一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有3.0至5.5的pH值的CMP組合物的存在下化學(xué)機(jī) ...的制作方法
【專利摘要】一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范圍內(nèi)的pH值的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料，且所述CMP組合物包含：(A)無機(jī)粒子、有機(jī)粒子或其混合物或復(fù)合物，(B)至少一種類型的氧化劑，及(C)含水介質(zhì)。
【專利說明】—種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有3.0至5.5的
PH值的CMP組合物的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或
Si^xGexMW
[0001]本發(fā)明本質(zhì)上涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物及其用于拋光半導(dǎo)體工業(yè)的基材的用途。本發(fā)明的方法包括在特定CMP組合物的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺。
[0002]在半導(dǎo)體工業(yè)中，化學(xué)機(jī)械拋光(縮寫為CMP)為一項(xiàng)熟知應(yīng)用于制造先進(jìn)光子、微機(jī)電及微電子材料及裝置(例如半導(dǎo)體晶片)的技術(shù)。
[0003]在制造半導(dǎo)體工業(yè)中所用的材料及裝置期間，采用CMP來平坦化金屬及/或氧化物表面。CMP利用化學(xué)與機(jī)械作用的相互影響來達(dá)到待拋光表面的平坦度?；瘜W(xué)作用由化學(xué)組合物(也稱為CMP組合物或CMP漿料)提供。機(jī)械作用通常由拋光墊實(shí)現(xiàn)，拋光墊典型地壓至待拋光表面上且安裝于移動(dòng)壓板上。壓板通常按直線、旋轉(zhuǎn)或軌道移動(dòng)。
[0004]在典型的CMP方法步驟中，旋轉(zhuǎn)晶片固持器使待拋光晶片接觸拋光墊。CMP組合物通常施加于待拋光晶片與拋光墊之間。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，已知化學(xué)機(jī)械拋光含鍺的層的方法，且其描述于例如以下參考文獻(xiàn)中。
[0006]US 2010/0130012A1公開一種拋光具備應(yīng)變松弛Si^Gex層的半導(dǎo)體晶片的方法，其包括在拋光機(jī)中使用含有粒度為0.55 μ m或小于0.55 μ m的固定黏結(jié)的研磨材料的拋光墊機(jī)械加工半導(dǎo)體晶片的SihGex層的第一步驟，及使用拋光墊且在供應(yīng)含有研磨材料的拋光劑漿料下化學(xué)機(jī)械加工半導(dǎo)體晶片的先前機(jī)械加工的SihGex層的第二步驟。拋光劑溶液可含有例如以下的化合物:碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)或其任何所需混合物。
[0007]US2008/0265375A1公開一種單面拋光具備松弛Si^Gex層的半導(dǎo)體晶片的方法，其包括:在多輪拋光中拋光多個(gè)半導(dǎo)體晶片，一輪拋光包括至少一個(gè)拋光步驟且在每輪拋光結(jié)束時(shí)該多個(gè)半導(dǎo)體晶片中的至少一個(gè)具有拋光SihGex層；及在至少一個(gè)拋光步驟期間在具備拋光布的旋轉(zhuǎn)拋光板上移動(dòng)該至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片，同時(shí)施加拋光壓力，且供應(yīng)拋光劑于拋光布與該至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片之間，供應(yīng)的拋光劑含有堿性組分及溶解鍺的組分。溶解鍺的組分可包含過氧化氫、臭氧、次氯酸鈉或其混合物。堿性組分可包含碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化四甲基銨(N(CH3)4OH)或其混合物。
[0008]FR2876610A1公開一種拋光鍺表面的方法，其包括用至少一種拋光劑及輕度鍺蝕刻溶液進(jìn)行拋光操作。蝕刻溶液可為選自以下的溶液:過氧化氫溶液、水、H2SO4溶液的溶液、HCl溶液、HF溶液、NaOCl溶液、NaOH溶液、NH4OH溶液、KOH溶液的溶液、Ca (ClO) 2溶液或這些溶液中的兩種或更多種的混合物。
[0009]US2006/0218867A1公開一種用于拋光鍺或硅-鍺單晶的拋光組合物，該拋光組合物包含次氯酸鈉、膠體二氧化硅及水，其中拋光組合物中有效氯濃度為0.5至2.5%，且拋光組合物中膠體二氧化硅含量以重量計(jì)為I至13%。
[0010]US2011/0045654A1公開一種拋光包含至少一個(gè)鍺表面層(121)的結(jié)構(gòu)(12)的方法，其特征在于其包括用具有酸性pH值的第一拋光溶液對(duì)鍺層(121)的表面(121a)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的第一步驟，及用具有堿性PH值的第二拋光溶液對(duì)鍺層(121)的表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的第二步驟。
[0011]在現(xiàn)有技術(shù)中，化學(xué)機(jī)械拋光含鍺合金(例如鍺-銻-碲(GST)合金)的方法是已知的，且其描述于例如以下參考文獻(xiàn)中。
[0012]US2009/0057834A1公開一種化學(xué)機(jī)械平坦化上面具有至少一個(gè)特征的包含硫族化物材料的表面的方法，該方法包括以下步驟:A)將具有上面具有至少一個(gè)特征的包含硫族化物材料的表面的基材置放成與拋光墊接觸；B)傳遞拋光組合物，其包含:b)研磨劑；及b)氧化劑 '及O用拋光組合物拋光基材。硫族化物材料為例如鍺、銻及碲的合金。
[0013]US2009/0057661A1公開一種化學(xué)機(jī)械平坦化上面具有至少一個(gè)特征的包含硫族化物材料的表面的方法，該方法包括以下步驟:A)將具有上面具有至少一個(gè)特征的包含硫族化物材料的表面的基材置放成與拋光墊接觸；B)傳遞拋光組合物，其包含:a)具有正ζ電位的表面改性的研磨劑；及《氧化劑；及0用拋光組合物拋光基材。硫族化物材料為例如鍺、鋪及締的合金。
[0014]US2009/0001339A1公開一種用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)相變存儲(chǔ)裝置的漿料組合物，其包含去離子水及含氮化合物。相變存儲(chǔ)裝置優(yōu)選包含至少一種選自以下的化合物:InSe, Sb2Te3' GeTe, Ge2Sb2Te5' InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4' InSbGe, AgInSbTe, (GeSn) SbTe,GeSb(SeTe)或Te81Ge15Sb2S2。含氮化合物可為一種選自以下的化合物:脂族胺、芳族胺、銨鹽、銨堿或其組合。
[0015]US2007/0178700A1公開一種用于拋光含有相變合金的基材的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，該組合物包含:(a)粒狀研磨材料，其量以重量計(jì)不超過約3% ； (b)至少一種能夠螯合相變合金、其組分或由相變合金材料在化學(xué)機(jī)械拋光期間形成的物質(zhì)的螯合劑；及(c)其含水載體。相變合金為例如鍺-銻-碲(GST)合金。螯合劑可包含至少一種選自以下的化合物:二羧酸、聚羧酸、氨基羧酸、磷酸酯、聚磷酸酯、氨基膦酸酯及膦?；人?、聚合螯合劑及其鹽。
[0016]本發(fā)明的目的之一為提供一種CMP組合物及CMP方法，其適于化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺且展示改進(jìn)的拋光性能，尤其高鍺及/或SihGex材料(0.1 ( χ<1)的材料移除率(MRR)，或鍺相對(duì)于二氧化硅的高選擇性(Ge = SiO2選擇性)或低鍺靜態(tài)蝕刻率(SER)，或高鍺MRR與高Ge = SiO2選擇性及/或低鍺SER的組合。此外，本發(fā)明的目的之一為提供一種CMP組合物及CMP方法，其適于化學(xué)機(jī)械拋光已填充或生長在STI (淺溝槽隔離)二氧化硅之間的溝槽中的元素鍺。本發(fā)明的另一目的為提供一種CMP組合物及CMP方法，其適于化學(xué)機(jī)械拋光具有層及/或過度生長的形狀且鍺含量以相應(yīng)層及/或過度生長的重量計(jì)超過98%的元素鍺。此外，尋求一種易于應(yīng)用，需要盡可能少的步驟且需要盡可能簡(jiǎn)單的CMP組合物的CMP方法。
[0017]因此，發(fā)現(xiàn)了一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范圍內(nèi)的pH值的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物(下文中稱為(S)或CMP組合物(S))的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1 < x〈l的SihGex材料，且該CMP組合物包含:
[0018](A)無機(jī)粒子、有機(jī)粒子或其混合物或復(fù)合物，
[0019](B)至少一種類型的氧化劑，及[0020](C)含水介質(zhì)。
[0021]此外，發(fā)現(xiàn)了 CMP組合物(S)用于化學(xué)機(jī)械拋光包含元素鍺層及/或過度生長的基材的用途。
[0022]優(yōu)選實(shí)施方案 在權(quán)利要求書及說明書中予以說明。應(yīng)了解優(yōu)選實(shí)施方案的組合在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
[0023]可由本發(fā)明的方法制造半導(dǎo)體裝置，該方法包括在CMP組合物(S)的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或SihGex材料(0.1 ^χ<1),優(yōu)選地，該方法包括在CMP組合物(S)的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺。一般而言，此元素鍺可為任何類型、形式或形狀的元素鍺。此元素鍺優(yōu)選具有層及/或過度生長的形狀。若此元素鍺具有層及/或過度生長的形狀，則鍺含量以相應(yīng)層及/或過度生長的重量計(jì)優(yōu)選超過90%，更優(yōu)選超過95%，最優(yōu)選超過98%，尤其超過99%，例如超過99.9%。一般而言，此元素鍺可以不同方式生產(chǎn)或獲得。此元素鍺優(yōu)選已填充或生長在其他基材之間的溝槽中，更優(yōu)選填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中，最優(yōu)選填充或生長在STI (淺溝槽隔離)二氧化硅之間的溝槽中，尤其生長在選擇性外延生長方法中STI 二氧化硅之間的溝槽中。若此元素鍺已填充或生長在STI 二氧化硅之間的溝槽中，則所述溝槽的深度優(yōu)選為20至500nm，更優(yōu)選150至400nm，且最優(yōu)選250至350nm，尤其280至320nm。在另一實(shí)施方案中，若此元素鍺已填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中，則所述溝槽的深度優(yōu)選為5至IOOnm,更優(yōu)選8至50nm,且最優(yōu)選10至35nm,尤其15至 25nm。
[0024]元素鍺為呈其化學(xué)元素形式的鍺且不包括鍺鹽或鍺含量以相應(yīng)合金的重量計(jì)低于90%的鍺合金。
[0025]該SihGex材料(0.1 ( χ<1)可為任何類型、形式或形狀的0.1 ( χ<1的Si1Jex材料。一般而言，X可為0.1≤x〈l范圍內(nèi)的任何值。X優(yōu)選在0.1≤x〈0.8范圍內(nèi)，X更優(yōu)選在0.1 ( χ〈0.5范圍內(nèi)，X最優(yōu)選在0.1 ( χ〈0.3范圍內(nèi)，例如X為0.2。該Si1Jex材料優(yōu)選為SihGex層，更優(yōu)選為應(yīng)變-松弛SihGex層。此應(yīng)變-松弛Si1Jex層可為US2008/0265375A1 的段落[0006]中描述的 Si1Jex 層。
[0026]若本發(fā)明的方法包括化學(xué)機(jī)械拋光包含元素鍺及二氧化硅的基材，則在材料移除率方面，鍺相對(duì)于二氧化硅的選擇性優(yōu)選高于4.5:1，更優(yōu)選高于10:1，最優(yōu)選高于25:1，尤其高于50:1,特別是高于75:1，例如高于100:1.[0027]CMP組合物(S)用于化學(xué)機(jī)械拋光包含元素鍺及/或SihGex材料(0.1≤χ〈1)的基材，優(yōu)選用于化學(xué)機(jī)械拋光包含元素鍺層及/或過度生長的基材。該元素鍺層及/或過度生長的鍺含量以相應(yīng)層及/或過度生長的重量計(jì)優(yōu)選超過90%，更優(yōu)選超過95%，最優(yōu)選超過98%，尤其超過99%，例如超過99.9%。元素鍺層及/或過度生長可以不同方式來獲得，優(yōu)選通過填充或生長在其他基材之間的溝槽中，更優(yōu)選通過填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中，最優(yōu)選通過填充或生長在STI(淺溝槽隔離)二氧化硅之間的溝槽中,尤其通過生長在選擇性外延生長方法中的STI 二氧化硅之間的溝槽中。
[0028]若CMP組合物(S)用于拋光包含元素鍺及二氧化硅的基材，則在材料移除率方面，鍺相對(duì)于二氧化硅的選擇性優(yōu)選高于4.5:1，更優(yōu)選高于10:1，最優(yōu)選高于25:1，尤其高于50:1，特別是高于75:1，例如高于100:1。
[0029]CMP組合物⑶具有在3.0至5.5范圍內(nèi)的pH值且包含如下所述的組分(A)、⑶、(C)。
[0030]CMP組合物(S)包含無機(jī)粒子、有機(jī)粒子或其混合物或復(fù)合物(A)。(A)可為
[0031]-一種類型的無機(jī)粒子，
[0032]-不同類型的無機(jī)粒子的混合物或復(fù)合物，
[0033]-一種類型的有機(jī)粒子，
[0034]-不同類型的有機(jī)粒子的混合物或復(fù)合物，或
[0035]-一或多種類型的無機(jī)粒子與一或多種類型的有機(jī)粒子的混合物或復(fù)合物。
[0036]復(fù)合物為包含兩種或更多種類型粒子且所述粒子以機(jī)械方式、化學(xué)方式或以另一方式彼此結(jié)合的復(fù)合粒子。復(fù)合物的實(shí)例為在外層(殼)中包含一種類型的粒子且在內(nèi)層(核)中包含另一類型的粒子的核-殼型粒子。
[0037]一般而言，CMP組合物⑶中粒子⑷的含量可變化。⑷的量以組合物⑶的總重量計(jì)優(yōu)選不超過IOwt.% (wt.%代表“重量百分比”)，更優(yōu)選不超過5wt.%，最優(yōu)選不超過
2.5wt.%，例如不超過1.8wt.%。(A)的量以組合物(S)的總重量計(jì)優(yōu)選為至少0.002wt.%，更優(yōu)選至少0.0lwt.%,最優(yōu)選至少0.08wt.%,例如至少0.4wt.%。在另一實(shí)施方案中，(A)的量以組合物(S)的總重量計(jì)優(yōu)選不超過IOwt.%,更優(yōu)選不超過8wt.%,最優(yōu)選不超過6.5wt.%,例如不超過5.5wt.%，且(A)的量以組合物(S)的總重量計(jì)優(yōu)選為至少0.1wt.%，更優(yōu)選至少0.8wt.%,最優(yōu)選至少1.5wt.%,例如至少3.0wt.%。
[0038]一般而言，可含有粒度分布不定的粒子(A)。粒子(A)的粒度分布可呈單峰或多峰。在多峰粒度分布的情況下，雙峰常為優(yōu)選。為在本發(fā)明的CMP方法期間具有可容易地再現(xiàn)的性質(zhì)特征及可容易地再現(xiàn)的條件，(A)優(yōu)選具有單峰粒度分布。(A)最優(yōu)選具有單峰粒度分布。
[0039]粒子(A)的平均粒度可在寬范圍內(nèi)變化。平均粒度為含水介質(zhì)(C)中(A)的粒度分布的d5(l值且可使用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)定。接著，在假設(shè)粒子基本上為球形下計(jì)算值。平均粒度分布的寬度為粒度分布曲線與相對(duì)粒子數(shù)的50%高度相交的兩個(gè)交叉點(diǎn)之間的距離(以X軸的單位給出)，其中最大粒子數(shù)的高度標(biāo)準(zhǔn)化為100%高度。
[0040]如使用儀器(例如來自Malvern Instruments有限公司的高性能粒度分析儀(HPPS)或Horiba LB550)用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)所量測(cè)，粒子(A)的平均粒度優(yōu)選在5至500nm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5至250nm范圍內(nèi)，最優(yōu)選在20至150nm范圍內(nèi)，且尤其在35至130nm范圍內(nèi)。
[0041]粒子(A)可具有各種形狀。因此，粒子(A)可具有一種或基本上僅一種類型的形狀。然而，粒子(A)也可能具有不同形狀。例如，可存在兩種類型的不同形狀的粒子(A)。例如，(A)可具有立方體、具有削角邊緣的立方體、八面體、二十面體、有或無突起或凹痕的結(jié)節(jié)或球體的形狀。其優(yōu)選為無或僅有很少突起或凹痕的球形。
[0042]粒子(A)的化學(xué)性質(zhì)不受特別限制。(A)可具有相同化學(xué)性質(zhì)或?yàn)榫哂胁煌瘜W(xué)性質(zhì)的粒子的混合物或復(fù)合物。一般而言，具有相同化學(xué)性質(zhì)的粒子(A)為優(yōu)選。一般而言，(A)可為
[0043]-無機(jī)粒子，例如金屬、金屬氧化物或碳化物，包括準(zhǔn)金屬、準(zhǔn)金屬氧化物或碳化物，或
[0044]-有機(jī)粒子，例如聚合物粒子，
[0045]-無機(jī)與有機(jī)粒子的混合物或復(fù)合物。
[0046]粒子(A)優(yōu)選為無機(jī)粒子。金屬或準(zhǔn)金屬的氧化物及碳化物尤其優(yōu)選。粒子(A)更優(yōu)選為氧化鋁、氧化鈰、氧化銅、氧化鐵、氧化鎳、氧化錳、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化錫、二氧化鈦、碳化鈦、氧化鎢、氧化釔、氧化鋯或其混合物或復(fù)合物。粒子(A)最優(yōu)選為氧化鋁、氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯或其混合物或復(fù)合物。(A)尤其為二氧化硅粒子。
(A)例如為膠體二氧化硅粒子。膠體二氧化硅粒子典型地由濕式沉淀方法生產(chǎn)。
[0047]在(A)為有機(jī)粒子或無機(jī)與有機(jī)粒子的混合物或復(fù)合物的另一實(shí)施方案中，聚合物粒子優(yōu)選作為有機(jī)粒子。聚合物粒子可為均聚物或共聚物。后者可例如為嵌段共聚物或統(tǒng)計(jì)共聚物。均聚物或共聚物可具有各種結(jié)構(gòu)，例如線性、分支、梳狀、樹枝狀、纏結(jié)或交聯(lián)。聚合物粒子可根據(jù)陰離子、陽離子、可控自由基、自由基機(jī)制及通過懸浮或乳液聚合的方法獲得。聚合物粒子優(yōu)選為以下中的至少一種:聚苯乙烯、聚酯、醇酸樹脂、聚氨酯、聚內(nèi)酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(N-烷基丙烯酰胺)、聚(甲基乙烯基醚)或包含乙烯基芳族化合物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、馬來酸酐丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一種作為單體單元的共聚物，或其混合物或復(fù)合物。具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物粒子尤其優(yōu)選。
[0048]CMP組合物(S)包含至少一種類型的氧化劑(B)，優(yōu)選一種至兩種類型的氧化劑
(B)，更優(yōu)選一種類型的氧化劑(B)。一般而言，氧化劑為能夠氧化待拋光基材或其一個(gè)層的化合物。(B)優(yōu)選為過型(per-type)氧化劑。(B)更優(yōu)選為過氧化物、過氧硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽、過碘酸鹽、過錳酸鹽或其衍生物。(B)最優(yōu)選為過氧化物或過氧硫酸鹽。(B)尤其為過氧化物。例如，(B)為過氧化氫。
[0049]CMP組合物⑶中氧化劑⑶的含量可變化。(B)的量以組合物⑶的總重量計(jì)優(yōu)選不超過20wt.%,更優(yōu)選不超過IOwt.%,最優(yōu)選不超過5wt.%,尤其不超過3.5wt.%,例如不超過2.7wt.%。(B)的量以組合物(S)的總重量計(jì)優(yōu)選為至少0.0lwt.%，更優(yōu)選至少0.08wt.%,最優(yōu)選至少0.4wt.%,尤其至少0.75wt.%,例如至少Iwt.%。若過氧化氫用作氧化劑(B)，則⑶的量以組合物⑶的總重量計(jì)為例如2.5wt.%。
[0050]根據(jù)本發(fā)明，CMP組合物(S)含有含水介質(zhì)(C)。(C)可為一種類型含水介質(zhì)或不同類型含水介質(zhì)的混合物。
[0051]一般而言，含水介質(zhì)(C)可為含有水的任何介質(zhì)。含水介質(zhì)(C)優(yōu)選為水與可與水混溶的有機(jī)溶劑(例如醇，優(yōu)選C1至C3醇，或亞烷基二醇衍生物)的混合物。含水介質(zhì)
(C)更優(yōu)選為水。含水介質(zhì)(C)最優(yōu)選為去離子水。
[0052]若除(C)以外的組分的量以CMP組合物的重量計(jì)總共為y%，則(C)的量以CMP組合物的重量計(jì)為(100_y)%。
[0053]CMP組合物⑶的性質(zhì)(例如穩(wěn)定性及拋光性能)取決于相應(yīng)組合物的pH值。本發(fā)明方法中所用的組合物(S)的pH值在3.0至5.5范圍內(nèi)。該pH值優(yōu)選在3.1至5.1范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3.3至4.8范圍內(nèi)，最優(yōu)選在3.5至4.5范圍內(nèi)，尤其在3.7至4.3范圍內(nèi)，例如在3.9至4.1范圍內(nèi)。該pH值優(yōu)選為至少3.1，更優(yōu)選至少3.3，最優(yōu)選至少3.5，尤其至少3.7，例如至少3.9。該pH值優(yōu)選不超過5.1，更優(yōu)選不超過4.8，最優(yōu)選不超過4.5，尤其不超過4.3,例如不超過4.1。pH值可用pH組合電極(Schott, blue line22pH)量測(cè)。
[0054]CMP組合物⑶可含有進(jìn)一步任選地含有至少一種pH調(diào)節(jié)劑⑶。一般而言，pH調(diào)節(jié)劑(D)為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)pH值的目的而添加至CMP組合物(S)中的添加劑。CMP組合物(S)優(yōu)選含有至少一種pH調(diào)節(jié)劑(D)。優(yōu)選pH調(diào)節(jié)劑為無機(jī)酸、羧酸、胺堿、堿金屬氫氧化物、氫氧化銨，包括氫氧化四烷基銨。例如，PH調(diào)節(jié)劑(D)為硝酸、硫酸、氨、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0055]pH調(diào)節(jié)劑⑶若存在，則含量可變化。若存在，則⑶的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選不超過IOwt.%,更優(yōu)選不超過2wt.%,最優(yōu)選不超過0.5wt.%,尤其不超過0.lwt.%，例如不超過0.05wt.%。若存在，則(D)的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選為至少0.0005wt.%，更優(yōu)選至少0.005wt.%，最優(yōu)選至少0.025wt.%，尤其至少0.1wt.%，例如至少 0.4wt.%。
[0056]需要時(shí)，CMP組合物⑶也可含有各種其他添加劑。其他添加劑為除粒子㈧、氧化劑⑶或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑，且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)pH值的目的而添加至CMP組合物中的添加劑。其他添加劑包括(但不限于)殺生物劑、腐蝕抑制劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、減摩劑等。所述其他添加劑為例如常用于CMP組合物中的那些，因此為本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所熟知。此類添加可例如穩(wěn)定分散體，或改進(jìn)拋光性能或不同層之間的選擇性。
[0057]所述其他添加劑若存在，則含量可變化。所述其他添加劑的總量以相應(yīng)CMP組合物的總重量計(jì)優(yōu)選不超過5wt.%,更優(yōu)選不超過Iwt.%,最優(yōu)選不超過0.5wt.%,尤其不超過0.1wt.%,例如不超過 0.01wt.%。
[0058]CMP組合物(S)可進(jìn)一步任選地含有至少一種殺生物劑(E)，例如一種殺生物劑。一般而言，殺生物劑為通過化學(xué)或生物方式阻止任何有害生物體、使其無害或?qū)ζ浒l(fā)揮控制作用的化合物。(E)優(yōu)選為季銨化合物、基于異噻唑啉酮的化合物、N-取代重氮鋪 二氧化物或N，-羥基-重氮It氧化物鹽。(E)更優(yōu)選為N-取代重氮儀'二氧化物或N，-羥基-重氮爾氧化物鹽。
[0059]殺生物劑(E)若存在，則含量可變化。若存在，則(E)的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選不超過0.5wt.%,更優(yōu)選不超過0.1wt.%,最優(yōu)選不超過0.05wt.%,尤其不超過0.02wt.%，例如不超過0.008wt.%。若存在，則(E)的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選至少0.0OOlwt.%，更優(yōu)選至少0.0005wt.%，最優(yōu)選至少0.0Olwt.%，尤其至少0.003wt.%，例如至少 0.006wt.%。
[0060]CMP組合物(S)可含有進(jìn)一步任選地含有至少一種腐蝕抑制劑(F)，例如兩種腐蝕抑制劑。所有在Ge及/或氧化鍺的表面上形成保護(hù)性分子層的化合物均可使用。優(yōu)選腐蝕抑制劑為硫醇、成膜聚合物、多元醇、二唑、三唑、四唑及其衍生物，例如苯并三唑或甲苯
基三唑。
[0061]腐蝕抑制劑(F)若存在，則含量可變化。若存在，則(F)的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選不超過IOwt.%,更優(yōu)選不超過2wt.%,最優(yōu)選不超過0.5wt.%,尤其不超過0.lwt.%，例如不超過0.05wt.%。若存在，則(F)的量以相應(yīng)組合物的總重量計(jì)優(yōu)選為至少
0.0005wt.%，更優(yōu)選至少0.005wt.%，最優(yōu)選至少0.025wt.%，尤其至少0.1wt.%，例如至少
0.4wt.%。[0062]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，包括化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1 ( χ<1的SihGex材料的制造半導(dǎo)體裝置的方法在具有3.0至5.5的pH值且包含以下的CMP組合物的存在下進(jìn)行:
[0063](A) 二氧化硅粒子，
[0064]⑶過氧化氫，及
[0065](C)水，
[0066]其中CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)PH值的目的而添加至CMP組合物中的添加劑。
[0067]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，一種包括化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1 < x〈l的SihGex材料的制造半導(dǎo)體裝置的方法在具有3.0至5.5的pH值的CMP組合物的存在下進(jìn)行，且該CMP組合物包含:
[0068]⑷膠體二氧化硅粒子,其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.01至5wt.%，⑶過氧化氫，其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.4至5wt.%，及
[0069](C)水，
[0070]其中CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)PH值的目的而添加至CMP組合物中的添加劑。
[0071]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，一種包括化學(xué)機(jī)械拋光已填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中的元素鍺的制造半導(dǎo)體裝置的方法在具有3.0至5.5的pH值的CMP組合物的存在下進(jìn)行，且該CMP組合物包含:
[0072](A)膠體二氧化硅粒子，其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.01至5wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.4至5wt.%，及
[0073](C)水，
[0074]其中CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)PH值的目的而添加至CMP組合物中的添加劑。
[0075]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，一種包括化學(xué)機(jī)械拋光已填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中的元素鍺的制造半導(dǎo)體裝置的方法在具有3.5至4.5的pH值的CMP組合物的存在下進(jìn)行，且該CMP組合物包含:
[0076](A)膠體二氧化硅粒子，其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.01至5wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組合物的總重量計(jì)為0.4至5wt.%，及
[0077](C)水，
[0078]其中元素鍺具有層及/或過度生長的形狀且鍺含量以相應(yīng)層及/或過度生長的總重量計(jì)超過98%，且其中CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)PH值的目的而添加至CMP組合物中的添加劑。
[0079]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，一種包括化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1 < x〈l的SihGex材料的制造半導(dǎo)體裝置的方法在具有3.7至4.3的pH值的CMP組合物的存在下進(jìn)行，且該CMP組合物包含:
[0080](A) 二氧化硅粒子，
[0081](B)過氧化氫，及
[0082](C)水。
[0083]制備CMP組合物的方法廣為人知。這些方法可用于制備CMP組合物(S)。這可通過將上述組分(A)及(B)分散或溶解于含水介質(zhì)(C)、優(yōu)選水中，且任選地經(jīng)由添加酸、堿、緩沖劑或PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)CMP組合物的pH值來進(jìn)行。為此，可使用常規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)混合方法及混合設(shè)備，例如攪拌容器、高剪切葉輪、超聲波混合器、均化器噴嘴或逆流式混合器。
[0084]CMP組合物(S)優(yōu)選通過分散粒子(A)、分散及/或溶解氧化劑(B)于含水介質(zhì)
(C)中來制備。
[0085]拋光方法廣為人知且可用所述方法及設(shè)備在CMP常用于制造具有集成電路的晶片的條件下進(jìn)行。對(duì)可進(jìn)行拋光方法的設(shè)備無限制。
[0086]如此項(xiàng)技術(shù)中所知，CMP方法的典型設(shè)備由覆蓋有拋光墊的旋轉(zhuǎn)壓板組成。也使用軌道拋光機(jī)。晶片安裝在載體或夾盤上。加工的晶片側(cè)對(duì)著拋光墊(單面拋光方法)?？郗h(huán)將晶片緊固 于水平位置。
[0087]在載體下方，一般也水平放置較大直徑的壓板且呈現(xiàn)與待拋光的晶片表面平行的表面。在平坦化制程期間壓板上的拋光墊接觸晶片表面。
[0088]為引起材料損失，晶片壓至拋光墊上。通常使載體與壓板均圍繞自載體及壓板垂直延伸的其各自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)載體轉(zhuǎn)軸可保持相對(duì)于旋轉(zhuǎn)壓板固定在位置上，或可相對(duì)于壓板水平振蕩。載體的旋轉(zhuǎn)方向通常(但非必要地)與壓板的旋轉(zhuǎn)方向相同。載體及壓板的旋轉(zhuǎn)速度一般(但非必要地)設(shè)定在不同值。在本發(fā)明的CMP方法期間，CMP組合物
(S)通常呈連續(xù)流或以逐滴方式施加于拋光墊上。通常，壓板溫度設(shè)定在10至70°C的溫度下。
[0089]晶片上的負(fù)載可通過由例如鋼制造的平板施加，覆蓋有常稱為背膜的軟墊。若使用更先進(jìn)的設(shè)備，則用空氣或氮?dú)鈮贺?fù)載的軟質(zhì)膜將晶片壓至墊上。當(dāng)使用硬拋光墊時(shí)，此類膜載體對(duì)于低下壓力方法而言為優(yōu)選，因?yàn)榕c具有硬壓板設(shè)計(jì)的載體相比，晶片上的下壓力分布更均勻。根據(jù)本發(fā)明也可使用有控制晶片上的壓力分布的選項(xiàng)的載體。其通常設(shè)計(jì)有許多不同腔室，所述腔室可在一定程度上彼此獨(dú)立地負(fù)載。
[0090]關(guān)于其他詳情，參考W02004/063301A1，尤其第16頁第[0036]段至第18頁第
[0040]段且結(jié)合圖2。
[0091]借助于本發(fā)明的CMP方法，可獲得具有卓越功能的具有包含介電層的集成電路的
曰
曰曰/T ο
[0092]CMP組合物⑶可呈即用型漿料用于CMP方法中，其具有長的存放期且展示長時(shí)間的穩(wěn)定粒度分布。因此，其易于處理及儲(chǔ)存。其展示卓越的拋光性能，尤其高鍺MRR與高GeiSiO2選擇性的組合及/或高鍺MRR與低鍺SER的組合。因?yàn)槠浣M分的量縮減至最小值，所以根據(jù)本發(fā)明的CMP組合物(S)及CMP方法可以成本高效的方式使用或應(yīng)用。
[0093]實(shí)施例及比較實(shí)施例
[0094]用pH 電極(Schott,blue line,ρΗ0_14/_5…10CTC /3mol/L 氯化鈉)量測(cè) pH 值。
[0095]Ge-cSER(鍺層的冷靜態(tài)蝕刻速率)通過在25°C下將I X I英寸鍺試片浸入相應(yīng)組合物中5分鐘且量測(cè)浸泡前后質(zhì)量的損失來測(cè)定。
[0096]Ge-hSER(鍺層的熱靜態(tài)蝕刻速率)通過在60°C下將I X I英寸鍺試片浸入相應(yīng)組合物中5分鐘且量測(cè)浸泡前后質(zhì)量的損失來測(cè)定。
[0097]實(shí)施例中所用的無機(jī)粒子(A)
[0098]用作粒子(A)的二氧化硅粒子為NexSil?(Nyacol)型。NexSil?125K為鉀穩(wěn)定的膠體二氧化硅，具有85nm的典型粒度及35m2/g的典型表面積。NexSilTM85K為鉀穩(wěn)定的膠體二氧化硅，具有50nm的典型粒度及55m2/g的典型表面積。除NexSil?型粒子以外，也可使用其他市售膠體二氧化硅粒子，例如FUSO PL3、Evonik EM5530K、Evonik EM7530K、Aerosil90、Levasil50CK 且展示與 NexSil?125K 或 NexSil?85K 相比類似的拋光性能。
[0099]CMP實(shí)驗(yàn)的一般程序
[0100]對(duì)于臺(tái)式拋光機(jī)上的評(píng)估，選擇以下參數(shù):
[0101]Powerpro5000Biihlero DF=40N,工作臺(tái)速度 150rpm,壓 板速度 150rpm,衆(zhòng)料流速200ml/min,20秒調(diào)節(jié)，I分鐘拋光時(shí)間，IClOOO墊，金剛石調(diào)節(jié)器(3M)。
[0102]在新類型CMP組合物用于CMP前，通過若干清掃來調(diào)節(jié)墊。為測(cè)定移除率，拋光至少3個(gè)晶片且將自這些實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)求平均值。
[0103]CMP組合物在當(dāng)?shù)毓?yīng)站中攪拌。
[0104]對(duì)于由CMP組合物拋光的2英寸盤,使用Sartorius LA310S天平,通過CMP前后經(jīng)涂布的晶片或毯覆式盤的重量差，確定鍺材料移除率(Ge-MRR)。重量差可換算成膜厚度差，因?yàn)閽伖獠牧系拿芏?鍺為5.323g/cm3)及表面積為已知的。膜厚度差除以拋光時(shí)間得到材料移除率的值。
[0105]對(duì)于由CMP組合物拋光的2英寸盤,使用Sartorius LA310S天平,通過CMP前后經(jīng)涂布的晶片或毯覆式盤的重量差，確定氧化硅材料移除率(氧化物MRR)。重量差可換算成膜厚度差，因?yàn)閽伖獠牧系拿芏?氧化硅為2.648g/cm3)及表面積為已知的。膜厚度差除以拋光時(shí)間得到材料移除率的值。
[0106]待拋光的物件:未結(jié)構(gòu)化的鍺晶片
[0107]漿料制備的標(biāo)準(zhǔn)程序:
[0108]組分(A)及(B)(各自的量如表1中所指示)分散或溶解于去離子水中。通過將氨水溶液(0.1-10%)、10%1(0!1溶液或順03(0.1-10%)添加至漿料中來調(diào)節(jié)pH值。pH值用pH組合電極(Schott, blue line22pH)量測(cè)。
[0109]實(shí)施例1-8 (本發(fā)明方法中所用的組合物)及比較實(shí)施例V1-V7 (比較組合物)
[0110]制備含有如表1中列出的組分的含水分散體，得到實(shí)施例1至8及比較實(shí)施例Vl至V7的CMP組合物。
[0111]實(shí)施例1至8及比較實(shí)施例Vl至V7的CMP組合物的配制劑及拋光性能數(shù)據(jù)在表I中給出:
[0112]表1:實(shí)施例1至8及比較實(shí)施例Vl至V7的CMP組合物、其pH值、使用這些組合物化學(xué)機(jī)械拋光2”未結(jié)構(gòu)化的鍺晶片的方法中的Ge-CSER、Ge-hSER數(shù)據(jù)以及其Ge-MRR及氧化物-MRR數(shù)據(jù)，其中CMP組合物的含水介質(zhì)(C)為去離子水。組分(A)及(B)的濃度以相應(yīng)CMP組合物的重量計(jì)以重量百分比(wt.%)具體說明。若除(C)以外的組分的量以CMP組合物的重量計(jì)總共為y%，則(C)的量以CMP組合物的重量計(jì)為(100-y)%。[0113]
【權(quán)利要求】
1.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范圍內(nèi)的pH值的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物的存在下化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺及/或具有0.1 < x〈l的SihGex材料，且所述CMP組合物包含: (A)無機(jī)粒子、有機(jī)粒子或其混合物或復(fù)合物， (B)至少一種類型的氧化劑，及 (C)含水介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以所述CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%且 其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)所述CMP組合物的pH值的目的而添加至所述CMP組合物中的添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以所述CMP組合物的總重量計(jì)不超過0.1wt.%且 其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑(B)或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)所述CMP組合物的pH值的目的而添加至所述CMP組合物中的添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包括化學(xué)機(jī)械拋光元素鍺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中所述元素鍺已填充或生長在二氧化硅、硅或半導(dǎo)體工業(yè)中所用的其他·絕緣及半導(dǎo)材料之間的溝槽中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中所述元素鍺具有層及/或過度生長的形狀且鍺含量以所述相應(yīng)層及/或過度生長的總重量計(jì)超過98%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中所述粒子(A)為二氧化硅粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述氧化劑(B)為過氧化氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中粒子⑷的量以所述CMP組合物的總重量計(jì)在0.01至5wt.%范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其中所述氧化劑(B)的量以所述CMP組合物的總重量計(jì)在0.4至5wt.%范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其中所述CMP組合物的pH值在3.7至4.3范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其中所述CMP組合物具有3.0至5.5的pH值且包含: (A)膠體二氧化硅粒子，其量以所述CMP組合物的總重量計(jì)為0.01至5wt.%， (B)過氧化氫,其量以所述CMP組合物的總重量計(jì)為0.4至5wt.%,及 (C)水， 且其中所述CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以所述CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑⑶或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié)所述CMP組合物的pH值的目的而添加至所述CMP組合物中的添加劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的方法，其中在材料移除率方面，鍺相對(duì)于二氧化硅的選擇性超過4.5:1。
14.CMP組合物在化學(xué)機(jī)械拋光包含元素鍺層及/或過度生長的基材中的用途，所述CMP組合物具有在3.5至4.5范圍內(nèi)的pH值且包含: (A)無機(jī)粒子、有機(jī)粒子或其混合物或復(fù)合物， (B)至少一種類型的氧化劑，及 (C)含水介質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用途，其中所述粒子(A)為膠體二氧化硅粒子，所述氧化劑(B)為過氧化氫， 且其中所述CMP組合物中包含的其他添加劑的總量以所述CMP組合物的總重量計(jì)不超過Iwt.%，且其中所述其他添加劑為除粒子(A)、氧化劑⑶或含水介質(zhì)(C)以外的添加劑且不為僅為達(dá)成調(diào)節(jié) 所述CMP組合物的pH值的目的而添加至所述CMP組合物中的添加劑。
【文檔編號(hào)】B24B29/02GK103717351SQ201280037681
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月1日
【發(fā)明者】B·M·諾勒, B·德雷舍爾, C·吉洛特, Y·李 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司