[发明专利]提高GLSI硅通孔碱性CMP中铜膜厚度一致性的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学机械抛光领域，尤其涉及一种提高GLSI硅通孔碱性CMP中铜膜厚度一致性的方法。

背景技术

随着集成电路的发展，芯片的集成度越来越高，芯片互连技术的一些挑战也随之而来，摩尔定律在传统的二维封装中已经走到了极限，因此需要研发新的路线。三维IC集成技术正席卷半导体工业，穿透硅通孔(TSV)技术是3D硅集成与3DIC集成的最重要的核心技术。其优点包括减少互连线延迟，增加带宽，降低功耗和减少成本，它是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。制作TSV所用的工艺步骤有：(1)通过刻蚀在硅晶体中形成通孔；(2)淀积氧化介质层；(3)淀积金属粘附层/阻挡层/种子层；(4)通过电化学反应往通孔中淀积铜金属；(5)通过化学机械抛光(CMP)将氧化介质层上多余的铜与阻挡层除去。TSV制程的集成方式非常多，但都面临一个共同的难题。TSV的结构如图1所示，由于把铜填满深达300μm的通孔需要较长的电镀时间，则会在晶圆表面淀积一层厚度不均的铜膜。最厚处可达60μm，是常规互连线淀积铜膜厚度的60倍之多。为了提高生产效率必须将多余铜膜快速清除，故对硅通孔多余铜膜的CMP工艺提出了更高的要求。虽然现在铜膜的去除速率已经满足生产要求，但是由于抛光片直径越来越大、抛光过程中温度分布不均等因素的限制，去除铜膜厚度的一致性至今未能解决，一致性的好坏直接影响器件的电参数以及产品的成品率和优品率，解决一致性问题对硅通孔技术的发展和应用具有重要意义。CNIO2248477A公开了一种化学机械抛光方法,其特征在于，包括：利用抛光头夹持晶圆以在抛光盘上对所述晶圆进行化学机械抛光，其中在所述化学机械抛光过程中，所述抛光头自转且沿所述抛光盘的径向往复平移，所述往复平移覆盖所述抛光盘的半径，但并未对抛光过程中铜膜厚度的一致性进行说明。

US7037350B2公开了含有硝酸轻胺和聚合物颗粒研磨剂的抛光液。该专利中仅有的三个实施例只列出了抛光液对铜的去除速率，对其去除速率的一致性并未提及。

US20030008599A1公开了一种化学机械抛光方法。该方法通过在抛光过程的不同阶段引入氧化剂和还原剂来改变铜抛光速率，降低抛光后铜的碟形凹陷。但对其抛光过程中铜膜厚度的一致性并未提及。

US20100130101A1公开了化学机械抛光方法，该方法通过用两条管路将不同的抛光液成分引入到抛光垫上，在线混合成抛光液用于抛光。通过调节不同成分的流量来调节抛光速率。但对其抛光过程中铜膜厚度的一致性并未提及。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种提高GLSI硅通孔碱性CMP中铜膜厚度一致性的方法，通过抛光液中FA/O表面活性剂在抛光过程中的优先吸附原理可以控制反应表面的温度分布和质量传递；通过抛光头与抛光盘的转速可以控制抛光片线速度，使铜膜一致性得到显著提升。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种提高GLSI硅通孔碱性CMP中铜膜厚度一致性的方法，其特征是：具体步骤如下：

一、测量抛光片的初始铜膜厚度，选择抛光垫并用修整器修整，修整时间为60s；

二、调整FA/O抛光液的流速150—300mL/min、抛光机的工作压力12kPa-40kPa、抛光头的转速30rpm—120rpm和抛光盘的转速30pm-120rpm，抛光时间60s-300s，开始抛光；

三、在抛光结束后将抛光片取出，清洗干净，选取多个测试点测量抛光后的剩余铜膜厚度，用抛光前后的铜膜厚度差换算出抛光速率，考察速率一致性，铜镀膜去除速率一致性通过片内非均匀性表示，片内非均匀性越小说明去除速率一致性越好，即抛光后铜膜厚度一致性越好。

所述FA/O抛光液主要由研磨颗粒、FA/O螯合剂、FA/O表面活性剂、过氧化氢和超纯水组成；研磨颗粒含量为重量百分比1—30％，FA/O螯合剂的含量为重量百分比1—10％，FA/O表面活性剂的含量为重量百分比0.01—5％，氧化剂的含量为重量百分比0.01—3％，用水补足含量至重量百分比100％，其pH值优选为9—12。

所述的研磨颗粒为粒径20—100nm的二氧化硅水溶胶。

所述超纯水的电阻率为18.1MΩ.cm。

所述修整器为金刚石修整器。