TW201927952A - 化學機械拋光液 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種化學機械拋光液，包含二氧化矽、至少一種增速劑、唑類化合物及其衍生物。本發明大大提高SiN的拋光速度且有較低的TEOS拋光速度，同時實現降低銅的拋光速度，能夠在較短的時間內對混合鍵合表面的碟形凹陷進行修復。

Description

化學機械拋光液
本發明是關於一種化學機械拋光液技術，尤其關於一種具有高的氮化矽、低的二氧化矽、低的銅去除速率的化學機械拋光液。
三維積體電路需要在兩片晶圓鍵合的同時實現數千個晶片的內部互連，而這些需要對兩片晶圓進行導電性鍵合，一般導電性連接可通過單純的金屬鍵合工藝和鍵合強度更高的混合鍵合工藝(hybrid bonding)來實現，由於單純的金屬鍵合工藝所能達到的強度並不理想，所以混合鍵合工藝是目前三維積體電路中鍵合工藝的首選。
混合鍵合技術是通過在晶圓的鍵合介面上的同時設置有金屬和絕緣物的鍵合工藝，並在鍵合過程中需要將兩片晶圓的鍵合介面上的金屬與金屬對齊、絕緣物與絕緣物對齊，並在一定的溫度條件下進行鍵合。通常鍵合介面上的絕緣物的材質為二氧化矽或氮化矽，而金屬的材質為銅。常見的鍵合過程為在晶圓的表面形成一層氮化矽，再在氮化矽表面上形成一層二氧化矽薄膜，通過光刻、刻蝕的方法形成溝槽，利用金屬沉積方法將金屬填充於溝槽內並覆蓋於薄膜表面，然後通過CMP步驟將表面的銅以及二氧化矽薄膜去除得到氮化矽及銅的介面層。混合鍵合表面同時存在金屬和絕緣物質，對鍵合介面表面平坦度的要求非常高。利用高的二氧化矽、低的氮化矽去除速率的研磨液將二氧化矽薄膜去除的同時會造成較大的碟形凹陷，大大降低的表面的平坦度。為了降低這種缺陷，需要提供一種具有高的氮化矽、低的二氧化矽、低的銅去除速率的研磨液對表面進去修復，並在較短的時間內得到較高平坦度的表面。
為解決上述問題，本發明提出一種化學機械拋光液，通過添加含一個或多個羧基的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物，並將拋光液的pH調節至上述化合物的pKa1 的1.5個單位且小於6，實現大大提高SiN的拋光速度且有較低的TEOS拋光速度，同時利用唑類化合物，實現降低銅的拋光速度，能夠在較短的時間內對混合鍵合表面的碟形凹陷進行修復。
本發明提供一種化學機械拋光液，包含二氧化矽、至少一種增速劑、唑類化合物及其衍生物。所述增速劑為含一個或多個羧基基團的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物及其衍生物中的一種或多種。
優選地，所述二氧化矽的質量百分比濃度為0.5%至8%，更優選地，為1%至5%。
優選地，所述增速劑選自2-羧基吡啶、3-羧基吡啶、4-羧基吡啶、2,3-二羧基吡啶、2,4-二羧基吡啶、2,6-而羧基吡啶，3,5-二羧基吡啶、2-羧基呱啶、3-羧基哌啶、4-羧基哌啶、2,3-二羧基哌啶、2,4-二羧基哌啶、2,6-二羧基哌啶、3,5-二羧基哌啶、2-羧基吡咯烷、3-羧基吡咯烷、2,4-二羧基吡咯烷、2,5-二羧基吡咯烷、2-羧基吡咯、3-羧基吡咯、2,5-二羧基吡咯、3,4-二羧基吡啶中的一種或多種。
優選地，所述增速劑的質量百分比濃度為0.001%至1%，更優選地，為0.01%至0.5%。
優選地，所述唑類化合物及其衍生物包括1，2，3-三氮唑、1H-四氮唑、1，2，4-三氮唑、1-甲基-5氨基四氮唑、5-甲基四氮唑、1-氨基-5-巰基-1，2，4四氮唑、5-苯基四氮唑及1-苯基-5-巰基四氮唑，苯並三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯並三氮唑、5-羧基苯並三氮唑、1-羥基-苯並三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑及5-氨基-1H-四氮唑中的一種或多種。
優選地，所述唑類化合物及其衍生物的質量百分比濃度為0.001%至%，更優選地，為0.01%至1%。
優選地，所述化學機械拋光液的pH值大於所述含一個或多個羧基基團的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物的pKa1 的1.5個單位且小於6.5。
優選地，所述化學機械拋光液中還含有殺菌劑。更優選地，所述殺菌劑包括5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（CIT）、2-甲基-4-異噻唑啉酮（MIT）、1,2-苯丙異噻唑啉酮(BIT)、碘代丙炔基氨基甲酸酯(IPBC)、1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一種或多種。
優選地，所述化學機械拋光液中還含有pH調節劑，選自HNO3 、KOH、K2 HPO4 或KH2 PO4 。
與現有技術相比較，本發明的技術優勢在於： 1）含有含一個或多個羧基基團的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物中的一種或多種，在拋光液的pH大於上述組分pKa1 的1.5個單位，且小於6時，表現出高的SiN的拋光速度和較低的TEOS拋光速度，具有較高的SiN/TEOS的選擇比； 2）拋光液中添加唑類化合物及其衍生物，表現出較低的銅的拋光速度，能夠在較短的時間內對混合鍵合表面的碟形凹陷進行修復；及 3）本發明的化學機械拋光液可以做成濃縮液使用，降低成本。
下面結合對比例及符合本發明的實施例，詳細闡述本發明的優勢。
按照表1中所給配方，將所有組分溶解並混合均勻，用水補足質量百分比至100%，再用pH調節劑調節pH至期望值，獲得如表1所述的對比例及實施例。
再在具體拋光條件為：Mirra機台、IC1010pad、轉速93/87；拋光壓力：3.0psi；拋光流量150ml/min下，對8寸氮化矽、二氧化矽、銅進行1min拋光，再清洗、乾燥、檢測後得到表1中所述拋光結果。然後，對已經去除二氧化矽薄膜的鍵合的晶片，用表1中拋光液進行凹形缺陷修復，拋光時間15秒，晶片未修復前的碟形凹陷值為120A，其中對比例及本發明實施例的凹陷修復結果如表1中所示。 表1 對比例及實施例的配方及拋光效果
從對比例1，2的結果可以看出，在拋光組合物中僅僅添加含有羧基基團的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物，雖然可以提高了氮化矽的拋光速率，降低了二氧化矽的拋光速率，但不改變銅的拋光速率。
從對比例2的拋光結果中可以看出，對比例2中不含有唑類化合物，拋光液表現出高的銅的拋光速度，低的氮化矽拋光速度，晶片表面的碟形凹陷不但沒有得到修復反而變得更大，可見，高的銅的拋光速度，低的氮化矽拋光速度對碟形凹陷的修復是不利的。
但是，從本發明實施例的結果可以看到，本發明在拋光液中添加含有羧基基團化合物，增加了氮化矽的拋光速率，並降低了二氧化矽的拋光速率，同時添加了適量的唑類化合物，降低了銅的拋光速率，這樣大大增加了氮化矽與二氧化矽的選擇比及氮化矽與銅的選擇比，從而在拋光的過程中，可以在較短的時間裡面，對碟形凹陷進行修復，將碟形凹陷並降低至30A以下。本發明利用羧基基團化合物與唑類化合物的複配效果，得到的拋光液同時具有高的氮化矽速度，低的二氧化矽及銅的拋光速度，對鍵合晶片的碟形凹陷進行修復，能到更高平坦度的晶片表面。
應當注意的是，本發明的實施例有較佳的實施性，且並非對本發明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (10)

  1. 一種化學機械拋光液，包含二氧化矽、至少一種增速劑，及唑類化合物；其中，所述的增速劑為含一個或多個羧基基團的吡啶化合物、呱啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物。
  2. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述二氧化矽的質量百分比濃度為0.5%至8%。
  3. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述二氧化矽的質量百分比濃度為1%至5%。
  4. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述增速劑選自2-羧基吡啶、3-羧基吡啶、4-羧基吡啶、2,3-二羧基吡啶、2,4-二羧基吡啶、2,6-二羧基吡啶，3,5-二羧基吡啶、2-羧基哌啶、3-羧基哌啶、4-羧基哌啶、2,3-二羧基哌啶、2,4-二羧基哌啶、2,6-二羧基哌啶、3,5-二羧基哌啶、2-羧基吡咯烷、3-羧基吡咯烷、2,4-二羧基吡咯烷、2,5-二羧基吡咯烷、2-羧基吡咯、3-羧基吡咯、2,5-二羧基吡咯、3,4-二羧基吡啶中的一種或多種。
  5. 如請求項1所述的化學機械拋光液，其中，所述增速劑的質量百分比濃度為0.001%至1%。
  6. 如請求項5所述之化學機械拋光液，其中，所述增速劑的質量百分比濃度為0.01%至0.5%。
  7. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物及其衍生物包括1，2，3-三氮唑、1H-四氮唑、1，2，4-三氮唑、1-甲基-5氨基四氮唑、5-甲基四氮唑、1-氨基-5-巰基-1，2，4四氮唑、5-苯基四氮唑及1-苯基-5-巰基四氮唑，苯並三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯並三氮唑、5-羧基苯並三氮唑、1-羥基-苯並三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑及5-氨基-1H-四氮唑中的一種或多種。
  8. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物及其衍生物的質量百分比濃度為0.001%至3%。
  9. 如請求項8所述之化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物及其衍生物的質量百分比濃度為0.01%至1%。
  10. 如請求項1所述之化學機械拋光液，其中，所述化學機械拋光液的pH值大於所述含一個或多個羧基基團的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物的pKa1 的1.5個單位且小於6.5。
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