[發明專利]硅貫通電極晶圓的研磨方法與其所使用的研磨組成物

無效

• 申請號: 200810135107.1
• 申請日: 2008-07-30
• 公開（公告）號: CN101637884A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 賴欣宜;劉文政;李康華
• 申請（專利權）人: 長興開發科技股份有限公司
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00;B24B29/00;C09G1/06;C09K3/14;H01L21/304
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種研磨方法，特別是涉及一種用以研磨硅貫通電極(Through-Silicon?Via，TSV)晶圓的方法。本發明另有關于該方法所使用的研磨組成物。

背景技術

化學機械研磨制程(chemical?mechanical?polishing，簡稱為“CMP”)被廣泛地納入為半導體晶圓整體制程中的一環，用以使晶圓表面呈全面的平坦化。

依據所研磨的晶圓研磨面的材質，CMP可分為幾大分支，例如金屬化學機械研磨(Metal?CMP)、硅化學機械研磨(Si?CMP)等等，以往業界也是針對所欲研磨的單一材質來開發其相對使用的研磨液，并著重于其對該特定材質晶圓的研磨速率，以及對該晶圓研磨面所造成的不均勻度(non-uniformity)，研磨速率越快且該不均勻度越輕者則代表該研磨液的功效越佳。

以往晶圓研磨面的材質都是單一的，因此所相對開發出的研磨液僅限于使用在該特定材質的晶圓研磨面上，其他材質的晶圓研磨面并不適用；即便勉強進行研磨，隨即所造成的研磨面均勻度(uniformity)也可能變差。

TSV晶圓3D封裝技術則是一種新發展的半導體晶圓封裝方法，其所封裝的是多數片堆迭的TSV晶圓，因此對TSV晶圓的表面平坦度有一定的要求。下面結合附圖以利詳細說明，其中各構件并未依實際比例繪制。

如圖1所示，一原始的TSV晶圓1包含有一集成電路層11、一迭置于該集成電路層11上且凹設有多個孔洞12的硅晶圓層13，以及多數條分別填充于這些孔洞12并連接于該集成電路層11的金屬導線14(它們的材質通常為銅或鎢)。

TSV晶圓1需降低厚度以減少封裝尺寸，其處理程序通常可分為粗拋(grinding)及細拋(即CMP制程)兩階段；一其研磨面15經過粗拋后的TSV晶圓1會有一損害層(damage?layer)16被形成出，CMP制程即是用以將此損害層16去除，以形成一具有一新研磨面15’的TSV晶圓2，且原則上這些金屬導線14與包繞于周圍的硅晶圓層13是齊平的，例如圖2中所示。

基于不同的制程需求，有時候也需使這些金屬導線14與硅晶圓層13之間呈現一高度差H，例如使這些金屬導線14形成凹陷(參見圖3所示)或凸起(參見圖4所示)。

由于傳統的研磨液，不論金屬研磨液或是硅晶圓研磨液，都僅適用于研磨單一材質的金屬或硅晶圓。硅晶圓研磨液可例如USP?4,169,337的研磨液包含膠態二氧化硅或硅膠(silica?gel)與水溶性胺；USP?5,230,833號揭示包含膠態二氧化硅、有機堿及殺菌劑；USP?5,391,258號所揭示的研磨液則包含研磨顆粒、過氧化氫與鄰苯二甲酸氫鉀(potassium?hydrogen?phthalate)，并用于磨光含硅、硅石或硅酸鹽的復合物。金屬研磨液則例如USP5,225,034號的研磨液，其包含AgNO₃、固體研磨物質、與選自H₂O₂、HOCl、KOCl、KMgO₄或CH₃COOH的氧化劑，其用于研磨半導體晶圓上的銅層，以制造晶圓上的銅線。

上述僅適用于研磨單一材質的研磨液，若直接轉用于研磨TSV晶圓研磨面15，則新形成的研磨面15’的均勻度將會很差。

因此，半導體業界所需要的是一種適合研磨TSV晶圓的研磨組成物以及方法，以使TSV晶圓研磨面在接受研磨之后，其金屬導線與硅晶圓部分的高度差距能符合操作者的要求。

再者因各次TSV晶圓所欲達到的研磨目標常各有不同，且在研磨過程中TSV晶圓的研磨狀況可能不易掌握，例如Si或Cu的部分被研磨得過多；因此，若可讓操作者在研磨TSV晶圓時能隨其所需地掌控所使用的研磨組成物對Si、Cu的選擇性(即研磨趨勢)，或者是配合使用其便于取得的物料而立即獲得具有特定的硅、銅研磨速率的研磨組成物，當可大幅提升TSV晶圓的研磨效益，減少可觀的時間與物料成本。

發明內容