KR20120123644A - 화학 기계적 연마 조성물 및 상 변화 합금의 연마 방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 조성물 및 상 변화 합금의 연마 방법 Download PDF

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이재석
구오이
레디 칸차를라-아룬 쿠마르
장광윤
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Abstract

본 발명은, 초기 성분으로서, 물; 연삭제; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나; 킬레이트제; 폴리(아크릴산-co-말레산); 및 산화제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 사용하여, 게르마늄-안티모니-텔루륨 칼코게나이드 상 변화 합금(GST)을 포함하는 기판의 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 낮은 결함을 가지면서 GST 제거 속도가 높아지도록 촉진시킨다.

Description

화학 기계적 연마 조성물 및 상 변화 합금의 연마 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING COMPOSITION AND METHOD FOR POLISHING PHASE CHANGE ALLOYS}
본 발명은 화학 기계적 연마 조성물 및 그의 사용방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 갖는 기판을 연마하기 위한 화학 기계적 연마 조성물에 관한 것이다.
절연성, 일반적으로 무정형 상태와, 전도성, 일반적으로 결정 상태 사이에 전기적으로 전이될 수 있는 상 변화 물질을 사용하는 상 변화 랜덤 액세스 메모리(Phase change random access memory, PRAM) 디바이스가 차세대 메모리 디바이스를 선도하는 후보로 부각되어 왔다. 이러한 차세대 PRAM 디바이스는, 각 메모리 비트에 대하여 마이크로전자 회로 소자를 이용하는, 통상적인 솔리드 스테이트 메모리 디바이스, 예컨대, 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory, DRAM) 디바이스; 스태틱 랜덤 액세스 메모리(static random access memory, SRAM) 디바이스, 소거·프로그램 가능형 판독 전용 메모리(erasable programmable read only memory, EPROM) 디바이스 및 전기적 소거·프로그램 가능형 판독 전용 메모리(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM) 디바이스를 대체할 수 있다. 이러한 통상적인 솔리드 스테이트 메모리 디바이스는 정보를 저장하기 위해 많은 칩 공간이 소모되어, 칩 밀도를 제한하게 되고, 프로그래밍 속도도 상대적으로 늦다.
PRAM 디바이스에 유용한 상 변화 물질에는 칼코게나이드 물질, 예컨대, 게르마늄=텔루룸(Ge-Te) 및 게르마늄-안티모니-텔루륨(Ge-Sb-Te) 상 변화 합금이 포함된다. PRAM 디바이스의 제조에는 칼코게나이드 상 변화 물질을 선택적으로 제거하고 디바이스 표면을 평탄화하는 화학 기계적 연마 단계가 포함된다.
텔루륨은 칼코게나이드 상 변화 합금 필름에서 비교적 이동성을 띄는 경향이 있다. CMP 조건하에서, 텔루륨은 평탄화 중에 웨이퍼 표면상에서 이동하고 응집하는 경향을 띌 수 있다. 이로 인해, 불균일 조성을 갖는 필름을 생성하고, 표면 특성이 웨이퍼를 가로질러 한 위치에서 다른 곳으로 변화하게 된다.
칼코게나이드 상 변화 물질을 갖는 기판 연마용 연마 조성물 중 하나가 미국 특허출원 공개공보 제20070178700호 (Dysard et al.)에 개시되어 있다. 상기 공개공보 (Dysard et al.)에는, 기판을 포함하는 상 변화 합금 연마를 위한 화학 기계적 연마 조성물로서: (a) 입자상 연삭 물질(abrasive material) 약 3 중량 퍼센트 이하; (b) 상 변화 합금, 그의 성분, 또는 화학 기계적 연마 중 상 변화 합금으로부터 생성되는 물질을 킬레이팅할 수 있는 적어도 하나의 킬레이트제; 및 (c) 이를 위한 수성 캐리어를 포함하는 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 전체 결함과 Te 잔여물 결함을 감소시키면서도, 상 변화 물질을 높은 제거 속도로 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 화학 기계적 연마(CMP) 조성물이 요구되고 있다.
본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제(abrasive) 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며, 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이며; 상기 산화제는 과산화수소이고; 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm(분당 회전)의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스(nominal down force)에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공(hollow) 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드(non-woven subpad)를 포함하는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이며; 상기 산화제는 과산화수소이고; 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하의 연마후(post polish) SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지며 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 1,000 Å/분 이상이 되도록 촉진하는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이며; 상기 산화제는 과산화수소이고; 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하의 연마후(post polish) SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지며 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 1,000 Å/분 이상이 되도록 촉진하고, 여기에서 175 이하의 연마후 SP1 결함은 텔루륨 잔여물 결함인, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이며; 상기 산화제는 과산화수소이고; 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고; 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하의 연마후(post polish) SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지며 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 1,000 Å/분 이상이 되도록 촉진하고, 여기에서 175 이하의 연마후 SP1 결함은 텔루륨 잔여물 결함이며; 상기 기판은 Si3N4를 추가로 포함하고, 이 Si3N4 중 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 15:1 이상을 나타내는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 0.1 내지 5 wt%; 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%; 킬레이트제 0.001 내지 5 wt%; 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%; 산화제 0.001 내지 3 wt%이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이며; 상기 산화제는 과산화수소이고; 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고; 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하의 연마후(post polish) SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지며 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 1,000 Å/분 이상이 되도록 촉진하고, 여기에서 175 이하의 연마후 SP1 결함은 텔루륨 잔여물 결함이며; 상기 기판은 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 추가로 포함하고, 이 TEOS 중 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 15:1 이상을 나타내는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
상세한 설명
본 발명의 화학 기계적 연마 방법은 칼코게나이드 상 변화 합금을 함유하는 기판을 연마하는데 유용하다. 본 발명의 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 기판상의 추가 물질들 전반에 걸쳐 우수한 선택성을 나타내고 전체 결함과 Te 잔여물 결함들을 낮추면서 높은 칼코게나이드 상 변화 합금 제거 속도를 제공한다.
화학 기계적 연마를 위한 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 기판은 게르마늄-안티모니-텔루륨(GST) 상 변화 합금을 포함한다.
화학 기계적 연마를 위한 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 기판은 임의로, 포스포르 실리케이트 글래스(PSG), 보로-포스포르 실리케이트 글래스(BPSG), 비도핑(undoped) 실리케이트 글래스(USG), 스핀-온-글래스(SOG), 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 플라즈마-강화 TEOS (PETEOS), 유동성(flowable) 옥사이드(FOx), 고밀도 플라즈마 화학 증착(HDP-CVD) 옥사이드, 및 실리콘 니트라이드(예: Si3N4)로부터 선택되는 추가 물질을 더 포함한다. 바람직하게, 기판은 Si3N4 및 TEOS로부터 선택되는 추가 물질을 더 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물에 사용하기에 적합한 연삭제에는, 예를 들면, 무기 산화물, 무기 하이드록시드, 무기 하이드록시드 산화물, 금속 보라이드, 금속 카르바이드, 금속 니트라이드, 폴리머 입자 및 상술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물 등이 포함된다. 적절한 무기 산화물에는, 예를 들면, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2) 또는 상술한 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 배합물 등이 포함된다. 또한, 원하는 경우, 이들 무기 산화물들의 개질 형태(modified form), 예컨대, 유기 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅된 입자들을 사용할 수 있다. 적절한 금속 카르바이드, 보라이드 및 니트라이드에는, 예를 들면, 실리콘 카르바이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카본니트라이드(SiCN), 보론 카르바이드, 텅스텐 카르바이드, 지르코늄 카르바이드, 알루미늄 보라이드, 탄탈륨 카르바이드, 보라이드 및 니트라이드 등이 포함된다. 바람직하게, 사용되는 연삭제는 콜로이드성 실리카 연삭제이다. 보다 바람직하게, 사용되는 연삭제는, 잘 알려진 레이저광 산란 기술로 측정한 평균 입자 크기가 1 내지 200 nm(보다 바람직하게 100 내지 150 nm, 가장 바람직하게 110 내지 130 nm)인 콜로이드성 실리카이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게, 초기 성분으로서, 연삭제 0.1 내지 5 wt%, 보다 바람직하게 0.5 내지 3 wt %, 보다 더 바람직하게 1 내지 3 wt%, 보다 더 바람직하게 1.5 내지 2.5 wt%를 포함한다. 바람직하게, 연삭제는 콜로이드성 실리카 연삭제이다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제 1.5 내지 2.5 wt%를 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나를 0.001 내지 5 wt% (보다 바람직하게 0.05 내지 5 wt%, 보다 더 바람직하게 0.1 내지 4 wt%, 가장 바람직하게 0.2 내지 0.4 wt%) 포함한다. 바람직하게, 사용되는 화학 기계적 연마 조성물로 프탈레이트 화합물, 예컨대, 하이드로겐 포타슘 프탈레이트를 첨가하거나; 프탈산 유도체, 예컨대, 암모늄 하이드로겐 프탈레이트를 첨가하여, 프탈산을 도입한다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 암모늄 하이드로겐 프탈레이트를 0.2 내지 0.4 wt% 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 킬레이트제를 0.001 내지 5 wt% (보다 바람직하게 0.01 내지 5 wt%, 보다 더 바람직하게 0.15 내지 0.25 wt%) 포함한다. 바람직하게, 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 (EDTA), 그의 유사체 및 염으로부터 선택된다. 바람직한 EDTA의 유사체에는, 니트릴로트리아세트산 (NTA); 에틸렌 글리콜 테트라 아세트산 (EGTA); 1,2-사이클로헥산디아민테트라아세트산 (CyDTA); 헥사메틸렌 디아민 테트라 아세트산 (HDTA); 1,2-디아미노프로판-N,N,N',N'-테트라아세트산 (메틸-EDTA); 1,3-디아미노-2-프로판올-N,N,N',N'-테트라아세트산 (DPTA-OH); 디에틸렌트리아민펜타아세트산 (DTPA); N-(2-히드록시에틸)에틸렌디아민-N,N,N',N'-트리아세트산 (HEDTA); 트리에틸렌테트라아민-N,N,N',N",N"',N"'-헥사아세트산 (TTHA); 및 이들의 염 등이 포함된다. 보다 바람직하게, 상기 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택된다. 가장 바람직하게, 상기 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 킬레이트제를 0.15 내지 0.25 wt% 포함하고, 여기에서 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염(예: 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 디포타슘염 디하이드레이트)로부터 선택된다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 폴리(아크릴산-co-말레산)을 0.001 내지 0.1 wt% (보다 바람직하게 0.01 내지 0.1 wt%, 보다 바람직하게 0.04 내지 0.06 wt%) 포함한다. 보다 더 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 폴리(아크릴산-co-말레산)을 0.001 내지 0.1 wt% (보다 더 바람직하게 0.01 내지 0.1 wt%, 가장 바람직하게 0.04 내지 0.06 wt%) 포함하고, 여기에서 폴리(아크릴산-co-말레산)의 중량 평균 분자량은 2,500 내지 10,000 (바람직하게 2,500 내지 5,000; 가장 바람직하게 2,500 내지 3,500)이다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 산화제를 0.001 내지 3 wt% (보다 바람직하게 0.01 내지 3 wt%, 보다 더 바람직하게 0.05 내지 0.15 wt%) 포함한다. 바람직하게, 산화제는 과산화수소이다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 과산화수소를 0.05 내지 0.15 wt% 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물 내 사용되는 물은 부수적인 불순물을 제한하기 위해 탈이온 및 증류 중 적어도 하나를 실시한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 pH 조정제, 분산제, 계면활성제, 완충제 및 살생제로부터 선택되는 추가의 첨가제를 더 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게 pH가 7.1 내지 12 (바람직하게 7.5 내지 10, 보다 바람직하게 7.5 내지 9, 가장 바람직하게 7.5 내지 8.5) 이다. 화학 기계적 연마 조성물의 pH를 조정하는데 적합한 산에는, 예를 들면, 질산, 황산 및 염산이 포함된다. 화학 기계적 연마 조성물의 pH를 조정하는데 적합한 염기에는, 예를 들면, 암모늄 하이드록시드, 포타슘 하이드록시드, 테트라메틸암모늄 하이드록시드 및 바이카보네이트가 포함되고; 바람직하게 테트라메틸암모늄 하이드록시드이다.
임의로, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 기판은 Si3N4를 추가로 포함하고; 여기에서 Si3N4의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 사용되는 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 10:1 이상(보다 바람직하게 15:1 이상; 가장 바람직하게 18:1 이상)을 나타낸다.
임의로, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 기판은 테트라에틸 오르토실리케티트 (TEOS)를 추가로 포함하고; 여기에서 TEOS의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 10:1 이상(보다 바람직하게 15:1 이상; 가장 바람직하게 16:1 이상)을 나타낸다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은: 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 여기에서 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서: 물; 연삭제 (바람직하게, 콜로이드성 실리카 연삭제, 보다 바람직하게 평균 입자 크기가 1 내지 200 nm, 보다 더 바람직하게 100 내지 150 nm, 가장 바람직하게 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제) 0.1 내지 5 wt% (바람직하게 0.5 내지 3 wt%, 보다 바람직하게 1 내지 3 wt%, 가장 바람직하게 1.5 내지 2.5 wt%); 프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 (바람직하게, 암모늄 하이드로겐 프탈레이트) 0.001 내지 5 wt% (바람직하게 0.05 내지 5 wt%, 보다 바람직하게 0.1 내지 4 wt%, 가장 바람직하게 0.2 내지 0.4 wt%); 킬레이트제 (바람직하게, 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되는 킬레이트제) 0.001 내지 5 wt% (바람직하게 0.01 내지 5 wt%, 보다 바람직하게 0.15 내지 0.25 wt%); 폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt% (바람직하게 0.01 내지 0.1 wt%, 보다 바람직하게 0.04 내지 0.06 wt%); 산화제 (바람직하게, 과산화수소) 0.001 내지 3 wt% (바람직하게 0.01 내지 3 wt%, 보다 바람직하게 0.05 내지 0.15 wt%)이 포함(필수적으로 구성)되고, pH는 7.1 내지 12 (바람직하게 7.5 내지 10, 보다 바람직하게 7.5 내지 9, 가장 바람직하게 7.5 내지 8.5)이며; 상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스에서 1,000 Å/분 이상을 나타내고; 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하 (보다 바람직하게 0 내지 200; 가장 바람직하게 0 내지 190)의 연마후 SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지며 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가 1,000 Å/분 이상이 되도록 촉진하고, 여기에서 175 이하 (보다 바람직하게 0 내지 170; 가장 바람직하게 0 내지 165)의 연마후 SP1 결함은 텔루륨 잔여물 결함이며; 임의로, 상기 기판은 Si3N4를 추가로 포함하고, 이 Si3N4 중 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 15:1 이상 (바람직하게 18:1 이상)을 나타내고; 임의로, 상기 기판은 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 추가로 포함하며, 이 TEOS 중 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 15:1 이상 (바람직하게 16:1 이상)을 나타낸다.
이제 본 발명의 일부 구체예들을 하기 실시예에 상세하게 설명한다.
실시예
화학 기계적 연마 조성물
테스트된 화학 기계적 연마 조성물(CMPC)을 표 1에 나타내었다. 화학 기계적 연마 조성물 A-D는 청구 발명의 범위에 속하지 않는 비교 제제들이다.
CMPC AHP *
( wt %) 		EDTA ￡
( wt %) 		폴리(아크릴산-
co - 말레산 ) ξ
( wt %) 		연삭제 ŧŧ
( wt %) 		H 2 O 2
( wt %) 		HClO 4
( wt %) 		pH α
1 0.3 0.2 0.05 2 0.1 -- 8
A -- -- -- 3.5 -- -- 8
B 0.3 0.2 -- 2 0.1 -- 8
C -- 0.2 0.05 2 0.1 -- 8
D 0.3 -- -- 2.5 -- 0.2 8
* 암모늄 하이드로겐 포스페이트
￡ 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 디포타슘염 디하이드레이트
ξ Aldrich Chemicals 사의 중량 평균 분자량 3,000인 폴리(아크릴산-co-말레산) 50% 수성 용액
ŧŧ AZ Electronic Materials에서 제조되고, Rohm and Haas Electronic Materials CMP 사에서 시판중인, 평균 입자 크기 120 nm의 Klebosol? K1630 콜로이드성 실리카
α 테트라메틸암모늄 하이드록시드를 첨가하여 조정
연마 테스트
표 1의 화학 기계적 연마 조성물을 사용하여, SKW Associates 사의 게르마늄-안티모니-텔루륨(GST) 블랭킷 웨이퍼(Si / 1 kA 열산화 / 200 A TiN / 1500 A GST 필름) 상에서 연마 실험을 실시하였다.
상기 연마 실험은, 60 rpm의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속 및 1.2 psi (8.27 kPa)의 다운 포스에서, IC1010™ 폴리우레탄 연마 패드(Rohm and Hass Electronic Materials CMP 사에서 시판)를 사용하는 ISRM 검출 시스템이 장착된 Applied Materials 사의 Mirra? 200 mm 연마 기계를 사용하여 실시하였다. Diagrid? AD3BG-150855 다이아몬드 패드 컨디셔너(Kinik Company에서 시판중)을 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝하였다. 연마 전, 연마 패드를 컨디셔너로 14.0 lbs(6.35 kg)의 다운 포스를 사용하여 20분간 길을 들인 후, 9.01 lbs(4.08 kg)의 다운 포스로 10분간 길을 들였다. 추가로, 웨이퍼 연마 중에, 연마 패드를 9.01 lbs(4.08 kg)의 다운 포스로 그 자리에서(in situ) 컨디셔닝하였다. 표 2에 제시된 GST 제거 속도 데이터는 Jordan Valley JVX-5200T 계측 툴을 사용하여 측정한 것이다. 각각 SVTC 및 Advantiv로부터의 Si3N4 및 TEOS 블랭킷 웨이퍼 역시, 제시된 조건하에서 연마하였다. 표 2에 제시된 Si3N4 및 TEOS 제거 속도는, KLA-Tencor FX200 계측 툴을 사용하여 연마 전과 후에 필름 두께를 측정하여 결정하였다. 0.16μm 초과의 결함에 대한 결함 수 분석을 KLA-Tencor의 SP1 계측 툴을 사용하여 실시하였다. 무작위로 선택된 결함의 주어진 숫자(표 2에 제시됨)을 KLA-Tencor의 SEM EDR5200 계측 툴을 사용하여 검토하고, Te 잔여물 결함을 확인하였다. 그 후, 결함의 잔여에 대한 판정을 추정하여 Te 잔여물 결함의 총 숫자를 평가하였다. 연마 테스트의 결과를 표 2에 나타내었다.
CMPC GST
제거
속도
(Å/분) 		TEOS
제거
속도
(Å/분) 		Si 3 N 4
제거
속도
(Å/분) 		전체
결함 Ŧ 		SEM
검토
결함 		Te
잔여물
결함
1 1045 65 57 188 50 165
A 204 85 58 806 100 467
B 938 74 55 312 50 218
C 149 40 36 1412 50 0
D 856 79 88 939 100 667
Ŧ 0.16μm 초과의 크기를 갖는 전체 결함.

Claims (10)

  1. 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
    화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
    화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고,
    여기에서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서:
    물;
    연삭제(abrasive) 0.1 내지 5 wt%;
    프탈산, 프탈산 무수물, 프탈레이트 화합물 및 프탈산 유도체 중 적어도 하나 0.001 내지 5 wt%;
    킬레이트제 0.001 내지 5 wt%;
    폴리(아크릴산-co-말레산) 0.001 내지 0.1 wt%;
    산화제 0.001 내지 3 wt%을 포함하고,
    이 화학 기계적 연마 조성물의 pH는 7.1 내지 12이며,
    상기 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되는,
    기판의 화학 기계적 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이고; 산화제는 과산화수소이며; 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되고; 기판은 Si3N4를 추가로 포함하며; Si3N4의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 10:1 이상인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이고; 산화제는 과산화수소이며; 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되고; 기판은 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS)를 추가로 포함하며; TEOS의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되고; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 10:1 이상인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 연삭제는 평균 입자 크기가 110 내지 130 nm인 콜로이드성 실리카 연삭제이고; 산화제는 과산화수소이며; 킬레이트제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 및 그의 염으로부터 선택되고; 화학 기계적 연마 조성물은, 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도가, 60 rpm(분당 회전)의 플래튼 속도, 55 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계 상에 8.27 kPa (1.2 psi)의 공칭 다운 포스(nominal down force)에서, 1,000 Å/분 이상을 나타내고, 화학 기계적 연마 패드는 중합 중공(hollow) 코어 마이크로입자를 함유한 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드(non-woven subpad)를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 기판은 Si3N4를 추가로 포함하고; Si3N4의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 15:1 이상인 방법.
  6. 제4항에 있어서, 기판은 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 추가로 포함하고; TEOS의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 15:1 이상인 방법.
  7. 제4항에 있어서, 화학 기계적 연마 조성물은 200 이하의 연마후(post polish) SP1 결함수(> 0.16μm)를 가지면서 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 제거 속도를 1,000 Å/분 이상으로 촉진하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 연마후 SP1 결함 중 175 이하가 텔루륨 잔여물 결함인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 기판은 Si3N4를 추가로 포함하고; Si3N4의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 Si3N4 제거 속도 선택성이 15:1 이상인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 기판은 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 추가로 포함하고; TEOS의 적어도 일부가 기판으로부터 제거되며; 화학 기계적 연마 조성물은 게르마늄-안티모니-텔루륨 상 변화 합금 대 TEOS 제거 속도 선택성이 15:1 이상인 방법.
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