抛光垫的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种抛光垫。


背景技术：

2.如今半导体集成电路制造技术日新月异，芯片特征尺寸已向越来越小的技术节点发展。随着芯片需求的微细化和互联多层化，大尺寸硅片表面的平坦度要求也越来越高。
3.化学机械平坦化或化学机械抛光(chemical mechanical polishing,cmp)是硅片表面平坦化或抛光的关键技术之一，也是目前在实际的半导体芯片制造生产中能够实现全局平坦化的常用技术。cmp的基本原理是将硅片在抛光液(含有sio2胶体悬浮颗粒的溶液)的存在下相对于抛光垫旋转，并施加一定的压力，依靠化学腐烛和机械磨削的双重作用完成抛光，以去除硅片研磨加工中的表面损伤层，同时获得高表面质量的硅片。化学作用与机械作用的匹配程度对硅片抛光质量和抛光速率起决定作用，而且抛光速率主要决定于两个过程中速度较慢的一个，因此化学作用过程与机械作用过程的良好匹配是实现髙质量、高效率抛光的关键所在。在cmp过程中，抛光垫具有储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。抛光垫性能受其材料特性、表面组织、表面沟槽形状及工作温度等因素的影响。
4.由此，抛光垫在cmp过程中具有重要作用。但目前的抛光垫在实际使用过程中，却存在抛光废液和废屑不能及时排出，堵塞沟槽，导致产生诸如划伤硅片表面、抛光不均匀等问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种抛光垫，以解决现有抛光垫抛光效果不佳的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种抛光垫，包括衬底层和位于所述衬底层上的抛光层，所述抛光层包括多个沿周向设置且同圆心的副沟槽，以及多个沿径向设置且连通所述副沟槽的主沟槽，所述主沟槽的沿宽度方向的截面形状为梯形，所述梯形的靠近所述衬底层一侧窄于远离所述衬底层一侧。
7.可选的，所述梯形为等腰梯形，且腰与下底的角度为45
°
～80
°
之间。
8.可选的，所述主沟槽的开口宽度由所述抛光层的中心至所述抛光层的边缘逐渐变宽。
9.可选的，所述主沟槽沿所述抛光层的周向均匀设置。
10.可选的，所述主沟槽的数量大于或等于8个，且为偶数。
11.可选的，所述副沟槽的圆心与所述抛光层的圆心间隔为2mm～10mm。
12.可选的，所述副沟槽非均匀排布，且相邻副沟槽的间隔距离由所述抛光层的中心至所述抛光层的边缘逐渐减小。
13.可选的，所述间隔距离为2mm～25mm。
14.可选的，所述副沟槽的数量为10～25个。
15.可选的，所述主沟槽的开口宽度大于所述副沟槽的开口宽度。
16.综上所述，本实用新型提供的抛光垫具有以下有益效果：
17.1)通过设置主沟槽的截面形状为梯形，且梯形的靠近衬底层一侧窄于远离述衬底层一侧，其利用倾斜的主沟槽的槽壁，不仅有利于废液及废屑的排出，而且更有利于控制温度，从而提高抛光的效果；
18.2)通过主沟槽横截面的梯形设置，还使得其在保证上述有利废液及废屑的排出的效果下，同时使得抛光层具有较佳的硬度，有利于提高抛光的效率及效果；
19.3)通过设置多个沿周向设置、同圆心的副沟槽，使得抛光液输送于整个抛光层表面，提高了抛光效果。
附图说明
20.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。
21.图1是本技术实施例提供的抛光层的示意图；
22.图2是本技术实施例提供的抛光垫的侧视图。
23.附图中：
24.10-硅片；20-衬底层；
25.30-抛光层；31a-副沟槽圆心；31b-抛光层圆心；32-副沟槽；33-主沟槽；34-抛光区。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
27.应当明白，当元件或层被称为"在
…
上"、"连接到"其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、连接其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为"直接在
…
上"、"直接连接到"其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。空间关系术语例如“在
……
之下”、“在下面”、“下面的”、“在
……
之上”、“在上面”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在
……
之下”、“在下面”、“下面的”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在
此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。
28.本实用新型的目的在于提供一种抛光垫，以解决现有抛光垫抛光效果不佳的问题。
29.其中，图1是本技术实施例提供的抛光层的示意图，图2是本技术实施例提供的抛光垫的侧视图。
30.如图1及图2所示，本技术实施例提供的抛光垫包括衬底层20和位于衬底层20上的抛光层30，抛光层30包括多个沿周向设置且同圆心的副沟槽32，以及多个沿径向设置且连通副沟槽32的主沟槽33。主沟槽33的沿宽度方向的截面状为梯形，梯形的靠近衬底层20一侧窄于远离衬底层20一侧。
31.在本实施例中，如图2提供的抛光垫示意图所示，主沟槽33的沿宽度方向的截面形状为梯形，其靠近衬底层20一侧较窄，可作为梯形的上底，而靠近硅片10一侧相对较宽，可作为下底。为便于抛光垫30顺时针或逆时针旋转达到同样的效果，主沟槽33的截面形状(沿宽度方向)优选为等腰梯形。
32.在cmp过程中，由抛光层30与硅片10的相对运动将产生大量抛光废液及废屑，若上述废液及废屑不能及时、顺畅排出而一直滞留于抛光层30与硅片10之间，不仅极易划伤硅片，还将使得新旧抛光液无法正常交换，导致抛光的效果不佳，而且还将使得热量无法消散，进一步影响抛光的效果。而本技术实施例提供的主沟槽33的截面形状为梯形，且朝向硅片10一侧(下底)开口较大，其倾斜的槽壁，相较于现有垂直的槽壁，更有助于利用旋转时的离心力将废液及废屑从梯形沟槽(主沟槽33)排出。从另一方面而言，其较大的开口也是更容易将抛光过程中的废液及废屑从抛光区34收集至主沟槽33中，以便通过主沟槽33排出。
33.而主沟槽33靠近衬底层20一侧(上底)的较窄，其可以在保证靠近硅片10一侧有较大开口的同时，也使得抛光层30具有较佳的整体硬度，以保证抛光层30与硅片10之间cmp时的压力，从而提高抛光的效率及效果。不妨设想，若主沟槽33采用常规的垂直的沟壁，而为增大废液、废屑及新旧抛光液的流通量而增大沟槽的数量或沟槽的开口宽度，其必然导致抛光层30的密度降低，由此导致抛光层30的硬度降低。应理解，cmp是一个化学腐蚀与机械磨削相匹配的过程，抛光层30的硬度降低，在显著影响机械磨削的同时，也将导致机械磨削与化学腐蚀的不匹配，又进一步影响抛光效率及抛光效果。与之不同，在本技术实施例中，采用截面形状为梯形的主沟槽33，其在增大流通量的同时，还可在抛光层形成内在外宽的结构，以保证其抛光垫的整体硬度。
34.由此，为使得主沟槽33同时兼顾增大流通性且不降低抛光层30的硬度，主沟槽33的截面梯形的底角可设置为45
°
～80
°
之间。本领域的技术人员，在理解上述原理后，可根据抛光层的材质、抛光压力等条件具体设置主沟槽33的截面梯形的底角。
35.进一步的，为了增大主沟槽33沿径向的废液、废屑及新旧抛光液的流通性，主沟槽33的开口宽度由抛光层的中心(圆心31b)至抛光层边缘逐渐变宽，并延伸至抛光层30的边缘。在本实施例中，由于抛光垫从抛光层的中心与抛光设备进行固定连接，所以抛光垫的圆心31b的尺寸相对较大，且并未设置抛光区34。不难理解，硅片10与抛光层30所产生的废液
及废屑始终只能通过沿径向的主沟槽33排出，而越是靠近边缘所汇集的废液及废屑就越多，即流量越大，由此，则可将主沟槽33的开口宽度逐渐增大，以应对防止堵塞。
36.为提高抛光的均匀性和平坦度，上述的主沟槽33可沿抛光层30的周向均匀设置，其数量大于或等于8个，且为偶数。同时，主沟槽33将抛光层30等分成若干扇形，扇形的数量也即等于主沟槽33的数量。具体主沟槽33的数量综合抛光面的面积、抛光层的硬度以及其他工艺条件进行综合考量，如图1所示的抛光层的主沟槽33的数量为8个。
37.本技术实施例所提供的抛光层还包括多个沿周向设置且同圆心31a(副沟槽圆心)的副沟槽32，其数量为8～25个。如图1所示的实施例中，副沟槽32的数量为8个。副沟槽32沿周向设置，其内可存储一定量的抛光液，用于抛光液中反应物与硅片10的反应作用，以实现抛光。
38.为延长抛光液与硅片10的反应作用时间，延缓其排出的速度，优选的，可将副沟槽32的沿宽度方向的截面形状设置为矩形。不难理解，副沟槽32垂直的槽壁将有助于抵抗抛光垫30旋转所产生的离心力，延长抛光液在副沟槽32中的存储时间，在提高抛光效果的同时并且提高抛光液的利用率。
39.进一步的，还可以将副沟槽32的开口宽度设置成相对于主沟槽33较窄，以延缓抛光液排出速度。当然，副沟槽32的开口宽度的设置也不可过窄，以防止新旧抛光液的更新速度过低，从而影响抛光效果。
40.更进一步的，副沟槽32为多个同圆心31a的圆环，副沟槽32呈非均匀排布，相邻副沟槽32的间隔距离抛光层的中心(副沟槽圆心31a)至抛光层的边缘逐渐减小。不难理解，多个同圆心的圆环，相同间隔距离条件下，越靠外的圆环之间的面积越大，若为保证圆环之间面积相等，则越靠外的圆环之间的间隔需越小。由此，如图1所示，在本技术实施例中，为使得不同半径之间的抛光区34的面积大致相同，将相邻副沟槽32之间的间隔距离由内至外设置逐渐减小，其间隔距离为2mm～25mm之间。上述设置可使得抛光液更具均匀分布于硅片10与抛光层30之间，并且具有相同的新旧抛光液更新速度，使得抛光效果更均匀。
41.为预防抛光层30与硅片10以一固定轴线旋转研磨时位于副沟槽32处的硅片10研磨不充分的问题，上述周向设置的副沟槽32的副沟槽圆心31a可与抛光层圆心31b偏心设置，也即是两个圆心不重合，且圆心间隔为2mm～10mm。在本实施中，副沟槽圆心31a在抛光层圆心31b外，在其他具体实施例中，副沟槽圆心31a也可位于抛光层圆心31b内。
42.在本技术实施例中，主沟槽33和副沟槽32的深度均为整个抛光层30的深度，其较深的深度可提供更佳的废液、废屑及新旧抛光液的流通量，在提高抛光效果的同时，也相对延长抛光垫的使用寿命。
43.综上所述，本实用新型提供的抛光垫具有以下有益效果：
44.1)通过设置主沟槽的截面形状为梯形，且梯形的靠近衬底层一侧窄于远离述衬底层一侧，其利用倾斜的主沟槽的槽壁，不仅有利于废液及废屑的排出，而且更有利于控制温度，从而提高抛光的效果；
45.2)通过主沟槽横截面的梯形设置，还使得其在保证上述有利废液及废屑的排出的效果下，同时使得抛光层具有较佳的硬度，有利于提高抛光的效率及效果；
46.3)通过设置多个沿周向设置、同圆心的副沟槽，使得抛光液输送于整个抛光层表面，提高了抛光效果。
47.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。