[发明专利]含阳离子颗粒的浆料及其用于旋涂式碳膜的CMP的方法

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明人已努力解决提供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。

发明内容

1.根据本发明，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所述的本发明方法，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。