專利名稱：用于硫族合金的拋光液的制作方法
技術領域：
本發明涉及化學機械拋光組合物和使用該組合物的方法。更特別地，本發明涉及用于拋光含有相變合金(例如，鍺-銻-碲相變合金)的基材的化學機械拋光組合物。
背景技術：
相變隨機存取存儲器(PRAM)已經成為下一代存儲器的引領者，所述相變隨機存儲器使用能在絕緣材料(通常是無定形狀態)和導電材料(通常是結晶狀態)之間電轉換的相變材料。這些下一代的PRAM存儲器可以取代傳統的固態存儲器，例如動態隨機存取存儲器-DRAM-設備；靜態隨機存取存儲器-SRAM-設備、可擦除可編程只讀存儲器-EPROM-設備和電可擦除可編程只讀存儲器-EEPROM-設備，它們每個存儲位各使用微電子電路元件。 這些傳統的固態存儲器設備使用了許多的芯片空間來儲存信息，因而限制了芯片密度；并且它們對于編程而言是相對慢的。用在PRAM設備中的相變材料包括硫族材料，例如鍺-碲((ie-Te)和鍺-銻-碲 (Ge-Sb-Te)相變合金。PRAM設備的制造包括化學機械拋光步驟，其中選擇性地去除硫族 (chalcogenide)相變材料和平整化設備表面。選擇性的硫族相變材料漿液的早期例子是Jong-Young Kim的US專利 No. 7，682，976。這種漿液(slurry)改變組成來調節鍺-銻-碲(GST)和TEOS電介質的去除速度。在Kim的配方中，提高研磨劑的濃度來增大TEOS的去除速度。在不存在唑(azole) 抑制劑的條件下，增加過氧化氫來增大GST的去除速度。這種漿液調節GST相對于TEOS去除速度的選擇性，但是沒有公開調節GST相對于氮化硅去除速度的去除速度。因此存在的需求是相對于用于制造PRAM設備的氮化硅和電介質能夠平衡地或者非選擇性地去除硫族相變合金的化學機械拋光(CMP)組合物。首先，選擇性的漿液提供可接受的相變合金去除速度以及最小的氮化硅和電介質(dielectric)去除速度。然后，非選擇性的漿液必須提供相變合金去除速度和氮化硅以及電介質去除速度平衡的組合，其滿足特定的結合方案。
發明內容
本發明的一個方面提供了一種用于化學機械拋光硫族相變合金基材的化學機械拋光組合物，其包括按重量百分比計，水、0. 1-30的膠體二氧化硅研磨劑、至少一種拋光劑，所述拋光劑選自0. 05-5的鹵素化合物、0. 05-5的鄰苯二甲酸、0. 05-5的鄰苯二甲酸酐及其鹽、衍生物以及其混合物，其中化學機械拋光組合物的PH是2到小于7。本發明的另一方面是提供一種用于化學機械拋光硫族相變合金基材的化學機械拋光組合物，其包括按重量百分比計，水、0. 2-20的膠體二氧化硅研磨劑、至少一種拋光劑，所述拋光劑選自0. 1-4的鹵素化合物、0. 1-4的鄰苯二甲酸、0. 1-4的鄰苯二甲酸酐及其鹽、衍生物以及其混合物，其中化學機械拋光組合物的pH是2. 5到6。
具體實施例方式本發明的化學機械拋光方法用于拋光含有硫族相變合金的基材。用在本發明方法中的化學機械拋光組合物提供了高的硫族相變合金去除速度以及對基材上的其它材料的平衡地或非選擇性的去除，例如那些在圖案化的半導體芯片中包含的材料。適合用在本發明的化學機械拋光方法中的基材包括硫族相變合金。優選地，硫族相變合金選自鍺-碲相變合金和鍺-銻-碲相變合金。更優選地，硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金。適合用在本發明的化學機械拋光方法中的基材任選地進一步包括其它的材料，其選自磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼-磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、旋涂玻璃 (SOG)、由原硅酸四乙酯(TEOS)、等離子體增強的TEOS (PETEOS)、可流動的氧化物(FOx)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDP-CVD)氧化物和氮化硅(例如，Si3N4)制備的電介質。優選地，基材進一步包括選自Si3N4和TEOS的其它材料。拋光液以鹵素化合物、鄰苯二甲酸及它們的混合物中的至少一種來獲得對硫族相變合金的拋光速度。如果存在的話，該拋光液包括0.05-5重量百分比的鹵素化合物。除非另有特殊說明，所有組合物的量均指的是重量百分比。如果存在的話，該漿液優選包括 0. 1-4重量百分比的鹵素化合物。如果存在的話，該漿液優選包括0. 2-3重量百分比的鹵素化合物。鹵素化合物優選是選自溴酸鹽、氯酸鹽、碘酸鹽及其混合物的至少一種。化合物的示例包括溴酸銨、溴酸鉀、氯酸銨、氯酸鉀、碘酸銨、碘酸鉀以及其鹽、衍生物和其混合物。對于硫族相變合金，優選的化合物是鉀鹽，優選的鹵素是碘酸鹽。可選地，拋光液可以包括鄰苯二甲酸、鄰苯二甲酸酐鹽、衍生物和其混合物，例如包括0. 05-5重量百分比的鄰苯二甲酸或0.05-5重量百分比的鄰苯二甲酸酐。對于含有鄰苯二甲酸或者含有鄰苯二甲酸酐的漿液而言可以沒有氧化劑。優選地，如果存在的話，漿液含有0. 1-4重量百分比的鄰苯二甲酸或者0. 1-4重量百分比的鄰苯二甲酸酐。最優選地，如果存在的話，漿液含有0. 2-2重量百分比的鄰苯二甲酸或者0. 2-2重量百分比的鄰苯二甲酸酐。實際上，可以通過鄰苯二甲酸鹽化合物例如鄰苯二甲酸氫鉀的分解來添加鄰苯二甲酸。鄰苯二甲酸化合物和鄰苯二甲酸衍生物的另一個特例是鄰苯二甲酸(phthalate)氫銨。有利地，漿液同時包括鹵素化合物和鄰苯二甲酸或鄰苯二甲酸酐。適合用于本發明的具有平衡選擇性的漿液的研磨劑包括沉淀的或者聚結的 (agglomerated)膠體二氧化硅研磨劑。在本發明的一些實施方案中，研磨劑是具有平均粒徑< 400nm的膠體二氧化硅。在這些實施方案中的一些情況下，膠體二氧化硅的平均粒徑是2-300nm。在這些實施方案中的一些情況下，膠體二氧化硅的平均粒徑是5-250nm。在這些實施方案中一些情況下，膠體二氧化硅的平均粒徑是5-lOOnm。在這些實施方案中一些情況下，膠體二氧化硅的平均粒徑是100-250nm。在本發明的一些實施方案中，所用的化學機械拋光組合物包括0. 1-30重量百分比的研磨劑。優選地，該組合物包括0.2-20重量百分比的研磨劑。最優選地，該組合物包括0. 5-10重量百分比的研磨劑。本發明的化學機械拋光方法中使用的化學機械拋光組合物中所含有的水優選是去離子水和蒸餾水中的至少一種，以限定附帶的雜質。典型的配方包括余量的水。本發明的化學機械拋光方法中使用的化學機械拋光組合物任選地進一步包括選自PH滴定劑、分散劑、表面活性劑、緩沖劑和殺菌劑的其它添加劑。本發明的化學機械拋光方法中使用的化學機械拋光組合物在2到< 7的pH值范圍內有效。優選地，pH是2. 5-6;最優選地，pH是3-5。適合用于調節化學機械拋光組合物的PH的酸包括例如硝酸、硫酸和鹽酸。優選的pH調節劑是鹽酸。用于pH調節的合適的堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水、氫氧化四甲銨和酸式碳酸鹽(bicarbonate)。在本發明的一些實施方案中，硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金，研磨劑是膠體二氧化硅且基材進一步包括Si3N4。在這些實施方案中，化學機械拋光組合物顯示出超過或者不超過其Si3N4去除速度的鍺-銻-碲相變合金去除速度。例如，在這些非選擇性的實施方案中，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與Si3N4去除速度選擇性的比為 0.1 1-10 1。優選地，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與Si3N4去除速度選擇性的比為0.2 1-5 1。最優選地，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與Si3N4去除速度選擇性的比為0.3 1-3 1。在本發明的一些實施方案中，硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金，研磨劑是膠體氧化硅且基材進一步包括TEOS。在這些實施方案中，化學機械拋光組合物顯示出超過或者不超過其TEOS去除速度的鍺-銻-碲相變合金去除速度。例如，在這些非選擇性的實施方案中，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與TEOS去除速度選擇性的比為 0.1 1-10 1。優選地，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與TEOS去除速度選擇性的比為0.2 1-5 1。最優選地，化學機械拋光組合物顯示的鍺-銻-碲相變合金與TEOS去除速度選擇性的比為0.3 1-3 1。在本發明的一些實施方案中，硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金，研磨劑是膠體二氧化硅和在使用200mm拋光機(例如Applied Materials Mirra 200mm拋光機)，其具有93轉每分鐘的平板轉速、87轉每分鐘的載體轉速、200ml/min的化學機械拋光組合物流動速度以及2. 5psi(17. 2KPa)的公稱下壓力的情況下，化學機械拋光組合物顯示出 >4G0A/miri的鍺-銻-碲相變合金去除速度，優選>5GGA/min，最優選>l,000A/min，拋光機的化學機械拋光墊包括含聚合的中空有核微粒的聚氨酯拋光層和聚氨酯浸漬的非紡織底墊。本發明的一些實施方案將在下述的實施例中詳述。實施例化學機械拋光組合物測試的化學機械拋光液組合物描述在表1中。化學機械拋光組合物A-C表示比較例的配方，其不在要求的本發明的范圍內。實施例1表 1
權利要求
1.一種用于化學機械拋光硫族相變合金基材的化學機械拋光組合物，按重量百分比計，所述組合物包括水、0. 1-30的膠體二氧化硅研磨劑、至少一種拋光劑，所述拋光劑選自 0. 05-5的鹵素化合物、0. 05-5的鄰苯二甲酸、0. 05-5的鄰苯二甲酸酐及其鹽、衍生物和其混合物，其中化學機械拋光組合物的PH為2-小于7。
2.權利要求1的化學機械拋光組合物，其中所述組合物包括0.05-5的鹵素鹽。
3.權利要求1的化學機械拋光組合物，其中所述組合物包括0.05-5的鄰苯二甲酸。
4.權利要求3的化學機械拋光組合物，其中所述化學機械拋光組合物不含氧化劑。
5.權利要求1的組合物，其中所述硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金；且其中所述化學機械拋光組合物在200mm拋光機中使用93轉每分鐘的平板轉速、87轉每分鐘的載體轉速、200ml/分鐘的化學機械拋光組合物流動速度和2. 5psi (17. 2kPa)公稱下壓力的情況下顯示出>400人/分鐘的鍺-銻-碲相變合金去除速度，其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合的中空有核微粒的聚氨酯拋光層和聚氨酯浸漬的非織造底墊。
6.一種用于化學機械拋光硫族相變合金基材的化學機械拋光組合物，按重量百分比計，所述組合物包括水、0. 2-20的膠體二氧化硅研磨劑、至少一種拋光劑，所述拋光劑選自 0. 1-4的鹵素化合物、0. 1-4的鄰苯二甲酸、0. 1-4的鄰苯二甲酸酐及其鹽、衍生物和其混合物，其中所述化學機械拋光組合物的PH為2. 5-6。
7.權利要求6的化學機械拋光組合物，其中所述組合物包括0.1-4的鹵素鹽。
8.權利要求6的化學機械拋光組合物，其中所述組合物包括0.14的鄰苯二甲酸。
9.權利要求8的化學機械拋光組合物，其中所述化學機械拋光組合物不含氧化劑。
10.權利要求6的組合物，其中所述硫族相變合金是鍺-銻-碲相變合金；且其中所述化學機械拋光組合物在200mm拋光機中使用93轉每分鐘的平板轉速、87轉每分鐘的載體轉速、200ml/分鐘的化學機械拋光組合物流動速度和2. 6psi (17. 2kPa)公稱下壓力的情況下顯示出>500人/分鐘的鍺-銻-碲相變合金去除速度，所述化學機械拋光墊包括含有聚合的中空有核微粒的聚氨酯拋光層和聚氨酯浸漬的非織造底墊。
全文摘要
用于硫族合金的拋光液。本發明提供了一種用于化學機械拋光硫族相變合金基材的化學機械拋光組合物。該組合物包括，按重量百分比計，水、0.1-30的膠體二氧化硅研磨劑、至少一種拋光劑，拋光劑選自0.05-5的鹵素化合物、0.05-5的鄰苯二甲酸、0.05-5的鄰苯二甲酸酐及其鹽、衍生物和其混合物。該化學機械拋光組合物的pH為2-小于7。
文檔編號C09G1/02GK102382575SQ201110243540
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者K·沙旺特, K-A·K·雷迪, 具滋澔, 劉振東 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司