超高去除速率銅CMP研磨劑的開發

高密度IC器件涉及互連的多層堆疊。化學機械平坦化（CMP）工藝為光刻需求提供了晶圓上的平滑表面，已成為半導體制造中獲得高良率的關鍵工藝。當半導體工業向45nm及更小節點前進時，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極限的挑戰。硅通孔（TSV）以穿過晶圓的互連結構堆疊芯片構造，能減少焦耳熱效應和芯片所占面積，同時增加互連密度。它可以增加輸入-輸出點數，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電路徑，這能降低互連路徑的復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調節劑。為了得到某種性能，有時還加入絡合劑、表面活性劑、流變調節成分和其它特殊成分。CMP要求去除速率、平坦化和表面質量間的平衡。為了達到這一平衡，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3D TSV Cu CMP研磨劑的真正挑戰是如何達到超高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的研磨劑的開發情況?；赑lanar公司的CSL-904X Cu研磨劑平臺，開發了新的高去除速率Cu研磨劑。為了進一步改進，開發了超高去除速率研磨劑ER9212，用于Cu 3D TSV的目標去除速率為4～5μm/min。它也可用于Cu MEMS工藝中。