化学机械抛光(cmp)组合物在抛光含有至少一种iii-v 族材料的基材或层中的用图
【专利说明】化学机械抛光（CMP)组合物在抛光含有至少一种I I I-V族 材料的基材或层中的用途 发明领域
[0001] 本发明涉及包含在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的负ζ电位的表面改性 二氧化硅颗粒和一种或多种下文所定义的添加剂（B)的化学机械抛光组合物的用途。本发 明还涉及一种制造半导体器件的方法，包括在所述化学机械抛光（CMP)组合物存在下化学 机械抛光基材或层。
[0002] 现有技术的说明
[0003] 在半导体工业中，化学机械抛光为用于制造高级光子、微机电和微电子材料和器 件如报道体晶片的众所周知技术。
[0004] 在用于报道体工业的材料和器件的制造过程中，使用CMP来使表面平面化。CMP利 用化学和机械作用的相互作用来实现待抛光表面的平面化。化学作用由也称为CMP组合物 或CMP淤浆的化学组合物提供。机械作用通常通过通常按压在待抛光表面上并安装于移动 压板上的抛光垫进行。该压板的移动通常是线性、旋转或轨道移动。
[0005] 在典型的CMP工艺步骤中，旋转晶片保持器使待抛光晶片与抛光垫接触。CMP组合 物通常施加在待抛光晶片和抛光垫之间。
[0006] 在现有技术中，在包含表面改性二氧化硅颗粒的CMP组合物存在下的CMP方法是 已知的且例如描述于下列参考文献中。
[0007] WO 2006/028759 Α2描述了一种用于抛光基材/使基材平面化的含水淤浆组合 物，所述基材用于在IC器件上形成金属互连的方法中。所述淤浆包含二氧化硅磨料颗粒， 其中所述磨料颗粒用选自铝酸根、锡酸根、锌酸根和铅酸根的金属酸根阴离子进行阴离子 改性/掺杂，从而对所述磨料颗粒提供高负表面电贺并提高所述淤浆组合物的稳定性。
[0008] EP 2 533 274 Al公开了一种化学机械抛光水分散体，其包含（A)包括至少一个 选自磺基及其盐的官能基团的二氧化硅颗粒，以及（B)酸性化合物。
[0009] 发明目的
[0010] 本发明的目的之一是要提供CMP组合物和CMP方法的用途，尤其用于化学机械抛 光III-V族材料，特别是用于前道工序（FEOL) IC生产中以形成晶体管，尤其是nMOS晶体管 的GaAs和InP基材并显示出改善的抛光性能，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族材料之间的可调节选择性（即所述不同III-V族材料的材料去 除率之间的高比例），例如GaAs超过InP的高选择性，
[0013] (iii) III-V族材料，例如GaAs和/或InP在CMP步骤之后的高表面质量，
[0014] (iv)安全处理以及在抛光GaAs和/或InP的情况下将危险副产物，例如有毒气体 AsHjP /或PH 3降至最小，或者
[0015] (V)⑴、（ii)、（iii)和（iv)的组合。
[0016] 尤其寻求所述用途能够将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，寻求易于应用且要求尽可能少的步骤的CMP方法。
[0018] 发明概述
[0019] 本发明的第一方面涉及化学机械抛光（CMP)组合物在抛光含有一种或多种III-V 族材料的基材或层中的用途，其中该化学机械抛光（CMP)组合物包含下列组分：
[0020] (A)在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的负ζ电位的表面改性二氧化硅颗 粒；
[0021] (B) -种或多种选自如下的成分：
[0022] (i)不具有与三唑环稠合的芳族环的取代和未取代三唑类，
[0023] (ii)苯并咪唑，
[0024] (iii)选自具有两个或更多个羧基的氨基酸、脂族羧酸及其相应盐的螯合剂，以及
[0025] (iv)丙烯酸及其相应盐的均聚物和共聚物，
[0026] (C)水；
[0027] (D)任选一种或多种其他成分；
[0028] 其中该组合物的pH为2-6。
[0029] 优选III-V族材料中的一种或至少一种或全部选自GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs， A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP，InGaP， AllnP，GaAlSb，GalnSb，GaAlAsSb 和 GalnAsSb。
[0030] 根据本发明的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括在如上文或下 文所定义的化学机械抛光（CMP)组合物存在下化学机械抛光含有一种或多种III-V族材 料的基材或层。优选III-V族材料中的一种或至少一种或全部选自GaN，GaP，GaAs，GaSb， AlAs，A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP， InGaP，AllnP，GaAlSb，GalnSb，GaAlAsSb 和 GalnAsSb。
[0031] 可以由本发明方法制造的半导体器件可以是制造成单一离散器件的那些或制造 成由许多在晶片上制造并互连的器件构成的集成电路（IC)的那些。半导体器件可以为两 端器件，例如二极管，三端器件，例如双极晶体管，四端器件，例如霍耳效应传感器或多端器 件。优选所述半导体器件为多端器件。多端器件可以是逻辑器件如集成电路和微处理器或 存储器件如随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)和相变随机存取存储器（PCRAM)。优 选所述半导体器件为多端逻辑器件。所述半导体器件尤其为集成电路或微处理器。
[0032] 优选实施方案在权利要求书和说明书中解释。应理解的是优选实施方案的组合在 本发明范围内。
[0033] 半导体器件可以由本发明方法制造。所述方法优选包括在如上文或下文所定义的 CMP组合物存在下化学机械抛光含有一种或多种III-V族材料的基材或层，优选层。
[0034] 若该III-V族材料为层状，则含于该层中的所有III-V族材料的含量基于相应 层的重量优选大于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1?^8,513)构成的材料。术语"13族"和"15族"涉及用于命名化学元素周期表中 各族的现行IUPAC国际公约。优选所述III-V族材料为GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs，A1N， InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs，AlGaAs，GaAIN，GalnN，InGaAlAs，InGaAsP，InGaP，AllnP， GaAlSb，GaInSb，GaAlAsSb 或 GalnAsSb。更优选所述 III-V 族材料为 GaN，GaP，GaAs，GaSb， InP，InAs，InSb，InGaAs 或 InAlAs。最优选所述 III-V 族材料为 GaN，GaP，GaAs，GaAs，InP 或InAs。所述III-V族材料尤其为GaAs (砷化镓）和/或InP (磷化铟）。
[0035] 在本发明中，将如上文和下文所定义的CMP组合物用于化学机械抛光含有一种或 多种III-V族材料的基材或层，优选层，优选用于化学机械抛光含有一种或多种III-V族材 料的层。若该III-V族材料为层状，则该层中所含所有III-V族材料的含量基于相应层的重 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 %。 优选所述 III-V 族材料为 GaN，GaP，GaAs，GaSb，AlAs，A1N，InP，InAs，InSb，InGaAs，InAlAs， AlGaAs， GaAIN， GalnN， InGaAlAs， InGaAsP， InGaP， AllnP， GaAlSb， GalnSb， GaAlAsSb 或 GalnAsSb。更优选所述 III-V 族材料为 GaN，GaP，GaAs，GaSb，InP，InAs，InSb，InGaAs 或 InAlAs。最优选所述 III-V 族材料为 GaN，GaP，GaAs，GaAs，InP 或 InAs。所述 III-V 族材 料尤其为GaAs (砷化镓）和/或InP (磷化铟）。
[0036] 本发明所用CMP组合物包含如下所述的组分（A)、（B)和（C)水以及任选其他组分 Φ)〇
[0037] 组分（A):在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的负ζ电位的表面改性二氧 化娃颗粒
[0038] 表面改性二氧化硅颗粒具有比-15mV更负，优选比-25mV更负，最优选比-30mV更 负的ζ电位。
[0039] 表面改性二氧化硅颗粒是二氧化硅颗粒，优选因颗粒表面改变而稳定化的胶态二 氧化硅颗粒。表面改性二氧化硅颗粒优选为无定形且未附聚的，因此通常呈未相互交联的 离散球形式并且在表面上含有羟基。胶态二氧化硅颗粒可以通过本领域已知的方法如硅酸 盐的离子交换或通过溶胶-凝胶技术（例如金属醇盐的水解或缩合或沉淀水合二氧化硅的 胶溶等）得到。
[0040] 优选组分（A)的在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的负ζ电位的表面改性 二氧化硅颗粒为经金属酸根离子阴离子改性或经磺酸改性的二氧化硅颗粒。
[0041] 在酸性条件下高度稳定的磺酸改性的水性阴离子二氧化硅溶胶例如公开于WO 2010734542 Al中。本文中磺酸改性的水性阴离子二氧化硅溶胶通过一种其中将具有可以 化学转化成磺酸基团的官能基团的硅烷偶联剂加入胶态二氧化硅中，然后将该官能基团转 化成磺酸基团的方法得到。
[0042] 本文所用术语"用金属酸根离子阴离子改性"尤其是指其中金属酸根离子（例如 M(OH) 4)掺入二氧化硅颗粒表面中置换Si (OH) 4位点并产生永久负电荷的二氧化硅颗粒， 如TO 2006/028759 A2中所解释的那样。
[0043] 优选组分（A)的在2-6的pH下具有-15mV或-15mV以下的负ζ电位的表面改性 二氧化硅颗粒为经选自铝酸根、锡酸根、锌酸根和铅酸根的金属酸根离子阴离子改性的二 氧化娃颗粒。最优选组分（A)的在2-6的pH下具有_15mV或_15mV以下的负ζ电位的表 面改性二氧化硅颗粒为经铝酸根阴离子改性的二氧化硅颗粒。该类表面改性二氧化硅颗粒 例如公开于WO 2006/7028759 Α2中。
[0044] 颗粒（A)通常可以以可变量含于本发明所用CMP组合物中。优选（A)的量不大于 30重量％ (重量％在每种情况下表示"重量百分数")，更优选不大于5重量％，最优选不大 于3重量％，特别优选不大于2. 5