一种金刚石CMP抛光垫修整器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金刚石CMP抛光垫修整器及其制备方法，其中，所述修整器包括基板及形成在基板表面上的金刚石层，修整器具有突起结构，突起结构由金刚石层构成；突起结构的高度为10

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石CMP抛光垫修整器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体加工领域，尤其涉及了一种金刚石CMP抛光垫修整器及其制备方法。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(CMP)被广泛用于制造半导体芯片和存储器件，用于去除晶片衬底上的材料以达到晶圆表面平整化或抛光的目的。在抛光过程中抛光垫出现磨损和老化，同时抛光过程中积累的碎屑和反应副产物也会使抛光垫表面釉化，使抛光垫表面微纹理变得平滑而失去抛光作用，影响晶片抛光效率和表面抛光质量的均匀性和一致性。CMP抛光垫修整器是通过机械研磨抛光垫表面来去除抛光垫表面残留物和老化层，在抛光垫表面产生新的微纹理使抛光垫恢复原始的抛光特性，以保持CMP工艺去除率维持晶片抛光质量的稳定性和一致性。
[0003]由于CMP抛光垫修整器对抛光垫的修整过程是表面形貌的复刻过程，修整器的性能决定了抛光垫的表面状态和抛光性能，进而影响了整个CMP的质量。随着集成电路堆叠越来越密集，特征线宽越缩越小，多层化和立体化的结构对晶片表面结构全面平坦化制程提出了更严苛的要求，也对CMP抛光垫修整器提出了更高的要求。
[0004]为实现抛光垫的修整，修整器表面需具有突起结构，现有技术常见的制作突起结构的方式是：由基体材料组成突起结构。专利文献1（公开号：CN102612734A）公开了一种形成化学机械抛光（CMP）修整器的方法，包括：将一种陶瓷微粒压制在一个模具之中以便形成一个生坯，该生坯具有一个包括多个微小凸起的主表面；烧结该生坯以形成一个陶瓷基底；沉积一个覆盖该陶瓷基底的磨料涂层，沉积包括化学气相沉积，磨料涂层包括微晶的金刚石、纳米晶体的金刚石。
[0005]专利文献2（公开号：CN114227555A）公开了一种制造化学机械抛光修整器的方法，并具体公开了：控制激光对三轴数控平台上的陶瓷基体在三维方向上进行快速扫描加工，制得表面具有金字塔型结构的基体，再通过热丝化学气相沉积在该基体表面沉积厚度均匀的金刚石薄膜，制造出化学机械抛光修整器。
[0006]专利文献1、2中的突起结构是由基体材料组成，且均是在金刚石沉积之前就形成的。金刚石颗粒取向、尺寸及金刚石层厚度的不同均会导致突起结构高度一致性差。此外，高温沉积金刚石层过程易导致基板材料的变形，上述因素将导致修整器的修整能力降低及使用寿命不足。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种金刚石CMP抛光垫修整器及其制备方法，在保证优良修整能力的同时，还能保证具有足够的使用寿命。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种金刚石CMP抛光垫修整器，修整器包括基板及形成在基板表面
上的金刚石层，修整器具有突起结构，突起结构由金刚石层构成，突起结构高度为10
‑
90μm，突起结构的分布密度为1
‑
100个/mm2，突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角为30
°‑
60
°
。
[0009]突起结构是由金刚石层加工获得的，其高度不受金刚石层中金刚石颗粒尺寸、取向和厚度影响，也不受金刚石层制备过程中的高温变形影响，使得高度可控。
[0010]突起结构的高度过高虽然增加了修整器的修整能力，但也增加了抛光垫的损耗，降低了抛光垫的使用寿命，从而增加了半导体制程中CMP工艺的成本，同时也会导致晶片表面不够平坦结构定义不清的问题；但高度过低对抛光垫的修整能力降低，无法实现对抛光垫表面的修复和切削能力的恢复。因此，突起结构高度为10
‑
90μm，进一步地，突起结构高度为20
‑
60μm。
[0011]当突起结构的分布密度过低会使得抛光垫上产生的凹槽较少，且凹槽较大，最终导致抛光垫去除能力降低的同时损耗加大。当突起结构的分布密度过高则会造成抛光垫凹槽过多，但凹槽较小，最终也导致抛光垫去除能力降低和表面损耗加大。因此，突起结构的分布密度为1
‑
100个/mm2。
[0012]当突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角过小，则突起结构的修整能力不足。当突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角过大，则突起结构的强度不够，易折断。因此，突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角为30
°‑
60
°
。
[0013]进一步地，突起结构具有2
‑
5个不同高度。这样能使得当高度较高的区域的突起结构磨损钝化后，高度较低的区域的突起结构能够发挥修整作用，保证修整器修整效率的稳定性，有利于延长修整器的使用寿命。
[0014]进一步地，突起结构的顶部是平面，顶部面积为20
‑
2000μm2。这样一方面是为了加工的便利，另一方面是为了保证突起结构具有足够的强度。
[0015]进一步地，金刚石层为CVD金刚石层，有助于提高耐磨性。
[0016]进一步地，CVD金刚石沉积温度普遍较高，采用含有铁、钴、镍等的基板材料在沉积金刚石层时基板会大量溶碳，而沉积后降温到室温后又在金刚石与金属界面之间大量析碳，使得CVD金刚石层与基板的附着力较低，容易造成涂层脱落进而刮伤晶片。而碳化硅、氮化铝、氮化硼、二氧化硅与金刚石热膨胀系数差异较小，且界面容易形成碳化物形成化学键使得CVD金刚石在其上具有很好的附着力。
[0017]进一步地，CVD金刚石层为单晶层，以保证各突起结构耐磨一致性。
[0018]进一步地，金刚石层中SP2键含量大于0且小于3%，氮元素含量为0.2
‑
10ppm。这样不仅能提高CVD金刚石层的断裂强度和磨耗比，而且还可以增加其断裂韧性，避免金刚石脆裂。
[0019]进一步地，金刚石层中金刚石颗粒尺寸大于或等于1μm且小于金刚石层最大厚度的一半。这样可以在保证突起结构的耐磨性能及强度的同时，还能避免孔洞较多从而导致抛光液渗透腐蚀基板。
[0020]本专利技术还提供一种金刚石CMP抛光垫修整器的制备方法，制备方法包括以下步骤：（a）基板制作；采用机械加工或模压烧结制作基板，并对基板清洗和表面预处理；表面预处理为金刚石粉悬浮液超声振荡、金刚石粉喷砂处理或金刚石粉手工研磨；
（b）金刚石层制备；在基板表面形成金刚石层；（c）金刚石层表面突起结构制作；对金刚石层表面进行加工获得突起结构，突起结构高度为10
‑
90μm，突起结构的分布密度为1
‑
100个/mm2，突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角为30
°‑
60
°
。
[0021]进一步地，步骤(b)中的金刚石层制备为CVD沉积，优选直流电弧等离子体喷射CVD。
[0022]进一步地，CVD沉积的气氛中C/H百分比为0.4%
‑
6%，N/C百分比为0.2%
‑
10%，生长气压1
‑
30kPa，沉积温度750
‑
1050℃，氩气流量最高为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石CMP抛光垫修整器，修整器包括基板及形成在基板表面上的金刚石层，修整器具有突起结构，其特征在于，突起结构由金刚石层构成，突起结构的高度为10
‑
90μm，突起结构的分布密度为1
‑
100个/mm2，突起结构的侧面轮廓面与底面之间的夹角为30
°‑
60
°
。2.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述突起结构具有2
‑
5个不同高度。3.如权利要求1或2所述的修整器，其特征在于，所述突起结构的顶部是平面，顶部面积为20
‑
2000μm2。4.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述基板为碳化硅，所述金刚石层为CVD金刚石层。5.如权利要求4所述的修整器，其特征在于，所述CVD金刚石层为单晶层。6.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述金刚石层中SP2键含量大于0且小于3%，氮元素含量为0.2
‑
10ppm，金刚石层中金刚石颗粒尺寸大于或等于1μm且小于金刚石层最大厚度的一半。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的修整器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（a）基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑立富，
申请(专利权)人：北京寰宇晶科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：