一种抛光垫及半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件的制造方法，该方法包括使用具有特定图案的抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序；本发明专利技术还公开了一种抛光垫，所述抛光垫包括抛光层，抛光层包括抛光表面和位于抛光表面上的抛光单元，抛光单元的一端形成接触表面，接触表面与被研磨材料直接接触；多个抛光单元分别组成第一部分和第二部分，第一部分沿第一个方向延伸并均匀间隔，第二部分沿与第一个方向平行的方向延伸并均匀间隔；并且，抛光层还具有凹坑，且包括第一部分凹坑和第二部分凹坑；本发明专利技术抛光垫限定抛光单元面积比，凹坑面积占比，体积比等参数在合适范围时，具有优异的综合性能。具有优异的综合性能。具有优异的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抛光垫及半导体器件的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体的化学机械抛光（CMP）领域，具体地，涉及一种对磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种进行抛光，且具有精心设计的表面图案结构的抛光垫及使用该抛光垫研磨半导体器件的制造方法。

技术介绍

[0002]在集成电路、其他电子器件和光学材料的制造加工过程中，会涉及到很多材料的抛光、减薄或者平坦化处理，其中应用最多的就是化学机械抛光。化学机械抛光的作用原理是在固定的抛光机台上，将研磨液作用与抛光垫上，抛光垫与被研磨材料表面接触，会发生化学反应，同时，抛光垫和被研磨材料在机台上做旋转运动，产生剪切的机械作用，化学作用和机械作用一起对被研磨材料进行抛光处理，以形成期望的图案结构。
[0003]因此抛光液的流动及分布、沟槽产生的机械作用力的分布等对化学机械抛光垫的性能具有决定的作用，而且对于不同的图案和材质，对以上这些因素的作用会有不同要求，人们在抛光垫的沟槽结构上进行了很多尝试。
[0004]西村秀树的CN1990183A公开了同心排列的环形沟槽与在径向上分布的直线形沟槽结合的沟槽设计，具有高抛光速率及极好的平面内一致性，但也没有公开具体的设计参数与抛光性能的关系。
[0005]J
·
V
·
阮等人的TW201904719A公开了非等腰梯形结构的凹槽，并说明了同心圆的沟槽结构是最流行的沟槽图案，并且认为非等腰梯形结构的抛光垫具有更佳的抛光效果。
[0006]现有技术中公开了多种形态的沟槽结构，但是对于具体的沟槽结构与抛光性能的关系以及如何优化并没有深入研究，而抛光性能的研究作为一个实验科学，具有复杂的因素之间的影响关系，在理论上的研究不是很充分，而抛光垫的设计对抛光垫的抛光性能至关重要，也直接影响了半导体器件的制造工艺。
[0007]本专利技术在抛光垫上设置排列的抛光单元，并且在抛光层上进行分布凹坑的设计，经过大量的实验研究，优化出具有优异综合抛光性能的抛光垫，可用于磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的化学机械抛光。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种半导体器件的制造方法，包括使用抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，所述抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括抛光表面和位于抛光表面上的抛光单元，抛光单元组成抛光单元群，抛光单元群的一端形成接触表面，接触表面与被研磨材料直接接触，每个抛光单元在接触表面的投影为平行四边形，所述平行四边形的两个方向记为第一方向和第二方向，平行四边形在第一方向和第二方向上的边长分别为L1和L2，第一方向和第二方向的夹角为θ，所述平行四边形的面积如下：S1=L1*L2*sinθ；多个抛光单元组成第一部分，第一部分的抛光单元在第一方向上延伸并均匀间
隔，多个抛光单元组成第二部分，第二部分的抛光单元与第一方向平行的方向延伸并均匀间隔，第一部分的抛光单元的间隔与第二部分的抛光单元的间隔相等，在第一方向上的间隔距离为W1；抛光单元由多个第一部分和第二部分组成，第一部分与第二部分的彼此之间的间隔相等，在第二方向上间隔距离为W2；RS1=L1*L2/((L1+W1)*(L2+W2))，RS1的范围为0.60
‑
0.98；所述抛光层还包括多个凹坑，所述多个凹坑包括：多个凹坑组成的第一凹坑组，第一凹坑组的凹坑在第三方向上延伸并均匀间隔，多个凹坑组成的第二凹坑组，第二凹坑组的凹坑在与第三方向平行的方向延伸并均匀间隔；所述第一凹坑组相邻凹坑的间距与第二凹坑组相邻凹坑的间距相同，在第三方向上的所述间距均为a；所述抛光层的凹坑由多个第一凹坑组和多个第二凹坑组组成，所述第一凹坑组与所述第二凹坑组相互平行；彼此距离相同，记为h；定义面积比Rt=St/a*h，其中，St表示单个凹坑在接触表面上投影的面积，Rt的范围为2
‑
20%；所述抛光单元具有平均高度为D1，所述D1为所述抛光层厚度的0.15
‑
0.8倍；所述凹坑的底面到所述接触表面的高度记为D2，D2≥D1；定义有效通道体积比Rv= Rt*D2/(1
‑
RS1)*D1，Rv的范围为0.5
‑
10。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供一种抛光垫，用于磁性基材、光学基材和半导体基材的抛光，包括抛光层，所述抛光层包括抛光表面和位于抛光表面上的抛光单元，抛光单元组成抛光单元群，抛光单元群的一端形成接触表面，接触表面与被研磨材料直接接触，每个抛光单元在接触表面的投影为平行四边形，所述平行四边形的两个方向记为第一方向和第二方向，平行四边形在第一方向和第二方向上的边长分别为L1和L2，第一方向和第二方向的夹角为θ，所述平行四边形的面积如下：S1=L1*L2*sinθ；多个抛光单元组成第一部分，第一部分的抛光单元在第一方向上延伸并均匀间隔，多个抛光单元组成第二部分，第二部分的抛光单元与第一方向平行的方向延伸并均匀间隔，第一部分的抛光单元的间隔与第二部分的抛光单元的间隔相等，在第一方向上的间隔距离为W1；抛光单元由多个第一部分和第二部分组成，第一部分与第二部分的彼此之间的间隔相等，在第二方向上间隔距离为W2；RS1=L1*L2/((L1+W1)*(L2+W2))，RS1的范围为0.60
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0.98；所述抛光层还包括多个凹坑，所述多个凹坑包括：多个凹坑组成的第一凹坑组，第一凹坑组的凹坑在第三方向上延伸并均匀间隔，多个凹坑组成的第二凹坑组，第二凹坑组的凹坑在与第三方向平行的方向延伸并均匀间隔；所述第一凹坑组相邻凹坑的间距与第二凹坑组相邻凹坑的间距相同，在第三方向上的所述间距均为a；
所述抛光层的凹坑由多个第一凹坑组和多个第二凹坑组组成，所述第一凹坑组与所述第二凹坑组相互平行；彼此距离相同，记为h；定义面积比Rt=St/a*h，其中，St表示单个凹坑在接触表面上投影的面积，Rt的范围为2
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20%；所述抛光单元具有平均高度为D1，所述D1为所述抛光层厚度的0.15
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0.8倍；所述凹坑的底面到所述接触表面的高度记为D2，D2≥D1；定义有效通道体积比Rv= Rt*D2/(1
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RS1)*D1，Rv的范围为0.5
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10。
[0010]根据本专利技术的一种实施方式，所述第一凹坑组相邻凹坑的间距与第二凹坑组相邻凹坑的间距相同，在第三方向上的所述间距均为a；所述第一凹坑组与所述第二凹坑组彼此距离相同，记为h；需满足：4.5mm≤a≤6.5mm；3.8mm≤h≤5.8mm。
[0011]根据本专利技术的一种实施方式，所述a,h满足关系：a＞h。
[0012]根据本专利技术的一种实施方式，所述抛光单元的L1和L2的范围为22
‑
50mm。
[0013]根据本专利技术的一种实施方式，所述抛光单元的L1和L2的范围为25
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40mm。
[0014]根据本专利技术的一种实施方式，所述抛光单元的W1和W2的范围为0.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括使用抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，所述抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括抛光表面和位于抛光表面上的抛光单元，抛光单元组成抛光单元群，抛光单元群的一端形成接触表面，接触表面与被研磨材料直接接触，每个抛光单元在接触表面的投影为平行四边形，所述平行四边形的两个方向记为第一方向和第二方向，平行四边形在第一方向和第二方向上的边长分别为L1和L2，第一方向和第二方向的夹角为θ，所述平行四边形的面积如下：S1=L1*L2*sinθ；多个抛光单元组成第一部分，第一部分的抛光单元在第一方向上延伸并均匀间隔，多个抛光单元组成第二部分，第二部分的抛光单元与第一方向平行的方向延伸并均匀间隔，第一部分的抛光单元的间隔与第二部分的抛光单元的间隔相等，在第一方向上的间隔距离为W1；抛光单元由多个第一部分和第二部分组成，第一部分与第二部分的彼此之间的间隔相等，在第二方向上间隔距离为W2；RS1=L1*L2/((L1+W1)*(L2+W2))，RS1的范围为0.60
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0.98；所述抛光层还包括多个凹坑，所述多个凹坑包括：多个凹坑组成的第一凹坑组，第一凹坑组的凹坑在第三方向上延伸并均匀间隔，多个凹坑组成的第二凹坑组，第二凹坑组的凹坑在与第三方向平行的方向延伸并均匀间隔；所述第一凹坑组相邻凹坑的间距与第二凹坑组相邻凹坑的间距相同，在第三方向上的所述间距均为a；所述抛光层的凹坑由多个第一凹坑组和多个第二凹坑组组成，所述第一凹坑组与所述第二凹坑组相互平行；彼此距离相同，记为h；定义面积比Rt=(St/a*h)*100%，其中，St表示单个凹坑在接触表面上投影的面积，Rt的范围为2
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20%；所述抛光单元具有平均高度为D1，所述D1为所述抛光层厚度的0.15
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0.8倍；所述凹坑的底面到所述接触表面的高度记为D2，D2≥D1；定义体积比Rv= Rt*D2/((1
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RS1)*D1)，Rv的范围为0.5
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10。2.一种抛光垫，其特征在于，包括抛光层，所述抛光层包括抛光表面和位于抛光表面上的抛光单元，抛光单元组成抛光单元群，抛光单元群的一端形成接触表面，接触表面与被研磨材料直接接触，每个抛光单元在接触表面的投影为平行四边形，所述平行四边形的两个方向记为第一方向和第二方向，平行四边形在第一方向和第二方向上的边长分别为L1和L2，第一方向和第二方向的夹角为θ，所述平行四边形的面积如下：S1=L1*L2*sinθ；多个抛光单元组成第一部分，第一部分的抛光单元在第一方向上延伸并均匀间隔，多个抛光单元组成第二部分，第二部分的抛光单元与第一方向平行的方向延伸并均匀间隔，第一部分的抛光单元的间隔与第二部分的抛光单元的间隔相等，在第一方向上的间隔距离为W1；抛光单元由多个第一部分和第二部分组成，第一部分与第二部分的彼此之间的间隔相等，在第二方向上间隔距离为W2；RS1=L1*L2/((L1+W1)*(L2+W2))，RS1的范围为0.60
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0.98；
所述抛光层还包括多个凹坑，所述多个凹坑包括：多个凹坑组成的第一凹坑组，第一凹坑组的凹坑在第三方向上延伸并均匀间隔，多个凹坑组成的第二凹坑组，第二凹坑组的凹坑在与第三方向平行的方向延伸并均匀间隔；所述第一凹坑组相邻凹坑的间距与第二凹坑组相邻凹坑的间距相同，在第三方向上的所述间距均为a；所述抛光层的凹坑由多个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学良，邱瑞英，杨佳佳，张季平，朱顺全，
申请(专利权)人：湖北鼎龙控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：