TWI548728B - 一種製造半導體裝置的方法，其包含在包含特定有機化合物之ＣＭＰ組成物的存在下化學機械拋光元素鍺及／或Ｓｉ1－ｘ Ｇｅｘ材料 - Google Patents

一種製造半導體裝置的方法，其包含在包含特定有機化合物之ＣＭＰ組成物的存在下化學機械拋光元素鍺及／或Ｓｉ1－ｘ Ｇｅｘ材料 Download PDF

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Description

一種製造半導體裝置的方法，其包含在包含特定有機化合物之CMP組成物的存在下化學機械拋光元素鍺及/或Si 1-x Ge x 材料
本發明本質上係關於一種化學機械拋光(CMP)組成物及其用於拋光半導體工業之基板的用途。本發明之方法包含在特定CMP組成物的存在下化學機械拋光元素鍺及/或Si1-xGex。
在半導體工業中，化學機械拋光(縮寫為CMP)為一項熟知應用於製造先進光子、微機電及微電子材料及裝置(諸如半導體晶圓)的技術。
在製造半導體工業中所用之材料及裝置期間，採用CMP來平坦化金屬及/或氧化物表面。CMP利用化學與機械作用之相互影響來達到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)提供。機械作用通常由拋光墊實現，拋光墊典型地壓至待拋光表面上且安裝於移動壓板上。壓板通常按直線、旋轉或軌道移動。
在一典型的CMP方法步驟中，旋轉晶圓固持器使待拋光晶圓接觸拋光墊。CMP組成物通常施加於待拋光晶圓與拋光墊之間。
在現有技術中，化學機械拋光含鍺之層之方法係已知，且其描述於例如以下參考文獻中。
US 2010/0130012 A1揭示一種拋光具備應變鬆弛Si1-xGex層之半導體晶圓的方法，其包含在拋光機中使用含有粒度為0.55μm或小於0.55μm之固定黏結之研磨材料的 拋光墊機械加工半導體晶圓之Si1-xGex層的第一步驟，及使用拋光墊且在供應含有研磨材料之拋光劑漿料下化學機械加工半導體晶圓之先前機械加工之Si1-xGex層的第二步驟。拋光劑溶液可含有諸如以下之化合物：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。
US 2008/0265375 A1揭示一種單面拋光具備鬆弛Si1-xGex層之半導體晶圓的方法，其包含：在複數輪拋光中拋光多個半導體晶圓，一輪拋光包含至少一個拋光步驟且在每輪拋光結束時該多個半導體晶圓中之至少一者具有拋光Si1-xGex層；及在至少一個拋光步驟期間在具備拋光布之旋轉拋光板上移動該至少一個半導體晶圓，同時施加拋光壓力，且供應拋光劑於拋光布與該至少一個半導體晶圓之間，供應之拋光劑含有鹼性組分及溶解鍺之組分。溶解鍺之組分可包含過氧化氫、臭氧、次氯酸鈉或其混合物。鹼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。
FR 2876610 A1揭示一種拋光鍺表面之方法，其包括用至少一種拋光劑及輕度鍺蝕刻溶液進行拋光操作。蝕刻溶液可為選自以下之溶液：過氧化氫溶液、水、H2SO4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溶液或此等溶液中之兩者 或兩者以上之混合物。
US 2006/0218867 A1揭示一種用於拋光鍺或矽-鍺單晶之拋光組成物，該拋光組成物包含次氯酸鈉、膠狀矽石及水，其中拋光組成物中有效氯濃度為0.5至2.5%，且拋光組成物中膠狀矽石含量以重量計為1至13%。
US 2011/0045654 A1揭示一種拋光包含至少一個鍺表面層(121)之結構(12)的方法，其特徵在於其包含用具有酸性pH值之第一拋光溶液對鍺層(121)之表面(121a)進行化學機械拋光之第一步驟，及用具有鹼性pH值之第二拋光溶液對鍺層(121)之表面進行化學機械拋光之第二步驟。
在現有技術中，化學機械拋光含鍺合金(諸如鍺-銻-碲(GST)合金)之方法係已知，且其描述於例如以下參考文獻中。
US 2009/0057834 A1揭示一種化學機械平坦化上面具有至少一個特徵之包含硫族化物材料之表面的方法，該方法包含以下步驟：A)將具有上面具有至少一個特徵之包含硫族化物材料之表面的基板置放成與拋光墊接觸；B)傳遞拋光組成物，其包含：b)研磨劑；及b)氧化劑；及C)用拋光組成物拋光基板。硫族化物材料為例如鍺、銻及碲之合金。
US 2009/0057661 A1揭示一種化學機械平坦化上面具有至少一個特徵之包含硫族化物材料之表面的方法，該方法包含以下步驟：A)將具有上面具有至少一個特徵之包含 硫族化物材料之表面的基板置放成與拋光墊接觸；B)傳遞拋光組成物，其包含：a)具有正ζ電位之表面改質研磨劑；及b)氧化劑；及C)用拋光組成物拋光基板。硫族化物材料為例如鍺、銻及碲之合金。
US 2009/0001339 A1揭示一種用於化學機械拋光(CMP)相變記憶體裝置之漿料組成物，其包含去離子水及含氮化合物。相變記憶體裝置較佳包含至少一種選自以下之化合物：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之化合物：脂族胺、芳族胺、銨鹽、銨鹼或其組合。
US 2007/0178700 A1揭示一種用於拋光含有相變合金之基板的化學機械拋光(CMP)組成物，該組成物包含：(a)粒狀研磨材料，其量以重量計不超過約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機械拋光期間形成之物質的螯合劑；及(c)其水性載劑。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由以下組成之群的化合物：二羧酸、聚羧酸、胺基羧酸、磷酸酯、聚磷酸酯、胺基膦酸酯及膦醯基羧酸、聚合螯合劑及其鹽。
本發明之目的之一為提供一種CMP組成物及CMP方法，其適於化學機械拋光元素鍺及/或Si1-xGex且展示改良之拋光效能，尤其高鍺及/或Si1-xGex材料(0.1x<1)之 材料移除率(MRR)，或鍺及/或Si1-xGex相對於二氧化矽之高選擇性(Ge及/或Si1-xGex：SiO2選擇性)、或低鍺及/或Si1-xGex之靜態蝕刻率(SER)，或高鍺及/或Si1-xGex MRR與高Ge及/或Si1-xGex：SiO2選擇性及/或低鍺及/或Si1-xGex SER的組合。此外，本發明之目的之一為提供一種CMP組成物及CMP方法，其適於化學機械拋光已填充或生長在STI(淺溝槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中之元素鍺及/或Si1-xGex。本發明之另一目的為提供一種CMP組成物及CMP方法，其適於化學機械拋光具有層及/或過生長之形狀且鍺及/或Si1-xGex含量以相應層及/或過度生長之重量計超過98%的元素鍺及/或Si1-xGex。此外，尋求一種易於應用且需要儘可能少之步驟的CMP方法。
因此，發現了一種製造半導體裝置之方法，其包含在化學機械拋光(CMP)組成物(下文中稱為(Q)或CMP組成物(Q))的存在下化學機械拋光元素鍺及/或具有0.1x<1之Si1-xGex材料，該CMP組成物包含：(A)無機粒子、有機粒子、或其混合物或複合物，(B)至少一種類型的氧化劑，(C)至少一種類型的包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為1、2或3，(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(-OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、羧酸酯(-COOR2)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之 一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)、膦酸酯(-P(=O)(OR7)(OR8))、磷酸酯(-O-P(=O)(OR9)(OR10))、膦酸(-P(=O)(OH)2)、磷酸(-O-P(=O)(OH)2)部分或其質子化或去質子化形式，R1、R2、R7、R9彼此獨立地為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5、R8、R10彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基，R11、R12、R13彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R11、R12、R13不包含任何部分(Z)，R14為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R14不包含任何部分(Z)，及(D)水性介質。
此外，發現了CMP組成物(Q)用於化學機械拋光包含元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過度生長之基板的用途。
較佳具體實例在申請專利範圍及說明書中予以說明。應瞭解較佳具體實例之組合在本發明之範疇內。
可由本發明之方法製造半導體裝置，該方法包含在CMP組成物(Q)的存在下化學機械拋光元素鍺及/或Si1-xGex材料(0.1x<1)，較佳地，該方法包含在CMP 組成物(Q)的存在下化學機械拋光元素鍺及/或Si1-xGex。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/或過度生長之形狀。若此元素鍺及/或Si1-xGex具有層及/或過度生長之形狀，則鍺及/或Si1-xGex含量以相應層及/或過度生長之重量計較佳超過90%，更佳超過95%，最佳超過98%，尤其超過99%，例如超過99.9%。一般而言，此元素鍺及/或Si1-xGex可以不同方式生產或獲得。此元素鍺及/或Si1-xGex較佳已填充或生長在其他基板之間的溝槽中，更佳填充或生長在二氧化矽、矽或半導體工業中所用之其他絕緣及半導材料之間的溝槽中，最佳填充或生長在STI(淺溝槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中，尤其生長在選擇性晶膜生長方法中STI二氧化矽之間的溝槽中。若此元素鍺及/或Si1-xGex已填充或生長在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150至400nm，且最佳250至350nm，尤其280至320nm。在另一具體實例中，若此元素鍺及/或Si1-xGex已填充或生長在二氧化矽、矽或半導體工業中所用之其他絕緣及半導材料之間的溝槽中，則該等溝槽之深度較佳為5至100nm，更佳8至50nm，且最佳10至35nm，尤其15至25nm。
元素鍺為呈其化學元素形式之鍺且不包括鍺鹽或鍺含量以相應合金之重量計低於90%之鍺合金。
該Si1-xGex材料(0.1x<1)可為任何類型、形式或形狀之0.1x<1之Si1-xGex材料。一般而言，x可為0.1 x<1範圍內之任何值。x較佳在0.1x<0.8範圍內，x更佳在0.1x<0.5範圍內，x最佳在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US 2008/0265375 A1之段落[0006]中描述之Si1-xGex層。
若本發明之方法包含化學機械拋光包含元素鍺及/或Si1-xGex及二氧化矽之基板，則在材料移除率方面，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，特別是高於75：1，例如高於100：1。此選擇性可例如藉由CMP組成物(Q)之有機化合物(C)之類型及濃度及藉由設定其他參數(諸如pH值)來調節。
CMP組成物(Q)用於化學機械拋光包含元素鍺及/或Si1-xGex材料(0.1x<1)之基板，較佳用於化學機械拋光包含元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過度生長之基板。該元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過度生長之鍺及/或Si1-xGex含量以相應層及/或過度生長之重量計較佳超過90%，更佳超過95%，最佳超過98%，尤其超過99%，例如超過99.9%。元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過度生長可以不同方式來獲得，較佳藉由填充或生長在其他基板之間的溝槽中，更佳藉由填充或生長在二氧化矽、矽或半導體工業中所用之其他絕緣及半導材料之間的溝槽中，最佳藉由填充或生長在STI(淺溝槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中，尤其藉由生長在選擇性晶膜生長方法中之STI二氧化矽之間的溝槽中。
若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，特別是高於75：1，例如高於100：1。
CMP組成物(Q)包含如下所述之組分(A)、(B)、(C)及(D)。
CMP組成物(Q)包含無機粒子、有機粒子、或其混合物或複合物(A)。(A)可為- 一種類型的無機粒子，- 不同類型的無機粒子之混合物或複合物，- 一種類型的有機粒子，- 不同類型的有機粒子之混合物或複合物，或- 一或多種類型的無機粒子與一或多種類型的有機粒子之混合物或複合物。
複合物為包含兩種或兩種以上類型粒子且該等粒子以機械方式、化學方式或以另一方式彼此結合之複合粒子。複合物之一實例為在外層(殼)中包含一種類型的粒子且在內層(核心)中包含另一類型的粒子之核-殼型粒子。
一般而言，CMP組成物(Q)中粒子(A)之含量可變化。(A)之量以組成物(Q)之總重量計較佳不超過10 wt.%(wt.%代表「重量百分比(percent by weight)」)，更佳不超過5 wt.%，最佳不超過2.5 wt.%，例如不超過1.8 wt.%。(A)之量以組成物(Q)之總重量計較佳為至少0.002 wt.%，更佳至少0.01 wt.%，最佳至少0.08 wt.%，例如至少 0.4 wt.%。
一般而言，可含有粒度分佈不定的粒子(A)。粒子(A)之粒度分佈可呈單峰或多峰。在多峰粒度分佈之情況下，雙峰常為較佳。為在本發明之CMP方法期間具有可容易地再現之性質特徵及可容易地再現之條件，(A)較佳具有單峰粒度分佈。(A)最佳具有單峰粒度分佈。
粒子(A)之平均粒度可在寬範圍內變化。平均粒度為水性介質(D)中(A)之粒度分佈的d50值且可使用動態光散射技術測定。接著，在假設粒子基本上為球形下計算d50值。平均粒度分佈之寬度為粒度分佈曲線與相對粒子數之50%高度相交的兩個交叉點之間的距離(以x軸之單位給出)，其中最大粒子數之高度標準化為100%高度。
如使用儀器(諸如來自Malvern Instruments有限公司之高效能粒度分析儀(HPPS)或Horiba LB550)用動態光散射技術所量測，粒子(A)之平均粒度較佳在5至500 nm範圍內，更佳在5至250 nm範圍內，最佳在20至150 nm範圍內，且尤其在35至130 nm範圍內。
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)亦可能具有不同形狀。舉例而言，可存在兩種類型的不同形狀之粒子(A)。舉例而言，(A)可具有立方體、具有削角邊緣之立方體、八面體、二十面體、有或無突起或凹痕之結節或球體的形狀。其較佳為無或僅有很少突起或凹痕之球形。
粒子(A)之化學性質不受特別限制。(A)可具有相同化學性質或為具有不同化學性質之粒子的混合物或複合物。一般而言，具有相同化學性質之粒子(A)為較佳。一般而言，(A)可為- 無機粒子，諸如金屬、金屬氧化物或碳化物，包括類金屬、類金屬氧化物或碳化物，或- 有機粒子，諸如聚合物粒子，- 無機與有機粒子之混合物或複合物。
粒子(A)較佳為無機粒子。金屬或類金屬之氧化物及碳化物尤其較佳。粒子(A)更佳為氧化鋁、氧化鈰、氧化銅、氧化鐵、氧化鎳、氧化錳、矽石、氮化矽、碳化矽、氧化錫、鈦、碳化鈦、氧化鎢、氧化釔、氧化鋯、或其混合物或複合物。粒子(A)最佳為氧化鋁、氧化鈰、矽石、鈦、氧化鋯、或其混合物或複合物。(A)尤其為矽石粒子。(A)例如為膠狀矽石粒子。膠狀矽石粒子典型地由濕式沈澱方法生產。
在(A)為有機粒子或無機與有機粒子之混合物或複合物的另一具體實例中，聚合物粒子較佳作為有機粒子。聚合物粒子可為均聚物或共聚物。後者可例如為嵌段共聚物或統計共聚物。均聚物或共聚物可具有各種結構，例如線性、分支、梳狀、樹枝狀、纏結或交聯。聚合物粒子可根據陰離子、陽離子、可控自由基、自由基機制及藉由懸浮或乳液聚合之方法獲得。聚合物粒子較佳為以下中之至少一者：聚苯乙烯、聚酯、醇酸樹脂(alkyd resin)、聚胺基 甲酸酯、聚內酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚醚、聚(N-烷基丙烯醯胺)、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、順丁烯二酸酐丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、丙烯酸或甲基丙烯酸中之至少一者作為單聚單元的共聚物、或其混合物或複合物。具有交聯結構之聚合物粒子尤其較佳。
CMP組成物(Q)包含至少一種類型的氧化劑(B)，較佳一種至兩種類型的氧化劑(B)，更佳一種類型的氧化劑(B)。一般而言，氧化劑為能夠氧化待拋光基板或其一個層之化合物。(B)較佳為過型(per-type)氧化劑。(B)更佳為過氧化物、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)最佳為過氧化物或過氧硫酸鹽。(B)尤其為過氧化物。舉例而言，(B)為過氧化氫。
CMP組成物(Q)中氧化劑(B)之含量可變化。(B)之量以組成物(Q)之總重量計較佳不超過20 wt.%，更佳不超過10 wt.%，最佳不超過5 wt.%，尤其不超過3.5 wt.%，例如不超過2.7 wt.%。(B)之量以組成物(Q)之總重量計較佳為至少0.01 wt.%，更佳至少0.08 wt.%，最佳至少0.4 wt.%，尤其至少0.75 wt.%，例如至少1 wt.%。若過氧化氫用作氧化劑(B)，則(B)之量以組成物(Q)之總重量計為例如2.5 wt.%。
CMP組成物(Q)包含至少一種類型的包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物(C)，但陰離子為無機且唯一有 機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外。CMP組成物(Q)較佳包含一種至兩種類型的該類有機化合物(C)，更佳一種類型的該類有機化合物(C)。
不包括之鹽(S)為陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽，其中R11、R12、R13彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R11、R12、R13不包含任何部分(Z)，R14為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R14不包含任何部分(Z)。
不包括之鹽(S)的實例為氫氧化四甲基銨及碳酸四甲基銨。
「有機化合物(organic compound)」及「有機陽離子(organic cation)」中之術語「有機(organic)」意謂分子含有至少一個碳原子之化合物，除了以下無機含碳化合物：- 碳之同素異形體，諸如金剛石、石墨及富勒烯(fullerene)，- 含碳合金或碳化物，- 碳原子均包括在以下中之化合物
中性分子、配位體或陰離子，其僅由以下組成：(i1)至少一個碳原子及至少一個為至少一種第15族、第16族及/或第17族元素之原子，(i2)碳酸氫鹽、碳酸、硫代碳酸氫鹽或硫代碳酸，或(i3)HCN、H2NCN、HOCN、HSCN或其異構體； 無機含碳化合物(i1)之實例為CO、Ni(CO)4、CO2、Na2CO3、K2CO3、(NH4)2CO3、COS、CS2、(CN)2、BrCN、NaCN、KCN、Na(OCN)、K(SCN)、CCl4、COF2等。無機含碳化合物(i2)之實例為NaHCO3、KHCO3、(NH4)HCO3等。
根據以上定義，不為「有機(organic)」之任何化合物(包括任何陽離子或陰離子)均為「無機(inorganic)」。
{k}，即化合物(C)中所包含之部分(Z)之最小數目，為1，較佳為2，更佳為3。
有機化合物(C)中所包含之部分(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(-OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、羧酸酯(-COOR2)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)、膦酸酯(-P(=O)(OR7)(OR8))、磷酸酯(-O-P(=O)(OR9)(OR10))、膦酸(-P(=O)(OH)2)、磷酸(-O-P(=O)(OH)2)部分或其質子化或去質子化形式，其中R1、R2、R7、R9彼此獨立地為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5、R8、R10彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基。
有機化合物(C)中所包含之部分(Z)較佳為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜 環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，其中R1、R2、R7、R9彼此獨立地為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5、R8、R10彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基。
若部分(Z)為雜環烷氧基或雜環亞胺基部分，則術語「作為雜環結構之一部分(as part of a heterocyclic structure)」意謂相應部分(Z)以相應取代基R1、R5、R6直接或經由其他部分間接再鍵結於相同部分(Z)之方式位於化合物(C)之雜環結構內。若部分(Z)為雜環亞胺基部分且若雜環結構具有芳族特徵，則由於芳族特徵而無法區分=N-R5與-N=R6。若部分(Z)為雜環胺基部分，則術語「作為雜環結構之一部分」意謂相應部分(Z)以相應取代基R3或R4中之至少一者直接或經由其他部分間接再鍵結於相同部分(Z)的方式位於化合物(C)之雜環結構內。
雜環化合物或結構為具有至少兩種不同元素之原子作為環成員原子的化合物或結構。
若取代基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9或R10內包含一或多個部分(Z)(此處稱為(Z′))，則僅除(Z′)以外之相應取代基部分被視為R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9或R10。
R1一般可為任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R1較佳為經取代或未經取代之烷基，更佳為未經取代之烷基。R1最佳為C1至C12烷基，尤其C1至C6烷基。
R2一般可為任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R2較佳為經取代或未經取代之烷基，更佳為未經取代之烷基。R2最佳為C1至C12烷基，尤其為C1至C6烷基。
R3一般可為H或任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R3較佳為H或經取代或未經取代之烷基，更佳為H或未經取代之烷基。R3最佳為H或C1至C12烷基，尤其為H或C1至C6烷基，例如為H。
R4一般可為H或任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R4較佳為H或經取代或未經取代之烷基，更佳為H或未經取代之烷基。R4最佳為H或C1至C12烷基，尤其為H或C1至C6烷基，例如為H。
R5一般可為H或任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R5較佳為H或經取代或未經取代之烷基，更佳為H或未經取代之烷基。R5最佳為H或C1至C12烷基，尤其為H或C1至C6烷基，例如為H。
R6一般可為任何經取代或未經取代之伸烷基或芳基伸烷基。R6較佳為經取代或未經取代之伸烷基，更佳為未經取代之伸烷基。R6最佳為C1至C12伸烷基，尤其為C1至C6伸烷基。
R7一般可為任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R7較佳為經取代或未經取代之烷基，更佳為未經取代之烷基。R7最佳為C1至C12烷基，尤其為C1至C6烷基。
R8一般可為H或任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R8較佳為H或經取代或未經取代之烷基，更佳為H或未經取代之烷基。R8最佳為H或C1至C12烷基，尤其為H或C1至C6烷基，例如為H。
R9一般可為任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R9較佳為經取代或未經取代之烷基，更佳為未經取代之烷基。R9最佳為C1至C12烷基，尤其為C1至C6烷基。
R10一般可為H或任何經取代或未經取代之烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。R10較佳為H或經取代或未經取代之烷基，更佳為H或未經取代之烷基。R10最佳為H或C1至C12烷基，尤其為H或C1至C6烷基，例如為H。
一般而言，有機化合物(C)之含量可變化。(C)之量以組成物(Q)之總重量計較佳不超過5 wt.%，更佳不超過2 wt.%，最佳不超過0.5 wt.%，尤其不超過0.25 wt.%，例如不超過1 wt.%。(C)之量以組成物(Q)之總重量計較佳為至少0.0001 wt.%，更佳至少0.001 wt.%，最佳至少0.005 wt.%，尤其至少0.01 wt.%，例如至少0.05 wt.%。
一般而言，有機化合物(C)可具有不同重量平均分子量。(C)之重量平均分子量較佳為至少50，更佳至少100， 最佳至少150，尤其至少200，例如至少250。(B)之重量平均分子量較佳不超過25,000，更佳不超過5,000，最佳不超過1,000，尤其不超過700，例如不超過400。在具有高重量平均分子量之化合物的狀況下，重量平均分子量可藉由熟習此項技術者已知之標準凝膠滲透層析(GPC)技術測定。在具有低重量平均分子量之化合物的狀況下，重量平均分子量可藉由熟習此項技術者已知之質譜分析(MS)技術測定。
一般而言，有機化合物(C)於水性介質中之溶解度可在寬範圍內變化。在大氣壓力下在25℃下，(C)在pH 7之水中之溶解度較佳為至少1 g/L，更佳至少5 g/L，最佳至少20 g/L，尤其至少50 g/L，例如至少150 g/L。該溶解度可藉由蒸發溶劑且量測飽和溶液中之剩餘質量來測定。
在一個具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為2，且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有 機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為3，且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為3，且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少一個(Z)部分為胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少一個(Z)部分為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)部分或其質 子化或去質子化形式。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為3，且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少兩個(Z)部分選自由以下組成之群：胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少一個(Z)部分為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)部分或其質子化或去質子化形式。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其中{k}為3，且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作 為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少一個(Z)部分為胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，且其中至少兩個(Z)部分選自由以下組成之群：羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)部分或其質子化或去質子化形式。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為胺基羧酸或其鹽，更佳為α-胺基酸或其鹽，最佳為蛋白型α-胺基酸或其鹽，尤其為絲胺酸、精胺酸、離胺酸、組胺酸或其鹽，例如為組胺酸或其鹽。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少兩個羧酸(-COOH)基團之有機化合物或其鹽，更佳為包含兩個至五個羧酸(-COOH)基團之有機化合物或其鹽，最佳為包含兩個至三個羧酸(-COOH)基團之有機化合物或其鹽，尤其為丙二酸、檸檬酸、酒石酸或其鹽，例如為酒石酸或其鹽。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為胺基醇、 胺基醚或其鹽。此處，包含至少一個羥基部分之胺基醚被視為一種類型的胺基醚。若(C)為胺基醇或其鹽，則(C)更佳為單烷醇胺、二烷醇胺、三烷醇胺或其鹽，最佳為單烷醇胺或其鹽，尤其為C2至C8單烷醇胺或其鹽，例如為單乙醇胺或其鹽。若(C)為胺基醚或其鹽，則(C)更佳為包含又一胺基、羥基、烷氧基、羧基部分之胺基醚或其鹽，最佳為雙(胺基烷基)醚、胺基烷基羥基烷基醚、胺基烷基烷氧基烷基醚或其鹽，尤其為雙(胺基烷基)醚，例如為雙(N,N-二甲基胺基乙基)醚。
若有機化合物(C)為胺基醇、胺基醚或其鹽，則有機化合物(C)尤其為- 二甲基胺基乙氧基乙醇，- 雙(N,N-二甲基胺基乙基)醚，- 2-甲氧基乙基胺，- 2-二甲基胺基-2-甲基-1-丙醇，- 3-胺基-1-丙醇，- N,N-二(2-羥基乙基)苯胺，- 1-(2-羥基乙基)哌，- 單乙醇胺，- 二乙醇胺，- 三乙醇胺，或其鹽，或三乙醇胺(=2,2′,2′′-氮基參(乙醇))及4-[(2-乙基己基)胺基]-4-側氧基異丁烯酸之鹽或加合物。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為包含至少 兩個羥基(-OH)基團之有機化合物或其鹽，更佳為包含兩個至四個羥基(-OH)基團之有機化合物或其鹽，最佳為二醇或其鹽，尤其為乙二醇、2-丁炔-1,4-二醇或其鹽，例如為2-丁炔-1,4-二醇。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為含氮雜環化合物或其鹽，更佳為包含5或6員環且具有一至三個氮原子作為環成員原子之雜環化合物或其鹽，最佳為咪唑、苯并咪唑、乙烯基咪唑、吡啶、1,2,4-三唑、苯并三唑、哌或其衍生物或其鹽，尤其為咪唑、乙烯基咪唑、吡啶、哌或其衍生物或其鹽，例如為咪唑或其衍生物或其鹽。
在另一具體實例中，有機化合物(C)較佳為
其中當X為氧時，n為零(0)，且當X為氮時，n為一(1)，且Z1、Z2及Z3彼此獨立地為氫、C1至C8烷基、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、二級或三級C3至C8胺基烷基，其中胺基氮可形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中雜原子為氧或氮且雜原子不彼此相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基，該C2至C8胺基視情況經以下基團取代：視情況經一或多個胺 基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基、C3至C8羧基烷基、氫、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、視情況經一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至C8胺基，Z1與Z2形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中雜原子為氧或氮，其數目為1或2，且雜原子彼此不相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基烷基，視情況經C1至C4烷基取代，視情況經視情況經一或多個胺基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至C8胺基，且Z3為氫、C1至C8烷基、C2至C8烯基、或C2至C8炔基，或其鹽，其條件為Z1、Z2及Z3不同為氫、C1至C8烷基或其組合。
較佳化合物(C)為三-異丙醇胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-胺基-1-丙醇、N,N,N′,N′-肆(2-羥基丙基)乙二胺、羥基乙基哌、4-(2-羥基乙基)嗎啉、2-二甲基胺基-2-甲基-1-丙醇、雙-(2-二甲基胺基乙基)醚、五甲基二伸乙基三胺、2,2′-二嗎啉基二乙醚、1,3,5-參[3-(二甲基胺基)丙基]六氫-1,3,5-三、二甲基胺基乙氧基乙醇、咪唑、N-(3-胺基丙基)咪唑、1-乙烯基咪唑、2-胺基-3(1H-咪唑-4-基)丙酸(組胺酸)。
根據本發明，CMP組成物(Q)含有水性介質(D)。 (D)可為一種類型的水性介質或不同類型的水性介質之混合物。
一般而言，水性介質(D)可為含有水之任何介質。水性介質(D)較佳為水與可與水混溶之有機溶劑(例如醇，較佳C1至C3醇，或烷二醇衍生物)的混合物。水性介質(D)更佳為水。水性介質(D)最佳為去離子水。
若除(D)以外之組分之量以CMP組成物之重量計總共為y%，則(D)之量以CMP組成物之重量計為(100-y)%。
CMP組成物(Q)可進一步視情況含有至少一種殺生物劑(E)，例如一種殺生物劑。一般而言，殺生物劑為藉由化學或生物方式阻止任何有害生物體、使其無害或對其發揮控制作用的化合物。(E)較佳為四級銨化合物、基於異噻唑啉酮之化合物、N-取代重氮鎓二氧化物或N'-羥基-重氮鎓氧化物鹽。(E)更佳為N-取代重氮鎓二氧化物或N'-羥基-重氮鎓氧化物鹽。
殺生物劑(E)若存在，則含量可變化。若存在，則(E)之量以相應組成物之總重量計較佳不超過0.5 wt.%，更佳不超過0.1 wt.%，最佳不超過0.05 wt.%，尤其不超過0.02 wt.%，例如不超過0.008 wt.%。若存在，則(E)之量以相應組成物之總重量計較佳為至少0.0001 wt.%，更佳至少0.0005 wt.%，最佳至少0.001 wt.%，尤其至少0.003 wt.%，例如至少0.006 wt.%。
CMP組成物(Q)可含有進一步視情況含有至少一種腐蝕抑制劑(F)，例如兩種腐蝕抑制劑。一般而言，所有在 Ge及/或氧化鍺之表面上形成保護性分子層之化合物均可用作腐蝕抑制劑。較佳腐蝕抑制劑為硫醇、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。
腐蝕抑制劑(F)若存在，則含量可變化。若存在，則(F)之量以相應組成物之總重量計較佳不超過10 wt.%，更佳不超過2 wt.%，最佳不超過0.5 wt.%，尤其不超過0.1 wt.%，例如不超過0.05 wt.%。若存在，則(F)之量以相應組成物之總重量計較佳為至少0.0005 wt.%，更佳至少0.005 wt.%，最佳至少0.025 wt.%，尤其至少0.1 wt.%，例如至少0.4 wt.%。
CMP組成物(Q)之性質(諸如穩定性及拋光效能)可視相應組成物之pH值而定。組成物(Q)之pH值較佳在1.5至6.5，更佳2.5至5.5，最佳3至5，尤其3.5至4.5，例如3.8至4.2範圍內。
CMP組成物(Q)可含有進一步視情況含有至少一種pH調節劑(G)。一般而言，pH調節劑(G)為添加至CMP組成物(Q)中以將其pH值調至所需值之化合物。CMP組成物(Q)較佳含有至少一種pH調節劑(G)。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。舉例而言，pH調節劑(G)為硝酸、硫酸、氨、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
pH調節劑(G)若存在，則含量可變化。若存在，則(G)之量以相應組成物之總重量計較佳不超過10 wt.%， 更佳不超過2 wt.%，最佳不超過0.5 wt.%，尤其不超過0.1 wt.%，例如不超過0.05 wt.%。若存在，則(G)之量以相應組成物之總重量計較佳為至少0.0005 wt.%，更佳至少0.005 wt.%，最佳至少0.025 wt.%，尤其至少0.1 wt.%，例如至少0.4 wt.%。
需要時，CMP組成物(Q)亦可含有各種其他添加劑，包括(但不限於)穩定劑、界面活性劑、減摩劑等。該等其他添加劑為例如常用於CMP組成物中者，因此為熟習此項技術者所熟知。此類添加可例如穩定分散，或改良拋光效能或不同層之間的選擇性。
該等其他添加劑若存在，則含量可變化。該等其他添加劑之總量以相應CMP組成物之總重量計較佳不超過10 wt.%，更佳不超過2 wt.%，最佳不超過0.5 wt.%，尤其不超過0.1 wt.%，例如不超過0.01 wt.%。該等其他添加劑之總量以相應組成物之總重量計較佳為至少0.0001 wt.%，更佳至少0.001 wt.%，最佳至少0.008 wt.%，尤其至少0.05 wt.%，例如至少0.3 wt.%。
根據一個較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺及/或具有0.1x<1之Si1-xGex材料的製造半導體裝置之方法在具有2.5至5.5之pH值且包含以下之CMP組成物的存在下進行：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.4 至5 wt.%，(C)至少一種類型的包含至少兩個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽(S)除外，其量以CMP組成物之重量計為0.001至2 wt.%，其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，R1為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基，R11、R12、R13彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R11、R12、R13不包含任何部分(Z)，R14為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R14不包含任何部分(Z)，及(D)水性介質。
根據另一較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺之製造半導體裝置之方法在具有3至5之pH值且包含以下之CMP組成物的存在下進行：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01 至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.2至5 wt.%，(C)胺基羧酸或其鹽，其量以CMP組成物之重量計為0.001至5 wt.%，及(D)水性介質。
根據另一較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺之製造半導體裝置之方法在具有3至5之pH值之CMP組成物的存在下進行，且該CMP組成物包含：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.2至5 wt.%，(C)包含至少兩個羧酸(-COOH)基團之有機化合物或其鹽，其量以CMP組成物之重量計為0.001至2 wt.%，及(D)水性介質。
根據另一較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺之製造半導體裝置之方法在具有3至5之pH值且包含以下之CMP組成物的存在下進行：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.2至5 wt.%， (C)胺基醇、胺基醚或其鹽，其量以CMP組成物之重量計為0.001至2 wt.%，及(D)水性介質。
根據另一較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺之製造半導體裝置之方法在具有3至5之pH值之CMP組成物的存在下進行，且該CMP組成物包含：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.2至5 wt.%，(C)包含至少兩個羥基(-OH)基團之有機化合物或其鹽，其量以CMP組成物之重量計為0.001至2 wt.%，及(D)水性介質。
根據另一較佳具體實例，一種包含化學機械拋光元素鍺之製造半導體裝置之方法在具有3至5之pH值之CMP組成物的存在下進行，且該CMP組成物包含：(A)矽石粒子，其量以CMP組成物之重量計為0.01至5 wt.%，(B)過氧化氫，其量以CMP組成物之重量計為0.2至5 wt.%，(C)包含至少兩個羥基(-OH)基團之含氮雜環化合物或其鹽，其量以CMP組成物之重量計為0.001至2 wt.%，及(D)水性介質。
製備CMP組成物之方法廣為人知。此等方法可用於製備CMP組成物(Q)。此可藉由將上述組分(A)、(B)及(C)分散或溶解於水性介質(D)、較佳為水中，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，可使用習慣性及標準混合方法及混合設備，諸如攪拌容器、高剪切葉輪、超音波混合器、均質器噴嘴或逆流式混合器。
CMP組成物(Q)較佳藉由分散粒子(A)、分散及/或溶解氧化劑(B)、有機化合物(C)及視情況選用之其他添加劑於水性介質(D)中來製備。
拋光方法廣為人知且可用該等方法及設備在CMP習慣用於製造具有積體電路之晶圓之條件下進行。對可進行拋光方法之設備無限制。
如此項技術中所知，CMP方法之典型設備由覆蓋有拋光墊之旋轉壓板組成。亦使用軌道拋光機。晶圓安裝在載體或夾盤上。加工之晶圓側對著拋光墊(單面拋光方法)。扣環將晶圓緊固於水平位置。
在載體下方，一般亦水平放置較大直徑之壓板且呈現與待拋光之晶圓表面平行之表面。在平坦化製程期間壓板上之拋光墊接觸晶圓表面。
為引起材料損失，晶圓壓至拋光墊上。通常使載體與壓板均圍繞自載體及壓板垂直延伸之其各自轉軸旋轉。旋轉載體轉軸可保持相對於旋轉壓板固定在位置上，或可相對於壓板水平振盪。載體之旋轉方向通常(但非必要)與 壓板之旋轉方向相同。載體及壓板之旋轉速度一般(但非必要)設定在不同值下。在本發明之CMP方法期間，CMP組成物(Q)通常呈連續流或以逐滴方式施加於拋光墊上。習慣上，壓板溫度設定在10至70℃之溫度下。
晶圓上之負載可藉由由例如鋼鐵製造之平板施加，覆蓋有常稱為背膜之軟墊。若使用更先進之設備，則用空氣或氮氣壓負載之可撓性膜將晶圓壓至墊上。當使用硬拋光墊時，此類膜載體對於低下壓力方法而言為較佳，因為與具有硬壓板設計之載體相比，晶圓上之下壓力分佈更均勻。根據本發明亦可使用有控制晶圓上之壓力分佈之選項的載體。其通常設計有許多不同腔室，該等腔室可在一定程度上彼此獨立地負載。
關於其他詳情，參考WO 2004/063301 A1，尤其第[0036]段第16頁至第[0040]段第18頁且結合圖2。
藉助於本發明之CMP方法，可獲得具有卓越功能的具有包含介電層之積體電路之晶圓。
CMP組成物(Q)可呈即用型漿料用於CMP方法中，其具有長的存放期且展示長時間的穩定粒度分佈。因此，其易於處理及儲存。其展示卓越之拋光效能，尤其高鍺及/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。因為其組分之量縮減至最小值，所以根據本發明之CMP組成物(Q)及CMP方法可以低本高效之方式使用或應用。
實施例及比較實施例
用pH電極(Schott，blue line，pH 0-14/-5…100℃/3 mol/L氯化鈉)量測pH值。
Ge-cSER(鍺層之冷靜態蝕刻速率)藉由在25℃下將1×1吋鍺試片浸入相應組成物中5分鐘且量測浸泡前後質量之損失來測定。
Ge-hSER(鍺層之熱靜態蝕刻速率)藉由在60℃下將1×1吋鍺試片浸入相應組成物中5分鐘且量測浸泡前後質量之損失來測定。
Si1-xGex-cSER(Si1-xGex層之冷靜態蝕刻速率)藉由在25℃下將1×1吋鍺試片浸入相應組成物中5分鐘且量測浸泡前後質量之損失來測定。
Si1-xGex-hSER(Si1-xGex層之熱靜態蝕刻速率)藉由在60℃下將1×1吋鍺試片浸入相應組成物中5分鐘且量測浸泡前後質量之損失來測定。
實施例中所用之無機粒子(A)
用作粒子(A)之矽石粒子為NexSilTM(Nyacol)型，其為鉀穩定之膠狀矽石，具有5至250 nm之典型粒度及20至500 m2/g之典型表面積。(A1)為NexSilTM 125K，其為鉀穩定之膠狀矽石，具有85 nm之典型粒度及35 m2/g之典型表面積。然而，亦可使用其他矽石粒子，諸如FUSO PL3及PL3D。
尤其適用於組成物之矽石奈米粒子在3-5之pH範圍下為穩定的。更確切地，此包括在pH 3-5範圍內具有負ζ電 位之矽石奈米粒子。特別適合的為在pH 4下電泳移動率超過0.3(μm/s)/(V/cm)之粒子，更確切地移動率超過0.5(μm/s)/(V/cm)，特別是超過2.5(μm/s)/(V/cm)，例如為3(μm/s)/(V/cm)之所有粒子。
CMP實驗之一般程序
為量測電泳移動率，使用來自Malvern公司之標準Zetasizer Nano裝置。量測移動率前樣品用10 mmol/1 KCl溶液稀釋500倍。量測在23℃下進行。
對於台式拋光機上之評估，選擇以下參數。
Powerpro 5000 Bühler。DF=40 N，工作台速度150 rpm，壓板速度150 rpm，漿料流速200 ml/min，20秒調節，1分鐘拋光時間，IC1000墊，金剛石調節器(3M)。
在新類型CMP組成物用於CMP前，藉由若干清掃來調節墊。為測定移除率，拋光至少3個晶圓且將自此等實驗獲得之數據求平均值。
CMP組成物在當地供應站中攪拌。
對於由CMP組成物拋光之2吋盤，使用Sartorius LA310 S天平，藉由CMP前後經塗佈之晶圓或毯覆式盤之重量差，確定鍺及/或Si1-xGex材料移除率(Ge及/或Si1-xGex-MRR)。重量差可換算成膜厚度差，因為拋光材料之密度(鍺為5.323 g/cm3)及密度(Si0.5Ge0.5為3.827 g/cm3)及表面積為已知的。膜厚度差除以拋光時間得到材料移除率之值。
對於由CMP組成物拋光之2吋盤，使用Sartorius LA310 S天平，藉由CMP前後經塗佈之晶圓或毯覆式盤之重量差， 確定氧化矽材料移除率(氧化物MRR)。重量差可換算成膜厚度差，因為拋光材料之密度(氧化矽為2.648 g/cm3)及表面積為已知的。膜厚度差除以拋光時間得到材料移除率之值。
待拋光之物件：未結構化之鍺及/或Si1-xGex晶圓
漿料製備之標準程序：
組分(A)、(B)及(C)(各自之量如表1中所指示)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值。pH值用pH組合電極(Schott,blue line 22 pH)量測。
實施例1-25(本發明方法中所用之組成物)及比較實施例V1
製備含有如表1中列出之組分的水性分散液，得到實施例1至25及比較實施例V1之CMP組成物。
實施例1至25及比較實施例V1之CMP組成物的配方及拋光效能資料在表1中給出：表1：實施例1至25及比較實施例V1之CMP組成物、其pH值、使用此等組成物化學機械拋光2′′未結構化之鍺晶圓之方法中之Ge及/或Si1-xGex-cSER、Ge及/或Si1-xGex-hSER資料以及其Ge及/或Si1-xGex-MRR及氧化物-MRR資料，其中CMP組成物之水性介質(D)為去離子水。組分(A)、(B)、(C)之量以相應CMP組成物之重量計以重量百分比(wt.%)具體說明。若除(D)以外之組分 之量以CMP組成物之重量計總共為y%，則(D)之量以CMP組成物之重量計為(100-y)%。
使用CMP組成物之此等實施例之本發明CMP方法展示改良之拋光效能。

Claims (16)

  1. 一種製造半導體裝置之方法，其包含在化學機械拋光(CMP)組成物的存在下化學機械拋光元素鍺及/或0.1x<1之Si1-xGex材料，該CMP組成物包含：(A)無機粒子、有機粒子、或其混合物或複合物，其量以該CMP組成物之重量計為0.01至5wt.%，(B)至少一種類型的氧化劑，(C)至少一種類型的包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽除外，其中{k}為1、2或3，(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(-OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、羧酸酯(-COOR2)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)、膦酸酯(-P(=O)(OR7)(OR8))、磷酸酯(-O-P(=O)(OR9)(OR10))、膦酸(-P(=O)(OH)2)、磷酸(-O-P(=O)(OH)2)部分或其質子化或去質子化形式，R1、R2、R7、R9彼此獨立地為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5、R8、R10彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基，R11、R12、R13彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳 基或芳基烷基，且R11、R12、R13不包含任何部分(Z)，R14為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R14不包含任何部分(Z)，及(D)水性介質，其中該CMP組成物具有2.5至5.5之pH值。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中{k}為2且其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該CMP組成物具有2.5至5.5之pH值且包含：(A)矽石粒子，其量以該CMP組成物之重量計為0.01至5wt.%，(B)過氧化氫，其量以該CMP組成物之重量計為0.2至5wt.%，(C)至少一種類型的包含至少兩個部分(Z)之有機化合物，其量以該CMP組成物之重量計為0.001至5wt.%，其中(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環結構之一部分的-NR3R4)、 亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)部分或其質子化或去質子化形式，R1為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R4為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R5為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基，及(D)水性介質。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中(C)為，其中當X為氧時，n為零(0)，且當X為氮時，n為一(1)，且Z1、Z2及Z3彼此獨立地為氫、C1至C8烷基、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、二級或三級C3至C8胺基烷基，其中該胺基氮可形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中該雜原子為氧或氮且該等雜原子彼此不相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基，該C2至C8胺基視情況經以下基團取代：視情況經一或多個胺基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基、C3至C8羧基烷基、氫、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、視情況經一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至 C8胺基，Z1與Z2形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中該雜原子為氧或氮，其數目為1或2，且該等雜原子彼此不相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基烷基，視情況經C1至C4烷基取代，視情況經視情況經一或多個胺基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至C8胺基，且Z3為氫、C1至C8烷基、C2至C8烯基、或C2至C8炔基，或其鹽，其條件為Z1、Z2及Z3不同為氫、C1至C8烷基或其組合。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之製造半導體裝置之方法，其包含化學機械拋光元素鍺。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之製造半導體裝置之方法，其包含化學機械拋光Si1-xGex。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該元素鍺已填充或生長在STI(淺溝槽隔離)二氧化矽之間的溝槽中。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該元素鍺具有層及/或過度生長之形狀且鍺及/或Si1-xGex含量以相應層及/或過度生長之重量計超過98%。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合 物(C)之量以該CMP組成物之重量計在0.001wt.%至5wt.%範圍內。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合物(C)為胺基羧酸或其鹽。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合物(C)為包含至少兩個羧酸(-COOH)基團之有機化合物或其鹽。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合物(C)為胺基醇、胺基醚或其鹽。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合物(C)為包含至少兩個羥基(-OH)基團之有機化合物或其鹽。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該化合物(C)為含氮雜環化合物或其鹽。
  15. 一種CMP組成物之用途，該CMP組成物包含(A)無機粒子、有機粒子、或其混合物或複合物，其量以該CMP組成物之重量計為0.01至5wt.%，(B)至少一種類型的氧化劑，(C)至少一種類型的包含至少{k}個部分(Z)的有機化合物，但陰離子為無機且唯一有機陽離子為[NR11R12R13R14]+之鹽除外，其中{k}為1、2或3，(Z)為羥基(-OH)、烷氧基(-OR1)、雜環烷氧基(作為雜環結構之一部分的-OR1)、羧酸(-COOH)、羧酸酯(-COOR2)、胺基(-NR3R4)、雜環胺基(作為雜環 結構之一部分的-NR3R4)、亞胺基(=N-R5或-N=R6)、雜環亞胺基(作為雜環結構之一部分的=N-R5或-N=R6)、膦酸酯(-P(=O)(OR7)(OR8))、磷酸酯(-O-P(=O)(OR9)(OR10))、膦酸(-P(=O)(OH)2)、磷酸(-O-P(=O)(OH)2)部分或其質子化或去質子化形式，R1、R2、R7、R9彼此獨立地為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R3、R4、R5、R8、R10彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，R6為伸烷基或芳基伸烷基，R11、R12、R13彼此獨立地為H、烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R11、R12、R13不包含任何部分(Z)，R14為烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，且R14不包含任何部分(Z)，及(D)水性介質，其中該CMP組成物具有2.5至5.5之pH值，其係用於化學機械拋光包含元素鍺及/或Si1-xGex層及/或過度生長之基板。
  16. 如申請專利範圍第15項之CMP組成物之用途，其中(C)為其中當X為氧時，n為零(0)，且當X為氮時，n為 一(1)，且Z1、Z2及Z3彼此獨立地為氫、C1至C8烷基、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、二級或三級C3至C8胺基烷基，其中該胺基氮可形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中該雜原子為氧或氮且該等雜原子彼此不相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基，該C2至C8胺基視情況經以下基團取代：視情況經一或多個胺基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基、C3至C8羧基烷基、氫、一級、二級或三級C2至C8羥基烷基、視情況經一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至C8胺基，Z1與Z2形成碳環或雜碳環不飽和或飽和5或6員環，其中該雜原子為氧或氮，其數目為1或2，且該等雜原子彼此不相鄰，視情況在一或多個碳原子上經以下基團取代：C2至C8羥基烷基、C3至C8烷氧基烷基、C3至C8羧基烷基、C2至C8胺基烷基，視情況經C1至C4烷基取代，視情況經視情況經一或多個胺基取代之一級、二級或三級C2至C4羥基烷基取代之C2至C8胺基，且Z3為氫、C1至C8烷基、C2至C8烯基、或C2至C8炔基，或其鹽，其條件為Z1、Z2及Z3不同為氫、C1至C8烷基或其組合。
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