專利名稱：一種同時拋光相變材料和鎢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，尤其涉及一種同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法。
背景技術：
相變存儲器是利用材料由非晶體狀態變成晶體狀態，再變回非晶體狀態的過程中，其非晶體和晶體狀態呈現不同的反光特性和電阻特性，利用非晶態和晶態分別代表“O”和“I”來存儲數據。相變存儲器作為一種很有發展前景的數據存儲技術。它具有比閃存速度快，復原性更好，能夠實現一億次以上的擦寫等特性。相變存儲單元由一種極小的硫族合金顆粒組成，通過電脈沖的形式集中加熱的情況下，它能夠從有序的晶態(電阻低狀態)快速轉變為無序的非晶態(電阻高狀態)。這些合金材料的晶態和非晶態電阻率大小的差異能夠存儲二進制數據。目前最有應用前景的 PCM材料是GST (鍺、銻和碲)合金。在芯片的實際加工過程中，將GST(主要是Ge2Sb2Te5)通過化學氣相沉積到硅片表面，需要對娃片表面進行平坦化。化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing/Planarization, CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。化學機械拋光是將化學作用、機械作用結合起來應用在硅片的表面，同時在硅片的表面進行氧化和拋光的過程，在這樣的雙重作用下實現硅片的全局平坦化。關于相變材料的化學機械拋光，目前已有部分現有技術報道，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 一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。金屬鎢是半導體生產過程中常用的導電材料，因此在實際拋光過程中，常會遇到鎢和相變材料同時拋光的情況，目前拋光相變材料或鎢一般使用過氧化氫為氧化劑，如中國專利CN101372606A中公開了一種硫系化合物相變材料氧化鈰化學機械拋光液配方，配方中氧化劑可以選用的就有雙氧水和氰化鉀。但是單純的雙氧水對鎢和相變材料進行拋光的拋光速度很低，通常需要加入催化劑。美國專利US5958288公開了將硝酸鐵用做催化劑，過氧化氫用做氧化劑，進行鎢化學機械拋光的方法；美國專利US5980775和US6068787在US5958288基礎上，加入有機酸做穩定劑。上述專利技術一定程度上改善了過氧化氫的分解速率，但是同時拋光相變材料和鎢的情況下，上述專利技術并未提及是否具有較高的拋光速度。實際測試中它們對相變材料的拋光速度不高。因此，針對半導體芯片生產過程中同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光工藝，仍需要有高拋光速率的拋光方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新的同時對相變材料和鎢的化學機械拋光方法，可以解決現有技術中對同時含相變材料和鎢的基材拋光速率不足的問題。 為了實現上述的目的，本發明同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法，其特征在于包括以下順序步驟步驟I :配制含有研磨劑、氧化劑、含鐵離子物質的拋光液；步驟2 :將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上，將步驟I中配制的拋光液對相變材料和鎢同時進行拋光；其中所述氧化劑包括單過硫化物，并優選為單過硫酸氫鹽及其復合鹽。本發明中，化學機械拋光方法的一種優選實施方式，所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽、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。本發明中，化學機械拋光方法的進一步優選實施方式，所述氧化劑為單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成的組合物；在使用過程中，單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀、硫酸鉀用量的摩爾比優選為2 5 : I 3 : I 3，最佳摩爾比例為2 : I : I。優選地，所述氧化劑的用量占拋光液的質量百分比為O. 05 15wt%，并進一步優選氧化劑的用量占拋光液的質量百分比為I 5wt%。本發明同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法中所提到的研磨劑可以是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氮化硅和氧化鈦中的一種或多種混合物。研磨劑占拋光液的質量百分比控制在O. 05 25wt%。本發明同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法中所提到的拋光液中過含鐵離子物質選用含鐵離子無機鹽和/或含鐵離子有機鹽。含有鐵離子的物質是指在拋光液中，能夠電離出鐵離子的物質。含鐵離子物質優選為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和/或醋酸鐵等，最佳選擇為硝酸鐵。根據本發明所述化學機械拋光方法的一種優選實施方式，含鐵離子的物質濃度控制在40ppm 3000ppm的范圍，優選的濃度控制在50ppm 2000ppm范圍。本發明同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法中所提到的化學機械拋光液的pH值控制在O. 5 4，最佳的pH值為1.5。在上述的化學拋光的過程中，拋光條件優選為研磨壓力設定在3 6psi，研磨臺轉速控制在60-120轉/分鐘，研磨頭自轉轉速80-200轉/分鐘，拋光液滴加速度80 200
暈升/分鐘。本發明提供的技術方法解決了在常規對相變材料和鎢拋光過程中拋光速度不高的問題，相對于過氧化氫作為氧化劑，本發明使用單過硫化物為氧化劑出乎意料地得到了明顯提高的拋光速率，使得對于以硅為基片的芯片可以快速有效的完成拋光的過程，并且獲得的拋光表面損傷低、沒有殘留的拋光液，可以滿足制備相變材料存儲器中化學拋光工藝的要求。
具體實施例方式以下通過具體的實施例對本發明進行詳細描述，以使更好的理解本發明，但下述實施例并不限制本發明范圍。按照下列實施例中所列組分，去離子水混合均勻后用pH調節劑(硝酸或硫酸)調 到所需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，其用量占整個拋光液的質量百分比為5 %，氧化劑選用2KHS05 ^KHSO4 ^K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm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，并根據需要加入絡合劑、表面活性劑等組分。實施例2研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為5 %，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在3000ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例3研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為0. I%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在50ppm，pH值用硝酸調整到L 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例4研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為10%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在2000ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm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，并根據需要加入絡合劑、表面活性劑等組分。
實施例5研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為10%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOppm，pH值用硝酸調整到O. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力6psi,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，并根據需要加入絡合劑、表面活性劑等組分。實施例6研磨劑選用二氧化硅,其用量占整個拋光液的質量百分比為20%，氧化劑選用2KHS05 ^KHSO4 ^K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在40ppm, pH值用硝酸調整到4。 參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例7研磨劑選用二氧化硅,其用量占整個拋光液的質量百分比為O. 1%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硫酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例8研磨劑選用氧化鋁，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硫酸調整到4。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例9研磨劑選用氧化鈰，其用量占整個拋光液的質量百分比為3 %，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例10研磨劑選用氧化鐵，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中氯化鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例11研磨劑選用氮化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為7%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硫酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例12
研磨劑選用氧化鈦，其用量占整個拋光液的質量百分比為10%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中醋酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例13研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%,氧化劑選用4KHS05 · 2KHS04 · 3K2S04，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。 實施例14研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%,氧化劑選用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例15研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · 2KHS04 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例16研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為5 %，氧化劑選用KHSO5 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在2000ppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例17研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為5 %，氧化劑選用5KHS05 · 3KHS04 · 3K2S04，其用量占整個拋光液的質量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。對比實施例I研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%，氧化劑選用雙氧水，其用量占整個拋光液的質量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硫酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。對比實施例2研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質量百分比為5%，氧化劑選用雙氧水，其用量占整個拋光液的質量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。
配制完上述的拋光液后，把需拋光的芯片用研磨頭固定住，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，把含有研磨劑的拋光液滴到拋光墊上，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從而實現全局平坦化。效果實施例將上面各組實施例組分配制的拋光液應用于拋光時，記錄相應的拋光速度和拋光表面情況等必要的數據，并記錄于表I中。 表I上述實施例拋光GST和鎢效果
權利要求
1.一種同時拋光相變材料和鎢的化學機械拋光方法，其特征在于包括以下順序步驟 步驟I:配制含有研磨劑、氧化劑、含鐵離子物質的拋光液； 步驟2 :將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上，將步驟I中配制的拋光液對相變材料和鎢同時進行拋光； 其中所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽的復合鹽。
2.如權利要求I所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述研磨劑占拋光液的質量百分比為O. 05 25wt%。
3.如權利要求2所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述研磨劑選自二氧化硅、氧化招、氧化鋪、氧化鐵、氮化娃和氧化鈦中的一種或多種。
4.如上述任意一項權利要求所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物。
5.如權利要求4所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑包括單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成的組合物。
6.如權利要求5所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀、硫酸鉀用量的摩爾比為2 5 : I 3 : I 3。
7.如權利要求4所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑的用量占拋光液的質量百分比為O. 05 15wt%。
8.如權利要求7所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑的用量占拋光液的質量百分比為I 5wt%。
9.如權利要求I所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述含鐵離子物質選用含鐵尚子無機鹽和/或含鐵尚子有機鹽。
10.如權利要求9所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述含鐵離子物質為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和/或醋酸鐵。
11.如權利要求10所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中含鐵離子物質的濃度為40 3000ppm。
12.如權利要求11所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中含鐵離子物質的濃度為50 2000ppm。
13.如權利要求I所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述拋光液的PH值為O.5 .4。
14.如權利要求I所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述步驟2中，研磨壓力控制在3 6psi。
15.如權利要求14所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述步驟2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。
16.如權利要求15所述的化學機械拋光方法，其特征在于所述步驟2中，拋光液滴加速度為80 200毫升/分鐘。
全文摘要
本發明提供一種相變材料(PCM)例如鍺、銻和碲(GeSbTe)和鎢可同時進行化學機械拋光的方法。將待拋光的相變材料和鎢置于拋光墊上，將研磨劑、選用包含單過硫酸氫鹽復合鹽的氧化劑、含鐵離子物質混合調配成拋光液，并在和拋光設備同時應用在相變材料和鎢的表面。本發明可以快速有效的完成拋光的過程，獲得的拋光表面損傷低且沒有殘留的拋光液，可以滿足制備相變材料存儲器中化學拋光工藝的要求。
文檔編號C09G1/02GK102820223SQ20111015310
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(上海)有限公司