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    • 专利摘要:
    本發明揭示了一種適用於矽通孔(TSV)阻擋層的化學機械拋光液，至少含有一種磨料，一種複合金屬銅腐蝕抑制劑，一種絡合劑，一種氮化矽調節劑，該拋光液具有較高的二氧化矽去除速率，和較低的氮化矽去除速率，能夠對阻擋層進行高效的平坦化，並停止在氮化矽層，形成矽通孔，同時不產生金屬腐蝕，具有較高的缺陷校正能力和較低的表面污染物指標。
    公开号:TW201323547A
    申请号:TW101127889
    申请日:2012-08-03
    公开日:2013-06-16
    发明作者:wei-hong Song；Ying Yao；zhan-long Sun
    申请人:Anji Microelectronics Shanghai；
    IPC主号:C09G1-00
    专利说明:
    TSV阻擋層拋光液
    本發明涉及一種拋光液，尤其涉及一種用於拋光TSV阻擋層的化學機械拋光液。
    參見圖5-7，為了提高積體電路(IC)的性能、進一步縮小尺寸、降低功耗和成本，小尺寸3D TSV(Through-Silicon-Via，矽通孔)封裝技術也由此應運而生。3D TSV是通過在晶片和晶片之間、晶圓和晶圓之間製作垂直導通，實現晶片之間互連的最新技術。與以往IC封裝鍵合和使用凸點的疊加技術不同，TSV能夠使晶片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善晶片速度和低功耗的性能。其主要優勢表現為：具有最小的尺寸和重量，將不同種類的技術集成到單個封裝中，用短的垂直互連代替長的2D互連，降低寄生效應和功耗等。
    TSV製程的集成方式非常多，但都面臨一個共同的難題，即TSV製作都需要打通不同材料層，包括矽材料、IC中各種絕緣或導電的薄膜層。例如金屬銅，阻擋層金屬鉭，二氧化矽絕緣層以及氮化矽停止層等，各種膜層的厚度也比較高，這就需要在CMP過程中具有較高的去除速率和合適的拋光選擇比，才能實現對前程缺陷的最大矯正，並停止在氮化矽層，同時不能產生金屬的腐蝕和缺陷，表面顆粒物須控制在工藝要求的範圍。這對矽通孔阻擋層的CMP提出了更高的要求。目前還沒有商業化的TSV阻擋層拋光液的報導。
    本發明的目的是解決上述現有技術中存在的問題，提供一種具有較高的二氧化矽介質材料去除速率和較高的對氮化矽的拋光選擇比，對前程的缺陷具有較高的校正能力，不產生金屬腐蝕和缺陷，穩定性較好的化學機械拋光液。
    本發明的技術方案如下：一種TSV阻擋層拋光液，其特徵在於，包含以下組分：磨料、組合金屬保護劑、絡合劑、氧化劑、氮化矽抑制劑和pH調節劑。
    其中，所述磨料是二氧化矽溶膠或氣相法二氧化矽。所述磨料的粒徑為20-200nm，較佳的為40-120nm。所述磨料含量為10-50%，較佳的為20-30%。
    其中，組合金屬保護劑包括一種唑類化合物和一種水溶性聚合物。
    其中，所述的唑類化合物為苯並三氮唑及其衍生物；所述水溶性聚合物為聚丙烯酸及其共聚物。
    其中，所述唑類化合物的濃度為0.01-0.5%；所述水溶性聚合物的濃度為0.005-0.1%。優選的，所述唑類化合物的濃度為0.05-0.2%；所述水溶性聚合物的濃度為0.01-0.05%。
    其中，所述的絡合劑選自有機磷酸，PBTCA，HPAA，HEDP，EDTMP和ATMP中的一種或多種。所述絡合劑的濃度為0.05%-1%，優選0.1-0.5%。
    其中，所述氮化矽抑制劑為一種萘磺酸鹽的甲醛縮聚物，具有以下通式：
    其中：，所述氮化矽抑制劑的濃度從50ppm到0.1%。
    其中，所述氮化矽抑制劑為亞甲基雙萘磺酸二鈉鹽，甲基萘磺酸甲醛縮聚物和/或苄基萘磺酸甲醛縮聚物。
    其中，所述pH調節劑為一種有機羧酸。
    其中，所述有機羧酸選自草酸，丙二酸，丁二酸，檸檬酸和酒石酸中的一種或多種。
    其中，所述氧化劑為過氧化物或過硫化物。所述氧化劑選自過氧化氫，過氧化鈉，過氧化鉀，過氧化苯甲醯，過硫酸鈉，過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或多種。
    其中，拋光液還包括：殺菌防黴變劑。所述殺菌防黴變劑為季銨鹽活性劑。
    其中，所述拋光液的pH值為2-5，優選3-4。
    本發明具備的有益效果是：具有更高的Ta和SiO2的去除速率，氮化矽的去除速率小於100A/min，選擇比達到15-20。能夠較好地停止在氮化矽層，絡合劑以及組合金屬保護劑的共同作用下，很好的保護金屬銅，未發現金屬腐蝕，且金屬的去除速率碎雙氧水呈溫和的線性變化。拋光後表面的細線區域清晰銳利，無顆粒物和有機物質殘留等污染物。此外，對前程同拋光後的缺陷具有較大幅度的校正，具有較好的平坦化效率。浸泡後，具有較好的抗腐蝕性能。
    下面通過具體實施方式來進一步闡述本發明的優勢。
    拋光條件：拋光墊：IC pad
    拋光條件：70/90 rpm
    拋光液流量：100ml/min
    靜態腐蝕速率：將新鮮拋光的銅片放入漿液中浸漬15min，測量前後的膜層厚度。
    蝶形凹陷：採用Semitech 854圖形晶圓測量80um金屬塊的蝶形凹陷。
    切片內的拋光均一性：為一個管芯(晶粒)內不同線寬的蝶形凹陷。
    空白晶片：PETEOS，Ta，Cu，Si3N4

    BTA：苯並三氮唑，PAA：聚丙烯酸，PBTCA：2-膦酸-1,2,4-三羧酸丁烷。DISN1，亞甲基雙萘磺酸二鈉鹽，DISN2：甲基萘磺酸鹽甲醛縮合物，DISN3：苄基萘磺酸鹽甲醛縮合物。HPAA：2-羥基膦醯基乙酸，HEDP：羥基乙叉二膦酸。參比(比較)拋光液為市售的阻擋層拋光液。

    從圖1-4中可以看出，本拋光液和對比拋光液相比，具有更高的Ta和SiO2的去除速率，添加氮化矽抑制劑後，使得氮化矽的去除速率小於100A/min，選擇比達到15-20。能夠較好地停止在氮化矽層，絡合劑以及組合金屬保護劑的共同作用下，很好的保護金屬銅，未發現金屬腐蝕，且金屬的去除速率碎雙氧水呈溫和的線性變化。拋光後表面的細線區域清晰銳利，無顆粒物和有機物質殘留等污染物。此外，對前程同拋光後的缺陷具有較大幅度的校正，具有較好的平坦化效率。浸泡後，圖形片表面無明顯變化，顯示了較好的抗腐蝕性能。
    圖1、2為拋光後圖形片的表面形貌；圖3、4為在拋光液中浸泡過的表面圖片；圖5-7為TSV矽通孔阻擋層拋光前後的拋面示意圖，其中：圖5為矽通孔(TSV)拋光前拋面示意圖
    圖6為矽通孔(TSV)銅拋光後拋面示意圖
    圖7為矽通孔(TSV)阻擋層拋光後拋面示意圖
    权利要求:
    Claims (24)
    [1] 一種TSV阻擋層拋光液，其特徵在於，包含以下組分：磨料、組合金屬保護劑、絡合劑、氧化劑、氮化矽抑制劑和pH調節劑。
    [2] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述磨料是二氧化矽溶膠或氣相法二氧化矽。
    [3] 如請求項1或2所述的拋光液，其特徵在於，所述磨料的粒徑為20-200nm。
    [4] 如請求項3所述的拋光液，其特徵在於，所述磨料的粒徑為40-120nm。
    [5] 如請求項1或2所述的拋光液，其特徵在於，所述磨料含量為10-50%。
    [6] 如請求項5所述的拋光液，其特徵在於，所述磨料含量為20-30%。
    [7] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述組合金屬保護劑包括一種唑類化合物和一種水溶性聚合物。
    [8] 如請求項7所述的拋光液，其特徵在於，所述的唑類化合物為苯並三氮唑及其衍生物；所述水溶性聚合物為聚丙烯酸及其共聚物。
    [9] 如請求項7所述的拋光液，其特徵在於，所述唑類化合物的濃度為0.01-0.5%；所述水溶性聚合物的濃度為0.005-0.1%。
    [10] 如請求項9所述的拋光液，其特徵在於，所述唑類化合物的濃度為0.05-0.2%；所述水溶性聚合物的濃度為0.01-0.05%。
    [11] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述的絡合劑選自有機磷酸，PBTCA，HPAA，HEDP，EDTMP和ATMP中的一種或多種。
    [12] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述絡合劑的濃度為0.05%-1%。
    [13] 如請求項12所述的拋光液，其特徵在於，所述絡合劑的濃度為0.1-0.5%。
    [14] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述氮化矽抑制劑為一種萘磺酸鹽的甲醛縮聚物，具有以下通式： 其中：
    [15] 如請求項14所述的拋光液，其特徵在於，所述氮化矽抑制劑為亞甲基雙萘磺酸二鈉鹽，甲基萘磺酸甲醛縮聚物和/或苄基萘磺酸甲醛縮聚物。
    [16] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述pH調節劑為一種有機羧酸。
    [17] 如請求項16所述的拋光液，其特徵在於，所述有機羧酸選自草酸，丙二酸，丁二酸，檸檬酸和酒石酸中的一種或多種。
    [18] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述氧化劑為過氧化物或過硫化物。
    [19] 如請求項18所述的拋光液，其特徵在於，所述氧化劑選自過氧化氫，過氧化鈉，過氧化鉀，過氧化苯甲醯，過硫酸鈉，過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或多種。
    [20] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述拋光液還包括：殺菌防黴變劑。
    [21] 如請求項20所述的拋光液，其特徵在於，所述殺菌防黴變劑為季銨鹽活性劑。
    [22] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述拋光液的pH值為2-5。
    [23] 如請求項22所述的拋光液，其特徵在於，所述拋光液的pH值為3-4。
    [24] 如請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述氮化矽抑制劑的濃度從50ppm到0.1%。
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