CN102559057A

CN102559057A - 一种含有机酸性物质的化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102559057A
Application number: CN2010105911794A
Authority: CN
Inventors: 徐春
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种用于3D封装的TSV硅抛光的、含有机酸性物质的化学机械抛光液，包括研磨颗粒、有机酸性物质，还可以包括pH调节剂、表面活性剂、稳定剂、抑制剂、杀菌剂等，所述有机酸性物质为在与强碱介质混合过程中发生放热反应的有机酸性物质，如柠檬酸、柠檬酸氢胺、柠檬酸氢二铵、乙二胺四乙酸、唑类化合物中的一种或几种的混合。使用本发明抛光液能够大幅提高硅抛光速率，提高产率。

Description

一种含有机酸性物质的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于3D封装的TSV硅抛光的含有机酸性物质的化学机械抛光液。

背景技术

集成电路（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。

IC制造工艺中对更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的需求，经济的新型小尺寸3D封装TSV（TSV，Through-Silicon-Via硅通孔）技术也由此应运而生。3D封装 TSV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IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。它也被称为继键合(Wire Bonding)、TAB和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。3D封装的主要优势为：具有最小的尺寸和重量，将不同种类的技术集成到单个封装中，用短的垂直互连代替长的2D互连，降低寄生效应和功耗等。

TSV与常规封装技术相比，其制作可以集成到制造工艺的不同阶段，目前比较流行的两种方法为先通孔(via first)与后通孔(via last)工艺。在互补金属氧化物半导体（CMOS）或后道互连（BEOL）步骤之前完成硅通孔通常被称作Via-first。此时，TSV的制作可以在Fab厂前端金属互连之前进行，实现core-to-core的连接。该方案目前在微处理器等高性能器件领域研究较多，主要作为系统级芯片（SoC）的替代方案。Via-first也可以在CMOS完成之后再进行TSV的制作，然后完成器件制造和后端的封装。而将TSV放在封装生产阶段，通常被称作Via-last，该方案的明显优势是可以不改变现有集成电路流程和设计。两种方法互有优劣，部分厂商已开始在高端的Flash和DRAM领域采用Via-last技术，即在芯片的周边进行通孔，然后进行芯片或晶圆的层叠。

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，对于3D封装TSV技术也至关重要。TSV技术不断得到更多应用，CMP的抛光硅应用也越来越引起人们的重视。

目前，出现了一系列适合于抛光硅的化学机械抛光浆料，如：公开号为US 2002151252A1的美国专利公开了一种含有二氧化硅、具有碱金属离子的无机盐、铵盐、哌嗪、乙二胺和螯合剂的用于硅CMP的组合物和方法；专利US 20060014390A1公开了一种用于硅和金属的化学机械抛光浆料；专利号为US 5860848的美国专利公开了一种使用聚合体电解质的硅CMP的方法。

3D封装技术常常平整地需要去除10个微米以上的硅。而上述抛光液或者着重在于去除过渡金属残留，或者注重于多晶硅与氧化硅的选择比，或者注重使用超低浓度的抛光颗粒，对于在3D封装的TSV硅抛光中的应用则没有提到，而且从公开的信息来看，即使应用于3D封装的TSV硅抛光也存在明显的去除速率不足的情况，严重影响产率。

发明内容

本发明提供了一种含有机酸性物质的化学机械抛光液，所述抛光液中加入了在与强碱介质混合过程中有放热反应的有机酸性物质，从而大幅提高硅抛光速率，提高产率。

本发明含有机酸性物质的化学机械抛光液通过以下技术方案实现其目的：

一种含有机酸性物质的化学机械抛光液，具体的，所述含有机酸性物质的化学机械抛光液包括有：研磨颗粒和速率提升剂；所述速率提升剂为与强碱介质混合过程中发生反应放热的有机酸性物质。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述有机酸性物质为柠檬酸、柠檬酸氢胺、柠檬酸氢二铵、乙二胺四乙酸、唑类化合物中的一种或几种的混合。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述速率提升剂在所述含有机酸性物质的化学机械抛光液的质量百分比含量为1~10%。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、聚合物颗粒中的一种或几种的混合。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述研磨颗粒在所述含有机酸性物质的化学机械抛光液的质量百分比含量为0.5~10%。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述研磨颗粒的粒径为20~200nm。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述研磨颗粒的粒径为30~100nm。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述含有机酸性物质的化学机械抛光液中还包括pH调节剂。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述pH调节剂为碱性物质或硝酸。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述碱性物质为四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、氨水、氢氧化钾、乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种的混合。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述含有机酸性物质的化学机械抛光液的pH值为8.0~13.0。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述的含有机酸性物质的化学机械抛光液的pH值为9.5~13.0。

上述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其中，所述的含有机酸性物质的化学机械抛光液中还包括表面活性剂、稳定剂、抑制剂、杀菌剂中的一种或几种的混合。

本发明含有机酸性物质的化学机械抛光液，优点在于：

1. 本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液中的速率提升剂可以升高抛光液温度从而提高硅抛光速率。

2. 本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液在金属抛光过程中对基材产生的局部和整体腐蚀影响极为微小，将衬底表面缺陷、划伤、粘污和其他残留污染物的影响程度降至最低。

3.本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液具有对的较高的去除速率，可满足TSV硅高速抛光的要求。

具体实施方式

本发明所公开的是一种用于3D封装的TSV硅抛光的含有机酸性物质的化学机械抛光液，该含有机酸性物质的化学机械抛光液中含有一种或多种速率提升剂。该速率提升剂为在与强碱介质混合过程中有放热反应的有机酸性物质，如柠檬酸、柠檬酸氢胺、柠檬酸氢二铵、乙二胺四乙酸、唑类化合物中的一种或几种的混合。实验证明，在由上述速率提升剂以及研磨颗粒、pH调节剂、及表面活性剂、稳定剂、抑制剂、杀菌剂等成分组成的含有机酸性物质的化学机械抛光液可大幅度提高硅抛光速率；在金属抛光过程中产生的对基材的局部和整体腐蚀影响极为微小，将无衬底表面缺陷、划伤、粘污和其他残留污染物的影响程度降至最低；并且本发明含有机酸性物质的化学机械抛光液具有对硅的高效去除速率。

本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液中，包括质量百分比含量为0.5~10%、粒径为30~100nm的研磨颗粒，如氧化硅、氧化铝、氧化铈、聚合物颗粒（例如聚乙烯、聚四氟乙烯）等。以有机酸性物质作为速率提升剂，其包括柠檬酸、柠檬酸氢胺、柠檬酸氢二铵、乙二胺四乙酸、唑类化合物等等，其质量百分比含量为1~10%。还包括以四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、氨水、氢氧化钾、乙醇胺、三乙醇胺等为主的pH调节剂，以及表面活性剂、稳定剂、抑制剂、杀菌剂。

使用前，将上述成份按特定的比例混合，各种成份间发生化学反应，在抛光过程中升高抛光液温度，从而大幅提高抛光液效率。

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1~4：

表1给出了本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液1~4和对比抛光液，按照表中配方，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分钟即可得到含有机酸性物质的化学机械抛光液。

相同抛光条件下，将表1中本发明的抛光液1~4和对比抛光液分别对硅衬底进行抛光。抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力3~6psi，转盘转速/抛光头转速=60/80rpm，抛光时间120s，含有机酸性物质的化学机械抛光液流速100ml/min。抛光结果见表2。

Figure 2010105911794100002DEST_PATH_IMAGE002

Figure 2010105911794100002DEST_PATH_IMAGE004

表1、表2及表3中的数据表明：本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液中的速率提升剂可以升高抛光液温度从而提高硅抛光速率。

本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液还取得其他效果：

1. 在抛光过程中产生的局部和整体腐蚀影响极为微小，将衬底表面缺陷、划伤、粘污和其他残留污染物的影响程度降至最低。

2. 本发明的含有机酸性物质的化学机械抛光液具有对硅的高效去除速率，可满足TSV高速抛光的要求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种含有机酸性物质的化学机械抛光液，其特征在于，包括：研磨颗粒和速率提升剂；所述速率提升剂为与强碱介质混合过程中发生反应放热的有机酸性物质。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机酸性物质为柠檬酸、柠檬酸氢胺、柠檬酸氢二铵、乙二胺四乙酸、唑类化合物中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中，所述速率提升剂的质量百分比含量为1~10%。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、聚合物颗粒中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.5~10%。

6.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20~200nm。

7.根据权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为30~100nm。

8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，还包括pH调节剂。

9.根据权利要求8所述化学机械抛光液，其特征在于，所述pH调节剂为碱性物质或硝酸。

10.根据权利要求9所述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其特征在于，所述碱性物质为四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、氨水、氢氧化钾、乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种的混合。

11.根据权利要求1所述的含有机酸性物质的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为8.0~13.0。

12.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为9.5~13.0。

13.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，还包括表面活性剂、稳定剂、抑制剂、杀菌剂中的一种或几种的混合。