超高去除速率銅CMP研磨劑的開發(fā)

高密度IC器件涉及互連的多層堆疊。化學(xué)機械平坦化（CMP）工藝為光刻需求提供了晶圓上的平滑表面，已成為半導(dǎo)體制造中獲得高良率的關(guān)鍵工藝。當(dāng)半導(dǎo)體工業(yè)向45nm及更小節(jié)點前進(jìn)時，集成方案正面臨著平衡互連特征尺寸縮小和互連材料物理性質(zhì)極限的挑戰(zhàn)。硅通孔（TSV）以穿過晶圓的互連結(jié)構(gòu)堆疊芯片構(gòu)造，能減少焦耳熱效應(yīng)和芯片所占面積，同時增加互連密度。它可以增加輸入-輸出點數(shù)，并使芯片實際成本降到最低。

TSV是穿過晶圓總厚度垂直形成的導(dǎo)電路徑，這能降低互連路徑的復(fù)雜性并可使封裝中有更多的輸入-輸出通道。TSV制作中采用銅作為互連材料。在這種Cu 3D TSV工藝中，通孔被銅填充，同時也在晶圓上淀積了一層厚的不均勻銅層。覆蓋的銅層厚度為3-20μm，需用CMP除去，只留下通孔中的Cu，建立貫穿晶圓的互連（圖1）。除去這種厚Cu層要求優(yōu)化Cu CMP工藝。主要的要求之一是超高速Cu CMP工藝，以獲得合理的工藝時間和產(chǎn)額。

一般來說，Cu CMP 研磨劑含有磨料粒子、氧化劑、腐蝕抑制劑和pH調(diào)節(jié)劑。為了得到某種性能，有時還加入絡(luò)合劑、表面活性劑、流變調(diào)節(jié)成分和其它特殊成分。CMP要求去除速率、平坦化和表面質(zhì)量間的平衡。為了達(dá)到這一平衡，將腐蝕抑制劑引入配方中。其作用是鈍化表面，使氧化速率得到控制，防止表面凹坑和刻蝕。Cu去除速率取決于表面氧化速率、鈍化速率、刻蝕速率、Cu消失速率和磨料粒子對鈍化膜的拋光效率。Cu的高去除速率可能引起表面高腐蝕、高缺陷率和表面形貌控制差。開發(fā)3D TSV Cu CMP研磨劑的真正挑戰(zhàn)是如何達(dá)到超高Cu去除速率，而又有好的平坦化、表面形貌、缺陷率和表面粗糙度。

本文闡述了用于3D的研磨劑的開發(fā)情況。基于Planar公司的CSL-904X Cu研磨劑平臺，開發(fā)了新的高去除速率Cu研磨劑。為了進(jìn)一步改進(jìn)，開發(fā)了超高去除速率研磨劑ER9212，用于Cu 3D TSV的目標(biāo)去除速率為4～5μm/min。它也可用于Cu MEMS工藝中。