻挡块靠近其所述沟槽的位于研磨垫内圈的侧壁。

进一步地，所述多个第一阻挡块环绕其所在沟槽的侧壁一周并间隔设置，且位于同一沟槽中的每个所述第二阻挡块与相邻第一阻挡块之间的间隔对应。

进一步地，所述第一阻挡块和所述第二阻挡块的尺寸不同。

进一步地，所述第一阻挡块的尺寸大于所述第二阻挡块的尺寸。

进一步地，位于每个所述沟槽中的所述第二阻挡块的尺寸相同。

进一步地，位于研磨垫外圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸大于位于研磨垫中圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸，且位于研磨垫中圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸大于位于研磨垫内圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸。

进一步地，相邻所述圆环形沟槽之间的间距范围为80～100μm，所述研磨垫表层的高度范围为100～120μm。

进一步地，所述第一阻挡块完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凸圆弧面，与该凸圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且所述凸形曲面与所述凸圆弧面相交；

所述第二阻挡块完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凹圆弧面，与该凹圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且该凸形曲面与所述凹圆弧面相交。

进一步地，位于研磨垫外圈的所述第一阻挡块的宽度范围为55～60μm，高度范围为60～65μm。

进一步地，位于研磨垫中圈的所述第一阻挡块的宽度范围为45～50μm，高度范围为50～55μm。

进一步地，位于研磨垫内圈的所述第一阻挡块的宽度范围为35～40μm，高度范围为40～45μm。

进一步地，每个所述第二阻挡块的宽度范围为25～30μm，高度范围为30～35μm。

进一步地，位于研磨垫外圈的所述第一阻挡块的长度范围为150～160μm，相邻所述第一阻挡块之间的间距范围为12～15mm。

进一步地，位于研磨垫外圈的所述第二阻挡块的长度范围为80～100μm，相邻所述第二阻挡块之间的间距范围为5～8mm。

进一步地，位于研磨垫内圈的所述第一阻挡块的长度范围为100～120μm，相邻所述第一阻挡块之间的间距范围为8～10mm。

进一步地，位于研磨垫内圈的所述第二阻挡块的长度范围为80～100μm，相邻所述第二阻挡块之间的间距范围为5～8mm。

进一步地，所述研磨垫表层中的所述圆环形沟槽的数量范围为25～30个，所述研磨垫的直径范围为50～55cm。

进一步地，所述第一阻挡块和所述第二阻挡块与所述研磨垫表层具有相同的材质。

本发明实施例二还提供一种研磨装置，其包括前述的化学机械研磨垫。

综上所述，本发明的阻挡型化学机械研磨垫具有以下优点：

1、可以提高研磨垫上的研磨液副产物的去除效率及研磨液的更新，确保晶圆研磨质量。

2、在研磨垫中间部分加深沟槽能有效提高晶圆中心区域的研磨速率，因为沟槽内研磨液存储多。

3、比较显著的降低微米级刮伤。

4、局部阻挡块在局部阻挡了研磨液流速，使其不易于快速流失，达到降低生产成本的目的。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了本发明的一实施例中的设置有圆环形沟槽的研磨垫的剖面示意图；

图2示出了根据本发明一实施例中的在圆环形沟槽中设置有阻挡块的研磨垫的剖面示意图；

图3示出了根据本发明一实施例中的在圆环形沟槽中设置有阻挡块的研磨垫的相关尺寸标注；

图4示出了根据本发明一实施例中的研磨垫的俯视图以及对应俯视图中的相关尺寸标注。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

下面，参照图1至图4来描述本发明实施例提出的研磨垫的具体结构。其中，图1示出了本发明的一实施例中的设置有圆环形沟槽的研磨垫的剖面示意图，图2示出了根据本发明一实施例中的在圆环形沟槽中设置有阻挡块的研磨垫的剖面示意图，图3示出了根据本发明一实施例中的在圆环形沟槽中设置有阻挡块的研磨垫的相关尺寸标注，图4示出了根据本发明一实施例中的研磨垫的俯视图以及对应俯视图中的相关尺寸标注。

如图1所示，根据本发明实施例的阻挡型化学机械研磨垫10包括：研磨垫底层100，位于研磨垫底层上的研磨垫表层101，其中，所述研磨垫表层101中设置有以研磨垫的中心为圆心，同心地布置的多个间隔的圆环形沟槽102。

示例性地，所述研磨垫表层101中的所述圆环形沟槽102的数量范围为25～30个，所述研磨垫10的直径范围为50～55cm。上述尺寸和圆环形沟槽的数量仅是示例性地，其他合适的数值也可适用于本发明。

可选地，所述第一阻挡块和所述第二阻挡块与所述研磨垫表层具有相同的材质。

根据本发明实施例的阻挡型化学机械研磨垫10包括：设置在每个所述沟槽102中分别靠近所述沟槽102两侧侧壁的多个第一阻挡块103b和多个第二阻挡块103a，如图2所示。

在一个示例中，如图2所示所述第一阻挡块103b靠近其所在沟槽102的位于研磨垫10外圈的侧壁，所述第二阻挡块103a靠近其所述沟槽102的位于研磨垫10内圈的侧壁。

在研磨垫沟槽内部设置有和研磨垫相同材料的阻挡块，用以阻挡研磨液104的流动,这样可以使得研磨液104在研磨垫上停留时间更长,有效的提高了研磨速率，及降低了研磨液104流失。

示例性地，所述第一阻挡块103b和所述第二阻挡块103a的尺寸不同。进一步，所述第一阻挡块103b的尺寸大于所述第二阻挡块103a的尺寸。进一步地，位于每个所述沟槽102中的所述第二阻挡块103a的尺寸相同。

在所有沟槽设置的靠近其所述沟槽102的位于研磨垫10内圈的侧壁的第二阻挡块103a，可以相对减少研磨液流失。

其中，从研磨垫10的外圈到内圈第一阻挡块103b的尺寸可越来越小。在一个示例中，如图2所示，位于研磨垫10外圈的每个沟槽102中的所述第一阻挡块103b的尺寸大于位于研磨垫10中圈的每个沟槽102中的所述第一阻挡块103b的尺寸，且位于研磨垫10中圈的每个沟槽102中的所述第一阻挡块103b的尺寸大于位于研磨垫10内圈的每个沟槽102中的所述第一阻挡块103b的尺寸。

值得注意的是，尽管图2中仅示出了具有三圈沟槽102的情况，但本发明的沟槽102的数量并不仅限于此，还可以包括更多或者更少的沟槽。

研磨垫内圈和外圈沟槽中的第一阻挡块尺寸不一可以起到以下作用：

1).外圈第一阻挡块较内圈第一阻挡块尺寸大，因为研磨垫在研磨过程中高速旋转，外圈较内圈线速度大，沟槽内研磨液流动较内圈快，本发明的沟槽中阻挡块的设计可以有使研磨垫内外圈沟槽内研磨液流动速度相当，有效地稳定了研磨速率，也提高了产品研磨均匀性。

2).所有沟槽中设置有第二阻挡块，尺寸大小相同，可以相对减少研磨液流失。

参考图3和图4，对本发明实施例中的阻挡型化学机械研磨垫的相关尺寸进行说明。

如图3所示，a1、a2、a3表示相邻所述圆环形沟槽102之间的间距，其范围为80～100μm，h1表示研磨垫表层101的高度，其范围为100～120μm。

b1、b2表示位于研磨垫10外圈的所述第一阻挡块103b的宽度，其范围可以为55～60μm，h2表示位于研磨垫10外圈的所述第一阻挡块103b的高度，其范围可以为60～65μm。

c1、c2表示位于研磨垫10中圈的所述第一阻挡块103b的宽度，其范围为45～50μm，h3表示其高度，范围为50～55μm。

d1、d2表示位于研磨垫10内圈的所述第一阻挡块103b的宽度，其范围为35～40μm，h4表示其高度，范围为40～45μm。

另外，e1、e2、e3、e4、e5、e6表示第二阻挡块103a的宽度，其范围为25～30μm，h5表示第二阻挡块103a的高度，范围为30～35μm。

如图4所示，w1表示位于研磨垫外圈沟槽1022中的所述第一阻挡块103b的长度，其范围为150～160μm，w2表示研磨垫外圈沟槽1022中的相邻所述第一阻挡块之间的间距，其范围为12～15mm。

另外，w3表示位于研磨垫外圈沟槽1022中的所述第二阻挡块103a的长度，其范围为80～100μm，w4表示位于研磨垫外圈沟槽1022中的相邻所述第二阻挡块之间的间距范围为5～8mm。

w5表示位于研磨垫内圈沟槽1021中的所述第一阻挡块103b的长度，其范围为100～120μm，w6表示相邻所述第一阻挡块103b之间的间距，其范围为8～10mm。

w7表示位于研磨垫内圈沟槽1021中的所述第二阻挡块103a的长度，其范围为80～100μm，w8表示相邻所述第二阻挡块之间的间距，其范围为5～8mm。

上述尺寸仅是示例性地，其他合适的尺寸也可适用于本发明的研磨垫。

值得注意的是，在设置每个沟槽中的第一阻挡块时，相邻第一阻挡块之间的间距可以均相等，也可不等，同理，在设置每个沟槽中的第二阻挡块时，相邻第二阻挡块之间的间距可以均相等，也可不等。

进一步，所述多个第一阻挡块环绕其所在沟槽的侧壁一周并间隔设置，且位于同一沟槽中的每个所述第二阻挡块与相邻第一阻挡块之间的间隔对应。

示例性地，如图4所示，所述第一阻挡块103b完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凸圆弧面，与该凸圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且所述凸形曲面与所述凸圆弧面相交。

所述第二阻挡块103a完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凹圆弧面，与该凹圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且该凸形曲面与所述凹圆弧面相交。

值得注意的是，第一阻挡块和第二阻挡块的形状还可以为其他合适的形状，只要能够起到阻挡研磨液的流动的作用即可。

综上所述，本发明的阻挡型化学机械研磨垫具有以下优点：

1、可以提高研磨垫上的研磨液副产物的去除效率及研磨液的更新，确保晶圆研磨质量。

2、在研磨垫中间部分加深沟槽能有效提高晶圆中心区域的研磨速率，因为沟槽内研磨液存储多。

3、比较显著的降低微米级刮伤。

4、局部阻挡块在局部阻挡了研磨液流速，使其不易于快速流失，达到降低生产成本的目的。

实施例二

本发明实施例二还提供一种包括实施例一中的阻挡型化学机械研磨垫的研磨装置。

由于该化学机械研磨垫具有优异的功能和效果，因此包含该研磨垫的研磨装置也可具有同样的功能和效果。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (20)

1.一种阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，包括：

研磨垫底层；

位于研磨垫底层上的研磨垫表层，其中，所述研磨垫表层中设置有以研磨垫的中心为圆心，同心地布置的多个间隔的圆环形沟槽；

以及设置在每个所述沟槽中分别靠近所述沟槽两侧侧壁的多个第一阻挡块和多个第二阻挡块，其中，外圈所述第一阻挡块比内圈所述第一阻挡块的尺寸大。

2.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述第一阻挡块靠近其所在沟槽的位于研磨垫外圈的侧壁，所述第二阻挡块靠近其所述沟槽的位于研磨垫内圈的侧壁。

3.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述多个第一阻挡块环绕其所在沟槽的侧壁一周并间隔设置，且位于同一沟槽中的每个所述第二阻挡块与相邻第一阻挡块之间的间隔对应。

4.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述第一阻挡块和所述第二阻挡块的尺寸不同。

5.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述第一阻挡块的尺寸大于所述第二阻挡块的尺寸。

6.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于每个所述沟槽中的所述第二阻挡块的尺寸相同。

7.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫外圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸大于位于研磨垫中圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸，且位于研磨垫中圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸大于位于研磨垫内圈的每个沟槽中的所述第一阻挡块的尺寸。

8.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，相邻所述圆环形沟槽之间的间距范围为80～100μm，所述研磨垫表层的高度范围为100～120μm。

9.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述第一阻挡块完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凸圆弧面，与该凸圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且所述凸形曲面与所述凸圆弧面相交；

所述第二阻挡块完全贴合其所在沟槽侧壁的面为凹圆弧面，与该凹圆弧面相对的外表面为凸形曲面，且该凸形曲面与所述凹圆弧面相交。

10.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫外圈的所述第一阻挡块的宽度范围为55～60μm，高度范围为60～65μm。

11.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫中圈的所述第一阻挡块的宽度范围为45～50μm，高度范围为50～55μm。

12.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫内圈的所述第一阻挡块的宽度范围为35～40μm，高度范围为40～45μm。

13.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，每个所述第二阻挡块的宽度范围为25～30μm，高度范围为30～35μm。

14.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫外圈的所述第一阻挡块的长度范围为150～160μm，相邻所述第一阻挡块之间的间距范围为12～15mm。

15.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫外圈的所述第二阻挡块的长度范围为80～100μm，相邻所述第二阻挡块之间的间距范围为5～8mm。

16.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫内圈的所述第一阻挡块的长度范围为100～120μm，相邻所述第一阻挡块之间的间距范围为8～10mm。

17.根据权利要求2所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，位于研磨垫内圈的所述第二阻挡块的长度范围为80～100μm，相邻所述第二阻挡块之间的间距范围为5～8mm。

18.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述研磨垫表层中的所述圆环形沟槽的数量范围为25～30个，所述研磨垫的直径范围为50～55cm。

19.根据权利要求1所述的阻挡型化学机械研磨垫，其特征在于，所述第一阻挡块和所述第二阻挡块与所述研磨垫表层具有相同的材质。

20.一种研磨装置，其特征在于，包括如权利要求1至19任一项所述的化学机械研磨垫。