NL1010252C2

NL1010252C2 - Borgring voor gebruik in een chemisch-mechanische polijstmachine en fabricageproces met gebruikmaking hiervan.

Info

Publication number: NL1010252C2
Application number: NL1010252A
Authority: NL
Inventors: Juen-Kuen Lin; Chien-Hsin Lai; Peng-Yih Peng; Kun-Lin Wu; Daniel Chiu; Chih-Chiang Yang; Juan-Yuan Wu; Hao-Kuang Chiu
Original assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-05-01
Also published as: NL1010252A1; DE19839086B4; DE19839086A1; FR2767735B1; FR2767735A1

Description

BORGRING VOOR GEBRUIK IN EEN CHEMISCH-MECHANISCHE POLIJSTMACHINE EN FABRICAGEPROCES MET GEBRUIKMAKING HIERVAN 5

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

1. Gebied van de uitvinding 10 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op halfgeleiderfabricagetechnologieën, en op een verbeterde structuur voor de borgring die wordt gebruikt op de polijstkop van een chemisch-mechanische polijst(CMP)-machine om een halfgeleiderwafel in zijn positie te borgen terwijl het CMP-proces wordt uitgevoerd. Meer in het bijzonder betreft de onderhavige uitvinding een borgring voor gebruik in een chemisch-mechanische 15 polijst-machine, omvattende een veelheid slurry-doorgangen die zich uitstrekken van een binnenste oppervlak naar een buitenste oppervlak van de borgring.

2. Beschrijving van de stand van de techniek 20 Een dergelijke borgring is bekend uit Amerikaanse octrooien US-A-5,695,392 en US-A-5,749,771.

Bij halfgeleiderfabricages wordt de chemisch-mechanische polijsttechniek (CMP-techniek) op brede schaal gebruikt voor de globale planarisatie van halfgeleiderwafels die worden gebruikt voor de fabricage van geïntegreerde schakelingen met VLSI (zeer-grote-25 schaal-integratie) en ULSI (ultra-grote-schaal-integratie).

Figuren IA en 1B zijn schema's die een conventionele CMP-machine tonen. De CMP-machine omvat een polijsttafel 10 waarop een polijst-contacteervlakje 12 gelaagd is aangebracht, een polijstkop 14 om een halfgeleiderwafel 16 in zijn positie te houden, en een mondstuk 18 voor het toevoeren van een massa slurry aan de halfgeleiderwafel 16 30 tijdens het CMP-proces.

Figuur 1C toont een respectief aanzicht van de structuur binnen de polijstkop 14. Zoals getoond omvat de polijstkop 14 een luchtdrukmiddel 20 die luchtdruk toevoert aan een wafellaadinrichting 22 die wordt gebruikt om de wafel 16 vast te houden. Bovendien 1010251 2 is een borgring 24 rond de laadinrichting 22 en de wafel gemonteerd, die de wafel 16 in gefixeerde positie kan borgen tijdens het CMP-proces. Bovendien is een kussenvlak (niet getoond) tussen de wafel 16 en de laadinrichting 22 geplaatst.

Figuren 2A-2B tonen een conventionele structuur voor de borgring 24. Door de 5 borgringstructuur van de figuren 2A-2B wordt de slurry voor het polijsten onder de polijstkop 14 toegevoerd, dat wil zeggen over het oppervlak van een wafel die moet worden gepolijst. Zonder een geschikte leiding of doorgang van de borgkop wordt de slurry echter niet uniform verdeeld over het oppervlak van de wafel. Gebleken is dat de slurry niet vloeiend over het wafeloppervlak kan circuleren. Derhalve worden nadelen 10 zoals een groot wafelrand-uitsluitgebied, een lage afValverwijdersnelheid, een inefficiënt gebruik van de slurry, en een gereduceerde levensduur van het kussenvlak veroorzaakt. De resulterende oppervlaktevlakheid van de wafel na het ondergaan van een CMP-proces met gebruikmaking van de borgring van de figuren 2A-2B is getoond in figuur 3. De grafiek van figuur 3 toont de dikte van de wafel in verhouding tot de verscheidene punten 15 van een rechte lijn die door het rotatiemiddelpunt van de wafel loopt. Uit de grafische voorstelling die in figuur 3 is getoond is te zien dat de vlakheid niet geheel bevredigend is. De standaardafwijking van de dikte-data is circa 5,06%.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

20

Het is daarom een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een nieuwe borgring te verschaffen voor gebruik op de polijstkop van een CMP-machine.

Deze doelstelling wordt bereikt met een borgring van de bij aanhef gedefinieerde soort, waarbij de borgring verder tenminste één rond pad omvat dat de 25 slurrydoorgangen tussen een binnenste perimeter en een buitenste perimeter van de borgring kruist.

De nieuwe borgring in de CMP-machine maakt het mogelijk dat de toegevoerde slurry uniformer over het oppervlak van een wafel wordt verdeeld. Derhalve worden de hierboven vermelde problemen die ontstaan door gebruik te maken van de conventionele 30 CMP-machine, zoals een groot wafelrand-uitsluitgebied, een lage afValverwijdersnelheid, een inefficiënt gebruik van de slurry, en een gereduceerde levensduur van het kussenvlak, opgelost.

Overeenkomstig de bovenstaande en andere doelstellingen van de onderhavige 1010252 3 uitvinding wordt een borgring voor gebruik op de polijstkop van een CMP-machine verschaft. De borgring omvat een veelheid slurrydoorgangen die zijn gevormd aan de bodemrand van de borgring. De slurry-doorgangen liggen althans nagenoeg op gelijke afstanden van elkaar, en elk van de slurrydoorgangen is radiaal op zodanige wijze schuin 5 geplaatst dat deze een scherpe invalhoek ten opzichte van de slurry-buitenkant van de borgring vormt wanneer de borgring snel ronddraait.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een borgring gevormd met een veelheid rechte groeven die op gelijke afstand van elkaar zijn aangebracht rond de bodem van de borgring. Elk van de rechte groeven is radiaal op 10 zodanige wijze geheld dat deze een scherpe invalhoek vormt ten opzichte van de slurry aan de buitenkant van de borgring wanneer de borgring snel ronddraait.

De ligging van de rechte groeven op gelijke afstand van elkaar bewerkstelligt dat de slurry vanuit alle radiale richtingen in het binnenste van de borgring wordt getrokken, waardoor de slurry uniform over de wafel verspreid kan worden die aan de binnenkant 15 van de borgring wordt vastgehouden. Verder maakt de voorziening van het ronde pad het mogelijk dat de slurry hierin wordt gebufferd en hierin circuleert, waardoor die randgedeelten van de wafel die zich dicht bij de binneneinden van de rechte groeven bevinden een gebufferde stroom slurry kunnen ontvangen.

In een nog verdere uitvoeringsvorm zijn de slurry-doorgangen ontworpen met een 20 geleidelijk wijder wordend pad voor slurry van een inlaat naar een uitlaat daarvan, een diffüsiehoek tussen 0° tot 10°, en een invalhoek φι die is berekend aan de hand van de vergelijking: x sin©, = — 1 1 25 waarbij x de minimum afstand tussen een raaklijn van een inlaatpunt en een raaklijn van een uitlaatpunt is, en 1 een padlengte van elk van de slurrydoorgangen is. Het is een andere doelstelling van de uitvinding een fabricageproces voor een wafel te verschaffen. De wafel wordt geplanariseerd door een CMP-werkwijze met gebruikmaking van de 30 CMP-machine met een nieuwe borgring om een veel betere vlakheid te verkrijgen.

Om de doelstellingen van de uitvinding te bereiken is tevens een fabricageproces verschaft. Om een wafel te planariseren die een depositielaag daarop heeft, wordt de 1010252 4 wafel aangebracht binnen een polijstkop, waarbij de depositielaag omlaag naar de polijsttafel is gericht. De wafel wordt geborgd binnen de polijstkop door een borgring, en de borgring omvat een veelheid slurry-doorgangen. Een slurry wordt toegevoerd vanuit een sluriy-toevoerinrichting via de borgring om gelijk verdeeld te worden over de 5 depositielaag. Het polijstslib roteert en de polijstkop draait snel rond, en om de doelstelling van de uitvinding te bereiken is tevens een fabricageproces verschaft.

In een andere uitvoeringsvorm is een chemisch-mechanisch proces verschaft. Een depositielaag wordt gevormd op een wafel. Een chemisch-mechanisch proces wordt uitgevoerd op de depositielaag met gebruikmaking van een chemisch-mechanische 10 polijstmachine met een borgring die een veelheid slurry-doorgangen aan de bodem daarvan heeft.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

15 De uitvinding kan beter worden begrepen door het lezen van de volgende gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen, waarbij wordt verwezen naar de begeleidende tekeningen.

Figuur IA is een schematisch bovenaanzicht van een CMP-machine voor het uitvoeren van een CMP-proces op een halfgeleiderwafel; 20 Figuur 1B is een schematische dwarsdoorsnede van de CMP-machine van figuur IA;

Figuur 1C is een dwarsdoorsnede die een gedetailleerde binnenstructuur van de polijstkop toont die wordt gebruikt op de CMP-machine van de figuren IA en 1B;

Figuur 2A is een schematisch bovenaanzicht van een conventionele borgring die 25 wordt gebruikt op de polijstkop van figuur 1C;

Figuur 2B is een schematisch onderaanzicht van de conventionele borgring van figuur 2A;

Figuur 3 is een grafiek, die de resulterende vlakheid toont van de halfgeleiderwafel na het ondergaan van een CMP-proces met gebruikmaking van de 30 conventionele borgring van de figuren 2A-2B;

Figuur 4A is een schematisch bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de borgring volgens de uitvinding;

Figuur 4B is een schematisch onderaanzicht van de borgring van figuur 4A: 1010252 5

Figuur 5A is een schematisch bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van de borgring volgens de uitvinding;

Figuur 5B is een schematisch bovenaanzicht van de borgring van figuur 5A;

Figuur 6 is een grafiek, die de resulterende vlakheid toont van de 5 halfgeleiderwafel na het ondergaan van een CMP-proces met gebruikmaking van de borgring van de figuren 4A-4B;

Figuur 7 is een grafiek, die de resulterende vlakheid toont van de halfgeleiderwafel na het ondergaan van een CMP-proces met gebruikmaking van de borgring van de figuren 4A-4B; 10 Figuren 8A en 8B zijn een bovenaanzicht en een zijaanzicht van een borgring in een derde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding;

Figuur 8C is een schematische dwarsdoorsnede van de slurry-doorgang;

Figuren 9A tot en met 9D tonen het mechanisme van de slurry-stroming;

Figuur 10 is een schematisch bovenaanzicht van een vierde uitvoeringsvorm van 15 de borgring volgens de uitvinding;

Figuren 11A tot en met 11B tonen dwarsdoorsneden van het proces voor het planariseren van een depositielaag op een wafel;

Figuren 12A tot en met 12B zijn dwarsdoorsneden die een terugetsproces tonen; en 20 Figuren 13A tot en met 13D zijn dwarsdoorsneden die een werkwijze tonen voor het fabriceren van een ondiepe-geul-isolatie door gebruikmaking van de chemisch-mechanische machine die in de uitvinding is verschaft.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN

25 VOORKEURSUITVOERINGSVORMEN

Overeenkomstig de uitvinding is een verbeterde structuur van een borgring verschaft. De verbeterde structuur van de borgring maakt het mogelijk dat de slurry die wordt geleverd voor het polijsten van de wafel gelijkmatig over de wafel wordt verdeeld.

30 Een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt hieronder beschreven met verwijzing naar de figuren 4A-4B.

Eerste uitvoeringsvorm

Figuur 4A is een schematisch bovenaanzicht van de borgring 40 in de eerste 1010252 6 uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, en figuur 4B is een schematisch onderaanzicht van de borgring 40 die in figuur 4A is getoond. De binnendiameter van de borgring 40 varieert van 4 inch tot 12 inch, of nog groter dan 12 inch. Aangezien de borgring 40 echter dient voor het borgen van een halfgeleiderwafel tijdens het CMP-proces, hangt 5 daarom de daadwerkelijke binnendiameter van de borgring 40 af van de grootte van de wafel die gepolijst moet worden. Zoals getoond in figuur 4B is de borgring 40 gevormd met een veelheid slurrypaden, -doorgangen of -leidingen 42. De slurrydoorgangen 42 kunnen worden gevormd als groeven onder de borgring, kanalen of buizen door de borgringen, of uitsparingen in een andere vorm. In deze uitvoeringsvorm worden rechte 10 groeven gebruikt, die met althans nagenoeg gelijke hoekintervallen op afstand van elkaar rond de borgring 40 liggen. Elk van deze slurrydoorgangen 42 is op zodanige wijze onder een hoek met betrekking de radius georiënteerd dat zijn buitenste einde zijn binnenste einde in hoekpositie brengt met betrekking tot de rotatierichting van de borgring 40. Terwijl een polijstproces wordt uitgevoerd, draait de borgring 40 snel rond met een 15 snelheid zoals die vereist is, en worden deze slurrydoorgangen 42 georiënteerd met een scherpe invalhoek ten opzichte van de slurry die wordt toegevoerd van buiten de borgring 40. Derhalve circuleert de slurry vloeiend over het oppervlak van de wafel binnen de borgring 40 door de toevoer via de borgring 40 met behulp van de slurrydoorgangen 42. In het geval van figuur 4B bijvoorbeeld toont de oriëntatie van de rechte groeven 42 dat 20 de borgring 40 snel ronddraait in de richting tegen de wijzers van de klok in. Het zal duidelijk zijn dat de vakman de slurrydoorgangen 42 op een andere wijze zou kunnen aanbrengen zodat de borgring 40 in de richting van de wijzers van de klok mee zou ronddraaien tijdens het polijsten. In deze uitvoeringsvorm heeft elk van de slurrydoorgangen 42 een breedte van 0,05-0,3mm (millimeter) en een diepte van 25 2~4mm. De daadwerkelijke breedte en diepte van deze slurrydoorgangen zou verschillend kunnen zijn, overeenkomstig de specifieke eisen voor het polijstproces. De wijze van het op gelijke afstand plaatsen van de sluny-doorgangen 42 maakt het mogelijk dat de slurry met een althans nagenoeg gelijke hoeveelheid vanuit alle radiale richtingen naar binnen in de borgring 40 wordt getrokken, waardoor de slurry uniform 30 over het oppervlak van de wafel kan worden verspreid.

De resulterende vlakheid van een wafel na het ondergaan van een CMP-proces met gebruikmaking van de borgring van de figuren 4A-4B is getoond in de figuren 6 en 7. De vlakheid wordt gemeten in termen van de diktewaarden langs een rechte lijn die 101025a 7 door het middelpunt van de wafel loopt. Uit de grafieken van de figuren 6 en 7 is te zien dat de vlakheid van de wafelmonsters significant beter is dan de vlakheid van de wafel die in figuur 3 is getoond met gebruikmaking van de borgring uit de stand van de techniek van de figuren 2A-2B. De standaardafwijking van de dikte is 0,92% in het geval 5 van figuur 6 en 1,38% in het geval van figuur 7, die beide significant beter zijn dan de standaardafwijking van 5,06% in het geval van figuur 3. Aangezien echter, zoals getoond in figuur 7, de randgedeelten van de wafel nabij de binnenste einden van de slurrydoorgangen 42 de grootste hoeveelheid slurry zouden ontvangen vergeleken met andere delen van de wafel, is het polijsteffect veel significanter dan andere delen. 10 Dientengevolge is de dikte van de randgedeelten nabij de slurrydoorgangen significant minder dan die van andere delen van de wafel.

Tweede uitvoeringsvorm

Figuur 5A is een schematisch bovenaanzicht van de tweede uitvoeringsvorm van de borgring 50 volgens de uitvinding, en figuur 5B is een schematisch onderaanzicht van 15 de borgring 50 die is getoond in figuur 5A.

Zoals getoond in figuur 5B is het ontwerp van de slurrydoorgangen 52 van de borgring 50 in deze uitvoeringsvorm identiek met de vorige uitvoeringsvorm. Dat wil zeggen, deze slurrydoorgangen 52 hebben een vorm van althans nagenoeg op gelijke afstand van elkaar liggende rechte groeven. Elk van deze slurrydoorgangen 52 is op een 20 soortgelijke wijze als de vorige uitvoeringsvorm georiënteerd en op soortgelijke wijze gevormd met een breedte van 0,1 mm en een diepte van 2~4mm. Opnieuw hangen de breedte en diepte van de slurrydoorgangen 52 af van de specifieke eisen aan het polijstproces. In de onderhavige uitvoeringsvorm is tenminste één ronde uitgediepte ring 54, bijvoorbeeld een ronde groef, gevormd aan het bodemvlak van de borgring 50 tussen 25 de buitenste perimeter en binnenste perimeter van de borgring 50, die alle rechte groeven 52 kruist. De ronde uitgediepte ring 54 functioneert als een bufferring. De slurry die naar binnen is getrokken door de sluny-doorgangen 52 wordt gedeeltelijk gebufferd en circuleert in de ronde uitgediepte ring 54, waardoor die randgedeelten van de wafel die zich nabij de binnenste einden van de slurry-doorgangen 52 bevinden slechts een deel 30 van de slurry kunnen ontvangen. Derhalve wordt het polijsteffect dat wordt verkregen van de vorige uitvoeringsvorm, dat wil zeggen een gelijkmatig en uniform geplanariseerd oppervlak van de wafel, verkregen zonder dunnere randgedeelten te vormen. De ronde uitgediepte ring 54 heeft een soortgelijke afmeting van de slurrydoorgangen 52, dat wil 1010252 8 zeggen een breedte van circa 0,05-0,3 mm en een diepte van circa 2~4 mm.

De bovenstaande twee uitvoeringsvormen gaan uit van een kwalitatief gezichtspunt. Met de vorming van de slurrydoorgangen of zelfs met de ronde buffergroef die de slurrydoorgangen kruist, wordt een veel beter geplanariseerd effect bereikt. In de 5 bovenstaande uitvoeringsvormen zijn echter de parameters zoals de gedetailleerde vorm van de slurrydoorgangen, de invalhoek, dat wil zeggen de hoek tussen de middenlijn van de slurrydoorgang en de raaklijn, en de difiusiehoek nooit besproken. In de volgende uitvoeringsvormen wordt een kwantitatief gezichtspunt genomen. De parameters die de slurry-stroming bepalen worden beschouwd.

10 Derde uitvoeringsvorm

Een schematisch bovenaanzicht van een borgring is getoond als figuur 8A. In deze uitvoeringsvorm zijn twaalf slurrydoorgangen 82 gevormd aan de bodem van de borgring 80. Het zal duidelijk zijn dat de vakman een ander aantal slurrydoorgangen kan selecteren overeenkomstig de specifieke eisen tijdens bepaalde polijstprocessen. 15 Beschouw een borgring 80 met een buitendiameter van 25,40 cm en een binnendiameter van 22,86 cm, waarbij de breedte van de borgring 80 derhalve 25,40 cm - 22,86 cm = 2,54 cm is. De vorming van de slurrydoorgangen 82 maakt het mogelijk dat de slurry in de borgring stroomt en over het oppervlak wordt verdeeld van de wafel die gepolijst moet worden. Zoals hierboven vermeld kunnen de slurrydoorgangen 82 de vorm hebben 20 van buizen, groeven, kanalen of geleidingsgaten die door de gehele breedte van de borgring 80 heen dringen. De centrale hoek tussen twee opeenvolgende (twee aangrenzende) slurrydoorgangen 82 is aangeduid als θι, en de invalhoek van elke slurrydoorgang 82 is aangeduid als φι. Aangenomen wordt dat de diameter van het binnenste eind van de slurrydoorgang 82 d2 is, terwijl de diameter van het buitenste einde 25 di is. Figuur 8B toont een schematisch zijaanzicht van de borgring 80 met de slurrydoorgangen 82 in een vorm van geleidingsgaten.

Bij het tekenen van een middenlijn door de middenpunten van één slurrydoorgang 82 wordt een difiusiehoek <p2 gedefinieerd als de hoek tussen de middenlijn en één perimeter van de slurrydoorgang 82.

30 Figuren 9A tot en met 9D illustreren het mechanisme van het polijstproces met gebruikmaking van de borgring 80 die is getoond in de figuren 8A tot en met 8C. Aangenomen wordt dat de polijsttafel 90 roteert met een hoeksnelheid ω \ en de afstand tussen het midden van de polijsttafel 90 en het midden van de polijstkop 94 7t is. Hierbij 1010252 9 draait de polijstkop 94 snel rond met een hoeksnelheid ωι met een radius r2. Zoals getoond in figuur 9A roteert, als de hoek tussenTi en de j-as is Θ3 en de hoek tussen 72 en de j-as is θ4, elk willekeurig punt op de perimeter van de polijstkop 90 derhalve met een snelheid Vh. De snelheid kan derhalve worden berekend als: 5

Vh =ωλ x(rx +F2)+672 xF2 = (r, <y, cos <93 + r2<y, cos <94 + r2 ω2 cos ΘΑ )i - (rx ωχ sin θ3 + r2 ωχ sin θ4 + r2 ω2 sin θ4 )j = Ai + Bj (1)

Figuur 9B toont de beweging van de borgring 80. Het zal duidelijk zijn dat de beweging 10 van de borgring 80 synchroon is met de polijstkop 94 die is getoond in figuur 9A.

Wanneer wordt beschouwd dat de slunydoorgangen worden gevormd met hun middenlijn langs de richting van de snelheid van de borgring 80, dan is, aan de hand van de bovenstaande vergelijking, de richting van de snelheid Vh, dat wil zeggen de invalhoek van de slurrydoorgang: 15 ^=tan"'¥ (2)

Voor een borgring 80 die een minimum afstand van 1,25 cm tussen de raaklijn van het inlaatpunt en de raaklijn van het uitlaatpunt heeft, en een lengte van de slurrydoorgang 20 van 1, geldt: 1,25 sinp,=— (3)

De slurrydoorgang kan derhalve worden ontworpen volgens de parameters die zijn 25 afgeleid van de bovenstaande verhoudingen.

In figuur 9C is een slurrydoorgang met een smalle inlaat en een wijdere uitlaat getoond. Dat wil zeggen, de slurrydoorgang heeft een groter dwarsdoorsnedegebied van het binnenste einde dan van het buitenste einde. Met dit ontwerp wordt het pad van de 1010252 10 slunystroming geleidelijk wijder, en worden de positieve drukgradiënt en de afbuiging van de slunystroming gematigd. De slurry die via de slurrydoorgang wordt toegevoerd wordt derhalve groter. Zoals getoond in de figuur vertegenwoordigen Pi, Ai en Vj het drukgebied en dwarsdoorsnedegebied van de inlaat respectievelijk de 5 doorstroomsnelheid van de slunystroming aan de inlaat. Daarentegen vertegenwoordigen P2, A2 en V2 het drukgebied en dwarsdoorsnedegebied van de inlaat respectievelijk de doorstroomsnelheid van de slurrystroom aan de uitlaat. Beschouwd wordt dat de frictie tussen de slurry en de slurrydoorgang en de zwaartekracht van de slurry verwaarloosbaar is en dat de slurry onsamendrukbaar is. Als de diffusiehoek φ2 is en 1 de doorgangslengte 10 is, kan de Bemoulli-vergelijking worden gebruikt door de werveling van de slunystroming aan de inlaat, de versperring aan de uitlaat en elke eventueel aanwezige vibratie te negeren: P + ^ pV2 - P0 = const. (4) 15 waarbij P de druk is, p de dichtheid is en V de snelheid van de stroming is, en Po de stuwdruk is. Door het introduceren van de vergelijking (4) is de veerkrachtcoëfficiënt van druk Cp:

P -P P -P fv V

20 Cv = -2-- = 1—2-— = 1 — (5)

Ρο-t p0-p> UJ

Van de continuïteitsvergelijking: 25 A1V1=A2V2 (6)

De veerkrachtcoëfficiënt van de druk kan worden verkregen als:

( A V

Cp=\f (7) \Λ2 ) 30 1010252 11

Daarom geldt: hoe hoger Cp is, des te groter A1/A2 is. Bovendien, hoe groter de waarde van A1/A2 is, hoe wijder de diffusiehoek φ2 is, en wordt er verwacht dat de slurrystroming vloeiender is. Als echter de diffusiehoek 92 wordt verhoogd boven 10°, wordt een effect van stroomafbuiging 91 of een stroming met een stilstandsnelheid 93 5 geïnduceerd. Bovendien kan een inverse stroming 95 worden veroorzaakt, zodat het dwarsgebied is gereduceerd.

Door de bovenstaande uiteenzettingen zou men, om de slurrydoorgang te ontwerpen, de volgende factoren moeten beschouwen: (1) tan φ2, (2) tan φ2 < 10°, en (3) A2/A1. Bij een borgring 80 met een buitendiameter van 25,40 cm en een binnendiameter 10 van 22,86 cm, met verwijzing naar figuur 8A, is de diameter di van het buitenste dwarsdoorsnedegebied van slurrydoorgang circa 1 cm. Terwijl de diameter d2 van het binnenste dwarsdoorsnedegebied van de slurrydoorgang 82 circa 1,8 cm is. De centrale hoek èt tussen twee aangrenzende slurrydoorgangen 82 is circa 30°, en de diffusiehoek 02 van elke slurrydoorgang is circa 30°.

15 Vierde uitvoeringsvorm

Figuur 5A is een schematisch bovenaanzicht van de vierde uitvoeringsvorm van de borgring 100 overeenkomstig de uitvinding. Het ontwerp van de slurrydoorgangen 102 van de borgring 100 in deze uitvoeringsvorm is identiek met de derde uitvoeringsvorm. Deze slurrydoorgangen 102 hebben een vorm van althans nagenoeg op 20 gelijke afstanden van elkaar liggende groeven met een grotere dwarsdoorsnede in het binnenste einde en een kleinere dwarsdoorsnede in het buitenste einde, dat wil zeggen, een grotere uitlaat en een kleinere inlaat. Elk van deze slurrydoorgangen 102 is op een soortgelijke wijze als de vorige uitvoeringsvorm georiënteerd en gevormd. Opnieuw hangt de breedte en diepte van de slurrydoorgangen 102 af van de specifieke eisen voor 25 het polijstproces. Dat wil zeggen, de dimensies van de slurrydoorgangen 102 moeten worden bepaald door de factoren: (1) tan(p2, (2) tanq>2 < 10°, en (3) A2/A, die in de derde uitvoeringsvorm zijn geïntroduceerd. In deze uitvoeringsvorm is tenminste één rond pad 104, bijvoorbeeld een ronde groef, buis, kanalen, of geleidingsgat gevormd aan het bodemoppervlak van de borgring 100 tussen de buitenste perimeter en binnenste 30 perimeter van de borgring 100, die alle rechte groeven 102 kruisen. Het ronde pad 104 functioneert als een bufferring. De slurry die naar binnen wordt getrokken via de slurrydoorgangen 102 wordt gedeeltelijk gebufferd en circuleert in het ronde pad 104, waardoor deze randgedeelten van de wafel die grenzen aan de binnenste einden van de 1010252 12 slurrydoorgangen 102 slechts een deel van de slurry ontvangen. Derhalve wordt het gepolijste effect dat is verkregen van de vorige uitvoeringsvorm, dat wil zeggen een gelijkmatig en uniform geplanariseerd oppervlak van de wafel, verkregen zonder dunnere randgedeelten te vormen. Het ronde pad 104 heeft een soortgelijke dimensie van de 5 slurrydoorgangen 102.

Vijfde uitvoeringsvorm

In de halfgeleidertechniek is het chemisch-mechanisch polijsten de enige techniek die tot dusver een globale planarisatie in het fabricageproces van een op zeer grote schaal of op ultragrote schaal geïntegreerde schakeling kan bewerkstelligen. Het CMP-proces 10 kan in veel fabricageprocessen worden toegepast, bijvoorbeeld voor het planariseren van een oneffen oppervlak op een halfgeleidersubstraat om het navolgende proces te bevorderen, bijvoorbeeld voor het verkrijgen van een precieze uitrichting in het volgende fotolithografische etsproces. Voorbeelden voor het fabriceren van een halfgeleiderinrichting door gebruikmaking van CMP is getekend en beschreven in de 15 volgende paragraaf.

In figuur 11A is een halfgeleidersubstraat 100 verschaft, dat een oneffen oppervlak 110 heeft. Op het halfgeleidersubstraat 100 wordt een depositielaag 120 gevormd. De depositielaag 120 is derhalve gevormd met oneffen oppervlak als gevolg van het oneffen oppervlak 110 dat daaronder ligt. In de onderhavige uitvinding wordt een 20 CMP-machine gebruikt die de borgring met slurrydoorgangen omvat. De CMP-machine omvat een polijsttafel, een polijstkop die naar de polijsttafel is toegewend, en een slurrytoevoerinrichting die slurry toevoert aan de polijsttafel voor het polijsten. De borgring is aangebracht aan de bodemrand van de polijstkop. Terwijl het oppervlak van de depositielaag 120 naar de polijsttafel is toegewend, is het halfgeleidersubstraat 100 25 aangebracht binnen de polijstkop en is door de borgring geborgd. De depositielaag 120 wordt derhalve geplanariseerd. Het zal duidelijk zijn dat met de conventionele CMP-machine, als gevolg van de ongelijkmatig verdeelde slurry, de depositielaag 120 niet geplanariseerd kan worden met een effen oppervlak zoals verwacht. Door de sluny door de slurrydoorgangen van de borgring te leiden, of zelfs door het ronde pad, wordt de 30 slurry gelijkmatig verdeeld over het wafeloppervlak, dat wil zeggen het oppervlak van de depositielaag 120, en een uniform geplanariseerd oppervlak kan worden verkregen zoals getoond in figuur 11B.

Het CMP-proces kan tevens worden toegepast voor terugetsen, bijvoorbeeld voor 1010252 13 het vormen van een contactpen. In figuur 12A is een substraat 200 dat een opening 210 heeft verschaft. Een depositielaag 220 is gevormd op het substraat 200 en vult de opening 210. Om een contactpen binnen de opening te vormen wordt de depositielaag 220 dan teruggeëtst. Zeer vaak wordt een CMP-proces uitgevoerd voor het terugetsproces. Door 5 gebruikmaking van een CMP-machine met de borgring die is geïntroduceerd in de uitvinding, wordt een contactpen 220A met een zeer grote uniformiteit gevormd zoals getoond in figuur 12B.

Een ander specifiek en op brede schaal gebruikte toepassing voor het CMP-proces is de fabricage van een ondiepe-geul-isolatie. Een werkwijze voor het vormen van een 10 ondiepe-geul-isolatie is getoond als figuren 13A tot en met 13D. In figuur 13A is een contacteervlak-oxidelaag 302 met een dikte van circa 100 A tot 150 A gevormd op een substraat 300, bij voorkeur een siliciumwafel. Een maskerlaag 304, bijvoorbeeld een siliciumnitridelaag met een dikte van circa 1000 A tot 3000 A is gevormd om de contacteervlak-oxidelaag 302 te bedekken. Na het etsen door de maskerlaag 304, de 15 contacteervlak-oxidelaag 302, en het substraat 300, wordt een geul 306 gevormd met een diepte van circa 0,5 im.

In figuur 13B, langs zijwanden van de geëtste geul 306, wordt een voeringsoxidelaag 308 gevormd met een dikte die varieert van circa 150 A tot 200 A. Een isolatielaag 310 wordt gevormd om de maskerlaag 304 te bedekken en de geul 306 20 te vullen. Bij voorkeur wordt de isolatielaag 310 gevormd met een dikte van circa 9000 A tot 11000 A. Kenmerkend volgt gewoonlijk een verdichting om een verbeterde kwaliteit van de structuur te verkrijgen.

In figuur 13C wordt, met gebruikmaking van de maskerlaag 304 als een stoplaag, de isolatielaag 310 die in figuur 13B is getoond door middel van een CMP-proces 25 gepolijst om een isolatie-contactpen 310a te vormen. Door gebruik te maken van een conventionele CMP-machine, veroorzaken, aangezien de slurry niet gelijkmatig verdeeld over het oppervlak van de isolatielaag 310 kan worden toegevoerd, de deeltjes die zich in de slurry bevinden microkrassen of andere defecten. Met de vorming van deze microkrassen en defecten is het waarschijnlijk dat in het navolgende proces een 30 brugvormings- of elektrisch kortsluitingseffect optreedt. Het rendement van producten wordt verslechterd.

Volgens de uitvinding is een CMP-machine verschaft die een borgring met slurrydoorgangen heeft. Het substraat 300 wordt geborgd binnen de borgring met 1010252 14 slurrydoorgangen. Tijdens het polijsten is de isolatielaag 310 (figuur 13B) omlaag gericht naar een polijst-contacteervlakje op een polijsttafel van de CMP-machine om een isolatie-contactpen 310a te vormen zoals getoond in figuur 13C. Aangezien de polijstslurry gelijkmatig en uniform verdeeld over de isolatielaag 310 is toegevoerd, 5 wordt de isolatie-contactpen 310a gevormd met een uniforme structuur zonder microkrassen of defecten. Met gebruikmaking van een conventionele werkwijze wordt de maskerlaag 304 verwijderd, zodat de ondiepe-geul-isolatie is gevormd.

De uitvinding is beschreven met gebruikmaking van bij wijze van voorbeeld gegeven voorkeursuitvoeringsvormen. Het zal echter duidelijk zijn dat de reikwijdte van 10 de uitvinding niet is beperkt tot de geopenbaarde uitvoeringsvormen. In tegendeel, het is de bedoeling dat de uitvinding verscheidene modificaties en soortgelijke inrichtingen dekt. Aan de reikwijdte van de conclusies moet daarom de breedste interpretatie worden toegekend zodat deze alle modificaties en soortgelijke inrichtingen omvat.

, -. ^ -.'Ί. Γ* 't~,' \ ü ; u-a

Claims

1. Borgring voor gebruik in een chemisch-mechanische polijst-machine, omvattende: 5 een veelheid sluny-doorgangen die zich uitstrekken van een binnenste oppervlak naar een buitenste oppervlak van de borgring, met het kenmerk, dat de borgring (40) verder tenminste één rond pad (54) omvat dat de slurrydoorgangen (42) tussen een binnenste perimeter en een buitenste perimeter van de borgring kruist.

2. Borgring volgens conclusie 1, waarbij de slurry-doorgangen (42) op althans 10 nagenoeg gelijke afstanden van elkaar liggen.

3. Borgring volgens conclusie 1, waarbij de sluny-doorgangen (42) radiaal zodanig zijn geheld, dat ze een scherpe invalhoek ten opzichte van de slurry-stroming buiten de borgring (40) vormen.

4. Borgring volgens conclusie 1, waarbij de borgring (40) een binnendiameter gorter 15 dan 4 inch heeft.

5. Borgring volgens conclusie 1, waarbij de borgring (40) tien slurrydoorgangen (42) omvat.

6. Borgring volgens conclusie 1, waarbij de slurry-doorgangen (45) elk zijn gevormd met een breedte van 0,05-0,3 mm en een diepte van 2-4 mm.

7. Borgring volgens conclusie 2, waarbij de slurry een direct pad door de slurry doorgangen (42) heeft.

8. Borgring volgens conclusie 1, waarbij het ronde pad (54) is gevormd met een breedte van 0,05-0,3 mm en een diepte van 2-4mm.

9. Borgring volgens conclusie 1, waarbij elk van de slurry-doorgangen (42) een 25 geleidelijk wijder wordend pad voor slurry hebben van een inlaat naar een uitlaat daarvan.

10. Borgring volgens conclusie 9, waarbij de slurry-doorgangen (42) zijn ontworpen met difïusiehoek tussen 0° tot 10°, en een invalhoek φι die is berekend aan de hand van de vergelijking: 30 j. x sin ώ, = — 1 1 - ·. v' r· f) ·· ^ ï 1 *·.- -J ai, waarbij x de minimum afstand tussen een raaklijn van een inlaatpunt en een raaklijn van een uitlaatpunt is, en 1 een padlengte van elk van de slurrydoorgangen (42) is.

11. Borgring volgens conclusie 9, waarbij de slurrydoorgangen (42) elk een groter dwarsdoorsnedegebied van een binnenste einde hebben dan een dwarsdoorsnedegebied 5 van een buitenste einde.

12. Chemisch-mechanisch polijstmachine, omvattende: een polijsttafel; een polijst-contacteervlakje op de polijsttafel; een slurry-toevoerinrichting, voor het toevoeren van slurry aan de polijsttafel voor het 10 polijsten van een wafel; een polijstkop, om de wafel daarin aan te brengen; en een borgring volgens een van de conclusies 1 tot en met 11, aan de bodemrand van de polijstkop om de wafel te borgen; waarbij de wafel wordt geborgd door de borgring, waarbij het oppervlak hiervan dat moet worden gepolijst naar het polijst-contacteervlakje is gewend.

13. Chemisch-mechanisch polijstproces, voor het planariseren van een oppervlak van een wafel, omvattende: aanbrengen van de wafel binnen een polijstkop, waarbij het oppervlak omlaag naar de polijsttafel is gewend; borgen van de wafel binnen de polijstkop door een borgring volgens een van de 20 conclusies 1 t/m 11; toevoeren van slurry vanuit een slurry-toevoerinrichting, waarbij de slurry gelijkmatig wordt verdeeld over de depositielaag door de slurry-doorgangen van de borgring; en roteren van de polijsttafel en snel rondraaien van de polijstkop.

14. Werkwijze voor het fabriceren van een ondiepe-geul-isolatie in een substraat, omvattende: vormen van een maskerlaag op het substraat, waarbij de maskerlaag een opening heeft die een deel van het substraat blootlaat; verwijderen van een deel van het blootgelaten substraat om een geul te vormen 30 met gebruikmaking van de maskerlaag als een masker; vormen van een isolatielaag over het substraat en vullen van de geul; en gebruik maken van een chemisch-mechanische polijstmachine volgens conclusie 12. 1010252