CN102816532A - 一种3d封装硅抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3D封装硅抛光液，包括：研磨颗粒、碱性物质，抛光速率提升剂和载体水，所述速率提升剂为含有一个或多个α-氨基的含氮化合物，且所述3D封装硅抛光液不含氧化剂。本发明3D封装硅抛光液在抛光过程中具有超高的硅的去除速率，满足TSV高速抛光要求，以及工业生产对于3D封装硅抛光产率的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种适用于3D封装硅的化学机械抛光液。
背景技术
在集成电路(integrated circuit，简称IC)发展中，其驱动力来源于对更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的追求。传统的多层金属位于2D(2-Demensional)有源电路上方，互连的结构会对于IC全局互连造成信号延迟，而且随着等比例缩小的持续进行，期间密度不断增加，延迟问题就更为突出。为了避免这种延迟，同时也为了满足性能、频宽和功耗的要求，设计人员开发出在垂直方向上将芯片叠层的新技术，这样可以穿过有源电路直接实现高效互连。经济的新型小尺寸3D硅通孔技术(Through-Silicon-Via，简称TSV)也由此应运而生。
3D封装硅通孔技术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，其在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，3D封装硅通孔技术封装具有最小的尺寸和重量，可以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。此技术能够很好的节约制造成本，且有效提高集成电路系统的整合度与效能。
无论堆叠形式和连线方式如何改变，在封装整体厚度不变甚至又降低趋势下，堆叠中所用各层芯片厚度就不可避免的需要被减薄。现在各层封装使用的芯片厚度都控制在100微米以下，而先进的技术要求达到40～25微米左右的近乎极限厚度，堆叠的厚度达到10层以上。即使不考虑多层堆叠的要求，但是芯片间的通孔互连技术就要求上层芯片厚度在20～30微米，这是现在等离子开孔及金属沉积技术所比较适用的厚度，同时也几乎仅仅是整个器件层的厚度。因此，硅片的超薄化工艺(小于50微米)将在封装技术中扮演越来越重要的角色，其应用范围也越来越广泛。
在芯片厚度不断减薄发展中，其加工损伤及内在应力以及其刚性要满足硅片保持原有的平整状态，而对于芯片平坦化技术也接受考验。
在集成电路制造工艺中，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。其集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术于一体的化学机械平坦化技术，是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。
随着集成电路技术的不断发展，对于化学机械工艺也不断寻求新的改进。尤其是在集成电路的3D封装技术成熟后，硅通孔技术不断得到更多应用，对于抛光硅技术的改进也越来越引起人们的重视。在抛光过程中，3D封装技术常常平整地需要去除10个微米以上的硅，使得化学机械抛光液的选择提出更高要求，其不但要满足抛光基材平整性，同时要满足对于多晶硅高抛光率要求，这也是衡量工业化生产效率的重要指标。然而现有的抛光液中，大多对硅的去除速率不足，需要消耗很长时间对抛光基材进行抛光，从而显著增加成本。
在目前技术中，有一系列已经公开的一系列硅化学机械抛光液，如：美国专利US2002151252A1提供了一种用于硅CMP的组合物和方法；美国专利US20060014390A1公开了一种，以4.25～18.5wt％的研磨颗粒，80～95wt％的去离子水，表面活性剂，和0.05～1.5wt％氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、或胺类化合物中的一种或是多种作为主要成份的化学机械抛光液，并配合特定的抛光工艺对硅进行抛光的方法；又如专利US005860848A公开了一种使用聚合体电解质的硅CMP的方法，然而上述抛光液在应用上存在明显的去除速率不足，其无法满足3D封存技术的抛光硅的要求，严重影响产率。
发明内容
本发明提供了一种3D封装硅抛光液，本抛光液包括含有一个或多个α-氨基的含氮化合物速率抛光剂，克服现有对于3D封装硅抛光率不足的缺陷，满足现代对于3D封装硅的抛光产率要求。
本发明3D封装硅抛光液通过以下技术方案实现其目的：一种3D封装硅抛光液，包括：研磨颗粒、碱性物质，抛光速率提升剂和载体，所述速率提升剂为含有一个或多个α-氨基的含氮化合物，且所述3D封装硅抛光液不含氧化剂。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯、四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、乙二胺、氨水、二乙二胺，二乙基三胺，三乙基四胺，羟乙基乙二胺，多烯多胺羟胺、乙醇胺或三乙醇胺中的一种或多种。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述含有一个或多个α-氨基的含氮化合物为含有一个或多个H2N-(C＝NH)-NH-基团结构的胍类化合物。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述含有一个或多个H2N-(C＝NH)-NH-基团结构的胍类化合物为盐酸双胍、碳酸胍、盐酸胍中的一种或多种。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述含有一个或多个α-氨基的含氮化合物为含α-氨基的氨基酸。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述含α-氨基的氨基酸为甘氨酸，精氨酸，鸟氨酸，赖氨酸，脯氨酸，丙氨酸中的一种或多种。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述的研磨颗粒的浓度为0.1～10wt％；所述的抛光速率提升剂的浓度为0.01～15wt％。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述抛光速率提升剂还包括一种或多种有机酸类化合物。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述有机酸为：乙二胺四乙酸、乙二胺四乙基磷酸或二乙三胺五甲叉磷酸。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮化硼或聚合物颗粒中的一种或多种。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述聚合物颗粒为聚乙烯、聚四氟乙烯。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述的研磨颗粒为碳化硅、氧化硅。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述研磨颗粒的粒径为0.02～50微米，优选采用粒径为0.1～10微米的研磨颗粒。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述抛光液还包括表面活性剂、稳定剂、灭菌抑制剂或杀菌剂中的一种或多种。
上述的3D封装硅抛光液，其中，所述抛光液的pH值为9～12。
采用本发明3D封装硅抛光液的优点在于：
本发明3D封装硅抛光液在金属抛光过程中具有超高的硅的去除速率，满足TSV高速抛光要求，以及工业生产对于3D封装硅抛光产率的需要。
具体实施方式
下面我们通过具体实施例来详细说明本发明3D封装硅抛光液对于3D封装硅材料优异的抛光效果，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
将表1给出了本发明的抛光液1～9和对比抛光液，按表中配方，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1～11及对比例配方
效果实施例
将表1中本发明的抛光液1～11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1～11和对比抛光液的抛光效果
| 抛光液 | 下压力(psi) | 不同压力下的硅去除速率(A/min) |
| 实施例1 | 3 | 20000 |
| 实施例2 | 3 | 32000 |
| 实施例3 | 4 | 35000 |
| 实施例4 | 6 | 60000 |
| 实施例5 | 5 | 40000 |
| 实施例6 | 6 | 50000 |
| 实施例7 | 6 | 45000 |
| 实施例8 | 6 | 50000 |
| 实施例9 | 6 | 48000 |
| 实施例10 | 6 | 42000 |
| 实施例11 | 6 | 40000 |
| 对比例 | 1000 |
由以上数据和附图中所记录的数据，我们可以明显发现，采用本发明的化学机械抛光液在金属抛光过程中相比较与对比例抛光液，其具有超高的硅的去除速率；而且本发明抛光液在低压力下具有较高的抛光速率，可极大提升抛光产率，满足TSV高速抛光要求。
Claims (16)
1.一种3D封装硅抛光液，其特征在于，包括：研磨颗粒、碱性物质，抛光速率提升剂和载体水，所述速率提升剂为含有一个或多个α-氨基的含氮化合物，且所述3D封装硅抛光液不含氧化剂。
2.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒的浓度为0.1～10wt％；所述的抛光速率提升剂的浓度为0.01～15wt％。
3.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述含有一个或多个α-氨基的含氮化合物为含有一个或多个H2N-(C＝NH)-NH-基团结构的胍类化合物。
4.根据权利要求3所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述胍类化合物为盐酸双胍、碳酸胍、盐酸胍中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述含有一个或多个α-氨基的含氮化合物为含α-氨基的氨基酸。
6.根据权利要求5所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述含α-氨基的氨基酸为甘氨酸，精氨酸，鸟氨酸，赖氨酸，脯氨酸，丙氨酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯、四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、四丙基氢氧化胺、乙二胺、氨水、羟胺、乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种的组合物。
8.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述抛光速率提升剂还包括一种或多种有机酸类化合物。
9.根据权利要求8所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述有机酸为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙基磷酸和二乙三胺五甲叉磷酸中的一种或几种的组合物。
10.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮化硼或聚合物颗粒中的一种或多种的组合物。
11.根据权利要求10所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述聚合物颗粒为聚乙烯、聚四氟乙烯。
12.根据权利要求10所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒为碳化硅、氧化硅。
13.根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为0.02～50微米。
14.根据权利要求13所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为0.1～10微米。
15.
根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述抛光液还包括表面活性剂、稳定剂、灭菌抑制剂或杀菌剂中的一种或多种。
16.
根据权利要求1所述的3D封装硅抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为9～12。
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