專利名稱：一種同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械拋光方法，尤其涉及一種同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器是利用材料由非晶體狀態(tài)變成晶體狀態(tài)，再變回非晶體狀態(tài)的過程中，其非晶體和晶體狀態(tài)呈現(xiàn)不同的反光特性和電阻特性，利用非晶態(tài)和晶態(tài)分別代表“O”和“I”來存儲數(shù)據(jù)。相變存儲器作為一種很有發(fā)展前景的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。它具有比閃存速度快，復(fù)原性更好，能夠?qū)崿F(xiàn)一億次以上的擦寫等特性。相變存儲單元由一種極小的硫族合金顆粒組成，通過電脈沖的形式集中加熱的情況下，它能夠從有序的晶態(tài)(電阻低狀態(tài))快速轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的非晶態(tài)(電阻高狀態(tài))。這些合金材料的晶態(tài)和非晶態(tài)電阻率大小的差異能夠存儲二進制數(shù)據(jù)。目前最有應(yīng)用前景的 PCM材料是GST (鍺、銻和碲)合金。在芯片的實際加工過程中，將GST(主要是Ge2Sb2Te5)通過化學(xué)氣相沉積到硅片表面，需要對娃片表面進行平坦化。化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing/Planarization, CMP)技術(shù)被認(rèn)為是目前全局平坦化的最有效的方法?；瘜W(xué)機械拋光是將化學(xué)作用、機械作用結(jié)合起來應(yīng)用在硅片的表面，同時在硅片的表面進行氧化和拋光的過程，在這樣的雙重作用下實現(xiàn)硅片的全局平坦化。關(guān)于相變材料的化學(xué)機械拋光，目前已有部分現(xiàn)有技術(shù)報道，如美國專利US7897061B2、US20070178700A1使用氧化劑(例如雙氧水)加草酸、丙二酸、琥珀酸、檸檬酸等絡(luò)合劑進行GST拋光；US20100190339A1使用氧化劑加賴氨酸進行GST拋光；US7678605B2、US20090057834A1用氧化劑加腐蝕抑制劑(天門冬氨酸的衍生物)進行GST拋光；US20090001339A1用三乙胺、季銨鹽加氧化劑降低GST拋光過程中的金屬侵蝕(erosion) ；US20100112906A1 用季銨堿進行 GST 拋光。又如中國專利CN101370897A提供了一種以過氧化氫為氧化劑、有機酸作為螯合劑配上研磨顆粒為主要成分的化學(xué)機械拋光液；中國專利CN101333420A提供了一種含氮化合物、研磨顆粒、氧化劑、或研磨顆粒和氧化劑的化學(xué)機械拋光漿料；中國專利CN101765647A提供了一種包含顆粒研磨材料、以及賴氨酸氧化劑的組合物；中國專利CN101333421A 一種用于化學(xué)機械拋光的漿料組合物及以去離子水、和鐵或鐵化合物為主要成分，除去研磨顆粒，從而提高對于GST材料的表面平整性。上述的專利都針對GST材料的拋光提出了新的拋光液方案，以提高對于GST材料的拋光效果，然而我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的技術(shù)中主要以過氧化氫為主要的氧化劑，而現(xiàn)有的氧化劑對于GST材料的拋光速率較低，其中上述專利中，中國專利CN101333420A提供的拋光液對于GST材料拋光速率最高，但也平均也只達到2000埃/分鐘，GST的拋光效率無法滿足現(xiàn)有需求。金屬鎢是半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中常用的導(dǎo)電材料，因此在實際拋光過程中，常會遇到鎢和相變材料同時拋光的情況，目前拋光相變材料或鎢一般使用過氧化氫為氧化劑，如中國專利CN101372606A中公開了一種硫系化合物相變材料氧化鈰化學(xué)機械拋光液配方，配方中氧化劑可以選用的就有雙氧水和氰化鉀。但是單純的雙氧水對鎢和相變材料進行拋光的拋光速度很低，通常需要加入催化劑。美國專利US5958288公開了將硝酸鐵用做催化劑，過氧化氫用做氧化劑，進行鎢化學(xué)機械拋光的方法；美國專利US5980775和US6068787在US5958288基礎(chǔ)上，加入有機酸做穩(wěn)定劑。上述專利技術(shù)一定程度上改善了過氧化氫的分解速率，但是同時拋光相變材料和鎢的情況下，上述專利技術(shù)并未提及是否具有較高的拋光速度。實際測試中它們對相變材料的拋光速度不高。因此，針對半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)過程中同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光工藝，仍需要有高拋光速率的拋光方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的同時對相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中對同時含相變材料和鎢的基材拋光速率不足的問題。 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于包括以下順序步驟步驟I :配制含有研磨劑、氧化劑、含鐵離子物質(zhì)的拋光液；步驟2 :將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上，將步驟I中配制的拋光液對相變材料和鎢同時進行拋光；其中所述氧化劑包括單過硫化物，并優(yōu)選為單過硫酸氫鹽及其復(fù)合鹽。本發(fā)明中，化學(xué)機械拋光方法的一種優(yōu)選實施方式，所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物，所述鹽可以是鉀鹽、鈉鹽、銨鹽等。本發(fā)明中，化學(xué)機械拋光方法的進一步優(yōu)選實施方式，所述氧化劑為單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成的組合物；在使用過程中，單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀、硫酸鉀用量的摩爾比優(yōu)選為2 5 : I 3 : I 3，最佳摩爾比例為2 : I : I。優(yōu)選地，所述氧化劑的用量占拋光液的質(zhì)量百分比為O. 05 15wt%，并進一步優(yōu)選氧化劑的用量占拋光液的質(zhì)量百分比為I 5wt%。本發(fā)明同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法中所提到的研磨劑可以是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鐵、氮化硅和氧化鈦中的一種或多種混合物。研磨劑占拋光液的質(zhì)量百分比控制在O. 05 25wt%。本發(fā)明同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法中所提到的拋光液中過含鐵離子物質(zhì)選用含鐵離子無機鹽和/或含鐵離子有機鹽。含有鐵離子的物質(zhì)是指在拋光液中，能夠電離出鐵離子的物質(zhì)。含鐵離子物質(zhì)優(yōu)選為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和/或醋酸鐵等，最佳選擇為硝酸鐵。根據(jù)本發(fā)明所述化學(xué)機械拋光方法的一種優(yōu)選實施方式，含鐵離子的物質(zhì)濃度控制在40ppm 3000ppm的范圍，優(yōu)選的濃度控制在50ppm 2000ppm范圍。本發(fā)明同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法中所提到的化學(xué)機械拋光液的pH值控制在O. 5 4，最佳的pH值為1.5。在上述的化學(xué)拋光的過程中，拋光條件優(yōu)選為研磨壓力設(shè)定在3 6psi，研磨臺轉(zhuǎn)速控制在60-120轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速80-200轉(zhuǎn)/分鐘，拋光液滴加速度80 200
暈升/分鐘。本發(fā)明提供的技術(shù)方法解決了在常規(guī)對相變材料和鎢拋光過程中拋光速度不高的問題，相對于過氧化氫作為氧化劑，本發(fā)明使用單過硫化物為氧化劑出乎意料地得到了明顯提高的拋光速率，使得對于以硅為基片的芯片可以快速有效的完成拋光的過程，并且獲得的拋光表面損傷低、沒有殘留的拋光液，可以滿足制備相變材料存儲器中化學(xué)拋光工藝的要求。
具體實施例方式以下通過具體的實施例對本發(fā)明進行詳細描述，以使更好的理解本發(fā)明，但下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。按照下列實施例中所列組分，去離子水混合均勻后用pH調(diào)節(jié)劑(硝酸或硫酸)調(diào) 到所需PH值，即可制得化學(xué)機械拋光液。實施例I研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5 %，氧化劑選用2KHS05 ^KHSO4 ^K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學(xué)機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力4psi,研磨臺轉(zhuǎn)速90轉(zhuǎn)/分鐘,研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速140轉(zhuǎn)/分鐘,拋光液滴加速度140ml/分鐘，并根據(jù)需要加入絡(luò)合劑、表面活性劑等組分。實施例2研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5 %，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在3000ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例3研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為0. I%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在50ppm，pH值用硝酸調(diào)整到L 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例4研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為10%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在2000ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學(xué)機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力3psi,研磨臺轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘,研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速80轉(zhuǎn)/分鐘,拋光液滴加速度80ml/分鐘，并根據(jù)需要加入絡(luò)合劑、表面活性劑等組分。
實施例5研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為10%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到O. 5。將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上進行化學(xué)機械拋光，拋光條件拋光機臺為Logitech (英國)1PM52型,polytex拋光墊,4cmX 4cm正方形晶圓(Wafer),研磨壓力6psi,研磨臺轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)/分鐘,研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分鐘,拋光液滴加速度200ml/分鐘，并根據(jù)需要加入絡(luò)合劑、表面活性劑等組分。實施例6研磨劑選用二氧化硅,其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為20%，氧化劑選用2KHS05 ^KHSO4 ^K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在40ppm, pH值用硝酸調(diào)整到4。 參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例7研磨劑選用二氧化硅,其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為O. 1%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硫酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例8研磨劑選用氧化鋁，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硫酸調(diào)整到4。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例9研磨劑選用氧化鈰，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為3 %，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例10研磨劑選用氧化鐵，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中氯化鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例11研磨劑選用氮化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為7%,氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硫酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例12
研磨劑選用氧化鈦，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為10%，氧化劑選用2KHS05 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中醋酸鐵的濃度控制在500ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例13研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%,氧化劑選用4KHS05 · 2KHS04 · 3K2S04，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。 實施例14研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%,氧化劑選用4KHS05 · 3KHS04 · 2K2S04，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例15研磨劑選用二氧化娃，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%,氧化劑選用2KHS05 · 2KHS04 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例16研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5 %，氧化劑選用KHSO5 · KHSO4 · K2SO4，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在2000ppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。實施例17研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5 %，氧化劑選用5KHS05 · 3KHS04 · 3K2S04，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為2%，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。對比實施例I研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%，氧化劑選用雙氧水，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硫酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。對比實施例2研磨劑選用二氧化硅，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為5%，氧化劑選用雙氧水，其用量占整個拋光液的質(zhì)量百分比為I %，拋光液中硝酸鐵的濃度控制在lOOOppm，pH值用硝酸調(diào)整到I. 5。參照實施例I所述方法對相變材料和鎢進行同時拋光。
配制完上述的拋光液后，把需拋光的芯片用研磨頭固定住，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當(dāng)進行化學(xué)機械拋光時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是沿著與研磨臺一樣的運動方向旋轉(zhuǎn)。與此同時，把含有研磨劑的拋光液滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上，芯片表面在機械和化學(xué)的雙重作用下從而實現(xiàn)全局平坦化。效果實施例將上面各組實施例組分配制的拋光液應(yīng)用于拋光時，記錄相應(yīng)的拋光速度和拋光表面情況等必要的數(shù)據(jù)，并記錄于表I中。 表I上述實施例拋光GST和鎢效果
權(quán)利要求
1.一種同時拋光相變材料和鎢的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于包括以下順序步驟 步驟I:配制含有研磨劑、氧化劑、含鐵離子物質(zhì)的拋光液； 步驟2 :將需要對相變材料和鎢同時拋光的基材置于拋光墊上，將步驟I中配制的拋光液對相變材料和鎢同時進行拋光； 其中所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽的復(fù)合鹽。
2.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述研磨劑占拋光液的質(zhì)量百分比為O. 05 25wt%。
3.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述研磨劑選自二氧化硅、氧化招、氧化鋪、氧化鐵、氮化娃和氧化鈦中的一種或多種。
4.如上述任意一項權(quán)利要求所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑包括單過硫酸氫鹽、硫酸氫鹽和硫酸鹽組成的組合物。
5.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑包括單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成的組合物。
6.如權(quán)利要求5所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中單過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀、硫酸鉀用量的摩爾比為2 5 : I 3 : I 3。
7.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑的用量占拋光液的質(zhì)量百分比為O. 05 15wt%。
8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述氧化劑的用量占拋光液的質(zhì)量百分比為I 5wt%。
9.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述含鐵離子物質(zhì)選用含鐵尚子無機鹽和/或含鐵尚子有機鹽。
10.如權(quán)利要求9所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述含鐵離子物質(zhì)為硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和/或醋酸鐵。
11.如權(quán)利要求10所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中含鐵離子物質(zhì)的濃度為40 3000ppm。
12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述拋光液中含鐵離子物質(zhì)的濃度為50 2000ppm。
13.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述拋光液的PH值為O.5 .4。
14.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述步驟2中，研磨壓力控制在3 6psi。
15.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述步驟2中，研磨臺轉(zhuǎn)速為60-120轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-200轉(zhuǎn)/分鐘。
16.如權(quán)利要求15所述的化學(xué)機械拋光方法，其特征在于所述步驟2中，拋光液滴加速度為80 200毫升/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變材料(PCM)例如鍺、銻和碲(GeSbTe)和鎢可同時進行化學(xué)機械拋光的方法。將待拋光的相變材料和鎢置于拋光墊上，將研磨劑、選用包含單過硫酸氫鹽復(fù)合鹽的氧化劑、含鐵離子物質(zhì)混合調(diào)配成拋光液，并在和拋光設(shè)備同時應(yīng)用在相變材料和鎢的表面。本發(fā)明可以快速有效的完成拋光的過程，獲得的拋光表面損傷低且沒有殘留的拋光液，可以滿足制備相變材料存儲器中化學(xué)拋光工藝的要求。
文檔編號C09G1/02GK102820223SQ20111015310
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者王晨, 何華鋒 申請人:安集微電子(上海)有限公司