CN102408834B

CN102408834B - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102408834B
Application number: CN201010287359.3A
Authority: CN
Inventors: 王晨; 何华锋
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: CN102408834A

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，含卤素的氧化剂，唑类化合物和有机碱，所述的化学机械抛光液具有碱性的pH值。该抛光液实现了在氧化剂存在的条件下，不仅不抑制了硅和铜的抛光速度，还显著提高了硅的抛光速度的问题。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，具体涉及用一种碱性的化学机械抛光液。

背景技术

TSV技术(Through-Silicon-Via)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV优势在于能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，缩短了互连从而改善芯片速度和低功耗的性能。

TSV技术中晶背减薄技术(backside thinning)需要抛光时，对硅和铜两种材料同时具有非常高的抛光速度。

对硅的抛光通常都在碱性条件下进行，可以获得较高的抛光速度。例如：

US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，其中添加剂优选2-(二甲氨基)-2-甲基-1-丙醇。

US2002151252公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液，用于提高多晶硅去除速率，其中优选的络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。

EP1072662公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，优选化合物是胍类的化合物及其盐。

US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液，其包含重量百分比为4.25％～18.5％研磨剂和重量百分比为0.05％～1.5％的添加剂。其中添加剂主要选自季铵盐、季胺碱和乙醇胺等有机碱。此外，该抛光液还包含非离子型表面活性剂，例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。

中国专利申请200810033260通过利用双胍和唑类物质的协同作用，显著提高了硅的抛光速度。但是该配方体系不含氧化剂，不适用于金属的抛光。

对铜的抛光通常都在酸性条件下进行，利用氧化剂(双氧水)在酸性条件下的高氧化电势，以及铜在酸性条件下易配位、溶解，实现高的抛光速度。例如：

专利CN 1705725A公开一种抛光铜金属表面的抛光液，该抛光液处在2.5至4.0之间，在氧化剂(双氧水等)、螯合剂和钝化剂的作用下，去除铜金属的表面。

专利CN1787895A公开了一种CMP组合物，其包含流体剂以及氧化剂、鳌合剂、抑制剂、研磨剂和溶剂。在酸性条件下，这种CMP组合物有利地增加在CMP方法中的材料选择性，可用于抛光半导体衬底上铜元件的表面，而不会在抛光的铜内产生凹陷或其他不利的平坦化缺陷。

专利CN01818940A公开了一种铜抛光浆料可通过进一步与氧化剂如过氧化氢，和/或腐蚀抑制剂如苯并三唑相组合而形成，提高了铜的移除速率。在获得这较高的抛光速率的同时维持了局部PH的稳定性，并显著减少了整体和局部腐蚀。

对铜的抛光有时也会在碱性条件下进行，例如：

专利CN 1644640A公开一种在碱性条件下用于抛光铜的水性组合物，该组合物包含重量百分比为0.001％至6％的非铁金属抑制剂，重量百分比为0.05％至10％该金属的配位剂，重量百分比为0.01％至25％用于加速铜的去除的铜去除剂，重量百分比为0.5％至40％的研磨剂等，通过铜去除剂咪唑和BTA的相互作用，提高了铜的去除速率。

专利CN 1398938A中公开一种超大规模集成电路多层铜布线用化学机械全局平面化抛光液，用于提高铜的去除速率，抛光液的组成成分如下：磨料的重量百分比18％至50％，螯合剂的重量百分比0.1％至10％，络合剂的重量百分比0.005％至25％，活性剂的重量百分比0.1％至10％，氧化剂的重量百分比1％至20％，和去离子水。

在现有技术中，在酸性条件下抛光，虽然可以获得很高的铜抛光速度，但是对硅的抛光速度通常较低。原因是在酸性条件下，氧化剂将单质硅的表面氧化成二氧化硅，与硅相比，二氧化硅更难去除。

在碱性条件下抛光，如果不加氧化剂，虽然可以获得很高的硅抛光速度，但是对铜的抛光速度通常较低。原因是铜需要氧化后才易被去除。但是，如果加了氧化剂，和在酸性条件下类似，氧化剂会将单质硅的表面氧化成二氧化硅，更难去除。除此之外，在碱性条件下，双氧水等氧化剂很不稳定，会迅速分解失效。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供包括含卤素的氧化剂和唑类化合物的化学机械抛光液，在碱性抛光环境下，既可以提高硅的抛光速度，又可以提高铜的抛光速度。

本发明的化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，含卤素的氧化剂，唑类化合物和有机碱，所述的化学机械抛光液具有碱性的PH值。

本发明中，所述的研磨颗粒选自于SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、SiC、Fe₂O₃、TiO₂和Si₃N₄中的一种或多种。较佳地，所述的研磨颗粒为SiO₂。所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.1～20％。

本发明中，所述的含卤素的氧化剂为溴酸盐和/或碘酸盐。较佳地，所述的含卤素的氧化剂为溴酸钾。所述的溴酸钾的质量百分含量为0.1～5％。

本发明中，所述的唑类化合物为三氮唑。较佳地，所述的三氮唑为1-H-1，2，4-三氮唑(TAZ)。所述的唑类化合物的质量百分含量为0.1～5％。

本发明中，所述的有机碱为有机胺和/或季铵碱。较佳地，所述的有机碱为季铵碱。较佳地，所述的季铵碱为四甲基氢氧化铵。

本发明中，所述的化学机械抛光液的pH值为10～11。

本发明的积极进步效果在于：实现了在氧化剂存在的条件下，不仅不抑制了硅和铜的抛光速度，还显著提高了硅的抛光速度的问题。

具体实施方式

制备实施例

表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～10及对比例1～2的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂(有机碱)调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。

表1本发明的化学机械抛光液实施例1～10及对比例1～2的配方

效果实施例1

抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，polytex抛光垫，4cm×4cm正方形晶圆(Wafer)，研磨压力3psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/分钟。

表2抛光实施例1和对比例1～2

对比例1表明：在不含有含卤素的氧化剂和唑类化合物时，硅和铜的抛光速度都很低。

对比例2表明：在碱性条件下，若使用常规氧化剂(例如：双氧水)加唑类化合物时，硅和铜的抛光速度都非常低。

实施例1表明：在用含卤素的氧化剂(溴酸钾)和唑类化合物的组合时，硅和铜的抛光速度可以提高6倍以上。

Claims

1.1‐H‐1,2,4‐三氮唑在提高铜和硅抛光速率的化学机械抛光液中的应用，其中所述化学机械抛光液包括：研磨颗粒、含卤素的氧化剂、1‐H‐1,2,4‐三氮唑和有机碱，所述的化学机械抛光液具有碱性的pH值。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒选自于SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、SiC、Fe₂O₃、TiO₂和Si₃N₄中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.1～20％。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的含卤素的氧化剂为溴酸盐和/或碘酸盐。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的含卤素的氧化剂的质量百分含量为0.1～5％。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的1‐H‐1,2,4‐三氮唑的质量百分含量为0.1～5％。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的有机碱为有机胺和/或季铵碱。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的季铵碱为四甲基氢氧化铵。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的化学机械抛光液的pH值为10～11。