CN203542340U

CN203542340U - 一种化学机械研磨垫

Info

Publication number: CN203542340U
Application number: CN201320649958.4U
Authority: CN
Inventors: 唐强; 马智勇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-10-21

Abstract

本实用新型提供一种化学机械研磨垫，所述化学机械研磨垫至少包括：研磨垫本体和位于所述研磨垫本体上的若干沟槽，所述沟槽截面为若干同心圆环，位于研磨垫中部的沟槽的横截面为直角U型，位于研磨垫边缘的沟槽的横截面为倒直角梯形。所述倒直角梯形沟槽的深度h₁和直角U型沟槽的深度h₂的大小根据需要设定。将研磨垫边缘的沟槽设计为倒直角梯形，即可以保持研磨液在倒直角梯形沟槽里面流通顺畅，提高了研磨的速率，又有利于研磨副产物的顺畅排除，可以提高研磨的质量；根据需要设计位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽的深度h₁和位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂，可以选择性地提高晶圆中部或者边缘的研磨速率。

Description

一种化学机械研磨垫

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺设备领域，特别是涉及一种化学机械研磨垫。

背景技术

化学机械研磨也被成为化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization，CMP）或者化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）。在半导体制造工艺中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术，在表面平坦化的过程中，控制晶片表面厚度的均匀性非常重要，因为只有没有高度落差的平坦表面才能避免曝光散射，而达成精密的图案转移；同时，晶片表面厚度的均匀性也将会影响到电子器件的电性能参数，厚度不均匀会使同一晶片上制作出的器件性能产生差异，影响成品率。

随着半导体制造工艺的发展，化学机械抛光被认为是目前唯一能提供晶片全局和局部平坦化的工艺技术。化学机械抛光工艺已被广泛用于层间介质、金属层（如钨栓塞、铜连线）、浅沟槽隔离的去除和平整，成为半导体制造工艺中发展最快的领域之一。图1a为现有技术中的化学机械研磨装置示意图。如图1a所示，所述化学机械研磨装置包括一研磨头1a，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆1b附着在研磨头1a上，晶圆1b的待研磨面向下并接触旋转的研磨垫本体1，研磨头1a提供的下压力将晶圆1b紧压在研磨垫本体1上，研磨垫本体1粘贴在研磨平台1d上，当研磨平台1d在马达的带动下旋转时，研磨头1a也进行相应的旋转运动；同时，含有化学反应物和研磨颗粒的研磨液1c也被同时滴加在研磨垫本体1上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫本体1上。晶片1b和研磨垫本体1之间通过自身旋转及晶片1b在研磨垫本体1上的水平运动，利用晶片1b表面沉积层与研磨垫本体1和研磨液1c之间的机械作用和化学作用，达到沉积层的去除和平坦化。另外，为了使研磨垫表面性能持续保持良好，一般会使用修整器来对研磨垫进行修整。

图1b为现有技术中的研磨垫示意图。如图1b所示，该研磨垫结构至少包括：研磨垫本体1和设置在所述研磨垫本体1上的若干沟槽13，所述沟槽13为多个以研磨垫本体1中心为圆心的同心圆环，且沟槽13之间的间距是相等的，即沟槽13均匀地分布在研磨垫本体1上。抛光的时候，所需的研磨液1c通过沟槽13分布在研磨垫本体1上以供晶片1b抛光使用。图1c为图1b沿AA’方向的截面图。由图1c可知，该研磨垫中的沟槽13的横截面为直角U型。现有技术中，将研磨垫的沟槽13设计为直角U型沟槽，由于其内层的角度为直角，分布在直角U型沟槽里面的研磨液就会被局限在特定的沟槽内，除了表面的研磨液以外，直角U型沟槽内部的研磨液都不能得以顺畅的流通，这就大大影响了研磨的速率。同时，研磨过程带有残留物的研磨废液也很容易被留在直角U型沟槽内，废液中的残留物在进一步的研磨过程中会对晶圆表面造成划伤，严重影响了研磨的质量。另外，在现有技术中，位于研磨垫中心和边缘的沟槽13的深度相同，由于在研磨过程中，研磨垫本体1随着研磨平台1d旋转，研磨垫本体1边缘的线速度远远大于其中心的线速度，这就会使得分布在边缘的研磨液在未被充分利用的情况下就被甩出，导致研磨液的利用率不高，进而造成研磨成本的升高；同时，研磨垫本体1边缘的研磨液被甩出，使得边缘的研磨液相较于中心较少，这就使得边缘的研磨不充分，影响了整个晶圆研磨的均匀性。

因此，提供一种改进型的化学机械研磨垫非常必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨垫，用于解决现有技术中由于沟槽横截面均为矩形而导致的研磨液流通不顺畅，影响研磨速率；研磨废液不能及时排出，影响研磨质量的问题以及由于研磨垫中心和边缘分布的沟槽之间的间距相同而导致的研磨液利用率不高，晶圆研磨的均匀性不好的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种化学机械研磨垫，所述化学机械研磨垫至少包括：

具有旋转中心的研磨垫本体，其由底层和表层两层构成；

设于所述表层内的、用于分布抛光液的若干沟槽，所述沟槽截面为若干以研磨垫本体的旋转中心为圆心的同心圆环；位于研磨垫中部的沟槽的横截面为直角U型；位于研磨垫边缘的沟槽的横截面为倒直角梯形。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述位于研磨垫边缘、横截面为倒直角梯形的沟槽远离旋转中心的一侧为斜边。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形的深度h₁小于位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为3～8密耳，上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为5～12密耳。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述直角U型沟槽的深度h₁为5～10密耳，宽度d₃为5～10密耳。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形的深度h₁大于位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为5～10密耳，上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为8～15密耳。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述直角U型沟槽的深度h₁为3～8密耳，宽度d₃为5～10密耳。

作为本实用新型的化学机械研磨垫的一种优选方案，所述位于研磨垫中部的直角U型沟槽为20～25条；所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽为3～5条。

如上所述，本实用新型的化学机械研磨垫，具有以下有益效果：将研磨垫边缘的沟槽设计为倒直角梯形，即可以保持研磨液在研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽里面流通顺畅，提高了研磨的速率，又有利于研磨副产物的顺畅排除，可以提高研磨的质量；根据需要设计位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽的深度h₁和位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂，由于较深的沟槽中能够堆积大量的研磨液原液，这样就可以根据需要来设定倒直角梯形沟槽的深度h₁和直角U型沟槽的深度h₂的大小，选择性地提高晶圆中部或者边缘的研磨速率；另外，对于厚度不均匀的晶圆，也可以根据此方法选择沟槽深度不同的研磨垫对其进行研磨，而提高其厚度的均匀性。

附图说明

图1a显示为现有技术中的化学机械研磨装置示意图。

图1b显示为现有技术中的研磨垫示意图。

图1c显示为图1b沿AA’方向的截面图。

图2a显示为本实用新型的化学机械研磨垫示意图。

图2b显示为图2a沿AA’方向的截面图。

图2c显示为本实用新型另一实施例中的化学机械研磨垫示意图。

元件标号说明

1a 研磨头

1b 晶片

1c 研磨液

1d 研磨平台

1、2 研磨垫本体

11、21 底层

12、22 表层

13、23 沟槽

231 倒直角梯形沟槽

232 直角U型沟槽

h₁ 倒直角梯形沟槽深度

h₂ 直角U型沟槽深度

d₁ 倒直角梯形沟槽上宽

d₂ 倒直角梯形沟槽下宽

d₃ 直角U型沟槽宽度

L 倒直角梯形沟槽斜边长

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图2a至图2c。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中部”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

请参阅图2a至图2b，本实用新型提供一种化学机械研磨垫，所述化学机械研磨垫至少包括：具有旋转中心的研磨垫本体2，其由底层21和位于所述底层21上方的表层22两层构成；设于所述表层内的、用于分布抛光液的若干沟槽23。

所述研磨垫本体2的旋转中心也是研磨垫本体的圆心。所述研磨垫本体2覆盖于一研磨平台上，所述研磨平台带动研磨垫本体2以设定的转速旋转。所述研磨垫本体2可以是单层或双层结构。其中，单层结构的研磨垫为硬质研磨垫，用以直接与研磨液一起研磨置于其上的晶圆；双层结构的研磨垫上层为研磨垫表层，其为硬质研磨垫，与研磨液一起研磨置于其上的晶圆；下层为研磨垫底层，其为软质研磨垫，可作为研磨平台和研磨垫本体的界面。本实施例中，所述研磨垫本体2为双层结构。

所述沟槽23设于所述研磨垫本体2用于研磨的表层22中，研磨时研磨液在离心力的作用下均匀分布于研磨垫本体2与晶圆表面之间。

本实施例中，所述化学机械研磨垫中的沟槽23的横截面形状不尽相同，位于研磨垫边缘的沟槽23的横截面为倒直角梯形，位于研磨垫中部的沟槽23的横截面为直角U型。具体的，位于研磨垫边缘、横截面为倒直角梯形的倒直角梯形沟槽231的斜边可以设计在远离旋转中心的一侧，也可以设计在靠近旋转中心的一侧，本实施例中，优选地将倒直角梯形沟槽231的斜边设计在远离旋转中心的一侧。将研磨垫边缘的沟槽23设计成倒直角梯形，即可以保持研磨液在研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231里面流通顺畅，提高了研磨的速率，又有利于研磨副产物的顺畅排除，可以提高研磨的质量。

需要说明的是，本实施例中，位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231的深度h₁可以小于位于研磨垫中部的直角U型沟槽232的深度h₂，更为优选地，所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为3～8密耳（1密耳=25μm），上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为5～12密耳；所述直角U型沟槽的深度h₁为5～10密耳，宽度d₃为5～10密耳。将位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231的深度h₁设计的小于位于研磨垫中部的直角U型沟槽232的深度h₂，使得研磨垫中部拥有较深的直角U型沟槽232，较深的直角U型沟槽232能够堆积大量的研磨液原液，这样就可以提高晶圆中部的研磨速率。该边缘倒直角梯形沟槽231深度较浅、中部直角U型沟槽232深度较深的研磨垫优选地适用于机台特性为研磨盘中部性能不够好的研磨机台，或者优选地适用于研磨中部性能不够好，需要进一步研磨的晶圆。

本实施例中，所述沟槽23是以研磨垫本体2的旋转中心为圆心的至少两个同心圆环，以保证其至少同时拥有倒直角梯形沟槽231和直角U型沟槽232两种沟槽结构。优选地，分布于研磨垫中部的直角U型沟槽232可以为20～25条，分布于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231可以为3～5条。

实施例二

本实施例中，位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231的深度h₁可以大于位于研磨垫中部的直角U型沟槽232的深度h₂，如图2c所示。更为优选地，所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为5～10密耳，上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为8～15密耳；所述直角U型沟槽的深度h₁为3～8密耳，宽度d₃为5～10密耳。将位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽231的深度h₁设计的大于位于研磨垫中部的直角U型沟槽232的深度h₂，使得研磨垫边缘拥有较深的倒直角梯形沟槽231，较深的倒直角梯形沟槽231能够堆积大量的研磨液原液，这样就可以提高晶圆边缘的研磨速率。该边缘倒直角梯形沟槽231深度较深、中部直角U型沟槽232深度较浅的研磨垫优选地适用于机台特性为研磨盘边缘性能不够好的研磨机台，或者优选地适用于研磨边缘性能不够好，需要进一步研磨的晶圆。

综上所述，本实用新型提供一种化学机械研磨垫，将研磨垫边缘的沟槽设计为倒直角梯形，即可以保持研磨液在研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽里面流通顺畅，提高了研磨的速率，又有利于研磨副产物的顺畅排除，可以提高研磨的质量；根据需要设计位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽的深度h₁和位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂，由于较深的沟槽中能够堆积大量的研磨液原液，这样就可以根据需要来设定倒直角梯形沟槽的深度h₁和直角U型沟槽的深度h₂的大小，选择性地提高晶圆中部或者边缘的研磨速率；另外，对于厚度不均匀的晶圆，也可以根据此方法选择沟槽深度不同的研磨垫对其进行研磨，而提高其厚度的均匀性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种化学机械研磨垫，其特征在于，所述化学机械研磨垫至少包括：

具有旋转中心的研磨垫本体，其由底层和表层两层构成；

2.根据权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述位于研磨垫边缘、横截面为倒直角梯形的沟槽远离旋转中心的一侧为斜边。

3.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形的深度h₁小于位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂。

4.根据权利要求3所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为3～8密耳，上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为5～12密耳。

5.根据权利要求3所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述直角U型沟槽的深度h₁为5～10密耳，宽度d₃为5～10密耳。

6.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形的深度h₁大于位于研磨垫中部的直角U型沟槽的深度h₂。

7.根据权利要求6所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述倒直角梯形沟槽的深度h₁为5～10密耳，上宽d₁为6～15密耳，下宽d₂为5～10密耳，斜边长L为8～15密耳。

8.根据权利要求6所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述直角U型沟槽的深度h₁为3～8密耳，宽度d₃为5～10密耳。

9.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨垫，其特征在于：所述位于研磨垫中部的直角U型沟槽为20～25条；所述位于研磨垫边缘的倒直角梯形沟槽为3～5条。