CN102101263A

CN102101263A - 一种化学机械抛光方法

Info

Publication number: CN102101263A
Application number: CN2009102013791A
Authority: CN
Inventors: 彭洪修; 王淑敏
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

本发明公布了一种崭新的应用于穿透通孔互联技术(TSV)中的化学机械抛光方法。该方法采用固定研磨颗粒的研磨垫进行化学机械抛光。采用该方法具有以下优点：提高研磨速率，增加产能，提高晶片平整度。

Description

一种化学机械抛光方法

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光方法，尤其涉及一种应用于穿透硅通孔互联技术(TSV)中的化学机械抛光方法。

背景技术

化学机械抛光广泛应用于集成电路制造工艺。按照抛光材质不同可以分为金属化学机械抛光以及非金属化学机械抛光，其典型化学机械抛光方法为：被抛光基材与旋转抛光垫直接接触，载体施加压力在机台的背侧；在抛光过程中，保持研磨垫以及研磨头在一定速度下旋转，并持续不断的施加含有研磨颗粒的研磨浆料与抛光垫上保持一定的研磨速率。该化学抛光工艺可以获得较好的抛光表面晶片平整度、较低的缺陷以及腐蚀。但该抛光工艺通常研磨速率小于1微米每分钟，难于满足穿透通孔互联技术的要求。

与典型的化学机械抛光工艺要求不同，TSV技术需要在较短的时间内研磨掉几微米、甚至几百微米的被研磨基材，并且达到良好的晶片表面平整度以及低缺陷率。

专利US2009061630A1公布了一种金属基材的化学机械抛光方法，其将含有研磨颗粒的化学研磨浆料施加到研磨垫上进行研磨，但其铜研磨速率小于5000埃每分钟。

专利CN98120987.4公布了一种用于铜的化学机械抛光(CMP)浆液以及用于集成电路制造的方法，其将含有研磨颗粒的化学抛光浆料施加到研磨垫上进行抛光。其宣称研磨速率得到提高，但铜研磨速率仅大于5000埃每分钟。

专利US2008274618A1公布了一种多晶硅研磨组合物，其采用含有二氧化铈的化学研磨浆料对多晶硅进行研磨，但其研磨速率低于1微米每分钟。

因此，需要一种可以解决TSV技术中硅片减薄以及铜连线抛光过程高抛光速率要求，并能够达到优良的晶片平整度以及低缺陷率，使其达到产业化的要求的化学机械抛光方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决TSV技术中硅片减薄以及铜连线抛光过程的高抛光速率要求、抛光后晶片平整度较差以及产能低下，并能够达到优良的晶片平整度以及低缺陷率，达到产业化的要求的化学机械抛光方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

在TSV化学机械抛光工艺中引入固定研磨颗粒的研磨垫代替传统的典型研磨垫，达到高的研磨速率以及晶片平整度。该发明分以下几步进行：

(1)采用固定研磨颗粒的研磨垫抛光主要的被研磨基材；

(2)采用固定研磨颗粒的研磨垫抛光剩余被研磨基材；或者采用典型的化学机械抛光方法抛光剩余的被研磨基材。

在本发明的技术方案中，所述研磨材料包括硅、铜、钽、氮化钽。

在本发明的技术方案中，所述固定研磨颗粒包括氧化硅、氧化铈、氧化铝、金刚石中的一种或多种。

在本发明的技术方案中，所述的TSV化学机械抛光工艺还包括使用金刚石砂轮研磨工艺。

在本发明的技术方案中，所述的使用金刚石砂轮研磨工艺被研磨材料为硅基材。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明。用本发明的方法于TSV工艺中对硅、铜、钽或氮化钽进行抛光。下表以常用的三步抛光工艺为例，分别采用不同的方法对被研磨基材进行抛光，从而达到抛光要求。

实施例1～13

表1、实施例1～13

实施例	第一步	第二步	第三步
				1	采用水为研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除剩余被研磨基材
2	采用由1.05％四甲基氢氧化铵以及98.95％水组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.05％四甲基氢氧化铵以及98.95％水组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除部分被研磨基材	采用由2％氧化硅研磨颗粒、94.35％水、3％丙三醇、0.05％苯并三氮唑、0.1％2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸以及0.5％双氧水组成的研磨液，使用典型的研磨垫去除剩余被研磨材料
				3	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材硅	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材

4	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.5％柠檬酸、94.5％水、3％丙三醇以及1％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铈颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材
				5	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铝研磨垫去除主要被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵、94.5％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除部分被研磨基材	采用由80％去离子水、19.5％二氧化硅研磨颗粒以及0.5％四甲基氢氧化铵组成的研磨液，使用典型的研磨垫去除剩余被研磨材料
6	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铝研磨垫去除剩余部分被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵、94.5％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材
				7	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铝研磨垫去除主要被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵、94.5％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材
8	采用由1.5％柠檬酸、94.5％水、3％丙三醇以及1％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铈颗粒研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材
				9	采用由1.5％柠檬酸、94.5％水、3％丙三醇以及1％乙醇胺组成的研磨液，使用氧化铈颗粒研磨垫去除主要被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵、94.5％水以及5％丙三醇组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材

10	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要被研磨基材	采用由1.05％四甲基氢氧化铵、93.95％水、3％丙三醇以及2％乙醇胺组成的研磨液，使用金刚石研磨垫调节工艺去除剩余部分被研磨基材	采用由80％去离子水、19.5％二氧化硅研磨颗粒以及0.5％四甲基氢氧化铵组成的研磨液，使用典型的研磨垫去除剩余被研磨材料
				11	采用水为研磨液，使用金刚石砂轮研磨去除主要被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵，89.5％水，5％丙三醇，3％乙醇胺，2％硼酸组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要剩余被研磨基材	采用由86.5％去离子水，10％二氧化硅研磨颗粒、0.5％四甲基氢氧化铵以及3％丙三醇组成的研磨液，使用典型的研磨垫去除剩余被研磨材料
12	采用水为研磨液，使用金刚石砂轮研磨去除主要被研磨基材	采用由2％十二烷基三甲基溴化铵、3％硅酸钾、3％乙醇胺、90％水以及2％苯并三氮唑组成的研磨液，使用金刚石研磨垫去除主要剩余被研磨基材	采用由0.5％四甲基氢氧化铵、89.5％水、6％丙三醇、2.5％三乙醇胺以及2.5％硼酸组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨基材
				13	采用由5％丙三醇、93.85％水、0.05％苯并三氮唑、0.1％2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸以及1％双氧水组成的研磨液，使用氧化铝颗粒研磨垫去除主要被研磨材料	采用由5％丙三醇、94.47％水、0.03％苯并三氮唑以及0.5％双氧水组成的研磨液，使用氧化硅颗粒研磨垫去除剩余被研磨材料

效果实施例

将实施例1～4与传统的抛光方法进行对比，抛光条件及测试结果如下表2：

表2、效果实施例与传统抛光方法对比

由数据可知，普通的研磨方式产生的研磨速率小于1微米/分钟，而采用本发明记载的抛光方法，可以大幅度提高研磨速率，可达几十微米/分钟，因此具备良好的应用前景。

Claims

1.一种应用于穿透通孔互联技术(TSV)中的化学机械抛光方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)采用固定研磨颗粒的研磨垫抛光主要的被研磨基材；

(2)抛光剩余被研磨基材。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，用固定研磨颗粒的研磨垫抛光所述剩余被研磨基材。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，用含有研磨颗粒的研磨浆料在传统的典型研磨垫上抛光所述剩余被研磨基材。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述固定研磨颗粒选自氧化硅、氧化铈、氧化铝和金刚石中的一种或多种。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的被研磨基材选自硅、铜、钽和氮化钽中的一种或多种。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的化学机械抛光方法还包括采用金刚石砂轮研磨方法。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的金刚石砂轮研磨方法的被研磨材料为硅。