專利名稱：：硅貫通電極晶圓的研磨方法與其所使用的研磨組成物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種研磨方法，特別是涉及一種用以研磨硅貫通電極(Through-SiliconVia,TSV)晶圓的方法。本發(fā)明另有關(guān)于該方法所〗吏用的研磨組成物。
背景技術(shù)：
：化學(xué)機(jī)械石開磨制程(chemicalmechanicalpolishing,簡(jiǎn)稱為"CMP")被廣泛地納入為半導(dǎo)體晶圓整體制程中的一環(huán)，用以使晶圓表面呈全面的平坦化。依據(jù)所研磨的晶圓研磨面的材質(zhì)，CMP可分為幾大分支，例如金屬化學(xué)機(jī)械研磨(MetalCMP)、硅化學(xué)機(jī)械研磨(SiCMP)等等，以往業(yè)界也是針對(duì)所欲研磨的單一材質(zhì)來(lái)開發(fā)其相對(duì)使用的研磨液，并著重于其對(duì)該特定材質(zhì)晶圓的研磨速率，以及對(duì)該晶圓研磨面所造成的不均勻度(non-uniformity),研磨速率越快且該不均勻度越輕者則代表該研磨液的功效越佳。以往晶圓研磨面的材質(zhì)都是單一的，因此所相對(duì)開發(fā)出的研磨液僅限于使用在該特定材質(zhì)的晶圓研磨面上，其他材質(zhì)的晶圓研磨面并不適用；即便勉強(qiáng)進(jìn)行研磨，隨即所造成的研磨面均勻度(uniformity)也可能變差。TSV晶圓3D封裝技術(shù)則是一種新發(fā)展的半導(dǎo)體晶圓封裝方法，其所封裝的是多數(shù)片堆迭的TSV晶圓，因此對(duì)TSV晶圓的表面平坦度有一定的要求。下面結(jié)合附圖以利詳細(xì)說(shuō)明，其中各構(gòu)件并未依實(shí)際比例繪制。如圖l所示，一原始的TSV晶圓l包含有一集成電i各層ll、一迭置于該集成電路層ll上且凹設(shè)有多個(gè)孔洞12的硅晶圓層13，以及多數(shù)條分別填充于這些孔洞12并連接于該集成電路層11的金屬導(dǎo)線14(它們的材質(zhì)通常為銅或鎢)。TSV晶圓l需降低厚度以減少封裝尺寸，其處理程序通常可分為粗拋(grinding)及細(xì)拋(即CMP制程)兩階段；一其研磨面l5經(jīng)過(guò)粗拋后的TSV晶圓l會(huì)有一損害層(damagelayer)16被形成出，CMP制程即是用以將此損害層16去除，以形成一具有一新研磨面15，的TSV晶圓2,且原則上這些金屬導(dǎo)線14與包繞于周圍的硅晶圓層13是齊平的，例如圖2中所示?；诓煌闹瞥绦枨?，有時(shí)候也需使這些金屬導(dǎo)線14與硅晶圓層13之間呈現(xiàn)一高度差H,例如使這些金屬導(dǎo)線14形成凹陷(參見(jiàn)圖3所示)或凸起(參見(jiàn)圖4所示)。由于傳統(tǒng)的研磨液，不論金屬研磨液或是硅晶圓研磨液，都僅適用于研磨單一材質(zhì)的金屬或硅晶圓。硅晶圓研磨液可例如USP4，169,337的研磨液包含膠態(tài)二氧化硅或硅膠(silicagel)與水溶性胺；USP5,230，833號(hào)揭示包含膠態(tài)二氧化硅、有機(jī)堿及殺菌劑；USP5，391,258號(hào)所揭示的研磨液則包含研磨顆粒、過(guò)氧化氫與鄰笨二甲酸氫鐘(potassi腿hydrogenphthalate)，并用于磨光含珪、硅石或珪酸鹽的復(fù)合物。金屬研磨液則例如USP5，225,034號(hào)的研磨液，其包含AgN03、固體》開磨物質(zhì)、與選自H202、HOCl、KOCl、KMg04或CH3COOH的氧化劑，其用于研磨半導(dǎo)體晶圓上的銅層，以制造晶圓上的銅線。上述僅適用于研磨單一材質(zhì)的研磨液，若直接轉(zhuǎn)用于研磨TSV晶圓研磨面15，則新形成的研磨面15'的均勻度將會(huì)很差。因此，半導(dǎo)體業(yè)界所需要的是一種適合研磨TSV晶圓的研磨組成物以及方法，以使TSV晶圓研磨面在接受研磨之后，其金屬導(dǎo)線與硅晶圓部分的高度差距能符合操作者的要求。再者因各次TSV晶圓所欲達(dá)到的研磨目標(biāo)常各有不同，且在研磨過(guò)程中TSV晶圓的研磨狀況可能不易掌握，例如Si或Cu的部分被研磨得過(guò)多；因此，若可讓操作者在研磨TSV晶圓時(shí)能隨其所需地掌控所使用的研磨組成物對(duì)Si、Cu的選擇性(即研磨趨勢(shì))，或者是配合使用其便于取得的物料而立即獲得具有特定的硅、銅研磨速率的研磨組成物，當(dāng)可大幅提升TSV晶圓的研磨效益，減少可觀的時(shí)間與物料成本。
發(fā)明內(nèi)容申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，一含有堿性化合物、溶劑、氧化硅研磨粒子，與一氧化劑的研磨組成物極適合用來(lái)研磨TSV晶圓，再者，此研磨組成物可通過(guò)前述的用以研磨石圭或二氧化石圭的研磨液(其含有上述前三種組份)與一氧化劑摻混后而獲得。因此，本發(fā)明的第一目的，即在提供一種TSV晶圓的研磨方法，包含使一研磨組成物對(duì)一硅貫通電極晶圓的一研磨面進(jìn)行一研磨處理；該研磨組成物包括有一堿性化合物、一溶劑、氧化硅研磨粒子，與一氧化劑。于本發(fā)明方法進(jìn)行中時(shí)，如同一般的研磨方法，在一研磨機(jī)臺(tái)中使該TSV晶圓被施以一研磨壓力地與該研磨墊接觸，該研磨組成物(即第二目的)具有一流速，且在該研磨處理進(jìn)行中時(shí)，該研磨墊與該TSV晶圓分別具有一轉(zhuǎn)速。本發(fā)明所述的TSV晶圓的石開磨方法，該研磨組成物的組成、該研磨組成物的流速、該研磨壓力、該研磨墊轉(zhuǎn)速，與該TSV晶圓轉(zhuǎn)速中至少一者于該研磨處理進(jìn)行中被機(jī)動(dòng)調(diào)整。本發(fā)明所述的TSV晶圓的研磨方法，該石開磨壓力介于1psi~10psi之間。本發(fā)明所述的TSV晶圓的研磨方法，該研磨墊的轉(zhuǎn)速介于30rpm~300rpm之間。本發(fā)明所述的TSV晶圓的研磨方法，該TSV晶圓的轉(zhuǎn)速介于30rpm~300rpm之間。本發(fā)明所述的TSV晶圓的研磨方法，該研磨組成物的流速介于50ml/min500ml/min之間。本發(fā)明的第二目的，即在提供一種用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，包含一堿性化合物、一溶劑、氧化硅研磨粒子；還包含一氧化劑。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，該氧化劑擇自于過(guò)氧化氬、硝酸、硝酸鹽、次氯酸、次氯酸鹽、過(guò)氯酸、高氯酸鹽、過(guò)硫酸鹽、高錳酸鹽、過(guò)碘酸、過(guò)碘酸鹽、鐵氰化物、過(guò)乙酸，或其組合。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，該氧化劑擇自于過(guò)氧化氫、硝酸、硝酸銨、硝酸胍、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸4丐、硝酸纟失、硝酸銅、硝酸鉛、硝酸鋇、亞；肖酸鈉、亞硝酸鉀、亞硝酸鋇、次氯酸、次氯酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸《丐、過(guò)氯酸、過(guò)氯酸4妄、過(guò)氯酸鉀、過(guò)氯酸鈉、過(guò)氯酸4美、過(guò)氯酸鋇、過(guò)氯酸鉛、過(guò)碌u酸銨、過(guò)^L酸鉀、過(guò)為乾酸鈉、過(guò)氯酸鎂、過(guò)碌u酸氫鉀、過(guò)錳酸鉀、過(guò)4孟酸鈉、過(guò)錳酸4弓、過(guò)-輿酸、過(guò)》與酸鉀、過(guò)碘酸鈉、鐵氰化鉀、鐵氰化鈉、過(guò)乙酸，或其組合。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，該堿性化合物擇自于胺類、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽，或其組合。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的石開磨組成物，該氧化劑的含量占該研磨組成物的0.01wt。/。5wt%。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，該堿性化合物的含量占該研磨組成物的0.01wt。/。~25wt%。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，所述氧化硅研磨粒子的含量占該研磨組成物的0.5wt%~50wt%。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，還包含有一添加劑，其擇自于二醇類化合物及/或界面活性劑。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，該添加劑的含量占該研磨組成物的0.01wt0/。~4wt%。本發(fā)明所述的用于研磨TSV晶圓的研磨組成物，具有介于9~13之間的pH4直。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明研磨組成物中各物料所使用的種類、含量等皆會(huì)影響到該研磨組成物對(duì)于硅及金屬的研磨速率，而上述的研磨壓力、TSV晶圓轉(zhuǎn)速、該研磨墊轉(zhuǎn)速，以及研磨組成物的流速等各種研磨機(jī)臺(tái)參數(shù)也是如此。換句話說(shuō)，若在研磨處理的過(guò)程中即時(shí)且視需要地變更本發(fā)明研磨組成物中各物料的種類、含量，或改變這些機(jī)臺(tái)操作參數(shù)，即可有效率地使研磨出所欲的TSV晶圓研磨效果。圖l是一示意圖，說(shuō)明一TSV晶圓中各構(gòu)件的相對(duì)關(guān)系以及其研磨需求；圖2是另一示意圖，說(shuō)明該TSV晶圓經(jīng)CMP研磨后其金屬導(dǎo)線是齊平于該硅晶圓層；圖3是另一示意圖，說(shuō)明該TSV晶圓經(jīng)CMP研磨后其金屬導(dǎo)線是相對(duì)凹陷于該硅晶圓層；圖4是另一示意圖，說(shuō)明該TSV晶圓經(jīng)CMP研磨后其金屬導(dǎo)線是相對(duì)凸起于該硅晶圓層。具體實(shí)施例方式如上所述本發(fā)明研磨組成物所包含的各必要成分，本發(fā)明基本上并未特別對(duì)pH值、各成分的特定種類或濃度范圍等等有所限制。然為考慮本發(fā)明研磨組成物的成本、所發(fā)揮的研磨功9效，并配合業(yè)界習(xí)慣，以下將分別針對(duì)各成分所選用的明確物料及含量范圍，提供進(jìn)一步說(shuō)明及建議。該氧化硅研磨粒子可擇自于膠態(tài)氧化硅(colloidsilica)、煙霧狀氧化硅(fumedsilica)與沉淀氧化珪(precipitatedsilica),或其組合。較佳地，該-威性化合物一奪自于胺類(amine)、氫氧化物(hydroxide)、碳酸鹽(carbonate)、碳酸氫鹽(hydrogencarbonate),或此等的組合；而碳酸胍(guanidinecarbonate)、醋酸鉀(potassiumacetate)等堿性化合物也是本發(fā)明可使用者。胺類可例如為各式具有烷基或羥基的單胺類、雙胺類，或三胺類；例如曱胺(methylamine)、二曱胺(dimethylamine)、乙胺(ethylamine)、丙胺(propylamine)、異丙胺(isopropylamine)、錄丙胺(allylamine)、丁胺(butylamine)、異丁胺(isobutylamine)、環(huán)己胺(cyclohexylamine)、笨曱胺(benzylamine)、乙醇胺(monoethanolamine)、二乙酉f胺(diethanolamine)、三乙酉f胺(triethanolamine)、異丙酉f胺(isopropanolamine)、二異丙回旱胺(diisopropanolamine)、N-甲基乙醇胺(N國(guó)Methylethanolamine)、N-曱基二乙醇胺(N-methyldiethanolamine)、N,N-二曱基乙醇胺(N,N-dimethylethanolamine)、N,N-二曱基乙胺(N，N-dimethylethylamine)、N,N,N,N,N-五甲基二亞乙基三胺(N,N,N',N'，N"-Pentamethyldiethylenetriamine)、尿素(urea)、1-胺基-2-丙醇(1-amino-2-propanol)、2-胺基-1-丙醇(2—amino—1-propanol)、3—胺基-1—丙酉孚(3-amino—1-propanol)、2-[2-(二曱氨基)乙氧基]乙醇(2-[2-(Dimethylamino)ethoxy]ethano1)、2-(2-氨基乙氧基)乙醇(2-(2-Aminoethoxy)ethano1)、亞乙基二胺(ethylenediamine)、二亞乙基三胺(diethylenetriamine)、三亞乙基乙四胺(triethylenetetramine)、六亞甲基二胺(hexamethylenediamine)、鄰苯二胺(o-phenylenediamine)、丙二胺(trimethylenediamine)、1，5-二胺基-3-戊醇(l，5-diamino-3-pentano1)、1，3-二胺基-2-丙醇(1，3-diamino國(guó)2-propano1)、旅漆(piperazine,包含。底漆六水合物及無(wú)水。底。秦)、l-(2-胺基乙基)哌噪(l-(2-aminoethyl)piperazine)、N-曱基p底。秦(N-methylpiperazine)、1，4-3又氨丙基^底。秦(1，4-piperazinedipropanamine)，或其組合。氳氧化物則例如為氫氧化銨(ammoniumhydroxide)、氫氧化四甲銨(tetramethylammoniumhydroxide)、氬氧化鐘(potassiumhydroxide)、氳氧化鈉(sodiumhydroxide),或其組合。極酉艾鹽與碳酉殳氫鹽則例長(zhǎng)口為碳酉復(fù)4甲(potassiumcarbonate)、碳酸氫鉀(potassiumhydrogencarbonate)、碳酸鈉(sodiumcarbonate)、碳酸氬鈉(sodiumhydrogencarbonate)、碳酸氫接(ammoniumhydrogencarbonate),或其組合。更佳地，該石咸性化合物擇自于l-胺基-2-丙醇、二亞乙基三胺、亞乙基二胺、哌。秦、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨，或其組合。以下實(shí)施例將單獨(dú)或混合使用多種堿性化合物來(lái)作為示范。專交4圭；也，i亥氧4匕齊'J4奪自于過(guò)氧4匕氫(hydrogenperoxide,H202)、/5肖酉臾(nitricacid)、)肖酸鹽(nitrate)、亞》肖酸鹽(nitrite)、次氯酸(hypochlorousacid)、次氯酸鹽(hypochlorite)、過(guò)氯酸(hyperchloricacid)、高氯酸鹽(perchlorate)、過(guò)疏酸鹽(persulfate)、高4孟酉臾鹽(permanganate)、過(guò)石典酉臾(periodicacid)、過(guò)石典酉臾鹽(periodate)、4失氰4匕凈勿(ferricyanide)、過(guò)乙酉臾(acetichydroperoxide),或其組合。該石肖酸鹽可例j口為；肖酸4妄(ammoniumnitrate)、；肖酸胍(guanidinenitrate)、賄酸鈉(sodiumnitrate)、賄酸鐘(potassiumnitrate)、另肖酉臾4丐(calciumnitrate)、；肖酉臾纟失(ferricnitrate)、石肖酉臾銅(coppernitrate)、硝酸鉛(leadnitrate)、硝酸鋇(bariumnitrate),或其組合；而該亞；肖酸鹽類則可例如為亞-肖酸鈉(sodiumnitrite)、亞硝酸鉀(potassiumnitrite)、亞硝酸鋇(bariumnitrite),或其組合。該次氯酉交鹽可例如為次氯酸《甲(potassiumhypochlorite),次氣酉交4內(nèi)(sodiumhypochlorite)、)欠氣酉史4丐(calciumhypochlorite),或其組合。該高氯酸鹽可例如為過(guò)氯酸4妄(ammoniumperchlorate)、過(guò)氯酸鐘(potassiumperchlorate)、過(guò)氯酸鈉(sodiumperchlorate)、過(guò)氯酸鎮(zhèn)(magnesiumperchlorate)、過(guò)氯酸鋇(bariumperchlorate)、過(guò)氯酸鉛(leadperchlorate),或其組合。該過(guò)石克酉復(fù)鹽可例^口為過(guò)石克酉臾4妄(ammoniumpersulfate)、過(guò)石克酸鐘(potassiummonopersulfate)、過(guò)疏酸鈉(sodiumpersulfate)、過(guò)氯酸鎮(zhèn)(magnesiumperchlorate)、過(guò)石克酸氪鐘(potassiummonopersulfate),或其組合。該高4孟酸鹽可例如為過(guò)4孟酸4甲(potassiumpermanganate)、過(guò)4孟酉臾納(sodiumpermanganate)、過(guò)猛酸4丐(calciumpermanganate),或其組合。該過(guò)s與l交鹽可例j口為過(guò)石與酉i《甲(potassiumperiodate)、過(guò)石典酸鈉(sodiumperiodate)，或其組合。該《失氰化物可例如為鐵氰化鉀(potassiumferricyanide)、鐵氰化鈉(sodiumferricyanide),或其組合。基于成本考量，更佳地該氧化劑是過(guò)氧化氬；另于以下各實(shí)施例中，選擇過(guò)氧化氫、鐵氰化鉀、過(guò)氯酸來(lái)作為示范。該溶劑是用以溶解除了氧化硅研磨粒子以外的成分；較佳地且于以下各實(shí)施例中所示范使用，該溶劑是水。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，一僅具有上述四種基本組成(堿性化合物、溶劑、氧化硅研磨粒子，以及氧化劑)的本發(fā)明研磨組成物其實(shí)基本上就可呈現(xiàn)滿足目前業(yè)界需求的研磨功效，然為有助于使TSV晶圓于研磨后的各金屬導(dǎo)線14具有較均一的凸出量H(意指導(dǎo)線14相對(duì)于四周硅晶圓層13的高度差；參見(jiàn)圖4所示)，本發(fā)明研磨組成物還包含有一添加劑，其擇自于二醇類化合物及/或界面活性劑。較佳地，該二醇類化合物4奪自于乙二醇(ethyleneglycol)、二乙二醇(diethyleneglycol)、丙二酉孚(propyleneglycol)、丁二酉孚(butanediol)、戊二醇(pentanediol)、1，3-丙二醇(l,3-propandiol)、二丙二西孚(dipropyleneglycol)、聚乙二酉f(如polyethyleneglycol300,PEG300),或其組合；而該界面活性劑則為離子型(ionictype)或非離子型(nonionictype)。于濃度范圍方面的建議，該堿性化合物的含量較佳地占該研磨組成物的0.01wt0/。~25wt%,更佳地則占0.05wt。/。15wt%;這些氧化硅研磨粒子的含量較佳地占該研磨組成物的0.5wt%~50wt%,更佳地則占0.8wt%~25wt%;這些氧化劑的含量4交佳i也占該石開磨組成物的0.01wt%~5wt%，更佳地則占0.01wt%~2wt%。另若有添加劑的話，則其占該研磨組成物的0.01wt%~4wt%。另較佳地，本發(fā)明研磨組成物的pH值介于9~13之間。本發(fā)明研磨組成物主要是適用于封裝制程，基于成本及儲(chǔ)放空間等考慮，建議先存放高濃縮倍數(shù)的堿性化合物、溶劑、氧化硅研磨粒子三者的預(yù)混合物，待在欲研磨晶圓時(shí)，先將該預(yù)混合物加以稀釋后再與該氧化劑摻混(或者是使該預(yù)混合物與該氧化劑摻混后再稀釋)，而獲得本發(fā)明研磨組成物，并進(jìn)行該石開磨處理。除了本發(fā)明研磨組成物組份(包括種類與含量)以外，TSV晶圓承受的研磨壓力、TSV晶圓轉(zhuǎn)速、研磨墊轉(zhuǎn)速，以及研磨組成物的流速等五種操作條件都會(huì)影響到本發(fā)明研磨組成物對(duì)硅與金屬的研磨速率，因此，申請(qǐng)人建議在以本發(fā)明研磨組成13物來(lái)研磨TSV晶圓時(shí)，可使操作人員視情況及需要，而機(jī)動(dòng)地調(diào)整或改變上述五操作條件中至少一者，如此將可使該選擇比即時(shí)地變化并直接地影響到TSV晶圓的研磨結(jié)果，也等同是提高了操作人員對(duì)于該研磨結(jié)果的即時(shí)掌控能力，并有利于提升研磨良率。若欲于進(jìn)行本方法時(shí)也即時(shí)地變更所使用的本發(fā)明研磨組成物中氧化劑所占的重量比，則該氧化劑相對(duì)于其他組份可采取"額外添加"的"t喿作方式，以控制該研磨組成物的成份，于是在研磨TSV晶圓時(shí)，硅與銅研磨速率、兩材質(zhì)的選擇比都得以被機(jī)動(dòng)性地調(diào)控，并直接影響圖3、4中金屬導(dǎo)線14與硅晶圓層13間的高度差H。而有關(guān)于本發(fā)明TSV晶圓的研磨方法在其他操作條件上的建議，也是基于TSV晶圓的研磨功效以及操作便利性而考慮。另需一提的是，TSV晶圓是被固定于一研磨機(jī)臺(tái)上的研磨頭，而于進(jìn)行該研磨處理時(shí)被該研磨頭所帶動(dòng)，且其研磨面貼附著該研磨墊而旋轉(zhuǎn)，因此在本案中"TSV晶圓轉(zhuǎn)速"意指所研磨的TSV晶圓被帶動(dòng)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速，"流速"則意指本發(fā)明研磨組成物自研磨機(jī)臺(tái)的出料口所流出的速度。有關(guān)于該氧化劑于本發(fā)明研磨組成物中含量的較佳、更佳范圍已述于前，另就該研磨壓力而言，較佳地介于lpsi~10psi之間；更佳地介于2psi~8psi之間。且于以下實(shí)施例中所示范使用的是3psi與5psi。就該TSV晶圓轉(zhuǎn)速而言，較佳地介于30rpm~300rpm之間；更佳地介于50rpm~280rpm之間。于以下各實(shí)施例中所示范使用的TSV晶圓轉(zhuǎn)速是50rpm與113rpm。就該研磨墊轉(zhuǎn)速而言，較佳地介于30rpm~300rpm之間；更佳地介于60rpm~250rpm之間。于以下各實(shí)施例中所示范使用的研磨墊轉(zhuǎn)速是60rpm與119rpm。就本發(fā)明研磨組成物的流速而言，較佳地介于50ml/min~500ml/min之間；更佳地介于100ml/min~350ml/min。于以下各實(shí)施例中所示范使用的研磨組成物流速是150ml/min與350ml/min。以下將以各實(shí)施例及比較例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明研磨方法與研磨組成物的實(shí)施方式與功效。這些實(shí)施例與比較例將使用到下列化學(xué)品與設(shè)備，且若未特別說(shuō)明，則皆是在常溫常壓的環(huán)境下進(jìn)行配制及研磨。須注意的是，這些實(shí)施例僅用以作為示范說(shuō)明，而不應(yīng)^i解釋為本發(fā)明實(shí)施的限制。使用物料暨器材1.研磨機(jī)臺(tái)由美商AppliedMaterials,Inc.公司制備，型號(hào)為MIRRA。2.研磨墊由美商RohmandHaas公司制備，型號(hào)為ICIOIO。石圭空白晶圓(baresiliconwafer):為購(gòu)自美商SiliconValleyMicroelectronics,Inc.的一^t殳市售珪晶圓。4.銅空白晶圓(blanketcopperwafer):為購(gòu)自美商SKWAssociates,Inc.，銅膜厚度為1.5pm的銅空白晶圓。5.以下化學(xué)藥品為購(gòu)于ACROS、MERCK等藥品供應(yīng)商的純度99%以上的試藥H202、《失氰化鉀、過(guò)氯酸、月交態(tài)氧化硅研磨粒子、煙霧狀氧化硅研磨粒子、氫氧化四曱銨、l-胺基-2-丙醇、二亞乙基三胺、亞乙基二胺、哌。秦、氫氧化鉀、三亞乙基乙四胺、氫氧化銨、乙醇胺、三乙醇胺、3-胺基-l-丙醇、N，N，N,N,N-五甲基二亞乙基三胺、二異丙醇胺、2-(2-氨乙氧基)乙醇、二曱胺、乙胺、N-曱基乙醇胺、N，N-二曱基乙醇胺、N,N-二曱基乙胺、異丙醇胺、2-[2-(二曱氨基)乙氧基]乙醇、尿素、N-曱基二乙醇胺、1,4-雙氨丙基。底。秦、醋酸鉀、石友酸氫鈉、^灰酸胍，以及碳酸鉀。本發(fā)明研磨組成物實(shí)施例及比較例的配制方式，若未特別說(shuō)明，則是使除了氧化劑以外的其他成分先行混合而形成一預(yù)混合物，再于進(jìn)行研磨處理前視狀況地稀釋，并加入氧化劑。各預(yù)混合物、研磨組成物中各成分所使用的物料種類與所占的重量百分比、預(yù)混合物的pH值與稀釋倍數(shù)，以及進(jìn)行研磨處理時(shí)的相關(guān)操作參數(shù)，皆表示于以下各表格中，而標(biāo)示為"-，，者即表示未記錄或量測(cè)。Si與Cll的研磨速率則是各實(shí)施例/比較例研磨組成物分別對(duì)一硅空白晶圓與一銅空白晶圓進(jìn)行研磨而量測(cè)；"Si/Cu"的值是以該研磨組成物的Si、Cu研磨速率相除，代表該研磨組成物對(duì)Si、Cu之間的選才奪性。各研磨組成物中的溶劑是水，另若未特別說(shuō)明，各研磨組成物中的研磨粒子為膠態(tài)氧化硅研磨粒子，氧化劑為11202;每一表格內(nèi)的各實(shí)施例與比較例皆使用相同的機(jī)臺(tái)參數(shù)[即研磨壓力、研磨頭轉(zhuǎn)速(基于該機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)，所以此轉(zhuǎn)速也就是TSV晶圓轉(zhuǎn)速)、研磨墊轉(zhuǎn)速，與研磨組成物的流速]。以下將依各操作條件的變化來(lái)探討這些成分對(duì)本發(fā)明的意義與影響性，并供欲實(shí)施本發(fā)明者參酌。一、堿性氧化物、氧化劑對(duì)硅研磨速率與研磨粒子含量的影響比較例1-1~1-10的相關(guān)數(shù)據(jù)如以下表一中所示；比較例1-10是以原研磨粒子含量為18.75wt%的研磨液(pH值為9.54)稀釋十倍后再加入預(yù)定量的氧化劑所配制而成，其他比較例是各種成分直接混合后即進(jìn)行測(cè)試<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>其產(chǎn)生刮傷或其他缺陷。二、氧化劑對(duì)銅研磨速率的影響比4交例1-10、2-l及實(shí)施例2-l~2-7的相關(guān)lt據(jù)如以下表二與表三中所示。實(shí)施例2-l~2-5是使用同一預(yù)混合物在未稀釋下即加入預(yù)定量的氧化劑所配制而成；實(shí)施例2-6與2-7也是雷同地處理，但改將其預(yù)混合物稀釋十倍:表二<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表三<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>回顧先前的比較例1-10，其含有0.2wt。/。的少許氧化劑以及1.875wt%的研磨粒子含量，然比較例1-10對(duì)Cu的研磨效果仍未螓理想。相對(duì)于比較例I-IO，參見(jiàn)表二，比較例2-l加入了總含量?jī)H有0.6wt%的少許混合態(tài)堿性化合物，且大幅降低研磨粒子含量，然比較例2-l對(duì)硅的研磨效果卻顯著地飆升，此結(jié)果顯然證實(shí)了先前的結(jié)論；此外，比較例2-l對(duì)銅的研磨效果也明顯增進(jìn)。相對(duì)于比4交例2-l，一并參見(jiàn)表三，實(shí)施例2-1~2-3、實(shí)施例2-4與2-5,以及實(shí)施例2-6與2-7是逐步地調(diào)升氧化劑的含量，它們的結(jié)果顯示出研磨組成物對(duì)于銅的研磨效果大幅提升之余，對(duì)硅的研磨效果也維持住高水準(zhǔn)的表現(xiàn)；值得一提的是實(shí)施例2-6與2-7除了堿性化合物含量再降至0.505wt%以外，研磨粒子含量更大幅降至1.875wtQ/。，然而它們對(duì)于Si、Cu也展現(xiàn)了良好的研磨能力。因此，通過(guò)表——三的結(jié)果可知，當(dāng)一研磨組成物含有本發(fā)明研磨組成物所訴求的基本組成--堿性氧化物、氧化珪研磨粒子、氧化劑，以及溶劑時(shí)，確實(shí)可同時(shí)對(duì)硅、銅具有優(yōu)異的研磨效果；再者，事前先配制含有4^性氧化物、氧化硅研磨粒子、溶劑的預(yù)混合物，于有需要進(jìn)行研磨處理時(shí)再稀釋并加入預(yù)定的氧化劑來(lái)配成本發(fā)明研磨組成物，也是一可行的估l法。三、各種氧化劑對(duì)石開磨組成物功效的影響實(shí)施例3-1~3-3是皆以同一預(yù)混合物稀釋十倍后，再加入預(yù)定量的氧化劑所配制而成；各實(shí)施例的相關(guān)數(shù)據(jù)如以下表四中所示表四<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>實(shí)施例3-l~3-3的不同處在于所使用的氧化劑種類，并證實(shí)不同的氧化劑種類會(huì)使得研磨功效有大幅度的變化各實(shí)施例的Si、Cu選擇性呈現(xiàn)的1.84~9.80的廣大范圍，其中Si的研磨速率分布在7860A/min~151OOA/min之間，Cu貝'J分布在1299A/min~4267A/min之間。顯然本發(fā)明研磨組成物中的氧化劑可廣泛地使用各種類，并不限于H202,所以操作者在氧化劑種類的選擇上極有彈性。四、其他種氧化硅研磨粒子對(duì)研磨組成物功效的影響實(shí)施例4-1~4-ll所使用的氧化硅研磨粒子為膠態(tài)或煙霧狀的，它們的相關(guān)數(shù)據(jù)如以下表五中所示。實(shí)施例4-5、4-9是各以一預(yù)混合物稀釋十倍后，再加入預(yù)定量的氧化劑所配制而成，其他實(shí)施例則是將各種成分直接混合后即進(jìn)行測(cè)試；實(shí)施例4-5的預(yù)混合物pH值為11.64且含亞乙基二胺3.8wt。/。與研磨粒子18.75wt。/。，實(shí)施例4-9的pH值則為11.48，且含二亞乙基三胺3.8wt。/。與研磨粒子18.75wt%:表五<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>實(shí)施例4-1~4-4、4-6~4-8,與4-10~4-11皆是使用的煙霧狀氧化硅研磨粒子，且此等研磨組成物也呈現(xiàn)出良好的研磨效果；因此證實(shí)除了膠態(tài)的以外，本發(fā)明研磨組成物還可使用其他種類的氧化硅研磨粒子。五、于相同氧化劑及/或研磨粒子的條件下探討堿性化合物種類對(duì)石開磨組成物功效的影響實(shí)施例5-l~5-15是在不同濃度的氧化劑與研磨粒子下，廣泛地搭配各式單一成分或混合成分，且濃度各異的堿性化合物。實(shí)施例5-1~5-9是各以一預(yù)混合物先稀釋后，再加入預(yù)定量的氧化劑而配制出，并進(jìn)行測(cè)試，其他實(shí)施例的預(yù)混合物則未經(jīng)稀釋，即直接加入預(yù)定量的氧化劑而配制出，并進(jìn)行測(cè)試。此兩態(tài)樣的實(shí)施例相關(guān)數(shù)據(jù)分別如以下表六、表七中所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>化劑存在的情況下，若進(jìn)一步地有堿性化合物參與，則該研磨組成物的Si、Cu研磨速率可皆被顯著地提升；此時(shí)不同的堿性化合物種類會(huì)使得所對(duì)應(yīng)獲得的研磨組成物具有不同的Si、Cu研磨速率及選擇性。另實(shí)施例5-7~5-9(表六)則是將氧化劑的含量再減半，并搭配總量為0.38wt。/?；蚣s為0.5wt%的堿性化合物；實(shí)施例5-11~5-15(表七)則皆具有相同的研磨粒子含量，并搭配適量的堿性化合物與少許氧化劑，發(fā)現(xiàn)它們的研磨組成物在Si、Cu的研磨速率仍有良好的表現(xiàn)。因此，表六、表七的數(shù)據(jù)證實(shí)了具有本發(fā)明所訴求的四種基本成分(堿性化合物、溶劑、氧化硅研磨粒子，與氧化劑)的組成物，的確適合用以研磨TSV晶圓，且在不同的成分搭配方式下都會(huì)展現(xiàn)出不同的Si、Cu研磨速度，而有不同的選擇比。因此操作者可視其需求調(diào)配出具有適當(dāng)Si、Cu選擇性或研磨速率的本發(fā)明組成物。六、堿性化合物的差異對(duì)于研磨組成物功效的影響實(shí)施例6-1~6-14、6-15—6-25、6-26~6-28,與6-29—6-31等各群組分別具有相同含量的研磨粒子、氧化劑，以及部分的堿性化合物(即表八~十中所示的第一種類)。6-1~6-14、6-15~6-25的各實(shí)施例，是各自使用其預(yù)混合物并配合10或20倍的稀釋后，直接加入預(yù)定量的氧化劑而配制出，并進(jìn)行測(cè)試；實(shí)施例6-26~6-31所使用的預(yù)混合物則未經(jīng)稀釋。24<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>自表八~表十的數(shù)據(jù)顯然可知，各群組內(nèi)的實(shí)施例基于其第二種類的堿性氧化物而獲得了相對(duì)應(yīng)的Si、Cu研磨速率。因此，于實(shí)際實(shí)施時(shí)，操作者可就既有的一般研磨液(其堿性化合物是含有第一種類的堿性化合物)或該預(yù)混合物，視情況地稀釋與否，或另加入第二種類的堿性化合物，且加入適量的氧化劑而獲得具有所欲研磨功效的本發(fā)明研磨組成物。七、使用相同的預(yù)混合物在不同稀釋倍數(shù)下再摻混等量氧化劑對(duì)研磨組成物功效的影響實(shí)施例7-1~7-4含有等量的氧化劑，它們的調(diào)配方式是以相同的預(yù)混合物直接混入，或是稀釋特定倍數(shù)后混入氧化劑。實(shí)施例7-l~7-4的相關(guān)凄t據(jù)如以下表十一中所示表十一<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>表十一結(jié)果顯示，當(dāng)以一既有而未含氧化劑的預(yù)混合物來(lái)制備本發(fā)明研磨組成物時(shí)，即便所制出的研磨組成物皆含有相同的氧化劑含量，但隨著該研磨液的稀釋倍數(shù)不同，其對(duì)Si、Cll的研磨效果也就各異。因此，操作者當(dāng)可在不改變氧化劑供應(yīng)量下，視其需求而即時(shí)變更預(yù)混合物的稀釋倍數(shù)，以獲得具有所欲Si、Cu研磨效果的本發(fā)明研磨組成物。八、機(jī)臺(tái)操作參數(shù)對(duì)研磨組成物功效的影響實(shí)施例8-l與8-2、實(shí)施例8-3與8-4,及實(shí)施例8-5與8-6為兩兩具有相同配方，現(xiàn)分別以研磨壓力(psi)、研磨墊與研磨頭轉(zhuǎn)速(單位為rpm),以及實(shí)施例的流速(單位為ml/min)等機(jī)臺(tái)操作參數(shù)差異性，來(lái)探討這些參數(shù)對(duì)各實(shí)施例的Si、Cu研磨速率是否有所影響。<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>表十二結(jié)果顯示，在配制實(shí)施例8-l~8-6時(shí)，無(wú)論預(yù)混合物是否有先經(jīng)過(guò)稀釋，這些實(shí)施例的Si、Cu研磨速率與Si/Cu選擇比，皆會(huì)因配合不同的研磨壓力、研磨墊及研磨頭轉(zhuǎn)速，與流速等機(jī)臺(tái)操作參數(shù)而有所不同。因此，當(dāng)若操作人員不方便以變更物料種類、濃度的方式來(lái)相對(duì)轉(zhuǎn)換本發(fā)明研磨組成物的Si、Cu研磨速率與SiZCu選擇比，也可透過(guò)改變上述各式機(jī)臺(tái)參數(shù)，而達(dá)到目的。九、本發(fā)明研磨組成物實(shí)際研磨TSV晶圓的結(jié)果于下選用前述5-11、5-6,以及5-7等三實(shí)施例的研磨組成物來(lái)分別研磨一已接受粗拋處理的自制TSV晶圓；研磨時(shí)間為60秒180秒、流速為200ml/min、研磨壓力為3psi、研磨頭轉(zhuǎn)速為113rpm、研磨墊轉(zhuǎn)速為119rpm。研磨結(jié)果如下表十三所示<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>該三實(shí)施例原先依據(jù)其研磨硅空白晶圓與銅空白晶圓所呈現(xiàn)的研磨結(jié)果，也類似地彰顯在TSV晶圓的研磨結(jié)果上；因此這些Si、Cu的研磨速率與選擇性確實(shí)是一可供操作人員進(jìn)行TSV晶圓研磨時(shí)的參考依據(jù)。由以上諸多實(shí)施例可證實(shí)具有堿性化合物、氧化硅研磨粒子、溶劑，以及氧化劑等四大基本組份的本發(fā)明研磨組成物，在這些組份的多樣種類及含量變化下，都可對(duì)Si、Cu展現(xiàn)出應(yīng)有的研磨能力，因而適用以研磨TSV晶圓；于是操作者可將僅含有堿性化合物、氧化硅研磨粒子與溶劑的一般研磨液(例如各實(shí)施例所使用的預(yù)混合物)并視需要地決定是否稀釋，之后直接混入適當(dāng)種類且適量的氧化劑(或者是直接將此四成份同時(shí)混合)后獲得本發(fā)明研磨組成物，而使用于研磨TSV晶圓，大幅節(jié)省了物料成本。進(jìn)一步地，本發(fā)明研磨組成物對(duì)Si、Cu的研磨能力除了會(huì)隨著研磨壓力、研磨墊及研磨頭轉(zhuǎn)速、流速等各式機(jī)臺(tái)操作參數(shù)而改變以外，另也會(huì)隨著它們的成分或濃度的不同而有所變化，因此操作人員在對(duì)一TSV晶圓進(jìn)行研磨時(shí)，可即時(shí)地針對(duì)該晶圓的研磨情形，而在研磨半途時(shí)即透過(guò)改變機(jī)臺(tái)參數(shù)，或改變本發(fā)明研磨組成物的配比(通常研磨機(jī)臺(tái)即已針對(duì)研磨液組成物的各種成分而設(shè)置不同的流道及儲(chǔ)槽)，來(lái)獲得所欲的Si、Cu研磨速率及選擇性，以盡可能地使該TSV晶圓能借此而即時(shí)且精準(zhǔn)地被研磨到該操作人員所要求的完美狀態(tài)，而這樣的做法也省除了操作人員要完全更換研磨組成物的麻煩。再者，使用者當(dāng)可依本發(fā)明所提出的概念，以本發(fā)明研磨組成物組成相關(guān)的各項(xiàng)條件(例如含量和使用物種)、進(jìn)行本發(fā)明研磨方法時(shí)所牽涉到各種機(jī)臺(tái)參數(shù)，以及對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)的Si、金屬研磨速率或研磨選擇性，編列成一資料庫(kù)，以利供操作者參考、對(duì)照，并在實(shí)施本發(fā)明時(shí)當(dāng)可于該石開磨處理進(jìn)行中，機(jī)動(dòng)地調(diào)整本發(fā)明研磨組成物的組成、流速，與各項(xiàng)機(jī)臺(tái)操作參數(shù)，進(jìn)而高效益地完成TSV晶圓的CMP制程。權(quán)利要求1.一種硅貫通電極晶圓的研磨方法，包含使一研磨組成物對(duì)一硅貫通電極晶圓的一研磨面進(jìn)行一研磨處理；其特征在于，該研磨組成物包括有一堿性化合物、一溶劑、氧化硅研磨粒子，與一氧化劑，且該研磨組成物具有一流速，該硅貫通電極晶圓被施以一研磨壓力地與一研磨墊接觸，且在該研磨處理進(jìn)行中時(shí)，該研磨墊與該硅貫通電極晶圓分別具有一轉(zhuǎn)速。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅貫通電極晶圓的研磨方法，其特征在于，該研磨組成物的組成、該石開磨組成物的流速、該研磨壓力、該研磨墊轉(zhuǎn)速，與該硅貫通電極晶圓轉(zhuǎn)速中至少一者于該研磨處理進(jìn)行中被機(jī)動(dòng)調(diào)整。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅貫通電極晶圓的研磨方法，其特征在于，該石開磨壓力介于lpsi~10psi之間。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅貫通電極晶圓的研磨方法，其凈爭(zhēng)4正在于，該石開磨墊的4爭(zhēng)速介于30rpm~300rpm之間。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅貫通電極晶圓的研磨方法，其特征在于，該石圭貫通電極晶圓的轉(zhuǎn)速介于30rpm~300rpm之間。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅貫通電極晶圓的研磨方法，其特4正在于，該石開磨纟且成物的流速介于50ml/min~500ml/min之間。7.—種用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，包含一堿性化合物、一溶劑、氧化硅研磨粒子；其特征在于，還包含一氧化劑。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該氧化劑擇自于過(guò)氧化氫、硝酸、硝酸鹽、次氯酸、次氯酸鹽、過(guò)氯酸、高氯酸鹽、過(guò)硫酸鹽、高錳酸鹽、過(guò)碘酸、過(guò)碘酸鹽、鐵氰化物、過(guò)乙酸，或其組合。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該氧化劑擇自于過(guò)氧化氫、硝酸、硝酸銨、硝酸胍、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸《失、硝酸銅、硝酸鉛、硝酸鋇、亞硝酸鈉、亞硝酸鉀、亞；肖酸鋇、次氯酸、次氯酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸4弓、過(guò)氯酸、過(guò)氯酸銨、過(guò)氯酸鉀、過(guò)氯酸鈉、過(guò)氯酸鎂、過(guò)氯酸鋇、過(guò)氯酸鉛、過(guò)硫酸銨、過(guò)碌u酸鉀、過(guò)-危酸鈉、過(guò)氯酸4美、過(guò)-克酸氫鉀、過(guò)錳酸鉀、過(guò)錳酸鈉、過(guò)錳酸釣、過(guò)-典酸、過(guò)》典酸鉀、過(guò)^典酸鈉、4失氰化鉀、鐵氰化鈉、過(guò)乙酸，或其組合。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該堿性化合物擇自于胺類、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽，或其組合。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該氧化劑的含量占該研磨組成物的0.01wt%~5wt%。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該堿性化合物的含量占該研磨組成物的0.01wt0/)~25wt%。13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，所述氧化硅研磨粒子的含量占該研磨組成物的0.5wt%~50wt%。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，還包含有一添加劑，其擇自于二醇類化合物及/或界面活性劑。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，該添加劑的含量占該^f磨組成物的0.01wt%~4wt%。16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于研磨硅貫通電極晶圓的研磨組成物，其特征在于，具有介于9~13之間的pH值。全文摘要本發(fā)明涉及硅貫通電極晶圓的研磨方法與其所使用的研磨組成物。該研磨硅貫通電極晶圓的研磨方法，包含使一研磨組成物對(duì)一硅貫通電極晶圓的一研磨面進(jìn)行一研磨處理；其特征在于該研磨組成物包括有一堿性化合物、一溶劑、氧化硅研磨粒子，與一氧化劑，且該研磨組成物具有一流速，該硅貫通電極晶圓被施以一研磨壓力地與一研磨墊接觸，且在該研磨處理進(jìn)行中時(shí)，該研磨墊與該硅貫通電極晶圓分別具有一轉(zhuǎn)速；本發(fā)明也有關(guān)于上述方法所使用的研磨組成物，其可隨組成與研磨處理進(jìn)行中的各項(xiàng)機(jī)臺(tái)操作參數(shù)，而相對(duì)地對(duì)硅、金屬的研磨速率或研磨選擇性有所變化，于是使用者可在研磨處理進(jìn)行中機(jī)動(dòng)地改變上述組成或參數(shù)，進(jìn)而高效益地完成晶圓研磨。文檔編號(hào)B24B37/00GK101637884SQ20081013510公開日2010年2月3日申請(qǐng)日期2008年7月30日優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日發(fā)明者劉文政,李康華,賴欣宜申請(qǐng)人:長(zhǎng)興開發(fā)科技股份有限公司