[发明专利]具有用于降低浆液消耗的凹槽的抛光垫

说明书

本申请是2007年1月31日提交的美国待批专利申请第11/700,490号的部分连续申请。

技术领域

本发明一般涉及化学机械抛光(CMP)领域。具体来说，本发明涉及具有降低浆液消耗的凹槽的CMP垫。

背景技术

在半导体晶片上的集成电路和其他电子器件的制造中，在晶片的表面上沉积多层导电材料、半导体材料和介电材料，或者将多层导电材料、半导体材料和介电材料从晶片的表面上蚀刻除去。这些材料的薄层可通过许多种沉积技术沉积。现代晶片处理中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD，也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷。一般的蚀刻技术包括湿法和干法的各向同性蚀刻和各向异性蚀刻等。

随着材料层按照顺序被沉积和蚀刻，晶片的表面变得不平坦。由于随后的半导体加工(例如光刻)要求该晶片具有平坦表面，所以需要对晶片周期性地进行平面化。平面化可用于除去不希望有的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、成团材料、晶格损坏、划痕和被污染的层或材料。

化学机械平面化，或称化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片和其它工件进行平面化的普通技术。在使用双轴旋转抛光机的常规CMP中，在支架组件上安装有晶片支架或抛光头。所述抛光头保持晶片，使晶片定位在与抛光机中抛光垫的抛光层相接触的位置。所述抛光垫的直径大于被平面化晶片的直径的两倍。在抛光过程中，抛光垫和晶片围绕它们各自的同心中心旋转，同时使晶片与抛光层相啮合。所述晶片的旋转轴线相对于抛光垫的旋转轴线偏移一段大于晶片半径的距离，使得抛光垫的旋转在抛光垫的抛光层上扫出一个环形的“晶片轨道”。当晶片仅进行旋转运动的时候，所述晶片轨道的宽度等于晶片的直径。但是，在一些双轴抛光机中，所述晶片在垂直于其旋转轴线的平面内进行振动。在此情况下，晶片轨道的宽度比晶片直径宽，所宽出的量表示振动造成的位移。所述支架组件在所述晶片和抛光垫之间提供了可控的压力。在抛光过程中，浆液或其它抛光介质流到抛光垫上，流入晶片和抛光层之间的间隙中。通过抛光层和抛光介质对晶片表面的化学作用和机械作用，晶片表面被抛光并变平。

人们对CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面之间相互作用的研究越来越多，以努力使得抛光垫的设计最优化。这些年来，大部分的抛光垫开发是经验性的。许多抛光面或抛光层的设计将注意力集中在为这些层提供各种空隙图案和凹槽排列，并声称这些设计能够提高浆液利用能力和抛光的均匀性。这些年来，人们使用了许多种不同的凹槽和空隙的图案和排列。现有技术的凹槽图案包括辐射形、同心圆形、笛卡尔格栅形和螺旋形等。现有技术的凹槽构型包括所有凹槽的宽度和深度均一的构型，以及凹槽的宽度和深度彼此不同的构型。

但是，这些凹槽的图案和构型忽略了与具有活性晶片支架环的CMP抛光机有关的浆液的使用。与前几代的CPM抛光设备不同，这些支架环独立地面对抛光面，并且处于比被抛光的晶片高得多的压力下。这些因素通常在晶片的前缘(leading edge)造成挤压效应，其中所述抛光垫质地上的很多液体(例如浆液)薄膜被支架环清除。这些有潜在用途的浆液的损失会降低抛光过程的效率和可预测性，同时导致明显的额外处理成本。目前，从加利福尼亚州的圣克拉拉的应用材料有限公司(Applied Materials，Inc.)购得某些晶片支架具有支架环，所述支架环包括可通过使额外的浆液进入晶片表面以下的区域来减弱挤压效应的凹槽。

尽管抛光垫具有多种凹槽图案，但是这些凹槽图案的效率彼此不同，并且在不同的抛光工艺中效率也不同。抛光垫的设计者们一直在寻求凹槽图案，该凹槽图案使得所述抛光垫比现有的抛光垫设计更有效、更有用。

发明内容