[发明专利]抛光垫以及化学机械抛光方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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钨(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抛光工艺是在无尘室的大气环境中，利用机械力对晶圆表面作用，在晶圆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，所述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圆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，使晶圆表面的平整度降低。

实践表明，对于常规的半导体器件，使用抛光面为同心圆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圆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圆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纹状，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液晶显示器表面的结果。

为了使晶圆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圆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，虽然可以克服晶圆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，晶圆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。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中的抛光垫抛光的晶圆表面不能满足用于图像传输的光学器件以及对晶圆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圆难于从抛光面上拔出。

为解决上述问题，本发明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，用于抛光后将晶圆从抛光面拔起。

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圆直径的20.5％到40％。