[發(fā)明專利]一種化學(xué)機(jī)械拋光方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210584555.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103903979A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚穎;荊建芬;王雨春;王文龍
• 申請（專利權(quán)）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/321
• 分類號: H01L21/321
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務(wù)所 31246
• 代理人: 李佳銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，更具體地說，涉及一種用于硅通孔的化學(xué)機(jī)械拋光工藝。

背景技術(shù)

隨著集成電路的發(fā)展，一方面，在傳統(tǒng)的IC行業(yè)中，為了提高集成度，降低能耗，縮短延遲時間，線寬越來越窄。另一方面，由于物理局限性，線寬不能無限縮小，半導(dǎo)體行業(yè)不再單純地依賴在單一芯片上集成更多的器件來提高性能，而轉(zhuǎn)向于多芯片封裝。硅通孔（TSV）技術(shù)作為一種通過在芯片和芯片之間、晶圓與晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，實現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)而得到工業(yè)界的廣泛認(rèn)可。TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。

目前的TSV工藝是結(jié)合傳統(tǒng)的IC工藝形成貫穿硅基底的銅穿孔，即在TSV開口中填充銅實現(xiàn)導(dǎo)通，填充后多余的銅和阻擋層也需要利用化學(xué)機(jī)械拋光去除達(dá)到平坦化。與傳統(tǒng)IC工業(yè)不同，由于硅通孔很深，填充后的阻擋層通常有幾千埃的厚度，而在介電層下面，通常有一個氮化硅停止層(如附圖1所示)。

化學(xué)機(jī)械拋光需要將多余的銅、阻擋層和介電層去除并停在停止層上。為了快速去除這些銅和阻擋層，通常需要具有很高的銅，阻擋層和介電層的去除速率，同時氮化硅的去除速率要低，以便能很好地停在停止層上。通常阻擋層和介電層拋光使用同一種拋光液在一個拋光盤上完成，為了使阻擋層拋光能很好的停在停止層上，人們嘗試在阻擋層拋光液中加入氮化硅抑制劑，但是氮化硅抑制劑通常也會抑制鉭等阻擋層的去除速率，造成阻擋層去除速率較低，拋光時間加長，產(chǎn)能受到影響。為了解決這個問題，本發(fā)明采用以下拋光方法：在第一個拋光盤上去除銅，第二個拋光盤上去除鉭阻擋層，第三個拋光盤上去除介電層并停在氮化硅上。其中，第一個拋光盤使用的是銅拋光液，第二個拋光盤使用阻擋層拋光液，第三個拋光盤上使用同一種阻擋層拋光液，并在線添加了氮化硅抑制劑。

發(fā)明專利US20090045164A1介紹了一種低介電材料拋光的“通用”阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液的拋光方法。該方法包括幾個拋光步驟：首先用阻擋層拋光液去除阻擋層，在拋光覆蓋層（Cap?layer）時向拋光液中加入添加劑來降低低介電材料（low-k）的去除速率，改變了覆蓋層與低介電材料（low-k）的選擇比，從而使拋光停在低介電材料（low-k）上。

發(fā)明專利US20030008599A1介紹了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法。該方法通過在拋光過程的不同階段引入氧化劑和還原劑來改變銅拋光速率，降低拋光后銅的碟形凹陷。

發(fā)明專利US20100130101A1介紹了化學(xué)機(jī)械拋光方法，該方法通過用兩條管路將不同的拋光液成分引入到拋光墊上，在線混合成拋光液用于拋光。通過調(diào)節(jié)不同成分的流量來調(diào)節(jié)拋光速率。

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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高的阻擋層去除速率的同時能停止在氮化硅上的拋光方法。

本發(fā)明提供的用于TSV硅通孔化學(xué)機(jī)械拋光的工藝方法，包括以下步驟：

步驟A：用銅拋光液去除銅覆蓋層并對表面進(jìn)行平坦化；

步驟B：用阻擋層拋光液去除鉭阻擋層和部分介電層并對表面進(jìn)行平坦化；步驟C：用加入氮化硅抑制劑的阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液去除介電層并保留氮化硅層，其中，所述氮化硅抑制劑單獨從一個供料管在線加入。氮化硅抑制劑單獨加入可以抑制氮化硅的去除速率，提高二氧化硅對氮化硅去除速率的選擇比。

在本發(fā)明中，所述步驟A中的銅拋光液，對銅的去除速率大于

在本發(fā)明中，所述步驟A所用的下壓力為1.0-3.0psi，轉(zhuǎn)速為50-120rpm。所述步驟B所用的下壓力為1.0-3.0psi，轉(zhuǎn)速為50-120rpm。所述步驟C所用的下壓力為1.0-3.0psi，轉(zhuǎn)速為50-120rpm。

在本發(fā)明中，所述步驟B中的阻擋層拋光液包含一種研磨顆粒和水。

在本發(fā)明中，所述的研磨顆粒為二氧化硅溶膠。

在本發(fā)明中，所述的研磨顆粒的含量為15-40wt％。

在本發(fā)明中，所述阻擋層拋光液還包含緩蝕劑，絡(luò)合劑和氧化劑。

在本發(fā)明中，阻擋層拋光液的pH值為2-4。

在本發(fā)明中，所述氮化硅抑制劑為萘磺酸鹽類表面活性劑或磷酸酯類表面活性劑。

在本發(fā)明中，所述氮化硅抑制劑為亞甲基二萘磺酸鈉，甲基萘磺酸鈉甲醛縮聚物，芐基萘磺酸甲醛縮聚物，烷基磷酸酯二乙醇胺鹽和/或烷基磷酸酯三乙醇胺鹽中的一種或多種。

在本發(fā)明中，所述烷基磷酸酯鹽類表面活性劑的烷基碳原子數(shù)選自8～12。