[发明专利]一种化学机械抛光液及其应用

说明书

本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、含卤素的氧化剂、抛光速率促进剂和水。其中，所述二氧化硅研磨颗粒表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物。本发明还提供了一种上述化学机械抛光液在铜和硅抛光中的应用。本发明的优点在于：1)本发明的抛光液使用了含卤素的氧化剂，对铜和硅都有很高的抛光速率；2)本发明的抛光液采用表面接枝了分子末端带磺酸基的二氧化硅研磨颗粒，大幅提高了抛光液胶体的稳定性；3)在抛光过程中减少晶圆表面研磨颗粒的残留，提高了抛光品质，降低了抛光缺陷，从而提升了产品的良率。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其在铜和硅抛光中的应用。

背景技术

TSV技术(Through-Silicon-Via)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。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV的优势在于能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，缩短了互连，从而提高芯片速度，降低功耗。TSV技术中的晶背减薄技术需要进行化学机械抛光，此时，要求所用的抛光液对硅和铜两种材料同时具有非常高的抛光速度。

通常，在碱性条件下，可以获得较高的硅抛光速度，例如：

美国专利US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅的去除速率，其中添加剂优选2-(二甲氨基)-2-甲基-1-丙醇。

美国专利US2002151252公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液，用于提高多晶硅去除速率，其中优选的络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。

欧洲专利EP1072662公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛光液，以提高多晶硅的去除速率，优选化合物是胍类的化合物及其盐。

美国专利US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液，其包含重量百分比为4.25％～18.5％研磨剂和重量百分比为0.05％～1.5％的添加剂。其中添加剂主要选自季铵盐、季胺碱和乙醇胺等有机碱。此外，该抛光液还包含非离子型表面活性剂，例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。

中国专利CN101497765A通过利用双胍和唑类物质的协同作用，显著提高了硅的抛光速度。

一般地，在酸性条件下使用氧化剂，利用氧化剂(双氧水)在酸性条件下的高氧化电势，以及铜在酸性条件下易配位并溶解的性质，可以实现高的铜抛光速度，例如：

中国专利CN1705725A公开一种抛光铜金属表面的抛光液，该抛光液处在2.5至4.0之间，在氧化剂(双氧水等)、螯合剂和钝化剂的作用下，去除铜金属的表面。

中国专利CN1787895A公开了一种CMP组合物，其包含流体剂以及氧化剂、鳌合剂、抑制剂、研磨剂和溶剂。在酸性条件下，这种CMP组合物有利地增加在CMP方法中的材料选择性，可用于抛光半导体衬底上铜元件的表面，而不会在抛光的铜内产生凹陷或其他不利的平坦化缺陷。

中国专利CN01818940A公开了一种铜抛光浆料可通过进一步与氧化剂如过氧化氢，和/或腐蚀抑制剂如苯并三唑相组合而形成,提高了铜的移除速率。在获得这较高的抛光速率的同时维持了局部PH的稳定性，并显著减少了整体和局部腐蚀。

此外，对铜的抛光有时也会在碱性条件下进行，例如：

中国专利CN1644640A公开一种在碱性条件下用于抛光铜的水性组合物，该组合物包含重量百分比为0.001％至6％的非铁金属抑制剂，重量百分比为0.05％至10％该金属的配位剂，重量百分比为0.01％至25％用于加速铜的去除的铜去除剂，重量百分比为0.5％至40％的研磨剂等，通过铜去除剂咪唑和BTA的相互作用，提高了铜的去除速率。