一种研磨垫的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种研磨垫。


背景技术：

2.化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,cmp)工艺是目前晶圆(wafer)制程中最重要的工艺之一。
3.参见图1所示，为cmp工艺中现阶段常见研磨垫的实物图，cmp工艺主要通过晶圆与研磨垫(pad)表面相互接触，在研磨液(slurry)的辅助下打磨集成电路晶圆在一层层(layer by layer)的沉积制程中形成的不平整表面，该工艺有助于提高层与层之间的结合强度，从而直接提升晶圆的良率。
4.对于cmp工艺而言，其核心技术在于如何通过研磨垫对晶圆表面进行均匀打磨，目前，使用较为广泛的一种研磨垫为同心圆型研磨垫，参见图2所示，研磨液在cmp工艺过程中会积累于同心圆之间的沟槽201内。然而在cmp过程中，这种隔断式沟槽设计会使得每个沟槽内的研磨颗粒的数量难以实现统计学上的均一性，难以实现研磨液中大研磨颗粒和小研磨颗粒的分离。
5.因此，如何统一研磨液中研磨颗粒的粒径，实现对晶圆更均匀的研磨，是本领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决以上技术问题，本技术提供了一种研磨垫，可以统一研磨液中研磨颗粒的粒径，从而实现对晶圆更均匀的研磨。
7.为了达到上述目的，本技术采用了如下技术方案：
8.一种研磨垫，包括：
9.研磨主体，所述研磨主体的形状为圆盘；
10.在所述研磨主体表面上成环形设置的沟槽，所述沟槽具有内侧的第一侧墙和外侧的第二侧墙；所述沟槽用于存放研磨液；
11.横向贯穿所述第一侧墙的第一通孔；所述第一通孔在所述第一侧墙的内侧壁上的开口为第一开口；所述第一通孔在所述第一侧墙的外侧壁上的开口为第二开口；
12.所述第一通孔的朝向旋转方向的侧壁与所述第一侧墙的径向的夹角大于零，且所述第二开口相对所述第一开口朝向所述研磨主体的旋转方向；所述第一通孔内的背离旋转方向的侧壁上设置有研磨粒收集装置。
13.可选地，所述研磨垫还包括：
14.在所述第一通孔内靠近所述第一开口设置的分流柱结构；所述分流柱结构与所述第一通孔的底部接触。
15.可选地，所述分流柱结构呈高尔顿钉板式分布。
16.可选地，所述第二侧墙的上表面的高度大于或等于所述第一通孔的上表面的高
度。
17.可选地，所述第二侧墙的上表面的高度小于所述第一侧墙的高度。
18.可选地，所述研磨垫还包括：
19.横向贯穿所述第二侧墙的第二通孔；所述第二通孔在所述第二侧墙的内侧壁上的开口为第三开口；所述第二通孔在所述第二侧墙的外侧壁上的开口为第四开口；
20.所述第二通孔的朝向旋转方向的侧壁与所述第二侧墙的径向的夹角大于零，且所述第四开口相对所述第三开口朝向所述研磨主体的旋转方向；所述第一通孔内的背离旋转方向的侧壁上设置有研磨粒收集装置。
21.可选地，所述研磨垫表面上设置有多个所述沟槽；所述多个所述沟槽至少包括：第一沟槽和第二沟槽；
22.所述第一沟槽的宽度等于所述第二沟槽的宽度。
23.可选地，所述第一沟槽的第一侧墙的高度、所述第一沟槽的第二侧墙的高度、所述第二沟槽的第一侧墙的高度和所述第二沟槽的第二侧墙的高度均相等。
24.可选地，所述第一沟槽为与所述第二沟槽相邻的嵌套在所述第二沟槽外围的沟槽；
25.所述第一沟槽的第一侧墙和所述第二沟槽的第二侧墙相同。
26.可选地，所述第一通孔的朝向所述旋转方向的侧壁，与第一侧墙的径向的夹角范围为45-60度。
27.可选地，所述研磨粒收集装置，包括：
28.收集通道和收集孔；所述收集通道与所述第一通孔的底部接触；所述收集孔设置在所述收集通道内。
29.与现有技术相比，本技术至少具有以下优点：
30.本技术提供了一种研磨垫，包括：研磨主体，在研磨主体表面上成环形设置的沟槽，沟槽具有内侧的第一侧墙和外侧的第二侧墙，横向贯穿第一侧墙的第一通孔，第一通孔在第一侧墙的内侧壁上的开口为第一开口，第一通孔在第一侧墙的外侧壁上的开口为第二开口，第一通孔的朝向旋转方向的侧壁与第一侧墙的径向的夹角大于零，且第二开口相对第一开口朝向研磨主体的旋转方向，第一通孔内的背离旋转方向的侧壁上设置有研磨粒收集装置。随着研磨垫旋转，离心使粒径较大的研磨颗粒的分布偏向第二开口背离旋转方向一侧，实现研磨液中大颗粒和小颗粒分离，通过研磨颗粒收集装置实现大颗粒收集，使剩余的研磨颗粒粒径为均一小颗粒，统一研磨液颗粒粒径，从而使研磨得到的晶圆更均匀。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1示出了目前化学机械平坦化工艺中常见的研磨垫的实物图；
33.图2示出了目前化学机械平坦化工艺中常见的同心圆型研磨垫的示意图；
34.图3a示出了本技术实施例提供的一种研磨垫的主视图；
35.图3b示出了本技术提供的一种研磨垫的俯视图；
36.图4示出了本技术实施例提供的一种通孔的内部结构的示意图；
37.图5示出了本技术实施例提供的又一种研磨垫的示意图；
38.图6示出了本技术实施例提供的另一种研磨垫的示意图。
具体实施方式
39.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。
40.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
41.正如背景技术中的描述，化学机械平坦化(chemical mechanicalplanarization,cmp)工艺是目前晶圆(wafer)制程中最重要的工艺之一。
42.参见图1所示，为cmp工艺中现阶段常见研磨垫的实物图，cmp工艺主要通过晶圆与研磨垫(pad)表面相互接触，在研磨液(slurry)的辅助下打磨集成电路晶圆在一层层(layer by layer)的沉积制程中形成的不平整表面，该工艺有助于提高层与层之间的结合强度，从而直接提升晶圆的良率。
43.对于cmp工艺而言，其核心技术在于如何通过研磨垫对晶圆表面进行均匀打磨，目前，使用较为广泛的一种研磨垫为同心圆型研磨垫，参见图2所示，研磨液在cmp工艺过程中会积累于同心圆之间的沟槽201内。然而在cmp 过程中，这种隔断式沟槽设计会使得每个沟槽内的研磨颗粒的数量难以实现统计学上的均一性，难以实现研磨液中大研磨颗粒和小研磨颗粒的分离。
44.因此，如何统一研磨液中研磨颗粒的粒径，实现对晶圆更均匀的研磨，是本领域需要解决的技术问题。
45.为了解决以上技术问题，本技术实施例提供了一种研磨垫，包括：研磨主体，在研磨主体表面上成环形设置的沟槽，沟槽具有内侧的第一侧墙和外侧的第二侧墙，横向贯穿第一侧墙的第一通孔，第一通孔在第一侧墙的内侧壁上的开口为第一开口，第一通孔在第一侧墙的外侧壁上的开口为第二开口，第一通孔的朝向旋转方向的侧壁与第一侧墙的径向的夹角大于零，且第二开口相对第一开口朝向研磨主体的旋转方向，第一通孔内的背离旋转方向的侧壁上设置有研磨粒收集装置。随着研磨垫旋转，离心使粒径较大的研磨颗粒的分布偏向第二开口背离旋转方向一侧，实现研磨液中大颗粒和小颗粒分离，通过研磨颗粒收集装置实现大颗粒收集，使剩余的研磨颗粒粒径为均一小颗粒，统一研磨液颗粒粒径，从而使研磨得到的晶圆更均匀。
46.为了更好的理解本技术的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
47.示例性研磨垫
48.参见图3a和图3b所示，为本技术实施例提供的一种研磨垫，图3a中提供了研磨垫的主视图，图3b中提供了研磨垫的俯视图，包括：
49.研磨主体101，研磨主体101的形状为圆盘。
50.在研磨主体101表面上成环形设置的沟槽102，沟槽102具有内侧的第一侧墙103和外侧的第二侧墙104，沟槽102用于存放研磨液。
51.横向贯穿第一侧墙103的第一通孔105，第一通孔105在第一侧墙103的内侧壁上的开口为第一开口106，第一通孔105在第一侧墙的外侧壁上的开口为第二开口107。
52.第一通孔105的朝向旋转方向115的侧壁112与第一侧墙103的径向114 的夹角108大于零，且第二开口107相对第一开口106朝向研磨主体101的旋转方向，第一通孔105内的背离旋转方向的115的侧壁111上设置有研磨粒收集装置109。
53.可选地，第一通孔105的朝向旋转方向115的侧壁112，与第一侧墙103 的径向114的夹角范围可以为45-60度，以更好的实现研磨液中的粒径较大的研磨颗粒和粒径较小的研磨颗粒的分离。
54.需要说明的是，本技术实施例将研磨垫的旋转方向设定为如图3b中黑色粗箭头115所示顺时针方向进行说明，在实际应用中，旋转方向也可以为逆时针方向，本领域技术人员可以根据旋转方向的实际情况对研磨垫结构进行适应性设定。
55.在具体的应用场景下，研磨液首先被放置在研磨垫的中心区域，随着研磨垫的旋转，研磨液从中心区域逐渐扩散至整个研磨垫。
56.由于第一通孔105的存在，研磨液可以从中心区域通过第一通孔105扩散至沟槽102中，为了使研磨液中的大颗粒与小颗粒分离，使大颗粒更好的被收集，第一通孔105的设置可以为第一通孔105的朝向旋转方向115的侧壁112与第一侧墙103的径向114的夹角108大于零，且第一通孔105的第二开口107的开口方向相对第一开口106朝向研磨主体101的旋转方向115，并且在第一通孔105内的背离旋转方向的115的侧壁111上设置有研磨粒收集装置109。
57.由于研磨液中粒径较大的研磨颗粒通常质量更大，惯性较大，受离心作用的影响较大，在同样的时长内，在通过第一通孔105时，粒径较大的研磨颗粒更偏向第一通孔105内背离旋转方向的一侧，因此，在第一通孔105内的背离旋转方向的115的侧壁111上设置有研磨粒收集装置109，从而研磨颗粒收集装置109可以实现对大粒径研磨颗粒的收集，粒径较大的研磨颗粒在离心作用的影响下，在进入第一通孔105时，更偏向第一通孔105内背离旋转方向的一侧，研磨液中的小粒径研磨颗粒则偏向第一通孔105内朝向旋转方向的一侧，从研磨垫的中心区域101经第一通孔105流入沟槽102中，实现了研磨液中大研磨颗粒与小研磨颗粒的分离。
58.可选地，参见图4所示，在第一通孔105内靠近第一开口106可以设置有分流柱结构110，具体的，分流柱结构110为与第一通孔105的底部接触纵向设置的棱柱或圆柱，其中第一通孔105的底部为第一通孔105内更靠近研磨主体的侧壁。在离心过程中，研磨液中的大研磨颗粒由于惯性大，在进入第一通孔105时，被离心到第一通孔105内背离旋转方向的一侧，而研磨液中的小颗粒由于惯性较小，在进入第一通孔105时，更靠近第一通孔105内朝向旋转方向的一侧。分流柱结构110的设置可以进一步起到对研磨液中的大颗粒和小颗粒分流的作用，由于研磨颗粒收集装置109设置在第一通孔105 内的背离旋转方向的115的侧壁111上，即粒径较大的研磨颗粒随着离心作用会进入研磨粒收集装置109中。
59.即参见图4中所示，在分流柱110的分流作用下，黑色小箭头示出了研磨液中粒径较小的研磨颗粒的流动方向，浅灰色小箭头示出了研磨液中粒径较大的研磨颗粒的流动方
向。
60.可选地，参见图4所示，还可以在第一通孔105内设置多个分流通道113 对进入沟槽前的研磨液进行进一步分流，具体的，分流通道113与第一通孔 105的底部接触，分流通道113的一端可以与分流柱110接触，另一端连接第二开口107。
61.可选地，参见图4所示，分流柱结构110在第一通孔105内可以呈高尔顿钉板式分布，即在分流柱结构110的设计中引入了概率统计理论
‑‑‑
二项分布效应。具体的，当研磨液被输送到研磨垫的中心区域时，随着研磨垫的旋转，研磨颗粒会随着离心现象的发生，从中心区域向外扩散，粒径较大的研磨颗粒在进入第一通孔105后，由于分流柱结构呈高尔顿钉板式分布，其可以进一步起到分流研磨液中的大研磨颗粒和小研磨颗粒的作用。
62.此外，在研磨垫的静止状态下，研磨液的表面张力可以使研磨液不会流入研磨粒收集装置109，只有在研磨垫旋转时，离心现象才会使得研磨液中的大研磨颗粒克服表面张力进入到研磨粒收集装置109中。
63.可选地，研磨粒收集装置109可以为研磨粒收集孔等，具体的，参见图4 所示，可以由收集通道210和收集孔211组成，收集通道210与第一通孔105 的底部接触，收集孔211设置在收集通道210中，用于对研磨颗粒的收集。
64.可选地，第二侧墙104的上表面的高度大于或等于第一通孔105的上表面的高度，因此在静止状态下，研磨液会从沟槽102经由第一通孔105流回中心区域，实现研磨液中的研磨颗粒在研磨垫上的均匀分布，避免研磨液集中在沟槽102中。
65.可选地，第二侧墙104的上表面的高度小于第一侧墙103的高度，第一侧墙的上表面相对于第二侧墙的下表面更接近化学机械平坦化过程中的晶圆，即外侧沟槽在化学机械平坦化的过程中不会与晶圆直接接触，因此不会在研磨垫旋转过程中由于研磨液在外侧沟槽的聚集而影响研磨垫研磨晶圆的移除速率。
66.可选地，当沟槽为内侧的沟槽102时，参见图5所示，研磨垫还可以包括：
67.横向贯穿第二侧墙104的第二通孔201。
68.第二通孔201的具体内部设置可以为：
69.横向贯穿所述第二侧墙的第二通孔；所述第二通孔在所述第二侧墙的内侧壁上的开口为第三开口；所述第二通孔在所述第二侧墙的外侧壁上的开口为第四开口；
70.所述第二通孔的朝向旋转方向的侧壁与所述第二侧墙的径向的夹角大于零，且所述第四开口相对所述第三开口朝向所述研磨主体的旋转方向；所述第一通孔内的背离旋转方向的侧壁上设置有研磨粒收集装置。第二通孔201 的内结构设置的和第一通孔105一致，在此不再具体赘述，从而可以实现研磨液中的大研磨颗粒和小研磨颗粒的分离。
71.可选地，参见图6所示，研磨垫表面上设置有多个沟槽，多个沟槽至少包括：第一沟槽301和第二沟槽302。
72.可选地，除了外侧沟槽的外侧沟槽壁之外，在多个沟槽的内侧沟槽壁和外侧沟槽壁上均可以设置有通孔303，通孔303的结构可以参考上述第一通孔 105的结构设置，在离心作用的影响下，研磨液从中心区域逐渐扩散至研磨垫所有区域，每次经过通孔303时，通孔303都可以对研磨液中的粒径较大的研磨颗粒和粒径较小的研磨颗粒分流，从而当研磨液到达研磨垫上的最外侧沟槽时，研磨液中的研磨颗粒的粒径基本已经统一。
73.可选地，第一沟槽301的宽度等于第二沟槽302的宽度。将各个沟槽的宽度设置为
一致，从而相同的沟槽宽度使得晶圆在与研磨垫的表面相接触时，实现晶圆的均匀打磨。
74.可选地，为了实现晶圆更均匀的打磨，得到更加平坦化的晶圆，第一沟槽301的第一侧墙301’的高度、第一沟槽301的第二侧墙301”的高度、第二沟槽302的第一侧墙302’的高度和第二沟槽302的第二侧墙302”的高度均相等。从而在进行化学机械研磨时，使晶圆和研磨垫能够充分接触，提高晶圆表面的平整度。
75.可选地，第一沟槽301为与第二沟槽302相邻的嵌套在第二沟槽302外围的沟槽，第一沟槽301的第一侧墙301’和第二沟槽302的第二侧墙302’相同。
76.本技术实施例提供了一种研磨垫，包括：研磨主体，在研磨主体表面上成环形设置的沟槽，沟槽具有内侧的第一侧墙和外侧的第二侧墙，横向贯穿第一侧墙的第一通孔，第一通孔在第一侧墙的内侧壁上的开口为第一开口，第一通孔在第一侧墙的外侧壁上的开口为第二开口，第一通孔的延伸方向与第一侧墙的径向的夹角大于零，且第二开口相对第一开口朝向研磨主体的旋转方向，第二开口背离旋转方向的一侧设置有研磨粒收集装置。随着研磨垫旋转，离心使粒径较大的研磨颗粒的分布偏向第二开口背离旋转方向一侧，实现研磨液中大颗粒和小颗粒分离，通过研磨颗粒收集装置实现大颗粒收集，使剩余的研磨颗粒粒径为均一小颗粒，统一研磨液颗粒粒径，从而使研磨得到的晶圆更均匀。
77.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
78.以上所述仅是本技术的优选实施方式，虽然本技术已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本技术技术方案保护的范围内。