用于TSV硅襯底的堿性?huà)伖庖貉芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2019-11-17 18:05
【摘要】：在穿透硅通孔(TSV)工藝中,研究了堿性?huà)伖庖航M分的組合方式和拋光液的稀釋倍數(shù)對(duì)硅襯底去除速率的影響。分析了硅襯底的去除機(jī)理;研究了拋光液對(duì)Si/Cu去除速率的選擇性;研究了拋光液的存儲(chǔ)時(shí)間不同時(shí)pH值和硅襯底去除速率的變化。該拋光液通過(guò)在硅溶膠中依次加入表面活性劑、無(wú)機(jī)堿、有機(jī)胺堿,再用去離子水稀釋15倍配制而成,并應(yīng)用于TSV圖形片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該拋光液對(duì)硅襯底的去除速率較高,達(dá)到1.045μm/min;采用該拋光液對(duì)TSV圖形片拋光120s后,銅柱露出2μm;拋光液儲(chǔ)存時(shí)間30天后,硅襯底去除速率僅損失1.3%。該堿性?huà)伖庖簼M(mǎn)足半導(dǎo)體制造行業(yè)要求。
【圖文】：
料的粒徑和Ｚｅｔａ電位進(jìn)行測(cè)量，采用ＭｅｔｔｌｅＴｏｌｅｄｏＡＢ２０４－Ｎ分析天平對(duì)拋光工藝前后實(shí)驗(yàn)片的重量進(jìn)行稱(chēng)量。圖形片的去除速率為：ＲＣｕ＝Δｍρ×π×Ｒ２×ｔ（１）式中，ＲＣｕ為銅去除速率，Δｍ為拋光工藝前后的質(zhì)量差，ρ為材料密度（銅密度為８．９６０ｇ／ｃｍ３），Ｒ為材料半徑，ｔ為拋光時(shí)間。采用橢圓偏振儀測(cè)量硅片拋光工藝前后的厚度。測(cè)量膜厚時(shí)，在硅片上均勻選�。祩�(gè)點(diǎn)，取點(diǎn)方式如圖２所示。測(cè)量拋光工藝前后５個(gè)點(diǎn)處的膜厚，５個(gè)點(diǎn)得出的去除速率平均值即為材料片的拋光速率。圖２硅實(shí)驗(yàn)片測(cè)量點(diǎn)的選取拋光速率計(jì)算為：ＲＳｉ＝１ｎ×∑ｎｉ＝１Ｄｐｒｅｉ－Ｄｐｏｓｔｉｔ（）（２）式中，ＲＳｉ為Ｓｉ片去除速率；ｎ為選取的測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)，本文�。睿剑�；Ｄｐｒｉｉ為拋光工藝前第ｉ個(gè)點(diǎn)的厚度，ｉ＝１，２，３，４，５，分別代表圖２中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ五個(gè)點(diǎn)；Ｄｐｏｓｔｉ為拋光工藝后第ｉ個(gè)點(diǎn)的厚度；ｔ為拋光時(shí)間。１．２實(shí)驗(yàn)方法１．２．１拋光液組分和組合方式實(shí)驗(yàn)中用于配制拋光液的原料有三種，分別是硅溶膠、有機(jī)胺堿和無(wú)機(jī)堿。硅溶膠中的ＳｉＯ２磨料平均粒徑為８０ｎｍ。有機(jī)胺堿為大分子螯合劑，化學(xué)式為Ｒ－（ＮＨ２）ｉ，ｉ代表一個(gè)多羥多胺分子中的胺基個(gè)數(shù)。有機(jī)胺堿兼有絡(luò)合劑和螯合劑的作用，可以中和硅片表面的重金屬離子（Ｃｕ３＋，Ｆｅ３＋等）污染，也可作為ｐＨ緩沖劑，實(shí)現(xiàn)一
劉俊杰等：用于ＴＳＶ硅襯底的堿性?huà)伖庖貉芯浚玻埃保纺耆鐖D３所示，分別為Ａ方式、Ｂ方式、Ｃ方式。所有組合方式的最后一步都是將已組合好的拋光液用去離子水稀釋為所需倍數(shù)。（ａ）Ａ方式（ｂ）Ｂ方式（ｃ）Ｃ方式圖３拋光液組合方式１．２．２拋光工藝ＣＭＰ拋光工藝條件如表１所示。每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，均用金剛石修整器對(duì)拋光墊修整６０ｓ。實(shí)驗(yàn)中，每種方式配置的拋光液均重復(fù)試驗(yàn)２次。表１硅襯底ＣＭＰ拋光工藝條件參數(shù)數(shù)值工作壓力／Ｐａ４１３７０背壓／Ｐａ０拋頭轉(zhuǎn)速／（ｒ·ｍｉｎ－１）９３拋盤(pán)轉(zhuǎn)速／（ｒ·ｍｉｎ－１）８７流量／％１００拋光時(shí)間／ｓ１８００注：流量１００％＝３００ｍＬ／ｍｉｎ。２結(jié)果與討論２．１拋光液稀釋倍數(shù)對(duì)硅襯底去除速率的影響采用Ａ方式配制的拋光液分別稀釋?zhuān)�，１０，１５，２０，２５，３０倍后，在硅片上進(jìn)行ＣＭＰ工藝實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如圖４所示。圖４稀釋倍數(shù)對(duì)硅襯底去除速率的影響從圖４可以看出，隨著拋光液稀釋倍數(shù)的增加，硅襯底去除速率先增加后減小。當(dāng)拋光液稀釋?zhuān)保当稌r(shí)，，去除速率最快，達(dá)到１．０４５μｍ／ｍｉｎ。當(dāng)拋光液的稀釋倍數(shù)較小時(shí)，拋光液的粘度大、流動(dòng)性差，反應(yīng)界面的質(zhì)量傳遞性減弱，新的拋光液不能及時(shí)流入硅表面，反應(yīng)生成物不能及時(shí)排出，因此去除速率較慢。稀釋倍數(shù)增大后，拋光液的粘度減小、流動(dòng)性增強(qiáng)，反應(yīng)界面的質(zhì)量傳遞性增強(qiáng)，反應(yīng)產(chǎn)物被帶離硅表面，新露出的表面繼續(xù)與新流入的拋光液發(fā)生反應(yīng)，
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前5條
1 洪姣;劉玉嶺;張保國(guó);牛新環(huán);韓力英;;A novel kind of TSV slurry with guanidine hydrochloride[J];Journal of Semiconductors;2015年10期
2 劉松;單光寶;謝成民;杜欣榮;;A transmission line-type electrical model for tapered TSV considering MOS effect and frequency-dependent behavior[J];Journal of Semiconductors;2015年02期
3 王辰偉;劉玉嶺;蔡婷;馬鎖輝;曹陽(yáng);高嬌嬌;;多羥多胺在TSV銅膜CMP中的應(yīng)用研究[J];功能材料;2013年24期
4 蔡婷;劉玉嶺;王辰偉;牛新環(huán);陳蕊;高嬌嬌;;TSV Cu CMP堿性?huà)伖庖杭肮に嘯J];微納電子技術(shù);2013年11期
5 童志義;;3D IC集成與硅通孔(TSV)互連[J];電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備;2009年03期
【共引文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前10條
1 劉俊杰;李海清;馬欣;劉玉嶺;牛新環(huán);王如;;用于TSV硅襯底的堿性?huà)伖庖貉芯縖J];微電子學(xué);2017年03期
2 劉俊杰;劉玉嶺;牛新環(huán);王如;;有機(jī)胺堿對(duì)硅通孔銅膜化學(xué)機(jī)械拋光的影響[J];半導(dǎo)體技術(shù);2017年01期
3 方孺牛;孫新;繆e
本文編號(hào)：2562425
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2562425.html
【圖文】：
料的粒徑和Ｚｅｔａ電位進(jìn)行測(cè)量，采用ＭｅｔｔｌｅＴｏｌｅｄｏＡＢ２０４－Ｎ分析天平對(duì)拋光工藝前后實(shí)驗(yàn)片的重量進(jìn)行稱(chēng)量。圖形片的去除速率為：ＲＣｕ＝Δｍρ×π×Ｒ２×ｔ（１）式中，ＲＣｕ為銅去除速率，Δｍ為拋光工藝前后的質(zhì)量差，ρ為材料密度（銅密度為８．９６０ｇ／ｃｍ３），Ｒ為材料半徑，ｔ為拋光時(shí)間。采用橢圓偏振儀測(cè)量硅片拋光工藝前后的厚度。測(cè)量膜厚時(shí)，在硅片上均勻選�。祩�(gè)點(diǎn)，取點(diǎn)方式如圖２所示。測(cè)量拋光工藝前后５個(gè)點(diǎn)處的膜厚，５個(gè)點(diǎn)得出的去除速率平均值即為材料片的拋光速率。圖２硅實(shí)驗(yàn)片測(cè)量點(diǎn)的選取拋光速率計(jì)算為：ＲＳｉ＝１ｎ×∑ｎｉ＝１Ｄｐｒｅｉ－Ｄｐｏｓｔｉｔ（）（２）式中，ＲＳｉ為Ｓｉ片去除速率；ｎ為選取的測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)，本文�。睿剑�；Ｄｐｒｉｉ為拋光工藝前第ｉ個(gè)點(diǎn)的厚度，ｉ＝１，２，３，４，５，分別代表圖２中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ五個(gè)點(diǎn)；Ｄｐｏｓｔｉ為拋光工藝后第ｉ個(gè)點(diǎn)的厚度；ｔ為拋光時(shí)間。１．２實(shí)驗(yàn)方法１．２．１拋光液組分和組合方式實(shí)驗(yàn)中用于配制拋光液的原料有三種，分別是硅溶膠、有機(jī)胺堿和無(wú)機(jī)堿。硅溶膠中的ＳｉＯ２磨料平均粒徑為８０ｎｍ。有機(jī)胺堿為大分子螯合劑，化學(xué)式為Ｒ－（ＮＨ２）ｉ，ｉ代表一個(gè)多羥多胺分子中的胺基個(gè)數(shù)。有機(jī)胺堿兼有絡(luò)合劑和螯合劑的作用，可以中和硅片表面的重金屬離子（Ｃｕ３＋，Ｆｅ３＋等）污染，也可作為ｐＨ緩沖劑，實(shí)現(xiàn)一
劉俊杰等：用于ＴＳＶ硅襯底的堿性?huà)伖庖貉芯浚玻埃保纺耆鐖D３所示，分別為Ａ方式、Ｂ方式、Ｃ方式。所有組合方式的最后一步都是將已組合好的拋光液用去離子水稀釋為所需倍數(shù)。（ａ）Ａ方式（ｂ）Ｂ方式（ｃ）Ｃ方式圖３拋光液組合方式１．２．２拋光工藝ＣＭＰ拋光工藝條件如表１所示。每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，均用金剛石修整器對(duì)拋光墊修整６０ｓ。實(shí)驗(yàn)中，每種方式配置的拋光液均重復(fù)試驗(yàn)２次。表１硅襯底ＣＭＰ拋光工藝條件參數(shù)數(shù)值工作壓力／Ｐａ４１３７０背壓／Ｐａ０拋頭轉(zhuǎn)速／（ｒ·ｍｉｎ－１）９３拋盤(pán)轉(zhuǎn)速／（ｒ·ｍｉｎ－１）８７流量／％１００拋光時(shí)間／ｓ１８００注：流量１００％＝３００ｍＬ／ｍｉｎ。２結(jié)果與討論２．１拋光液稀釋倍數(shù)對(duì)硅襯底去除速率的影響采用Ａ方式配制的拋光液分別稀釋?zhuān)�，１０，１５，２０，２５，３０倍后，在硅片上進(jìn)行ＣＭＰ工藝實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如圖４所示。圖４稀釋倍數(shù)對(duì)硅襯底去除速率的影響從圖４可以看出，隨著拋光液稀釋倍數(shù)的增加，硅襯底去除速率先增加后減小。當(dāng)拋光液稀釋?zhuān)保当稌r(shí)，，去除速率最快，達(dá)到１．０４５μｍ／ｍｉｎ。當(dāng)拋光液的稀釋倍數(shù)較小時(shí)，拋光液的粘度大、流動(dòng)性差，反應(yīng)界面的質(zhì)量傳遞性減弱，新的拋光液不能及時(shí)流入硅表面，反應(yīng)生成物不能及時(shí)排出，因此去除速率較慢。稀釋倍數(shù)增大后，拋光液的粘度減小、流動(dòng)性增強(qiáng)，反應(yīng)界面的質(zhì)量傳遞性增強(qiáng)，反應(yīng)產(chǎn)物被帶離硅表面，新露出的表面繼續(xù)與新流入的拋光液發(fā)生反應(yīng)，
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1 洪姣;劉玉嶺;張保國(guó);牛新環(huán);韓力英;;A novel kind of TSV slurry with guanidine hydrochloride[J];Journal of Semiconductors;2015年10期
2 劉松;單光寶;謝成民;杜欣榮;;A transmission line-type electrical model for tapered TSV considering MOS effect and frequency-dependent behavior[J];Journal of Semiconductors;2015年02期
3 王辰偉;劉玉嶺;蔡婷;馬鎖輝;曹陽(yáng);高嬌嬌;;多羥多胺在TSV銅膜CMP中的應(yīng)用研究[J];功能材料;2013年24期
4 蔡婷;劉玉嶺;王辰偉;牛新環(huán);陳蕊;高嬌嬌;;TSV Cu CMP堿性?huà)伖庖杭肮に嘯J];微納電子技術(shù);2013年11期
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3 方孺牛;孫新;繆e
本文編號(hào)：2562425
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