CN101637884A - 硅贯通电极晶圆的研磨方法与其所使用的研磨组成物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅贯通电极晶圆的研磨方法与其所使用的研磨组成物。该研磨硅贯通电极晶圆的研磨方法，包含：使一研磨组成物对一硅贯通电极晶圆的一研磨面进行一研磨处理；其特征在于：该研磨组成物包括有一碱性化合物、一溶剂、氧化硅研磨粒子，与一氧化剂，且该研磨组成物具有一流速，该硅贯通电极晶圆被施以一研磨压力地与一研磨垫接触，且在该研磨处理进行中时，该研磨垫与该硅贯通电极晶圆分别具有一转速；本发明也有关于上述方法所使用的研磨组成物，其可随组成与研磨处理进行中的各项机台操作参数，而相对地对硅、金属的研磨速率或研磨选择性有所变化，于是使用者可在研磨处理进行中机动地改变上述组成或参数，进而高效益地完成晶圆研磨。

Description

硅贯通电极晶圆的研磨方法与其所使用的研磨组成物

技术领域

本发明涉及一种研磨方法，特别是涉及一种用以研磨硅贯通电极(Through-Silicon Via，TSV)晶圆的方法。本发明另有关于该方法所使用的研磨组成物。

背景技术

化学机械研磨制程(chemical mechanical polishing，简称为“CMP”)被广泛地纳入为半导体晶圆整体制程中的一环，用以使晶圆表面呈全面的平坦化。

依据所研磨的晶圆研磨面的材质，CMP可分为几大分支，例如金属化学机械研磨(Metal CMP)、硅化学机械研磨(Si CMP)等等，以往业界也是针对所欲研磨的单一材质来开发其相对使用的研磨液，并着重于其对该特定材质晶圆的研磨速率，以及对该晶圆研磨面所造成的不均匀度(non-uniformity)，研磨速率越快且该不均匀度越轻者则代表该研磨液的功效越佳。

以往晶圆研磨面的材质都是单一的，因此所相对开发出的研磨液仅限于使用在该特定材质的晶圆研磨面上，其他材质的晶圆研磨面并不适用；即便勉强进行研磨，随即所造成的研磨面均匀度(uniformity)也可能变差。

TSV晶圆3D封装技术则是一种新发展的半导体晶圆封装方法，其所封装的是多数片堆迭的TSV晶圆，因此对TSV晶圆的表面平坦度有一定的要求。下面结合附图以利详细说明，其中各构件并未依实际比例绘制。

如图1所示，一原始的TSV晶圆1包含有一集成电路层11、一迭置于该集成电路层11上且凹设有多个孔洞12的硅晶圆层13，以及多数条分别填充于这些孔洞12并连接于该集成电路层11的金属导线14(它们的材质通常为铜或钨)。

TSV晶圆1需降低厚度以减少封装尺寸，其处理程序通常可分为粗抛(grinding)及细抛(即CMP制程)两阶段；一其研磨面15经过粗抛后的TSV晶圆1会有一损害层(damage layer)16被形成出，CMP制程即是用以将此损害层16去除，以形成一具有一新研磨面15’的TSV晶圆2，且原则上这些金属导线14与包绕于周围的硅晶圆层13是齐平的，例如图2中所示。

基于不同的制程需求，有时候也需使这些金属导线14与硅晶圆层13之间呈现一高度差H，例如使这些金属导线14形成凹陷(参见图3所示)或凸起(参见图4所示)。

由于传统的研磨液，不论金属研磨液或是硅晶圆研磨液，都仅适用于研磨单一材质的金属或硅晶圆。硅晶圆研磨液可例如USP 4,169,337的研磨液包含胶态二氧化硅或硅胶(silica gel)与水溶性胺；USP 5,230,833号揭示包含胶态二氧化硅、有机碱及杀菌剂；USP 5,391,258号所揭示的研磨液则包含研磨颗粒、过氧化氢与邻苯二甲酸氢钾(potassium hydrogen phthalate)，并用于磨光含硅、硅石或硅酸盐的复合物。金属研磨液则例如USP5,225,034号的研磨液，其包含AgNO₃、固体研磨物质、与选自H₂O₂、HOCl、KOCl、KMgO₄或CH₃COOH的氧化剂，其用于研磨半导体晶圆上的铜层，以制造晶圆上的铜线。

上述仅适用于研磨单一材质的研磨液，若直接转用于研磨TSV晶圆研磨面15，则新形成的研磨面15’的均匀度将会很差。

因此，半导体业界所需要的是一种适合研磨TSV晶圆的研磨组成物以及方法，以使TSV晶圆研磨面在接受研磨之后，其金属导线与硅晶圆部分的高度差距能符合操作者的要求。

再者因各次TSV晶圆所欲达到的研磨目标常各有不同，且在研磨过程中TSV晶圆的研磨状况可能不易掌握，例如Si或Cu的部分被研磨得过多；因此，若可让操作者在研磨TSV晶圆时能随其所需地掌控所使用的研磨组成物对Si、Cu的选择性(即研磨趋势)，或者是配合使用其便于取得的物料而立即获得具有特定的硅、铜研磨速率的研磨组成物，当可大幅提升TSV晶圆的研磨效益，减少可观的时间与物料成本。

发明内容

申请人发现，一含有碱性化合物、溶剂、氧化硅研磨粒子，与一氧化剂的研磨组成物极适合用来研磨TSV晶圆，再者，此研磨组成物可通过前述的用以研磨硅或二氧化硅的研磨液(其含有上述前三种组份)与一氧化剂掺混后而获得。因此，本发明的第一目的，即在提供一种TSV晶圆的研磨方法，包含：使一研磨组成物对一硅贯通电极晶圆的一研磨面进行一研磨处理；该研磨组成物包括有一碱性化合物、一溶剂、氧化硅研磨粒子，与一氧化剂。于本发明方法进行中时，如同一般的研磨方法，在一研磨机台中使该TSV晶圆被施以一研磨压力地与该研磨垫接触，该研磨组成物(即第二目的)具有一流速，且在该研磨处理进行中时，该研磨垫与该TSV晶圆分别具有一转速。

本发明所述的TSV晶圆的研磨方法，该研磨组成物的组成、该研磨组成物的流速、该研磨压力、该研磨垫转速，与该TSV晶圆转速中至少一者于该研磨处理进行中被机动调整。

本发明所述的TSV晶圆的研磨方法，该研磨压力介于1psi～10psi之间。

本发明所述的TSV晶圆的研磨方法，该研磨垫的转速介于30rpm～300rpm之间。

本发明所述的TSV晶圆的研磨方法，该TSV晶圆的转速介于30rpm～300rpm之间。

本发明所述的TSV晶圆的研磨方法，该研磨组成物的流速介于50ml/min～500ml/min之间。

本发明的第二目的，即在提供一种用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，包含：一碱性化合物、一溶剂、氧化硅研磨粒子；还包含一氧化剂。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该氧化剂择自于过氧化氢、硝酸、硝酸盐、次氯酸、次氯酸盐、过氯酸、高氯酸盐、过硫酸盐、高锰酸盐、过碘酸、过碘酸盐、铁氰化物、过乙酸，或其组合。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该氧化剂择自于过氧化氢、硝酸、硝酸铵、硝酸胍、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铁、硝酸铜、硝酸铅、硝酸钡、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸钡、次氯酸、次氯酸钾、次氯酸钠、次氯酸钙、过氯酸、过氯酸铵、过氯酸钾、过氯酸钠、过氯酸镁、过氯酸钡、过氯酸铅、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氯酸镁、过硫酸氢钾、过锰酸钾、过锰酸钠、过锰酸钙、过碘酸、过碘酸钾、过碘酸钠、铁氰化钾、铁氰化钠、过乙酸，或其组合。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该碱性化合物择自于胺类、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，或其组合。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该氧化剂的含量占该研磨组成物的0.01wt％～5wt％。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该碱性化合物的含量占该研磨组成物的0.01wt％～25wt％。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，所述氧化硅研磨粒子的含量占该研磨组成物的0.5wt％～50wt％。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，还包含有一添加剂，其择自于二醇类化合物及/或界面活性剂。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，该添加剂的含量占该研磨组成物的0.01wt％～4wt％。

本发明所述的用于研磨TSV晶圆的研磨组成物，具有介于9～13之间的pH值。

本发明的有益效果在于：本发明研磨组成物中各物料所使用的种类、含量等皆会影响到该研磨组成物对于硅及金属的研磨速率，而上述的研磨压力、TSV晶圆转速、该研磨垫转速，以及研磨组成物的流速等各种研磨机台参数也是如此。换句话说，若在研磨处理的过程中即时且视需要地变更本发明研磨组成物中各物料的种类、含量，或改变这些机台操作参数，即可有效率地使研磨出所欲的TSV晶圆研磨效果。

附图说明

图1是一示意图，说明一TSV晶圆中各构件的相对关系以及其研磨需求；

图2是另一示意图，说明该TSV晶圆经CMP研磨后其金属导线是齐平于该硅晶圆层；

图3是另一示意图，说明该TSV晶圆经CMP研磨后其金属导线是相对凹陷于该硅晶圆层；

图4是另一示意图，说明该TSV晶圆经CMP研磨后其金属导线是相对凸起于该硅晶圆层。

具体实施方式

如上所述本发明研磨组成物所包含的各必要成分，本发明基本上并未特别对pH值、各成分的特定种类或浓度范围等等有所限制。然为考虑本发明研磨组成物的成本、所发挥的研磨功效，并配合业界习惯，以下将分别针对各成分所选用的明确物料及含量范围，提供进一步说明及建议。

该氧化硅研磨粒子可择自于胶态氧化硅(colloid silica)、烟雾状氧化硅(fumed silica)与沉淀氧化硅(precipitated silica)，或其组合。

较佳地，该碱性化合物择自于胺类(amine)、氢氧化物(hydroxide)、碳酸盐(carbonate)、碳酸氢盐(hydrogen carbonate)，或此等的组合；而碳酸胍(guanidine carbonate)、醋酸钾(potassium acetate)等碱性化合物也是本发明可使用者。

胺类可例如为各式具有烷基或羟基的单胺类、双胺类，或三胺类；例如甲胺(methylamine)、二甲胺(dimethylamine)、乙胺(ethylamine)、丙胺(propylamine)、异丙胺(isopropylamine)、烯丙胺(allylamine)、丁胺(butylamine)、异丁胺(isobutylamine)、环己胺(cyclohexylamine)、苯甲胺(benzylamine)、乙醇胺(monoethanolamine)、二乙醇胺(diethanolamine)、三乙醇胺(triethanolamine)、异丙醇胺(isopropanolamine)、二异丙醇胺(diisopropanolamine)、N-甲基乙醇胺(N-Methyl ethanolamine)、N-甲基二乙醇胺(N-methyldiethanolamine)、N，N-二甲基乙醇胺(N，N-dimethyl ethanolamine)、N，N-二甲基乙胺(N，N-dimethylethylamine)、N，N，N，N，N-五甲基二亚乙基三胺(N，N，N′，N′，N″-Pentamethyldiethylenetriamine)、尿素(urea)、1-胺基-2-丙醇(1-amino-2-propanol)、2-胺基-1-丙醇(2-amino-1-propanol)、3-胺基-1-丙醇(3-amino-1-propanol)、2-[2-(二甲氨基)乙氧基]乙醇(2-[2-(Dimethylamino)ethoxy]ethanol)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇(2-(2-Aminoethoxy)ethanol)、亚乙基二胺(ethylenediamine)、二亚乙基三胺(diethylenetriamine)、三亚乙基乙四胺(triethylenetetramine)、六亚甲基二胺(hexamethylenediamine)、邻苯二胺(o-phenylenediamine)、丙二胺(trimethylenediamine)、1，5-二胺基-3-戊醇(1，5-diamino-3-pentanol)、1，3-二胺基-2-丙醇(1，3-diamino-2-propanol)、哌嗪(piperazine，包含哌嗪六水合物及无水哌嗪)、1-(2-胺基乙基)哌嗪(1-(2-aminoethyl)piperazine)、N-甲基哌嗪(N-methylpiperazine)、1，4-双氨丙基哌嗪(1，4-piperazine dipropanamine)，或其组合。

氢氧化物则例如为氢氧化铵(ammonium hydroxide)、氢氧化四甲铵(tetramethylammonium  hydroxide)、氢氧化钾(potassium hydroxide)、氢氧化钠(sodium hydroxide)，或其组合。

碳酸盐与碳酸氢盐则例如为碳酸钾(potassium carbonate)、碳酸氢钾(potassium hydrogencarbonate)、碳酸钠(sodiumcarbonate)、碳酸氢钠(sodium hydrogen carbonate)、碳酸氢铵(ammonium hydrogencarbonate)，或其组合。

更佳地，该碱性化合物择自于1-胺基-2-丙醇、二亚乙基三胺、亚乙基二胺、哌嗪、氢氧化钾、氢氧化四甲铵，或其组合。以下实施例将单独或混合使用多种碱性化合物来作为示范。

较佳地，该氧化剂择自于过氧化氢(hydrogen peroxide，H₂O₂)、硝酸(nitric acid)、硝酸盐(nitrate)、亚硝酸盐(nitrite)、次氯酸(hypochlorous acid)、次氯酸盐(hypochlorite)、过氯酸(hyperchloric acid)、高氯酸盐(perchlorate)、过硫酸盐(persulfate)、高锰酸盐(permanganate)、过碘酸(periodic acid)、过碘酸盐(periodate)、铁氰化物(ferricyanide)、过乙酸(acetichydroperoxide)，或其组合。

该硝酸盐可例如为硝酸铵(ammonium nitrate)、硝酸胍(guanidine nitrate)、硝酸钠(sodium nitrate)、硝酸钾(potassiumnitrate)、硝酸钙(calcium nitrate)、硝酸铁(ferric nitrate)、硝酸铜(copper nitrate)、硝酸铅(lead nitrate)、硝酸钡(barium nitrate)，或其组合；而该亚硝酸盐类则可例如为亚硝酸钠(sodiumnitrite)、亚硝酸钾(potassium nitrite)、亚硝酸钡(barium nitrite)，或其组合。

该次氯酸盐可例如为次氯酸钾(potassium hypochlorite)、次氯酸钠(sodium hypochlorite)、次氯酸钙(calcium hypochlorite)，或其组合。该高氯酸盐可例如为过氯酸铵(ammoniumperchlorate)、过氯酸钾(potassium perchlorate)、过氯酸钠(sodiumperchlorate)、过氯酸镁(magnesium perchlorate)、过氯酸钡(barium perchlorate)、过氯酸铅(lead perchlorate)，或其组合。

该过硫酸盐可例如为过硫酸铵(ammonium persulfate)、过硫酸钾(potassium monopersulfate)、过硫酸钠(sodiumpersulfate)、过氯酸镁(magnesium perchlorate)、过硫酸氢钾(potassium monopersulfate)，或其组合。该高锰酸盐可例如为过锰酸钾(potassium permanganate)、过锰酸钠(sodiumpermanganate)、过锰酸钙(calcium permanganate)，或其组合。该过碘酸盐可例如为过碘酸钾(potassium periodate)、过碘酸钠(sodium periodate)，或其组合。该铁氰化物可例如为铁氰化钾(potassium ferricyanide)、铁氰化钠(sodium ferricyanide)，或其组合。

基于成本考量，更佳地该氧化剂是过氧化氢；另于以下各实施例中，选择过氧化氢、铁氰化钾、过氯酸来作为示范。

该溶剂是用以溶解除了氧化硅研磨粒子以外的成分；较佳地且于以下各实施例中所示范使用，该溶剂是水。

申请人发现，一仅具有上述四种基本组成(碱性化合物、溶剂、氧化硅研磨粒子，以及氧化剂)的本发明研磨组成物其实基本上就可呈现满足目前业界需求的研磨功效，然为有助于使TSV晶圆于研磨后的各金属导线14具有较均一的凸出量H(意指导线14相对于四周硅晶圆层13的高度差；参见图4所示)，本发明研磨组成物还包含有一添加剂，其择自于二醇类化合物及/或界面活性剂。较佳地，该二醇类化合物择自于乙二醇(ethyleneglycol)、二乙二醇(diethylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、丁二醇(butanediol)、戊二醇(pentanediol)、1，3-丙二醇(1，3-propandiol)、二丙二醇(dipropylene glycol)、聚乙二醇(如polyethylene glycol 300，PEG 300)，或其组合；而该界面活性剂则为离子型(ionic type)或非离子型(nonionic type)。

于浓度范围方面的建议，该碱性化合物的含量较佳地占该研磨组成物的0.01wt％～25wt％，更佳地则占0.05wt％～15wt％；这些氧化硅研磨粒子的含量较佳地占该研磨组成物的0.5wt％～50wt％，更佳地则占0.8wt％～25wt％；这些氧化剂的含量较佳地占该研磨组成物的0.01wt％～5wt％，更佳地则占0.01wt％～2wt％。另若有添加剂的话，则其占该研磨组成物的0.01wt％～4wt％。另较佳地，本发明研磨组成物的pH值介于9～13之间。

本发明研磨组成物主要是适用于封装制程，基于成本及储放空间等考虑，建议先存放高浓缩倍数的碱性化合物、溶剂、氧化硅研磨粒子三者的预混合物，待在欲研磨晶圆时，先将该预混合物加以稀释后再与该氧化剂掺混(或者是使该预混合物与该氧化剂掺混后再稀释)，而获得本发明研磨组成物，并进行该研磨处理。

除了本发明研磨组成物组份(包括种类与含量)以外，TSV晶圆承受的研磨压力、TSV晶圆转速、研磨垫转速，以及研磨组成物的流速等五种操作条件都会影响到本发明研磨组成物对硅与金属的研磨速率，因此，申请人建议在以本发明研磨组成物来研磨TSV晶圆时，可使操作人员视情况及需要，而机动地调整或改变上述五操作条件中至少一者，如此将可使该选择比即时地变化并直接地影响到TSV晶圆的研磨结果，也等同是提高了操作人员对于该研磨结果的即时掌控能力，并有利于提升研磨良率。

若欲于进行本方法时也即时地变更所使用的本发明研磨组成物中氧化剂所占的重量比，则该氧化剂相对于其他组份可采取“额外添加”的操作方式，以控制该研磨组成物的成份，于是在研磨TSV晶圆时，硅与铜研磨速率、两材质的选择比都得以被机动性地调控，并直接影响图3、4中金属导线14与硅晶圆层13间的高度差H。

而有关于本发明TSV晶圆的研磨方法在其他操作条件上的建议，也是基于TSV晶圆的研磨功效以及操作便利性而考虑。另需一提的是，TSV晶圆是被固定于一研磨机台上的研磨头，而于进行该研磨处理时被该研磨头所带动，且其研磨面贴附着该研磨垫而旋转，因此在本案中“TSV晶圆转速”意指所研磨的TSV晶圆被带动而产生的转速，“流速”则意指本发明研磨组成物自研磨机台的出料口所流出的速度。

有关于该氧化剂于本发明研磨组成物中含量的较佳、更佳范围已述于前，另就该研磨压力而言，较佳地介于1psi～10psi之间；更佳地介于2psi～8psi之间。且于以下实施例中所示范使用的是3psi与5psi。

就该TSV晶圆转速而言，较佳地介于30rpm～300rpm之间；更佳地介于50rpm～280rpm之间。于以下各实施例中所示范使用的TSV晶圆转速是50rpm与113rpm。

就该研磨垫转速而言，较佳地介于30rpm～300rpm之间；更佳地介于60rpm～250rpm之间。于以下各实施例中所示范使用的研磨垫转速是60rpm与119rpm。

就本发明研磨组成物的流速而言，较佳地介于50ml/min～500ml/min之间；更佳地介于100ml/min～350ml/min。于以下各实施例中所示范使用的研磨组成物流速是150ml/min与350ml/min。

以下将以各实施例及比较例来说明本发明研磨方法与研磨组成物的实施方式与功效。这些实施例与比较例将使用到下列化学品与设备，且若未特别说明，则皆是在常温常压的环境下进行配制及研磨。须注意的是，这些实施例仅用以作为示范说明，而不应被解释为本发明实施的限制。

使用物料暨器材

1.研磨机台：由美商Applied Materials，Inc.公司制备，型号为MIRRA。

2.研磨垫：由美商Rohm and Haas公司制备，型号为IC1010。

硅空白晶圆(bare silicon wafer)：为购自美商Silicon ValleyMicroelectronics，Inc.的一般市售硅晶圆。

4.铜空白晶圆(blanket copper wafer)：为购自美商SKWAssociates，Inc.，铜膜厚度为1.5μm的铜空白晶圆。

5.以下化学药品为购于ACROS、MERCK等药品供应商的纯度99％以上的试药：H₂O₂、铁氰化钾、过氯酸、胶态氧化硅研磨粒子、烟雾状氧化硅研磨粒子、氢氧化四甲铵、1-胺基-2-丙醇、二亚乙基三胺、亚乙基二胺、哌嗪、氢氧化钾、三亚乙基乙四胺、氢氧化铵、乙醇胺、三乙醇胺、3-胺基-1-丙醇、N，N，N，N，N-五甲基二亚乙基三胺、二异丙醇胺、2-(2-氨乙氧基)乙醇、二甲胺、乙胺、N-甲基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二甲基乙胺、异丙醇胺、2-[2-(二甲氨基)乙氧基]乙醇、尿素、N-甲基二乙醇胺、1，4-双氨丙基哌嗪、醋酸钾、碳酸氢钠、碳酸胍，以及碳酸钾。

本发明研磨组成物实施例及比较例的配制方式，若未特别说明，则是使除了氧化剂以外的其他成分先行混合而形成一预混合物，再于进行研磨处理前视状况地稀释，并加入氧化剂。

各预混合物、研磨组成物中各成分所使用的物料种类与所占的重量百分比、预混合物的pH值与稀释倍数，以及进行研磨处理时的相关操作参数，皆表示于以下各表格中，而标示为“-”者即表示未记录或量测。Si与Cu的研磨速率则是各实施例/比较例研磨组成物分别对一硅空白晶圆与一铜空白晶圆进行研磨而量测；“Si/Cu”的值是以该研磨组成物的Si、Cu研磨速率相除，代表该研磨组成物对Si、Cu之间的选择性。

各研磨组成物中的溶剂是水，另若未特别说明，各研磨组成物中的研磨粒子为胶态氧化硅研磨粒子，氧化剂为H₂O₂；每一表格内的各实施例与比较例皆使用相同的机台参数[即研磨压力、研磨头转速(基于该机台的设计，所以此转速也就是TSV晶圆转速)、研磨垫转速，与研磨组成物的流速]。

以下将依各操作条件的变化来探讨这些成分对本发明的意义与影响性，并供欲实施本发明者参酌。

一、碱性氧化物、氧化剂对硅研磨速率与研磨粒子含量的影响比较例1-1～1-10的相关数据如以下表一中所示；比较例1-10是以原研磨粒子含量为18.75wt％的研磨液(pH值为9.54)稀释十倍后再加入预定量的氧化剂所配制而成，其他比较例是各种成分直接混合后即进行测试：

表一

如比较例1-1、1-2所示地，当研磨组成物中仅含有研磨粒子与溶剂时，研磨粒子的含量需高达40.0wt％才能具有的硅研磨速率。

当仅加入极少的碱性化合物后(如比较例1-3～1-9中的含量皆未超过2wt％)，即便该研磨粒子的含量大幅降低至10.0wt％甚至2.0wt％，该研磨组成物也能显现出接近

甚至高达

的硅研磨速率。证实该碱性化合物的存在可强化该研磨组成物对硅的研磨能力，并得以相对减少研磨粒子的使用量，如此也将相对改善晶圆研磨后的研磨面粗糙度，并避免其产生刮伤或其他缺陷。

二、氧化剂对铜研磨速率的影响

比较例1-10、2-1及实施例2-1～2-7的相关数据如以下表二与表三中所示。实施例2-1～2-5是使用同一预混合物在未稀释下即加入预定量的氧化剂所配制而成；实施例2-6与2-7也是雷同地处理，但改将其预混合物稀释十倍：

表二

表三

回顾先前的比较例1-10，其含有0.2wt％的少许氧化剂以及1.875wt％的研磨粒子含量，然比较例1-10对Cu的研磨效果仍未臻理想。

相对于比较例1-10，参见表二，比较例2-1加入了总含量仅有0.6wt％的少许混合态碱性化合物，且大幅降低研磨粒子含量，然比较例2-1对硅的研磨效果却显著地飙升，此结果显然证实了先前的结论；此外，比较例2-1对铜的研磨效果也明显增进。

相对于比较例2-1，一并参见表三，实施例2-1～2-3、实施例2-4与2-5，以及实施例2-6与2-7是逐步地调升氧化剂的含量，它们的结果显示出研磨组成物对于铜的研磨效果大幅提升之余，对硅的研磨效果也维持住高水准的表现；值得一提的是实施例2-6与2-7除了碱性化合物含量再降至0.505wt％以外，研磨粒子含量更大幅降至1.875wt％，然而它们对于Si、Cu也展现了良好的研磨能力。

因此，通过表一～三的结果可知，当一研磨组成物含有本发明研磨组成物所诉求的基本组成--碱性氧化物、氧化硅研磨粒子、氧化剂，以及溶剂时，确实可同时对硅、铜具有优异的研磨效果；再者，事前先配制含有碱性氧化物、氧化硅研磨粒子、溶剂的预混合物，于有需要进行研磨处理时再稀释并加入预定的氧化剂来配成本发明研磨组成物，也是一可行的做法。三、各种氧化剂对研磨组成物功效的影响

实施例3-1～3-3是皆以同一预混合物稀释十倍后，再加入预定量的氧化剂所配制而成；各实施例的相关数据如以下表四中所示：

表四

实施例3-1～3-3的不同处在于所使用的氧化剂种类，并证实不同的氧化剂种类会使得研磨功效有大幅度的变化：各实施例的Si、Cu选择性呈现的1.84～9.80的广大范围，其中Si的研磨速率分布在

之间，Cu则分布在

之间。显然本发明研磨组成物中的氧化剂可广泛地使用各种类，并不限于H₂O₂，所以操作者在氧化剂种类的选择上极有弹性。

四、其他种氧化硅研磨粒子对研磨组成物功效的影响

实施例4-1～4-11所使用的氧化硅研磨粒子为胶态或烟雾状的，它们的相关数据如以下表五中所示。实施例4-5、4-9是各以一预混合物稀释十倍后，再加入预定量的氧化剂所配制而成，其他实施例则是将各种成分直接混合后即进行测试；实施例4-5的预混合物pH值为11.64且含亚乙基二胺3.8wt％与研磨粒子18.75wt％，实施例4-9的pH值则为11.48，且含二亚乙基三胺3.8wt％与研磨粒子18.75wt％：

表五

实施例4-1～4-4、4-6～4-8，与4-10～4-11皆是使用的烟雾状氧化硅研磨粒子，且此等研磨组成物也呈现出良好的研磨效果；因此证实除了胶态的以外，本发明研磨组成物还可使用其他种类的氧化硅研磨粒子。

五、于相同氧化剂及/或研磨粒子的条件下探讨碱性化合物种类对研磨组成物功效的影响

实施例5-1～5-15是在不同浓度的氧化剂与研磨粒子下，广泛地搭配各式单一成分或混合成分，且浓度各异的碱性化合物。实施例5-1～5-9是各以一预混合物先稀释后，再加入预定量的氧化剂而配制出，并进行测试，其他实施例的预混合物则未经稀释，即直接加入预定量的氧化剂而配制出，并进行测试。此两态样的实施例相关数据分别如以下表六、表七中所示。

表六

表七

由比较例1-10(表七)与实施例5-1～5-6(表六)可知，在有氧化剂存在的情况下，若进一步地有碱性化合物参与，则该研磨组成物的Si、Cu研磨速率可皆被显著地提升；此时不同的碱性化合物种类会使得所对应获得的研磨组成物具有不同的Si、Cu研磨速率及选择性。

另实施例5-7～5-9(表六)则是将氧化剂的含量再减半，并搭配总量为0.38wt％或约为0.5wt％的碱性化合物；实施例5-11～5-15(表七)则皆具有相同的研磨粒子含量，并搭配适量的碱性化合物与少许氧化剂，发现它们的研磨组成物在Si、Cu的研磨速率仍有良好的表现。

因此，表六、表七的数据证实了具有本发明所诉求的四种基本成分(碱性化合物、溶剂、氧化硅研磨粒子，与氧化剂)的组成物，的确适合用以研磨TSV晶圆，且在不同的成分搭配方式下都会展现出不同的Si、Cu研磨速度，而有不同的选择比。因此操作者可视其需求调配出具有适当Si、Cu选择性或研磨速率的本发明组成物。

六、碱性化合物的差异对于研磨组成物功效的影响

实施例6-1～6-14、6-15～6-25、6-26～6-28，与6-29～6-31等各群组分别具有相同含量的研磨粒子、氧化剂，以及部分的碱性化合物(即表八～十中所示的第一种类)。6-1～6-14、6-15～6-25的各实施例，是各自使用其预混合物并配合10或20倍的稀释后，直接加入预定量的氧化剂而配制出，并进行测试；实施例6-26～6-31所使用的预混合物则未经稀释。

表八

表九

表十

自表八～表十的数据显然可知，各群组内的实施例基于其第二种类的碱性氧化物而获得了相对应的Si、Cu研磨速率。因此，于实际实施时，操作者可就既有的一般研磨液(其碱性化合物是含有第一种类的碱性化合物)或该预混合物，视情况地稀释与否，或另加入第二种类的碱性化合物，且加入适量的氧化剂而获得具有所欲研磨功效的本发明研磨组成物。

七、使用相同的预混合物在不同稀释倍数下再掺混等量氧化剂对研磨组成物功效的影响

实施例7-1～7-4含有等量的氧化剂，它们的调配方式是以相同的预混合物直接混入，或是稀释特定倍数后混入氧化剂。

实施例7-1～7-4的相关数据如以下表十一中所示：

表十一

表十一结果显示，当以一既有而未含氧化剂的预混合物来制备本发明研磨组成物时，即便所制出的研磨组成物皆含有相同的氧化剂含量，但随着该研磨液的稀释倍数不同，其对Si、Cu的研磨效果也就各异。因此，操作者当可在不改变氧化剂供应量下，视其需求而即时变更预混合物的稀释倍数，以获得具有所欲Si、Cu研磨效果的本发明研磨组成物。

八、机台操作参数对研磨组成物功效的影响

实施例8-1与8-2、实施例8-3与8-4，及实施例8-5与8-6为两两具有相同配方，现分别以研磨压力(psi)、研磨垫与研磨头转速(单位为rpm)，以及实施例的流速(单位为ml/min)等机台操作参数差异性，来探讨这些参数对各实施例的Si、Cu研磨速率是否有所影响。

表十二

表十二结果显示，在配制实施例8-1～8-6时，无论预混合物是否有先经过稀释，这些实施例的Si、Cu研磨速率与Si/Cu选择比，皆会因配合不同的研磨压力、研磨垫及研磨头转速，与流速等机台操作参数而有所不同。因此，当若操作人员不方便以变更物料种类、浓度的方式来相对转换本发明研磨组成物的Si、Cu研磨速率与Si/Cu选择比，也可透过改变上述各式机台参数，而达到目的。

九、本发明研磨组成物实际研磨TSV晶圆的结果

于下选用前述5-11、5-6，以及5-7等三实施例的研磨组成物来分别研磨一已接受粗抛处理的自制TSV晶圆；研磨时间为60秒～180秒、流速为200ml/min、研磨压力为3psi、研磨头转速为113rpm、研磨垫转速为119rpm。研磨结果如下表十三所示：

表十三

该三实施例原先依据其研磨硅空白晶圆与铜空白晶圆所呈现的研磨结果，也类似地彰显在TSV晶圆的研磨结果上；因此这些Si、Cu的研磨速率与选择性确实是一可供操作人员进行TSV晶圆研磨时的参考依据。

由以上诸多实施例可证实具有碱性化合物、氧化硅研磨粒子、溶剂，以及氧化剂等四大基本组份的本发明研磨组成物，在这些组份的多样种类及含量变化下，都可对Si、Cu展现出应有的研磨能力，因而适用以研磨TSV晶圆；于是操作者可将仅含有碱性化合物、氧化硅研磨粒子与溶剂的一般研磨液(例如各实施例所使用的预混合物)并视需要地决定是否稀释，之后直接混入适当种类且适量的氧化剂(或者是直接将此四成份同时混合)后获得本发明研磨组成物，而使用于研磨TSV晶圆，大幅节省了物料成本。

进一步地，本发明研磨组成物对Si、Cu的研磨能力除了会随着研磨压力、研磨垫及研磨头转速、流速等各式机台操作参数而改变以外，另也会随着它们的成分或浓度的不同而有所变化，因此操作人员在对一TSV晶圆进行研磨时，可即时地针对该晶圆的研磨情形，而在研磨半途时即透过改变机台参数，或改变本发明研磨组成物的配比(通常研磨机台即已针对研磨液组成物的各种成分而设置不同的流道及储槽)，来获得所欲的Si、Cu研磨速率及选择性，以尽可能地使该TSV晶圆能借此而即时且精准地被研磨到该操作人员所要求的完美状态，而这样的做法也省除了操作人员要完全更换研磨组成物的麻烦。

再者，使用者当可依本发明所提出的概念，以本发明研磨组成物组成相关的各项条件(例如含量和使用物种)、进行本发明研磨方法时所牵涉到各种机台参数，以及对应呈现的Si、金属研磨速率或研磨选择性，编列成一资料库，以利供操作者参考、对照，并在实施本发明时当可于该研磨处理进行中，机动地调整本发明研磨组成物的组成、流速，与各项机台操作参数，进而高效益地完成TSV晶圆的CMP制程。

Claims (16)

1.一种硅贯通电极晶圆的研磨方法，包含：使一研磨组成物对一硅贯通电极晶圆的一研磨面进行一研磨处理；其特征在于，

该研磨组成物包括有一碱性化合物、一溶剂、氧化硅研磨粒子，与一氧化剂，且该研磨组成物具有一流速，该硅贯通电极晶圆被施以一研磨压力地与一研磨垫接触，且在该研磨处理进行中时，该研磨垫与该硅贯通电极晶圆分别具有一转速。

2.根据权利要求1所述的硅贯通电极晶圆的研磨方法，其特征在于，该研磨组成物的组成、该研磨组成物的流速、该研磨压力、该研磨垫转速，与该硅贯通电极晶圆转速中至少一者于该研磨处理进行中被机动调整。

3.根据权利要求1所述的硅贯通电极晶圆的研磨方法，其特征在于，该研磨压力介于1psi～10psi之间。

4.根据权利要求1所述的硅贯通电极晶圆的研磨方法，其特征在于，该研磨垫的转速介于30rpm～300rpm之间。

5.根据权利要求1所述的硅贯通电极晶圆的研磨方法，其特征在于，该硅贯通电极晶圆的转速介于30rpm～300rpm之间。

6.根据权利要求1所述的硅贯通电极晶圆的研磨方法，其特征在于，该研磨组成物的流速介于50ml/min～500ml/min之间。

7.一种用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，包含一碱性化合物、一溶剂、氧化硅研磨粒子；其特征在于，还包含一氧化剂。

8.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该氧化剂择自于过氧化氢、硝酸、硝酸盐、次氯酸、次氯酸盐、过氯酸、高氯酸盐、过硫酸盐、高锰酸盐、过碘酸、过碘酸盐、铁氰化物、过乙酸，或其组合。

9.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该氧化剂择自于过氧化氢、硝酸、硝酸铵、硝酸胍、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铁、硝酸铜、硝酸铅、硝酸钡、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸钡、次氯酸、次氯酸钾、次氯酸钠、次氯酸钙、过氯酸、过氯酸铵、过氯酸钾、过氯酸钠、过氯酸镁、过氯酸钡、过氯酸铅、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氯酸镁、过硫酸氢钾、过锰酸钾、过锰酸钠、过锰酸钙、过碘酸、过碘酸钾、过碘酸钠、铁氰化钾、铁氰化钠、过乙酸，或其组合。

10.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该碱性化合物择自于胺类、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，或其组合。

11.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该氧化剂的含量占该研磨组成物的0.01wt％～5wt％。

12.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该碱性化合物的含量占该研磨组成物的0.01wt％～25wt％。

13.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，所述氧化硅研磨粒子的含量占该研磨组成物的0.5wt％～50wt％。

14.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，还包含有一添加剂，其择自于二醇类化合物及/或界面活性剂。

15.根据权利要求14所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，该添加剂的含量占该研磨组成物的0.01wt％～4wt％。

16.根据权利要求7所述的用于研磨硅贯通电极晶圆的研磨组成物，其特征在于，具有介于9～13之间的pH值。

Images