[发明专利]锗‑锑‑碲化学机械抛光浆料

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及用于抛光锗-锑-碲(GST)合金的CMP组合物及方法。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容