CN110253423A - 一种研磨垫 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体制造领域，具体地涉及一种研磨垫。本申请提供一种研磨垫，所述研磨垫的研磨面包括：一个以上凹部，用于在研磨晶圆时容纳研磨液；一个以上凸部，用于研磨晶圆，所述凸部与所述凹部交替排列，其中，至少一个所述凸部内包括中空结构。本申请提供的一种研磨垫，通过在所述凸部中形成中空结构，在所述中空结构内填充研磨液，随着研磨工艺的进行，所述中空结构中的研磨液参与研磨，增加了研磨液与晶圆的接触面积占比率，稳定了CMP工艺的研磨速率和效率。

Description

一种研磨垫

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，具体地涉及一种研磨垫。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是半导体工艺流程中非常重要的一道工序。简单来说，化学机械研磨就是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。

CMP工艺中最重要的两个部分是研磨垫和研磨液，研磨垫用于研磨晶圆，而研磨液可以与晶圆表面产生反应来增加研磨的效率。研磨垫是进行化学机械研磨的关键部件，研磨垫的机械性能如硬度，弹性，表面粗糙度，表面沟槽的密度及分布情况等将会对晶圆的平整度造成重要影响。在CMP工艺中，先将研磨液填充在研磨垫的凹部中，并提供高转速的条件，让晶圆在高速旋转下和研磨垫与研磨液中的粉粒作用，同时控制下压的压力等其它参数，即可完成CMP工艺。

图1为一种研磨垫的结构示意图。其中，图1(a)为进行研磨工艺前的研磨垫，所述研磨垫的凹部110内充满所述研磨液，进行研磨工艺时，研磨头下压，晶圆接触所述研磨垫和研磨液，所述研磨垫和研磨液研磨所述晶圆。图1(b)为进行研磨工艺后的研磨垫，由于所述晶圆和研磨头对所述研磨垫的打磨和挤压作用，所述研磨垫的凸部120越来越薄，研磨垫的凹部110越来越浅，凹部110内存储的研磨液越来越少，研磨速率和效率也随之逐渐下降。因此有必要开发一种新的研磨垫来稳定CMP工艺的研磨速率和效率。

发明内容

本申请提供一种研磨垫，可以稳定CMP工艺的研磨速率和效率。

本申请的一个方面提供一种研磨垫，所述研磨垫的研磨面包括：一个以上凹部，用于在研磨晶圆时容纳研磨液；一个以上凸部，用于研磨晶圆，所述凸部与所述凹部交替排列，其中，至少一个所述凸部内包括中空结构。

在本申请的一些实施例中，所述任意一个凸部内都包括所述中空结构。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构靠近所述凸部表面的一端横截面面积小于所述中空结构的另一端的横截面面积。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构的横截面面积从靠近所述凸部表面的一端至所述中空结构的另一端均匀增加。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构的纵截面为三角形或者梯形。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构远离所述凸部表面的一端与所述凹部的底端水平。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.2毫米。

在本申请的一些实施例中，所述凹部与所述凸部均匀交替分布。

在本申请的一些实施例中，所述凹部为槽、孔或者它们的组合。

在本申请的一些实施例中，所述凹部的槽为格状、环状、XY网格形、辐条形、螺旋形中的任意一种或者多种的组合。

在本申请的一些实施例中，所述凹部为一条以上呈同心圆环状分布的槽。

在本申请的一些实施例中，所述凹部的数量为80至120。

在本申请的一些实施例中，所述凹部的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.5毫米。

在本申请的一些实施例中，所述凹部之间的间距为0.5毫米至1毫米。

本申请提供的一种研磨垫，通过在所述凸部中形成中空结构，在所述中空结构内填充研磨液，随着研磨工艺的进行，所述中空结构中的研磨液参与研磨，增加了研磨液与晶圆的接触面积占比率，稳定了的研磨速率和效率。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为一种研磨垫的结构示意图。

图2为本申请实施例中一种研磨垫的结构示意图。

图3为本申请实施例中一种研磨垫的俯视图。

图4为本申请实施例中一种研磨垫在使用过程中随时间变化的结构示意图。

图5为CMP工艺中研磨速率与研磨垫使用时间之间的关系图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。

本申请所述实施例提供一种研磨垫，参考图2所示，所述研磨垫的研磨面包括：一个以上凹部110，用于在研磨晶圆时容纳研磨液；一个以上凸部120，用于研磨晶圆，所述凸部120与所述凹部110交替排列，其中，至少一个所述凸部120内包括中空结构130。

在本申请的一些实施例中，所述抛光垫通常是使用发泡式的多孔聚亚安酯制成。在本申请的一些实施例中，所述抛光液通常是将一些很细的氧化物粉末分散在水溶液中而制成。

在本申请的一些实施例中，所述任意一个凸部120内都包括所述中空结构130。在本申请的另一些实施例中，也可以只有部分所述至少一个凸部120内包括所述中空结构130。所述中空结构130在所述凸部120的分布情况可以根据需要的研磨速率设定，大体上可以按照需要的研磨速率越高，则形成有所述中空结构130的所述凸部120的数量越多。

在本申请的一些实施例中，当只有部分所述至少一个凸部120内包括所述中空结构130时，所述中空结构130均匀分布于至少一个所述凸部120中。

在进行CMP工艺时，所述凹部110和所述中空结构130内充满所述研磨液，研磨头下压，晶圆接触所述研磨垫和研磨液，所述研磨垫和研磨液开始研磨所述晶圆，随着所述CMP工艺的进行，所述研磨垫的凸部120逐步减薄，所述凹部110内能容纳的研磨液也逐步变少，然而随着所述凸部120的减薄，所述凸部120内的中空结构130被打开，所述被打开的中空结构130可用于容纳研磨液，提高了所述研磨垫的新凹部(原凹部110加上打开的中空结构130)的占比率，从而增加了所述研磨垫中容纳的研磨液的体积，稳定了CMP工艺的研磨速率和效率。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130靠近所述凸部120表面的一端横截面面积小于所述中空结构130的另一端的横截面面积。随着CMP工艺的进行，所述横截面积增大的中空结构130使所述研磨垫中新凹部的占比继续增大，增大了研磨液与被研磨晶圆的接触面积占比率，从而抵消随着CMP工艺的进行凹部110内容纳的研磨液不断减少引起的技术问题。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130的横截面面积从靠近所述凸部120表面的一端至所述中空结构130的另一端均匀增加。在所述凸部120内的中空结构130被打开后，随着所述CMP工艺的继续进行，由于所述中空结构130的横截面面积从靠近所述凸部120表面的一端至所述中空结构130的另一端均匀增加，因此所述研磨垫的新凹部的占比均匀增加，使研磨液与被研磨晶圆的接触面积占比率均匀增加，起到了稳定CMP工艺的研磨速率和效率的效果。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130的在纵向(垂直研磨面的方向)的截面为三角形或者梯形，可选的，所述中空结构130的在纵向的截面为等腰三角形或者等腰梯形。

参考图2所示，本申请所述实施例中的一种研磨垫的所述中空结构130的纵截面为梯形。在所述凸部120内的中空结构130被打开后，随着所述CMP工艺的继续进行，所述中空结构130被打开的面积逐渐增加，使研磨液与被研磨晶圆的接触面积占比率逐渐增加，进一步起到了稳定CMP工艺的研磨速率和效率的效果。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130远离所述凸部120表面的一端与所述凹部110的底端水平。在进行所述CMP工艺时，所述凹部110能容纳的研磨液越来越少，通常在所述凹部110容纳的研磨液接近为零时，更换使用新的研磨垫，因此如果所述中空结构130远离所述凸部120表面的一端超出所述凹部110的底端，当所述凹部110容纳的研磨液接近为零更换新的研磨垫时，所述中空结构130中还有研磨液，这样就浪费了这部分研磨液。如果所述中空结构130远离所述凸部120表面的一端没有达到所述凹部110的底端，则在所述凹部110容纳的研磨液还没有接近为零时，所述中空结构130中的研磨液已经耗尽，CMP工艺的研磨速率和效率会大幅下降，没有起到好的稳定CMO工艺的研磨速率和效率的效果。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.2毫米。由于所述中空结构130位于所述凸部120内，因此所述中空结构130的宽度以及高度要小于所述凸部120的宽度和高度。

图3为本申请实施例中一种研磨垫的俯视图。参考图3，所述凹部110为形成在所述研磨垫的研磨面的至少一条呈同心圆环状分布的槽，所述至少一条呈同心圆环状分布的槽的圆心与所述研磨面的圆心重合。

结合图2与图3，在本申请所述的实施例中，所述凹部110为纵截面为矩形的圆环结构，所述中空结构130为纵截面为梯形的的圆环结构。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130也可以为形成于所述凸部120内的多个圆台形状的孔。在本申请的一些实施例中，所述中空结构130也可以为形成于所述凸部120内的多个圆锥状的孔。

在本申请的一些实施例中，所述中空结构130可以是形成于所述凸部120内的其他任意形状的结构，只要当进行所述CMP工艺时，所述中空结构130被打开的面积可以随着工艺的进行而逐渐增加，起到稳定CMP工艺的研磨速率和效率的效果。

在本申请的一些实施例中，所述凹部110与所述凸部120均匀交替分布于所述研磨垫的研磨面。这样所述研磨垫可以对晶圆表面均匀的进行研磨，使所述晶圆表面更光滑。

在本申请的一些实施例中，所述凹部110可以为槽、孔或者它们的组合。

在本申请的一些实施例中，所述凹部110的槽也可以为其他形状，例如为格状、环状、XY网格形、辐条形、螺旋形，或者其中任意两种或者两种以上形状的组合。

在本申请所述的实施例中，所述凹部110的数量为80至120。

在本申请所述的实施例中，所述凹部110的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.5毫米。所述凹部110的宽度与所述中空结构130的宽度接近，这样当所述中空结构130被打开时，所述中空结构130被打开的面积不会明显大于所述凹部110的横截面积，不会导致研磨速率和效率的不稳定。

在本申请所述的实施例中，参考图3所示，所述凹部110之间的间距(即所述凸部120的宽度)为0.5毫米至1毫米。所述凸部120的宽度大于所述中空结构130的宽度，所述凸部120可以容纳所述中空结构130。

图4为本申请实施例中一种研磨垫在使用过程中随时间变化的结构示意图。为了更清晰地理解本申请的有益效果，参考图4(a)，在进行CMP工艺前，所述研磨垫的凹部110以及中空结构130内充满所述研磨液。

参考图4(b)，开始进行CMP工艺，研磨头下压，晶圆接触所述研磨垫和研磨液，所述研磨垫和研磨液开始研磨所述晶圆，随着所述CMP工艺的进行，所述研磨垫的凸部120逐步减薄，研磨垫的凹部110能容纳的研磨液也逐渐变少，研磨速率和效率也随之逐渐下降，然而随着所述凸部的减薄，所述凸部120内的中空结构130被打开，所述被打开的中空结构130可用于容纳研磨液，提高了所述研磨垫的新凹部(原凹部110加上打开的中空结构130)的占比率，从而增加了所述研磨垫中容纳的研磨液的体积，稳定了CMP工艺的研磨速率和效率。

参考图4(c)，在所述凸部120内的中空结构130被打开后，随着所述CMP工艺的继续进行，由于所述中空结构130的横截面面积从靠近所述凸部120表面的一端至所述中空结构130的另一端均匀增加，因此所述中空结构130被打开的面积逐渐增加，研磨液与被研磨晶圆的接触面积占比率逐渐增加，进一步起到了稳定CMP工艺的研磨速率和效率的效果。

图5为CMP工艺中研磨速率与研磨垫使用时间之间的关系图。需要注意的是，附图5仅仅是示意性地示出研磨速率随着研磨垫使用时间而变化的一种趋势，并不一定代表CMP工艺中研磨速率的实际变化。

图5(a)为使用传统研磨垫时研磨速率与研磨垫使用时间的关系图。随着研磨垫使用时间增加，所述研磨垫的凸部120逐步减薄，研磨垫的凹部110能容纳的研磨液也逐渐变少，研磨速率也随之逐渐下降，极大地影响CMP工艺效果。因此研磨速率随着研磨垫使用时间的增加逐步下降。

图5(b)为使用本申请所述研磨垫时研磨速率与研磨垫使用时间的关系图。在研磨垫使用的前一段时间，随着研磨垫使用时间增加，所述研磨垫的凸部120逐步减薄，研磨垫的凹部110能容纳的研磨液也逐渐变少，研磨速率和效率也随之逐渐下降，然而随着凸部120的逐步减薄，所述凸部120内的中空结构130被打开，所述被打开的中空结构130可用于容纳研磨液，提高了所述研磨垫的新凹部(原凹部110加上打开的中空结构130)的占比率，从而增加了所述研磨垫中容纳的研磨液的体积，稳定了CMP工艺的研磨速率和效率。因此研磨速率随着研磨垫时用时间的增加可以一直趋于稳定水平。

本申请提供的一种研磨垫，通过在凸部120中形成中空结构130，在所述中空结构130内填充研磨液，随着研磨工艺的进行，所述中空结构130中的研磨液参与研磨，增加了研磨液与晶圆的接触面积占比率，稳定了CMP工艺的研磨速率和效率。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。

应当理解，本实施例使用的术语″和/或″包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作″连接″或″耦接″至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。

还应当理解，术语″包含″、″包含着″、″包括″和/或″包括着″，在此使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本发明的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。

此外，通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (14)

1.一种研磨垫，其特征在于，所述研磨垫的研磨面包括：

一个以上凹部，用于在研磨晶圆时容纳研磨液；

一个以上凸部，用于研磨晶圆，所述凸部与所述凹部交替排列，其中，至少一个所述凸部内包括中空结构。

2.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述任意一个凸部内都包括所述中空结构。

3.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述中空结构靠近所述凸部表面的一端横截面面积小于所述中空结构的另一端的横截面面积。

4.如权利要求3所述研磨垫，其特征在于，所述中空结构的横截面面积从靠近所述凸部表面的一端至所述中空结构的另一端均匀增加。

5.如权利要求4所述研磨垫，其特征在于，所述中空结构的纵截面为三角形或者梯形。

6.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述中空结构远离所述凸部表面的一端与所述凹部的底端水平。

7.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述中空结构的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.2毫米。

8.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述凹部与所述凸部均匀交替分布。

9.如权利要求1所述研磨垫，其特征在于，所述凹部为槽、孔或者它们的组合。

10.如权利要求9所述研磨垫，其特征在于，所述凹部的槽为格状、环状、XY网格形、辐条形、螺旋形中的任意一种或者多种的组合。

11.如权利要求10所述研磨垫，其特征在于，所述凹部为一条以上呈同心圆环状分布的槽。

12.如权利要求11所述研磨垫，其特征在于，所述凹部的数量为80至120。

13.如权利要求11所述研磨垫，其特征在于，所述凹部的宽度为0.3毫米至0.5毫米，高度为0.5毫米至1.5毫米。

14.如权利要求11所述研磨垫，其特征在于，所述凹部之间的间距为0.5毫米至1毫米。