含阳离子颗粒的浆料及其用于旋涂式碳膜的CMP的方法技术

本发明专利技术提供作为光刻的一部分或作为电子封装的一部分的化学机械抛光(CMP抛光)半导体晶片或衬底上的旋涂有机聚合物膜的方法。所述方法包含将有机聚合物液体旋涂在半导体晶片或衬底上；至少部分地固化所述旋涂涂层以形成有机聚合物膜；和用抛光垫和水性CMP抛光组合物CMP抛光所述有机聚合物膜，所述水性CMP抛光组合物的pH为1.5到4.5，并且包含含有一个或多个阳离子氮或磷原子的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒，以总CMP抛光组合物固体计0.005到0.5重量％的含有硫酸根基团的C8到C18烷基或烯基表面活性剂，和pH调节剂。

Slurry containing cationic particles and method for CMP of spin coated carbon film

The present invention provides a method for spin-coating organic polymer films on semiconductor wafers or substrates as part of lithography or as part of electronic packaging (CMP polishing). The method comprises spinning an organic polymer liquid onto a semiconductor wafer or substrate; at least partially solidifying the spinning coating to form an organic polymer film; and polishing the organic polymer film with a polishing pad and a water-based CMP polishing composition CMP, the water-based CMP polishing composition having a pH of 1.5 to 4.5 and comprising one. Elongated, curved or spherical silica particles of one or more cationic nitrogen or phosphorus atoms, C8 to C18 alkyl or olefin surfactants containing sulfate radicals of 0.005 to 0.5 wt% in total CMP polishing composition solids, and pH regulators.

【技术实现步骤摘要】
含阳离子颗粒的浆料及其用于旋涂式碳膜的CMP的方法本专利技术涉及包含用含有阳离子二氧化硅颗粒和含硫酸根基团表面活性剂的磨料组合物化学机械抛光(CMP)半导体晶片衬底上的有机聚合物膜的方法，所述方法表现出高去除速率和高衬底去除选择性。在半导体和电子器件行业中，化学机械抛光(CMP)用于平面化和抛光和/或去除在制造过程中形成的层。在制造这些层中的一些时，由有机聚合物液体旋涂组合物制成的旋涂碳(SOC)涂层产生在光刻中适用作牺牲层或掩模的膜，用于制造例如用于存储器或逻辑应用中的半导体衬底。旋涂电介质(SOD)涂层在包装电子器件衬底的方法中适用作绝缘层或再分布层，例如用于光电应用。举例来说在光刻应用中，仍然需要在SOC膜中的裸片规模和晶片规模上进行有效的化学机械平面化以满足聚焦深度要求。迄今为止，SOC膜的CMP依赖于含有高浓度磨料和/或含氧化剂的浆料以实现期望的去除。这类浆料还引起划痕和其他缺陷，并导致使用成本高。授予MacDonald的美国专利第7,390,748B2号公开用于半导体晶片抛光的方法，其中磨料浆料可含有二氧化硅颗粒和表面活性剂，例如季铵盐，其有助于抑制晶片的凹陷或较低密度区域中的不期望的抛光。在MacDonald的组合物中，用于抛光的浆料组合物的pH在晶片表面的等电点和颗粒中的磨料的等电点之间。因此，浆料具有与衬底相反的表面电荷；然而，表面活性剂具有与其中使用的磨料颗粒相同的表面电荷，由此抑制抛光。MacDonald的公开内容和组合物未解决有机聚合物衬底的抛光。本专利技术人已努力解决提供CMP抛光方法的问题，所述抛光方法在低二氧化硅固体含量下在抛光有机衬底(例如聚合物)时实现更一致且更高度可调的抛光性能。
技术实现思路
1.根据本专利技术，方法包含旋涂以在半导体晶片或衬底(如图案化或未图案化的硅晶片、砷化镓晶片或硅-锗晶片)上形成有机聚合物液体；例如在70到375℃，或优选地90到350℃范围内的温度下至少部分地固化旋涂涂层以形成有机聚合物膜，和用CMP抛光垫和水性CMP抛光组合物对有机聚合物膜进行化学机械抛光(CMP抛光)，所述水性CMP抛光组合物包含以总CMP抛光组合物计0.05到7重量％，或优选地0.1到4重量％的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳离子氮或磷原子，优选一个或多个阳离子氮原子，或更优选地所述二氧化硅颗粒磨料在3.3的pH下ζ电位(ZP)为8到50mV，或甚至更优选地ZP为17到26mV，以总CMP抛光组合物固体计0.005到0.5重量％，或优选地0.01到0.1重量％的含硫酸根基团的表面活性剂，所述含硫酸根基团的表面活性剂进一步含有C8到C18烷基或烯基，优选地C12到C14烷基或烯基，和pH调节剂如无机酸，所述组合物的pH在1.5到4.5或优选地1.5到3.5范围内，其中pH低于二氧化硅颗粒的等电点(IEP)。2.根据上述项目1所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜是用于光刻应用中的旋涂式涂层(SOC)，方法进一步包含：(a)通过掩模将抛光的有机物膜暴露于活化辐射；(b)使有机聚合物膜层与显影剂接触以形成光刻图案，其中CMP抛光在(a)暴露之前或之后进行。3.根据上述项目1所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜是用于光刻应用中的旋涂式涂层(SOC)，并且方法进一步包含：(a)在有机聚合物膜上形成面涂层；(b)通过掩模将面涂层和有机聚合物膜暴露于活化辐射；和(c)使所述暴露的面涂层和有机聚合物膜层与显影剂接触以形成光刻图案，其中所述CMP抛光在(b)暴露之前或之后并且在(a)形成面涂层之前进行，其中所述CMP抛光在(b)暴露之前或之后并且在(a)形成面涂层之之后进行。4.根据上述项目1所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜是用于光刻应用中的旋涂式涂层(SOC)，并且在CMP抛光之后，方法进一步包含(a)将抛光的有机聚合物膜暴露于活化辐射；和(b)使有机聚合物膜层与显影剂接触以形成光刻图案。5.根据项目1、2、3或4中任一项所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜为旋涂式涂层，所述旋涂式涂层包含选自聚亚芳基、聚亚芳基醚、交联聚亚芳基、交联聚亚芳基醚、酚醛清漆或酚醛环氧化物。6.根据项目1、2、3、4或5中任一项所述的本专利技术方法，其中所述半导体晶片或衬底另外包含无机氧化物如二氧化硅，无机氧化物和导电层如铜或多晶硅，无机氧化物和电介质如氮化物，或无机氧化物、电介质和导电层。7.根据项目6所述的本专利技术的方法，其中继续进行CMP抛光直到所述有机聚合物膜的表面被抛光以平坦化有机聚合物膜和/或暴露无机氧化物，或无机氧化物以及电介质和导电层中的任何一者或两者。8.根据项目1所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜是旋涂在电子封装衬底上的旋涂式电介质(SOD)，所述电子包装衬底包含无机氧化物如二氧化硅和/或导电层如铜或多晶硅。9.根据项目1或8中任一项所述的本专利技术方法，其中有机聚合物膜选自聚酰亚胺环氧化物如酚醛清漆环氧化物，或聚苯并恶唑，优选地，其中固化有机聚合物膜包含在80到180℃的温度下部分地固化30秒到20分钟，如1分钟或更长，接着CMP抛光有机聚合物膜，并且其中方法进一步包含在CMP抛光衬底之后，使有机聚合物膜完全固化。10.根据项目1、8或9中任一项所述的本专利技术的方法，其中半导体晶片或衬底包含无机氧化物如二氧化硅，无机氧化物和导电层如铜，无机氧化物和电介质如氮化物，或无机氧化物、电介质和导电层。11.根据项目10所述的本专利技术的方法，其中继续进行CMP抛光直到有机聚合物膜的表面被抛光以暴露无机氧化物，或无机氧化物和导电层，或无机氧化物和电介质。12.根据上述项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一项所述的本专利技术方法，其中在水性CMP抛光组合物中，一个或多个阳离子氮原子来自在水性CMP抛光组合物的pH下含有一个或多个阳离子氮原子的氨基硅烷或铵化合物，优选地，其中一个或多个阳离子氮原子是季铵原子，或更优选地，四甲基铵的阳离子氮原子。13.根据上述项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一项所述的本专利技术方法，其中在水性CMP抛光组合物中，一个或多个阳离子氮原子来自用四甲氧基硅烷(TMOS)形成的阳离子颗粒和含有季铵原子的含胺碱性催化剂，如四甲基氢氧化铵。14.根据上述项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中任一项所述的本专利技术的方法，其中在水性CMP抛光中组合物中，pH调节剂是选自硝酸和/或磷酸的无机酸。15.根据上述项目1到14中任一项所述的本专利技术方法，其中所述水性CMP抛光组合物基本上不含任何氧化剂化合物，如过氧化氢。优选地，在根据本专利技术的方法中，在CMP抛光组合物中磨料细长弯曲或球状二氧化硅颗粒固体与含硫酸根基团的表面活性剂固体的比率在4:1到35:1，或优选地5:1到31:1范围内；更优选地，这类CMP抛光组合物包含作为固体0.1到4重量％的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒磨料，者最优选地，这类CMP抛光组合物包含作为固体0.1到2重量％的在3.3的pH下在ZP下ζ电位(ZP)为17到26mV的的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒磨料。优选地，在根据本专利技术的方法中，在CMP抛光组合物中磨料二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包含：旋涂以在半导体晶片或衬底上形成有机聚合物液体；在70到375℃范围内的温度下至少部分地固化所述旋涂以形成有机聚合物膜；和，用抛光垫和水性CMP抛光组合物化学机械抛光(CMP抛光)所述有机聚合物膜，所述CMP抛光组合物包含以总CMP抛光组合物固体计0.05到7重量％的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在所述二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳离子氮或磷原子，以总CMP抛光组合物固体计0.005到0.5重量％的含硫酸根基团的表面活性剂，所述表面活性剂进一步含有C8到C18烷基或烯基，和pH调节剂，所述CMP抛光组合物的pH在1.5到4.5范围内，其中所述pH低于所述二氧化硅颗粒的等电点(IEP)。

【技术特征摘要】
2017.03.29 US 15/4729761.一种方法，包含：旋涂以在半导体晶片或衬底上形成有机聚合物液体；在70到375℃范围内的温度下至少部分地固化所述旋涂以形成有机聚合物膜；和，用抛光垫和水性CMP抛光组合物化学机械抛光(CMP抛光)所述有机聚合物膜，所述CMP抛光组合物包含以总CMP抛光组合物固体计0.05到7重量％的细长、弯曲或球状二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在所述二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳离子氮或磷原子，以总CMP抛光组合物固体计0.005到0.5重量％的含硫酸根基团的表面活性剂，所述表面活性剂进一步含有C8到C18烷基或烯基，和pH调节剂，所述CMP抛光组合物的pH在1.5到4.5范围内，其中所述pH低于所述二氧化硅颗粒的等电点(IEP)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述CMP抛光组合物包含以总CMP组合物固体计0.1到4重量％的二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在所述二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳离子氮或磷原子。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述CMP抛光组合物包含二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在所述二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳离子氮原子。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述CMP抛光组合物包含二氧化硅颗粒磨料，所述二氧化硅颗粒磨料在所述二氧化硅颗粒中的至少一个内含有一个或多个阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·考兹休克，L·M·库克，M·E·米尔斯，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US