CN103666276A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

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庞可亮
王雨春
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    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液。该抛光液含有水、氧化铈研磨颗粒、氧化剂及水溶性环状低聚糖。本发明中的化学机械抛光液具有较高的SiO2抛光速率，并具有高的SiO2/Si3N4去除速率选择比和较高的Ta抛光速率。同时，该抛光液为独立包装，使用方便，且抛光性能在较长时间内保持稳定不变。

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
作为集成电路制造工艺中的一环，芯片封装技术也随着摩尔定律（Moore’s law）的发展而不断改进。其中，三维封装（3D-packaging）技术自上世纪末以来发展迅速，并且已被应用于如数据储存器、感光数码芯片等的产业化生产工艺之中。三维封装具有尺寸小、硅片使用效率高、信号延迟短等特点，并且使得一些在传统二维封装中无法实现的特殊电路设计成为可能。
化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）是三维封装中的一道必不可少的环节。通过刻蚀、沉积及化学机械抛光等工序在芯片的背面制造出的硅通孔（Through-silicon Via，TSV）是在芯片之间实现三维堆叠（3D-stacking）的关键。硅通孔的尺寸与芯片中的晶体管尺寸有着数量级的差别——例如目前主流集成电路中的晶体管尺寸已经微缩至100纳米以下，而硅通孔的尺寸一般在几微米到数十微米——因此硅通孔化学机械抛光工艺有着不同于传统化学机械抛光工艺的要求。例如，由于硅通孔结构中的各种介质层都有较大的厚度，因而要求化学机械抛光时要有较高的去除速率。
另一方面，工业化生产要求所使用的抛光液必须使用方便，且性能稳定。如果抛光液中含有不稳定的成份，或者所含组分之间会发生化学反应，则会对其性能稳定性造成严重影响。这种情况下，通常不得不采用分拆包装的方法，将不稳定的成份独立分装，或将相互发生化学反应的成份分别包装，在使用前再混合生成抛光液并尽快使用。例如抛光液中如需使用容易分解的过氧化氢作氧化剂的，通常只能配制出不含过氧化氢的抛光液前体，在使用前才加入过氧化氢，且加入后须尽快使用。
另如WO 2006/001558A1，其使用糖类化合物作为Si3N4抛光抑制剂，但其抛光液为A+B型包装，使用前须将A、B混合，使用不方便。
发明内容
本发明提供了一种抛光液，为了解决抛光液在较低研磨颗粒含量的情况下具有较高的SiO2、Ta去除速率，且有较高的SiO2/Si3N4去除速率选择比。
本发明的化学机械抛光液包含：研磨颗粒、水、氧化剂以及Si3N4抑制剂。
在本发明中，所述Si3N4抑制剂为水溶性环状低聚糖。优选地，所述水溶性环状低聚糖为β-环糊精。
在本发明中，所述研磨颗粒选自二氧化硅和/或二氧化铈。
在本发明中，所述氧化剂选自羟胺、KBrO3和KIO3中的一种或多种。
在本发明中，所述研磨颗粒的含量为0.1-2%wt%，所述氧化剂的含量为0.1-0.5wt%，所述Si3N4抑制剂的含量为0.04-0.3wt%，所述水为余量。其中，所述研磨颗粒的含量优选为为0.3-1.0wt%。
在本发明中，所述研磨颗粒的颗粒粒径为60-250nm；优选地，所述研磨颗粒的颗粒粒径为100-220nm；更优选地，所述研磨颗粒的颗粒粒径为110-213nm。
在本发明中，所述抛光液还包含铜的腐蚀抑制剂。其中，所述铜的腐蚀抑制剂选自苯并三氮唑和/或3-氨基-1,2,4-三氮唑。
在本发明中，所述铜的腐蚀抑制的含量为0.01-0.1wt%。
在本发明中，所述抛光液的PH值为5.7-12.1；优选地，所述抛光液的PH值为9-12，更优选地，所述抛光液的PH值为10-11。
本发明所用试剂、原料以及产品均市售可得。
本发明突出的技术效果在于：
1、与使用二氧化硅作为研磨颗粒的抛光液，通过采用二氧化铈作为研磨颗粒，使抛光液在较低研磨颗粒含量的情况下具有较高的SiO2、Ta去除速率，且有较高的SiO2/Si3N4去除速率选择比。
2、通过采用具有较高稳定性的Si3N4抑制剂，使抛光液保持较高的SiO2/Si3N4去除速率选择比，并且在老化实验中保持性能。
3、抛光液具有较低的固含量；有较高的SiO2去除速率，且有较高的SiO2/Si3N4去除速率选择比；有较高的钽（Ta）去除速率，且Ta/Cu去除速率选择比大于1；抛光液为单包装（one-pack），使用前不需添加其它组分或进行预混合，使用方便且性能稳定。
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的优势。
制备实施例
表1给出了本发明的化学机械抛光液配方。以下所述百分含量均为质量百分比含量。配方中所用化学试剂均为市面采购。
表1本发明的抛光液以及对比抛光液的配方
Figure BDA00002188245300031
Figure BDA00002188245300041
效果实施例1
表2本发明的抛光液以及对比抛光液的抛光数据
Figure BDA00002188245300042
对比实验表明：选用二氧化铈作研磨颗粒，并加入β-环糊精作为Si3N4抑制剂，可以在较低的研磨颗粒含量下实现较高的SiO2、Ta去除速率，以及较高的SiO2/Si3N4选择比。
效果实施例2
表3本发明的抛光液以及对比抛光液的稳定性数据
Figure BDA00002188245300051
由对比可见，使用β-环糊精作为Si3N4抑制剂能使抛光液具有更稳定的性能。
效果实施例3
表4本发明的抛光液以及对比抛光液的抛光选择比
Figure BDA00002188245300061
表4列举了一些具体实施例的抛光效果。由此可以看出，β-环糊精作为Si3N4抑制剂在较宽的pH应用范围内能保持其效能，并且能与不同的氧化剂（如羟胺、溴酸钾、碘酸钾）相兼容。
应当理解的是，本发明所述wt％均指的是质量百分含量。
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 (16)

1.一种化学机械抛光液，其包含：研磨颗粒、水、氧化剂以及Si3N4抑制剂。
2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述Si3N4抑制剂为水溶性环状低聚糖。
3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于，所述水溶性环状低聚糖为β-环糊精。
4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒选自二氧化硅和/或二氧化铈。
5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述氧化剂选自羟胺、KBrO3和KIO3中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒的含量为0.1-2%wt%，所述氧化剂的含量为0.1-0.5wt%，所述Si3N4抑制剂的含量为0.04-0.3wt%，所述水为余量。
7.如权利要求6所述的抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒的含量为0.3-1.0wt%。
8.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的颗粒粒径为60-250nm。
9.如权利要求8所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的颗粒粒径为100-220nm。
10.如权利要求9所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的颗粒粒径为110-213nm。
11.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液还包含铜的腐蚀抑制剂。
12.如权利要求11所述的抛光液，其特征在于：所述铜的腐蚀抑制剂选自苯并三氮唑和/或3-氨基-1,2,4-三氮唑。
13.如权利要求11所述的抛光液，其特征在于：所述铜的腐蚀抑制的含量为0.01-0.1wt%。
14.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液的PH值为5.7-12.1。
15.如权利要求14所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液的PH值为9-12。
16.如权利要求15所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液的PH值为10-11。
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