TWI510605B - Chemical mechanical polishing solution - Google Patents

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Description

化學機械拋光液
本發明涉及一種化學機械拋光液。
隨著半導體技術的不斷發展,以及大型積體電路互連層的不斷增加,導電層和絕緣介質層的平坦化技術變得尤為關鍵。由IBM公司二十世紀80年代首創的化學機械研磨(CMP)技術被認為是目前全域平坦化的最有效的方法。
化學機械研磨(CMP)由化學作用和機械作用和兩種作用結合而成。它的設備通常由一個帶有拋光墊(pad)的研磨台(polishing table),及一個用於承載晶片(wafer)的研磨頭(carrier)組成。其中研磨頭固定住晶片,然後將晶片的正面壓在研磨墊上。當進行化學機械研磨時,研磨頭在拋光墊(pad)上線性移動或是沿著與研磨台一樣的運動方向旋轉。與此同時,含有研磨劑的漿液(slurry)被滴到拋光墊(pad)上,並因離心作用平鋪在拋光墊(pad)上。晶片(wafer)表面在機械和化學的雙重作用下實現全域平坦化。
在新興的TSV(Through Silicon Via)技術中,尤其是在晶背減薄(backside thinning)時,對矽要求具有非常高的拋光速度。提高矽拋光速度的方法有很多種,通常以加強化學作用為主。
US2002032987公開了一種用醇胺作為添加劑的拋光液,以提高多晶矽(Poly silicon)的去除速率(removal rate),其中添加劑優選2-(二甲氨基) -2-甲基-1-丙醇。
US2002151252公開了一種含具有多個羧酸結構的絡合劑的拋光液,用於提高多晶矽去除速率,其中優選的絡合劑是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。
EP1072662公開了一種含孤對電子和雙鍵產生離域結構的有機物的拋光液,以提高多晶矽(Poly silicon)的去除速率(removal rate),優選化合物是胍類的化合物及其鹽。
US2006014390公開了一種用於提高多晶矽的去除速率的拋光液,其包含重量百分比為4.25~18.5%研磨劑和重量百分比為0.05~1.5%的添加劑。其中添加劑主要選自季銨鹽、季胺堿和乙醇胺等有機堿(鹼)。此外,該拋光液還包含非離子型表面活性劑,例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚產物。
US7452481B2公開了用氧化鋯、四元以上的羧酸、季銨堿(鹼)的組合物提高矽的拋光速度的方法。
CN101492592A公開了用唑提高矽的拋光速度的方法。由於該方法中唑的鹽類為鈉鹽和鉀鹽,使得拋光液體系存在穩定性差的問題。因為為了使酸性的唑(例如TAZ)pH值調到鹼性,實施例中用氫氧化鉀或氫氧化鈉調節pH值,引入的鈉離子和鉀離子會造成膠體穩定性下降。同時這些金屬離子會造成半導體的金屬離子污染。降低元器件的可靠性。
以上方法提高矽的拋光速度有限,尤其在新興的TSV(Through Silicon Via)技術中,難以滿足對矽要有非常高的拋光速度的要求。
本發明解決的技術問題是提供一種化學機械拋光液,實現了很高的矽拋光速度。
本發明的化學機械拋光液,其包含研磨顆粒、水、唑類化合物和呱嗪。本發明發現唑類化合物和呱嗪的組合對矽(無論是單晶矽,還是多晶矽)都具有非常高的拋光速度。不僅如此,該拋光液系統還具有非常高的膠體穩定性。本發明的組合還可以繼續包含四甲基氫氧化銨(TMAH),用於進一步提高拋光速度。
在本發明中,唑類化合物選自三氮唑和四氮唑及其衍生物中的一種或多種。
在本發明中,唑類化合物為1,2,4-三氮唑,3-氨基-1,2,4-三氮唑,5-氨基-1,2,4-三氮唑,5-羧基-3-氨基-1,2,4-三氮唑和苯並三氮唑、1-H四氮唑、5-氨基四氮唑中的一種或多種。
在本發明中,唑類化合物的質量百分比濃度為1~8%。
在本發明中,研磨顆粒選自SiO2 、Al2 O3 、CeO2 、SiC和Si3 N4 中的一種或多種。
在本發明中,研磨顆粒的質量百分比濃度為1~20%。
在本發明中,呱嗪的質量百分比濃度為1~10%。
在本發明中,四甲基氫氧化銨的質量百分比濃度為1~10%。
在本發明中,拋光液的pH值為9~12。
本發明所用試劑及原料均市售可得。
本發明的積極進步效果在於: 1)解決了矽的拋光速度低,並且膠體不穩定的問題;2)實現了很高的矽拋光速度。大幅提高了TSV(Through Silicon Via)技術中,矽的拋光能力,提高了產能;3)降低了半導體加工的綜合成本。
下面通過具體實施例進一步闡述本發明的優點,但本發明的保護範圍不僅僅局限於下述實施例。
製備實施例
表1給出了本發明的化學機械拋光液實施例1~13的配方,按表1中所列組分及其含量,在去離子水中混合均勻,用pH調節劑調到所需pH值,即可製得化學機械拋光液。
效果實施例
拋光條件:拋光機台為Logitech(英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cm×4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力3psi,研磨台轉速70轉/分鐘,研磨頭自轉轉速150轉/分鐘,拋光液滴加速度100 ml/分鐘。
對比例1表明:單一的二氧化矽拋矽的速度不高,只有2100A/min。對比例2表明:在同樣條件下,拋光液中加入TAZ(1,2,4-三氮唑),可以將矽的拋光速度提高2倍。但是,該體系由於含有金屬離子(鉀離子),體系很不穩定,15分鐘後就會出現拋光顆粒變成凝膠、沉澱。伴隨著沉澱現象的 發生,拋光液也逐漸失效。
對比例2和實施例2比較後表明,加入呱嗪可使拋光速度提高2倍。
實施例3、4表明,進一步含有四甲基氫氧化銨,拋光速度會進一步提高。
實施例1~7表明,在用二氧化矽做研磨劑時,不同的唑類和呱嗪的組合都可以顯著提高矽的拋光速度。
實施例8~13表明,選用Al2 O3 、CeO2 、SiC和Si3 N4 作為研磨劑時,不同的唑類和呱嗪的組合也可以顯著提高矽的拋光速度。
實施例1~13同時還表明,唑類和呱嗪的組合使得拋光液體系由原先的不穩定(5分鐘後分層,沉澱)變得十分穩定(30天內研磨劑顆粒平均粒徑沒有變化)。穩定效果十分顯著。
由以上資料表明,本發明的化學機械拋光液具有以下優點:1)解決了矽的拋光速度低,並且膠體不穩定的問題;2)實現了很高的矽拋光速度。大幅提高了TSV(Through Silicon Via)技術中,矽的拋光能力,提高了產能;3)降低了半導體加工的綜合成本。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述,但其只是作為範例,本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言,任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此,在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改,都應涵蓋在本發明的範圍內。

Claims (8)

  1. 一種化學機械拋光液在提高矽拋光速率的應用,該化學機械拋光液包含:研磨顆粒、水、唑類化合物和呱嗪,其中所述的研磨顆粒選自SiO2 、Al2 O3 、CeO2 、SiC和Si3 N4 中的一種或多種,所述的唑類化合物選自三氮唑和四氮唑及其衍生物中的一種或多種。
  2. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述的研磨顆粒的質量百分比濃度為1~20%。
  3. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述的唑類化合物為1,2,4-三氮唑,3-氨基-1,2,4-三氮唑,5-氨基-1,2,4-三氮唑,5-羧基-3-氨基-1,2,4-三氮唑、苯並三氮唑、1-H四氮唑、5-氨基四氮唑中的一種或多種。
  4. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述的唑類化合物的質量百分比濃度為1~8%。
  5. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述的呱嗪的質量百分比濃度為1~10%。
  6. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述拋光液還含有四甲基氫氧化銨。
  7. 如請求項6所述的應用,其特徵在於:所述的四甲基氫氧化銨的質量百分比濃度為1~10%。
  8. 如請求項1所述的應用,其特徵在於:所述拋光液的pH值為9~12。
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