锗-锑-碲化学机械抛光浆料制造技术

本发明专利技术提供适用于抛光含有锗-锑-碲(GST)合金的基板的化学机械抛光(CMP)组合物。本发明专利技术的CMP组合物为包含粒状研磨剂、水溶性表面活性剂、络合剂、及腐蚀抑制剂的含水浆料。基于该粒状研磨剂的ζ电位选择表面活性材料的离子特性(例如，阳离子型、阴离子型、或非离子型)。还公开了使用该组合物抛光含有GST合金的基板的CMP方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于抛光相变合金的化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地说，本专利技术涉及用于抛光锗-锑-碲(GST)合金的CMP组合物及方法。
技术介绍
在存储应用中，典型的固态存储器件(动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))对于各存储位采用微电子电路元件。由于对于各存储位需要一个或多个电子电路元件，因此这些器件消耗相当大的芯片空间以存储信息，限制了芯片密度。对于典型的非易失性存储元件(例如EEPROM，即闪存)，采用浮栅场效应晶体管作为数据存储器件。这些器件在该场效应晶体管的栅极上保持电荷以存储各存储位并具有有限的可再编程性。而且它们编程缓慢。相变存取存储器(也称为PRAM或双向存储器件)使用可在绝缘的非晶状态与导电的晶体状态之间进行电切换的相变材料(PCM)以用于电子存储应用。适合用于这些应用的典型材料利用各种硫属化物(VIB族)和周期表的VB族元素(例如Te、Po及Sb)以及In、Ge、Ga、Sn或Ag中的一种或多种(有时称为“相变合金”)。特别有用的相变合金是锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)合金(GST合金)，例如具有式Ge2Sb2Te5的合金(GST225)。这些材料可取决于加热/冷却速率、温度及时间可逆地改变物理状态。用于化学机械抛光(CMP)基板表面的组合物和方法在本领域中是公知的。用于半导体基板(例如集成电路)的含金属的表面的CMP的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)典型地含有氧化剂、各种添加剂化合物、研磨剂等。在常规的CMP技术中，在CMP装置中，将基板夹持器(carrier)或抛光头安装在夹持器组件上，且将其定位成与抛光垫接触。该夹持器组件提供对基板的可控制的压力，迫使基板抵靠着抛光垫。使该垫与具有附着的基板的夹持器相对彼此移动。该垫与基板的相对移动用于研磨该基板的表面以从该基板表面移除一部分材料，由此抛光该基板。典型地进一步通过抛光组合物的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性来协助基板表面的抛光。越来越多地使用具有相对于GST225的增多的锑量和减少的碲量的GST合金作为电子电路中的相变合金。这些富锑GST合金相对于常规的GST合金是“更软”的，因为较低的碲含量使得GST合金更易于氧化和移除。采用常规CMP技术抛光这些富锑GST合金导致在经抛光的GST合金的表面上的不可接受的高程度的缺陷及变形。对于可用于抛光“更软”的富锑GST合金且限制表面缺陷的具有比常规CMP组合物低的GST移除速率的CMP组合物和技术存在显著需求。用于移除GST合金的常规CMP组合物和技术通常设计成移除GST层并同时避免或最小化介电材料诸如氮化硅(Si3N4)的移除。GST层的移除速率与介电基底层的移除速率的比率称为对于在CMP加工期间GST相对于电介质的移除的“选择性”或“移除速率比率”。先前，认为GST层的移除速率必定大大地超过介电层的移除速率(例如，高的GST选择性)，使得抛光在电介质的升高部分被暴露时有效地停止。然而，在一些新兴的电路设计中，需要移除GST合金及氮化硅这两者的CMP应用。已知的抛光组合物和方法未提供以所需的移除速率和移除速率比率来移除GST合金及氮化硅的能力。本专利技术的组合物和方法解决了与抛光较软的GST合金有关的挑战以及在一些实施方案中的将氮化硅连同GST一起移除的需要。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于抛光含GST的材料(特别是较软的Te不足(deficient)的GST材料(相对于GST225而言))的含水化学机械抛光(CMP)组合物。本专利技术的CMP组合物包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：含水载体，其含有粒状研磨剂、水溶性表面活性材料(例如，至少一种阳离子型、阴离子型、和/或非离子型的聚合物或表面活性剂)、腐蚀抑制剂(例如，氨基酸)、及络合剂。在一个方面中，本专利技术提供一种含水CMP组合物，其包含：(a)粒状研磨剂，其选自胶体二氧化硅研磨剂及二氧化铈研磨剂；(b)水溶性表面活性聚合物和/或表面活性剂；(c)腐蚀抑制剂(例如，氨基酸，诸如赖氨酸或甘氨酸)；及(d)络合剂(例如，膦酸，诸如1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸)。基于粒状研磨剂的ζ电位选择该表面活性材料，使得当研磨剂具有正ζ电位时，表面活性材料包括阳离子型材料，及当粒状研磨剂具有负ζ电位时，表面活性材料包含阴离子型材料、非离子型材料、或其组合。例如，CMP组合物可包含含水载体，其在使用点(point-of-use)处含有：(a)0.01至10重量百分数(重量％)的粒状研磨剂，其选自胶体二氧化硅研磨剂及二氧化铈研磨剂；(b)10至10000ppm的水溶性表面活性材料；(c)0.1至2重量％的腐蚀抑制剂；及(d)10至10000ppm的络合剂。在一些优选实施方案中，粒状研磨剂包括具有正ζ电位的经氨基硅烷表面处理的胶体二氧化硅或二氧化铈，及水溶性表面活性材料包括聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)。在其它优选实施方案中，粒状研磨剂包括具有负ζ电位的胶体二氧化硅，及水溶性表面活性材料包括聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、或其组合。本专利技术还提供一种使用本专利技术CMP组合物抛光含有GST合金(例如，Te不足的GST)的基板的表面的方法。该方法包括以下步骤：使含GST的基板的表面与抛光垫及含水CMP组合物接触，以及在保持该CMP组合物的一部分与该抛光垫和该基板之间的表面接触的同时使该垫和该基板之间发生相对移动。保持该相对移动一段足以从该基板磨除GST合金的至少一部分的时间。在一些实施方案中，该表面还包含氮化硅，其优选以至少/分钟的速率从该表面移除。附图说明图1示出了对于所选择的用于抛光GST及TEOS层的CMP组合物的摩擦系数的图。具体实施方式本专利技术提供一种可用于抛光基板表面的含水CMP组合物，该基板含有或包含GST合金，诸如，具有式Ge2Sb2Te5的合金(GST225)，且特别是用于与GST225相比更富含Sb和/或Te更不足的较软的GST合金。本专利技术的含水CMP组合物和方法在与较软(相对GST225而言)的Te不足的GST合金一起使用时提供了相对于常规CMP组合物的减少的缺陷以及GST层的均匀移除。在一些方面中，本专利技术的组合物和方法还提供GST及氮化硅的移除，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光锗‑锑‑碲(GST)合金的含水化学机械抛光(CMP)组合物，该组合物包含含水载体，该含水载体含有：(a)粒状研磨剂，其选自胶体二氧化硅研磨剂及二氧化铈研磨剂；(b)水溶性表面活性材料；(c)氨基酸腐蚀抑制剂；及(d)络合剂；其中基于该粒状研磨剂的ζ电位选择该表面活性材料，使得当该研磨剂具有正ζ电位时，该表面活性材料包括阳离子型材料，及当该粒状研磨剂具有负ζ电位时，该表面活性材料包括阴离子型材料、非离子型材料、或其组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.17 US 13/551,4231.一种用于抛光锗-锑-碲(GST)合金的含水化学机械抛光(CMP)组合物，
该组合物包含含水载体，该含水载体含有：
(a)粒状研磨剂，其选自胶体二氧化硅研磨剂及二氧化铈研磨剂；
(b)水溶性表面活性材料；
(c)氨基酸腐蚀抑制剂；及
(d)络合剂；
其中基于该粒状研磨剂的ζ电位选择该表面活性材料，使得当该研磨剂
具有正ζ电位时，该表面活性材料包括阳离子型材料，及当该粒状研磨剂具
有负ζ电位时，该表面活性材料包括阴离子型材料、非离子型材料、或其组
合。
2.权利要求1的CMP组合物，其中该组合物基本上不含氧化剂。
3.权利要求1的CMP组合物，其中该氨基酸腐蚀抑制剂包括赖氨酸。
4.权利要求1的CMP组合物，其中该络合剂包括膦酸化合物。
5.权利要求4的CMP组合物，其中该膦酸包括1-羟基亚乙基-1,1-二膦
酸。
6.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括湿法二氧化铈。
7.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括二氧化铈且该组
合物具有在4至5范围内的pH。
8.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括胶体二氧化硅，
且该组合物具有在2至3范围内的pH。
9.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括具有正ζ电位的
经氨基硅烷表面处理的胶体二氧化硅。
10.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括具有正ζ电位
的经氨基硅烷表面处理的胶体二氧化硅或二氧化铈，且该水溶性表面活性材
料包括聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)。
11.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括具有负ζ电位的
胶体二氧化硅，且该水溶性表面活性材料包括聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、或
其组合。
12.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂具有在10至200nm

\t范围内的平均粒度。
13.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂以在0.01至10重量
百分数(重量％)范围内的浓度存在于该组合物中。
14.权利要求1的CMP组合物，其中该水溶性表面活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：M斯滕德，G怀特纳，CW南，
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