專利名稱：一種化學機械拋光液的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種化學機械拋光液，更具體地說，涉及一種用于硅通孔的化學機械拋光液。
背景技術：
作為集成電路制造工藝中的一環，芯片封裝技術也隨著摩爾定律(Moore’ s law)的發展而不斷改進。其中，三維封裝(3D-packaging)技術自上世紀末以來發展迅速,并且已被應用于如數據儲存器、感光數碼芯片等的 產業化生產工藝之中。三維封裝具有尺寸小、硅片使用效率高、信號延遲短等特點，并且使得一些在傳統二維封裝中無法實現的特殊電路設計成為可能。化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)是三維封裝中一道必不可少的環節。通過刻蝕、沉積及化學機械拋光等工序在芯片的背面制造出的硅通孔(Through-silicon Via,TSV)是在芯片之間實現三維堆疊(3D_stacking)的關鍵。娃通孔的尺寸與芯片中的晶體管尺寸有著數量級的差別——例如目前主流集成電路中的晶體管尺寸已經微縮至100納米以下，而硅通孔的尺寸一般在幾微米到數十微米一因此硅通孔化學機械拋光工藝有著不同于傳統化學機械拋光工藝的要求。例如，由于硅通孔結構中的各種介質層都有較大的厚度，因而要求化學機械拋光時要有較高的去除速率。另一方面，硅通孔結構對于平坦化以及表面粗糙度的要求則相對地寬松。當前氧化鋪拋光液主要被應用于STI (Shallow Trench Isolation,淺槽隔離)和Oxide ( 二氧化硅)的CMP加工工藝中。氧化鈰拋光液的優點在于SiO2拋光速度快，經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的化學機械拋光是較新的領域，本發明所關注的高選擇性TSV阻擋層拋光液結合了前述幾種相對較成熟的CMP拋光液的一些優點，并對其不足之處進行了改進。發明專利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調節劑、防腐劑、穩定劑和去離子水。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(如鉭，Ta)的去除速率。發明專利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。該發明中所列舉實施例中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，而且實施例中并未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。發明專利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。該專利中的實施例所列舉的SiO2(TEOS)去除速率較低，僅有一個實施例的TEOS去除速率達到了2136 A/min，其余均在1300 A/min以下。實施例中亦未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。且其實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——根據以往公開的技術和文獻資料，此類氧化物在堿性條件下通常不穩定，而該專利并未針對此問題進行討論。發明專利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于去除速率的數據。發明專利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、穩定劑和表面活性劑，另一部分包含有氧化劑、酸、胺(含羥胺)、絡合劑、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的實施例，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)。而且實施例中并未提及Si3N4去除速率，即Si02/Si3N4選擇性未明。發明專利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的化學機械拋光液。
發明內容
本發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的化學機械拋光液。本發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，優選為硝酸鉀，硫酸鉀，碳酸鉀和/或碘酸鉀。在本發明中，水溶性含氧酸鹽的質量百分比含量為O. 1-0. 6%。
在本發明中，研磨顆粒優選為氧化鈰，氧化鈰的質量百分比含量為O. 2-5%。優選地為O. 75-1. 2%，其中，研磨顆粒的平均粒徑可選自200 350nm。 本發明的拋光液還可包含鉭去除速率促進劑，其中，鉭去除速率促進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 ;羥胺化合物優選為羥胺和/或硫酸羥胺。在本發明中，羥胺化合物的質量百分比含量為O. 5_2%。在本發明中，水溶性多羥基聚合物為葡聚糖和/或聚乙烯醇，其中，葡聚糖的聚合度優選為20000，聚乙烯醇的聚合度優選為1700。在本發明中，水溶性多羥基聚合物的質量百分比含量為O. 01-0. 1%。 在本發明中，拋光液還可包含銅腐蝕抑制劑，其中銅腐蝕抑制劑優選為三氮唑類化合物，更優選地為苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑。在本發明中，銅腐蝕抑制劑的質量百分比含量為O. 01-0. 1%。在本發明中，拋光液還可包含二甲亞砜和/或N，N- 二甲基乙酰胺。在本發明中，載體為水，更優選地為去離子水。在本發明中，拋光液的pH值為8. 1-12。本發明的化學機械拋光液用于對硅通孔的拋光。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。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明拋光硅通孔的化學機械拋光液進行詳細描述，以使更好的理解本發明，但下述實施例并不限制本發明范圍。實施例中各成分百分比均為質量百分比。制備實施例表I給出了本發明的化學機械拋光液配方。以下所述百分含量均為質量百分比含量。配方中所用化學試劑均為市面采購。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調節到所需PH值，然后加入研磨顆粒分散液，若pH下降則用KOH調節到所需的pH值，并用去離子水補足百分含量至100%，即可制得化學機械拋光液。表I本發明的化學機械拋光液實施例配方及對比例
權利要求
1.一種化學機械拋光液，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.如權利要求1-3任一項所述的拋光液，其特征在于所述水溶性含氧酸鹽的質量百分比含量為O. 1-0. 6%。
5.如權利要求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量百分比含量為O. 2-5%。
7.如權利要求6所述的拋光液，其特征在于所述研磨顆粒的質量百分比含量為O. 75-1. 2%。
8.如權利要求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劑，其中，所述鉭去除速率促進劑選自羥胺化合物及其衍生物或鹽。
9.如權利要求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.如權利要求8或9任一項所述的拋光液，其特征在于所述羥胺化合物的質量百分比含量為O. 5-2%。
11.如權利要求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量百分比含量為0.01-0. 1%。
14.如權利要求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.如權利要求14-16任一項所述的拋光液，其特征在于所述銅腐蝕抑制劑的質量百分比含量為O. 01-0. 1%。
18.如權利要求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.如權利要求I所述的拋光液，其特征在于所述載體為水。
20.如權利要求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.如權利要求1-20任一項所述的拋光液，其特征在于所述拋光液用于涉及硅通孔的拋光。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械拋光液。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。本發明中的化學機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 優先權日2011年8月24日
發明者龐可亮, 王雨春 申請人:安集微電子(上海)有限公司