用于TSV硅衬底的碱性抛光液研究

发布时间：2019-11-17 18:05

【摘要】：在穿透硅通孔(TSV)工艺中,研究了碱性抛光液组分的组合方式和抛光液的稀释倍数对硅衬底去除速率的影响。分析了硅衬底的去除机理;研究了抛光液对Si/Cu去除速率的选择性;研究了抛光液的存储时间不同时pH值和硅衬底去除速率的变化。该抛光液通过在硅溶胶中依次加入表面活性剂、无机碱、有机胺碱,再用去离子水稀释15倍配制而成,并应用于TSV图形片。实验结果表明:该抛光液对硅衬底的去除速率较高,达到1.045μm/min;采用该抛光液对TSV图形片抛光120s后,铜柱露出2μm;抛光液储存时间30天后,硅衬底去除速率仅损失1.3%。该碱性抛光液满足半导体制造行业要求。
【图文】：

抛光速率,测量点,抛光工艺

料的粒径和Ｚｅｔａ电位进行测量，采用ＭｅｔｔｌｅＴｏｌｅｄｏＡＢ２０４－Ｎ分析天平对抛光工艺前后实验片的重量进行称量。图形片的去除速率为：ＲＣｕ＝Δｍρ×π×Ｒ２×ｔ（１）式中，ＲＣｕ为铜去除速率，Δｍ为抛光工艺前后的质量差，ρ为材料密度（铜密度为８．９６０ｇ／ｃｍ３），Ｒ为材料半径，ｔ为抛光时间。采用椭圆偏振仪测量硅片抛光工艺前后的厚度。测量膜厚时，在硅片上均匀选取５个点，取点方式如图２所示。测量抛光工艺前后５个点处的膜厚，５个点得出的去除速率平均值即为材料片的抛光速率。图２硅实验片测量点的选取抛光速率计算为：ＲＳｉ＝１ｎ×∑ｎｉ＝１Ｄｐｒｅｉ－Ｄｐｏｓｔｉｔ（）（２）式中，ＲＳｉ为Ｓｉ片去除速率；ｎ为选取的测量点个数，本文取ｎ＝５；Ｄｐｒｉｉ为抛光工艺前第ｉ个点的厚度，ｉ＝１，２，３，４，５，分别代表图２中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ五个点；Ｄｐｏｓｔｉ为抛光工艺后第ｉ个点的厚度；ｔ为抛光时间。１．２实验方法１．２．１抛光液组分和组合方式实验中用于配制抛光液的原料有三种，分别是硅溶胶、有机胺碱和无机碱。硅溶胶中的ＳｉＯ２磨料平均粒径为８０ｎｍ。有机胺碱为大分子螯合剂，化学式为Ｒ－（ＮＨ２）ｉ，ｉ代表一个多羟多胺分子中的胺基个数。有机胺碱兼有络合剂和螯合剂的作用，可以中和硅片表面的重金属离子（Ｃｕ３＋，Ｆｅ３＋等）污染，也可作为ｐＨ缓冲剂，实现一

抛光液,组合方式

刘俊杰等：用于ＴＳＶ硅衬底的碱性抛光液研究２０１７年如图３所示，分别为Ａ方式、Ｂ方式、Ｃ方式。所有组合方式的最后一步都是将已组合好的抛光液用去离子水稀释为所需倍数。（ａ）Ａ方式（ｂ）Ｂ方式（ｃ）Ｃ方式图３抛光液组合方式１．２．２抛光工艺ＣＭＰ抛光工艺条件如表１所示。每次实验开始前，均用金刚石修整器对抛光垫修整６０ｓ。实验中，每种方式配置的抛光液均重复试验２次。表１硅衬底ＣＭＰ抛光工艺条件参数数值工作压力／Ｐａ４１３７０背压／Ｐａ０抛头转速／（ｒ·ｍｉｎ－１）９３抛盘转速／（ｒ·ｍｉｎ－１）８７流量／％１００抛光时间／ｓ１８００注：流量１００％＝３００ｍＬ／ｍｉｎ。２结果与讨论２．１抛光液稀释倍数对硅衬底去除速率的影响采用Ａ方式配制的抛光液分别稀释５，１０，１５，２０，２５，３０倍后，在硅片上进行ＣＭＰ工艺实验，测试结果如图４所示。图４稀释倍数对硅衬底去除速率的影响从图４可以看出，随着抛光液稀释倍数的增加，硅衬底去除速率先增加后减小。当抛光液稀释１５倍时，，去除速率最快，达到１．０４５μｍ／ｍｉｎ。当抛光液的稀释倍数较小时，抛光液的粘度大、流动性差，反应界面的质量传递性减弱，新的抛光液不能及时流入硅表面，反应生成物不能及时排出，因此去除速率较慢。稀释倍数增大后，抛光液的粘度减小、流动性增强，反应界面的质量传递性增强，反应产物被带离硅表面，新露出的表面继续与新流入的抛光液发生反应，

【参考文献】