专利名称：用来对锗-锑-碲合金进行抛光的化学机械抛光组合物和方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光组合物及其使用方法。更具体来说，本发明涉及用来对包含锗-锑-碲相变合金的基片进行抛光的化学机械抛光组合物。
背景技术：
使用相变材料的相变随机存取存储器(PRAM)设备已经成为下一代存储器设备的首选，其中的相变材料可以在通常为非晶态的绝缘材料和通常为晶态的导电材料之间发生电转变。所述下一代PRAM设备可以代替常规的固态存储设备，例如动态随机存取存储器-DRAM-设备；静态随机存取存储器一SRAM-设备，可擦可编程只读存储器一EPR0M-设备，以及电可擦可编程只读存储器一EEPR0M-设备，它们为每个存储位使用微电子电路元 件。这些常规的固态存储器设备占用了大量的芯片空间来存储信息，从而限制了芯片密度；而且编程也相对较慢。可用于PRAM设备的相变材料包括硫属化物材料，例如锗-碲(Ge-Te)和锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)相变合金。PRAM设备的制造包括化学机械抛光步骤，在此步骤中，选择性地除去硫属化物相变材料，并使设备表面平面化。在硫属化物相变合金膜中，碲倾向于具有较高的移动性。在CMP条件下，碲可能在平面化过程中倾向于迁移并聚集在晶片表面上。这会导致在晶片上不同的位置，膜具有不均匀的组成和表面特性。Dysard等在美国专利申请公开第20070178700号中揭示了一种用来对包含硫属化物相变材料的基片进行抛光的抛光组合物。Dysard等揭示了一种用来对包含相变合金的基片进行抛光的化学机械抛光组合物，该组合物包含(a)含量不大于约3重量％的颗粒磨料；(b)能够与所述相变合金、相变合金的组分、或者由所述相变合金在化学机械抛光过程中形成的物质螯合的至少一种螯合剂；(C)用于该组合物的水性载剂。人们仍然一直需要开发具有以下性质的新的化学机械抛光(CMP)组合物该组合物能够以高去除速率选择性除去相变材料，同时还能够提供减少的总缺陷和Te残余缺陷。
发明内容
本发明提供了一种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的选自乙二胺四乙酸及其盐的材料；0. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去。
本发明还提供了一种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的乙二胺四乙酸或其盐；0. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和所述基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率>1，000A/分钟:台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫。本发明还提供了用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的乙二胺四 乙酸或其盐；0. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中；所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率之1，000A/分钟:台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫；所述化学机械抛光组合物促进获得锗-锑-碲相变合金去除速率之1,000 A/分钟，并且抛光后的SPl缺陷计数(> O. 16微米)(300。本发明还提供了用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的乙二胺四乙酸或其盐；O. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率&1，000Α/分钟:台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫；所述化学机械抛光组合物便于获得锗-锑-碲相变合金去除速率,000 A/分钟，并且抛光后的SPl缺陷计数(> O. 16微米)(300 ;其中< 200个抛光后SPl缺陷是碲残余缺陷。本发明还提供了用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的乙二胺四乙酸或其盐；O. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率^l,000A/分钟:台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫；所述化学机械抛光组合物便于获得锗-锑-碲相变合金去除速率之1,000 A/分钟，并且抛光后的SPI缺陷计数(> O. 16微米)(300 ;其中< 200个抛光后SPl缺陷是碲残余缺陷；所述基片还包 含Si3N4 ;将至少一部分Si3N4从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性彡15 I。本发明还提供了用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％的磨料；0. 001-5重量％的乙二胺四乙酸或其盐；O. 001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ;提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率>1,000A/分钟:台板转速60转/分钟,支架转速55转/分钟,化学机械抛光组合物的流速为200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫；所述化学机械抛光组合物便于获得锗-锑-碲相变合金去除速率,000 A/分钟，并且抛光后的SPI缺陷计数(> O. 16微米)< 300 ;其中< 200个抛光后SPl缺陷是碲残余缺陷；所述基片还包含原硅酸四乙酯(TEOS);将至少一部分TEOS从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性> 15 I。
具体实施例方式本发明的化学机械抛光法可以用来对包含硫属化物相变合金的基片进行抛光。用于本发明方法的化学机械抛光组合物能够以优于基片上其他材料的选择性以及低的总缺陷和低的碲残余缺陷提供高的硫属化物相变合金去除速率。适合用于本发明的化学机械抛光的方法的基片包含锗-锑-碲(GST)相变合金。
适合用于本发明的化学机械抛光法的基片任选还包含选自下组的另外的材料磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼-磷硅酸盐玻璃(BPSG)、未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、旋涂玻璃(SOG)、原硅酸四乙酯(TEOS)、等离子体增强的TEOS(PETEOS)、可流动氧化物(FOx)、高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)氧化物、以及氮化硅(例如Si3N4)。较佳的是，所述基片还包含选自Si3N4和TEOS的另外的材料。适合用于本发明的化学机械抛光方法的化学机械抛光组合物的磨料包括例如无机氧化物、无机氢氧化物、无机氢氧氧化物(inorganic hydroxide oxide)、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、聚合物颗粒、以及包含至少一种上述物质的混合物。合适的无机氧化物包括例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化锰(MnO2)、氧化钛(TiO2),或者包含至少一种上述氧化物的组合。如果需要，也可使用这些无机氧化物的改性形式，例如有机聚合物涂覆的无机氧化物颗粒和无机物涂覆的颗粒。合适的金属碳化物、硼化物和氮化物包括例如碳化娃、氮化娃、碳氮化娃(SiCN)、碳化硼、碳化钨、碳化锆、硼化铝、碳化钽、碳化钛、或包含上述金属碳化物、硼化物和氮化物中的至少一种的组合。较佳的是，所用的磨料是胶态二氧化硅磨料。更佳的是，所用的磨料是平均粒度为1-200纳米(更优选100-150纳米，最优选110-130纳米)的胶态二氧化硅，所述平均粒 度通过众所周知的激光散射技术测定。用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物优选包含以下含量的磨料作为初始组分0. 1-5重量％，更优选O. 5-4重量更优选1-4重量％,更加优选3-4重量％。较佳的是，所述磨料是胶态二氧化硅磨料。最佳的是，本发明的化学机械抛光组合物包含3-4重量％的平均粒度为110-130纳米的胶态二氧化硅磨料作为初始组分。较佳的是，用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物包含O. 001-5重量％ (更优选O. 01-5重量％，最优选O. 15-0. 25重量％)的选自乙二胺四乙酸及其盐(例如二水合乙二胺四乙酸二钾盐)的材料作为初始组分。较佳的是，用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物包含以下含量的 氧化剂作为初始组分0. 001-3重量％，更优选O. 01-3重量％，更加优选O. 05-1重量％，最优选O. 25-0. 75重量％。较佳的是，氧化剂是过氧化氢。最优选的是，用于本发明的化学机械抛光方法的化学机械抛光组合物包含O. 25-0. 75重量％的过氧化氢作为初始组分。较佳的是，本发明的化学机械抛光法中使用的化学机械抛光组合物中包含的水是去离子水和蒸馏水中的至少一种，以限制附带的杂质。用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物任选还包含选自pH调节剂、分散剂、表面活性剂、缓冲剂和杀生物剂的另外的添加剂。用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物的pH值为7. 1-12，优选为7. 5-10，更优选7. 5-9，最优选为7. 5-8. 5。适用于调节本发明的化学机械抛光组合物的pH值的酸包括例如硝酸、硫酸和盐酸。适用于调节本发明的化学机械抛光组合物的pH值的碱包括例如氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化四甲基铵和四甲基碳酸氢铵，优选氢氧化四甲基铵。任选地，在本发明的化学机械抛光法中，所述基片还包含Si3N4 ;将至少一部分Si3N4从所述基片除去；所使用的化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性彡10 I (更优选彡15 I ;最优选彡18 I)。
任选地，在本发明的化学机械抛光法中，所述基片还包含原硅酸四乙酯(TEOS)；将至少一部分TEOS从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性彡10 I (优选彡15 I)。较佳的是，本发明的化学机械抛光法包括提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金；提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；0. 1-5重量％ (优选O. 5-4重量更优选1-4重量最优选3-4重量％ )的磨料(较佳的是，所述磨料是平均粒度为1-200纳米，更优选100-150纳米，最优选110-130纳米的胶态二氧化硅磨料)；0· 001-5重量％ (优选O. 01-5重量％，更优选O. 15-0. 25重量％ )的选自乙二胺四乙酸及其盐的材料；以及O. 001-3重量％ (优选O. 01-3重量％，更优选O. 05-1重量％，最优选O. 25-0. 75重量％ )的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢；其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12(优选7. 5-10，更优 选7. 5-9,最优选7. 5-8. 5);提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触；在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或者界面附近，将化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去；在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率^l,000A/分钟(优选之1,200A/分钟):台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物流速200毫升/分钟，标称向下压力为8. 27千帕(I. 2磅/平方英寸)，所述化学机械抛光垫包括含有聚合空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫；所述化学机械抛光组合物便于获得所述锗-锑-碲相变合金去除速率^l,000A/分钟(优选^1,200 A/分钟)，并且抛光后的SPl缺陷计数(>
O.16微米)< 300 (更优选0-300，最优选0-270);其中< 200个(更优选0-200，最优选0-185)抛光后SPl缺陷是碲残留缺陷；任选地，所述基片还包含Si3N4，将至少一部分Si3N4从基片除去，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性^ 15 1(优选彡18 I);任选地，所述基片还包含原硅酸四乙酯(TEOS)，将至少一部分TEOS从所述基片除去，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性彡15 I0现在将在以下实施例中详细描述本发明的一些实施方式。实施例化学机械抛光组合物测试的化学机械抛光组合物(CMPC)如表I所述。所述化学机械抛光组合物A-D是比较配方，不包括在要求保护的本发明的范围之内。激权利要求
1.ー种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括 提供基片，所述基片包含锗-锑-碲相变合金； 提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成 水； 0.1-5重量％的磨料； 0.001-5重量％的选自こニ胺四こ酸及其盐的材料； 0.001-3重量％的氧化剂，所述氧化剂是过氧化氢； 其中，所述化学机械抛光组合物的PH值为7. 1-12 ； 提供化学机械抛光垫； 在化学机械抛光垫和基片之间的界面处形成动态接触； 在所述化学机械抛光垫和基片之间的界面处或界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上； 将至少一部分所述锗-锑-碲相变合金从所述基片除去。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述基片还包含Si3N4;所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态ニ氧化硅磨料；将至少一部分所述Si3N4从基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性> 10 I。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述基片还包含原硅酸四こ酷，即TEOS;所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态ニ氧化硅磨料；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性> 10 I0
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述磨料是平均粒度为110-130纳米的胶态ニ氧化硅磨料，在200毫米的抛光机上在以下条件下，所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金去除速率と1，000A/分钟:台板转速60转/分钟，支架转速55转/分钟，化学机械抛光组合物的流速200毫升/分钟，标称向下压カ为8. 27千帕，即I. 2磅/平方英寸，所述化学机械抛光垫包括含有聚合物空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸溃的无纺织物子垫。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在干，所述基片还包含Si3N4;将至少一部分所述Si3N4从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性彡15 I0
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基片还包含原硅酸四こ酷，即TEOS;将至少一部分所述TEOS从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性彡15 I。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述化学机械抛光组合物促进获得锗-锑-碲相变合金去除速率と1,000 A/分钟，并且抛光后的SPl缺陷计数(>0.16微米)(300。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在干，小于或等于200个的所述抛光后SPl缺陷是碲残留缺陷。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在干，所述基片还包含Si3N4;将至少一部分所述Si3N4从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/Si3N4去除速率选择性彡15 I0
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基片还包含原硅酸四こ酷，即TEOS ;将至少一部分所述TEOS从所述基片除去；所述化学机械抛光组合物显示出锗-锑-碲相变合金/TEOS去除速率选择性彡15 I。
全文摘要
一种用来对包含锗-锑-碲硫属化物相变合金(GST)的基片进行化学机械抛光的方法，该方法使用化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物主要由以下作为初始组分的物质组成水；磨料；选自乙二胺四乙酸及其盐的材料；氧化剂；所述化学机械抛光组合物促进获得高的GST去除速率，并且缺陷率低。
文档编号B24B37/00GK102756326SQ20121013913
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月26日 优先权日2011年4月28日
发明者K-A·K·雷迪, 张广云, 李在锡, 郭毅 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司