專利名稱：一種用于相變材料的化學機械拋光方法
技術領域：
本發明涉及一種化學機械拋光方法，尤其用于相變材料的化學機械拋光方法。
背景技術：
1966年9月奧弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)提交了第一個有關基于GST合金的相變存儲器(Phase change memory,簡稱PCM)的專利。之后在1968年,奧弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)又發表了第一篇關于非晶體相變的論文,倉ll立了非晶體半導體學。相變材料在數據存儲過程中，其由非晶體狀態變成晶體，再變回非晶體的過程中，其非晶體和晶體狀態呈現不同的反光特性和電阻特性，因此可以利用非晶態和晶態分別代表“O”和“I”來存儲數據。
相變存取存儲器(PRAM)，也稱為雙向存儲器，使用可在絕緣的非晶狀態與導電的晶體狀態之間進行電切換的相變材料(PCM)以用于電子內存應用。PCM可根據加熱/冷卻速率、溫度及時間可逆地改變物理狀態。通過不同物理狀態的導電性質最小損失地保存在PRAM中的存儲信息。PRAM具有常規的高度集成動態隨機存取存儲器(DRAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)和非易失性規格快閃記憶體像硬碟(NAND)閃存的優點，并且與常規的互補金屬氧化物半導體(C-MOS)場效應晶體管(FETs)的集成工藝有優異的兼容性。基于這些優點，PRAM由于具有成功商業化的最大可能性而吸引了越來越多的關注。而目前最有應用前景的PCM材料是GST (鍺、銻和碲)合金，例如Ge2Sb2Te515 GST合金在極低維度(約5納米)的狀態下仍能保持優異的信息存儲能力，所以采用鍺-銻-碲合金制成的存儲器件具有非常高的信息存儲密度。相變隨機存取存儲器被認為是極具競爭力的新一代存儲器。在芯片的實際加工過程中，可將GST (Ge2Sb2Te5)通過化學氣相沉積到硅片表面后，對硅片表面進行平坦化。在目前的基材表面平坦化技術中，化學機械拋光(CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。化學機械拋光(CMP)是由化學作用、機械作用以及這兩種作用結合而成。它通常由一個帶有拋光墊的研磨臺，及一個用于承載芯片的研磨頭組成。其中研磨頭固定住芯片，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當進行化學機械拋光時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是沿著與研磨臺一樣的運動方向旋轉。與此同時，含有研磨劑的漿料被滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上。芯片表面在機械和化學的雙重作用下實現全局平坦化。對金屬層化學機械拋光(CMP)的主要機制被認為是氧化劑先將金屬表面氧化絡合，以二氧化硅和氧化鋁為代表的研磨劑將該層氧化膜機械去除，產生新的金屬表面繼續被氧化，這兩種作用協同進行。然而，與常規的由單一元素如銅(Cu)或鎢(W)組成的金屬層不同，待拋光的相變存儲設備的層由含有特定比例的特殊元素的高級材料組成，如硫(S)、硒(Se)、鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)、銀(Ag)、銦(In)、錫(Sn)、鎵(Ga)等，從而在結晶態和無定形態之間進行可逆相變。而且相變材料的硬度較低，采用普通的化學機械拋光液對于GST材料的拋光效果并不好，會在相變材料的表面出現劃痕。另一方面，一些化學機械拋光漿料不能均勻移除相變材料的所有組分，導致拋光后相變材料殘渣殘留在介電層上，并在器件制造的后續步驟中引起進一步的問題。目前市場上出現了一系列針對于GST化學機械拋光漿料的研究，如美國專利US7897061B2、US20070178700A1使用氧化劑(例如雙氧水)加草酸、丙二酸、琥珀酸、檸檬酸等絡合劑進行GST拋光。US20100190339A1使用氧化劑加賴氨酸進行GST拋光。US7678605B2、US20090057834A1用氧化劑加腐蝕抑制劑(天門冬氨酸的衍生物)進行GST拋光。US20090001339A1用三乙胺、季銨鹽加氧化劑降低GST拋光過程中的金屬侵蝕(erosion)。US20100112906A1用季銨堿進行GST拋光。又如中國專利CN101370897A提供了一種以過氧化氫為氧化劑、有機酸作為螯合劑配上研磨顆粒為主要成分的化學機械拋光液；中國專利CN101333420A提供了一種含氮化合物、研磨顆 粒、氧化劑、或研磨顆粒和氧化劑的化學機械拋光漿料；中國專利CN101765647A提供了一種包含顆粒研磨材料、以及賴氨酸氧化劑的組合物；中國專利CN101333421A—種用于化學機械拋光的漿料組合物及以去離子水、和鐵或鐵化合物為主要成分，除去研磨顆粒，從而提高對于GST材料的表面平整性。上述的專利都針對GST材料的拋光提出了新的拋光液方案，以提高對于GST材料的拋光效果，然而我們發現，現有的技術中主要以過氧化氫為主要的氧化劑，而現有的氧化劑對于GST材料的拋光速率較低，其中上述專利中，中國專利CN101333420A提供的拋光液對于GST材料拋光速率最高，但也平均也只達到2000埃/分鐘，GST的拋光效率無法滿足現有需求。
發明內容
本發明提供了一種用于相變材料的化學機械拋光方法，以解決針對上述現有相變材料拋光技術不足的問題。本發明的拋光方法在保持相變材料拋光效果的同時，大大提高相變材料的拋光速率。本發明用于相變材料的化學機械拋光方法通過以下技術方案實現其目的提供一種含磨料、氧化劑的化學機械拋光液；其中，所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽的復合鹽；采用上述化學機械拋光液在研磨臺上對含有相變材料的基材進行化學機械拋光。所述化學機械拋光過程中，研磨壓力優選控制在3 5psi范圍；研磨臺轉速優選控制在60 120轉/分鐘、研磨頭自轉轉速優選控制在80 200轉/分鐘范圍；所述化學機械拋光液滴加速度控制在80 200ml/分鐘范圍。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，單過硫酸氫鹽的復合鹽包括單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物，所述鹽可以是鉀鹽、鈉鹽、銨鹽等。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽的摩爾比優選為2 5 I 3 I 4。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽的摩爾比進一步優選為2 3 : I 2 : I 2。最優選的單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物為2KHS05 · KHSO4 · K2SO4。
本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物占所述化學機械拋光液的質量百分比為O. I IOwt%。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物占所述化學機械拋光液的質量百分比為I 5wt%。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述磨料可以是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氮化硅和氧化鈦中的一種或多種研磨劑。本發明的用于相變材料的化學機械拋光方法，其中，所述的研磨劑占所述化學機械拋光液的質量百分比為O. I 20wt%。根據本發明所述用于相變材料的化學機械拋光方法的一種優選實施方式，其中，所述的化學機械拋光液采用PH值調節劑將化學機械拋光液的pH值調節至O. 5 4。采用本發明用于相變材料的化學機械拋光方法的優點在于 本發明中的用于相變材料的化學機械拋光液成分簡單，配制容易。并且出乎意料的是，本發明將單過硫酸氫鹽的復合鹽取代過氧化物用作氧化劑拋光相變材料過程中，在確保相變材料拋光效果的同時，大大加快了對于GST等相變材料的拋光速率，提高了相變材料的拋光效率，提高了芯片的生產能力，并降低了消耗，降低了生產成本，滿足工業大量、高速率拋光相變材料的需求。
具體實施例方式下面通過具體實施例說明本發明的拋光效果，但本發明的保護范圍并不局限于下面的實施例按照各個實施例中的組分、含量比例配制化學機械拋光液，并在去離子水中混合均勻，不足部分以去離子水不足，并采用硝酸或硫酸調PH值，即可制得化學機械拋光液實施例I :研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt % ；氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為Iwt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力4psi,研磨臺轉速90轉/分鐘,研磨頭自轉轉速140轉/分鐘，拋光液滴加速度140ml/分鐘。實施例2 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt % ；氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例3 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt % ； 氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為O. Iwt % ；
根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例4 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為IOwt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；
將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力3psi,研磨臺轉速60轉/分鐘,研磨頭自轉轉速80轉/分鐘,拋光液滴加速度80ml/分鐘。實施例5:研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為5wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至O. 5 ；拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力5psi,研磨臺轉速120轉/分鐘,研磨頭自轉轉速200轉/分鐘，拋光液滴加速度200ml/分鐘。實施例6 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為20wt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為Iwt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至4 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例7 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為O. Iwt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例8 研磨劑選用氧化鋁，其占拋光液質量含量為5wt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例9 研磨劑選用氧化鈰，其占拋光液質量含量為3wt%
氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5 ；拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例10 研磨劑選用氧化鐵；其占拋光液質量含量為5wt%氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt %
拋光液pH值1. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例11 研磨劑選用氮化硅，其含量為7wt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例12 研磨劑選用氧化鈦，其占拋光液質量含量為IOwt %氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占拋光液質量含量為2wt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例13 研磨劑選用二氧化硅，其占拋光液質量含量為5wt % ；氧化劑選用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04 ;其占拋光液質量含量為Iwt % ；根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例14 研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為5wt%氧化劑選用5KHS05 · 4KHS04 · 4K2S04 ;其占拋光液質量含量為O. Iwt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例15 :研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為20wt%氧化劑選用3KHS05 · 2KHS04 · 2K2S04 ;其占拋光液質量含量為Iwt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至4拋光方法參照實施例I所述方法操作。
實施例16 :研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為O. Iwt %氧化劑選用6KHS05 · 3KHS04 · 4K2S04 ;其占拋光液質量含量為2wt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例17 研磨劑選用氧化鋁；其占拋光液質量含量為5wt%
氧化劑選用4KHS05 · 2KHS04 · 3K2S04 ;其占拋光液質量含量為2wt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例18 研磨劑選用氧化鐵；其占拋光液質量含量為5wt%氧化劑選用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04 ;其占拋光液質量含量為2wt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例19 研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為7wt%氧化劑選用5KHS05 · 3KHS04 · 4K2S04 ;其占拋光液質量含量為2wt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。實施例20 研磨劑選用氧化鈦；其占拋光液質量含量為10wt%氧化劑3KHS05 · 2KHS04 · 2K2S04 ;其占拋光液質量含量為2wt%根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節至I. 5拋光方法參照實施例I所述方法操作。對比例I :研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為5wt%氧化劑選用過氧化氫，其占拋光液質量含量為Iwt %根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節為I. 5除氧化劑不同之外，其余組分和配比與實施例I相同，拋光方法參照實施例I所述方法操作。對比例2:研磨劑選用二氧化硅；其占拋光液質量含量為5wt%
氧化劑選用過氧化氫；其占拋光液質量含量為2wt%根據需要加入表面活性劑、絡合劑等本技術領域常用組分；將拋光液pH值調節為I. 5除氧化劑不同之外，其余組分和配比與實施例2相同，拋光方法參照實施例I所述
方法操作。實施例、對比例實施效果表I實施例與對比例拋光效果
權利要求
1.一種用于相變材料的化學機械拋光方法，其特征在于 提供一種含磨料、氧化劑的化學機械拋光液；其中，所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽的復合鹽； 采用上述化學機械拋光液在研磨臺上對含有相變材料的基材進行化學機械拋光。
2.如權利要求I所述的拋光方法，其特征在于所述單過硫酸氫鹽的復合鹽包括單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物。
3.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述鹽為鉀鹽、鈉鹽或銨鹽。
4.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述的單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽的摩爾比為2 5 I 3 I 4。
5.如權利要求4所述的拋光方法，其特征在于所述的單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽的摩爾比2 3 I 2 I 2。
6.如權利要求5所述的拋光方法，其特征在于所述的單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽的摩爾比2 : I : I。
7.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述復合鹽包括單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成的組合物。
8.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物占所述化學機械拋光液的質量百分比為O. I IOwt%。
9.如權利要求8所述的拋光方法，其特征在于所述單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物占所述化學機械拋光液的質量百分比為I 5wt%。
10.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述磨料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氮化硅和氧化鈦中的一種或多種。
11.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述的磨料占所述化學機械拋光液的質量百分比為O. I 20wt%。
12.如權利要求2所述的拋光方法，其特征在于所述的化學機械拋光液采用pH值調節劑將化學機械拋光液的pH值調節至O. 5 4。
13.如上述任一項權利要求所述的拋光方法，其特征在于所述拋光過程中，研磨壓力為3 5psi ο
14.如權利要求13所述的拋光方法，其特征在于所述拋光過程中，研磨臺轉速為60 120轉/分鐘，研磨頭自轉轉速為80 200轉/分鐘。
15.如權利要求14所述的拋光方法，其特征在于所述拋光過程中，所述化學機械拋光液的滴加速度為80 200ml/分鐘。
全文摘要
本發明提供了一種用于相變材料的化學機械拋光方法，化學機械拋光液包括含單過硫化物復合鹽的氧化劑和磨料；用拋光液拋光含有相變材料的基材。本發明中的用于相變材料的化學機械拋光液成分簡單，配制容易，而在用于相變材料拋光過程中，在確保相變材料拋光效果的同時，大大加快了對于GST等相變材料的拋光速率，提高了相變材料的拋光效率，提高了芯片的生產能力，并降低了消耗，降低了生產成本，滿足工業大量、高速率拋光相變材料的需求。
文檔編號C23F3/00GK102816533SQ201110153100
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者王晨, 何華鋒 申請人:安集微電子科技(上海)有限公司