CN104745091A - 一种化学机械抛光液及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学机械抛光液在硅抛光中的应用，该抛光液含有研磨颗粒、有机胺。本发明的抛光液具有较高的硅去除速率，提高硅晶片表面的亲水性，有利于减少研磨颗粒的吸附，降低雾度。

Description

一种化学机械抛光液及使用方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于抛光硅的抛光液。
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。由于微电子技术按照摩尔定律迅猛发展，目前已经接近于极限,采用三维立体封装结构，通过硅通孔（TSV）技术将逻辑和内存集成到一个单一的堆叠3D封装，有望进一步突破极限。在TSV工艺中，采用铜作为互连材料在单晶硅等晶圆上通孔。因此，高速的Si材料的去处速率显得尤为重要。同时，TSV技术的发展对硅衬底的表面形貌和平整度提出了更高的要求，导致传统的CMP抛光液已经无法满足需要。因此，在日趋激烈的国际市场竞争下，研究一种适合于TSV抛光的研磨液有着重要意义。
CN102037094A公开了一种稳定的高速率的硅浆料，采用缩聚二氧化硅和经碱稳定的胶态二氧化硅，该发明抛光方法抛光的硅基材呈现出低的表面粗糙度，且采用的是非H2O2体系，不利于表面平整度抛光速度较低
CN101671528A是一种用于单晶硅片化学机械抛光的抛光液，其磨料为SiO2和Al2O3，并含表面活性剂、分散剂、螯合剂等成分。但是该抛光液的表面粗糙度低。且采用的是非H2O2体系，不利于表面平整度，抛光速度较低。
CN102516876A公开了一种用于硅晶片抛光的抛光组合物及其制备方法，其含有的功能化二氧化硅溶胶，可减小暴露的Si-OH的数量，降低了二氧化硅粒子抛光后生成硅酸的反应活性，使二氧化硅粒子在抛光过程中不易受硅酸作用而沉积于抛光垫表面，相较于常规抛光液，减少了阻塞抛光垫孔道的几率。但是同样地，其采用非H2O2体系，不利于表面平整度。
US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅(Polysilicon)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。但是其主要针对多晶硅,应用不够广泛。
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)。但是其主要针对多晶硅,应用不够广泛。
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。但是其主要针对多晶硅,应用不够广泛。
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。但是其主要针对多晶硅,应用不够广泛。
CN200810033260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Cu的抛光。也由于不生成亲水性的表面，不利于降低表面缺陷。
发明内容
本发明揭示一种化学机械抛光方法在硅抛光中的应用，其使用的化学机械抛光液含有研磨颗粒、有机胺。还可以含有至少一种氧化剂。
研磨颗粒为二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、高分子研磨颗粒中的一种或多种，优选为二氧化硅。含量为0.5～20wt%,优选为1～5wt%;粒径为20～200nm,优选为20～120nm。
有机胺为乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种。有机胺的含量为0.05～5wt%,优选为0.05～1wt%。
氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。优选为过氧化氢。含量为0.01～5wt%,优选为0.05～1wt%。
所述的抛光液的pH大于7，优选为9～12。
该抛光液可用于涉及硅基材的抛光，所述的硅基材包括单晶硅和多晶硅；本发明的抛光液具有较高的硅去除速率，提高硅晶片表面的亲水性，有利于减少研磨颗粒的吸附，降低雾度。添加了氧化剂后，本发明的抛光液还可以用于涉及铜的抛光如TSV硅铜抛光，具有较高的硅和铜的抛光速率。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例和对比例配方。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。
效果实施例1
采用对比抛光液1-2和本发明的抛光液1-14按照下述条件对硅晶片进行抛光。抛光条件：抛光机台为Mirra（Applied Material），抛光垫为IC1010，下压力为3psi，转速为抛光盘/抛光头93/87rpm，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为2min。抛光结果见表1。
抛光后的硅晶片用KRUSS DSA100表面张力/接触角测量仪测量水在硅晶片表面的接触角，结果见表1。
表1本发明的化学机械抛光液实施例配方及实验效果
从表1中可见，实施例1,2,3与对比例1相比，添加了有机胺后，硅的去除速率有很大提高，但抛光后硅表面亲水性不够好（接触角仍然很大），不利于抛光后清洗和抛光残留物的清除。由对比例1和2可知，加入双氧水后能降低抛光后硅表面的接触角，但硅的去除速率大大降低。在此基础上加入有机胺后（实施例7-14），硅的去除速率有显著提高，且接触角较低，说明硅表面亲水性良好。
效果实施例2
采用对比抛光液1-2和本发明的抛光液1按照下述条件对硅、铜晶片进行抛光。抛光条件：抛光机台为Mirra（Applied Material），抛光垫为IC1010，下压力为3psi，转速为抛光盘/抛光头93/87rpm，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为2min。抛光后的硅晶片用KRUSS DSA100表面张力/接触角测量仪测量水在硅晶片表面的接触角，结果见表2。
表2本发明的化学机械抛光液实施例配方及实验效果
从对比例1和2与实施例1的对比中可见，在有机胺存在的基础上，抛光液在加入氧化剂后，对铜也有较高的去除速率，同时并不会降低硅的去除速率，因此该抛光液体系可用于TSV硅铜抛光。
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 (15)

1.一种化学机械抛光液在硅抛光中的应用，其特征在于，所述化学机械抛光液含有研磨颗粒、有机胺。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、高分子研磨颗粒中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的含量为0.5～20wt%。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的含量为1～5wt%。
5.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20～200nm。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20～120nm。
7.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述有机胺为乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述有机胺的含量为0.05～5wt%。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述有机胺的含量为0.05～1wt%。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于，该抛光液还可以含有氧化剂。
11.如权利要求10所述的应用，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。
12.如权利要求10所述的应用，其特征在于，所述氧化剂的含量为0.01～5wt%。
13.如权利要求12所述的应用，其特征在于，所述氧化剂的含量为0.05～1wt%。
14.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的抛光液的pH大于7。
15.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的抛光液为9～12。
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