一种改善相变材料抛光后表面质量的抛光液制造技术

本发明专利技术提供了一种用于相变存储器的化学机械抛光液，包括抛光颗粒、氧化剂、表面改善剂和水性介质；以所述抛光液总重量为基准计，所述抛光颗粒的含量为0.1-30wt%，所述氧化剂的含量为0.01-10wt%，所述表面改善剂的含量为0.0001-5wt%。通过本发明专利技术提供的上述抛光液，对相变存储器件做抛光处理，可显著改善抛光后相变材料表面质量，实现对小于1nm的低表面粗糙度和微缺陷(腐蚀坑、残留、划痕和抛光雾等)的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学机械抛光液，具体地讲，涉及一种可改善相变材料抛光后表面质量的化学机械抛光液。
技术介绍
随着三星2009年512M相变存储器产品的推出，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，而被认为是当前最具竞争力的下一代非挥发性存储器。在构建相变存储单元的过程中，为实现将相变材料限定在纳米孔中以实现高密度和低功耗，化学机械抛光(CMP)工艺为其关键步骤。在此步骤中，需要利用CMP去除纳米孔之外的相变材料，同时尽可能少地减少底层介质损失、降低抛光后的各种缺陷(如蝶形坑腐蚀坑划痕以及不同版图密度处的均勻性等)。因此CMP技术使得相变存储器量产成为可能的同时，也给CMP工艺和抛光耗材(抛光液、抛光垫、后清洗液、抛光刷和修复盘等)提出了挑战。为保证CMP工艺的成功实施，一个很重要的因素即为选择合适的抛光液。理想的抛光液需要满足的要求是1.相变材料抛光速率需要足够高，以保证高的加工效率；2.底层介质材料抛光速率足够低(亦即高的相变材料/底层材料抛光选择比)，以保证抛光后仍为后续工艺保留足够宽的工艺窗口 ；3.抛光后晶圆表面的缺陷需足够低，以提高最终芯片成品率；4.抛光后，不改变相变材料的组分，以保证相变材料的性质在抛光前后不发生变化。因相变材料通常为Ge、Sb、Te多元合金，通过选择合适的氧化剂、螯合剂以及抑制剂，较易实现去除速率、抛光选择比等要求；然而，因其质软、多元合金内部各元素活性存在差异，抛光后常会造成划痕、残留、界面损伤等微缺陷。使用常规的抛光液时，微缺陷通常难以解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于相变存储器的化学机械抛光液，该抛光液可显著改善抛光后相变材料表面质量，实现对小于Inm的低表面粗糙度和微缺陷(腐蚀坑、残留、 划痕和抛光雾等)的控制，从而克服上述现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案本专利技术提供一种用于相变存储器的化学机械抛光液，包括抛光颗粒、氧化剂、表面改善剂和水性介质；以所述抛光液总重量为基准计，所述抛光颗粒的含量为0. l-30wt%, 所述氧化剂的含量为0. 01-10wt%，所述表面改善剂的含量为0. 0001-5wt%。优选的，以所述抛光液总重量为基准计，所述抛光颗粒的含量为0. 5-5wt%，所述氧化剂的含量为0. l-5wt%，所述表面改善剂的含量为0. 001-2wt%。优选的，所述抛光颗粒为胶体SiO2或烧结SiO2,其粒径范围为l-500nm，优选5-150nm，更优选为 30_100nm。优选的，所述氧化剂选自双氧水、过硫酸钾、过硫酸铵、高锰酸钾、碘酸、高氯酸钾、 高碘酸、碘酸钾、高碘酸钾和铁氰化钾中的一种。优选的，所述表面改善剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、尿素、聚丙烯酸、色氨酸、 碘化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、丁二酸、苏氨酸、吐温-80、甘氨酸、十六烷基三甲基溴化铵、溴化铵、聚乙烯醇磷酸铵、柠檬酸、精氨酸、羟乙基纤维素、缬氨酸、氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、氟化铵、聚乙二醇、丙氨酸、丝氨酸、氨基乙酸、聚乙烯醇、组氨酸、酪氨酸、硫化铵、 苯丙三唑、异亮氨酸、对苯二酸、蛋氨酸、谷氨酸、聚丙酰胺、草酸胺、胱氨酸、酒石酸、聚乙烯胺、柠檬酸胺、脯氨酸、天门冬氨酸、亮氨酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙酸胺、皮考林酸、葡萄糖酸、聚氧乙烯月桂醚(Brij35)以及苯丙氨酸。优选的，所述抛光液中还包括pH调节剂，用以调节抛光液的pH值。优选的，所述pH调节剂选自硝酸、磷酸、硫酸、盐酸、氢氧化钾、甲胺、乙胺、羟乙基乙二氨、二甲胺、三乙胺、三丙胺、己胺、辛胺及环己胺中的一种或它们的任意组合。优选的，所述抛光液的pH值范围为1-13，优选为2-11。优选的，所述水性介质为去离子水。本专利技术提供的上述抛光液，可应用于硫系化合物相变存储材料的化学机械抛光工艺中。优选的，所述硫系化合物相变存储材料的化学通式选自GexSbyTe (1_x_y)、 SixSbyTe(1_x_y)、AlxSbyTe (1_x_y)、SimSb100_m 或 GemSb100_m ；其中，0 ^x^O.5, χ> y不同时为0，0<m< 100。通过本专利技术提供的上述抛光液，对相变存储器件做抛光处理，可显著改善抛光后相变材料表面质量，实现对小于Inm的低表面粗糙度和微缺陷(腐蚀坑、残留、划痕和抛光雾等)的控制。附图说明图1 使用常规抛光液抛光后相变材料Ge2Sb2I^5的SEM照片图2 应用实施例1的抛光液抛光后相变材料Ge52Sb2Te5的SEM照片图3 应用实施例2的抛光液抛光后相变材料Ge52Sb2Te5的SEM照片具体实施方式本专利技术的专利技术人发现因相变材料通常为Ge、Sb、Te多元合金，通过选择合适的氧化剂、螯合剂以及抑制剂，较易实现去除速率、抛光选择比等要求；然而，因其质软、多元合金内部各元素活性存在差异，抛光后常会造成划痕、残留、界面损伤等微缺陷。使用常规的抛光液时，微缺陷通常难以解决。因此，本专利技术的专利技术人对现有技术进行了改进，提出了一种新型的化学机械抛光液，包括抛光颗粒、氧化剂、表面改善剂以及水性介质，并通过PH调节剂调节抛光液的pH 值，可显著改善抛光后相变材料表面质量，实现对小于Inm的低表面粗糙度和微缺陷(腐蚀坑、残留、划痕和抛光雾等)的控制。下面结合图示更完整的描述本专利技术，本专利技术提供的优选实施例，仅用来举例说明本专利技术，而不对本专利技术的范围作任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现的修改和变化均包括在本专利技术及所附权利要求的范围内。本专利技术提供一种化学机械抛光液，应用于硫系化合物相变存储器的化学机械抛光工艺中。所述硫系化合物相变存储材料的化学通式为GexSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、 AlxSbyTe(1_x_y),SimSb100_m 或 Ge^Sbn ；其中，0 彡 χ 彡 0. 5，0 彡 y 彡 0. 5，且 x、y 不同时为 0， 0 < m < 100。本专利技术的化学机械抛光液包括抛光颗粒、氧化剂、表面改善剂和水性介质，以及用于调节抛光液PH值的pH调节剂。下面对各个组分进行详细说明本专利技术提供的改善相变材料抛光后表面质量的抛光液中，包含抛光颗粒。抛光颗粒在抛光过程中，可通过抛光薄膜-抛光颗粒-抛光垫的接触，实现对薄膜材料的机械去除。所述的抛光颗粒为胶体SW2或烧结SiO2,其粒径范围为l-500nm，优选为5-150nm，更优选为30-100nm。以抛光液总重量为基准计，所述的抛光颗粒的含量为0. l-30wt%，优选为 0. 5-5wt %，更优选为 3-5wt %。本专利技术提供的改善相变材料抛光后表面质量的抛光液中，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，然后水化氧化层被去除，重新露出其下，新鲜的金属。如此，往复执行上述过程，从而实现抛光过程的连续进行。对于相变薄月莫材料 GexSbyTe (1_x_y)、SixSbyTe (1_x_y)、AlxSbyTe (1_x_y)、SimSb100_m、GemSb100_m 而言，Al、Sb 禾口 Te 具有很明显的金属性，Ge和Si均同时具有金属性和非金属性。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王良咏，刘卫丽，宋志棠，刘波，钟旻，
申请(专利权)人：上海新安纳电子科技有限公司，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：