CN103717351A - 一种制造半导体装置的方法，其包括在具有3.0至5.5的pH值的CMP组合物的存在下化学机械抛光元素锗及/或Si1-xGex 材料 - Google Patents
一种制造半导体装置的方法，其包括在具有3.0至5.5的pH值的CMP组合物的存在下化学机械抛光元素锗及/或Si1-xGex 材料 Download PDFInfo
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Abstract
一种制造半导体装置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范围内的pH值的化学机械抛光(CMP)组合物的存在下化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料，且所述CMP组合物包含：(A)无机粒子、有机粒子或其混合物或复合物，(B)至少一种类型的氧化剂，及(C)含水介质。
Description
本发明本质上涉及一种化学机械抛光(CMP)组合物及其用于抛光半导体工业的基材的用途。本发明的方法包括在特定CMP组合物的存在下化学机械抛光元素锗。
在半导体工业中，化学机械抛光(缩写为CMP)为一项熟知应用于制造先进光子、微机电及微电子材料及装置(例如半导体晶片)的技术。
在制造半导体工业中所用的材料及装置期间，采用CMP来平坦化金属及/或氧化物表面。CMP利用化学与机械作用的相互影响来达到待抛光表面的平坦度。化学作用由化学组合物(也称为CMP组合物或CMP浆料)提供。机械作用通常由抛光垫实现，抛光垫典型地压至待抛光表面上且安装于移动压板上。压板通常按直线、旋转或轨道移动。
在典型的CMP方法步骤中，旋转晶片固持器使待抛光晶片接触抛光垫。CMP组合物通常施加于待抛光晶片与抛光垫之间。
在现有技术中，已知化学机械抛光含锗的层的方法，且其描述于例如以下参考文献中。
US2010/0130012A1公开一种抛光具备应变松弛Si1-xGex层的半导体晶片的方法，其包括在抛光机中使用含有粒度为0.55μm或小于0.55μm的固定黏结的研磨材料的抛光垫机械加工半导体晶片的Si1-xGex层的第一步骤，及使用抛光垫且在供应含有研磨材料的抛光剂浆料下化学机械加工半导体晶片的先前机械加工的Si1-xGex层的第二步骤。抛光剂溶液可含有例如以下的化合物：碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化四甲基铵(TMAH)或其任何所需混合物。
US2008/0265375A1公开一种单面抛光具备松弛Si1-xGex层的半导体晶片的方法，其包括：在多轮抛光中抛光多个半导体晶片，一轮抛光包括至少一个抛光步骤且在每轮抛光结束时该多个半导体晶片中的至少一个具有抛光Si1-xGex层；及在至少一个抛光步骤期间在具备抛光布的旋转抛光板上移动该至少一个半导体晶片，同时施加抛光压力，且供应抛光剂于抛光布与该至少一个半导体晶片之间，供应的抛光剂含有碱性组分及溶解锗的组分。溶解锗的组分可包含过氧化氢、臭氧、次氯酸钠或其混合物。碱性组分可包含碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化四甲基铵(N(CH3)4OH)或其混合物。
FR2876610A1公开一种抛光锗表面的方法，其包括用至少一种抛光剂及轻度锗蚀刻溶液进行抛光操作。蚀刻溶液可为选自以下的溶液：过氧化氢溶液、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溶液或这些溶液中的两种或更多种的混合物。
US2006/0218867A1公开一种用于抛光锗或硅-锗单晶的抛光组合物，该抛光组合物包含次氯酸钠、胶体二氧化硅及水，其中抛光组合物中有效氯浓度为0.5至2.5%，且抛光组合物中胶体二氧化硅含量以重量计为1至13%。
US2011/0045654A1公开一种抛光包含至少一个锗表面层(121)的结构(12)的方法，其特征在于其包括用具有酸性pH值的第一抛光溶液对锗层(121)的表面(121a)进行化学机械抛光的第一步骤，及用具有碱性pH值的第二抛光溶液对锗层(121)的表面进行化学机械抛光的第二步骤。
在现有技术中，化学机械抛光含锗合金(例如锗-锑-碲(GST)合金)的方法是已知的，且其描述于例如以下参考文献中。
US2009/0057834A1公开一种化学机械平坦化上面具有至少一个特征的包含硫族化物材料的表面的方法，该方法包括以下步骤：A)将具有上面具有至少一个特征的包含硫族化物材料的表面的基材置放成与抛光垫接触；B)传递抛光组合物，其包含：b)研磨剂；及b)氧化剂；及C)用抛光组合物抛光基材。硫族化物材料为例如锗、锑及碲的合金。
US2009/0057661A1公开一种化学机械平坦化上面具有至少一个特征的包含硫族化物材料的表面的方法，该方法包括以下步骤：A)将具有上面具有至少一个特征的包含硫族化物材料的表面的基材置放成与抛光垫接触；B)传递抛光组合物，其包含：a)具有正ζ电位的表面改性的研磨剂；及b)氧化剂；及C)用抛光组合物抛光基材。硫族化物材料为例如锗、锑及碲的合金。
US2009/0001339A1公开一种用于化学机械抛光(CMP)相变存储装置的浆料组合物，其包含去离子水及含氮化合物。相变存储装置优选包含至少一种选自以下的化合物：InSe、Sb2Te3、GeTe、Ge2Sb2Te5、InSbTe、GaSeTe、SnSb2Te4、InSbGe、AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)或Te81Ge15Sb2S2。含氮化合物可为一种选自以下的化合物：脂族胺、芳族胺、铵盐、铵碱或其组合。
US2007/0178700A1公开一种用于抛光含有相变合金的基材的化学机械抛光(CMP)组合物，该组合物包含：(a)粒状研磨材料，其量以重量计不超过约3%；(b)至少一种能够螯合相变合金、其组分或由相变合金材料在化学机械抛光期间形成的物质的螯合剂；及(c)其含水载体。相变合金为例如锗-锑-碲(GST)合金。螯合剂可包含至少一种选自以下的化合物：二羧酸、聚羧酸、氨基羧酸、磷酸酯、聚磷酸酯、氨基膦酸酯及膦酰基羧酸、聚合螯合剂及其盐。
本发明的目的之一为提供一种CMP组合物及CMP方法，其适于化学机械抛光元素锗且展示改进的抛光性能，尤其高锗及/或Si1-xGex材料(0.1≤x<1)的材料移除率(MRR)，或锗相对于二氧化硅的高选择性(Ge:SiO2选择性)或低锗静态蚀刻率(SER)，或高锗MRR与高Ge:SiO2选择性及/或低锗SER的组合。此外，本发明的目的之一为提供一种CMP组合物及CMP方法，其适于化学机械抛光已填充或生长在STI(浅沟槽隔离)二氧化硅之间的沟槽中的元素锗。本发明的另一目的为提供一种CMP组合物及CMP方法，其适于化学机械抛光具有层及/或过度生长的形状且锗含量以相应层及/或过度生长的重量计超过98%的元素锗。此外，寻求一种易于应用，需要尽可能少的步骤且需要尽可能简单的CMP组合物的CMP方法。
因此，发现了一种制造半导体装置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范围内的pH值的化学机械抛光(CMP)组合物(下文中称为(S)或CMP组合物(S))的存在下化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料，且该CMP组合物包含：
(A)无机粒子、有机粒子或其混合物或复合物，
(B)至少一种类型的氧化剂，及
(C)含水介质。
此外，发现了CMP组合物(S)用于化学机械抛光包含元素锗层及/或过度生长的基材的用途。
优选实施方案在权利要求书及说明书中予以说明。应了解优选实施方案的组合在本发明的范畴内。
可由本发明的方法制造半导体装置，该方法包括在CMP组合物(S)的存在下化学机械抛光元素锗及/或Si1-xGex材料(0.1≤x<1)，优选地，该方法包括在CMP组合物(S)的存在下化学机械抛光元素锗。一般而言，此元素锗可为任何类型、形式或形状的元素锗。此元素锗优选具有层及/或过度生长的形状。若此元素锗具有层及/或过度生长的形状，则锗含量以相应层及/或过度生长的重量计优选超过90%，更优选超过95%，最优选超过98%，尤其超过99%，例如超过99.9%。一般而言，此元素锗可以不同方式生产或获得。此元素锗优选已填充或生长在其他基材之间的沟槽中，更优选填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中，最优选填充或生长在STI(浅沟槽隔离)二氧化硅之间的沟槽中，尤其生长在选择性外延生长方法中STI二氧化硅之间的沟槽中。若此元素锗已填充或生长在STI二氧化硅之间的沟槽中，则所述沟槽的深度优选为20至500nm，更优选150至400nm，且最优选250至350nm，尤其280至320nm。在另一实施方案中，若此元素锗已填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中，则所述沟槽的深度优选为5至100nm，更优选8至50nm，且最优选10至35nm，尤其15至25nm。
元素锗为呈其化学元素形式的锗且不包括锗盐或锗含量以相应合金的重量计低于90%的锗合金。
该Si1-xGex材料(0.1≤x<1)可为任何类型、形式或形状的0.1≤x<1的Si1-xGex材料。一般而言，x可为0.1≤x<1范围内的任何值。x优选在0.1≤x<0.8范围内，x更优选在0.1≤x<0.5范围内，x最优选在0.1≤x<0.3范围内，例如x为0.2。该Si1-xGex材料优选为Si1-xGex层，更优选为应变-松弛Si1-xGex层。此应变-松弛Si1-xGex层可为US2008/0265375A1的段落[0006]中描述的Si1-xGex层。
若本发明的方法包括化学机械抛光包含元素锗及二氧化硅的基材，则在材料移除率方面，锗相对于二氧化硅的选择性优选高于4.5:1，更优选高于10:1，最优选高于25:1，尤其高于50:1，特别是高于75:1，例如高于100:1。
CMP组合物(S)用于化学机械抛光包含元素锗及/或Si1-xGex材料(0.1≤x<1)的基材，优选用于化学机械抛光包含元素锗层及/或过度生长的基材。该元素锗层及/或过度生长的锗含量以相应层及/或过度生长的重量计优选超过90%，更优选超过95%，最优选超过98%，尤其超过99%，例如超过99.9%。元素锗层及/或过度生长可以不同方式来获得，优选通过填充或生长在其他基材之间的沟槽中，更优选通过填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中，最优选通过填充或生长在STI(浅沟槽隔离)二氧化硅之间的沟槽中，尤其通过生长在选择性外延生长方法中的STI二氧化硅之间的沟槽中。
若CMP组合物(S)用于抛光包含元素锗及二氧化硅的基材，则在材料移除率方面，锗相对于二氧化硅的选择性优选高于4.5:1，更优选高于10:1，最优选高于25:1，尤其高于50:1，特别是高于75:1，例如高于100:1。
CMP组合物(S)具有在3.0至5.5范围内的pH值且包含如下所述的组分(A)、(B)、(C)。
CMP组合物(S)包含无机粒子、有机粒子或其混合物或复合物(A)。(A)可为
-一种类型的无机粒子，
-不同类型的无机粒子的混合物或复合物，
-一种类型的有机粒子，
-不同类型的有机粒子的混合物或复合物，或
-一或多种类型的无机粒子与一或多种类型的有机粒子的混合物或复合物。
复合物为包含两种或更多种类型粒子且所述粒子以机械方式、化学方式或以另一方式彼此结合的复合粒子。复合物的实例为在外层(壳)中包含一种类型的粒子且在内层(核)中包含另一类型的粒子的核-壳型粒子。
一般而言，CMP组合物(S)中粒子(A)的含量可变化。(A)的量以组合物(S)的总重量计优选不超过10wt.%(wt.%代表“重量百分比”)，更优选不超过5wt.%，最优选不超过2.5wt.%，例如不超过1.8wt.%。(A)的量以组合物(S)的总重量计优选为至少0.002wt.%，更优选至少0.01wt.%，最优选至少0.08wt.%，例如至少0.4wt.%。在另一实施方案中，(A)的量以组合物(S)的总重量计优选不超过10wt.%，更优选不超过8wt.%，最优选不超过6.5wt.%，例如不超过5.5wt.%，且(A)的量以组合物(S)的总重量计优选为至少0.1wt.%，更优选至少0.8wt.%，最优选至少1.5wt.%，例如至少3.0wt.%。
一般而言，可含有粒度分布不定的粒子(A)。粒子(A)的粒度分布可呈单峰或多峰。在多峰粒度分布的情况下，双峰常为优选。为在本发明的CMP方法期间具有可容易地再现的性质特征及可容易地再现的条件，(A)优选具有单峰粒度分布。(A)最优选具有单峰粒度分布。
粒子(A)的平均粒度可在宽范围内变化。平均粒度为含水介质(C)中(A)的粒度分布的d50值且可使用动态光散射技术测定。接着，在假设粒子基本上为球形下计算d50值。平均粒度分布的宽度为粒度分布曲线与相对粒子数的50%高度相交的两个交叉点之间的距离(以x轴的单位给出)，其中最大粒子数的高度标准化为100%高度。
如使用仪器(例如来自Malvern Instruments有限公司的高性能粒度分析仪(HPPS)或Horiba LB550)用动态光散射技术所量测，粒子(A)的平均粒度优选在5至500nm范围内，更优选在5至250nm范围内，最优选在20至150nm范围内，且尤其在35至130nm范围内。
粒子(A)可具有各种形状。因此，粒子(A)可具有一种或基本上仅一种类型的形状。然而，粒子(A)也可能具有不同形状。例如，可存在两种类型的不同形状的粒子(A)。例如，(A)可具有立方体、具有削角边缘的立方体、八面体、二十面体、有或无突起或凹痕的结节或球体的形状。其优选为无或仅有很少突起或凹痕的球形。
粒子(A)的化学性质不受特别限制。(A)可具有相同化学性质或为具有不同化学性质的粒子的混合物或复合物。一般而言，具有相同化学性质的粒子(A)为优选。一般而言，(A)可为
-无机粒子，例如金属、金属氧化物或碳化物，包括准金属、准金属氧化物或碳化物，或
-有机粒子，例如聚合物粒子，
-无机与有机粒子的混合物或复合物。
粒子(A)优选为无机粒子。金属或准金属的氧化物及碳化物尤其优选。粒子(A)更优选为氧化铝、氧化铈、氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化锰、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化锡、二氧化钛、碳化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆或其混合物或复合物。粒子(A)最优选为氧化铝、氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆或其混合物或复合物。(A)尤其为二氧化硅粒子。(A)例如为胶体二氧化硅粒子。胶体二氧化硅粒子典型地由湿式沉淀方法生产。
在(A)为有机粒子或无机与有机粒子的混合物或复合物的另一实施方案中，聚合物粒子优选作为有机粒子。聚合物粒子可为均聚物或共聚物。后者可例如为嵌段共聚物或统计共聚物。均聚物或共聚物可具有各种结构，例如线性、分支、梳状、树枝状、缠结或交联。聚合物粒子可根据阴离子、阳离子、可控自由基、自由基机制及通过悬浮或乳液聚合的方法获得。聚合物粒子优选为以下中的至少一种：聚苯乙烯、聚酯、醇酸树脂、聚氨酯、聚内酯、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、马来酸酐丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一种作为单体单元的共聚物，或其混合物或复合物。具有交联结构的聚合物粒子尤其优选。
CMP组合物(S)包含至少一种类型的氧化剂(B)，优选一种至两种类型的氧化剂(B)，更优选一种类型的氧化剂(B)。一般而言，氧化剂为能够氧化待抛光基材或其一个层的化合物。(B)优选为过型(per-type)氧化剂。(B)更优选为过氧化物、过氧硫酸盐、过氯酸盐、过溴酸盐、过碘酸盐、过锰酸盐或其衍生物。(B)最优选为过氧化物或过氧硫酸盐。(B)尤其为过氧化物。例如，(B)为过氧化氢。
CMP组合物(S)中氧化剂(B)的含量可变化。(B)的量以组合物(S)的总重量计优选不超过20wt.%，更优选不超过10wt.%，最优选不超过5wt.%，尤其不超过3.5wt.%，例如不超过2.7wt.%。(B)的量以组合物(S)的总重量计优选为至少0.01wt.%，更优选至少0.08wt.%，最优选至少0.4wt.%，尤其至少0.75wt.%，例如至少1wt.%。若过氧化氢用作氧化剂(B)，则(B)的量以组合物(S)的总重量计为例如2.5wt.%。
根据本发明，CMP组合物(S)含有含水介质(C)。(C)可为一种类型含水介质或不同类型含水介质的混合物。
一般而言，含水介质(C)可为含有水的任何介质。含水介质(C)优选为水与可与水混溶的有机溶剂(例如醇，优选C1至C3醇，或亚烷基二醇衍生物)的混合物。含水介质(C)更优选为水。含水介质(C)最优选为去离子水。
若除(C)以外的组分的量以CMP组合物的重量计总共为y%，则(C)的量以CMP组合物的重量计为(100-y)%。
CMP组合物(S)的性质(例如稳定性及抛光性能)取决于相应组合物的pH值。本发明方法中所用的组合物(S)的pH值在3.0至5.5范围内。该pH值优选在3.1至5.1范围内，更优选在3.3至4.8范围内，最优选在3.5至4.5范围内，尤其在3.7至4.3范围内，例如在3.9至4.1范围内。该pH值优选为至少3.1，更优选至少3.3，最优选至少3.5，尤其至少3.7，例如至少3.9。该pH值优选不超过5.1，更优选不超过4.8，最优选不超过4.5，尤其不超过4.3，例如不超过4.1。pH值可用pH组合电极(Schott，blue line22pH)量测。
CMP组合物(S)可含有进一步任选地含有至少一种pH调节剂(D)。一般而言，pH调节剂(D)为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物(S)中的添加剂。CMP组合物(S)优选含有至少一种pH调节剂(D)。优选pH调节剂为无机酸、羧酸、胺碱、碱金属氢氧化物、氢氧化铵，包括氢氧化四烷基铵。例如，pH调节剂(D)为硝酸、硫酸、氨、氢氧化钠或氢氧化钾。
pH调节剂(D)若存在，则含量可变化。若存在，则(D)的量以相应组合物的总重量计优选不超过10wt.%，更优选不超过2wt.%，最优选不超过0.5wt.%，尤其不超过0.1wt.%，例如不超过0.05wt.%。若存在，则(D)的量以相应组合物的总重量计优选为至少0.0005wt.%，更优选至少0.005wt.%，最优选至少0.025wt.%，尤其至少0.1wt.%，例如至少0.4wt.%。
需要时，CMP组合物(S)也可含有各种其他添加剂。其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂，且不为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物中的添加剂。其他添加剂包括(但不限于)杀生物剂、腐蚀抑制剂、稳定剂、表面活性剂、减摩剂等。所述其他添加剂为例如常用于CMP组合物中的那些，因此为本领域熟练技术人员所熟知。此类添加可例如稳定分散体，或改进抛光性能或不同层之间的选择性。
所述其他添加剂若存在，则含量可变化。所述其他添加剂的总量以相应CMP组合物的总重量计优选不超过5wt.%，更优选不超过1wt.%，最优选不超过0.5wt.%，尤其不超过0.1wt.%，例如不超过0.01wt.%。
CMP组合物(S)可进一步任选地含有至少一种杀生物剂(E)，例如一种杀生物剂。一般而言，杀生物剂为通过化学或生物方式阻止任何有害生物体、使其无害或对其发挥控制作用的化合物。(E)优选为季铵化合物、基于异噻唑啉酮的化合物、N-取代重氮
二氧化物或N'-羟基-重氮氧化物盐。(E)更优选为N-取代重氮
二氧化物或N'-羟基-重氮
氧化物盐。
杀生物剂(E)若存在，则含量可变化。若存在，则(E)的量以相应组合物的总重量计优选不超过0.5wt.%，更优选不超过0.1wt.%，最优选不超过0.05wt.%，尤其不超过0.02wt.%，例如不超过0.008wt.%。若存在，则(E)的量以相应组合物的总重量计优选至少0.0001wt.%，更优选至少0.0005wt.%，最优选至少0.001wt.%，尤其至少0.003wt.%，例如至少0.006wt.%。
CMP组合物(S)可含有进一步任选地含有至少一种腐蚀抑制剂(F)，例如两种腐蚀抑制剂。所有在Ge及/或氧化锗的表面上形成保护性分子层的化合物均可使用。优选腐蚀抑制剂为硫醇、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。
腐蚀抑制剂(F)若存在，则含量可变化。若存在，则(F)的量以相应组合物的总重量计优选不超过10wt.%，更优选不超过2wt.%，最优选不超过0.5wt.%，尤其不超过0.1wt.%，例如不超过0.05wt.%。若存在，则(F)的量以相应组合物的总重量计优选为至少0.0005wt.%，更优选至少0.005wt.%，最优选至少0.025wt.%，尤其至少0.1wt.%，例如至少0.4wt.%。
根据一个优选实施方案，包括化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料的制造半导体装置的方法在具有3.0至5.5的pH值且包含以下的CMP组合物的存在下进行：
(A)二氧化硅粒子，
(B)过氧化氢，及
(C)水，
其中CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物中的添加剂。
根据另一优选实施方案，一种包括化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料的制造半导体装置的方法在具有3.0至5.5的pH值的CMP组合物的存在下进行，且该CMP组合物包含：
(A)胶体二氧化硅粒子，其量以CMP组合物的总重量计为0.01至5wt.%，(B)过氧化氢，其量以CMP组合物的总重量计为0.4至5wt.%，及
(C)水，
其中CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物中的添加剂。
根据另一优选实施方案，一种包括化学机械抛光已填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中的元素锗的制造半导体装置的方法在具有3.0至5.5的pH值的CMP组合物的存在下进行，且该CMP组合物包含：
(A)胶体二氧化硅粒子，其量以CMP组合物的总重量计为0.01至5wt.%，(B)过氧化氢，其量以CMP组合物的总重量计为0.4至5wt.%，及
(C)水，
其中CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物中的添加剂。
根据另一优选实施方案，一种包括化学机械抛光已填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中的元素锗的制造半导体装置的方法在具有3.5至4.5的pH值的CMP组合物的存在下进行，且该CMP组合物包含：
(A)胶体二氧化硅粒子，其量以CMP组合物的总重量计为0.01至5wt.%，(B)过氧化氢，其量以CMP组合物的总重量计为0.4至5wt.%，及
(C)水，
其中元素锗具有层及/或过度生长的形状且锗含量以相应层及/或过度生长的总重量计超过98%，且其中CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节pH值的目的而添加至CMP组合物中的添加剂。
根据另一优选实施方案，一种包括化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料的制造半导体装置的方法在具有3.7至4.3的pH值的CMP组合物的存在下进行，且该CMP组合物包含：
(A)二氧化硅粒子，
(B)过氧化氢，及
(C)水。
制备CMP组合物的方法广为人知。这些方法可用于制备CMP组合物(S)。这可通过将上述组分(A)及(B)分散或溶解于含水介质(C)、优选水中，且任选地经由添加酸、碱、缓冲剂或pH调节剂调节CMP组合物的pH值来进行。为此，可使用常规及标准混合方法及混合设备，例如搅拌容器、高剪切叶轮、超声波混合器、均化器喷嘴或逆流式混合器。
CMP组合物(S)优选通过分散粒子(A)、分散及/或溶解氧化剂(B)于含水介质(C)中来制备。
抛光方法广为人知且可用所述方法及设备在CMP常用于制造具有集成电路的晶片的条件下进行。对可进行抛光方法的设备无限制。
如此项技术中所知，CMP方法的典型设备由覆盖有抛光垫的旋转压板组成。也使用轨道抛光机。晶片安装在载体或夹盘上。加工的晶片侧对着抛光垫(单面抛光方法)。扣环将晶片紧固于水平位置。
在载体下方，一般也水平放置较大直径的压板且呈现与待抛光的晶片表面平行的表面。在平坦化制程期间压板上的抛光垫接触晶片表面。
为引起材料损失，晶片压至抛光垫上。通常使载体与压板均围绕自载体及压板垂直延伸的其各自转轴旋转。旋转载体转轴可保持相对于旋转压板固定在位置上，或可相对于压板水平振荡。载体的旋转方向通常(但非必要地)与压板的旋转方向相同。载体及压板的旋转速度一般(但非必要地)设定在不同值。在本发明的CMP方法期间，CMP组合物(S)通常呈连续流或以逐滴方式施加于抛光垫上。通常，压板温度设定在10至70℃的温度下。
晶片上的负载可通过由例如钢制造的平板施加，覆盖有常称为背膜的软垫。若使用更先进的设备，则用空气或氮气压负载的软质膜将晶片压至垫上。当使用硬抛光垫时，此类膜载体对于低下压力方法而言为优选，因为与具有硬压板设计的载体相比，晶片上的下压力分布更均匀。根据本发明也可使用有控制晶片上的压力分布的选项的载体。其通常设计有许多不同腔室，所述腔室可在一定程度上彼此独立地负载。
关于其他详情，参考WO2004/063301A1，尤其第16页第[0036]段至第18页第[0040]段且结合图2。
借助于本发明的CMP方法，可获得具有卓越功能的具有包含介电层的集成电路的晶片。
CMP组合物(S)可呈即用型浆料用于CMP方法中，其具有长的存放期且展示长时间的稳定粒度分布。因此，其易于处理及储存。其展示卓越的抛光性能，尤其高锗MRR与高Ge:SiO2选择性的组合及/或高锗MRR与低锗SER的组合。因为其组分的量缩减至最小值，所以根据本发明的CMP组合物(S)及CMP方法可以成本高效的方式使用或应用。
实施例及比较实施例
用pH电极(Schott，blue line，pH0-14/-5…100℃/3mol/L氯化钠)量测pH值。
Ge-cSER(锗层的冷静态蚀刻速率)通过在25℃下将1×1英寸锗试片浸入相应组合物中5分钟且量测浸泡前后质量的损失来测定。
Ge-hSER(锗层的热静态蚀刻速率)通过在60℃下将1×1英寸锗试片浸入相应组合物中5分钟且量测浸泡前后质量的损失来测定。
实施例中所用的无机粒子(A)
用作粒子(A)的二氧化硅粒子为NexSilTM(Nyacol)型。NexSilTM125K为钾稳定的胶体二氧化硅，具有85nm的典型粒度及35m2/g的典型表面积。NexSilTM85K为钾稳定的胶体二氧化硅，具有50nm的典型粒度及55m2/g的典型表面积。除NexSilTM型粒子以外，也可使用其他市售胶体二氧化硅粒子，例如FUSO PL3、Evonik EM5530K、Evonik EM7530K、Aerosil90、Levasil50CK且展示与NexSilTM125K或NexSilTM85K相比类似的抛光性能。
CMP实验的一般程序
对于台式抛光机上的评估，选择以下参数：
Powerpro5000Bühler。DF=40N，工作台速度150rpm，压板速度150rpm，浆料流速200ml/min，20秒调节，1分钟抛光时间，IC1000垫，金刚石调节器(3M)。
在新类型CMP组合物用于CMP前，通过若干清扫来调节垫。为测定移除率，抛光至少3个晶片且将自这些实验获得的数据求平均值。
CMP组合物在当地供应站中搅拌。
对于由CMP组合物抛光的2英寸盘，使用Sartorius LA310S天平，通过CMP前后经涂布的晶片或毯覆式盘的重量差，确定锗材料移除率(Ge-MRR)。重量差可换算成膜厚度差，因为抛光材料的密度(锗为5.323g/cm3)及表面积为已知的。膜厚度差除以抛光时间得到材料移除率的值。
对于由CMP组合物抛光的2英寸盘，使用Sartorius LA310S天平，通过CMP前后经涂布的晶片或毯覆式盘的重量差，确定氧化硅材料移除率(氧化物MRR)。重量差可换算成膜厚度差，因为抛光材料的密度(氧化硅为2.648g/cm3)及表面积为已知的。膜厚度差除以抛光时间得到材料移除率的值。
待抛光的物件：未结构化的锗晶片
浆料制备的标准程序：
组分(A)及(B)(各自的量如表1中所指示)分散或溶解于去离子水中。通过将氨水溶液(0.1-10%)、10%KOH溶液或HNO3(0.1-10%)添加至浆料中来调节pH值。pH值用pH组合电极(Schott，blue line22pH)量测。
实施例1-8(本发明方法中所用的组合物)及比较实施例V1-V7(比较组合物)
制备含有如表1中列出的组分的含水分散体，得到实施例1至8及比较实施例V1至V7的CMP组合物。
实施例1至8及比较实施例V1至V7的CMP组合物的配制剂及抛光性能数据在表1中给出：
表1：实施例1至8及比较实施例V1至V7的CMP组合物、其pH值、使用这些组合物化学机械抛光2”未结构化的锗晶片的方法中的Ge-cSER、Ge-hSER数据以及其Ge-MRR及氧化物-MRR数据，其中CMP组合物的含水介质(C)为去离子水。组分(A)及(B)的浓度以相应CMP组合物的重量计以重量百分比(wt.%)具体说明。若除(C)以外的组分的量以CMP组合物的重量计总共为y%，则(C)的量以CMP组合物的重量计为(100-y)%。
(表1：续)
(表1：续)
(表1：续)
(表1：续)
列出比较实施例V6、实施例3及4以显示在pH3下添加不同量的H2O2对抛光性能的影响。
列出比较实施例V7、实施例5至8以显示在pH3下添加不同量的胶体二氧化硅粒子对抛光性能的影响。
使用CMP组合物的这些实施例、特别是实施例1及2的本发明CMP方法展示改进的抛光性能。
Claims (15)
1.一种制造半导体装置的方法，其包括在具有在3.0至5.5范围内的pH值的化学机械抛光(CMP)组合物的存在下化学机械抛光元素锗及/或具有0.1≤x<1的Si1-xGex材料，且所述CMP组合物包含：
(A)无机粒子、有机粒子或其混合物或复合物，
(B)至少一种类型的氧化剂，及
(C)含水介质。
2.根据权利要求1的方法，其中所述CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以所述CMP组合物的总重量计不超过1wt.%且
其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节所述CMP组合物的pH值的目的而添加至所述CMP组合物中的添加剂。
3.根据权利要求1的方法，其中所述CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以所述CMP组合物的总重量计不超过0.1wt.%且
其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节所述CMP组合物的pH值的目的而添加至所述CMP组合物中的添加剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的制造半导体装置的方法，其包括化学机械抛光元素锗。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述元素锗已填充或生长在二氧化硅、硅或半导体工业中所用的其他绝缘及半导材料之间的沟槽中。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述元素锗具有层及/或过度生长的形状且锗含量以所述相应层及/或过度生长的总重量计超过98%。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所述粒子(A)为二氧化硅粒子。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述氧化剂(B)为过氧化氢。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中粒子(A)的量以所述CMP组合物的总重量计在0.01至5wt.%范围内。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中所述氧化剂(B)的量以所述CMP组合物的总重量计在0.4至5wt.%范围内。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中所述CMP组合物的pH值在3.7至4.3范围内。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述CMP组合物具有3.0至5.5的pH值且包含：
(A)胶体二氧化硅粒子，其量以所述CMP组合物的总重量计为0.01至5wt.%，
(B)过氧化氢，其量以所述CMP组合物的总重量计为0.4至5wt.%，及
(C)水，
且其中所述CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以所述CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节所述CMP组合物的pH值的目的而添加至所述CMP组合物中的添加剂。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中在材料移除率方面，锗相对于二氧化硅的选择性超过4.5:1。
14.CMP组合物在化学机械抛光包含元素锗层及/或过度生长的基材中的用途，所述CMP组合物具有在3.5至4.5范围内的pH值且包含：
(A)无机粒子、有机粒子或其混合物或复合物，
(B)至少一种类型的氧化剂，及
(C)含水介质。
15.根据权利要求14的用途，其中所述粒子(A)为胶体二氧化硅粒子，所述氧化剂(B)为过氧化氢，
且其中所述CMP组合物中包含的其他添加剂的总量以所述CMP组合物的总重量计不超过1wt.%，且其中所述其他添加剂为除粒子(A)、氧化剂(B)或含水介质(C)以外的添加剂且不为仅为达成调节所述CMP组合物的pH值的目的而添加至所述CMP组合物中的添加剂。
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