锗的化学机械抛光制造技术

描述了对锗进行平坦化/抛光的方法。所述方法包括以下步骤：利用包含氧化剂、颗粒状研磨剂、及锗蚀刻抑制剂的水性化学机械抛光(CMP)组合物研磨含锗的基板的表面。所述锗蚀刻抑制剂选自水溶性聚合物、具有非酸性侧链的氨基酸、双吡啶化合物、以及其中两种或更多种的组合。所述聚合物可为包含碱性氮基、酰胺基、或其组合的阳离子型或非离子型聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年6月18日提交的美国专利申请14/308,587的优先权。该优先权申请的内容在此全文引入作为参考。
本专利技术涉及化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地说，本专利技术涉及用于对锗进行CMP移除的方法。
技术介绍
用于基板表面的CMP的组合物及方法是本领域所公知的。用于对各种基板(例如，集成电路制造中的半导体基板)进行化学机械抛光/平坦化的组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料、及CMP组合物)典型地包含研磨剂、各种添加剂化合物、以及类似物。在常规CMP技术中，将基板载具或抛光头安装在载具组件上并定位成与CMP设备中的抛光垫接触。该载具组件对该基板提供可控的压力，迫使该基板抵靠该抛光垫。使该垫与载具(带有其所连接的基板)相对于彼此移动。所述垫与基板的相对移动用以研磨基板的表面从而自该基板表面移除一部分材料，由此抛光该基板。典型地，通过抛光组合物的化学活性(例如，通过氧化剂、酸、碱、或者CMP组合物中所存在的其它添加剂)和/或悬浮于该抛光组合物中的研磨剂的机械活性来进一步辅助基板表面的抛光。典型的研磨剂材料包括二氧化硅(硅二氧化物)、铈氧化物、铝氧化物、锆氧化物、以及锡氧化物。归因于锗相对于硅的较高的电子迁移率及空穴迁移率，锗在用于集成电路(IC)的先进金属氧化物半导体(MOS)晶体管结构中(例如在利用浅沟槽隔离(STI)技术的设计中)是有用的半导体材料。为了在当前的集成电路设计参数下制造可接受的MOS结构，需要在氧化条件下对锗进行平坦化。不幸地，锗氧化物是高度可溶的，导致在氧化剂(例如过氧化氢)的存在下的高的静态蚀刻速率(SER)。当使用包含过氧化氢或其它氧化剂的CMP组合物对锗进行平坦化时，所述高的SER进而产生凹陷问题(这可严重地限制了将锗用于先进IC设计的选择自由)。过去，已经对于将阳离子型表面活性剂作为锗蚀刻抑制剂进行了评估；然而，这样的材料在CMP期间产生起泡问题(这严重地限制了它们的实际实用性)。本文所述的方法通过在CMP浆料中使用不会遭受阳离子型表面活性剂的起泡问题并且提供用于先进的锗IC应用的适宜的低粗糙度表面及最小凹陷的某些锗蚀刻抑制剂材料来解决与锗CMP相关的蚀刻及凹陷问题。
技术实现思路
描述了对锗进行平坦化/抛光的方法。所述方法包括利用水性CMP组合物来研磨含锗的基板的表面的步骤，所述水性CMP组合物包含氧化剂(例如，约0.5至约4重量百分数(重量％)的过氧化氢)、颗粒状研磨剂诸如胶态氧化硅(硅石，silica)(例如，浓度在约0.1至约5重量％、优选约0.5至约3重量％范围内)、以及锗蚀刻抑制剂。所述锗蚀刻抑制剂选自水溶性聚合物、具有非酸性侧链的氨基酸、双吡啶(bis-pyridine)化合物、以及其中两种或更多种的组合。该水溶性聚合物可为包含碱性氮基、酰胺基、或其组合的阳离子型或非离子型的聚合物。这些基团可为沿着聚合物骨架(例如，烃、酯、酰胺、或醚骨架)设置的取代基，这些基团可形成聚合物骨架的部分(例如，如在一些聚酰亚胺中那样的)，或者，这些基团可为前述两种情况。在一些实施方式中，该聚合物包含：碱性氮基，其选自伯氨基、仲氨基、叔氨基、季氨基、以及其中两种或更多种的组合；和/或，碱性氮杂环基，诸如吡啶、咪唑、或者它们的季铵化形式。在一些其它实施方式中，该聚合物包含选自以下的酰胺基：-C(＝O)NH2、-C(＝O)NHR、-C(＝O)NR2、以及其中两种或更多种的组合，所述酰胺基典型地作为在烃(例如，“聚乙烯基”或“聚烯烃”)骨架上的取代基，例如，聚丙烯酰胺化合物，其中，各R独立地为烃部分(例如，低级烷基，诸如甲基、乙基、丙基等)。在又一其它实施方式中，该聚合物可包含酰胺基及碱性氮基。带有-C(＝O)NH2和/或-C(＝O)NHR酰胺基的聚丙烯酰胺类非离子型聚合物是用于本文所述组合物及方法中的优选的非离子型聚合物。这样的材料的非限制性实例包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、PAM共聚物、以及类似物。有用的阳离子型聚合物包括选自以下的一种或多种聚合物：聚卤化(二烯丙基二甲基铵)(诸如聚氯化(二烯丙基二甲基铵)(聚DADMAC))、聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)(诸如聚氯化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)(聚MADQUAT))、聚(二甲胺-共-表氯醇-共-乙二胺)(聚DEE)、以及类似物。在一些实施方式中，该阳离子型聚合物可包含酰胺基和碱性氮基这两者，例如，如在丙烯酰胺(AAm)和DADMAC的共聚物(诸如聚AAm-共-DADMAC)中那样的。在一些优选实施方式中，所述聚合物以在约10至约2000百万分率(ppm)范围内的浓度存在于CMP组合物中。基于氨基酸的锗蚀刻抑制剂是具有非酸性侧链的氨基酸。在某些情况中，所述氨基酸优选具有碱性侧链、疏水性侧链，和/或，具有6或更高的等电点。这样的氨基酸的非限制性实例包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸、甘氨酸、β-丙氨酸、缬氨酸、以及N-(2-羟基-1,1-双(羟甲基)乙基)甘氨酸)(也称为三(羟甲基)甲基甘氨酸(tricine))。优选地，氨基酸以在约50至约5000ppm范围内的浓度存在于组合物中。双吡啶型Ge蚀刻抑制剂是包含经由以下方式连接在一起的两个吡啶基团的化合物：经由共价键(即，联吡啶(bipyridyl)化合物)；或者，通过1～3个碳的连接基团。在一些实施方式中，Ge蚀刻抑制剂包含至少一种选自4,4'-三亚甲基二吡啶(dipyridine)、1,2-双(4-吡啶基)乙烷、2,2'-联吡啶、及1,2-双(2-吡啶基)乙烯的化合物。优选地，如果使用双吡啶化合物的话，则其以在约50至约5000ppm范围内的浓度存在于组合物中。在一个实施方式中，颗粒状研磨剂(例如胶态氧化硅)以在约0.5至约3重量％范围内的浓度存在于CMP组合物中，而且，聚合物以约10至约1000ppm的浓度存在。在其它实施方式中，CMP组合物包含约0.5至约3重量％的研磨剂(例如胶态氧化硅)以及约50至约5000ppm的氨基酸。在又一其它实施方式中，CMP组合物包含约0.5至约3重量％的研磨剂(例如胶态氧化硅)、约10至约1000ppm的聚合物、以及约50至约5000ppm的氨基酸。本文所述的方法适用于对Ge及SixGe(1-x)(其中x＝约0.1至约0.9)材料进行平坦化并且提供令人惊奇的良好的锗移除速率，不会因锗蚀刻和低表面粗糙度而发生显著凹陷，不会在CMP工艺期间产生起泡问题。附图说明图1提供了这样的图，其比较了针对包含不同的聚合物型Ge蚀刻抑制剂化合物的CMP组合物观测得到的Ge的静态蚀刻速率(SER)。图2提供了针对包含不同浓度的聚MADQUAT(ALCO4773)的CMP组合物观测得的GeSER、以及Ge和硅氧化物(Ox)的移除速率、以及Ge/Ox的选择性的图。图3提供了这样的图，其比较了针对包含不同氨基酸及吡啶Ge蚀刻抑制剂化合物的CMP组合物观测得的Ge的静态蚀刻速率(SER)。具体实施方式可用于本文所述方法中的CMP组合物包括在水性载剂中的锗蚀刻抑制剂(例如，水溶性的非离子型聚合物、水溶性的阳离子型聚合物、及氨基酸、双吡啶化合物、或者其中两种或更多种的组合)、氧化剂(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
对锗进行抛光的方法，包括利用包含氧化剂、颗粒状研磨剂、及锗蚀刻抑制剂的水性化学机械抛光(CMP)组合物来研磨含锗的基板的表面的步骤，所述锗蚀刻抑制剂选自水溶性聚合物、具有非酸性侧链的氨基酸、双吡啶化合物、以及其中两种或更多种的组合；其中所述水溶性聚合物包含含有碱性氮基、酰胺基、或其组合的阳离子型或非离子型聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.22 US 14/308,5871.对锗进行抛光的方法，包括利用包含氧化剂、颗粒状研磨剂、及锗蚀刻抑制剂的水性化学机械抛光(CMP)组合物来研磨含锗的基板的表面的步骤，所述锗蚀刻抑制剂选自水溶性聚合物、具有非酸性侧链的氨基酸、双吡啶化合物、以及其中两种或更多种的组合；其中所述水溶性聚合物包含含有碱性氮基、酰胺基、或其组合的阳离子型或非离子型聚合物。2.权利要求1的方法，其中，所述水溶性聚合物包含选自以下的氮基：伯氨基、仲氨基、叔氨基、季氨基、以及其中两种或更多种的组合。3.权利要求1的方法，其中，所述水溶性聚合物包含选自以下的酰胺基：-C(＝O)NH2、-C(＝O)NHR、-C(＝O)NR2、以及其中两种或更多种的组合，其中，各R独立地为烃部分。4.权利要求1或3的方法，其中，所述CMP组合物包括含有-C(＝O)NH2酰胺基的聚丙烯酰胺非离子型聚合物。5.权利要求1的方法，其中，所述CMP组合物包含阳离子型聚合物。6.权利要求5的方法，其中，所述阳离子型聚合物包含选自以下的一种或多种聚合物：聚氯化(二烯丙基二甲基铵)(聚DADMAC)、聚氯化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)(聚MADQUAT)、聚(二甲基胺-共-表氯醇-共-乙二胺)(聚DEE)、以及丙烯酰胺与DADMAC的共聚物。7.权利要求1-6中任一项的方法，其中，所述CMP组合物包含具有碱性侧链的氨基酸。8.权利要求1-6中任一项的方法，其中，所述CMP组合物包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡智斌，叶铭智，G怀特纳，吕龙岱，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：美国;US