SISB基相变材料用化学机械抛光液.pdf

本发明涉及一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：0.2-30wt％含氧化物抛光颗粒、0.01-5wt％氧化剂、0.01-4wt％表面活性剂、0.01-3wt％有机添加剂，其余为pH调节剂和水性介质。利用本发明的化学机械抛光液对SiSb基相变材料速率可控、表面质量好且低损伤的抛光，可满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需要。通过该化学机械抛光浆液，SiSb基相变材料的抛光速率可控制在5～2000nm/min，同时表面粗糙度降低到了0.7nm以下。

1.  一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：
含氧化物抛光颗粒             0.2-30wt％
氧化剂                       0.01-5wt％
表面活性剂                   0.01-4wt％
有机添加剂                   0.01-3wt％
pH调节剂和水性介质           其余wt％；
所述的含氧化物抛光颗粒为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛或胶体氧化硅，粒径范围10-1500nm；
所述的氧化剂为铁氰化钾、双氧水或过硫酸铵；
所述的表面活性剂为聚氧乙烯硫酸钠AES、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇聚氧乙烯基醚或十六烷基三甲基溴化铵；
所述的有机添加剂为乙酸、蚁酸、草酸、柠檬酸、对苯二酸、水杨酸、脯氨酸、氨基乙酸、丁二酸或酒石酸；
所述的pH调节剂为硝酸、磷酸、氢氧化钾、羟乙基乙二氨或四甲基氢氨，pH值的范围1-11；
所述的水性介质为去离子水。

2.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：
含氧化物抛光颗粒           0.2-6wt％
氧化剂                     1-4wt％
表面活性剂                 0.05-2wt％
有机添加剂                 0.05-1wt％
pH调节剂和水性介质         其余wt％；
所述的含氧化物抛光颗粒的粒径范围为30-200nm。

3.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：30wt％氧化铈颗粒、0.01wt％双氧水、4wt％聚丙烯酸钠、0.3wt％脯氨酸、硝酸调节pH值为3，其余为去离子水；所述的氧化铈颗粒的粒径为10nm。

4.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：2wt％氧化钛颗粒、1.5wt％铁氰化钾、0.5wt％聚氧乙烯硫酸钠、0.2wt％柠檬酸、磷酸调节pH值为5，其余为去离子水；所述的氧化铈颗粒的粒径为150nm。

5.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：4wt％氧化铝颗粒、3wt％过硫酸铵、0.5wt％聚氧乙烯硫酸钠、1wt％水杨酸、氢氧化钾调节pH值为11，其余为去离子水；所述的氧化铝颗粒的粒径为80nm。

6.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：3wt％氧化锆颗粒、2wt％双氧水、0.3wt％聚氧乙烯醚磷酸酯、0.1wt％氨基乙酸、磷酸调节pH值为1，其余为去离子水；所述的氧化锆颗粒的粒径为100nm。

7.  根据权利要求1所述的所述的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，其特征在于：所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：1wt％氧化硅颗粒、1wt％过铁氰化钾、0.3wt％聚氧乙烯醚磷酸酯、0.3wt％草酸、硝酸调节pH值为3，其余为去离子水；所述的氧化硅颗粒的粒径为200nm。

SiSb基相变材料用化学机械抛光液
技术领域
本发明属相变材料用化学机械抛光液的技术领域，特别是涉及一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液。
背景技术
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、成本具有竞争力等优点，而被国际半导体行业协会认为是最有可能取代目前的闪存存储器的下一代非易失性存储器。
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。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亲睐。
SiSb作为一种高性能的相变存储材料，具有各方面的性能优势，如：环境友好无碲、与CMOS工艺完全兼容、成分简单而便于加工和性能裁剪、相变前后密度变化小、高数据保持能力等。(T.Zhang等人，Advantage of SiSb phase-change material and its application s inphase-change memory，Appl.Phys.Lett.91 222102 2007)。
为满足制备纳电子SiSb基相变存储器中CMP工艺的需求，需要可控的无损伤地对SiSb基相变材料进行去除，同时还希望尽可能减少下层绝缘材料的损失。然而针对SiSb基相变存储材料的CMP，迄今未见有报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，通过该化学机械抛光浆液，SiSb基相变材料的抛光速率可控制在5～2000nm/min，同时表面粗糙度降低到了0.7nm以下，利用上述抛光液对SiSb基相变材料速率可控、表面质量好且低损伤的抛光，可满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需要。
本发明的一种SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：
含氧化物抛光颗粒        0.2-30wt％
氧化剂                  0.01-5wt％
表面活性剂              0.01-4wt％
有机添加剂              0.01-3wt％
pH调节剂和水性介质      其余wt％；
所述的含氧化物抛光颗粒为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛或胶体氧化硅，粒径范围10-1500nm；
优选的粒径范围是30-200nm。
所述的氧化剂为铁氰化钾、双氧水或过硫酸铵；
所述的表面活性剂为聚氧乙烯硫酸钠AES、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇聚氧乙烯基醚或十六烷基三甲基溴化铵；
所述的有机添加剂为乙酸、蚁酸、草酸、柠檬酸、对苯二酸、水杨酸、脯氨酸、氨基乙酸、丁二酸或酒石酸；
所述的pH调节剂为硝酸、磷酸、氢氧化钾、羟乙基乙二氨或四甲基氢氨，pH值的范围1-11；
所述的水性介质为去离子水。
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：
含氧化物抛光颗粒        0.2-6wt％
氧化剂                  1-4wt％
表面活性剂              0.05-2wt％
有机添加剂              0.05-1wt％
pH调节剂和水性介质      其余wt％。
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：30wt％氧化铈颗粒、0.01wt％双氧水、4wt％聚丙烯酸钠、0.3wt％脯氨酸、硝酸调节pH值为3，其余为去离子水；所述的氧化铈颗粒的粒径为10nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：2wt％氧化钛颗粒、1.5wt％铁氰化钾、0.5wt％聚氧乙烯硫酸钠、0.2wt％柠檬酸、磷酸调节pH值为5，其余为去离子水；所述的氧化铈颗粒的粒径为150nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：4wt％氧化铝颗粒、3wt％过硫酸铵、0.5wt％聚氧乙烯硫酸钠、1wt％水杨酸、氢氧化钾调节pH值为11，其余为去离子水；所述的氧化铝颗粒的粒径为80nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：3wt％氧化锆颗粒、2wt％双氧水、0.3wt％聚氧乙烯醚磷酸酯、0.1wt％氨基乙酸、磷酸调节pH值为1，其余为去离子水；所述的氧化锆颗粒的粒径为100nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：1wt％氧化硅颗粒、1wt％过铁氰化钾、0.3wt％聚氧乙烯醚磷酸酯、0.3wt％草酸、硝酸调节pH值为3，其余为去离子水；所述的氧化硅颗粒的粒径为200nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：30wt％氧化钛颗粒、0.5wt％过硫酸铵、0.01wt％聚丙烯酸钠、3wt％对苯二酸、硝酸调节pH值为4，其余为去离子水；所述的氧化钛颗粒的粒径为1500nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：6wt％氧化锆颗粒、4wt％铁氰化钾、0.5wt％聚氧乙烯硫酸钠、0.3wt％丁二酸、硝酸调节pH值为2，其余为去离子水；所述的氧化锆颗粒的粒径为30nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：5wt％氧化铝颗粒、5wt％双氧水、1wt％聚丙烯酸钠、0.01wt％乙酸、四甲基氢氨调节pH值为10，其余为去离子水；所述的氧化铝颗粒的粒径为1000nm；
所述的SiSb基相变材料用化学机械抛光液，包括如下组分：5wt％氧化铈颗粒、3wt％双氧水、0.3wt％聚氧乙烯醚磷酸酯、2wt％蚁酸、羟乙基乙二氨调节pH值为9，其余为去离子水；所述的氧化铈颗粒的粒径为60nm。
本发明的SiSb基相变材料用化学机械抛光液应用于SiSb基相变材料的抛光。所述的SiSb基相变材料，其化学通式为Si_xSb_100-x，其中0＜x＜100，优选5≤x≤20。
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。目前广泛应用的氧化物抛光颗粒有氧化钛、氧化铈、胶体氧化硅、氧化锆、氧化铝等，它们的莫氏硬度依次为5～6、7、7、8.5、9。选用质软的氧化钛和氧化铈进行抛光，物理去除作用弱而化学活性强，抛光过程中主要以化学溶除为主，可实现对SiSb基相变材料低速率、表面质量好且低损伤的抛光；选用质硬的氧化铝、氧化锆和氧化硅进行抛光，抛光过程中化学作用较弱，主要以机械去除为主，可实现对SiSb基相变材料高速率的抛光。通过选用不同的氧化物抛光颗粒，可实现对相变材料Si_xSb_100-x速率可控、表面质量好且低损伤的抛光。
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，然后氧化层被机械去除，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SiSb基相变材料而言，Si和Sb均具有一定的金属性。因此，在SiSb基相变材料的抛光过程中，氧化剂对于抛光过程连续进行具有极其重要的作用。
本发明在化学机械抛光液中添加了表面活性剂，以其特有的结构和一定的带电情况，可以改善抛光液的稳定性，从而利于SiSb基相变材料的化学机械抛光。
在使用氧化物抛光颗粒对SiSb基相变材料的抛光过程中，Si和Sb被氧化剂氧化为高价态后，Si和Sb外层空的p轨道可以与有机添加剂中的孤电子对形成反馈键。这种配位作用可以促进Si和Sb被氧化后的进一步去除，从而影响整个抛光过程。不同的有机添加剂，因其空间结构和带孤电子对的情况不同，有机添加剂可以对这一配位作用促进或者抑制。通过添加不同的有机添加剂，可以对上述抛光过程进行控制，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。
pH值调节剂有利于稳定抛光液，并使得抛光效果更佳。
有益效果
通过本发明提供的化学机械抛光浆液，SiSb基相变材料的抛光速率可控制在5～2000nm/min，同时表面粗糙度降低到了0.7nm以下，利用该抛光液对SiSb基相变材料速率可控、表面质量好且低损伤的抛光，可满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需要。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
Si_xSb_100-x抛光测试
(1)仪器：CMP tester(CETR CP-4)
(2)条件：压力(Down Force)：3psi
         抛光垫转速(Pad Speed)：100rpm
         抛光头转速(Carrier Speed)：100rpm
           温度：25℃
           抛光液流速(Feed Rate)：100ml/min
(3)抛光液：取实施例所得的抛光液进行测试。
采用美国CETR公司的CP-4抛光机对Si_xSb_100-x进行抛光后，利用AFM原子力显微镜测试Si_xSb_100-x表面2μm×2μm区域的粗糙度RMS(Root Mean Square)。
实施例1
抛光液组成如下(重量份)：
氧化铈颗粒含量(粒径10nm)：30wt％；
双氧水：0.01wt％；
聚丙烯酸钠：4wt％；
脯氨酸：0.3wt％；
pH值(硝酸调)：3；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例2
抛光液组成如下(重量份)：
氧化钛颗粒含量(粒径150nm)：2wt％；
铁氰化钾：1.5wt％；
聚氧乙烯硫酸钠：0.5wt％；
柠檬酸：0.2wt％；
pH值(磷酸调)：5；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例3
抛光液组成如下(重量份)：
氧化铝颗粒含量(粒径80nm)：4wt％；
过硫酸铵：3wt％；
聚氧乙烯硫酸钠：0.5wt％；
水杨酸：1wt％；
pH值(氢氧化钾调)：11；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例4
抛光液组成如下(重量份)：
氧化锆颗粒含量(粒径100nm)：3wt％
双氧水：2wt％；
聚氧乙烯醚磷酸酯：0.3wt％；
氨基乙酸：0.1wt％；
pH值(磷酸调)：1；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例5
抛光液组成如下(重量份)：
氧化钛颗粒含量(粒径1500nm)：30wt％；
过硫酸铵：0.5wt％；
聚丙烯酸钠：0.01wt％；
对苯二酸：3wt％；
pH值(硝酸调)：4；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例6
抛光液组成如下(重量份)：
氧化硅颗粒含量(粒径200nm)：1wt％；
铁氰化钾：1wt％；
聚氧乙烯醚磷酸酯：0.3wt％；
草酸：0.3wt％；
pH值(磷酸调)：3；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例7
抛光液组成如下(重量份)：
氧化锆颗粒含量(粒径30nm)：6wt％，
铁氰化钾：4wt％；
聚氧乙烯硫酸钠：0.5wt％；
丁二酸：0.3wt％；
pH值(硝酸调)：2；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例8
抛光液组成如下(重量份)：
氧化铝颗粒含量(粒径1000nm)：5wt％，
双氧水：5wt％；
聚丙烯酸钠：1wt％；
乙酸：0.01wt％；
pH值(四甲基氢氨调)：10；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
实施例9
抛光液组成如下(重量份)：
氧化铈颗粒含量(粒径60nm)：5wt％，
双氧水：3wt％；
聚氧乙烯醚磷酸酯：0.3wt％；
蚁酸：2wt％；
pH值(羟乙基乙二氨调)：9；
其余为去离子水。
抛光测试结果如表1所示。
表1

由表1可知，本发明提供的化学机械抛光浆液对SiSb基相变材料的抛光速率可控制在5nm/min到2000nm/min，同时表面粗糙度降低到了0.7nm以下。
利用上述抛光液对相变材料Si_xSb_100-x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。