DE102012007811A1

DE102012007811A1 - Chemisch-mechanische Polierzusammensetzung und Verfahren zum Polieren von Germanium-Antimon-Tellur-Legierungen

Info

Publication number: DE102012007811A1
Application number: DE102012007811A
Authority: DE
Inventors: Jaeseok Lee; Yi Guo; Kancharla-Arun Kumar Reddy; Guangyun Zhang
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-10-31
Also published as: TWI532830B; JP5947611B2; FR2974530B1; JP2012235110A; TW201247855A; CN102756326B; US20120276742A1; CN102756326A; FR2974530A1; US8309468B1

Abstract

Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats, das eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung (GST) umfasst, unter Verwendung einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, ein Schleifmittel, ein Material, das aus Ethylendiamintetraessigsäure und Salzen davon ausgewählt ist, und ein Oxidationsmittel, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine hohe GST-Entfernungsgeschwindigkeit mit einer geringen Defektanzahl erleichtert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung und Verfahren zu deren Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren eines Substrats, das eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung aufweist.
Phasenänderung-Direktzugriffsspeicher(PRAM)-Vorrichtungen, die Phasenänderungsmaterialien nutzen, bei denen ein Übergang zwischen einem isolierenden, im Allgemeinen amorphen Zustand, und einem leitenden, im Allgemeinen kristallinen Zustand elektrisch hervorgerufen werden kann, sind zu einem führenden Kandidaten für die nächste Generation von Speichervorrichtungen geworden. Diese nächste Generation von PRAM-Vorrichtungen könnte herkömmliche Halbleiterspeichervorrichtungen, wie z. B. dynamische Direktzugriffsspeicher(DRAM)-Vorrichtungen, statische Direktzugriffsspeicher(SRAM)-Vorrichtungen, löschbare und programmierbare Festwertspeicher(EPROM)-Vorrichtungen und elektrisch löschbare und programmierbare Festwertspeicher(EEPROM)-Vorrichtungen, bei denen Mikroelektronikschaltungselemente für jedes Speicherbit eingesetzt werden, ersetzen. Diese herkömmlichen Halbleiterspeichervorrichtungen verbrauchen viel Chipraum zum Speichern von Informationen, wodurch die Chipdichte beschränkt ist, und sie können auch nur relativ langsam programmiert werden.
Phasenänderungsmaterialien, die in PRAM-Vorrichtungen geeignet sind, umfassen Chalkogenidmaterialien, wie z. B. Germanium-Tellur(Ge-Te)- und Germanium-Antimon-Tellur(Ge-Sb-Te)-Phasenänderungslegierungen. Die Herstellung von PRAM-Vorrichtungen umfasst chemisch-mechanische Polierschritte, in denen Chalkogenid-Phasenänderungsmaterialien selektiv entfernt werden und die Vorrichtungsoberfläche planarisiert wird.
Tellur neigt dazu, in Chalkogenid-Phasenänderungslegierungsfilmen relativ mobil zu sein. Unter CMP-Bedingungen kann Tellur dazu neigen, während der Planarisierung auf der Oberfläche des Wafers zu wandern und zu agglomerieren. Dies führt zu Filmen mit nicht-homogenen Zusammensetzungen und Oberflächeneigenschaften, die auf dem gesamten Wafer von einer Stelle zur nächsten variieren.
Eine Polierzusammensetzung zum Polieren von Substraten mit einem Chalkogenid-Phasenänderungsmaterial ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 20070178700 für Dysard et al. offenbart. Dysard et al. offenbaren eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Polieren eines Substrats, das eine Phasenänderungslegierung enthält, wobei die Zusammensetzung umfasst: (a) ein teilchenförmiges abrasives Material in einer Menge von nicht mehr als etwa 3 Gewichtsprozent, (b) mindestens ein Chelatisierungsmittel, das die Phasenänderungslegierung, eine Komponente davon oder eine Substanz, die aus dem Phasenänderungslegierungsmaterial während des chemisch-mechanischen Polierens gebildet worden ist, chelatisieren kann, und (c) einen wässrigen Träger dafür.
Es besteht ein anhaltender Bedarf zur Entwicklung neuer chemisch-mechanischer Polierzusammensetzungen (CMP-Zusammensetzungen), die Phasenänderungsmaterialien mit hohen Entfernungsgeschwindigkeiten selektiv entfernen können, während auch verminderte Gesamtdefekte und Te-Rückstandsdefekte bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% eines Materials, das aus Ethylendiamintetraessigsäure und Salzen davon ausgewählt ist, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% Ethylendiamintetraessigsäure oder eines Salzes davon, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% Ethylendiamintetraessigsäure oder eines Salzes davon, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 erleichtert.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% Ethylendiamintetraessigsäure oder eines Salzes davon, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 erleichtert, wobei ≤ 200 der SP1-Defekte nach dem Polieren Tellur-Rückstandsdefekte sind.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% Ethylendiamintetraessigsäure oder eines Salzes davon, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 erleichtert, wobei ≤ 200 der SP1-Defekte nach dem Polieren Tellur-Rückstandsdefekte sind, wobei das Substrat ferner Si₃N₄ umfasst, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% Ethylendiamintetraessigsäure oder eines Salzes davon, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 erleichtert, wobei ≤ 200 der SP1-Defekte nach dem Polieren Tellur-Rückstandsdefekte sind, wobei das Substrat ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS) umfasst, wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Detaillierte Beschreibung
Das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung ist zum Polieren eines Substrats geeignet, das eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung enthält. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung stellt eine hohe Chalkogenid-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit mit einer günstigen Selektivität bezogen auf zusätzliche Materialien auf dem Substrat und mit einer geringen Gesamtdefektanzahl und geringen Te-Rückstandsdefekten bereit.
Substrate, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum chemisch-mechanischen Polieren geeignet sind, umfassen eine Germanium-Antimon-Tellur(GST)-Phasenänderungslegierung.
Substrate, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum chemisch-mechanischen Polieren geeignet sind, umfassen gegebenenfalls ferner ein zusätzliches Material, das aus Phosphorsilikatglas (PSG), Borophosphorsilikatglas (BPSG), undotiertem Silikatglas (USG), Spin-on-Glas (SOG), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Plasma-verstärktem TEOS (PETEOS), fließfähigem Oxid (FOx), mittels chemischer Dampfabscheidung mit hochdichtem Plasma (HDP-CVD) erzeugtem Oxid und Siliziumnitrid (z. B. Si₃N₄) ausgewählt ist. Vorzugsweise umfasst das Substrat ferner ein zusätzliches Material, das aus Si₃N₄ und TEOS ausgewählt ist.
Schleifmittel, die zur Verwendung in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfassen z. B. anorganische Oxide, anorganische Hydroxide, anorganische Hydroxidoxide, Metallboride, Metallcarbide, Metallnitride, Polymerteilchen und Gemische, die mindestens eines der vorstehend genannten Materialien umfassen. Geeignete anorganische Oxide umfassen z. B. Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Ceroxid (CeO₂), Manganoxid (MnO₂), Titanoxid (TiO₂) oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Oxide umfassen. Modifizierte Formen dieser anorganischen Oxide, wie z. B. mit einem organischen Polymer beschichtete anorganische Oxidteilchen und anorganisch beschichtete Teilchen, können ebenfalls verwendet werden, falls dies gewünscht ist. Geeignete Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen z. B. Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid (SiCN), Borcarbid, Wolframcarbid, Zirkoniumcarbid, Aluminiumborid, Tantalcarbid, Titancarbid oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen. Vorzugsweise ist das verwendete Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel. Mehr bevorzugt ist das verwendete Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 200 nm (mehr bevorzugt 100 bis 150 nm, insbesondere 110 bis 130 nm), bestimmt mittels bekannter Laserlichtstreuungstechniken.
Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst vorzugsweise als eine ursprüngliche Komponente 0,1 bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 3 bis 4 Gew.-% Schleifmittel. Vorzugsweise ist das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel. Insbesondere umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als eine ursprüngliche Komponente 3 bis 4 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxidschleifmittels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm.
Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, als eine ursprüngliche Komponente 0,001 bis 5 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,15 bis 0,25 Gew.-%) eines Materials, das aus Ethylendiamintetraessigsäure und Salzen davon ausgewählt ist (z. B. Ethylendiamintetraessigsäure-Dikaliumsalzdihydrat).
Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, als eine ursprüngliche Komponente 0,001 bis 3 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,25 bis 0,75 Gew.-%) eines Oxidationsmittels. Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid. Insbesondere umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, als eine ursprüngliche Komponente 0,25 bis 0,75 Gew.-% Wasserstoffperoxid.
Vorzugsweise ist das Wasser, das in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung verwendet wird, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken.
Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst ferner gegebenenfalls zusätzliche Zusätze, die aus pH-Einstellmitteln, Dispergiermitteln, grenzflächenaktiven Mitteln, Puffern und Bioziden ausgewählt sind.
Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist einen pH-Wert von 7,1 bis 12 auf (vorzugsweise 7,5 bis 10, mehr bevorzugt 7,5 bis 9, insbesondere 7,5 bis 8,5). Säuren, die zum Einstellen des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, umfassen z. B. Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Basen, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, umfassen z. B. Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid und -hydrogencarbonat, vorzugsweise Tetramethylammoniumhydroxid.
Gegebenenfalls umfasst das Substrat in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung ferner Si₃N₄, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 10:1 aufweist (mehr bevorzugt ≥ 15:1, insbesondere ≥ 18:1).
Gegebenenfalls umfasst das Substrat in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS), wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 10:1 aufweist (vorzugsweise ≥ 15:1).
Vorzugsweise umfasst das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% (vorzugsweise 0,5 bis 4 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, insbesondere 3 bis 4 Gew.-%) eines Schleifmittels (wobei das Schleifmittel vorzugsweise ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 200 nm, mehr bevorzugt 100 bis 150 nm, insbesondere 110 bis 130 nm ist), 0,001 bis 5 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,15 bis 0,25 Gew.-%) eines Materials, das aus Ethylendiamintetraessigsäure und Salzen davon ausgewählt ist, und 0,001 bis 3 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 3 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,25 bis 0,75 Gew.-%) eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist (vorzugsweise 7,5 bis 10, mehr bevorzugt 7,5 bis 9, insbesondere 7,5 bis 8,5), Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min (vorzugsweise ≥ 1200 Å/min) bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min (vorzugsweise ≥ 1200 Å/min) mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 (mehr bevorzugt 0 bis 300, insbesondere 0 bis 270) erleichtert, wobei ≤ 200 (mehr bevorzugt 0 bis 200, insbesondere 0 bis 185) der SP1-Defekte nach dem Polieren Tellur-Rückstandsdefekte sind, wobei das Substrat gegebenenfalls ferner Si₃N₄ umfasst, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist (vorzugsweise ≥ 18:1), und wobei das Substrat gegebenenfalls ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS) umfasst, wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in den folgenden Beispielen detailliert beschrieben.
Beispiele
Chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen
Die getesteten chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen (CMPCs) sind in der Tabelle 1 beschrieben. Die chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen A und B sind Vergleichsformulierungen, die nicht im Schutzbereich der beanspruchten Erfindung liegen. Tabelle 1

CMPC EDTA* (Gew.-%) Schleifmittel^# (Gew.-%) H₂O₂ (Gew.-%) pH^α

1 0,2 3,5 0,5 8

A -- 3,5 -- 8

B 0,2 3,5 -- 8

* Ethylendiamintetraessigsäure-Dikaliumsalzdihydrat
^# Klebosol^® K1630 kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 120 nm, von AZ Electronic Materials hergestellt und von Rohm und Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich
^α Durch die Zugabe von Tetramethylammoniumhydroxid eingestellt
Poliertests

Polierexperimente wurden mit unstrukturierten Germanium-Antimon-Tellur(GST)-Wafern (Si/1 kÅ thermisches Oxid/200 Å TiN/1500 Å GST-Film) von SKW Associates Inc. unter Verwendung der in der Tabelle 1 beschriebenen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen durchgeführt. Die Polierexperimente wurden unter Verwendung eines Mirra^® 200 mm-Poliergeräts von Applied Materials, Inc., das mit einem ISRM-Detektorsystem ausgestattet war, unter Verwendung eines IC1010^TM-Polyurethanpolierkissens (von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich) bei einer Andruckkraft von 1,2 psi (8,27 kPa), einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min, einer Plattendrehzahl von 60 U/min und einer Trägerdrehzahl von 55 U/min durchgeführt. Ein Diagrid^® AD3BG-150855-Diamantkissenkonditionierer (von Kinik Company erhältlich) wurde zum Konditionieren des Polierkissens verwendet. Das Polierkissen wurde vor dem Polieren mit dem Konditionierer mit einer Andruckkraft von 14,0 Pfund (6,35 kg) für 20 Minuten und dann mit einer Andruckkraft von 9,0 Pfund (4,08 kg) für 10 Minuten konditioniert. Das Polierkissen wurde ferner in situ während des Waferpolierens mit einer Andruckkraft von 9,0 Pfund (4,08 kg) konditioniert. Die GST-Entfernungsgeschwindigkeitsdaten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden mit einem Jordan Valley JVX 5200T-Messgerät bestimmt. Unstrukturierte Si₃N₄- und TEOS-Wafer von SVTC bzw. Advantiv wurden unter den angegebenen Bedingungen ebenfalls poliert. Die Si₃N₄- und TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden durch Messen der Filmdicke vor und nach dem Polieren mit einem FX200-Messgerät von KLA-Tencor bestimmt. Die Analyse der Defektanzahl für Defekte > 0,16 μm wurde mit einem SP1-Messgerät von KLA-Tencor durchgeführt. Eine vorgegebene Anzahl (in der Tabelle 2 angegeben) von zufällig ausgewählten Defekten wurde mit einem SEM EDR5200-Messgerät von KLA-Tencor zur Identifizierung von Te-Rückstandsdefekten untersucht. Die Ergebnisse wurden dann für den Rest der Defekte extrapoliert, um die Gesamtzahl von Te-Rückstandsdefekten abzuschätzen. Die Ergebnisse der Poliertests sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

CMPC	GST-Entfernungs-geschwindigkeit (Å/min)	TEOS-Entfernungs-geschwindigkeit (Å/min)	Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min)	Gesamtdefekte^¥	SEM-untersuchte Defekte	Te-Rück-standsdefekte
1	1289	83	70	261	100	180
A	204	85	58	806	100	467
B	276	133	97	881	100	150

^¥ Gesamtzahl der Defekte mit einer Größe > 0,16 μm.

Claims

Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung im Wesentlichen aus den folgenden ursprünglichen Komponenten besteht: Wasser, 0,1 bis 5 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 5 Gew.-% eines Materials, das aus Ethylendiamintetraessigsäure und Salzen davon ausgewählt ist, 0,001 bis 3 Gew.-% eines Oxidationsmittels, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 7,1 bis 12 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei mindestens ein Teil der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von dem Substrat entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ferner Si₃N₄ umfasst, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 10:1 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS) umfasst, wobei das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist, wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 10:1 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 110 bis 130 nm ist und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 55 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 8,27 kPa (1,2 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Substrat ferner Si₃N₄ umfasst, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Substrat ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS) umfasst, wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung die Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1000 Å/min mit einer SP1-Defektanzahl (> 0,16 μm) nach dem Polieren von ≤ 300 erleichtert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ≤ 200 der SP1-Defekte nach dem Polieren Tellur-Rückstandsdefekte sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Substrat ferner Si₃N₄ umfasst, wobei mindestens ein Teil des Si₃N₄ von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si₃N₄-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Substrat ferner Tetraethylorthosilikat (TEOS) umfasst, wobei mindestens ein Teil des TEOS von dem Substrat entfernt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeitsselektivität von ≥ 15:1 aufweist.