抛光垫以及化学机械抛光方法技术

本发明专利技术提供了一种抛光垫，具有平坦的抛光面，所述抛光面的粗糙度小于２０μｍ，所述的抛光垫为硬抛光垫或者薄抛光垫。本发明专利技术还提供一种化学机械抛光方法，使用具有平坦的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于２０μｍ的抛光垫进行抛光，比较优选的一个技术方案是使用所述的具有平坦的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于２０μｍ的抛光垫进行抛光前，先使用抛光面带有凹槽的抛光垫进行抛光，使用所述的具有平坦的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于２０μｍ的抛光垫进行抛光的高度为５００＊至３０００＊。上述方法克服了现有抛光垫带来的缺陷，可使化学机械抛光的晶圆有较高的表面平整度，粗糙度低于１０ｎｍ。

【技术实现步骤摘要】
技术领城本专利技术涉及半导体制程中的化学机械抛光工艺，具体的说，涉及一种化 学机械抛光的抛光垫以及一种使晶圓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 改进用于镇(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、最受重视的一项技术。CMP抛光工艺就是在无尘室的大气环境中，利用机械力对晶圓表面作用， 在表面薄膜层产生断裂腐蚀的动力，而这部分必须籍由研磨液中的化学物质 通过反应来增加其蚀刻的效率。而研磨液、晶圓与抛光垫之间的相互作用， 便是CMP中发生反应的焦点。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，同时控制下压的压力等其它参 数，即可完成化学机械抛光工艺。图l示出了常用的抛光垫的宏观形貌。 一般情况下，抛光垫由两种材料粘 合而成，表层坚硬而底层较软，且表面有一定的粗糙度。这样的设计是为了 让表面能够承载浆料，而又能传递系统所施予的压力，但不能刮伤晶圆表面。 抛光垫分为软抛光垫(softpad)和硬抛光垫(hardpad),其中软抛光垫能够 得到较好的晶圓内的均匀性，研磨速率比较稳定，碟型凹陷比较明显，不容易产生表面刮伤，但是抛光的效率不高。硬抛光垫的表层坚硬，在硬研磨垫 上不容易控制晶圓内的均匀性，研磨速率随时间逐渐降低，不容易产生碟型 凹陷，而容易产生表面刮伤。一般来说，抛光垫的结构都包括在抛光面一侧形成的凹槽。中国专利申请CN03140681揭示了 一种抛光垫的结构，与晶圓直接接触的表面上带有同心 圆环形的凹槽和贯穿抛光垫表里的通孔。同心圓形的凹槽如图2所示。这种结 构的抛光垫能够使表面的抛光液较好的分散。实践表明，对于常规的半导体 器件，使用这种抛光垫对晶圓表面进行化学机械抛光，晶圆表面的平整度都 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圆如用于图 像传输和图像处理元件中的晶圓以及对晶圓表面质量要求较高的产品，由于 对晶圓表面平整度要求特别高，使用这种带有凹槽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，良品率很低。参考 图3所示，为一个液晶显示器的表面，其图像传输器件使用的晶圆即为使用带 有凹槽的抛光垫进行化学机械抛光的，从图中可以看出，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圆表面凸凹不平导致的色差显示在 显示器表面的结果。为了使晶圓表面得到更好的平整度，用于图像传输的晶圆不能使用化学 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。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有技术中使用化学机械抛光的方法得到的晶圆 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。为此，本专利技术提供了一种不带凹槽的抛光垫，还提供了一种化 学机械抛光方法以得到高平整度的晶圓表面。为解决上述问题，本专利技术提供了一种拋光垫，具有平坦的抛光面，并且所述抛光面的粗糙度小于20um。所述的平坦的抛光面是指其抛光面相对于现 有技术中的抛光垫来说表面不带凹槽。上述的抛光垫还可以具有设置在抛光垫非抛光面的衬层，本文中称为多 层抛光垫。所述的抛光垫包括硬抛光垫和软抛光垫。 所述的抛光垫的抛光面由发泡式的多孔聚亚安酯制成。由凹槽的不平整引起的晶圓表面不平整，得到高平整度的晶圓表面。本专利技术还提出了一种化学机械抛光方法，抛光的关键在于使用具有平坦 的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于20um的抛光垫进行抛光。所述的平坦的抛光面是指相对于现有技术中的抛光垫来说其抛光面不带凹槽。所述抛光面由发泡式的多孔聚亚安酯制成。上述的具有平坦的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于20um的抛光垫可以 是软抛光垫，也可以是硬抛光垫，还可以是多层的软抛光垫或者多层的硬抛 光垫。由于软抛光垫的抛光速度和效率较低，较好的是使用硬抛光垫或者多 层硬抛光垫。为了使抛光的效率更快，并且使抛光液更好的分散，并且得到更加均匀 的抛光效果，在使用上述具有平坦的抛光面，并且抛光面的粗糙度小于20um 的抛光垫进行抛光之前，先使用常规的带有凹槽的抛光垫进行抛光。所述带有凹槽的抛光垫可以是硬抛光垫或者多层硬抛光垫，也可以是软 抛光垫，比较好的是使用硬抛光垫或者多层硬抛光垫。所述的带有凹槽的抛光垫可以是目前常规应用的任何种类的拋光垫，表 面的凹槽可以是格状、环状或者螺旋状的，较好的是带有同心圆环状凹槽的抛光垫。所述的抛光垫的表面粗糙度在20um以下，凹槽的宽度为0.005英寸 至0.015英寸，凹槽的高度为0.01英寸至0.02英寸。使用带有凹槽的抛光垫进行抛光时，带有凹槽的抛光垫完成整个抛光过 程的大部分的抛光工作，抛光至距离整个抛光终点的高度为500A至3000A后再使用不带凹槽的抛光垫进行抛光。使用不带凹槽的抛光垫可以进 一 步的提高晶圓表面的平整度，所用的不带凹槽的抛光垫的粗糙度为20um以下。完成整个抛光工艺之后，晶圆表面均 匀平整，粗糙度降低到IO纳米至以下。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、 本专利技术提供的表面不带凹槽的抛光垫由于抛光面为平坦的结构，进行 化学机械抛光后克服了现有抛光垫带来的晶圆表面平整度不高的缺陷，可使 化学机械抛光的晶圆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。2、 作为本专利技术最优化的技术方案，首先使用常规的带有凹槽的抛光垫进 行抛光，能够使使抛光液更好的分散凹槽内，使晶圓表面被均匀抛光，得到 相对平整的晶圓表面，然后，采用不带凹槽的抛光垫对晶圓再一次进行抛光， 得到更加平整的晶圆表面。使采用本方法抛光后的晶圓表面平整度很高，能 够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要 求。3、 采用本专利技术的抛光垫以及抛光方法，提高了化学机械抛光晶圆制程的导致的色差会导致40°/。到80%的良品率下降，采用本专利技术的抛光垫以及抛光 方法抛光后，良品率寺是高了 40%到80%。4、采用本专利技术的抛光垫以及抛光方法抛光后的晶圓表面相对于化学刻蚀 法处理的晶圓表面粗糙度更低，低于10纳米，所以晶圆表面有更高的表面反 射率和更好的光电特性。附图说明图1是现有抛光垫的宏观结构示意图。图2是现有抛光面为同心圆环形凹槽的抛光垫的结构示意图。图3是现有技术中使用带有凹槽的抛光垫抛光的晶圆用于液晶显示器之 后显示器的表面。图4是现有技术中硬抛光垫表面的微观形貌图。图5是现有技术中软抛光垫表面的微观形貌图。图6是使用带有凹槽的抛光垫进行化学机械抛光后晶圆表面的形貌图。图7是使用带有凹槽的抛光垫进行化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光垫，其特征在于，具有平坦的抛光面，所述抛光面的粗糙度小于２０ｕｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋莉，邹陆军，常建光，
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]