[发明专利]CMP抛光垫中的渗透式开凹槽

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及化学机械抛光(CMP)的领域。更明确地说，本发明涉及经布置以改进抛光垫寿命的具有凹槽的CMP抛光垫。

背景技术

在集成电路及其它电子装置的制作中，将导电材料、半导电材料及电介质材料的多个层沉积到半导体晶片的表面上并从半导体晶片的表面移除。导电材料、半导电材料及电介质材料的薄层可使用若干种沉积技术而沉积。现代晶片处理中的常见沉积技术包含物理气相沉积(PVD)(也称为溅镀)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)及电化学镀敷以及其它技术。常见移除技术包含湿法及干法各向同性及各向异性蚀刻以及其它技术。

在依序沉积及移除材料层时，晶片的最上部表面为非平面的。由于后续半导体处理(例如，金属化)需要晶片具有扁平表面，因此需要将晶片平面化。平面化对于移除不期望表面形貌及表面缺陷(例如粗糙表面、经凝聚材料、晶体晶格损坏、刮痕及污染层或材料)是有用的。

化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于使工件(例如半导体晶片)平面化的常见技术。在常规CMP中，晶片载体或抛光头安装于载体组合件上。抛光头固持晶片且将与抛光垫的抛光层接触的晶片定位于CMP设备内。载体组合件在晶片与抛光垫之间提供可控制压力。与此同时，浆料或其它抛光媒质流到抛光垫上且流到晶片与抛光层之间的间隙中。为实现抛光，使抛光垫及晶片相对于彼此移动(通常旋转)。晶片表面通过表面上的抛光层及抛光媒质的化学及机械行为而抛光且制成为平面的。当抛光垫在晶片下方旋转时，晶片扫掠通常环形抛光轨迹或抛光区域，其中晶片表面直接面对抛光层。

在设计抛光层中的重要考虑因素包含抛光媒质跨越抛光层的面的分布、新鲜抛光媒质到抛光轨迹中的流动、经使用抛光媒质从抛光轨迹的流动及流动穿过基本上未利用的抛光区的抛光媒质的量以及其它因素。解决这些考虑因素的一种方式是提供具有凹槽的抛光层。多年来，已实施相当多的不同凹槽图案及配置。现有技术凹槽图案包含径向、同心圆、笛卡尔网格、直线、随机及螺旋形图案以及其它图案。现有技术凹槽配置包含其中所有凹槽的深度在所有凹槽当中均是均匀的配置及其中凹槽的深度从一个凹槽到另一凹槽变化的配置。

CMP从业者当中普遍认为，为实现相当的材料移除率，一些凹槽图案及深度与其它凹槽图案及深度相比导致较高浆料消耗及较短抛光垫寿命。不连接到抛光层的外周边的圆形凹槽往往消耗比径向凹槽少的浆料，所述径向凹槽提供用于浆料在由垫的旋转产生的离心力下到达垫周界的最短可能路径。提供到抛光层的外周边的各种长度的路径的笛卡尔网格的凹槽保持中间位置。

现有技术中已揭示试图减少浆料消耗且使抛光层上的浆料保留时间最大化的各种凹槽图案。举例来说，颁予奥斯特黑尔德(Osterheld)等人的美国专利第6,241,596号揭示具有界定之字形通道的凹槽的旋转型抛光垫，所述之字形通道通常从垫的中心向外发散。在一个实施例中，奥斯特黑尔德等人的垫包含矩形“x-y”网格的凹槽。之字形通道通过阻挡x方向凹槽及y方向凹槽之间的相交点中的选定者而留下其它相交点未被阻挡来界定。在另一实施例中，奥斯特黑尔德等人的垫包含多个离散的大体径向之字形凹槽。通常，x-y网格的凹槽内的或由离散之字形凹槽界定的之字形通道至少相对于无阻碍矩形x-y网格的凹槽及直径向凹槽而抑制浆料流动穿过对应凹槽。已描述为提供经增加浆料保留时间的另一现有技术凹槽图案是假设在垫旋转力下朝向抛光层的中心推动浆料的螺旋形凹槽图案。

消耗品是在CMP处理中的最高成本。仅次于浆料的选择为CPM抛光垫，所述CPM抛光垫在所述垫磨损达将折损抛光工艺的程度时被替换。需要一种优于当前抛光垫的具有延长的寿命的抛光垫。

发明内容

以下呈现简化概要，以便提供对本发明的一或多个方面的基本理解。此概要并非本发明的扩展概述，且既不打算识别本发明的关键性或决定性元素，也不打算描写其范围。而是，所述概要的主要目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，以作为稍后所呈现的较详细说明的前言。