一种相变材料复合磨料的化学机械抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种相变材料复合磨料的化学机械抛光液，并用于相变存储器件中的Cr

Chemical mechanical polishing fluid of phase change material composite abrasive and its application

【技术实现步骤摘要】
一种相变材料复合磨料的化学机械抛光液及其应用
本专利技术属于微电子
，涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种应用于硫系化合物相变材料Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)的化学抛光液。技术背景近年来，相变存储器(PCM)结构由传统的T型结构发展为一种受限结构。这种受限结构是使相变材料沉积在细孔中，相变材料在细孔的另一端连接电极，电流通过该通道产生焦耳热对该单元进行电阻状态的读取。Sb2Te3体系结晶速率比传统相变材料GST快，更易达到替代DRAM的操作速度要求，但其结晶温度低，不能长时间保持数据，为提高其热稳定性，通常引入杂质，CrxSb2Te3(0<x<0.5)可达高速度并具有很好的稳定性。Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)作为一种高性能的相变存储材料，具有各方面的优势。且传统的相变材料GST抛光工艺不适用于新材料Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)的抛光，然而针对新型相变材料Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)的CMP抛光，迄今为止，很少有人报道。2017年张楷亮课题组发表文献“OptimizationofslurryandprocessparameteronchemicalmechanicalpolishingofCr-dopedSb2Te3thinfilm”,(EI检索号:20172303724810)。文献中研究发现在酸性条件下利用含有10wt％二氧化硅胶体磨料(粒径为80.3nm)和0.5wt％过氧化氢的抛光液，对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)进行上机实验，RMS表面粗糙度达0.418nm。2019年张楷亮课题组发表文献Optimizationonchemicalmechanicalplanarizationofchromiumdopedantimonytelluride(Cr-SbTe)forPCMDevices(DOI:10.1109/CSTIC.2019.8755751)，文献中使用单一含有10wt％二氧化硅胶体磨料(粒径为39.9nm)，在高锰酸钾浓度为50ppm条件下对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)进行抛光参数优化，RMS表面粗糙度为0.52nm。上述使用单一二氧化硅磨料对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)薄膜进行抛光对薄膜表面质量的优化具有局限性，而使用复合磨料对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)薄膜进行抛光能够有效减少薄膜表面划痕，降低薄膜表面粗糙度均方值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型相变材料复合磨料的化学机械抛光液，通过该化学机械抛光液，满足制备相变存储器中CMP的工艺需求，需要对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)材料无损伤的去除，在相变材料和阻挡层之间具有高抛光选择性，保证抛光前后相变材料表面元素组成和状态相同。使用两种磨料抛光，其特征在于两种磨料取长补短，产生协同效应对Cr-SbTe薄膜起到的不同作用能够使薄膜去除速率更可控、表面质量更好。传统的抛光颗粒SiO2,本身具备一定的硬度，抛光过程中机械作用明显。CeO2中的铈为稀土元素，外层中具有空的f轨道和d轨道，可与主族元素中的Cr、Sb和Te中的孤电子对形成反馈键，高活性的氧化铈，可以在抛光过程中与Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)薄膜材料产生足够的化学关联，同时与氧化硅磨料一起通过机械作用去除交联产物，能够有效避免抛光产物残留现象。本专利技术Crx-Sb2Te3相变材料复合磨料的化学机械抛光液包括如下部分：以抛光液总重量为基准,氧化硅及氧化铈抛光颗粒0.2-50wt％,氧化剂0.001-5wt％,表面活性剂0.01-4wt％，有机添加剂0.01-4wt％，PH调节剂和去离子水。进一步的，所述氧化硅、氧化铈抛光颗粒，粒径范围为：40-150nm，优选40-100nm.。进一步的，所述氧化硅、氧化铈抛光颗粒，以抛光液总重量为基准，其含量为2-8wt％。对于金属抛光，抛光过程一般都是通过氧化剂氧化金属表面，使表面生成一层较软的水化氧化层，氧化层通过机械作用去除，露出新鲜的金属表面，如此循环，实现连续抛光的效果，对于Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)这种合金，氧化剂起着极其重要的作用，所述氧化剂选用过氧化氢、氯化铁或高锰酸钾。进一步的，所述氧化剂含量为0.001-4wt％。本专利技术在化学机械抛光液中添加了表面活性剂聚丙烯酸钠，聚氧乙烯醚磷酸酯，十六烷基三甲基溴化铵,为阴离子型表面活性剂，以其特有的带电情况,可以改善抛光液的稳定性,从而利于Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)相变材料的化学机械抛光。在使用氧化硅和氧化铈抛光颗粒对Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)相变材料的抛光过程中，被氧化剂氧化为高价态后，外层空的轨道可以与有机添加剂中的孤电子对形成反馈键。这种配位成键方式可以促进被氧化后的薄膜进一步的去除,从而使整个抛光过程持续进行。进一步的，所述表面活性剂的含量为0.05-2wt％。同样不同的有机添加剂，因其特定的结构和带电情况，有机添加剂可以对这一配位成键起到促进或者抑制作用。通过添加不同的有机添加剂，可以对抛光过程进行控制，从而达到抛光过程速率可控,实现抛光过程中所需要的去除速率。进一步的，所述有机添加剂的含量为0.01-1wt％。PH调节剂可以调节抛光液酸碱性，对抛光液中氧化剂影响较大，从而影响抛光液的稳定性及抛光效果。PH调节最优范围为3-5。本专利技术达到的技术效果是：本专利技术采用二氧化硅和氧化铈两种磨料取长补短，产生协同效应对CST薄膜起到的不同作用能够使薄膜去除速率更可控、表面质量更好，满足制备相变存储器CMP的需要。CeO2中的铈为稀土元素，外层中具有空的f轨道和d轨道，可与主族元素中的Cr、Sb和Te中的孤电子对形成反馈键，高活性的氧化铈，可以在抛光过程中与Crx-Sb2Te3(0<x<0.5)薄膜材料产生足够的化学关联，同时与氧化硅磨料一起通过机械作用去除交联产物，能够有效避免抛光产物残留现象。附图说明图1为带有阵列的二氧化硅小孔上沉积CST薄膜。图2为对CST薄膜CMP后示意图。图3为带有上下电极的CST薄膜CMP后器件示意图。图中：(1)为Si(衬底)、(2)为W(钨)、(3)为SiO2(二氧化硅)、(4)为CST(铬掺杂碲化锑)、(5)为Al(铝)。图4为使用本专利技术抛光液5对抛光材料抛光前后的AFM图。具体实施方式实施例1：抛光液A的配制：抛光液中含有10wt％的氧化硅和氧化铈抛光磨料，粒径为30nm，加入过氧化氢4.0wt％,氢氧化钾0.5wt％调节PH为8,聚丙烯酸钠0.1wt％,柠檬酸0.05wt％,其余为去离子水。实施例2：抛光液B的配制：抛光液中含有40wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变材料复合磨料的化学机械抛光液，其特征在于：复合磨料抛光液包括如下部分：以抛光液总重量为基准,氧化硅及氧化铈抛光颗粒0.2-50wt％,氧化剂0.001-5wt％,表面活性剂0.01-4wt％，有机添加剂0.01-4wt％，PH调节剂和去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种相变材料复合磨料的化学机械抛光液，其特征在于：复合磨料抛光液包括如下部分：以抛光液总重量为基准,氧化硅及氧化铈抛光颗粒0.2-50wt％,氧化剂0.001-5wt％,表面活性剂0.01-4wt％，有机添加剂0.01-4wt％，PH调节剂和去离子水。


2.根据权利要求1所述的相变材料复合磨料的化学机械抛光液,其特征在于：所述氧化剂选自过氧化氢、氯化铁或高锰酸钾；所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂,选自聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醚磷酸酯或十六烷基三甲基溴化铵；所述添加剂为乙酸、或和蚁酸、或和柠檬酸、或和氨基乙酸、或和丁二酸；所述PH调节剂为硝酸、或和氢氧化钾、或和四甲基氢氧化铵。


3.根据权利要求1所述的相变材料复合磨料的化学机械抛光液，其特征在于：所述复合磨料为二氧化硅和二氧化铈抛光颗粒,其粒径范围为40-150nm，其含量比例为1:1。


4.根据权利要求1或2所述的相变材料复合磨料的化学机械抛光液，其特征在于：所述PH调节范围为2-9。


5.根据权利要求1所述的相变材料复合磨料的化学机械抛光液,其特征在于：所述复合磨料颗粒总含量为2-8wt％。


6.根据权利要求1或2所述的相变材料复合磨料的化学机械抛光液,其特征在于：所述氧化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楷亮，王路广，王芳，左劲松，黄金荣，胡凯，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12