化學機械拋光(cmp)組合物在拋光含有至少一種iii-v 族材料的基材或層中的用圖
【專利說明】化學機械拋光（CMP)組合物在拋光含有至少一種I I I-V族 材料的基材或層中的用途 發明領域
[0001] 本發明涉及包含在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的負ζ電位的表面改性 二氧化硅顆粒和一種或多種下文所定義的添加劑（B)的化學機械拋光組合物的用途。本發 明還涉及一種制造半導體器件的方法，包括在所述化學機械拋光（CMP)組合物存在下化學 機械拋光基材或層。
[0002] 現有技術的說明
[0003] 在半導體工業中，化學機械拋光為用于制造高級光子、微機電和微電子材料和器 件如報道體晶片的眾所周知技術。
[0004] 在用于報道體工業的材料和器件的制造過程中，使用CMP來使表面平面化。CMP利 用化學和機械作用的相互作用來實現待拋光表面的平面化。化學作用由也稱為CMP組合物 或CMP淤漿的化學組合物提供。機械作用通常通過通常按壓在待拋光表面上并安裝于移動 壓板上的拋光墊進行。該壓板的移動通常是線性、旋轉或軌道移動。
[0005] 在典型的CMP工藝步驟中，旋轉晶片保持器使待拋光晶片與拋光墊接觸。CMP組合 物通常施加在待拋光晶片和拋光墊之間。
[0006] 在現有技術中，在包含表面改性二氧化硅顆粒的CMP組合物存在下的CMP方法是 已知的且例如描述于下列參考文獻中。
[0007] WO 2006/028759 Α2描述了一種用于拋光基材/使基材平面化的含水淤漿組合 物，所述基材用于在IC器件上形成金屬互連的方法中。所述淤漿包含二氧化硅磨料顆粒， 其中所述磨料顆粒用選自鋁酸根、錫酸根、鋅酸根和鉛酸根的金屬酸根陰離子進行陰離子 改性/摻雜，從而對所述磨料顆粒提供高負表面電賀并提高所述淤漿組合物的穩定性。
[0008] EP 2 533 274 Al公開了一種化學機械拋光水分散體，其包含（A)包括至少一個 選自磺基及其鹽的官能基團的二氧化硅顆粒，以及（B)酸性化合物。
[0009] 發明目的
[0010] 本發明的目的之一是要提供CMP組合物和CMP方法的用途，尤其用于化學機械拋 光III-V族材料，特別是用于前道工序（FEOL) IC生產中以形成晶體管，尤其是nMOS晶體管 的GaAs和InP基材并顯示出改善的拋光性能，尤其是
[0011] ⑴III-V族材料，例如GaAs和/或InP的高材料去除率（MRR)，
[0012] (ii)不同III-V族材料之間的可調節選擇性（即所述不同III-V族材料的材料去 除率之間的高比例），例如GaAs超過InP的高選擇性，
[0013] (iii) III-V族材料，例如GaAs和/或InP在CMP步驟之后的高表面質量，
[0014] (iv)安全處理以及在拋光GaAs和/或InP的情況下將危險副產物，例如有毒氣體 AsHjP /或PH 3降至最小，或者
[0015] (V)⑴、（ii)、（iii)和（iv)的組合。
[0016] 尤其尋求所述用途能夠將III-V族材料整合到性能值小于16nm的高迀移率器件 中。
[0017] 此外，尋求易于應用且要求盡可能少的步驟的CMP方法。
[0018] 發明概述
[0019] 本發明的第一方面涉及化學機械拋光（CMP)組合物在拋光含有一種或多種III-V 族材料的基材或層中的用途，其中該化學機械拋光（CMP)組合物包含下列組分：
[0020] (A)在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的負ζ電位的表面改性二氧化硅顆 粒；
[0021] (B) -種或多種選自如下的成分：
[0022] (i)不具有與三唑環稠合的芳族環的取代和未取代三唑類，
[0023] (ii)苯并咪唑，
[0024] (iii)選自具有兩個或更多個羧基的氨基酸、脂族羧酸及其相應鹽的螯合劑，以及
[0025] (iv)丙烯酸及其相應鹽的均聚物和共聚物，
[0026] (C)水；
[0027] (D)任選一種或多種其他成分；
[0028] 其中該組合物的pH為2-6。
[0029] 優選III-V族材料中的一種或至少一種或全部選自GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs， A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP，InGaP， AllnP，GaAlSb，GalnSb，GaAlAsSb 和 GalnAsSb。
[0030] 根據本發明的另一方面，提供了一種制造半導體器件的方法，包括在如上文或下 文所定義的化學機械拋光（CMP)組合物存在下化學機械拋光含有一種或多種III-V族材 料的基材或層。優選III-V族材料中的一種或至少一種或全部選自GaN，GaP，GaAs，GaSb， AlAs，A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP， InGaP，AllnP，GaAlSb，GalnSb，GaAlAsSb 和 GalnAsSb。
[0031] 可以由本發明方法制造的半導體器件可以是制造成單一離散器件的那些或制造 成由許多在晶片上制造并互連的器件構成的集成電路（IC)的那些。半導體器件可以為兩 端器件，例如二極管，三端器件，例如雙極晶體管，四端器件，例如霍耳效應傳感器或多端器 件。優選所述半導體器件為多端器件。多端器件可以是邏輯器件如集成電路和微處理器或 存儲器件如隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)和相變隨機存取存儲器（PCRAM)。優 選所述半導體器件為多端邏輯器件。所述半導體器件尤其為集成電路或微處理器。
[0032] 優選實施方案在權利要求書和說明書中解釋。應理解的是優選實施方案的組合在 本發明范圍內。
[0033] 半導體器件可以由本發明方法制造。所述方法優選包括在如上文或下文所定義的 CMP組合物存在下化學機械拋光含有一種或多種III-V族材料的基材或層，優選層。
[0034] 若該III-V族材料為層狀，則含于該層中的所有III-V族材料的含量基于相應 層的重量優選大于90 %，更優選大于95 %，最優選大于98 %，特別是大于99 %，例如大于 99. 9%。III-V族材料為由至少一種13族元素（包括Al，Ga，In)和至少一種15族元素 (包括1?^8,513)構成的材料。術語"13族"和"15族"涉及用于命名化學元素周期表中 各族的現行IUPAC國際公約。優選所述III-V族材料為GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs，A1N， InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP，InGaP，AllnP， GaAlSb，GaInSb，GaAlAsSb 或 GalnAsSb。更優選所述 III-V 族材料為 GaN，GaP，GaAs，GaSb， InP，InAs，InSb，InGaAs 或 InAlAs。最優選所述 III-V 族材料為 GaN，GaP，GaAs，GaAs，InP 或InAs。所述III-V族材料尤其為GaAs (砷化鎵）和/或InP (磷化銦）。
[0035] 在本發明中，將如上文和下文所定義的CMP組合物用于化學機械拋光含有一種或 多種III-V族材料的基材或層，優選層，優選用于化學機械拋光含有一種或多種III-V族材 料的層。若該III-V族材料為層狀，則該層中所含所有III-V族材料的含量基于相應層的重 量優選大于90 %，更優選大于95 %，最優選大于98 %，特別是大于99 %，例如大于99. 9 %。 優選所述 III-V 族材料為 GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs，A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs， AlGaAs， GaAIN， GalnN， InGaAlAs， InGaAsP， InGaP， AllnP， GaAlSb， GalnSb， GaAlAsSb 或 GalnAsSb。更優選所述 III-V 族材料為 GaN，GaP，GaAs，GaSb，InP，InAs，InSb，InGaAs 或 InAlAs。最優選所述 III-V 族材料為 GaN，GaP，GaAs，GaAs，InP 或 InAs。所述 III-V 族材 料尤其為GaAs (砷化鎵）和/或InP (磷化銦）。
[0036] 本發明所用CMP組合物包含如下所述的組分（A)、（B)和（C)水以及任選其他組分 Φ)〇
[0037] 組分（A):在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的負ζ電位的表面改性二氧 化娃顆粒
[0038] 表面改性二氧化硅顆粒具有比-15mV更負，優選比-25mV更負，最優選比-30mV更 負的ζ電位。
[0039] 表面改性二氧化硅顆粒是二氧化硅顆粒，優選因顆粒表面改變而穩定化的膠態二 氧化硅顆粒。表面改性二氧化硅顆粒優選為無定形且未附聚的，因此通常呈未相互交聯的 離散球形式并且在表面上含有羥基。膠態二氧化硅顆粒可以通過本領域已知的方法如硅酸 鹽的離子交換或通過溶膠-凝膠技術（例如金屬醇鹽的水解或縮合或沉淀水合二氧化硅的 膠溶等）得到。
[0040] 優選組分（A)的在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的負ζ電位的表面改性 二氧化硅顆粒為經金屬酸根離子陰離子改性或經磺酸改性的二氧化硅顆粒。
[0041] 在酸性條件下高度穩定的磺酸改性的水性陰離子二氧化硅溶膠例如公開于WO 2010734542 Al中。本文中磺酸改性的水性陰離子二氧化硅溶膠通過一種其中將具有可以 化學轉化成磺酸基團的官能基團的硅烷偶聯劑加入膠態二氧化硅中，然后將該官能基團轉 化成磺酸基團的方法得到。
[0042] 本文所用術語"用金屬酸根離子陰離子改性"尤其是指其中金屬酸根離子（例如 M(OH) 4)摻入二氧化硅顆粒表面中置換Si (OH) 4位點并產生永久負電荷的二氧化硅顆粒， 如TO 2006/028759 A2中所解釋的那樣。
[0043] 優選組分（A)的在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的負ζ電位的表面改性 二氧化硅顆粒為經選自鋁酸根、錫酸根、鋅酸根和鉛酸根的金屬酸根離子陰離子改性的二 氧化娃顆粒。最優選組分（A)的在2-6的pH下具有_15mV或_15mV以下的負ζ電位的表 面改性二氧化硅顆粒為經鋁酸根陰離子改性的二氧化硅顆粒。該類表面改性二氧化硅顆粒 例如公開于WO 2006/7028759 Α2中。
[0044] 顆粒（A)通常可以以可變量含于本發明所用CMP組合物中。優選（A)的量不大于 30重量％ (重量％在每種情況下表示"重量百分數")，更優選不大于5重量％，最優選不大 于3重量％，特別優選不大于2. 5