[发明专利]一种用于硫系相变材料的化学机械抛光方法及抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及微电子辅助材料及加工工艺技术领域，特别是一种用于硫系相变材料的化学机械抛光方法及抛光液。

背景技术

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，对大容量的非挥发性的存储器的需求越来越紧迫。而基于浮栅结构的快闪（flash）存储器由于较高的操作电压、复杂的电路结构和浮栅结构不能无限减薄等问题，严重制约了快闪存储器的进一步应用于各个领域。特别是当工艺结点进入45nm以后由于无法进一步提高集成密度使得寻求新型存储器替代快闪存储器的需求更为迫切。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。在众多的相变材料中体系中，硫系化合物薄膜是人们关注最多的一种材料，其中的Ge-Sb-Te合金薄膜时最成熟一种材料。20世纪60年代末（Phys．Rev．Lett．，21，1450~1453，1986）70年代初（Appl．Phys．Lett．，18，254~257，1971）S．R．Ovshinsky提出了硫系化合物薄膜可用于相变存储介质的构想即硫系化合物随机存储器（Chalcogenide-Random Access Memory，简称C-RAM）。2001年Intel公司首次报道了4MB的C-RAM，短短的三年时间后Samsung公司于2004年报道了64MB的C-RAM，其发展速度超过了其他的任何存储器。2001年国际半导体技术蓝图（ITRS）将C-RAM排在Memory的第二位，2003年的时候就已经升到第一位，可见其重要性。为了实现高密度、高集成度，同时降低相变电压和功耗，这要求器件中材料的尺寸缩小至纳米级。但是对于小尺寸器件（<0.25μm），化学机械抛光（Chemical Mechanical polishing简称CMP）是制备工艺中必不可少的一项关键工艺。这主要是由于随着器件尺寸的不断减小要求光刻系统具有更高的分辨率，而通过缩短曝光波长和采用较大的数值孔径的来提高分辨率势必会使曝光的焦深变浅，这就对曝光材料的表面平整度提出了极为苛刻的要求。为了解决浅焦深的难题，必须使用唯一能够实现全局平坦化的化学机械抛光法来实现材料表面平坦化。另外由于相变材料Ge-Sb-Te难以刻蚀，所以必须利用化学机械抛光来实现存储器的基本结构镶嵌结构。综上所述如何使用化学机械抛光来实现高密度、超细尺寸的C-RAM器件结构，将是下一步C-RAM发展的关键技术难题。CMP技术在半导体领域已经应用很广泛，尤其是在深亚微米IC工艺材料必须实现全局平坦化。所以实现相变材料表面高平坦度，才可以进行高分辨率的曝光刻蚀形成特定纳米级镶嵌结构，使得存储器材料相变时所需的电压、功耗更小、体积缩小、存储密度增大、成本降低。因此C-RAM的CMP研究不仅具有较大的科学意义，且潜在着巨大的商业价值。

对于相变材料硫系化合物（Ge-Sb-Te）的化学机械抛光已经有相关研究正在进行，其抛光液的研究已经取得了一些成果，专利（CN1616572A）硫系化合物相变材料化学机械抛光的纳米抛光液及其应用介绍了一种抛光速率较快的抛光液，此抛光液损伤少、易清洗、不腐蚀设备、不污染环境，而且抛光速率较高。专利（CN1632023A）硫系相变材料化学机械抛光的无磨料抛光液及其应用介绍了一种无磨料的抛光液，此抛光液损伤少、易清洗、不腐蚀设备、不污染环境，但是抛光速率较低。专利（CN101372606A）硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液介绍了一种磨料为氧化铈的抛光液，此抛光液可控制抛光速率在5nm/min到1500nm/min，能够获得较好的表面质量。上述抛光液都能够实现对相变材料Ge-Sb-Te硫系化合物的抛光，而且都具有各自的优点。但是使用这些抛光液抛光实现相变存储器镶嵌结构时由于抛光速率过快的抛光液容易造成过抛问题，这将大大降低存储器件性能的稳定性，严重时将导致器件不可用，使存储数据丢失，给人们带来损失。而抛光速率太慢的抛光液将降低抛光效率，从而增加生产成本。综上所述上述抛光液在一次性抛光中都难以兼顾效率和避免过抛这两个方面，因为要提高抛光效率就要提高抛光速率，这样就难以精确控制抛光终点，故难以避免过抛的出现；同样要精确控制抛光终点避免过抛就要降低抛光速率，这显而易见降低了抛光的效率。为了解决上述问题，本发明提出了一种新的抛光方法及其纳米抛光液，以解决上述问题。

发明内容