抛光垫以及化学机械抛光方法技术

本发明专利技术提供一种抛光垫，所述抛光垫的抛光面上具有平面区和凹凸区，所述平面区为粗糙度小于２０μｍ的平坦表面，用于抛光晶圆，所述凹凸区具有槽、孔或者它们的组合，用于抛光后将晶圆从抛光面拔起。采用本发明专利技术提供的抛光垫可使化学机械抛光后的晶圆有较高的表面平整度，抛光结束后，将晶圆移动至抛光垫的凹凸区，可以容易的将晶圆从抛光垫表面拔出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体化学机械抛光制程，具体的说，涉及一种化学机械抛 光的抛光垫以及一种使晶圆表面高平整度的化学机械抛光方法。
技术介绍
化学机械抛光(CMP)工艺由IBM于1984年引入集成电路制造工业，并 首先用在后道工艺的金属间绝缘介质(IMD)的平坦化，然后通过设备和工艺的 改进用于鵠(W)的平坦化，随后用于浅沟槽隔离(STI)和铜(Cu)的平坦化。化学 机械抛光(CMP)为近年来IC制程中成长最快、最受重^f见的一项技术。CMP抛光工艺是在无尘室的大气环境中，利用机械力对晶圓表面作用， 在晶圓表面产生使薄膜层断裂以及腐蚀薄膜层的动力，而且抛光过程必须籍 由研磨液中的化学物质与薄膜层相互作用来增加其蚀刻的效率。CMP制程中 最重要的两大组件便是抛光液(slurry)和抛光垫(pad )。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。抛光垫大多是使用发泡式的多 孔聚亚安酯制成。在CMP制程中，先让抛光液填充在研磨垫的空隙中，并提 供了高转速的条件，让晶圆在高速旋转下和抛光垫与抛光液中的粉粒作用， 同时控制向下压的压力等参数。申请号为CN01814133的中国专利揭示了一种抛光垫的结构，具有抛光 面，抛光面为化学机械抛光时与晶圆直接接触的表面。所述抛光垫的抛光面 具有三维结构，该三维结构包括许多个规则排列的具有预定形状的三维元件， 单个三维元件的形状可以是各种各样几何实心体中的任何一种，相邻的三维 元件之间有凹部，如图1所示的三维元件是将顶部截去至预定高度而形成的 具有平顶面的棱锥体形状。申请号为CN03140681的中国专利揭示了另 一种抛光垫的结构，具有在抛光面侧形成的、且从呈格状、环状和螺旋状中选出的 至少一种形状的凹部，所迷抛光垫还可以是呈格状、环状或者螺旋状中的一种或者几种的凹部或者贯穿抛光垫表里的通孔。如图2所示为抛光面具有同 心圓形的凹部结构的抛光垫结构。目前化学机械抛光制程中使用的抛光垫大 多具有上述三维结构或者具有格状、环状和螺旋状凹部的抛光面，这种结构 的抛光垫能够使抛光液较好的分散。但是，由于这些抛光垫的抛光面上都具 有凹部，进行化学机械抛光时会在晶圆表面留下与抛光面结构类似的凹部， 使晶圓表面的平整度降低。实践表明，对于常规的半导体器件，使用抛光面为同心圓环形或者为预 定形状的三维元件的抛光垫对晶圆表面进行化学机械抛光，晶圓表面的平整度都能够满足器件的应用要求。但是，对于某些应用于光学仪器的晶圓如用 于图像传输和图像处理元件中的晶圆以及对晶圆表面质量要求较高的产品， 由于对晶圆表面平整度要求特别高，使用这种带有凹部的抛光垫进行化学机 械抛光得到的晶圓表面平整度大多不能满足器件的应用要求，产品良率很低。 例如将现有抛光垫进行化学机械抛光的晶圓用于液晶显示器的图像传输器 件，可导致液晶显示器表面看起来类似条紋状，这是由于化学机械抛光后晶 圓表面凸凹不平导致的色差显示在液晶显示器表面的结果。为了使晶圓表面得到更好的平整度，用于图像传输的晶圓不能使用化学 机械抛光的方法进行表面处理，因此，大多采用化学刻蚀的方法进行处理。 但是，用这种方法处理的晶圓表面粗糙度远大于使用化学机械抛光的方法进 行处理的表面，而且在有些区域还会有氧化物残留；局部平整度也不如使用 化学机械抛光的方法进行处理的表面。如果使用表面不带有申请号为CN01814133和CN03140681的中国专利描 写的凹槽的抛光垫进行化学机械抛光，即使用表面平坦的抛光垫直接进行化 学机械抛光，虽然可以克服晶圓表面平整度不能满足要求的缺陷，但是，使用表面平坦的抛光垫进行化学机械抛光后，晶圓表面和抛光垫的抛光面都比 较平坦，因此晶圆和抛光垫结合紧密，难于将晶圆从抛光垫表面拔出。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有技术中的抛光垫抛光的晶圓表面不能满足用 于图像传输的光学器件以及对晶圓表面质量要求较高的产品的应用要求，而 现有的表面平坦的抛光垫进行抛光后晶圓难于从抛光面上拔出。为解决上述问题，本专利技术提供了一种抛光垫所述抛光垫的抛光面上具有平面区和凹凸区，所述平面区为粗糙度小于20um的平坦表面，用于抛光晶圆， 所述凹凸区具有槽、孔或者它们的组合，用于抛光后将晶圓从抛光面拔起。进一步，所述平面区包围凹凸区，并且凹凸区的几何中心与抛光面的几 何中心重合，再进一步，凹凸区的外部轮廓上的任一点与抛光面几何中心的 距离为抛光晶圓直径的20.5 %到40%。更进一步，平面区内外侧轮廓线上任意两点之间的距离大于抛光晶圓直 径的120 % ,较好的是，平面区内侧轮廓线上的任意一点到平面区外侧轮廓线 上的最短距离为抛光晶圆直径的120 %至150%。作为优化的技术方案，所述凹凸区与抛光面成同心圓形分布，平面区为 抛光面与凹凸区形成的环形区域。其中，抛光面的直径为D。且18英寸SD1《8 英寸；凹凸区的直径为D2，且3英寸^D《6英寸。其中，凹凸区具有的槽、孔或者它们组合的数目大于两个，并且槽、孔 或者它们的组合在凹凸区的排布是均匀或者不均匀的。其中，凹凸区的槽为单独的格状、环状、XY网格形、幅条形、螺旋状， 或者其中任意两种或者两种以上形状的组合，所述槽具有要求的宽度、深度 以及长度。其中，凹凸区孔的横截面形状为单独的圆形、椭圓形、多边形，或者其 中任意两种或者两种以上形状的组合，所述孔具有要求的深度以及截面积。最优化的，凹凸区具有若干排布成同心圓环形的环状槽，其中，同心圓环之间的间距为O.lmm至2mm,槽的宽度为0.15mm ~ 0.5mm,槽的深度为 0.25mm ~ 0.5mm,相邻槽间的最小长度为O.lmm - 10mm。最优化的，凹凸区具有若干排布成同心圆环形的圆形孔，孔的直径为 5mm ~ 12mm，同心圓环之间的间距为O.lmm至2mm。最优化的，凹凸区具有若干排布成同心圓环形的圓形孔和若干排布成同 心圓环形的圆形孔，同心圆环之间的间距为O.lmm至2mm。更进一步，所述抛光垫还具有设置在非抛光面的村层。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、 本专利技术提供的抛光垫的抛光面具有平面区和凹凸区，平面区为粗糙度 小于20um的平坦表面，用于抛光晶圓，凹凸区具有槽、孔或者它们的组合， 用于抛光后将晶圓从抛光面拔出。在进行化学机械抛光时使用抛光垫的平面 区，克服了现有技术中带有凹槽的抛光垫带来的晶圓表面平整度不高的缺陷， 可使化学机械抛光后的晶圓有较高的表面平整度，可满足用于图像传输的光 学器件以及对晶圓表面质量要求较高的产品，抛光结束后，将晶圆移动至抛 光垫的凹凸区，可以容易的将晶圓从抛光垫表面拔出。2、 本专利技术所提供的抛光垫的凹凸区外側边缘的任一点距离抛光面几何中 心的距离在1.5英寸至3英寸，不仅可以有效的保证进行化学机械抛光的平面 区的面积，不会使晶圆在抛光过程中进入凹凸区，而且，抛光结束后，也能 保证晶圓在移动至凹凸区后，容易的从抛光垫上拔出。3、 将凹凸区、平面区以及抛光垫的抛光面设置成同心圓环的形状，而且 凹凸区的槽、孔以及它们的组合也设置成同心圓环的形状，可以保证晶圓在抛光过程中不会进入凹凸区。4、 凹凸区含有的孔的直径设置在5mm~ 12mm,可以使凹凸区有足够的 空隙，使晶圓在移动到凹凸区后容易从抛光垫上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光垫，其特征在于，所述抛光垫的抛光面上具有平面区和凹凸区，所述平面区为粗糙度小于２０ｕｍ的平坦表面，用于抛光晶圆，所述凹凸区具有槽、孔或者它们的组合，用于抛光后将晶圆从抛光面拔起。

【技术特征摘要】
1、一种抛光垫，其特征在于，所述抛光垫的抛光面上具有平面区和凹凸区，所述平面区为粗糙度小于20um的平坦表面，用于抛光晶圆，所述凹凸区具有槽、孔或者它们的组合，用于抛光后将晶圆从抛光面拔起。2、 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述平面区包围凹凸 区，凹凸区的几何中心与抛光面的几何中心重合。3、 根据权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，凹凸区的外部轮廓上 的任一点与抛光面几何中心的距离为抛光晶圓直径的20.5 %到40%。4、 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，平面区内外侧轮廓线 上任意两点之间的距离大于抛光晶圓直径的120 % 。5 、 根据权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，平面区内侧轮廓线上 的任意一点到平面区外侧轮廓线上的最短距离为抛光晶圓直径的120 %至 150%。6、 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述凹凸区与抛光面 成同心圓形分布，平面区为抛光面与凹凸区形成的环形区域。7、 根据权利要求6所述的抛光垫，其特征在于，抛光面的直径为D、， 且18英寸SD1S28英寸；凹凸区的直径为D2，且3英寸SD-6英寸。8、 根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，凹凸区具有的槽、孔 或者它们组合的数目大于两个。9、 根据权利要求1至8中任一项所述的抛光垫，其特征在于，凹凸区 的槽为单独的格状、环状、XY网格形、幅条形、螺旋状，或者其中任意两种 或者两种以上形状的组合。10、 根据权利要求1至8中任一项所述的抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋莉，臧伟，季华，小池正博，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]