有机胺碱对硅通孔铜膜化学机械抛光的影响

有机胺碱可与铜离子反应且产物在碱性条件下溶于水,这为硅通孔(TSV)铜膜的碱性化学机械抛光(CMP)提供了有利条件。研究了大分子有机胺碱对铜膜化学机械抛光的影响。首先测试了不同体积分数有机胺碱对碱性抛光液中磨料粒径和Zeta电位的影响,然后在直径3英寸(1英寸=2.54 cm)铜片上模拟了不同体积分数有机胺碱对铜去除速率的影响。实验结果表明:有机胺碱对抛光液中磨料粒径和Zeta电位没有影响;随着有机胺碱体积分数的增加,铜的去除速率先快速增加,达到一峰值后趋于稳定,最后略有下降;当有机胺碱的体积分数为5%时,TSV图形片铜膜去除速率达到最高值2.1μm/min,剩余铜膜总厚度差减小到1.321 76 nm,实现了纳米级的化学机械抛光。

先进封装级无应力抛光技术为晶圆级封装硅通孔和扇出工艺应用提供了替代化学机械抛光的环保的解决方案

盛美半导体设备公司,(NASDAQ:ACMR),作为国际领先的半导体和晶圆级封装设备供应商,近日将发布公司新产品:适用于晶圆级先进封装应用(Wafer Level Advance Package)的无应力抛光(Stree-Free-Polish)解决方案。先进封装级无应力抛光(Ultra SFP ap)设计用于解决先进封装中.

硅通孔化学机械平坦化中铜去除的电化学与选择性研究

利用极化曲线测量法研究了甘氨酸和过氧化氢浓度及pH对硅通孔(TSV)化学机械平坦化(CMP)中铜腐蚀的影响。结果表明:甘氨酸对铜的腐蚀随其浓度增大而增强;随着过氧化氢浓度增大,铜腐蚀电位逐渐增大;在p H为10时铜的腐蚀效果最佳。CMP实验表明,在不同浓度的甘氨酸和过氧化氢之下,抛光速率可调,达1.9~5.8μm/min,铜表面粗糙度为5~29 nm,铜钽去除速率比为20~50。

用于TSV硅衬底的碱性抛光液研究

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。

硅通孔抛光液的研究进展

硅通孔(TSV)技术是一种先进的封装技术,化学机械抛光(CMP)是集成电路TSV制作过程中的重要步骤之一,是可兼顾材料表面局部和全局平坦化的技术。抛光液是影响抛光表面质量和加工效率的关键因素,是CMP工艺中消耗品成本最大的部分。TSV抛光液主要包括铜膜抛光液和阻挡层抛光液,依据抛光速率和抛光质量(表面粗糙度、碟形坑修正等)的要求对其进行了分类讨论,概述了近年来TSV抛光液的研究进展,对其今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,认为TSV抛光液应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本、环境友好的方向发展。

TSV铜抛光液的研究进展

对硅通孔技术(TSV)在3D堆叠封装领域的优势进行了简单阐述,同时指出化学机械抛光(CMP)技术作为具有高质量和高精度的全局平坦化工艺,是TSV制备过程中最重要的步骤之一。影响化学机械抛光质量以及效率的因素有很多,其中比较关键的是化学机械抛光液的组成成分及其性能。重点从抛光速率、抛光质量(抑制碟形坑、表面粗糙度等)和绿色环保几个方面对抛光液性能的影响进行了讨论,概述了近年来国内外铜抛光液的研究进展。最后,通过对比总结目前铜抛光液的研究成果,对TSV铜抛光液今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,其应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本及环境友好的方向发展。

磨料混合对硅通孔铜膜抛光效果的影响

磨料的粒径分布严重影响铜膜抛光效果,单一粒径磨料在抛光过程中,部分较大或较小磨料的作用难以准确评估。针对这一问题,采用不同且粒径相近(40、60和80 nm)的磨料混合来表征反映粒径分散性对铜膜抛光的影响,研究单一磨料、2种和3种粒径磨料混合的抛光液对硅通孔铜膜抛光的影响。结果表明:在相同质量分数条件下,不同粒径磨料混合能提高铜膜抛光速率和改善表面质量;2种粒径磨料混合时,粒径差距越大,则抛光速率越快;3种粒径磨料混合时其抛光速率和抛光表面质量优于单一粒径和2种粒径混合,当40、60和80 nm 3种粒径磨料的比例为1∶3∶2时,抛光效果最好。建立铜片与抛光垫之间磨料分布的物理模型,揭示混合磨料提高铜膜去除速率的机制,计算出磨料与铜片的接触面积。

硅通孔阻挡层抛光液的研究现状和发展趋势

硅通孔(TSV)阻挡层化学机械抛光(CMP)是实现TSV晶圆全局平坦化的关键技术之一,配置多功能、高效率的抛光液是提升CMP效果的重要环节。总结了目前国内外TSV阻挡层抛光液的研究现状;研究了TSV Ta基阻挡层抛光过程中Cu、Ta和氧化层的去除速率选择比及抛光后晶圆的表面质量;通过改变TSV阻挡层抛光液中络合剂、氧化剂和缓蚀剂等成分,可以控制Cu、Ta和氧化层的去除速率选择比,修正Cu层上的碟形坑,实现TSV晶圆的全局平坦化;最后指出开发新型的Co基和Ru基阻挡层抛光液,研制绿色环保的Ta基阻挡层抛光液产品,将成为TSV阻挡层抛光液未来研究的主要方向。

TSV Cu CMP碱性抛光液及工艺

穿透硅通孔(through silicon via,TSV)技术采用铜作为互连材料,晶圆表面沉积了一层厚厚的铜膜,对铜去除速率提出了新要求。从化学机械平坦化(CMP)过程的机理出发,对影响铜去除速率的因素,如磨料、活性剂、氧化剂、螯合剂以及抛光工艺中抛头转速、转盘转速、抛光液流量、工作压力进行了单因素实验和规律分析。通过单因素实验得出,在磨料、活性剂、氧化剂和螯合剂的体积分数分别为50%,1.5%,0.5%和5%,抛头转速和转盘转速分别为105和100 r/min、抛光液流量为225 mL/min和工作压力为4 psi(1 psi=6 895 Pa)时,铜去除速率高达1.5μm/min。

TSV阻挡层碱性抛光液对Ti/Cu去除速率的影响

在硅通孔(through silicon via,TSV)的铜互连技术中,对于阻挡层的抛光,Ti和Cu去除速率非常重要。实验中采用的阻挡层材料为Ti,主要研究了pH值和氧化剂(H2O2)对Ti和Cu去除速率的影响。得到的实验结果表明pH值为10时,Ti的去除速率较高,Cu的去除速率很低;加入体积分数30%的氧化剂时,Ti的去除速率最高,Cu的去除速率较低。在pH值为10、加入氧化剂的体积分数为30%的条件下,对TSV阻挡层的修正能力为100～130 nm/min。可知,pH值和氧化剂对Ti/Cu的化学机械抛光(CMP)有很大的影响。

ATMP对晶圆中TSV结构Ta基阻挡层的Ta和Cu去除速率选择比的影响

为了提高晶圆中硅通孔(TSV)阻挡层材料化学机械抛光(CMP)中Ta和Cu的去除速率选择比,在工作压力为3 psi(1 psi=6895 Pa)、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为93 r/min、抛光液体积流量为300 m L/min的条件下,研究了氨基三甲叉膦酸(ATMP)作为络合剂对Ta和Cu的去除速率以及去除速率选择比的影响。通过电化学方法探究了ATMP对Ta和Cu的络合机制,利用原子力显微镜对比了抛光前后的表面质量。研究结果显示:在ATMP质量分数为1.5%时,Ta和Cu的去除速率分别为157.96和58.6 nm/min,验证了ATMP对提高Ta和Cu的去除速率选择比具有明显效果,Ta和Cu抛光前后的表面粗糙度分别由4.2 nm降低至0.284 nm以及由1.31 nm降低至0.51 nm,表面质量得到明显改善,证明了ATMP适合用于TSV晶圆阻挡层材料抛光。

高深宽比硅通孔(TSV)电镀铜填充工艺研究

作为后摩尔定律时代重要的集成技术之一,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术目前在工业界得到了迅速的发展和广泛的应用。三维(3D)-TSV是TSV技术的核心,也是实现芯片级互联的关键。本文通过对3D-TSV电镀添加剂含量、电镀时间、扩散时间及电镀搅拌速度等工艺的研究,得到了最佳的电镀工艺参数,并获得了表面光洁均匀的镀层,实现主流孔型10μm×100μm的无缺陷填充,且在化学机械抛光(chemical mechanical polish,CMP)后平整无空洞缺陷。

氧化剂在TSV铜膜CMP中钝化机理

为实现TSV硅衬底表面铜去除速率的优化,对影响TSV铜去除速率的最主要因素抛光液组分(如磨料、螯合剂、活性剂和氧化剂)中的氧化剂进行分析。通过对不同体积分数的氧化剂电化学实验进行钝化机理的研究,从而得到最佳的氧化剂体积分数,再进行铜的静态腐蚀实验和抛光实验对铜的去除速率进行验证。实验结果表明,氧化剂体积分数为0.5%时铜具有较高的去除速率,能够满足工业需要。最后,对CMP过程机理和钝化机理进行分析,进一步验证了氧化剂在TSV铜化学机械平坦化中的作用。

基于PECVD的TSV深孔绝缘层沉积工艺优化

研究了基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的硅通孔(TSV)中(孔径5μm,深宽比10∶1)二氧化硅(SiO2)薄膜的生长技术。分析了低频功率、腔室压力和分步沉积次数对TSV深孔SiO2膜层覆盖率的影响。实验结果表明,深孔内底部的膜层覆盖率最高,孔内拐角处的膜层覆盖率最低。在低频功率为300 W、腔室压力为1.6 Torr (1 Torr=133.3 Pa)、分步沉积8次时,孔内最薄处的拐角覆盖率由2.23%提高到了4.88%,有效提高了膜层的覆盖率。最后,对膜层的击穿电压、漏电流、表面应力和沉积速率进行了检测,结果表明在保证膜层电性能基础上,将深孔SiO2薄膜的沉积速率提高到了480.075 nm/min。

一种基于TSV和激光刻蚀辅助互连的改进型CIS封装

提出了一种基于硅通孔(TSV)和激光刻蚀辅助互连的改进型CMOS图像传感器(CIS)圆片级封装方法。对CIS芯片电极背部引出的关键工艺,如锥形TSV形成、TSV绝缘隔离、重布线(RDL)等进行了研究。采用低温电感耦合等离子体增强型化学气相淀积(ICPECVD)的方法实现TSV内绝缘隔离;采用激光刻蚀开口和RDL方法实现CIS电极的背部引出;通过采用铝电极电镀镍层的方法解决了激光刻蚀工艺中聚合物溢出影响互连的问题,提高了互连可靠性。对锥形TSV刻蚀参数进行了优化。最终在4英寸(1英寸=2.54 cm)硅/玻璃键合圆片上实现了含有276个电极的CIS圆片级封装。电性能测试结果表明,CIS圆片级封装具有良好的互连导电性,两个相邻电极间平均电阻值约为7.6Ω。

PECVD在TSV领域的应用

PECVD设备及工艺技术已在半导体前道互连工艺及TSV领域展现了其广阔的应用前景,介绍了拓荆PECVD在TSV领域的应用,展现其良好的工艺表现。

新型Cu/Ti/SiO_2碱性精抛液对TSV碟形坑和塌边的修正

研发了一种无氧化剂无抑制剂的新型碱性TSV精抛液,通过单因素实验确定FA/O Ⅰ型非离子表面活性剂和有机胺碱的体积分数,以使Cu/Ti/SiO_2的去除速率满足选择比。根据表面活性剂的优先吸附理论来降低碟形坑内部反应界面的能量,同时运用大分子有机胺碱的自钝化原理来控制碟形坑的延伸,使用HP&MP&LP工作压力模式来解决通孔边界处的塌边问题。结果表明:当抛光液中FA/O Ⅰ型非离子表面活性剂和大分子有机胺碱的体积分数分别为3.0%和1.5%时对Cu/Ti/SiO_2的选择性最好。用优化后的抛光液在TSV图形片上进行了测试并比较了不同通孔间距下碟形坑的修正能力。台阶仪检测结果显示,优化后的抛光液对碟形坑的修正能力为1500~2000 nm·min^(-1),且对间距分别为20,40,60和80μm的4种通孔内碟形坑的修正能力均在1500 nm·min^(-1)以上,当HP&MP&LP模式中3个阶段的持续时间分别为总抛光时间的50%,30%和20%时塌边现象得到解决。