TW201504412A - 化學機械拋光（ｃｍｐ）組成物 - Google Patents
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Abstract
一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)之用途，其用於對包含(i)元素鍺或(ii)0.1□x<1之Si1-xGex之基板(S)進行化學機械拋光，其中該CMP組成物(Q)基本上由以下組成：(A)以該CMP組成物之總重量計0.01至3wt.%之量的鋁粒子(B)至少一種氧化劑，(M)含水介質及(N)視情況存在之至少一種pH調節劑其中該CMP組成物(Q)之pH值為2至6。
Description
本發明屬於化學機械拋光(在下文中亦縮寫為CMP)領域。更特定言之，其係關於CMP組成物用於拋光含鍺基板之用途。
在半導體工業中，化學機械拋光為應用於製造先進的光子、微機電及微電子材料及器件(諸如半導體晶圓)中之熟知技術。
在製造用於半導體工業中之材料及器件期間，CMP用以使金屬及/或氧化物表面平坦化。CMP利用化學與機械作用之相互影響來達成待拋光表面之平坦度。化學作用由化學組成物(亦稱為CMP組成物或CMP漿料)來提供。機械作用通常藉由拋光墊來進行，典型地將拋光墊按壓至待拋光表面上且安裝於可移動壓板上。壓板在拋光作用期間移動。壓板之移動通常為直線的、旋轉的或環形的。
在典型CMP製程步驟中，旋轉之晶圓固持器使待拋光晶圓與拋光墊接觸。CMP組成物通常施用於待拋光晶圓與拋光墊之間。
在目前先進技術中，在包含研磨粒子及氧化劑之CMP組成物存在下之CMP製程(其中CMP組成物具有酸性pH且用於拋光含金屬表面)為已知且描述於例如以下參照案中。
US 7,678,605 B2揭示一種用於表面之化學機械平坦化之方
法，在該表面上具有至少一個包含硫族化物材料之特徵。所揭示之拋光組成物包含研磨劑及氧化劑。
US 7,915,071 B2揭示一種對表面進行化學機械平坦化之方法，在該表面上具有至少一個包含硫族化物材料之特徵。所揭示之拋光組成物包含具有正ζ電位之表面改質研磨劑及氧化劑。
US 7,897,061 B2揭示一種用於拋光含相變合金之基板之化學機械拋光(CMP)組成物。該組成物包含不超過約3重量%之量的微粒研磨材料及至少一種螯合劑。
WO 2013/018015揭示一種製造半導體器件之方法，其包含在包含無機粒子、有機粒子或其混合物或複合物之化學機械拋光(CMP)組成物存在下對元素鍺及/或Si1-xGex材料進行化學機械拋光。除氧化劑以外，包含至少一種類型之有機化合物。
WO 2013/018016揭示一種製造半導體器件之方法，其包含在pH值在3.0至5.5範圍內之化學機械拋光(CMP)組成物存在下對元素鍺及/或Si1-xGex材料進行化學機械拋光。除二氧化矽粒子以外，在實施例中包含作為氧化劑之過氧化氫。
US 5 922 091 A揭示包含2.5wt% Al2O3、H2O2及磷酸(作為pH調節劑)之酸性含水拋光漿料，其中藉由KOH作為第二pH調節劑將pH值調節至pH 2以拋光Al-Si-Cu合金、Al-Si合金及Al-Cu合金。拋光漿料調配物尤其適用於對沈積於半導體基板上之金屬薄膜進行化學機械拋光。
本發明之一個目標為提供CMP組成物之用途。特定言之，
尋求一種CMP組成物之用途，其顯示改良之拋光效能，尤其(i)較佳待拋光之基板，例如元素鍺之高材料移除速率(MRR)(ii)鍺及/或Si1-xGex相對於二氧化矽之高選擇性(Ge及/或Si1-xGex：SiO2選擇性)(iii)鍺及/或Si1-xGex之低靜態蝕刻速率(SER)，(iv)(i)、(ii)、(iii)之組合。
此外，CMP組成物之用途針對作為穩定調配物或分散液之組成物。
本發明之另一目標為提供一種適合於對包含元素鍺或0.1x<1之Si1-xGex之基板進行化學機械拋光的CMP製程。
此外，尋求易於應用且需要儘可能少步驟之CMP製程。
因此，一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)之用途，其用於對包含(i)元素鍺或(ii)0.1x<1之Si1-xGex基板(S)進行化學機械拋光，其中CMP組成物(Q)基本上由以下組成：(A)以CMP組成物之總重量計0.01至3wt.%之量的鋁粒子(B)至少一種氧化劑(M)含水介質及(N)視情況存在之至少一種pH調節劑其中發現CMP組成物之pH值為2至6。
此外，發現CMP組成物(Q)用於拋光半導體工業中所用之基板(S)的用途，此實現本發明之目標。
此外，發現一種製造半導體器件之方法，其包含在CMP組
成物(Q)存在下對基板進行化學機械拋光，此實現本發明之目標。
較佳具體實例解釋於申請專利範圍及說明書中。應理解，較佳具體實例之組合屬於本發明之範疇內。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)基本上由如下所述之組分(A)、(B)、(M)及視情況存在之(N)組成。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)不含添加劑，在本發明之上下文中意謂不需要如螯合劑、腐蝕抑制劑或界面活性劑之添加劑來達成所述拋光效能。
包含於本發明之所用CMP組成物(Q)中之組分(A)可為一種類型之鋁粒子或不同類型之鋁粒子之混合物或複合物。
複合鋁粒子為以使粒子機械、化學或以另一方式彼此結合之方式包含兩種或兩種以上類型之鋁粒子的粒子。此類複合鋁粒子之一實例為核-殼型粒子，其於外層(殼層)中包含一種類型之鋁粒子且於內層(核心)中包含另一類型之鋁粒子。
一般而言，可包含各種類型之鋁粒子。
鋁粒子之化學性質不受特定限制。鋁粒子可具有相同化學性質或為不同化學性質之粒子之混合物或複合物。通常，鋁粒子較佳具有相同化學性質。
較佳為氧化鋁、氫氧化鋁、氯化鋁或其混合物或複合物。更
佳為α氧化鋁、γ氧化鋁、θ氧化鋁、δ氧化鋁、煙霧狀氧化鋁、熱解氧化鋁、氫氧化鋁或其混合物或複合物。最佳為θ氧化鋁、δ氧化鋁、煙霧狀氧化鋁或其混合物或複合物，尤其煙霧狀氧化鋁。
較佳地，鋁粒子包含至少85wt.%(wt.%表示「重量%」)之氧化鋁(Al2O3)。更佳地，鋁粒子之氧化鋁之量為至少88wt.%、最佳至少90wt.%、尤佳至少92wt.%、尤其至少95wt.%，例如至少98wt.%、至少99wt.%或至少99.5wt.%。
鋁粒子可具有各種形狀。藉此，鋁粒子可具有一種或基本上僅一種類型之形狀。然而，鋁粒子亦有可能具有不同形狀。舉例而言，可存在兩種類型的形狀不同之鋁粒子。舉例而言，鋁粒子可具有立方體、具有斜邊之立方體、八面體、二十面體、繭狀物、節結或球形(具有或不具有突起或缺口)之形狀。較佳地，其基本上為球形的，藉此此等粒子典型地具有突起或缺口。
根據DIN ISO 9277測定之鋁粒子之BET表面可在廣泛範圍內變化。較佳地，鋁粒子之BET表面在1至500m2/g範圍內、更佳在5至250m2/g範圍內、最佳在10至100m2/g範圍內，尤其在20至90m2/g範圍內，例如在25至85m2/g範圍內。
一般而言，可包含各種粒度分佈之鋁粒子。鋁粒子之粒度分佈可為單峰或多峰。在多峰粒度分佈情況下，雙峰通常較佳。為在本發明之CMP製程期間具有容易複製特性曲線及容易複製條件，單峰粒度分佈為較佳。鋁粒子最佳具有單峰粒度分佈。
鋁粒子之平均粒度可在廣泛範圍內變化。平均粒度為鋁粒子
於含水介質(M)中之粒度分佈之d50值且可使用靜態光散射技術測定。隨後，在鋁粒子基本上為球形之假設下計算d50值。平均粒度分佈之寬度為粒度分佈曲線與相對粒子計數之50%高度交叉的兩個交點之間的距離(以x軸之單位給出)，其中最大粒子計數之高度經標準化為100%高度。
較佳地，如藉由靜態光散射技術量測之鋁粒子之平均粒度在1至500nm範圍內、更佳在5至300nm範圍內、最佳在10至200nm範圍內，尤其在20至150nm範圍內，例如在25至120nm範圍內。
舉例而言，可能包含具有相同形狀及/或BET範圍及/或粒度分佈的不同化學性質之鋁粒子。亦可能是例如包含形狀及/或BET範圍及/或粒度分佈不同的化學性質相同之鋁粒子。較佳包含均一或基本上均一之鋁粒子，換言之，具有相同化學性質、BET範圍及粒度分佈在上列範圍中之鋁粒子。
根據本發明，所用CMP組成物(Q)中之(A)之量為以組成物(Q)之總重量計不超過3wt.%、更佳不超過2.6wt.%、最佳不超過2.2wt.%、尤其不超過2.0wt.%。較佳地，(A)之量為以所用組成物(Q)之總重量計至少0.01wt.%、更佳至少0.02wt.%、最佳至少0.03wt.%、尤其至少0.04wt.%。舉例而言，(A)之量可在0.05wt.%至2.1wt.%範圍內。
對於根據本發明使用之組成物尤其適合之氧化鋁奈米粒子於3至5之pH範圍內為穩定的。更確切地說，此包括在pH 3至5範圍內具有正ζ電位之氧化鋁奈米粒子。
一般而言，可使用熟習此項技術者一般已知之不同生產製程產生鋁粒子。典型地，藉由氯化鋁(III)與氫氣在氧氣存在下之高溫火焰
水解，例如使用Aerosil®製程來產生煙霧狀鋁粒子。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)之另一組分(B)為至少一種氧化劑，換言之，一種類型之氧化劑或不同類型之氧化劑之混合物。一般而言，氧化劑為能夠氧化待拋光基板或表面或其任一個層之化合物。一般而言，可使用任何氧化劑。
較佳地，組分(B)為一種或兩種類型之氧化劑，更佳為一種類型之氧化劑。較佳地，組分(B)為每一類型氧化劑，諸如有機或無機每一類型氧化劑或每一類型氧化劑之混合物，最佳為一種每一類型氧化劑。更佳地，(B)為無機每一類型氧化劑，尤其過氧化物、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽、過碘酸鹽、過錳酸鹽、其衍生物或其兩者或兩者以上之混合物。最佳地，(B)為過氧化物或過硫酸鹽。(B)有其為過氧化物。(B)尤其為過氧化氫。
組分(B)可以各種量包含於根據本發明使用之CMP組成物(Q)中。較佳地，(B)之量為以組成物(Q)之總重量計不超過20wt.%、更佳不超過10wt.%、最佳不超過5wt.%、尤其不超過3.0wt.%。較佳地，(B)之量為以組成物(Q)之總重量計至少0.01wt.%、更佳至少0.08wt.%、最佳至少0.1wt.%、尤其至少0.2wt.%，諸如0.3至1.5wt.%。若將過氧化氫用作氧化劑(B)，則(B)之量較佳為以組成物(Q)之總重量計0.1wt.%至4wt.%、更佳0.2wt.%至3wt.%，例如0.5至1.0wt.%。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)之另一組分(M)為含水介質。(M)可為一種類型之含水介質或不同類型之含水介質之混合物。
一般而言，含水介質(M)可為任何含有水之介質。含水介
質(M)較佳為水與可與水混溶之有機溶劑(例如醇，較佳為C1至C3醇，或烷二醇衍生物)之混合物。更佳地，含水介質(M)為水。最佳地，含水介質(M)為去離子水。
若除(M)以外之組分之量總計為根據本發明使用之CMP組成物(Q)之y wt.%，則(M)之量為CMP組成物之(100-y)wt.%。
含水介質(M)可以各種量包含於根據本發明使用之CMP組成物(Q)中。較佳地，(M)之量為以組成物(Q)之總重量計不超過99.8wt.%、更佳不超過99.6wt.%、最佳不超過99wt.%、尤佳不超過98wt.%、尤其不超過97wt.%，例如不超過95wt.%。較佳地，(M)之量為以組成物(Q)之總重量計至少60wt.%、更佳至少70wt.%、最佳至少80wt.%、尤佳至少85wt.%、尤其至少90wt.%，例如至少93wt.%。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)之特性，諸如穩定性及拋光效能可取決於對應組成物之pH。
所用組成物(Q)之pH值根據本發明不超過6、更佳不超過5.8、最佳不超過5.5、尤佳不超過5.4、尤其最佳不超過5.3、尤其不超過5.2。所用組成物(Q)之pH值根據本發明為至少2、更佳至少2.2、最佳至少2.5、尤佳至少2.7、尤其最佳至少2.8、尤其至少2.9。根據本發明使用之組成物(Q)之pH值較佳在2至6、更佳2.2至5.8、最佳2.5至5.5、尤佳2.7至5.4、尤其最佳2.8至5.3、尤其2.9至5.2、例如3至5範圍內。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)可另外視情況含有以CMP組成物(Q)之總重量計0至2wt.%之量的至少一種pH調節劑(N)。pH調節劑(N)不同於組分(A)、(B)及(M)。一般而言，pH調節劑(N)
為添加至CMP組成物(Q)中以將其pH值調節至所需值的化合物。較佳地，根據本發明使用之CMP組成物(Q)含有至少一種pH調節劑(N)。較佳pH調節劑為無機酸、羧酸、胺鹼、鹼金屬氫氧化物、氫氧化銨，包括氫氧化四烷基銨。特定言之，pH調節劑(N)為硝酸、硫酸、氨、氫氧化鈉或氫氧化鉀。舉例而言，pH調節劑(N)為氫氧化鉀或硝酸。
若存在，pH調節劑(N)可以各種量包含。若存在，(N)之量為以CMP組成物(Q)之總重量計較佳不超過2wt.%、更佳不超過1wt.%、最佳不超過0.5wt.%、尤其不超過0.1wt.%，例如不超過0.05wt.%。若存在，(N)之量為以根據本發明使用之對應組成物(Q)之總重量計較佳至少0.0005wt.%、更佳至少0.005wt.%、最佳至少0.025wt.%、尤其至少0.1wt.%，例如至少0.4wt.%。
較佳的根據本發明使用之組成物Q基本上由以下組成：
(A1)氧化鋁粒子，
(B1)無機過氧化物
(M1)含水介質
(A2)煙霧狀氧化鋁粒子，
(B2)過氧化氫
(N2)pH調節劑
(M2)水
(A3)以CMP組成物之總重量計0.01至3wt.%之量的氧化鋁粒子，
(B3)以CMP組成物之總重量計0.01至5wt.%之量的過氧化氫
(M3)以CMP組成物之總重量計90至99.8wt.%之量的水
(N3)以CMP組成物之總重量計0至2wt.%之量的一種pH調節劑
(A4)以CMP組成物之總重量計0.03至2.1wt.%之量的煙霧狀氧化鋁粒子，
(B4)以CMP組成物之總重量計0.5至1.5wt.%之量的過氧化氫
(M4)以CMP組成物之總重量計95.4至99.4wt.%之量的水。
(N4)以CMP組成物之總重量計0.07至1wt.%之量的一種pH調節劑
(A5)以CMP組成物之總重量計0.05至1.8wt.%之量的煙霧狀氧化鋁粒子，
(B5)以CMP組成物之總重量計0.5至1wt.%之量的過氧化氫
(M5)以CMP組成物之總重量計96.7至99.4wt.%之量的水
(N5)以CMP組成物之總重量計0.05至0.5wt.%之量的一種pH調節劑。
可藉由本發明之製程製造半導體器件，該製程包含在CMP組成物(Q)存在下對元素鍺及/或Si1-xGex材料(其中0.1x<1)進行化學機械拋光，較佳地，該製程包含在CMP組成物(Q)存在下對元素鍺及/或Si1-xGex進行化學機械拋光。
一般而言，可藉由本發明之製程製造之半導體器件不受特定限制。因此，半導體器件可為包含半導體材料，例如矽、鍺及III-V材料之電子組件。半導體器件可為製造為單一離散器件之彼等器件或製造為積體電路(IC)之彼等器件，該等積體電路由多個製造及互連於晶圓上之器件組成。半導體器件可為兩端器件(例如二極體)、三端器件(例如雙極電晶體)、四端器件(例如霍耳效應(Hall effect)感測器)或多端器件。較佳地，該半導體器件為多端器件。多端器件可為邏輯器件，如積體電路及微處理
器，或記憶體器件，如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)及相變隨機存取記憶體(PCRAM)。較佳地，該半導體器件為多端邏輯器件。該半導體器件尤其為積體電路或微處理器。
一般而言，此元素鍺及/或Si1-xGex可為任何類型、形式或形狀之元素鍺及/或Si1-xGex。此元素鍺及/或Si1-xGex較佳具有層及/或過生長形狀。若此元素鍺及/或Si1-xGex具有層及/或過生長形狀，則該鍺及/或Si1-xGex含量較佳為以對應層及/或過生長之重量計90%以上、更佳95%以上、最佳98%以上、尤其99%以上，例如99.9%以上。一般而言，可以不同方式產生或獲得此元素鍺及/或Si1-xGex。此元素鍺及/或Si1-xGex已較佳填充或生長於其他基板之間的溝槽中，更佳填充或生長於二氧化矽、矽或其他用於半導體工業中之分離及半導體材料之間的溝槽中，最佳填充或生長於STI(淺槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中，尤其生長於選擇性磊晶生長製程中之STI二氧化矽之間的溝槽中。若此元素鍺及/或Si1-xGex已填充或生長於STI二氧化矽之間的溝槽中，則該等溝槽之深度較佳為20至500nm、更佳為150至400nm且最佳為250至350nm、尤其為280至320nm。在另一具體實例中，若此元素鍺及/或Si1-xGex已填充或生長於二氧化矽、矽或其他用於半導體工業中之分離及半導體材料之間的溝槽中，則該等溝槽之深度較佳為5至100nm、更佳為8至50nm且最佳為10至35nm、尤其15至25nm。
元素鍺為呈其化學元素形式之鍺且較佳不包括以對應合金之重量計鍺含量小於90%之鍺鹽或鍺合金。
該Si1-xGex材料(其中0.1x<1)可為任何類型、形式或形狀之0.1x<1之Si1-xGex。一般而言，x可為0.1x<1範圍內之任何值。較佳地，
x在0.1x<0.8範圍內，更佳地，x在0.1x<0.5範圍內，最佳地，x在0.1x<0.3範圍內(例如x為0.2)。該Si1-xGex材料較佳為Si1-xGex層，更佳為應變鬆弛Si1-xGex層。此應變鬆弛Si1-xGex層可為描述於US 2008/0265375 A1之第[0006]段中之層，該專利特此以引用的方式併入。
若本發明之製程包含對包含元素鍺及/或Si1-xGex及二氧化矽之基板進行化學機械拋光，則在材料移除速率方面鍺及/或Si1-xGex相對於二氧化矽之選擇性較佳高於10：1、更佳高於20：1、最佳高於30：1、尤其高於50：1、尤其高於75：1，例如高於100：1。可例如藉由根據本發明使用之CMP組成物(Q)之化合物(A)的類型及濃度及藉由設定其他參數，諸如pH值來調節此選擇性。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)係用於對包含元素鍺及/或Si1-xGex材料(其中0.1x<1)之基板進行化學機械拋光，較佳用於對包含元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過生長之基板進行化學機械拋光。該元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過生長之鍺及/或Si1-xGex含量較佳為以對應層及/或過生長之重量計90%以上、更佳95%以上、最佳98%以上、尤其99%以上，例如99.9%以上。可以不同方式獲得元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過生長，較佳藉由填充或生長於其他基板之間的溝槽中，更佳藉由填充或生長於二氧化矽、矽或其他用於半導體工業中之分離及半導體材料之間的溝槽中，最佳藉由填充或生長於STI(淺槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中，尤其藉由生長於選擇性磊晶生長製程中之STI二氧化矽之間的溝槽中。
若根據本發明使用之CMP組成物(Q)用於拋光包含元素鍺及二氧化矽之基板，則在材料移除速率方面鍺及/或Si1-xGex相對於二氧化
矽之選擇性較佳高於10：1、更佳高於20：1、最佳高於30：1、尤其高於50：1、尤其高於75：1，例如高於100：1。
製備CMP組成物之製程大體為已知的。此等製程可用於製備根據本發明使用之CMP組成物(Q)。此可藉由在含水介質(M)(較佳水)中組合，例如分散或溶解上述組分(A)及(B)，且視情況經由添加酸、鹼、緩衝劑或pH調節劑調節pH值來進行。為達成此目的，可使用習用及標準混合製程及混合裝置(諸如攪拌容器、高剪切葉輪、超音波混合器、均質器噴嘴或逆流混合器)。
較佳藉由在含水介質(M)中分散鋁粒子及溶解氧化劑(B)且將pH值調節至2至6來製備根據本發明使用之CMP組成物(Q)。
拋光製程大體為已知的且可在製造具有積體電路之晶圓中通常用於CMP之條件下藉由某些製程及設備進行。對於可用於進行拋光製程之設備不存在限制。
如此項技術中已知，用於CMP製程之典型設備由以拋光墊覆蓋之旋轉壓板組成。亦使用軌道式拋光器。晶圓安裝於載體或夾盤上。晶圓之加工面面向拋光墊(單面拋光製程)。扣環將晶圓固定於水平位置。
在載體下方，較大直徑壓板亦通常水平安置且提供與待拋光晶圓表面平行之表面。壓板上之拋光墊在平坦化製程期間與晶圓表面接觸。
為了產生材料損失，將晶圓按壓至拋光墊上。通常使載體與壓板兩者圍繞其自載體及壓板垂直延伸之各別軸旋轉。旋轉中之載體軸可相對於旋轉中之壓板保持固定於適當位置中，或可相對於壓板水平地振盪。載體之旋轉方向典型地(但不一定)與壓板之旋轉方向相同。載體及
壓板之旋轉速度大體上(但不一定)設定為不同值。在本發明之CMP製程期間，通常將CMP組成物(Q)以連續流形式或以逐滴方式塗覆至拋光墊上。壓板溫度通常設定為10℃至70℃之溫度。
可藉由例如用軟墊(通常稱為襯底膜)覆蓋之鋼製平板施加晶圓上之負載。若使用更先進設備，則負載有空氣或氮氣壓力之可撓性隔膜將晶圓按壓至墊上。因為該晶圓上之向下壓力分佈比具有硬壓板設計之載體之向下壓力分佈更均勻，所以當使用硬拋光墊時，此隔膜載體較佳用於低向下力製程。根據本發明，亦可使用具有控制晶圓上壓力分佈之選項的載體。其通常設計成具有多個不同室，該等室在一定程度上可彼此獨立地裝載。
關於其他細節，明確參考WO 2004/063301 A1，尤其第16頁第[0036]段至第18頁第[0040]段以及圖2。
藉助於本發明之CMP製程，可獲得具有包含電介質層之積體電路的晶圓，其具有極佳功能性。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)可以即用漿料形式用於CMP製程中，其具有較長存放期且顯示長時段內穩定的粒度分佈。因此其易於處置及儲存。其顯示極佳拋光效能，尤其在高鍺及/或Si1-xGex MRR與高Ge及/或Si1-xGex：SiO2選擇性之組合及/或高鍺及/或Si1-xGex MRR與低鍺及/或Si1-xGex SER之組合方面。
特定言之，根據本發明使用之CMP組成物(Q)可用於拋光基板，該等基板包含生長於STI(淺槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中之元素鍺或具有層及/或過生長之形狀的元素鍺或Si1-xGex且具有以對應層及/或
過生長之重量計98%以上之鍺及/或Si1-xGex含量。
由於將根據本發明使用之CMP組成物(Q)的組分之量控制至最小，因此可以有成本效益的方式使用或應用該組成物及本發明之CMP製程。
根據本發明使用之CMP組成物(Q)不含添加劑之事實亦產生一陣製備根據本發明使用之CMP組成物之簡化方式。
實施例及比較實施例
藉由pH電極(Schott，藍線，pH 0-14/-5...100℃/3mol/L氯化鈉)量測pH值。
藉由將1×1吋鍺試片在25℃下浸漬至對應組成物中5分鐘且量測在浸漬之前及之後的質量損失測定Ge-cSER(鍺層之冷靜態蝕刻速率)。
藉由將1×1吋鍺試片在60℃下浸漬至對應組成物中5分鐘且量測在浸漬之前及之後的質量損失測定Ge-hSER(鍺層之熱靜態蝕刻速率)。
用於實施例中之鋁粒子(A1.1)
作為組分(A)之氧化鋁粒子為例如Aeroxide®Alu 65(Evonik Industries AG)類型，其為具有88nm之典型粒度d50及65m2/g之典型表面積的煙霧狀氧化鋁粒子。然而，亦可使用其他氧化鋁粒子，諸如Nyacol之膠態氧化鋁AL20DW。
用於比較實施例中之二氧化矽粒子(S)
二氧化矽粒子(S)為例如Nyacol Nexil 125A膠態二氧化矽
粒子，其具有85nm之典型粒度、35m2/g之表面積及在調節之前2.5-3.0之pH。然而，可藉由其他膠態二氧化矽粒子，諸如FUSO PL-3獲得類似結果。
使用靜態光散射技術測定粒度分佈之d50值之一般程序
使用標準靜態(SLS)光散射技術進行粒度量測。自通過樣品之633nm雷射之散射光記錄繞射圖案。將繞射圖案之強度與由理論粒度分佈產生之理論計算圖案相比。在迭代過程中，改變理論粒度分佈且將所得理論繞射圖案(米氏理論(Mie Theory))與實驗圖案相比。繼續迭代過程直至理論繞射圖案與實驗圖案匹配。
在實驗中，與自動稀釋取樣器一起使用商業Malvern粒度分析儀2000。典型地，將樣品在量測之前用水稀釋100倍。將以下參數用作量測之基礎：氧化鋁折射率：1,76，二氧化矽折射率1,59，吸收值：0.0001，黏度：1.03mm2/s。
CMP實驗之一般程序
為量測電泳移動性，使用來自Malvern公司之標準Zetasizer Nano器件。將樣品在量測移動性之前用10mmol/l KCI溶液稀釋500倍。在23℃下進行量測。
對於台式拋光器上之評估，選擇以下參數：
Powerpro 5000 Bühler.DF=40N，工作台速度200rpm，載體速度150rpm，漿料流速20ml/min，20s調節，3min拋光時間，IC1000墊，鑽石調節器(3M)。
在將新類型CMP組成物用於CMP前，藉由數次清掃調節墊。對於移除速率之測定，拋光至少3個晶圓且對自此等實驗獲得之資料
取平均值。
在局部供應站中攪拌各別CMP組成物。使用Sartorius LA310S天平藉由塗佈晶圓或覆蓋圓盤在CMP之前及之後的重量差異測定藉由CMP組成物拋光之2吋圓盤之鍺及/或Si1-xGex材料移除速率(Ge及/或Si1-xGex-MRR)。重量差異可轉化成膜厚度差異，因為拋光材料之密度(元素鍺為5.323g/cm3)及密度(Si0.5Ge0.5為3.827公克/cm3)及表面積已知。用膜厚度差除以拋光時間得到材料移除速率值。
使用Sartorius LA310S天平藉由塗佈晶圓或覆蓋圓盤在CMP之前及之後的重量差異測定藉由CMP組成物拋光之2吋圓盤之氧化矽材料移除速率(氧化物MRR)。重量差異可轉化成膜厚度差異，因為拋光材料之密度(氧化矽為2.648g/cm3)及表面積已知。用膜厚度差除以拋光時間得到材料移除速率值。
待拋光目標：元素鍺及/或Si1-xGex晶圓
漿料製備之標準程序：
將組分(A)及(B)(各以如表1中指定之量)分散或溶解於去離子水中。藉由將氨水溶液(0.1%-10%)、10% KOH溶液或HNO3(0.1%-10%)添加至漿料中來調節pH。用pH組合電極(Schott，藍線22 pH)來量測pH值。
製備含有如表1、表2及表3中所列之組分之水性分散液，供給實施例1至8及比較實施例V1至V3之CMP組成物。
在表1、表2及表3中給出實施例1至8及比較實施例V1至V3之CMP組成物的配方及拋光效能資料：
本發明之實施例1至8不含添加劑。使用CMP組成物之此等實施例的本發明之CMP製程顯示改良之拋光效能。出人意料地，具有低鋁粒子濃度且無其他添加劑，如例如錯合劑的根據本發明使用之CMP組成物於酸性含水介質中產生極高Ge-MRR。
Claims (11)
- 一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)之用途，其用於對包含(i)元素鍺或(ii)0.1x<1之Si1-xGex之基板(S)進行化學機械拋光，其中該CMP組成物(Q)基本上由以下組成：(A)以該CMP組成物之總重量計0.01至3wt.%之量的鋁粒子(B)至少一種氧化劑，(M)含水介質及(N)視情況存在之至少一種pH調節劑其中該CMP組成物(Q)之pH值為2至6。
- 如申請專利範圍第1項之CMP組成物(Q)之用途，其中該等鋁粒子包含煙霧狀氧化鋁。
- 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該等鋁粒子包含至少95wt.%氧化鋁(Al2O3)。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該等鋁粒子之比表面積(BET)在20至90m2/g範圍內。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該鋁粒子之粒徑d50在5至200nm範圍內。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該氧化劑包含過氧化物。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中氧化劑之量為以該CMP組成物之總重量計0.2至3wt%。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之CMP組成物(Q)之用途， 其中該氧化劑為過氧化氫。
- 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該pH值在3至5範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之用途，其中該元素鍺生長於STI(淺槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中。
- 一種用於製造半導體器件之方法，其包含在如申請專利範圍第1項至第9項中任一項中定義之CMP組成物(Q)存在下對用於半導體工業中之基板(S)進行化學機械拋光，其中該基板(S)包含(i)元素鍺或(ii)0.1x<1之Si1-xGex。
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