CN102477261B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D封装的TSV硅抛光的化学机械抛光液，该抛光液包括研磨颗粒，一种或多种有机酸速率提升剂，一种或多种含氮化合物和水。本发明的抛光液是可以在碱性条件下超高速地抛光硅衬底的新型的化学机械抛光液，显著提高3D封装中的TSV硅抛光的产率。

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。
背景技术
IC制造工艺中平坦化技术已成为与光刻和刻蚀同等重要且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。而化学机械抛光(CMP)工艺便是目前最有效、最成熟的平坦化技术。化学机械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术与一体的化学机械平坦化技术，是集成电路(IC)向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展的产物，是集成电路提高生产效率、降低成本、晶圆全局平坦化必备技术。CMP在IC制造领域应用广泛，抛光对象包括衬底、介质及互连材料等。其中金属CMP是90纳米以下芯片制造中器件和互连制造的关键工艺之一，是亚90纳米时代的研究热点。金属铜，铝，钨正在越来越多地应用于集成电路器件上的互连，必须通过化学机械抛光实现多层互连，因而开发出新一代的金属化学机械抛光液一直让业界关注。
目前，出现了一系列适合于抛光硅的化学机械抛光浆料，如：专利US2002151252A1公开了一种用于硅CMP的组合物和方法；专利US200610014390A1公开了一种用于硅和金属的化学机械抛光浆料；专利US5860848公开了一种使用聚合体电解质的硅CMP的方法；但是随着3D封装技术不断成熟，硅通孔技术不断得到更多应用，抛光硅应用也越来越引起人们的重视。3D封装技术常常平整地需要去除10个微米以上的硅。上述用于抛光液对于该应用存在明显的去除速率不足的情况，严重影响产率。因此有必要开发出新的适用于硅通孔技术的硅化学机械抛光浆料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，而提供一种大幅度提高硅抛光速率和产品产率的化学机械抛光液。
本发明的金属化学机械抛光液包括：研磨颗粒、一种或多种有机酸速率提升剂，一种或多种含氮化合物和水。本发明的化学机械抛光液可以在通过添加剂大幅度硅抛光速率，提高产率。
在本发明的实施例中，该研磨颗粒的浓度为0.5～10wt％，有机酸速率提升剂的浓度为0.5～10wt％，含氮化合物的浓度为0.05～10wt％，水为余量，以上百分比均指占整个化学机械抛光液的总重量百分比。
本发明的研磨颗粒可以参照现有技术，优选氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更优选氧化硅。
在本发明中，该研磨颗粒的尺寸较佳地为20～200nm，更佳地为30～100nm。
在本发明中，所述的有机酸为氨基酸，柠檬酸，柠檬酸氢胺，柠檬酸氢二胺，乙二胺四乙酸中的一种或几种。
在本发明中，所述的含氮化合物为含-NH结构的氨类化合物，例如唑类，胍类，亚胺等等。优选的为含氮化合物为选自1，2，4三氮唑、5-氨基四氮唑、盐酸双胍、聚亚酰胺、3-氨基四氮唑和聚亚酰胺中的一种或多种。
本发明的化学机械抛光浆料pH值为8.0～12.0，较佳地9.5-11.5。pH调节剂可为各种碱，以将pH调节至所需值即可，较佳地四甲基氢氧化胺，四乙基氢氧化胺，四丙基氢氧化胺，氨水，氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
本发明的化学机械抛光浆料还可以包括表面活性剂、稳定剂，抑制剂和杀菌剂，以进一步提高表面的抛光性能。
本发明的积极进步效果在于：本发明的创新部分在于：本发明硅化学机械抛光液通过添加剂的作用大幅度提高硅抛光速率，提高产品产率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步阐述本发明。
表1给出了本发明的抛光液1～21，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水补足抛光液质量100％。最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静置30分钟即可得到各化学机械抛光液。
表1本发明的抛光液1～21配方
效果实施例
表2给出了本发明的抛光液1～6和对比抛光液，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水补足质量百分比100％，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静置30分钟即可得到各化学机械抛光液。
表2本发明的抛光液1～6和对比抛光液配方
将表2中本发明的抛光液1～6和对比抛光液分别对不同材料(包括多晶硅衬底、Cu衬底，进行抛光。抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力3-5psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光液流速100mL/min。抛光结果见表3。
表3本发明的抛光液1～6和对比抛光液的抛光效果
由以上数据表明，本发明的化学机械抛光液具有以下优点：
1)本发明的化学机械抛光液在金属抛光过程中基本不产生局部和整体腐蚀，基本无衬底表面缺陷、划伤、粘污和其它残留污染物。
2)同时具有较高的多晶硅和铜的去除速率，可满足TSV高速抛光要求，提高产量。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光液在提高硅的去除速率中的应用，该化学机械抛光液包含：研磨颗粒、一种或多种有机酸速率提升剂、一种或多种含氮化合物和水，其中所述含氮化合物为选自1，2，4三氮唑、5-氨基四氮唑、3-氨基四氮唑和聚亚酰胺中的一种或多种，且其中所述有机酸速率提升剂为选自氨基酸，柠檬酸，柠檬酸氢胺，柠檬酸氢二胺，乙二胺四乙酸中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的浓度为0.5～10wt％，有机酸速率提升剂的浓度为0.5～10wt％，含氮化合物的浓度为0.05～10wt％，水为余量。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的尺寸为20～200nm。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的尺寸为30～100nm。
6.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述抛光液pH值为8.0～12.0。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述抛光液pH值为9.5-11.5。
8.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述抛光液还包括pH调节剂。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述pH调节剂选自四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、氨水、氢氧化钾、乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述抛光液还包括选自表面活性剂、稳定剂、抑制剂和杀菌剂中的一种或多种。
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