專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液，更具體地說，涉及一種用于硅通孔的化學(xué)機(jī)械拋光液。
背景技術(shù)：
作為集成電路制造工藝中的一環(huán)，芯片封裝技術(shù)也隨著摩爾定律(Moore’ s law)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。其中，三維封裝(3D-packaging)技術(shù)自上世紀(jì)末以來發(fā)展迅速,并且已被應(yīng)用于如數(shù)據(jù)儲存器、感光數(shù)碼芯片等的 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝之中。三維封裝具有尺寸小、硅片使用效率高、信號延遲短等特點(diǎn)，并且使得一些在傳統(tǒng)二維封裝中無法實(shí)現(xiàn)的特殊電路設(shè)計(jì)成為可能?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)是三維封裝中一道必不可少的環(huán)節(jié)。通過刻蝕、沉積及化學(xué)機(jī)械拋光等工序在芯片的背面制造出的硅通孔(Through-silicon Via,TSV)是在芯片之間實(shí)現(xiàn)三維堆疊(3D_stacking)的關(guān)鍵。娃通孔的尺寸與芯片中的晶體管尺寸有著數(shù)量級的差別——例如目前主流集成電路中的晶體管尺寸已經(jīng)微縮至100納米以下，而硅通孔的尺寸一般在幾微米到數(shù)十微米一因此硅通孔化學(xué)機(jī)械拋光工藝有著不同于傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光工藝的要求。例如，由于硅通孔結(jié)構(gòu)中的各種介質(zhì)層都有較大的厚度，因而要求化學(xué)機(jī)械拋光時要有較高的去除速率。另一方面，硅通孔結(jié)構(gòu)對于平坦化以及表面粗糙度的要求則相對地寬松。當(dāng)前氧化鋪拋光液主要被應(yīng)用于STI (Shallow Trench Isolation,淺槽隔離)和Oxide ( 二氧化硅)的CMP加工工藝中。氧化鈰拋光液的優(yōu)點(diǎn)在于SiO2拋光速度快，經(jīng)改良后較容易獲得高的Si02/Si3N4選擇比。另一方面Barrier Slurry (阻擋層拋光液,阻擋層通常指Ta、TaN，也有用Ru、Co作阻擋層的)也被廣泛研究。此前的阻擋層拋光液一般使用二氧化硅作研磨顆粒，通常不需要同時快速去除Si02。TSV的化學(xué)機(jī)械拋光是較新的領(lǐng)域，本發(fā)明所關(guān)注的高選擇性TSV阻擋層拋光液結(jié)合了前述幾種相對較成熟的CMP拋光液的一些優(yōu)點(diǎn)，并對其不足之處進(jìn)行了改進(jìn)。發(fā)明專利WO 2006/001558A1介紹了一種用于淺槽隔離(STI)的拋光液，其含有金屬氧化物(研磨劑)、表面活性劑、糖類化合物、PH調(diào)節(jié)劑、防腐劑、穩(wěn)定劑和去離子水。該拋光液具有高Si02/Si3N4選擇性，但該專利中并未提及拋光液對阻擋層材質(zhì)(如鉭，Ta)的去除速率。發(fā)明專利US 2008/0276543A1介紹了一種堿性的拋光液，其含有氧化劑、二氧化硅研磨劑、聚乙烯吡咯烷酮、亞胺阻擋層去除劑、碳酸鹽、銅腐蝕抑制劑、配體和水。其中的亞胺阻擋層去除劑選自甲脒、甲脒鹽、甲脒衍生物、胍、胍鹽、胍衍生物中的一種或組合。該發(fā)明中所列舉實(shí)施例中SiO2(TEOS)去除速率最高只有1320A/min，對于tsv阻擋層拋光而言明顯過低，而且實(shí)施例中并未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。發(fā)明專利WO 2009/064365A2介紹了一種偏堿性的拋光液，其含有水、氧化劑及硼酸根離子。該專利中的實(shí)施例所列舉的SiO2(TEOS)去除速率較低，僅有一個實(shí)施例的TEOS去除速率達(dá)到了2136 A/min，其余均在1300 A/min以下。實(shí)施例中亦未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。且其實(shí)施例中所列舉的配方在堿性條件下(pH值約10)使用了過氧化物類(如過氧化氫、過氧碳酸鹽等)氧化物——根據(jù)以往公開的技術(shù)和文獻(xiàn)資料，此類氧化物在堿性條件下通常不穩(wěn)定，而該專利并未針對此問題進(jìn)行討論。發(fā)明專利US 5735963介紹了一種含有羥胺和氧化鋁研磨劑的酸性拋光液，但該專利并未列舉任何關(guān)于去除速率的數(shù)據(jù)。發(fā)明專利US 7037350B2介紹了含有硝酸羥胺和聚合物顆粒研磨劑的拋光液。該專利中僅有的三個實(shí)施例只列出了拋光液對銅(Cu)的去除速率，對其它物料的去除速率并未提及。發(fā)明專利US 6447563B1介紹了一種二元分裝的拋光液，其中第一部分包含有研磨劑、穩(wěn)定劑和表面活性劑，另一部分包含有氧化劑、酸、胺(含羥胺)、絡(luò)合劑、含氟化合物、腐蝕抑制劑、殺菌劑、表面活性劑、緩沖試劑中的至少兩種。該專利僅列舉了兩個拋光相關(guān)的實(shí)施例，且并未提及Si3N4去除速率，SiO2的去除速率(1300 A/min)也偏低。 發(fā)明專利US 6866792B2介紹了一種用于銅(Cu)拋光的酸性(pH 2 5)拋光液，其包含有氧化劑、研磨劑、羥胺化合物、腐蝕抑制劑、自由基抑制劑。其中羥胺化合物包括硝酸羥胺、羥胺、硫酸羥胺。此種拋光液具有高的Cu去除速率和高Cu/TaN選擇性，即對阻擋層的去除速率較低。且專利中并未提及SiO2與Si3N4的去除速率。發(fā)明專利US 6638326B2和US 7033409B2介紹了用于阻擋層(鉭Ta、氮化鉭TaN)拋光的酸性拋光液，其包含有水、氧化劑、膠體二氧化硅研磨劑。其中的氧化劑為硝酸羥胺、硝酸、苯并三氮唑、硝酸銨、硝酸鋁、肼或其混合物水溶液。該拋光液具有較高的阻擋層(TaN)去除速率，但對SiO2(ILD)去除速率很低(<900 A/min)。而且實(shí)施例中并未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。發(fā)明專利US 7514363B2介紹了一種含有研磨劑、苯磺酸、過氧化物和水的拋光液。該拋光液具有該拋光液具有較高的阻擋層(TaN)去除速率，但對SiO2 (ILD)去除速率很低(2psi壓力下，<1000 A/min)。而且實(shí)施例中并未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。綜上所述，在此前公開的專利和文獻(xiàn)中，并未有一種專門針對TSV阻擋層拋光的拋光液，即具有較高的3102去除速率，較高的Si02/Si3N4去除速率選擇比，較高的鉭(Ta)去除速率，且Ta/Cu去除速率選擇比接近I的化學(xué)機(jī)械拋光液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高的SiO2去除速率，較高的Si02/Si3N4去除速率選擇比，較高的鉭(Ta)去除速率，且Ta/Cu去除速率選擇比接近I的化學(xué)機(jī)械拋光液。本發(fā)明的拋光液包含載體，研磨顆粒，水溶性含氧酸鹽以及水溶性多羥基聚合物，可在不影響其它底物的去除速率的基礎(chǔ)上，抑制Si3N4的去除速率，從而提高Si02/Si3N4去除速率選擇比。在本發(fā)明中，水溶性含氧酸鹽為硝酸鹽，硫酸鹽，碳酸鹽和/或碘酸鹽，優(yōu)選為硝酸鉀，硫酸鉀，碳酸鉀和/或碘酸鉀。在本發(fā)明中，水溶性含氧酸鹽的質(zhì)量百分比含量為O. 1-0. 6%。
在本發(fā)明中，研磨顆粒優(yōu)選為氧化鈰，氧化鈰的質(zhì)量百分比含量為O. 2-5%。優(yōu)選地為O. 75-1. 2%，其中，研磨顆粒的平均粒徑可選自200 350nm。 本發(fā)明的拋光液還可包含鉭去除速率促進(jìn)劑，其中，鉭去除速率促進(jìn)劑選自羥胺化合物及其衍生物或鹽，拋光液中加入羥胺，提高了鉭(Ta)的去除速率，使Ta/Cu去除速率選擇比接近I ;羥胺化合物優(yōu)選為羥胺和/或硫酸羥胺。在本發(fā)明中，羥胺化合物的質(zhì)量百分比含量為O. 5_2%。在本發(fā)明中，水溶性多羥基聚合物為葡聚糖和/或聚乙烯醇，其中，葡聚糖的聚合度優(yōu)選為20000，聚乙烯醇的聚合度優(yōu)選為1700。在本發(fā)明中，水溶性多羥基聚合物的質(zhì)量百分比含量為O. 01-0. 1%。 在本發(fā)明中，拋光液還可包含銅腐蝕抑制劑，其中銅腐蝕抑制劑優(yōu)選為三氮唑類化合物，更優(yōu)選地為苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑。在本發(fā)明中，銅腐蝕抑制劑的質(zhì)量百分比含量為O. 01-0. 1%。在本發(fā)明中，拋光液還可包含二甲亞砜和/或N，N- 二甲基乙酰胺。在本發(fā)明中，載體為水，更優(yōu)選地為去離子水。在本發(fā)明中，拋光液的pH值為8. 1-12。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液用于對硅通孔的拋光。本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于I)具有較高的SiO2拋光速率，并具有高的Si02/Si3N4去除速率選擇比；2)同時，其具有較高的鉭拋光速率，且Ta/Cu去除速率選擇比接近I。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明拋光硅通孔的化學(xué)機(jī)械拋光液進(jìn)行詳細(xì)描述，以使更好的理解本發(fā)明，但下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。實(shí)施例中各成分百分比均為質(zhì)量百分比。制備實(shí)施例表I給出了本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液配方。以下所述百分含量均為質(zhì)量百分比含量。配方中所用化學(xué)試劑均為市面采購。葡聚糖(2萬)的聚合度為20000;聚乙烯醇1799的聚合度為1700，醇解度為99%。聚乙烯醇使用前先在75°C去離子水中溶解配制成I %水溶液，待冷至室溫后使用。所用羥胺為50%水溶液。拋光液中使用的氧化鈰顆粒為原始濃度10%至20%的水分散液，顆粒的粒徑為平均折合直徑，其平均粒徑由Malvern公司的Nano-ZS90激光粒度分析儀測定。將除研磨顆粒外的組分按照表中所列的含量，在去離子水中混合均勻，用KOH調(diào)節(jié)到所需PH值，然后加入研磨顆粒分散液，若pH下降則用KOH調(diào)節(jié)到所需的pH值，并用去離子水補(bǔ)足百分含量至100%，即可制得化學(xué)機(jī)械拋光液。表I本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液實(shí)施例配方及對比例
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有載體，研磨顆粒，水溶性含氧酸鹽以及水溶性多羥基聚合物。
2.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述水溶性含氧酸鹽為硝酸鹽，硫酸鹽，碳酸鹽和/或碘酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光液，其特征在于所述水溶性含氧酸鹽為硝酸鉀，硫酸鉀，碳酸鉀和/或碘酸鉀。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述水溶性含氧酸鹽的質(zhì)量百分比含量為O. 1-0. 6%。
5.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述研磨顆粒為氧化鈰。
6.如權(quán)利要求I或5所述的拋光液，其特征在于所述研磨顆粒的質(zhì)量百分比含量為O. 2-5%。
7.如權(quán)利要求6所述的拋光液，其特征在于所述研磨顆粒的質(zhì)量百分比含量為O. 75-1. 2%。
8.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述拋光液還包含鉭去除速率促進(jìn)劑，其中，所述鉭去除速率促進(jìn)劑選自羥胺化合物及其衍生物或鹽。
9.如權(quán)利要求8所述的拋光液，其特征在于所述羥胺化合物及其衍生物或鹽為羥胺和/或硫酸羥胺。
10.如權(quán)利要求8或9任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述羥胺化合物的質(zhì)量百分比含量為O. 5-2%。
11.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述水溶性多羥基聚合物為葡聚糖和/或聚乙烯醇。
12.如權(quán)利要求11所述的拋光液，其特征在于所述葡聚糖的聚合度為20000，聚乙烯醇的聚合度為1700。
13.如權(quán)利要求11或12所述的拋光液，其特征在于所述水溶性多羥基聚合物的質(zhì)量百分比含量為0.01-0. 1%。
14.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述拋光液還包含銅腐蝕抑制劑。
15.如權(quán)利要求14所述的拋光液，其特征在于所述銅腐蝕抑制劑為三氮唑類化合物。
16.如權(quán)利要求15所述的拋光液，其特征在于所述三氮唑類化合物為苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑。
17.如權(quán)利要求14-16任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述銅腐蝕抑制劑的質(zhì)量百分比含量為O. 01-0. 1%。
18.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述拋光液還包含二甲亞砜和/或N，N-二甲基乙酰胺。
19.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述載體為水。
20.如權(quán)利要求I所述的拋光液，其特征在于所述拋光液的pH值為8.1-12。
21.如權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述拋光液用于涉及硅通孔的拋光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液。該拋光液含有載體、研磨顆粒、水溶性含氧酸鹽及水溶性多羥基化合物。本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械拋光液具有較高的SiO2拋光速率，并具有高的SiO2/Si3N4去除速率選擇比，同時，其具有較高的Ta拋光速率，且Ta/Cu去除速率選擇比接近1。
文檔編號C09G1/02GK102952466SQ20111024346
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者龐可亮, 王雨春 申請人:安集微電子(上海)有限公司