专利名称：一种用于相变材料的化学机械抛光方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光方法，尤其用于相变材料的化学机械抛光方法。
背景技术：
1966年9月奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)提交了第一个有关基于GST合金的相变存储器(Phase change memory,简称PCM)的专利。之后在1968年,奥弗辛斯基(Stanford Ovshinsky)又发表了第一篇关于非晶体相变的论文,仓ll立了非晶体半导体学。相变材料在数据存储过程中，其由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“O”和“I”来存储数据。
相变存取存储器(PRAM)，也称为双向存储器，使用可在绝缘的非晶状态与导电的晶体状态之间进行电切换的相变材料(PCM)以用于电子内存应用。PCM可根据加热/冷却速率、温度及时间可逆地改变物理状态。通过不同物理状态的导电性质最小损失地保存在PRAM中的存储信息。PRAM具有常规的高度集成动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和非易失性规格快闪记忆体像硬碟(NAND)闪存的优点，并且与常规的互补金属氧化物半导体(C-MOS)场效应晶体管(FETs)的集成工艺有优异的兼容性。基于这些优点，PRAM由于具有成功商业化的最大可能性而吸引了越来越多的关注。而目前最有应用前景的PCM材料是GST (锗、锑和碲)合金，例如Ge2Sb2Te515 GST合金在极低维度(约5纳米)的状态下仍能保持优异的信息存储能力，所以采用锗-锑-碲合金制成的存储器件具有非常高的信息存储密度。相变随机存取存储器被认为是极具竞争力的新一代存储器。在芯片的实际加工过程中，可将GST (Ge2Sb2Te5)通过化学气相沉积到硅片表面后，对硅片表面进行平坦化。在目前的基材表面平坦化技术中，化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。化学机械抛光(CMP)是由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆料被滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。对金属层化学机械抛光(CMP)的主要机制被认为是氧化剂先将金属表面氧化络合，以二氧化硅和氧化铝为代表的研磨剂将该层氧化膜机械去除，产生新的金属表面继续被氧化，这两种作用协同进行。然而，与常规的由单一元素如铜(Cu)或钨(W)组成的金属层不同，待抛光的相变存储设备的层由含有特定比例的特殊元素的高级材料组成，如硫(S)、硒(Se)、锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、银(Ag)、铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)等，从而在结晶态和无定形态之间进行可逆相变。而且相变材料的硬度较低，采用普通的化学机械抛光液对于GST材料的抛光效果并不好，会在相变材料的表面出现划痕。另一方面，一些化学机械抛光浆料不能均匀移除相变材料的所有组分，导致抛光后相变材料残渣残留在介电层上，并在器件制造的后续步骤中引起进一步的问题。目前市场上出现了一系列针对于GST化学机械抛光浆料的研究，如美国专利US7897061B2、US20070178700A1使用氧化剂(例如双氧水)加草酸、丙二酸、琥珀酸、柠檬酸等络合剂进行GST抛光。US20100190339A1使用氧化剂加赖氨酸进行GST抛光。US7678605B2、US20090057834A1用氧化剂加腐蚀抑制剂(天门冬氨酸的衍生物)进行GST抛光。US20090001339A1用三乙胺、季铵盐加氧化剂降低GST抛光过程中的金属侵蚀(erosion)。US20100112906A1用季铵碱进行GST抛光。又如中国专利CN101370897A提供了一种以过氧化氢为氧化剂、有机酸作为螯合剂配上研磨颗粒为主要成分的化学机械抛光液；中国专利CN101333420A提供了一种含氮化合物、研磨颗 粒、氧化剂、或研磨颗粒和氧化剂的化学机械抛光浆料；中国专利CN101765647A提供了一种包含颗粒研磨材料、以及赖氨酸氧化剂的组合物；中国专利CN101333421A—种用于化学机械抛光的浆料组合物及以去离子水、和铁或铁化合物为主要成分，除去研磨颗粒，从而提高对于GST材料的表面平整性。上述的专利都针对GST材料的抛光提出了新的抛光液方案，以提高对于GST材料的抛光效果，然而我们发现，现有的技术中主要以过氧化氢为主要的氧化剂，而现有的氧化剂对于GST材料的抛光速率较低，其中上述专利中，中国专利CN101333420A提供的抛光液对于GST材料抛光速率最高，但也平均也只达到2000埃/分钟，GST的抛光效率无法满足现有需求。
发明内容
本发明提供了一种用于相变材料的化学机械抛光方法，以解决针对上述现有相变材料抛光技术不足的问题。本发明的抛光方法在保持相变材料抛光效果的同时，大大提高相变材料的抛光速率。本发明用于相变材料的化学机械抛光方法通过以下技术方案实现其目的提供一种含磨料、氧化剂的化学机械抛光液；其中，所述氧化剂包括单过硫酸氢盐的复合盐；采用上述化学机械抛光液在研磨台上对含有相变材料的基材进行化学机械抛光。所述化学机械抛光过程中，研磨压力优选控制在3 5psi范围；研磨台转速优选控制在60 120转/分钟、研磨头自转转速优选控制在80 200转/分钟范围；所述化学机械抛光液滴加速度控制在80 200ml/分钟范围。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，单过硫酸氢盐的复合盐包括单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物，所述盐可以是钾盐、钠盐、铵盐等。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐的摩尔比优选为2 5 I 3 I 4。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐的摩尔比进一步优选为2 3 : I 2 : I 2。最优选的单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物为2KHS05 · KHSO4 · K2SO4。
本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物占所述化学机械抛光液的质量百分比为O. I IOwt%。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物占所述化学机械抛光液的质量百分比为I 5wt%。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述磨料可以是二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化铁、氮化硅和氧化钛中的一种或多种研磨剂。本发明的用于相变材料的化学机械抛光方法，其中，所述的研磨剂占所述化学机械抛光液的质量百分比为O. I 20wt%。根据本发明所述用于相变材料的化学机械抛光方法的一种优选实施方式，其中，所述的化学机械抛光液采用PH值调节剂将化学机械抛光液的pH值调节至O. 5 4。采用本发明用于相变材料的化学机械抛光方法的优点在于 本发明中的用于相变材料的化学机械抛光液成分简单，配制容易。并且出乎意料的是，本发明将单过硫酸氢盐的复合盐取代过氧化物用作氧化剂抛光相变材料过程中，在确保相变材料抛光效果的同时，大大加快了对于GST等相变材料的抛光速率，提高了相变材料的抛光效率，提高了芯片的生产能力，并降低了消耗，降低了生产成本，满足工业大量、高速率抛光相变材料的需求。
具体实施例方式下面通过具体实施例说明本发明的抛光效果，但本发明的保护范围并不局限于下面的实施例按照各个实施例中的组分、含量比例配制化学机械抛光液，并在去离子水中混合均匀，不足部分以去离子水不足，并采用硝酸或硫酸调PH值，即可制得化学机械抛光液实施例I :研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt % ；氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为Iwt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光条件抛光机台为Logitech (英国)1PM52型,polytex抛光垫,4cmX4cm正方形晶圆(Wafer),研磨压力4psi,研磨台转速90转/分钟,研磨头自转转速140转/分钟，抛光液滴加速度140ml/分钟。实施例2 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt % ；氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例3 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt % ； 氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为O. Iwt % ；
根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例4 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为IOwt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；
将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光条件抛光机台为Logitech (英国)1PM52型,polytex抛光垫,4cmX4cm正方形晶圆(Wafer),研磨压力3psi,研磨台转速60转/分钟,研磨头自转转速80转/分钟,抛光液滴加速度80ml/分钟。实施例5:研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为5wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至O. 5 ；抛光条件抛光机台为Logitech (英国)1PM52型,polytex抛光垫,4cmX4cm正方形晶圆(Wafer),研磨压力5psi,研磨台转速120转/分钟,研磨头自转转速200转/分钟，抛光液滴加速度200ml/分钟。实施例6 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为20wt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为Iwt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至4 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例7 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为O. Iwt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例8 研磨剂选用氧化铝，其占抛光液质量含量为5wt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例9 研磨剂选用氧化铈，其占抛光液质量含量为3wt%
氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5 ；抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例10 研磨剂选用氧化铁；其占抛光液质量含量为5wt%氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt %
抛光液pH值1. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例11 研磨剂选用氮化硅，其含量为7wt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例12 研磨剂选用氧化钛，其占抛光液质量含量为IOwt %氧化剂选用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4,其占抛光液质量含量为2wt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例13 研磨剂选用二氧化硅，其占抛光液质量含量为5wt % ；氧化剂选用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04 ;其占抛光液质量含量为Iwt % ；根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例14 研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为5wt%氧化剂选用5KHS05 · 4KHS04 · 4K2S04 ;其占抛光液质量含量为O. Iwt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例15 :研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为20wt%氧化剂选用3KHS05 · 2KHS04 · 2K2S04 ;其占抛光液质量含量为Iwt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至4抛光方法参照实施例I所述方法操作。
实施例16 :研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为O. Iwt %氧化剂选用6KHS05 · 3KHS04 · 4K2S04 ;其占抛光液质量含量为2wt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例17 研磨剂选用氧化铝；其占抛光液质量含量为5wt%
氧化剂选用4KHS05 · 2KHS04 · 3K2S04 ;其占抛光液质量含量为2wt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例18 研磨剂选用氧化铁；其占抛光液质量含量为5wt%氧化剂选用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04 ;其占抛光液质量含量为2wt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例19 研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为7wt%氧化剂选用5KHS05 · 3KHS04 · 4K2S04 ;其占抛光液质量含量为2wt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。实施例20 研磨剂选用氧化钛；其占抛光液质量含量为10wt%氧化剂3KHS05 · 2KHS04 · 2K2S04 ;其占抛光液质量含量为2wt%根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节至I. 5抛光方法参照实施例I所述方法操作。对比例I :研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为5wt%氧化剂选用过氧化氢，其占抛光液质量含量为Iwt %根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节为I. 5除氧化剂不同之外，其余组分和配比与实施例I相同，抛光方法参照实施例I所述方法操作。对比例2:研磨剂选用二氧化硅；其占抛光液质量含量为5wt%
氧化剂选用过氧化氢；其占抛光液质量含量为2wt%根据需要加入表面活性剂、络合剂等本技术领域常用组分；将抛光液pH值调节为I. 5除氧化剂不同之外，其余组分和配比与实施例2相同，抛光方法参照实施例I所述
方法操作。实施例、对比例实施效果表I实施例与对比例抛光效果
权利要求
1.一种用于相变材料的化学机械抛光方法，其特征在于 提供一种含磨料、氧化剂的化学机械抛光液；其中，所述氧化剂包括单过硫酸氢盐的复合盐； 采用上述化学机械抛光液在研磨台上对含有相变材料的基材进行化学机械抛光。
2.如权利要求I所述的抛光方法，其特征在于所述单过硫酸氢盐的复合盐包括单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物。
3.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述盐为钾盐、钠盐或铵盐。
4.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述的单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐的摩尔比为2 5 I 3 I 4。
5.如权利要求4所述的抛光方法，其特征在于所述的单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐的摩尔比2 3 I 2 I 2。
6.如权利要求5所述的抛光方法，其特征在于所述的单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐的摩尔比2 : I : I。
7.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述复合盐包括单过硫酸氢钾、硫酸氢钾和硫酸钾组成的组合物。
8.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物占所述化学机械抛光液的质量百分比为O. I IOwt%。
9.如权利要求8所述的抛光方法，其特征在于所述单过硫酸氢盐、硫酸氢盐和硫酸盐组成的组合物占所述化学机械抛光液的质量百分比为I 5wt%。
10.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述磨料为二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化铁、氮化硅和氧化钛中的一种或多种。
11.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述的磨料占所述化学机械抛光液的质量百分比为O. I 20wt%。
12.如权利要求2所述的抛光方法，其特征在于所述的化学机械抛光液采用pH值调节剂将化学机械抛光液的pH值调节至O. 5 4。
13.如上述任一项权利要求所述的抛光方法，其特征在于所述抛光过程中，研磨压力为3 5psi ο
14.如权利要求13所述的抛光方法，其特征在于所述抛光过程中，研磨台转速为60 120转/分钟，研磨头自转转速为80 200转/分钟。
15.如权利要求14所述的抛光方法，其特征在于所述抛光过程中，所述化学机械抛光液的滴加速度为80 200ml/分钟。
全文摘要
本发明提供了一种用于相变材料的化学机械抛光方法，化学机械抛光液包括含单过硫化物复合盐的氧化剂和磨料；用抛光液抛光含有相变材料的基材。本发明中的用于相变材料的化学机械抛光液成分简单，配制容易，而在用于相变材料抛光过程中，在确保相变材料抛光效果的同时，大大加快了对于GST等相变材料的抛光速率，提高了相变材料的抛光效率，提高了芯片的生产能力，并降低了消耗，降低了生产成本，满足工业大量、高速率抛光相变材料的需求。
文档编号C23F3/00GK102816533SQ201110153100
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者王晨, 何华锋 申请人:安集微电子科技(上海)有限公司