CN104541361A - 制造半导体装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造半导体装置的方法。该方法包括在化学机械抛光组合物(Q1)存在下化学机械抛光含有至少一种III-V族材料的基板或层，该化学机械抛光组合物(Q1)包含以下：(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，(B)含至少一种N-杂环的聚合物，和(M)水性介质，其中Q1具有1.5至4.5的pH。

Description

制造半导体装置的方法
技术领域
本发明基本上涉及一种制造半导体装置的方法，其包括在含N-杂环的特定化合物的化学机械抛光(下文中缩写为CMP)组合物存在下化学机械抛光III-V族材料，及其在抛光含III-V族材料的半导体工业基板中的用途。
现有技术
在半导体工业中，化学机械抛光为一种应用于制造高级光子、微机电、以及微电子材料及装置(如半导体晶片)的熟知技术。
在制造半导体工业中使用的材料和装置期间，使用CMP以使金属和/或氧化物表面平整。CMP利用化学和机械作用的相互影响来达成待抛光表面的平整化。由化学组合物(也称为CMP组合物)或CMP浆液提供化学作用。通常由一般压至待抛光表面上并安装在移动压板上的抛光垫进行机械作用。该压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。
在一典型CMP制程步骤中，旋转晶片支撑架使得待抛光晶片与抛光垫接触。通常在该待抛光晶片与该抛光垫之间施覆CMP组合物。
在当前最先进技术中，已知在包括含N-杂环聚合物的CMP组合物存在下的CMP制程并描述在(例如)以下参考文献中。
EP 1757665 A1公开一种适用于抛光金属膜的CMP的水性分散液，该水性分散液包含水、具有超过200,000的重量平均分子量的聚乙烯吡咯烷酮(下文中缩写为PVP)、氧化剂、研磨颗粒、以及保护膜形成剂，其包含(a)形成非水溶性金属化合物的第一金属化合物形成剂、以及(b)形成水溶性金属化合物的第二金属化合物形成剂。该水性分散液能够在低摩擦下均匀且稳定地抛光金属膜而不导致金属膜和绝缘膜缺陷。
US 2007/176141 A1公开一种适用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和硼磷硅玻璃的水性组合物，该水性组合物包含羧酸聚合物、研磨剂、PVP、阳离子性化合物、两性离子化合物和水，其中该PVP具有介于100克/摩尔至1,000,000克/摩尔之间的平均分子量。
US 2006/138086 A1公开一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅及氮化硅的方法，该方法包括以第一水性组合物平整化二氧化硅的步骤，该第一水性组合物包含羧酸聚合物、研磨剂、PVP、阳离子性化合物、邻苯二甲酸及盐、两性离子化合物及水，其中该PVP具有介于100克/摩尔至1,000,000克/摩尔之间的平均分子量。
US 2005/194562 A1公开一种适用于抛光具有非铁互连的半导体基板的抛光组合物，该抛光组合物包含0.001至2重量％的热塑性聚合物、和0.001至1重量％的PVP；其中改变热塑性聚合物对PVP的重量比可控制该非铁互连的移除速率。非铁互连的实例为铝、铜、金、镍、及铂族金属、银、钨及含至少一种前述金属的合金。
在当前最先进技术中，已知在包括含N-杂环的非聚合化合物的CMP组合物存在下进行III-V族材料的化学机械抛光的方法并描述在(例如)下述参考文献中。
WO 2010/105240 A2公开一种氮化镓的CMP浆液，该CMP浆液包含：至少约80重量％水；分散于水中的超分散金刚石(UDD)，该UDD以不大于约5重量％的含量存在；以及pH调整剂，其量可有效将该浆液的pH调整至至少约8.0。该浆液可任选包含如1,2,4-三唑的钝化剂。例如，通过添加0.2重量％UDD、2.5重量％NaClO、875ppm柠檬酸、及200ppm1,2,4-三唑至去离子水以形成适用于GaN抛光的浆液(样品7)来制备该浆液。
WO 2011/158718 A1公开一种用于抛光含GaAs或GaN的半导体基板的抛光液，其在5至9的pH下使用大于0质量％且小于1.00质量％的含量的改性二氧化硅颗粒(非离子性水溶性聚合物)，且其中该抛光液进一步包含1,2,4-三唑。
发明目的
本发明目的之一为提供一种CMP组合物以及适用于化学机械抛光III-V族材料，特别是GaAs基板的CMP方法，且该方法尤其显示以下改进抛光性能：
(i)III-V族材料例如GaAs的高材料移除速率(MRR)，
(ii)III-V族材料例如GaAs的低静态蚀刻速率(SER)，
(iii)III-V族材料例如GaAs在CMP步骤后的高表面品质，
(iv)安全处置且将危险副产物(例如在GaAs抛光的情形下具毒性的气体AsH3)减至最少，或
(v)或(i)、(ii)、(iii)和(iv)的组合。
此外，寻求容易施用且需要尽量少步骤的CMP方法。
发明内容
因此，发现一种制造半导体装置的方法，其包括在CMP组合物(Q1)存在下化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
(B)至少一种类型的含至少一种N-杂环的聚合物，和
(M)水性介质，
其中Q1具有1.5至4.5的pH。
此外，发现CMP组合物(Q1)在化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层中的用途。
另一方面，发现一种制造半导体装置的方法，其包括在化学机械抛光组合物(Q2)存在下化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层，该化学机械抛光组合物(Q2)包含以下：
(A)无机颗粒，其选自：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆，或有机颗粒、或其混合物或复合物，
(C)含至少一种N-杂环的非聚合化合物，和
(M)水性介质，
其中Q2具有1.5至4.5的pH。
此外，发现CMP组合物(Q2)在化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层中的用途。
优选实施方案在申请专利范围及说明书中作说明。应理解优选实施方案的组合属于本发明的范畴。
可通过本发明的方法制造半导体装置，该方法包括在CMP组合物(Q1)或(Q2)存在下化学机械抛光包含至少一种III-V族材料的基板或层(优选层)。假若该III-V族材料具有层形状，则以对应层的重量计，该层中的所有III-V族材料含量优选大于90％，更优选大于95％，最优选大于98％，特别是大于99％，例如大于99.9％。III-V族材料为由至少一种13族元素(包括Al、Ga、In)和至少一种15族元素(包括N、P、As、Sb)组成的材料。术语“13族”及“15族”意指目前用于命名化学元素周期表中族别的IUPAC规约。优选地，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlAs、AlN、InP、InAs、InSb、InGaAs、InAlAs、AlGaAs、GaAlN、GaInN、InGaAlAs、InGaAsP、InGaP、AlInP、GaAlSb、GaInSb、GaAlAsSb或GaInAsSb。更优选地，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs或InAlAs。最优选，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaAs、InP或InAs。尤其是，该III-V族材料为GaAs(砷化镓)。
该CMP组合物(Q1)或(Q2)用于化学机械抛光包含至少一种III-V族材料的基板或层(优选层)，优选用于化学机械抛光含至少一种III-V族材料的层。假若该III-V族材料具有层形状，则以对应层的重量计该层中的所有III-V族材料含量优选大于90％，更优选大于95％，最优选大于98％，特别是大于99％，例如大于99.9％。优选地，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlAs、AlN、InP、InAs、InSb、InGaAs、InAlAs、AlGaAs、GaAlN、GaInN、InGaAlAs、InGaAsP、InGaP、AlInP、GaAlSb、GaInSb、GaAlAsSb或GaInAsSb。更优选地，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、InGaAs或InAlAs。最优选，该III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaAs、InP或InAs。特别是，该III-V族材料为GaAs(砷化镓)。
该CMP组合物(Q1)包含组分(A)、(B)、(M)及任选的其他如下文所述组分。
该CMP组合物(Q2)包含组分(A)、(C)、(M)及任选的其他如下文所述组分。
该CMP组合物(Q1)或(Q2)包含无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物(A)。(A)可以是：
-一种类型的无机颗粒，
-不同类型的无机颗粒的混合物或复合物，
-一种类型的有机颗粒，
-不同类型的有机颗粒的混合物或复合物，或
-一种或多种类型的无机颗粒及一种或多种类型的有机颗粒的混合物或复合物。
复合物为包含两种或更多种类型的颗粒以使它们以机械方式、化学方式或另一方式彼此结合的颗粒复合物。一复合物实例为包含一种在外球体(壳)中的颗粒及另一种在内球体(核)中的颗粒的核-壳型颗粒。
一般而言，颗粒(A)可以不同量包含在该CMP组合物(Q1)或(Q2)中。优选地，以组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(A)含量不大于8重量％(重量％表示“重量百分比”)，更优选不大于5重量％，最优选不大于3.5重量％，特别是不大于2.5重量％，例如不大于1.5重量％。优选地，以组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(A)含量为至少0.002重量％，更优选至少0.01重量％，最优选至少0.08重量％，特别是至少0.4重量％、例如至少1重量％。
一般而言，颗粒(A)可以不同粒度分布并入。颗粒(A)的粒度分布可为单峰或多峰。就多峰粒度分布而言，通常地，优选为双峰。为了在本发明的CMP制程期间具有容易可再现的性质曲线及容易可再现的条件，优选(A)为单峰粒度分布。最优选(A)具有单峰粒度分布。
颗粒(A)的平均粒度可在宽范围内变化。平均粒度为水性介质(M)中的(A)粒度分布的d50值且可利用动态光散射技术测定。然后，在假设颗粒基本上为球形下计算d50值。平均粒度分布的宽度为在粒度分布曲线跨相对颗粒计数的50％高度的处的两交叉点之间的距离(以x-轴单位表示)，其中最大颗粒计数的高度标准化为100％高度。
优选地，运用动态光散射技术利用如高性能粒度分析仪(HPPS)(购自Malvern Instruments,Ltd.)或Horiba LB550的仪器测得，颗粒(A)的平均粒度在5至500nm范围，更优选在10至400nm范围，最优选在20至300nm范围，特别是在30至160nm范围，例如在35至135nm范围。
颗粒(A)可为各种形状。因而颗粒(A)可为一种或基本上仅一种类型形状。然而，颗粒(A)也可具有不同形状。例如，可存在两种类型的不同形状颗粒(A)。例如，(A)可具有立方体、具有倒棱缘的立方体、八面体、二十面体、蚕茧、结节或具有或不具有突部或凹陷的球形的形状。优选地，彼等为不具有或仅具有很少突部或凹陷的球形。根据另一实施方案，彼等优选为蚕茧形。蚕茧形颗粒为具有10至200nm的短轴及1.4至2.2的长/短轴比的颗粒。
颗粒(A)的化学性质没有特定限制。(A)可具有相同的化学性质或颗粒的混合物或复合物具有不同的化学性质。通常，具相同化学性质的颗粒(A)为优选。一般而言，(A)可为以下：
-无机颗粒，如金属、金属氧化物或碳化物，包括类金属、类金属氧化物或碳化物，或
-有机颗粒，如聚合物颗粒，
-无机和有机颗粒的混合物或复合物。
假若本发明的方法包括在CMP组合物(Q1)存在下进行化学机械抛光或假若使用(Q1)，则颗粒(A)为以下：
-无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
-优选无机颗粒、或其混合物或复合物，
-更优选金属或类金属的氧化物或碳化物、或其混合物或复合物，
-最优选氧化铝、二氧化铈、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、二氧化锆、或其混合物或复合物，
-特别是氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、或其混合物或复合物，
-特别是二氧化硅颗粒，
-例如胶态二氧化硅颗粒。
假若本发明的方法包括在CMP组合物(Q2)存在下进行化学机械抛光或假若使用(Q2)，则颗粒(A)为以下：
-无机颗粒，其选自：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆，有机颗粒、或其混合物或复合物，
-优选选自的无机颗粒：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆、或其混合物或复合物，
-更优选氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、或其混合物或复合物，
-最优选二氧化硅颗粒，
-例如，胶态二氧化硅颗粒。
典型地，依湿沉淀法制造胶态二氧化硅颗粒。
在(A)为有机颗粒、或无机和有机颗粒的混合物或复合物的另一实施方案中，作为有机颗粒以聚合物颗粒为优选。聚合物颗粒可为均聚-或共聚物。后者可为(例如)嵌段共聚物、或统计共聚物。这些均聚-或共聚物可具有各种结构，例如，直链、分支链、梳状、树枝状、缠绕或交联。可根据阴离子、阳离子、受控自由基、自由基机理且通过悬浮液聚合法或乳液聚合法获得聚合物颗粒。优选地，聚合物颗粒为以下中的至少一个：聚苯乙烯、聚酯、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、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)、或包含作为单体单元的乙烯基芳族化合物、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、或甲基丙烯酸的至少一个的共聚物、或其混合物或复合物。其中，具有交联结构的聚合物颗粒为优选。
术语“有机颗粒”表示其分子含有至少一个碳原子的颗粒状化合物，但不包括无机含碳化合物，其为以下：
-碳的同素异形体，如金刚石、石墨和富勒烯(fullerene)，
-含碳合金、或碳化物，
-其一个或多个碳原子均包含在中性分子、配体、或阴离子中的化合物，该中性分子、配体、或阴离子仅由以下组成：
(i1)至少一个碳原子和至少一个至少一种15、16和/或17族元素的原子，
(i2)碳酸氢盐、碳酸、硫代碳酸氢盐、或硫代碳酸，或
(i3)HCN、H2NCN、HOCN、HSCN、或其异构体。
该CMP组合物(Q1)包含含至少一种N-杂环的聚合物(B)。聚合物为任何由多于10个重复单元组成的分子。N-杂环为含至少一个作为环成员原子的氮原子的杂环。
该聚合物(B)优选衍生自至少一种类型的含至少一种N-杂环的单体单元(MU)，更优选衍生自一至两种类型的含至少一种N-杂环的单体单元(MU)。
该单体单元(MU)优选包含至少一种选自如下的N-杂环：吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、三唑、苯并三唑、四唑、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑和异唑，更优选包含至少一种选自如下的N-杂环：吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶和嘧啶，最优选包含吡咯烷酮或咪唑。
该单体单元(MU)优选包含至少一种经不饱和烃取代的N-杂环，更优选包含至少一种经烯烃取代的N-杂环，最优选包含经乙烯基取代的N-杂环，特别是经乙烯基取代的N-杂环。
包含在该单体单元(MU)中的N-杂环的数目优选为1至10，更优选1至5，最优选1至2(例如1)。
特别是，该聚合物(B)衍生自一或两种类型的含吡咯烷酮或咪唑，最优选含经乙烯基取代的吡咯烷酮或咪唑的单体单元(MU)。例如，该聚合物(B)为聚乙烯吡咯烷酮聚合物、聚乙烯咪唑聚合物、或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物。
一般而言，包含在聚合物(B)中的N-杂环可为任何N-杂环。包含在聚合物(B)中的该N-杂环优选为吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、三唑、苯并三唑、四唑、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑、或异唑，更优选吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、或嘧啶，最优选吡咯烷酮或咪唑，特别是吡咯烷酮(例如2-吡咯烷酮)。
根据另一实施方案，包含在聚合物(B)中的该N-杂环为季N-杂环，优选季吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、或嘧啶，更优选季咪唑。季N-杂环为其中的氮环成员原子之一为永久带正电荷的N-杂环，与溶液的pH值无关。
根据另一实施方案，聚合物(B)优选衍生自至少一种类型的含至少一个季N-杂环的单体单元(MU)，更优选衍生自至少一种类型的含季吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、或嘧啶的单体单元(MU)，最优选衍生自至少一种类型的含季咪唑的单体单元(MU)，特别是，该聚合物(B)为季聚乙烯咪唑。
该聚合物(B)可以不同量包含在CMP组合物(Q1)中。优选地，以组合物(Q1)的总重量计，(B)含量不大于10重量％，更优选不大于3重量％，最优选不大于1重量％，尤其优选不大于0.5重量％，特别是不大于0.2重量％，例如不大于0.1重量％。优选地，以组合物(Q1)的总重量计，(B)含量为至少0.0001重量％，更优选至少0.001重量％，最优选至少0.008重量％，尤其优选至少0.02重量％，特别是至少0.04重量％，例如至少0.06重量％。
一般而言，该聚合物(B)可具有不同重量平均分子量。该聚合物(B)的重量平均分子量优选为至少500，更优选至少2,000，最优选至少10,000，特别是至少30,000，例如至少40,000。以凝胶渗透层析法(下文中缩写为“GPC”)测得，(B)的重量平均分子量优选不大于300,000，更优选不大于100,000，最优选不大于70,000，特别是不大于50,000，例如不大于40,000[g/摩尔]。特别是，以GPC测得该聚合物(B)的重量平均分子量为30,000至100,000[g/摩尔]。该GPC为熟习此项技艺者熟知的标准GPC技术。
一般而言，聚合物(B)在水性介质中的溶解度可在宽范围内变化。大气压下25℃时该聚合物(B)在pH7的水中的溶解度优选为至少1g/L，更优选至少5g/L，最优选至少20g/L，特别是至少50g/L，例如至少150g/L。可通过蒸发溶剂并量测饱和溶液中的残余质量来确定该溶解度。
该CMP组合物(Q2)包含含至少一个N-杂环的非聚合化合物(C)。非聚合化合物为任何由不多于10个重复单元组成的分子。N-杂环为含至少一个作为环成员原子的氮原子的杂环。
一般而言，包含在非聚合化合物(C)中的N-杂环可为任何N-杂环。包含在非聚合化合物(C)中的N-杂环优选为不含多于两个作为环成员原子的氮原子的N-杂环，更优选吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑、或异唑，最优选吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、或嘧啶，尤其优选为吡咯烷酮或咪唑，特别是吡咯烷酮(例如2-吡咯烷酮)。
包含在非聚合化合物(C)中的N-杂环的数目优选为1至10，更优选1至5，最优选1至2(例如1)。
该非聚合化合物(C)优选为不含多于两个作为环成员原子的氮原子的N-杂环，更优选吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑、或异唑、和/或其衍生物，最优选吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、或嘧啶、和/或其衍生物，尤其优选吡咯烷酮或咪唑，特别是吡咯烷酮(例如，2-吡咯烷酮)。
该非聚合化合物(C)可以各种量包含在CMP组合物(Q2)中。优选地，以组合物(Q2)的总重量计，(C)含量不大于10重量％，更优选不大于3重量％，最优选不大于1.5重量％，尤其优选不大于0.8重量％，特别是不大于0.4重量％(例如，不大于0.2重量％)。优选地，以组合物(Q2)的总重量计，(C)含量为至少0.0001重量％，更优选至少0.001重量％，最优选至少0.01重量％，尤其优选至少0.03重量％，特别是至少0.06重量％(例如，至少0.1重量％)。
一般而言，非聚合化合物(C)在水性介质中的溶解度可在宽范围内变化。大气压下25℃时非聚合化合物(C)在pH7的水中的溶解度优选为至少1g/L，更优选至少5g/L，最优选至少20g/L，特别是至少50g/L(例如，至少150g/L)。可通过蒸发溶剂并量测饱和溶液中的残余质量确定该溶解度。
根据本发明，该CMP组合物(Q1)或(Q2)包含水性介质(M)。(M)可为一种类型水性介质或不同类型水性介质的混合物。
一般而言，该水性介质(M)可为任何含水介质。优选地，该水性介质(M)为水与可与水混溶的有机溶剂(例如，醇，优选C1至C3醇或烷二醇衍生物)的混合物。更优选地，该水性介质(M)为水。最优选，水性介质(M)为去离子水。
假若除(M)外的组分的含量总计为CMP组合物的y重量％，则(M)的含量为CMP组合物的(100-y)重量％。
任选地，该CMP组合物(Q1)或(Q2)可进一步包含至少一种类型的氧化剂(D)，优选一或两种类型氧化剂(D)，更优选一种类型的氧化剂(D)。就组合物(Q1)而言，该氧化剂(D)不同于组分(A)和(B)。就组合物(Q2)而言，该氧化剂(D)不同于组分(A)和(C)。一般而言，该氧化剂为能够氧化待抛光基板或其中一层的化合物。优选地，(D)为每种类型的氧化剂。更优选地，(D)为过氧化物、过硫酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐、高碘酸盐、高锰酸盐、或其衍生物。最优选，(D)为过氧化物或过硫酸盐。特别是，(D)为过氧化物。例如，(D)为过氧化氢。
若存在，氧化剂(D)可以不同量包含在CMP组合物(Q1)或(Q2)中。优选地，以组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(D)含量不大于20重量％，更优选不大于10重量％，最优选不大于5重量％，特别是不大于3.5重量％(例如，不大于2.7重量％)。优选地，以(Q1)或(Q2)的总重量计，(D)含量为至少0.01重量％，更优选至少0.08重量％，最优选至少0.4重量％，特别是至少0.75重量％(例如，至少1重量％)。假若使用过氧化氢作为氧化剂(D)，则以组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(D)含量优选为1重量％至5重量％，更优选2重量％至3.5重量％(例如，2.5重量％)。
任选地，该CMP组合物(Q1)或(Q2)可进一步包含至少一种杀生物剂(E)，例如，一种杀生物剂。就组合物(Q1)而言，该杀生物剂(E)不同于组分(A)和(B)。就组合物(Q2)而言，该杀生物剂(E)不同于组分(A)和(C)。一般而言，该杀生物剂为抑制任何有害生物、使其无害、或以化学或生物方式对其发挥控制效果的化合物。优选地，(E)为季铵化合物、异噻唑啉酮基化合物、二氧化N-取代的二氮烯或氧化N-羟基-二氮烯盐。更优选地，(E)为二氧化N-取代的二氮烯或氧化N-羟基-二氮烯盐。
若存在，杀生物剂(E)可以不同量并入。若存在，以对应组合物的总重量计，(E)含量优选不大于0.5重量％，更优选不大于0.1重量％，最优选不大于0.05重量％，特别是不大于0.02重量％(例如，不大于0.008重量％)。若存在，以对应组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(E)含量优选为至少0.0001重量％，更优选至少0.0005重量％，最优选至少0.001重量％，特别是至少0.003重量％(例如，至少0.006重量％)。
任选地，该CMP组合物(Q1)或(Q2)可进一步包含至少一种腐蚀抑制剂(F)，例如，一种腐蚀抑制剂。就组合物(Q1)而言，该腐蚀抑制剂(F)不同于组分(A)和(B)。就组合物(Q2)而言，该腐蚀抑制剂(F)不同于组分(A)和(C)。一般而言，可使用所有在III-V族材料(例如GaAs)的表面上形成保护分子层的化合物作为腐蚀抑制剂。优选的腐蚀抑制剂(F)为硫醇、成膜聚合物、及多元醇。就组合物(Q1)而言，更优选的腐蚀抑制剂(F)为二唑、三唑、四唑及其衍生物(例如，苯并三唑或甲苯基三唑)。
若存在，腐蚀抑制剂(F)可以不同量并入。若存在，以对应组合物的总重量计，(F)含量优选不大于10重量％，更优选不大于2重量％，最优选不大于0.5重量％，特别是不大于0.1重量％(例如，不大于0.05重量％)。若存在，以对应组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(F)含量优选为至少0.0005重量％，更优选至少0.005重量％，最优选至少0.025重量％，特别是至少0.1重量％(例如，至少0.4重量％)。
CMP组合物(Q1)或(Q2)的性质(如稳定性和抛光性能)可取决于对应组合物的pH。该组合物(Q1)或(Q2)的pH值在1.5至4.5，优选2至4.5，最优选2.5至4.5，尤其优选3至4.5，特别是3.5至4.5(例如，3.8至4.2)的范围内。
任选地，该CMP组合物(Q1)或(Q2)可进一步包含至少一种pH调整剂(G)。就组合物(Q1)而言，该pH调整剂(G)不同于组分(A)和(B)。就组合物(Q2)而言，该pH调整剂(G)不同于组分(A)和(C)。一般而言，该pH调整剂(G)为添加至CMP组合物(Q1)或(Q2)而将其pH值调整至所需值的化合物。优选地，该CMP组合物(Q1)或(Q2)包含至少一种pH调整剂(G)。优选的pH调整剂为无机酸、羧酸、胺碱、碱性氢氧化物、铵氢氧化物，包括氢氧化四烷基铵。例如，该pH调整剂(G)为硝酸、硫酸、氨水、氢氧化钠、或氢氧化钾。
若存在，pH调整剂(G)可以不同量并入。若存在，以对应组合物的总重量计，(G)含量优选不大于10重量％，更优选不大于2重量％，最优选不大于0.5重量％，特别是不大于0.1重量％(例如，不大于0.05重量％)。若存在，以对应组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，(G)含量优选为至少0.0005重量％，更优选至少0.005重量％，最优选至少0.025重量％，特别是至少0.1重量％(例如，至少0.4重量％)。
必要时，该CMP组合物(Q1)或(Q2)也可包含至少一种其他添加剂，包括(但不限于)稳定剂、表面活性剂、减摩剂等。就组合物(Q1)而言，该其他添加剂不同于组分(A)和(B)。就组合物(Q2)而言，该其他添加剂不同于组分(A)和(C)。该其他添加剂为(例如)彼等通常用于CMP组合物中且因而为熟习此项技艺者所熟知者。例如，该添加可使分散液稳定，或改进抛光性能、或不同层之间的选择性。
若存在，该其他添加剂可以不同量并入。优选地，以对应CMP组合物的总重量计，该其他添加剂的总量不大于10重量％，更优选不大于2重量％，最优选不大于0.5重量％，特别是不大于0.1重量％(例如，不大于0.01重量％)。优选地，以对应组合物(Q1)或(Q2)的总重量计，该其他添加剂的总量为至少0.0001重量％，更优选至少0.001重量％，最优选至少0.008重量％，特别是至少0.05重量％(例如，至少0.3重量％)。
根据优选实施方案(PE1)，一种化学机械抛光含GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlAs、AlN、InP、InAs、InSb、InGaAs、InAlAs、AlGaAs、GaAlN、GaInN、InGaAlAs、InGaAsP、InGaP、AlInP、GaAlSb、GaInSb、GaAlAsSb或GaInAsSb的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(B)含至少一种N-杂环的聚合物，该N-杂环选自：吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶和嘧啶，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE2)，一种化学机械抛光含GaAs的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(B)含至少一种N-杂环的聚合物，该N-杂环选自：吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、三唑、苯并三唑、四唑、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑、和异唑，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE3)，一种化学机械抛光含GaAs的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
(B)衍生自至少一种类型的单体单元(MU)的聚合物，该单体单元(MU)包含至少一种选自由吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶和嘧啶的N-杂环，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE4)，一种化学机械抛光含GaAs的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(B)衍生自至少一种类型的单体单元(MU)的聚合物，该单体单元(MU)包含吡咯烷酮或咪唑，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE5)，一种化学机械抛光含GaAs的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
(B)衍生自至少一种类型的单体单元(MU)的聚合物，该单体单元(MU)包含至少一种季N-杂环，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE6)，一种化学机械抛光含GaAs的基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q1)存在下进行，该CMP组合物(Q1)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(B)衍生自至少一种类型的单体单元(MU)的聚合物，该单体单元(MU)包含季咪唑，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE7)，一种化学机械抛光GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlAs、AlN、InP、InAs、InSb、InGaAs、InAlAs、AlGaAs、GaAlN、GaInN、InGaAlAs、InGaAsP、InGaP、AlInP、GaAlSb、GaInSb、GaAlAsSb、或GaInAsSb基板或层以制造半导体装置的方法在CMP组合物(Q2)存在下进行，该CMP组合物(Q2)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(C)含至少一种N-杂环的非聚合化合物，该N-杂环选自：吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、和嘧啶，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE8)，一种制造半导体装置的方法，其包括化学机械抛光含GaAs的基板或层，该抛光在CMP组合物(Q2)存在下进行，该CMP组合物(Q2)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(C)含至少一种N-杂环的非聚合化合物，该N-杂环的作为环成员原子的氮原子不超过两个，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE9)，一种制造半导体装置的方法，其包括化学机械抛光含GaAs的基板或层，该抛光在CMP组合物(Q2)存在下进行，该CMP组合物(Q2)包含以下：
(A)无机颗粒，其选自：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆、或有机颗粒、或其混合物或复合物，
(C)吡咯烷酮，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
根据优选实施方案(PE10)，一种制造半导体装置的方法，其包括化学机械抛光含GaAs的基板或层，该抛光在CMP组合物(Q2)存在下进行，该CMP组合物(Q2)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(C)吡咯烷酮，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
应理解Q1和Q2具有如上所述的1.5至4.5的pH。
一般已知制备CMP组合物的方法。这些方法可应用于制备该CMP组合物(Q1)或(Q2)。可通过使上述组分(A)、(B)、或(C)分散或溶解于水性介质(M)(优选水)中，接着任选地通过添加酸、碱、缓冲剂或pH调整剂来调整pH值来进行。为此，可使用已知及标准混合法和混合设备，如搅拌容器、高剪切叶轮、超音波混合器、均质机喷嘴或对流式混合器。
优选地，使颗粒(A)分散、使该聚合物(B)及任选的其他添加剂分散和/或溶解于该水性介质(M)中来制备该CMP组合物(Q1)。
优选地，使颗粒(A)分散、使该非聚合化合物(C)及任选的其他添加剂分散和/或溶解于该水性介质(M)中来制备该CMP组合物(Q2)。
一般已知抛光制程且可利用该制程和设备在习惯上用于CMP以制造具有集成电路的晶片的条件下进行。对可利用其进行抛光制程的设备没有限制。
如在相关技艺中所熟知，用于CMP制程的典型设备由覆盖有抛光垫的旋转压板组成。也已使用轨道式抛光机。晶片安装在托架或夹盘上。使所处理的晶片面对向抛光垫(单面抛光法)。定位环将该晶片固定在水平位置。
在托架下方，使较大直径压板也大体上水平地定位且防止其表面与待抛光晶片的表面平行。在压板上的抛光垫在平整化过程中与晶片表面接触。
为了产生材料损耗，将晶片压至抛光垫上。通常致使托架和压板二者绕着其各自的从托架和压板垂直延伸的轴旋转。旋转托架轴可保持在相对旋转压板的位置固定或可相对该压板作水平摆动。托架的旋转方向通常(然非必需)与压板的旋转方向相同。一般(然非必需)将托架和压板的旋转速度设为不同值。在本发明的CMP制程期间，CMP组合物(Q1)或(Q2)通常呈连续流或以逐滴方式施覆至抛光垫上。习惯上，将压板的温度设在10至70℃的温度。
可由(例如)以软垫(通常称为背衬膜)覆盖的钢制成的平板，在晶片上来施加负载。假若利用更高级的设备，负载空气或氮气压的挠性膜将晶片压至该垫上。此种膜托架优选用于利用硬质抛光垫时的低下压力制程，因为晶片上的向下压力分布比具有硬压板设计的托架的向下压力分布更均匀的故。根据本发明，也可使用可选择性控制晶片上的压力分布的托架。它们通常设计成具有许多不同可彼此独立装载至特定程度的室。
关于更多细节请参考WO 2004/063301 A1，尤其结合图2的第16页的段落[0036]至第18页的段落[0040]。
依据本发明的CMP制程，可获得具有最优选功能性的具有包含介电层的集成电路的晶片。
该CMP组合物(Q1)或(Q2)可作为即用浆液用于CMP制程中，其具有长存放期且在长时间期内显示稳定的粒度分布。因此，其容易处置且容易储存。其显示最优选抛光性能，尤其涉及高表面品质结合产生最少有毒气体AsH3。由于将其组分的量保持降至最少，故可以成本效益方式利用或施用根据本发明的CMP组合物(Q1)或(Q2)和CMP制程。
实施例和比较例
CMP实验的一般程序
为了在台面型抛光机上评估，选择以下参数：
程序设置：Phoenix4000抛光机；桌面/托架200/150rpm；下压力2.5psi(17238Pa)；浆液流速18mL/min；垫IC1000；时间1分钟。
在将新型CMP组合物用于CMP之前，通过若干次清扫调节垫。为了测定移除速率，对至少3个晶片进行抛光然后将自这些实验获得的数据取平均。
在当地供给站搅拌CMP组合物。
待抛光物体：非结构化GaAs晶片
利用Sartorius LA310S天平，通过经涂覆晶片或覆盖盘于CMP之前和之后的重量差来测定经CMP组合物抛光的2英寸(＝5.08cm)盘的GaAs材料移除速率(下文中称为“GaAs-MRR”)。由于抛光材料的密度(就GaAs而言为5.32g/cm3)和表面积为已知，故可将该重量差转化成膜厚度差。将该膜厚度差除以抛光时间提供材料移除速率值。
在60℃下，将1×1英寸(2.54×2.54cm)GaAs试样块浸入对应组合物中维持5分钟，然后测定该浸渍之前和之后的质量损失，来测定GaAs层的热静态蚀刻速率(下文中称为“GaAs-hSER”)。
自显微镜影像判定于CMP步骤后的GaAs表面品质(即，GaAs层的表面品质)。或者，使用原子力显微镜(AFM)(Dimension FastScan，Bruker)，利用轻敲模式(Tapping Mode)TM(＝间歇接触模式)作为扫描模式，在抛光基板上以扫描面积为5μm×5μm的均方根粗糙度(RMS)测得GaAs层的表面品质。
由安装在抛光垫上方10cm处的购自公司的移动式氢化物检测器测定所产生AsH3气体量。该装置具有显示气氛中的AsH3的当前浓度的数字显示器。
用作颗粒(A)的二氧化硅颗粒为NexSilTM(Nyacol)类型。NexSilTM125K为具有85nm的典型粒度和35m2/g的典型表面积的钾稳定的胶态二氧化硅。
Sokalan HP56K(购自BASF SE)为具有70,000[g/摩尔]重量平均分子量的乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的30％溶液，其中该溶液的粘度为300mPa·s。
Sokalan HP66K(购自BASF SE)为改性乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的41％溶液，其中该溶液的粘度为2000mPa·s。
Sokalan HP165(购自BASF SE)为具有9,000[g/摩尔]重量平均分子量的聚乙烯吡咯烷酮的30％溶液，其中该溶液的粘度为20mPa·s。
Basotronic PVI(购自BASF SE)为季聚乙烯咪唑的43-45％溶液，其中该溶液的粘度为40-80mPa·s。
浆液制法的标准程序：
将组分(A)、(B)或(C)、和(D)(各自含量如表1中指明)分散或溶解于去离子水中。通过添加10％KOH水溶液或HNO3(0.1％-10％)水溶液至该浆液来调整pH。以pH电极(Schott，蓝线，pH0-14/-5…100℃/3摩尔/L氯化钠)测得pH值。
实施例1至9(在本发明方法中使用的组合物)和比较例V1(对照组合物)
制备含表1所列组分的水性分散液，从而提供实施例1至9和比较例V1的CMP组合物。
表1中指明实施例1至9和比较例V1的CMP组合物的配方和抛光性能数据：
表1：实施例1至12和比较例V1至V2的CMP组合物(pH值为4)、GaAs-hSER数据、GaAs-MRR以及其在使用这些组合物来化学机械抛光2英寸(＝5.08cm)非结构化GaAs晶片过程中产生的AsH3(单位为ppm)，其中这些CMP组合物的水性介质(M)为去离子水。组分(A)、(B)、(C)和(D)占对应CMP组合物重量的量表示为重量百分比(重量％)。假若除了(M)外的组分的含量总计为CMP组合物的y重量％，则(M)含量为CMP组合物的(100-y)重量％。
(表1：续表)
(表1：续表)
表2：比较例V3至V6的CMP组合物(pH值为5)、GaAs-hSER数据、GaAs-MRR以及其在使用这些组合物来化学机械抛光2英寸(＝5.08cm)非结构化GaAs晶片过程中产生的AsH3(单位为ppm)，其中这些CMP组合物的水性介质(M)为去离子水。组分(A)、(B)、(C)和(D)占对应CMP组合物重量的量表示为重量百分比(重量％)。假若除了(M)外的组分的含量总计为CMP组合物的y重量％，则(M)含量为CMP组合物的(100-y)重量％。
a不稳定浆液
使用这些CMP组合物实施例的本发明CMP方法显示改进的抛光性能。

Claims (15)

1.一种制造半导体装置的方法，其包括在化学机械抛光组合物(Q1)存在下化学机械抛光含有至少一种III-V族材料的基板或层，化学机械抛光组合物(Q1)包含以下：
(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
(B)含至少一种N-杂环的聚合物，和
(M)水性介质
其中Q1具有1.5至4.5的pH。
2.根据权利要求1的方法，其中III-V族材料为GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlAs、AlN、InP、InAs、InSb、InGaAs、InAlAs、AlGaAs、GaAlN、GaInN、InGaAlAs、InGaAsP、InGaP、AlInP、GaAlSb、GaInSb、GaAlAsSb或GaInAsSb。
3.根据权利要求1的方法，其中III-V族材料为GaAs。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中聚合物(B)衍生自至少一种类型的含至少一种N-杂环的单体单元(MU)。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中N-杂环为吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、咪唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、哌啶、三唑、苯并三唑、四唑、噻唑、异噻唑、四氢噻唑、唑、或异唑。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述N-杂环为吡咯烷酮或咪唑。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中聚合物(B)为聚乙烯吡咯烷酮聚合物、聚乙烯咪唑聚合物、或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中组合物(Q1)进一步包含
(D)至少一种类型的氧化剂。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中颗粒(A)为二氧化硅颗粒。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中III-V族材料为GaAs且其中组合物(Q1)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(B)衍生自至少一种类型的含吡咯烷酮或咪唑的单体单元(MU)的聚合物，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
11.化学机械抛光组合物(Q1)在化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层中的用途，化学机械抛光组合物(Q1)包含以下：
(A)无机颗粒、有机颗粒、或其混合物或复合物，
(B)至少一种类型的含至少一种N-杂环的聚合物，和
(M)水性介质，
其中Q1具有1.5至4.5的pH。
12.一种制造半导体装置的方法，其包括在化学机械抛光组合物(Q2)存在下化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层，化学机械抛光组合物(Q2)包含以下：
(A)无机颗粒，其选自：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆，或有机颗粒、或其混合物或复合物，
(C)含至少一种N-杂环的非聚合化合物，和
(M)水性介质，
其中Q2具有1.5至4.5的pH。
13.根据权利要求12的方法，其中N-杂环的作为环成员原子的氮原子不超过两个。
14.根据权利要求12或13的方法，其中III-V族材料为GaAs且其中该组合物(Q2)包含以下：
(A)二氧化硅颗粒，
(C)吡咯烷酮，
(D)氧化剂，和
(M)水性介质。
15.化学机械抛光组合物(Q2)在化学机械抛光含至少一种III-V族材料的基板或层中的用途，化学机械抛光组合物(Q2)包含以下：
(A)无机颗粒，其选自：氧化铝、二氧化铈、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、氧化钇和二氧化锆，或有机颗粒、或其混合物或复合物，
(C)含至少一种N-杂环的非聚合化合物，和
(M)水性介质
其中Q2具有1.5至4.5的pH。
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