专利名称：一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液。
背景技术：
相变材料(Phase Change Material，PCM)是一种可以响应外界对其施加的物理作用(如光、电、热)而改变自身物理状态(如结晶状态、电导率)的材料，此类材料已广泛应用于光盘等信息存储器件中。新近发展的技术将相变材料整合到集成电路器件之中，制成可高微缩、可三维堆叠、并具有快速响应能力的存储器件，亦称“相变随机存取存储器” (Phase-change Random Access Memory, PRAM)，其中最具使用价值的相变材料为锗一锑一碲(GST)合金，例如具有化学式Ge2Sb2Te5 (GST225)的合金。由于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，所以采用锗一锑一碲合金制成的存储器件具有非常高的信息存储密度，因此，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。传统构建相变存储单元的方式为先通过磁控溅射的方法在由电介质材料界定的细孔中沉积相变材料，然后通过反应离子刻蚀(RIE)的方法，将细孔上方的多余的相变材料进行去除，但这样对基材表面损伤度高，导致产品表面平整度低。因此现在大都采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的方法。相对于传统加工工艺，化学机械抛光通常要求在较快地去除多余材质的同时，保持抛光后基材表面的高平整度和低损伤。但常规的抛光浆料都用于对铝、铜、钨等单一金属材料的抛光，如将其直接用于对合金相变材料的抛光，加工后得到的基材表面平整度差。其主要原因是，相变材料的硬度较低，而高研磨颗粒含量的抛光浆料会使得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勻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。另外，在目前的相变材料化学机械抛光工艺中，抛光的阻挡层通常为二氧化硅，因此在对已排布电路器件的晶片进行抛光时，抛光的均勻度和表面瑕疵(表面凹陷和侵蚀)会受到诸如相变材料的抛光和静态腐蚀速率、二氧化硅膜的抛光均勻度以及相变材料与二氧化硅膜之间的抛光选择性等多种因素的影响。针对上述化学机械抛光技术在相变材料抛光中所遇到的问题，中国专利 CN101333420A提供了一种含有氮化合物、具有选择性的研磨颗粒以及氧化剂的抛光液； CN101372606A采用氧化铈作为研磨颗粒；CN101736344A采用含有水和广40wt%的平均粒度 (50纳米的胶体二氧化硅磨粒、(T5wt%的季铵盐化合物、而不含氧化剂的抛光浆料；美国专利US2007/0178700A1提供了一种含有螯合剂的相变材料抛光剂；US2008/0190035A1提供了一种包括静态腐蚀抑制剂及直径小于30nm的抛光磨料的相变材料抛光剂。上述专利通过改善研磨剂，或是添加静态腐蚀抑制剂，降低相变材料基材的静态腐蚀速率和减少基材表面划痕，并取得一定效果，但效果并不理想。中国专利CN100335581C提供了一种无磨料的抛光液，有效提高了相变材料表面的平整度，但抛光速率过低。
发明内容
本发明提供了一种含有钨酸(或其盐)、或含钨的杂多酸(或其盐)的去除速率促进剂的、用于抛光相变材料的化学机械抛光液，其目的在于克服现有抛光液对相变材料基材抛光的不足之处，以提高对相变材料基材的抛光效果。本发明一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液通过以下技术方案实现其目的
一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，其中，包含水、研磨颗粒、氧化剂和去除速率促进剂；所述促进剂至少包括一种或多种可溶性含钨化合物。上述的用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，其中，所述含钨化合物为含 (WO3)ffl · (H2O)n通式的各种钨酸、各种钨酸盐、含钨的杂多酸，或含钨的杂多酸盐；其中m、η 均为正整数，1彡m彡12，1彡η彡20。上述的化学机械抛光液，其中，所述含钨化合物为正钨酸、正钨酸盐、偏钨酸、偏钨酸盐、磷钨酸、磷钨酸盐、硅钨酸，或硅钨酸盐。上述的化学机械抛光液，其中，所述盐为钾盐或铵盐。上述的化学机械抛光液，其中，所述的含钨化合物为钨酸钾。上述的化学机械抛光液，其中，所述去除速率促进剂的重量百分含量为0. 00Γ2. 0%。上述的化学机械抛光液，其中，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。上述的化学机械抛光液，其中，其中，所述氧化剂重量百分含量为0. 0Γ10. 0 %。上述的化学机械抛光液，其中，所述研磨颗粒包括二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、或高分子研磨颗粒中一种或多种。上述的化学机械抛光液，其中，所述二氧化硅研磨颗粒包括锻造二氧化硅或是胶体二氧化硅。上述的化学机械抛光液，其中，其中，所述研磨颗粒的重量百分含量为0.0广5.0%。上述化学机械抛光液，其中，所述促进剂还包括硝酸或是硝酸盐。上述的化学机械抛光液，其中，其中，所述硝酸或硝酸盐重量百分含量为(Γ0. 01%。采用本发明一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液的优点在于
1.本发明通过向抛光液中加入去除速率促进剂，提高了 GST去除速率，并保持了较低的S^2去除速率。2.本发明通过去除速率促进剂的组合，在保持较高GST去除速率(彡300nm/min) 的基础上，可将去除速率促进剂的总含量降低至0. 1%，从而降低抛光成本。3.本发明中的去除速率促进剂同时也具有抑制GST静态腐蚀的作用，其既能够提高抛光液的GST去除速率，也使得抛光液对GST材料的静态腐蚀保持在较低的水平。
图1含本发明所述去除速率促进剂(钨酸钾)的溶液与对比溶液电化学腐蚀塔菲尔曲线；
其中，曲线2为浸泡于含有约lwt%钨酸钾和约2wt%过氧化氢的水溶液(pH值6. 5)中的GST电极的电化学腐蚀塔费尔曲线；曲线1为作为对比的浸泡于含有约lwt%硝酸钾和约 2wt%过氧化氢的水溶液(pH值6. 5)中的GST电极的电化学腐蚀塔费尔曲线。
具体实施例方式本发明提供了一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，包含水、研磨颗粒、 氧化剂、去除速率促进剂。其中，所述去除速率促进剂为一种或多种可溶性含钨化合物，如具有化学通式(WO3)m · (H2O)n (其中，m、n为正整数，1彡m彡12，1彡η彡20)的各种钨酸、 含钨的杂多酸及其盐，包括正钨酸、偏钨酸、磷钨酸、硅钨酸以及它们的盐，如钾盐或铵盐。 所述去除速率促进剂含量为抛光液的0. 00Γ2. 0wt%。所述氧化剂可以是过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种，其用量可以在 0. 0Γ10. 0wt%范围内；所述研磨颗粒可以是二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、或高分子研磨颗粒中一种或多种，如锻造二氧化硅或是胶体二氧化硅，其含量可以在ο. 0Γ5. 0wt%范围内；另外还可以添加硝酸或硝酸盐(如硝酸钾)等二元添加剂从而增强抛光液的抛光性能。图1中，曲线1为GST电极在含有2wt% H2O2 + lwt%硝酸钾，pH值为6. 5的水溶液中测得的塔菲尔曲线，曲线2为GST电极在含有2wt% H2O2 + lwt%钨酸钾，pH值为6. 5 的水溶液中测得的塔菲尔曲线。所用工作电极为GST电极，电极材料为非晶态Ge2Sb2I^5合金圆柱体，底面直径6. 0毫米，高约5毫米。其侧面和上底面用高分子树脂和特富龙包裹， 从上底面接出电极引线，露出的下底面与被测溶液接触。所用参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为钼丝电极。电极与被测溶液组成电池，并连接到上海辰华仪器公司生产的CHI600B 电化学工作站，测量信号由计算机处理并作图。处理软件为CH Instruments (美国)公司的CHI系统(版本号5. 10)。通过计算得到，腐蚀电流硝酸钾Icorr = 43. μΑ，钨酸钾Icorr =4. 9μΑ ；腐蚀电流密度硝酸钾Id = 0. 15mA/cm2，钨酸钾Id = 0. 017mA/cm2。腐蚀电流密度与溶液对金属材料的静态腐蚀速率成正比，由图1中的电化学的数据表明，相对于其它普通电解质(如硝酸钾)，钨酸钾能有效地减轻溶液对GST材料的静态腐蚀。以下为本发明的一些具体实施例，用于进一步说明本发明的优点，但本发明并不受以下实施例的限制。实施例中的化学试剂和研磨剂均为市售，化学试剂纯度为化学纯以上。将所述试剂、研磨剂及添加剂按照所述配比简单混合后用去离子水补足重量百分比至100%即制得抛光液。一些化学试剂所对应的CAS号为钨酸钾(CAS :7790-60-5)，磷钨酸(CAS :12501-23-4)，硅钨酸(CAS :12027-38-2)。实施例中的抛光条件为抛光机台 Logitech(英国)1PM52型；12英寸politex抛光垫；4cm'4cm正方形晶圆切片(wafer);研磨台转速70转/分钟；研磨头自转转速约150转/分钟；研磨压力约3psi (磅/平方英寸)； 抛光液滴加速度100毫升/分钟。抛光所用的GST wafer上GST层厚度在抛光前由电子显微镜(SEM)测得，其范围在300至500nm，当抛光至露出50%面积的底板(通常为晶硅材质) 时视为抛光终点，用GST层原厚度除以抛光所耗时间即得GST去除速率。抛光所用的S^2wafer上SW2层厚度由NAN0METRICS薄膜测试仪测得，用抛光前后测得的厚度差值除以抛光耗用时间即得3102去除速率。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。
实施例广3
表1为采用本发明含有去除速率促进剂的化学机械抛光液实施例广3与不含所述去除速率促进剂的化学机械抛光液对比例用于相变材料抛光时的去除速率的对比表，其中实施例广3包括不同的研磨颗粒，及不同的去除速率促进剂。
权利要求
1.一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，其特征在于，包含水、研磨颗粒、氧化剂和去除速率促进剂；所述促进剂至少包括一种或多种可溶性含钨化合物。
2.根据权利要求1所述的用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，其特征在于，所述含钨化合物为含(WO3)m · 0120) 通式的各种钨酸、各种钨酸盐、含钨的杂多酸，或含钨的杂多酸盐；其中m、η均为正整数，1彡m彡12，1彡η彡20。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含钨化合物为正钨酸、正钨酸盐、偏钨酸、偏钨酸盐、磷钨酸、磷钨酸盐、硅钨酸，或硅钨酸盐。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述盐为钾盐或铵盐。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的含钨化合物为钨酸钾。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述去除速率促进剂的重量百分含量为0. 00Γ2. 0 %。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中，所述氧化剂重量百分含量为 0. 01 10. 0 %。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒包括二氧化硅、 氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、或高分子研磨颗粒中一种或多种。
10.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅研磨颗粒包括锻造二氧化硅或是胶体二氧化硅。
11.根据权利要求9所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中，所述研磨颗粒的重量百分含量为0. 0Γ5. 0 %。
12.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述促进剂还包括硝酸或是硝酸盐。
13.根据权利要求12所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中，所述硝酸或硝酸盐重量百分含量为(To. 01 %。
全文摘要
本发明公开了一种用于抛光合金相变材料的化学机械抛光液，该抛光液含有水、研磨颗粒、氧化剂和去除速率促进剂；所述促进剂为一种或多种可溶性含钨化合物。本发明通过向抛光液中加入经优选的去除速率促进剂，可在提高GST(锗－锑－碲)合金去除速率的同时保持较低的SiO2去除速率，且使得抛光液对GST材料的静态腐蚀保持在较低的水平。
文档编号C09G1/02GK102559056SQ20101059117
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者庞可亮 申请人:安集微电子(上海)有限公司