硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术提供一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其以抛光液总重量为基准，包含０．０１－５ｗｔ％的氧化剂、０．０１－４ｗｔ％的表面活性剂、０．０１－３ｗｔ％的有机添加剂、０．２－３０ｗｔ％的氧化铈抛光颗粒及ｐＨ调节剂、水性介质。此抛光液主要应用于硫系化合物相变材料Ｇｅ↓［ｘ］Ｓｂ↓［ｙ］Ｔｅ↓［（１－ｘ－ｙ）］的ＣＭＰ工艺。通过本发明专利技术提供的氧化铈化学机械抛光液，相变材料Ｇｅ↓［ｘ］Ｓｂ↓［ｙ］Ｔｅ↓［（１－ｘ－ｙ）］的抛光速率可控制在５ｎｍ／ｍｉｎ到１５００ｎｍ／ｍｉｎ，同时表面粗糙度降低到了７．４以下。利用上述抛光液对相变材料Ｇｅ↓［ｘ］Ｓｂ↓［ｙ］Ｔｅ↓［（１－ｘ－ｙ）］速率可控、表面低损伤并且无残留的抛光，可满足制备纳电子相变存储器中ＣＭＰ工艺的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种可有效应用于硫系化合物相变材料的氧化铈化学机械抛光液。
技术介绍
相变存储器因具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，而被国际半导体行业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。相变存储器技术的基本原理是以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转换实现信息的写入与擦除，信息的读出则靠测量电阻的变化实现。典型的相变材料是硫族化合物合金薄膜，最成熟的材料是GeSbTe合金。存储单元包括由电介质材料定义的细孔，相变材料沉积在细孔中，相变材料在细孔的一端上连接电极。电极接触使电流通过该通道产生焦耳热对该单元进行编程，或者读取该单元的电阻状态。目前，在构建相变存储单元时，通行的做法是：先通过磁控溅射的方法沉积相变材料在由电介质材料定义的细孔中，然后通过反应离子刻蚀(RIE)或者化学机械抛光(CMP)的方法，将细空上方的相变材料进行去除。相比于RIE而言，CMP因具有表面低损伤和能实现全局平坦化的优点，受到了许多研究人员和半导体公司的青睐。为满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需求，需要可控的无损伤地对相变材料进行去除，同时还希望尽可能减少下层绝缘材料的损失。为此，许多研究人员做出了很多有益的尝试和研究。CN 200410066674.8公开的硫系化合物纳米级抛光液主要涉及到使用10-120nm的氧化硅化学机械抛光液对GeSbTe材料的抛光，抛光速率为138-218nm/min，抛光后经AFM测得的表面粗糙度RMS为1.25-2.22nm；CN200410084490.4公开了一种无磨料碱性抛光液，对GeSbTe的抛光速率为42-76nm/min，抛光后GeSbTe表面效果较好，RMS为0.69-0.91nm；另外，著名的抛光液供应商Cabot在US20070178700中公开了一种酸性氧化硅(20nm或者80nm)抛光液，对GeSbTe的抛光速率为0-200nm/min，抛光后的表面未提及。它们在对GeSbTe抛光时均简单易行，且专利CN 200410084490.4公开的无磨料碱性抛光液抛光后表面效果较佳，但均存在抛光速率过慢-->速率范围过窄的问题，且专利CN200410066674.8公开的抛光液抛光后表面效果较差，对表面存在一定损伤。另外，它们使用的抛光颗粒均为SiO2。虽然SiO2自身具备一定的硬度(莫氏硬度为7)，但相对于质软的GeSbTe薄膜材料而言，化学活性不高，在抛光过程中难以产生足够的化学交联，从而使抛光过程以机械作用为主。机械去除后的产物与细孔会因表面水膜的张力而重新粘结在一起，易于造成抛光后有GeSbTe残留的现象。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷提供了一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其以抛光液总重量为基准，包含0.01-5wt％的氧化剂、0.01-4wt％的表面活性剂、0.01-3wt％的有机添加剂、0.2-30wt％的氧化铈抛光颗粒及pH调节剂、水性介质。作为本专利技术的一种优选方案，所述抛光液用于硫系化合物相变材料GexSbyTe(1-x-y)的CMP工艺，其中0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，且x、y不同时为0。作为本专利技术的另一种优选方案，所述氧化铈抛光颗粒为CeO2，其粒径范围为10-1500nm。作为本专利技术的再一种优选方案，所述氧化铈抛光颗粒的粒径范围为30-200nm。作为本专利技术的再一种优选方案，所述氧化剂选自铁氰化钾、或/和双氧水、或/和过硫酸铵。作为本专利技术的再一种优选方案，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂，选自聚氧乙烯硫酸钠(AES)、或/和聚丙烯酸钠、或/和聚氧乙烯醚磷酸酯。作为本专利技术的再一种优选方案，所述有机添加剂为有机酸，选自乙酸、或/和蚁酸、或/和草酸、或/和柠檬酸、或/和对苯二酸、或/和水杨酸、或/和脯氨酸、或/和氨基乙酸、或/和丁二酸、或/和酒石酸。作为本专利技术的再一种优选方案，所述pH调节剂选自硝酸、或/和磷酸、或/和氢氧化钾、或/和羟乙基乙二氨、或/和四甲基氢氨。作为本专利技术的再一种优选方案，所述pH调节剂的pH值范围为1-5。作为本专利技术的再一种优选方案，所述pH值的范围为2-4。作为本专利技术的再一种优选方案，所述水性介质为去离子水。作为本专利技术的再一种优选方案，所述氧化剂的含量为1-4wt％。作为本专利技术的再一种优选方案，所述表面活性剂的含量为0.05-2wt％。作为本专利技术的再一种优选方案，所述有机添加剂的含量为0.05-1wt％。作为本专利技术的再一种优选方案，所述氧化铈抛光颗粒的含量为2-6wt％。-->本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的氧化铈化学机械抛光浆液，相变材料GexSbyTe(1-x-y)的抛光速率可控制在5nm/min到1500nm/min，同时表面粗糙度降低到了以下。本专利技术的另一有益效果在于：利用本专利技术提供的优化的高化学活性氧化铈化学机械抛光液对相变材料GexSbyTe(1-x-y)进行速率可控、表面低损伤并且无残留的抛光，可满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需要。以下结合实施例进一步说明本专利技术。具体实施方式本专利技术提供一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，此抛光液包含氧化剂、表面活性剂、有机添加剂、pH调节剂、水性介质及氧化铈抛光颗粒。本专利技术提供的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液包含氧化铈抛光颗粒。在抛光过程中，抛光颗粒一般作用是可以与被抛光材料化学交联，然后通过自身硬度及外界机械力去除交联产物并被液体带走。这个过程循环往复，从而保证了抛光过程的连续进行。传统的抛光颗粒如SiO2、Al2O3等，虽自身具备一定的硬度(SiO2、Al2O3的莫氏硬度分别为7和9)，但相对于质软的GexSbyTe(1-x-y)薄膜材料而言，化学活性不高，在抛光过程中难以产生足够的化学交联，从而使抛光过程以机械作用为主。机械去除后的产物与细孔会因表面水膜的张力而重新粘结在一起，易于造成抛光后有GexSbyTe(1-x-y)残留的现象。氧化铈中铈为稀土元素，因外层具有空的f轨道和d轨道，可与主族元素Ge、Sb和Te中的孤电子对形成反馈键。高化学活性的氧化铈，可在抛光过程中与GexSbyTe(1-x-y)薄膜材料产生足够的化学交联，后续通过机械去除交联产物并被液体带走，可保证抛光过程中的连续进行。并且由于高活性的氧化铈与GexSbyTe(1-x-y)有足够强的化学键联作用，交联产物被机械去除后，可随球状的抛光颗粒被液体带走，有效避免使用其它抛光颗粒时易于造成的GexSbyTe(1-x-y)残留现象。所述的氧化铈抛光颗粒，其粒径范围为10-1500nm，优选30-200nm。所述的氧化铈抛光颗粒，以抛光液总重量为基准，其含量为0.2-30wt％，优选2-6wt％。本专利技术提供的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液包含氧化剂。对于金属抛光，一般公认的过程为金属氧化形成质软的水化氧化层，然后氧化层被去除，重新露出新鲜的金属。如此过程往复，从而实现抛光过程的连续进行。对于相变薄膜材料GexSbyTe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：以抛光液总重量为基准，其包含０．０１－５ｗｔ％的氧化剂、０．０１－４ｗｔ％的表面活性剂、０．０１－３ｗｔ％的有机添加剂、０．２－３０ｗｔ％的氧化铈抛光颗粒及ｐＨ调节剂、水性介质。

【技术特征摘要】
1.一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：以抛光液总重量为基准，其包含0.01-5wt％的氧化剂、0.01-4wt％的表面活性剂、0.01-3wt％的有机添加剂、0.2-30wt％的氧化铈抛光颗粒及pH调节剂、水性介质。2.根据权利要求1所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述抛光液用于硫系化合物相变材料GexSbyTe(1-x-y)的CMP工艺，其中0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，且x、y不同时为0。3.根据权利要求1所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述氧化铈抛光颗粒为CeO2，其粒径范围为10-1500nm。4.根据权利要求3所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述氧化铈抛光颗粒的粒径范围为30-200nm。5.根据权利要求1所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述氧化剂选自铁氰化钾、或/和双氧水、或/和过硫酸铵。6.根据权利要求1所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂，选自聚氧乙烯硫酸钠(AES)、或/和聚丙烯酸钠、或/和聚氧乙烯醚磷酸酯。7.根据权利要求1所述的硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，其特征在于：所述有机添加剂为有机酸，选自乙酸、或/和蚁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王良咏，宋志棠，刘波，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]