CN104428386B - 锗‑锑‑碲化学机械抛光浆料 - Google Patents

锗‑锑‑碲化学机械抛光浆料 Download PDF

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Abstract

本发明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。

Description

锗-锑-碲化学机械抛光浆料
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
本发明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。本发明的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，本发明提供一种含水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。
本发明还提供一种使用本发明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
本发明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。
本发明的含水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，本发明的组合物和方法还提供GST及氮化硅的移除，优选以至少/分钟的氮化硅移除速率和/分钟的GST移除速率。本发明的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，其含有粒状研磨剂材料、水溶性表面活性材料(即，聚合物和/或表面活性剂)、腐蚀抑制剂、及络合剂。
该含水载体可为任何含水溶剂，例如，水、含水甲醇、含水乙醇、它们的组合等。优选地，该含水载体包含去离子水、基本上由去离子水组成、或者由去离子水组成。
可用于本发明CMP组合物中的粒状研磨剂材料包括：二氧化铈，其具有正ζ电位；以及胶体二氧化硅，其在其自然(native)状态下具有负ζ电位，但其可通过使用氨基硅烷的处理而表面改性成具有正ζ电位。用于本发明CMP组合物中的二氧化铈的优选类型为湿法二氧化铈，诸如，以商品名RHODIA HC60购自Rhodia Group,Inc.的二氧化铈。如本文及所附权利要求书中所用的，术语“胶体二氧化硅”是指通过Si(OH)4的缩聚制得的二氧化硅。例如，可通过高纯度烷氧基硅烷的水解、或者通过硅酸盐水溶液的酸化获得前体Si(OH)4。这样的胶体二氧化硅可例如根据美国专利5,230,833制得或可作为各种市售产品(诸如，FUSO PL-1、PL-2、及PL-7产品，及NALCO1050、2327、及2329产品，以及购自DuPont、Bayer、AppliedResearch、Nissan Chemical、及Clariant的其它类似产品)获得。
用于本发明CMP组合物中的胶体二氧化硅的一种优选类型为具有负ζ电位的未经处理的(即，“自然”)胶体二氧化硅，诸如，以商品名FUSO PL-7及FUSO PL-2购自FusoChemical Co.,Inc.的胶体二氧化硅。在其它优选实施方案中，胶体二氧化硅颗粒的表面经过氨基硅烷(诸如，双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，例如SILQUEST A1170(Crompton OSiSpecialties))或类似的反应性氨基硅烷处理，以通过将碱性氨基键合到二氧化硅颗粒的表面而将ζ电位从负的调整为正的，并由此中和在该颗粒表面上的酸性SiOH基团。优选地，如果CMP组合物中将要包含阳离子型的聚合物或表面活性剂，则使用足够的氨基硅烷处理该经表面处理的胶体二氧化硅以提供在5-50范围内的高的正ζ电位。
优选地，研磨剂材料以在0.01至10重量百分数(重量％)范围内的浓度存在于CMP组合物中。在一些优选实施方案中，研磨剂材料在使用点处以在0.05至2重量％、更优选0.1至1重量％范围内的浓度存在。如本文所用的，短语“使用点”指的是将在CMP过程中直接使用而不进行进一步稀释的给定组分的浓度。使用点浓度通常通过更浓缩的组合物(例如，刚好在使用之前或者在使用前的几天内)的稀释而实现。
胶体二氧化硅研磨剂颗粒优选具有在10nm至200nm例如50nm至100nm范围内的平均粒度(例如，如通过本领域公知的激光光散射技术测得的)。二氧化铈研磨剂颗粒优选具有在10nm至200nm例如50nm至100nm范围内的平均粒度。
基于本发明CMP组合物中所包含的粒状研磨剂的ζ电位选择可用于该组合物中的水溶性表面活性材料。阳离子型聚合物和/或表面活性剂与具有正ζ电位的研磨剂例如二氧化铈和经氨基硅烷处理的胶体二氧化硅一起使用。任选地，如果期望的话，阳离子型材料可与非离子型聚合物或表面活性剂组合。当研磨剂具有负的ζ电位，例如自然胶体二氧化硅时，利用阴离子型和/或非离子型表面活性材料。
可用于本发明的组合物和方法中的阳离子型聚合物包括阳离子型单体的均聚物(例如，聚(二烯丙基二甲基卤化铵)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基卤化铵等)、以及阳离子型和非离子型单体的共聚物(例如，聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵))。用于本发明CMP组合物中的优选阳离子型聚合物为聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)(例如，聚氯化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵))，诸如，以商品名ALCO 4773购自Alco Chemical Inc.的聚合物。其它适宜的阳离子型材料包括阳离子型表面活性剂，诸如十六烷基三甲基溴化铵(也称为鲸蜡基三甲基溴化铵，CTAB)、1-癸基三甲基氯化铵(DPC)等。优选地，阳离子型材料为阳离子型聚合物。用于本发明的组合物和方法中的阳离子型聚合物优选具有在10,000至1,000,000道尔顿范围内的平均分子量，例如，对于聚(二烯丙基二甲基氯化铵)为100,000和对于聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)为250,000。
可用于本发明的组合物和方法中的阴离子型聚合物包括，例如，均聚物，例如，聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚马来酸(PMA)、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸盐(聚AMPS)等，以及阴离子型和非离子型单体的共聚物，例如，聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-共-2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙磺酸)等。阴离子型聚合物可以酸形式或作为盐(例如，钠盐)使用。阴离子型聚合物的实际的离子特性(即，完全离子化的或部分离子化的)将取决于CMP组合物的pH，如本领域中公知的。优选地，用于本发明的组合物和方法中的阴离子型聚合物具有100,000道尔顿或更小(例如，10,000道尔顿或更小、或在1,000至10,000道尔顿范围内)的平均分子量。
可用于本发明的组合物和方法中的非离子型聚合物包括，例如，聚丙烯酰胺(PAM)均聚物、以及丙烯酰胺与一种或多种其它非离子型单体例如甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮等的共聚物。优选地，用于本发明的组合物和方法中的非离子型聚合物具有100,000道尔顿或更小(例如，10,000道尔顿或更小、或在1,000至10,000道尔顿范围内)的平均分子量。
在一些优选实施方案中，水溶性表面活性材料(例如，聚合物或表面活性剂)以在10至10,000百万分率(ppm)(例如，100至1,000ppm)范围内的浓度存在于组合物中。
研磨剂合乎需要地悬浮在CMP组合物中，更具体地悬浮在CMP组合物的含水组分中，且是胶体稳定的。术语胶体指的是研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。胶体稳定性指的是该悬浮液随时间的保持性。
在一些实施方案中，二氧化铈研磨剂或经氨基硅烷处理的胶体二氧化硅研磨剂与阳离子型聚合物一起用在本发明的CMP组合物中。二氧化铈及经氨基硅烷处理的胶体二氧化硅具有正ζ电位，其补充了阳离子型聚合物的ζ电位，并容许这两种组分都存在于同一组合物中而没有组分的沉淀。在CMP组合物中包含阳离子型聚合物例如ALCO 4773相对于缺乏聚合物的CMP组合物减少了在正被抛光的GST合金上的表面缺陷。认为，正ζ的聚合物在负ζ的GST合金膜上形成膜，这降低了GST移除速率且还降低了抛光过程期间的摩擦。该保护膜以及降低的摩擦因此减少了经抛光的GST合金表面上的缺陷及变形(deformity)。
在其它实施方案中，CMP组合物的研磨剂材料组分包含具有负的ζ电位的自然胶体二氧化硅，优选与本发明的CMP组合物中的阴离子型聚合物和/或非离子型聚合物一起使用。PAA和PAM，例如，有利地与胶体二氧化硅形成胶体稳定的浆料，这归因于胶体二氧化硅的负的ζ电位。一些非离子型聚合物例如低分子量聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇典型地不在本发明的CMP组合物中形成胶体稳定的浆料，至少是在它们被独立地利用时。阴离子型聚合物例如PAA或非离子型聚合物例如PAM相对于缺乏这些聚合物的CMP组合物减少正被抛光的GST合金上的表面缺陷，并降低GST合金的移除速率。
在本发明的CMP过程中，二氧化铈及胶体二氧化硅移除氮化硅及GST合金这二者。然而，由于这两种研磨剂的不同的化学性质及ζ电位，聚合物类别(阳离子型、阴离子型、或非离子型)的选择取决于所选择的研磨剂而不同，如前所讨论的。
本发明的CMP组合物还包含至少一种腐蚀抑制剂(优选氨基酸腐蚀抑制剂)。适宜的氨基酸腐蚀抑制剂的实例包括赖氨酸及甘氨酸。优选地，腐蚀抑制剂为赖氨酸。用于本发明CMP组合物中的腐蚀抑制剂的浓度可在0.01重量％至2重量％(例如，0.1至1重量％)范围内。
本发明的CMP组合物还包含至少一种络合剂。认为，络合剂减少了在CMP过程期间在正被抛光的材料表面上出现的残留物。适宜的络合剂的实例包括经羟基取代的有机磷酸盐、羧酸(诸如丙二酸、酒石酸或柠檬酸)、及二硫代氨基甲酸盐(诸如二乙基二硫代氨基甲酸盐)。优选地，络合剂为经羟基取代的有机磷酸盐，诸如1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸，通常以其商品名DEQUEST 2010而知晓。用于本发明组合物中的络合剂的含量范围可为10至10000ppm(例如，100至1000ppm)。
在一些实施方案中，本发明的CMP组合物中可包含常规用于CMP组合物中的其它添加剂材料。例如，本发明的CMP组合物可包含杀生物剂。优选的杀生物剂为氯甲基异噻唑啉酮(CMIT)与甲基异噻唑啉酮(MIT)的混合物，其可以商品名KATHON购自Rohm and HaasCompany。如果存在的话，本发明的组合物和方法中所用的杀生物剂含量的选择是基于如下选定的：杀生物剂的选择；以及CMP配制物领域中的普通技术人员的知识基础范围内的其它参数。例如，KATHON杀生物剂的典型杀生物剂含量是在1至50ppm含量范围内(例如，15ppm)。
本发明的CMP组合物还可包含硫酸盐，诸如硫酸钾(K2SO4)、硫酸二钠、或硫酸二铵。本发明组合物中的盐的存在及量的变化改变了氮化硅移除速率，如下面在实施例中所述的。如果存在的话，所述盐(例如，硫酸钾)以在10至10,000ppm优选100至1,000ppm范围内的浓度用于组合物中。
本发明的CMP组合物优选具有在2至6范围内的pH。对于包含二氧化铈的CMP组合物，该组合物的pH优选为4至5、最优选4.5。对于包含胶体二氧化硅的CMP组合物，该组合物的pH优选为2至3、最优选2.3。该CMP组合物可任选地包含一种或多种pH缓冲物质，例如，乙酸铵、柠檬酸二钠等。这样的pH缓冲物质中的许多是本领域公知的。
优选地，本发明的CMP组合物不含氧化剂。本文所使用的短语“不含氧化剂”意指组合物包含不大于痕量的污染物量的氧化性物质，例如，其量不足以影响CMP期间的任何显著的金属氧化。
在一些优选实施方案中，组合物包含小于0.5重量百分数的有机物质。
本发明的CMP组合物可通过任何合适的技术制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。该CMP组合物可以间歇或连续工艺制备。通常，该CMP组合物可通过以任意次序组合其各组分而制备。本文所使用的术语“组分”包括单独成分(例如，研磨剂、络合剂、聚合物等)以及各成分的任意组合。例如，可将研磨剂分散于水中，并且可加入络合剂，且通过任何能够将各组分并入到CMP组合物中的方法进行混合。当存在聚合物时，其可在任何合适的时间加入到该组合物中。可在任何合适的时间调节pH。
本发明的CMP组合物还可提供作为浓缩物，该浓缩物用于在使用之前以适量的水进行稀释。在这样的实施方案中，CMP组合物浓缩物可包括以这样的量分散或溶解于含水溶剂中的各种组分，所述量使得在以适量的含水溶剂稀释该浓缩物时，该抛光组合物的各组分会以在适于使用的范围内的量存在于该CMP组合物中。
本发明还提供一种化学机械抛光包含GST合金的基板的方法。该方法包括(i)将基板的表面与抛光垫及本文所述的本发明的CMP组合物接触，以及(ii)相对于该基板的该表面移动该抛光垫，其间具有该抛光组合物，由此从该基板磨除GST合金的至少一部分以抛光该基板的表面。
本发明的CMP方法可用于抛光任何适宜的含GST的基板，且尤其可用于抛光包含GST合金及氮化硅的基板。在优选的方法中，磨除GST合金材料，而且，一旦抛光垫触及氮化硅层，该磨除继续。
本发明的CMP方法特别适于与化学-机械抛光装置一起使用。典型地，所述CMP装置包括：压板，其在使用时处于运动中并且具有由轨道、线性和/或圆周运动导致的速度；抛光垫，其与该压板接触并且在运动时与该压板一起移动；和夹持器，其固持与该垫接触且相对于该抛光垫的表面移动的待抛光的基板。CMP组合物被典型地泵送到所述抛光垫上以帮助抛光过程。所述基板的抛光通过移动着的抛光垫和存在于所述抛光垫上的本发明的CMP组合物的组合研磨作用实现，所述组合研磨作用磨除所述基板的表面的至少一部分，且由此抛光所述表面。
基板可用本发明的CMP组合物使用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)平坦化或抛光。合适的抛光垫包括例如编织及非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含不同密度、硬度、厚度、压缩性、压缩时的回弹能力和压缩模量的任何的合适聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物(coformed product)、及其混合物。
合乎需要地，所述CMP装置进一步包括原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从工件表面反射的光或其它辐射来检测和监控抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如Sandhu等的美国专利5,196,353、Lustig等的美国专利5,433,651、Tang的美国专利5,949,927、和Birang等的美国专利5,964,643中。合意地，对于正被抛光的工件的抛光过程的进展的检测或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对特定工件的抛光过程。
本发明还提供一种用于当抛光适宜的基板时调整GST对氮化硅移除速率比率的CMP方法。该调整方法包括在预定的抛光条件下以本发明的CMP组合物抛光GST基板和氮化硅基板，并测定通过该抛光实现的GST层移除相对于氮化硅移除的选择性。然后，通过改变存在于该组合物中的聚合物的类型和量来降低或提高GST移除速率。通过改变存在于该组合物中的硫酸钾的量来降低或提高氮化硅的移除速率。因此，通过改变该组合物中的聚合物和硫酸钾来降低或提高GST对氮化硅移除速率比率。
下面所讨论的非限制性实施例进一步说明本发明的组合物和方法的一些方面。
实施例1
本发明的CMP组合物的一些非限制性实例示于下表1中。在该表中：“SAM”表示表面活性材料；“CA”表示络合剂；“CI”表示腐蚀抑制剂；“A-CS”表示通过将6重量％二氧化硅浆料与650ppm双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(通常以其商品名SILQUEST A-1170而知晓)组合而用SILQUEST A-1170处理的胶体二氧化硅，该经处理的二氧化硅具有35-40mV的正ζ电位；“二氧化铈”表示湿法二氧化铈；“CS”表示自然胶体二氧化硅；“D”表示DEQUEST 2010；“L”表示赖氨酸；“CP”表示阳离子型聚合物ALCO4773；“CTAB”表示鲸蜡基三甲基溴化铵；“PAA”表示2000分子量(MW)的聚(丙烯酸)；PAM表示10,000MW的聚丙烯酰胺。星号“*”表明组合物还包含500ppm硫酸钾。表1中的浓度是基于使用点的。
表1.CMP组合物配方
实施例2
本实施例说明了所选择的本发明CMP组合物用于从富锑GST基板移除GST的性能。使用实施例1的组合物1、2、3、4和5来抛光富锑GST晶片。为了进行比较，还使用类似于组合物1但缺乏阳离子型表面活性剂(例如，阳离子型聚合物或表面活性剂)的称作GST2201的浆料来抛光晶片。进行四次GST2201抛光作为重复对照组。此外，组合物1和5彼此重复。
采用以下抛光条件抛光富锑GST晶片：具有IC1010抛光垫的APPLIED MATERIALSREFLEXION LK CMP装置、压板速度为93rpm、头速度为91rpm、下压力为1.0psi、及浆料流速为300mL/分钟。
图1提供了由使用组合物1-5和对照组GST2201(图中标示为G2201)抛光富锑GST和TEOS晶片得到的摩擦系数的条形图。所有组合物1-5提供了基本上类似的结果。所有这些含阳离子的组合物相比于缺乏阳离子型物质的GST2201对照组合物在抛光期间导致改善(更低)的摩擦系数。组合物1-5显示出在TEOS抛光期间的比GST2201对照组合物的平均值小约10的摩擦系数，以及对于抛光GST而言比GST2201平均值小15的摩擦系数。降低的摩擦系数减少了可在抛光期间发生的表面缺陷。
实施例3
本实施例说明了所选择的本发明CMP组合物(实施例1的组合物1、7和8)用于从富锑GST基板移除GST以及移除氮化硅的性能。组合物1提供/分钟的GST移除速率，而组合物7提供/分钟的移除速率，且组合物8提供/分钟的移除速率。此外，在用于抛光氮化硅毯覆式晶片时，组合物7提供/分钟的氮化硅移除速率，及组合物8提供/分钟的氮化硅移除速率。因此，可使用这些组合物来移除包含这两种物质的基板中的GST和氮化硅。为了进行比较，组合物7和8提供/分钟的氧化硅(PETEOS)移除速率。
采用与实施例2相同的条件实施本实施例：具有IC1010抛光垫的AppliedMaterials REFLEXION LK CMP装置、压板速度为93rpm、头速度为91rpm、下压力为1.0psi、及浆料流速为300mL/分钟。
实施例4
可使用二氧化铈研磨剂替代本发明组合物中的胶体二氧化硅。这样的基于二氧化铈的组合物的非限制性实例包含二氧化铈、0.15重量％湿法二氧化铈、500ppm ALCO 4773、100ppm DEQUEST 2010、及0.5重量％赖氨酸，且pH在4至5之间。可使用这些类型的含二氧化铈的组合物，从富锑GST基板抛光GST、以及抛光氮化硅。湿法二氧化铈可移除氮化硅，条件是将pH调整到4至5。通常地，二氧化铈在3.5或更低的pH下提供差的氮化硅移除。前面所述的含二氧化铈的浆料具有正ζ电位，这容许包含阳离子型聚合物(诸如ALCO 4773)用于缺陷控制。

Claims (18)

1.一种用于抛光锗-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，其中该氨基酸腐蚀抑制剂包括赖氨酸，该氨基酸腐蚀抑制剂以在0.01至2重量％范围内的浓度存在于该组合物中；及
(d)络合剂，其中该络合剂包括膦酸化合物，该络合剂以在10至10,000ppm范围内的浓度存在于该组合物中；
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，该表面活性材料由阳离子型材料组成，及当该粒状研磨剂具有负ζ电位时，该表面活性材料由阴离子型材料、非离子型材料、或其组合组成，其中，当该粒状研磨剂为二氧化铈时，该组合物具有在4至5范围内的pH，当该粒状研磨剂为胶体二氧化硅时，该组合物具有在2至3范围内的pH。
2.权利要求1的CMP组合物，其中该组合物不含氧化剂。
3.权利要求1的CMP组合物，其中该膦酸包括1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸。
4.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。
5.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。
6.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括：二氧化铈；或者，具有正ζ电位的经氨基硅烷表面处理的胶体二氧化硅；且该水溶性表面活性材料由聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)组成。
7.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由聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、或其组合组成。
8.权利要求1的CMP组合物，其中该粒状研磨剂具有在10至200nm范围内的平均粒度。
9.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。
10.权利要求1的CMP组合物，其中该水溶性表面活性材料以在10至10,000百万分率(ppm)范围内的浓度存在于该组合物中。
11.权利要求1的CMP组合物，其进一步包含硫酸钾。
12.一种用于抛光锗-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，该含水载体在使用点处含有：
(a)0.01至10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10,000ppm的水溶性表面活性材料；
(c)0.1至2重量％的氨基酸腐蚀抑制剂；及
(d)10至10,000ppm的络合剂；
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，该表面活性材料由阳离子型材料组成，及当该粒状研磨剂具有负ζ电位时，该表面活性材料由阴离子型材料、非离子型材料、或其组合组成。
13.权利要求12的CMP组合物，其中该粒状研磨剂包括二氧化铈或经氨基硅烷表面处理的胶体二氧化硅，且具有正ζ电位，且该水溶性表面活性材料由聚卤化(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)组成。
14.权利要求12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由聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、或其组合组成。
15.权利要求14的CMP组合物，其进一步包含硫酸钾。
16.权利要求12的CMP组合物，其中该络合剂包括1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸。
17.权利要求12的CMP组合物，其中该腐蚀抑制剂包括赖氨酸。
18.一种用于抛光含有锗-锑-碲(GST)合金的基板的化学机械抛光(CMP)方法，该方法包括以下步骤：
(a)使该基板的表面与抛光垫及权利要求1的含水CMP组合物接触；及
(b)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相对运动一段足以从该基板磨除该锗-锑-碲合金的至少一部分的时间。
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