Brevet FR2974530A1 — publié le 20121102

resente rn 'entlon 'Cern' Une composit on de pci a e cr rn o- 7 sera nique et des proc'dF pour son utilisation. PIL.Js perticuil rement, i3 p r_sente Invention concerne une composition de polissage chimie 1 conique pour polir Lin substrat ayant un alliage à changement de phase 5 en germanium-antimoine-tellure. ,positifs de mémoire à change ment de phase (PPAM) qui utilisent des matériau à changement de phase qui peuvent subir une transition ele'ctroque entre un état. isolant généralement amorphe et un conducteur généralement cristallin sont devenus les candidats principaux 10 pour la génération future de dispositifs de mémoire. Ces dispositifs PRAM de nouvelle génération peuvent remplacer les dispositifs de mémoire à semi-conducteurs conventionnels tels que les dispositifs de mémoire vive dynamique (DRAM), les dispositifs de mémoire vive statique (SRAM), les dispositifs de mémoire morte reprogrammable (EPROM), et les dispositifs 15 de mémoire morte reprogrammable électriquement (EEPROM), qui emploient des éléments de circuits microélectroniques pour chaque bit de mémoire. Ces dispositifs de mémoire à semi-conducteurs conventionnels consomment beaucoup d'espace sur la puce pour stocker des informations, ce qui limite par conséquent la densité de la puce ; et ils 20 sont aussi relativement lents à programmer. Des matériaux à changement de phase utiles dans es dispositifs PRAM comprennent les matériaux chalcogénures tels que les alliages à changement de phase en germanium-tellure (Ge-Te) et en a rmaniun--nntimo ne-teliure. ;Ge-Sb-Te). La fabricatioi d La présente invention met aussi à d sposition un iocede polissage chimico-mécanique d un substrat, comprenant les etapes consistent d fournir un substrat, quel substrat comprend un alliage à changement phase en germanium-antimoine-teilute ; fournir une composition de polissage chimico-mécanique, laquelle composition de polissage chimico- mécanique est constituée essentiellement, à titre de composants initiaux : d'eau ; de 0,1 à 5 % en poids d'un abrasif ; de 0,001 à 5 % en poids d'acide éthylènediaminetétraacétique ou d'un sel de celui-ci ; de 0,001 à 3 % en poids d'un agent oxydant, lequel agent oxydant est le peroxyde d'hydrogène ; la composition de polissage chimico-mécanique ayant un pH de 7,1 à 12 ; fournir un tampon de polissage chimico-mécanique ; créer un contact dynamique à l'interface entre le tampon de polissage chimicomécanique et le substrat ; et distribuer la composition de polissage chimico-mécanique sur le tampon de polissage chimico-mécanique au niveau ou à proximité de l'interface entre le tampon de polissage chimico- mécanique et le substrat ; dans lequel au moins une partie de l'aWage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure est retirée du substrat ; dans lequel l'abrasif est un abrasif en silice colloïdale ayant une (i enulometge moyenne de 110 à 130 nm ; ut dans lequel la composition de polissage chimico-meceniguc présente une etesse d'el de lalliage d 3s igement ' phase ce german urmantimolne tillur 1.000 , m :n n fesse d de 00 t,_)Llf. par MMUte, vlte`Spi de support de 55 tours par minute, un débit de composition c i pelissage cenigue de 300 n, et une force descendante nominale de [[ sur c ne mec one de pcilissao de 200 mime tampon poilssei cia nccemécanigue cerne ic une cm de polyuréthane contenant des microparticub s â coeur creux de polymère et u n sous-tampon non tissé imprégné de polyuréthane ; dans 1 'quel la composition de polissage chimico-mécanique facilite une vitesse cl'élimination de l'alliage antimoine-tellure > 1000 A SPI (-a 0,16 uni 300. La présente Invention met aussi a disposition un procédé de poussage chimico-mécanique d'un substrat, comprenant les étapes consistant a fournir un substrat, lequel substrat comprend un alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure ; fournir une composition de polissage chimico-mécanique, laquelle composition de polissage chimicomécanique est constituée essentiellement, à titre de composants initiaux : d'eau ; de 0,1 à 5 % en poids d'un abrasif ; de 0,001 â 5 % en poids d'acide éthylènediaminetétraacétique ou d'un sel de celui-ci ; de 0,001 à 3 °'o en poids d'un agent oxydant, lequel agent oxydant est le peroxyde d'hydrogène ; la composition de polissage chimico-mécanique ayant un pH de 7,1 à 12 ; fournir un tampon de polissage chimico-mécanique ; créer un contact dynamique à l'interface entre le tampon de polissage chimicomécanique et le substrat ; et distribuer la composition de polissage chimico-mécanique sur le tampon de polissage chimico-mécanique au niveau ou à proximité de l'interface entre le tampon de polissage chimicomécanique et le substrat ; dans lequel au moins une partie de l'alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure est retirée dit substrat ; dans lequel l'abras f r st un abrasif en silice colloïdale a ant une Çaranu'ométrie moyenne de 11.0 a ' 30 nm ; et dans lequel la composition p oli, sa e chlmicc -n tsar récente utie dite sse d élin?inatlon de I alliage c1 c na gercent de phase en germa nium-antimoinetellure 1000 f1 rr ln a une vitesse de I l; tenu d'e 60 tours par minute, une vitesse de si_ pprt rie 55 tours par f rl u E', un débit de composition dC_ polls bige iii niécaniq i dç 200 nr l rin, et un' turc descendante nom nale a changement de phase en germanium-min avec un compte de défauts post polissage x,27 kPa (1,2 psi) sur une machine de polissage de ?00 mm, le tampon de pollssauie en mlco-mecanique comprenant une couche de polissage en polyurethane contenant des microparticules à coeur cieux de polyme e et. un sous-tampon non tisse imprégné de polyurethane ; dans lequel la composition de polissage chimico-m'canique facilite une vitesse d'élimination de l'alliage changement de phase en germaniumantimoine-tellure > 1000 A min avec un compte de défauts post-polissage SPI (> 0,16 pm) 1000 Â/min avec un compte de défauts post-polissage SPI (> 0,16 pm) 15/1. La présente invention met aussi à disposition un procédé de polissage chimico-mécanique d'un substrat, comprenant les étapes consistant à : fournir un substrat, lequel substrat comprend un alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure ; fournir une composition de polissage chimico-mécanique, laquelle composition de polissage chimicomecanique est Constitue t essentiellement, à titre de composants initiaux d'eau de 1. à 5 en poids d'un abrasif dt_~ 0,001 à 5 76 en poids d'acide etl,,ylénedianiinetétraacétIcl _ ou d'un sel de celui c; de 0,001. à r poids d'un agent »latin cou c ,niosit!, n de pcl ssaoe Chia ice-niecaniquce avant un pH oe 7,1 12 fournir un tampon yneniique a interf entre Ire tampon de plissage chlmlc: ~- r tunique et le substrat ; distrihJer la _ce i o ir ~ ;r sI~io C; c' O I` ~ag_ cr m, canigcr_ e rue chimico-m iconique sur It~ tampon de polissage chinlïco-mécanique au niveau ou a pro, imite de l'nterface entre le tampon de polissage chimicomecanique et le substrat ; dans lequel au moins une partie de l'alliage a changement de phase en germanium-antimoine-tellure est retires du substrat ; dans lequel l'abrasir est un abrasif en silice colloïdale ayant une granulométrie moyenne de 110 à 130 nm et dans lequel la composition de polissage chimico-mécanique présente une vitesse d'élimination de l'alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure >LL 1000 Â/min à une vitesse de plateau de 60 tours par minute, une vitesse de support de 55 tours par minute, un débit de composition de polissage chimico-mécanique de 200 ml/min, et une force descendante nominale de 8,27 kPa (1,2 psi) sur une machine de polissage de 200 mm, le tampon de polissage chimico-mécanique comprenant une couche de polissage en polyuréthane contenant des microparticules à cceur creux de polymère et un sous-tampon non tissé imprégné de polyuréthane ; dans lequel la composition de polissage chimico-mécanique facilite une vitesse d'élimination de l'alliage à changement de phase en germaniumantimoine-tellure > 1000 Â/min avec un compte de défauts post-polissage SPI (> 0,16 pm) 15/1. pro, de poli ,sage chinoco-méca 1 .Lie d. présente t `,r~ es i'e pour polir un substrat c tenant s.ir a l age changement de phase r hdl.,~ La coMpositiOn de poIW ,acte h nii n cinique sit lisé_ dans procédé de la présente invention permet une Vitesse eleV d niination de l'alliage à changement ue phase chalcogénure avec une Iectivite favorable vis-a-vis de matériaux additionnels sur le substrat, e uc r, eu de défauts totaux et peu de défauts dus a des résidus de Te. Les substrats utilisables dans 1 procédé de la présente invention pour un polissage chimico-mécanique comprennent un alliage a changement de phase en germanium-antimoine-tellure (GST). Les substrats utilisables dans le procédé de la présente invention pour un polissage chimico-mécanique comprennent éventuellement en outre un 10 matériau additionnel choisi parmi le verre de phosphosilicate (PSG), le verre de borophosphosilicate (BPSG), le verre de silicate non dopé (USG), le verre produit par rotation (SOG), l'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS), le TEOS amplifié par plasma (PETEOS), les oxydes liquides (Fox), les oxydes obtenus par dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma haute 15 densité (HDP-CVD), et les nitrures de silicium (par exemple Si3N4). De préférence, le substrat comprend en outre un matériau additionnel choisi parmi Si3N4 et TEOS. Les abrasifs utilisables dans la composition de polissage chimicomécanique utilisée dans le procédé de polissage chimico-mécanique de la 20 présente invention comprennent, par exemple, les oxydes inorganiques, les hydroxydes inorganiques, les oxydes d'hydroxydes inorganiques, les borures métalliques, les carbures métalliques, les nitrures métalliques, les particules de polymères et les mélanges comprenant au moins l'un des precedents. Des oxydes inorganiques convenables comprennent, par 2h exemple, la silice (SiC `,, ('aiumint_ ('Al (d ), la zircone (Zr() ), oxyde "e' cérium `l?a noad 'cu (N'lnn ,) l'oxyde rte titane (Tin) s combinaisons comprenant au moins l'un peul. aussi ut Iller, sl en le souhaite, dr." formes modifiées de n rq :nioues, telles cite' des particules 30 l`y"mer u et des parte ul s i :/efiuJ Ci compose pan c,ue. carbures, borures et nitrures mretalliques convenables comprennent, par ~ De préférence, la composition de polissage chimico-mécanique utilisée dans le procédé de polissage chimico-mécanique de la présente invention comprend, titre de composant initial, 0,001 à 5 % en poids (mieux encore 0,01 â 5 ML en poids, plus particulièrement 0,1.5 â 0,25 en po!Ids) d'un maturlau choisi pars l'acide etin leeedlani netetraa tl4iu('. t ses sels (par ulule Sel dipotassiciurr Ide elaor ne'tét'c.ucétioue 7ifydr 3 De préférence, la composition de pou s age dans le procédé d~ pol ssacae chimico-ni canique mprend, à titre de' ça r ipc:vant initial, 0,001. encore ),01 o e nr ds, plus narticuLerer ren...t Y-niécanique utilisée invention mleux. roicls, tout spécialement 0,25 J 0,75 % en poids) d'un agent o ydant. De pr tèrence, l'agent oxydant est le peroxyde d'hydrogène. Tout specia eurent, la composition de polissage chimico-menique utilises: dans le prose dé de polissage chimico-mécanique de la présente invention comprend, à titre de composant initia!, 0,25 à 0,75 `.~ en poids de peroxyde d'hydrogène. De préférence, l'eau utilisée dans la composition de polissage chimicomécanique utilisée dans le procédé de polissage: chimico-mécanique de la présente invention est au moins l'une parmi l'eau désionisée et l'eau 10 distillée pour limiter les impuretés accidentelles. La composition de polissage chimico-mécanique utilisée dans le procédé de polissage chimico-mécanique de la présente invention comprend en outre éventuellement des additifs supplémentaires choisis parmi les agents d'ajustement du pH, les dispersants, les tensioactifs, les tampons et les 15 biocides. La composition de polissage chimico-mécanique utilisée dans le procédé de polissage chimico-mécanique de la présente invention a un pH de 7,1 à 12 (de préférence de 7,5 à 10, mieux encore de 7,5 à 9, tout spécialement de 7,5 à 8,5). Des acides convenant pour ajuster le pH de la composition 20 de polissage chimico-mécanique comprennent, par exemple, l'acide nitrique, l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique. Des bases convenant pour ajuster le pH de la composition de polissage chimico-mécanique comprennent, par exempte, l'hydroxyde d'ammonium, l'hydroxyde de 'Oum, I'hydroxyde de tF--tramethylammoniunl et les bicarbonates , dï etl'rr noce l r y'dro `y'd` de tetrarîlethy'lammonium. noI chimie--nii::c_on q ue chi n illemxnt, da n`e invention, lei ~. ,hstrat. comprend en outr du Si ;N.: o moins une tÏ ' du Si ..N : est retiré ' d'u su b`s'rat ; et la ccn'pc)sitlo'n de p01 s sag; du taux d'11imnation de l'alliage à changement de phase e[n germanium-antimoine tellure à celui du Si N.. > 1011 (mieux encore 15/1 ; tout spécialement 10/1.). Eventufellement, dans le procédé de polissage cnimico-mécanique de (a présente invention, le substrat comprend en outre de l'orthosi'icate de tétraéthyle (TEOS) ; au moins une partie du TEOS e st retirée du substrat ; et la composition de polissage chimico-mécanique utilisee pré sente une sélectivité du taux. d'élimination de l'alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure à celui du TEOS 10/1 (de préférence 15/1). De préférence, le procédé de polissage chimico-mécanique de la présente invention comprend les opérations consistant à : fournir un substrat, lequel substrat comprend un alliage à changement de phase en germanium-antimoine-tellure ; fournir une composition de polissage chimico-mécanique, laquelle composition de polissage chimico-mécanique est constituée essentiellement, à titre de composants initiaux : d'eau ; de 0,1 à 5 % en poids (de préférence 0,5 à 4 % en poids, mieux encore 1 à 4 % en poids, tout spécialement 3 à 4 % en poids) d'un abrasif (l'abrasif étant de préférence un abrasif en silice colloïdale ayant une granulométrie moyenne de 1 à 200 nm, mieux encore de 100 à 150 nm, tout spécialement de 110 à 130 nm) ; 0,001 à 5 % en poids (de préférence 0,01 à 5 % en poids, mieux encore 0,15 à 0,25 % en poids) d'un matériau choisi parmi l'acide éthylénediaminetétreacétique et ses sels ; et 0,001 à 3 % en poids (de préférence 0,01 à 3 % en poids, mieu/ encore 0,05 a 1% en poids, tout spécialement 0,25 à 0,75 en poids) dun agent } qunt., lequel agent oxydant est !e peie, 'de d'hvdrogene ; lu de pou sa e chimico niécanIque ?i + un H Cie 1 çi ec 7,5 10, l e.0 encore de 5 ~, tout spec 3 'r r a 5,5) ; fournir un tampon de polis suai, chir rico-`l ecanique ; créer rtac dueumleU:e a l interfac cintre le tampon d poh ssa ;e ,, hlce ce substrat ; t distribue! bi cour ositIr poli'-»cage30 Chirico-mecanlque sur lro tampon de pofssage l Im co n"lÉ car pue c3 L1 niveau ou a pro>lmlte de l'Interface entre le tampon de polissage chimicomécanique et le substrat ; dans Hg, ;el au moins une partie de l'alliage a changement de phase en germanium-antimoine-tellure est retirée du substrat ; dans lequel la Corllposibon de polissage Chirico r1 écanique présente une vitesse d'élimination de l'alliage a changement de phase en germanium-antimoine-tellure > 1.000 A,'mïn (de préférence > 1200 AZrin) une vitesse de plateau de 60 tours par Minute, une vitesse de support de 55 tours par minute, un débit de composition de polissage chimico- mécanique de 200 ml/min, et une force descendante nominale de 8,27 kPa (1,2 psi) sur une machine de polissage de 200 mm, le tampon de polissage chimico-mécanique comprenant une couche de polissage en polyuréthane contenant des microparticules à coeur creux de polymère et un sous-tampon non tissé imprégné de polyuréthane ; dans lequel la composition de polissage chimico-mécanique facilite une vitesse d'élimination de l'alliage à changement de phase en germaniumantimoine-tellure > 1000 Â/min (de préférence > 1200 Â/min) avec un compte de défauts post-polissage SPI (> 0,16 pm) E semples Cgnippsition _de pol.ss~igt chimico mecanlgr.o Les compositions de polissage chimico-!Mécanique (CMPC) testées sont décrites dans le Tableau 1. Les compositions de polissage chimicomécanique A à D sont des formulations comparatives, qui ne rentrent pas dans le cadre de l'invention revendiquée. Tableau 1 CMPC EDTA* (% pds) Abrasif (% pds) H2O2 (% pds) pH° 1 02 35 f 8 A 3,5 8 B 0,2 3,5 -- g * Sel dipotassique d'acide éthylènediaminetétraacétique dihydraté Silice colloïdale Klebosol® K1630 ayant une granulométrie moyenne de 120 nm, fabriquée par AZ Electronic Materials et 15 disponible dans le commerce chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. Ajusté par l'addition d'hydroxyde de tétraméthylammonium Tests de ['plissage On a effectue des experlences de pulls sage sur drus galettf'., d~ couverture 20 en germanium-antimoine-tellure (GST) oxyde thermique SPA TIN 200 A film de GST 1500 A) provenant d S~,f Associai, s Inc, r n utilisant compositions rdF polissage chimico-mt caniqu e décht 's dans Tableau [ . On ] effectué ie`, m....périences de potssage en utilisant une machine de polissage Applied Materials, Inc.. Mirru de 200 nin, :squire ~ d'un _~ÿsteme 25 tour ISKM utilisant un tampon du polissage po yuréthane IC.1010TM onibii dans: i ccfilmt I E' L.11i [ R(Hm and Hé-ms Electronle Materials CMP Inc.) sous une force descendante de 8,27 kPa avec un débit de la composition dte potsSagc chlmlco-mécanique 200 !ml/min, une vitesse de plateau 60 t/min et une vitesse de support de 55 t m n. Pour conditionner ie tampon de polissage, on a utilise un conditionneur de tampon diamante Diagrid i AD3BG-150$55 (disponible dans le commerce chez Kinik Company). On a rodé le tampon de polissage avec le conditionneur en utilisant une force descendante de 6,35 kg (14,0 lbs) pendant 20 minutes puis une force descendante de 4,08 kg (9,0 lbs) pendant 10 minutes avant le polissage. On a en outre conditionné le tampon de polissage in situ durant le polissage de la galette en utilisant une force descendante de 4,08 kg (9,0 lbs). On a déterminé les données de vitesse d'élimination du GST, rapportées dans le Tableau 2, en utilisant un outil de métrologie Jordan Valley JVX-5200T. On a également poli, dans les conditions indiquées, des galettes de couverture en Si3N4 et TEOS, provenant respectivement de SVTC et Advantiv. On a déterminé les vitesses d'élimination du Si3N4 et du TEOS, rapportées dans le Tableau 2, en mesurant l'épaisseur de film avant et après polissage en utilisant un outil de métrologie KLA-Tencor FX200. On a effectué l'analyse du compte de défauts pour les défauts > 0,16 dam en utilisant l'outil de métrologie SP1 de KLA-Tencor. On a réexaminé un nombre indiqué (noté dans le Tableau 2) de défauts sélectionnes au hasard, en utilisant l'outil de métrologie MEB EDk5200 de KLA-Tencor, pour identifier les défauts dus à des résidus de Te. On a ensuite extrapolé es découvertes peur le este des défauts afin d'estimer le nombre total de défauts dus a d' r sidus de re. L :s resultets des test` de pollssag e Tableau 2. Tableau 2 Vitesse d'élu-ai- l nation du nation du nation du GST TEOS Si i J CMPC~ (Amin) 1289 204 Défauts i ' Défauts ` dus au É Défauts examinés Te i totaux au MEB résidue = 100 180 Vitesse Vites, d'élimi-