[发明专利]一种GST中性化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种可有效应用于相变材料GST的化学机械抛光。

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、抗强震动和抗辐射等优点，而被国际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和最先成为商用产品的器件。

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。典型的相变材料是硫族化合物合金薄膜，最成熟的材料是GeSbTe合金。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。

为满足制备纳电子相变存储器中CMP工艺的需求，需要可控的无损伤地对相变材料进行去除，同时还希望尽可能减少下层绝缘材料的损失。为此，许多研究人员做出了很多有益的尝试和研究。

CN200410066674.8公开的硫系化合物纳米级抛光液主要涉及到使用10-120nm的氧化硅化学机械抛光液对GST材料的抛光，抛光速率为138-218nm/min，抛光后经AFM测得的表面粗糙度RMS为1.25-2.22nm；CN200410084490.4公开了一种无磨料碱性抛光液，对GST的抛光速率为42-76nm/min，抛光后GST表面效果较好，RMS为0.69-0.91nm；另外，著名的抛光液供应商Cabot在US20070178700中公开了一种酸性氧化硅（20nm或者80nm）抛光液，对GST的抛光速率为0-200nm/min，抛光后的表面未提及。它们在对GST抛光时均简单易行，且专利CN200410084490.4公开的无磨料碱性抛光液抛光后表面效果较佳，但均存在抛光速率过慢速率范围过窄的问题，且专利CN200410066674.8公开的抛光液抛光后表面效果较差，对表面存在一定损伤。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于相变材料GST的中性化学机械抛光液，其特征在于通过烷基改性，金属氧化物包裹，胺型改性，无机离子改性等方法对二氧化硅的进行改性，控制改性过后的二氧化硅在pH值6-8时其zeta电位绝对值在30-80mv范围。从而能够在pH值6-8范围之内，形成稳定的GST中性化学机械抛光液。同时此抛光液也包含氧化剂、表面活性剂、有机添加剂、水性介质。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种GST中性化学机械抛光液，以重量百分比计，包括如下组分：

二氧化硅抛光颗粒  0.2-30wt%；

氧化剂  0.01-5wt%；

表面活性剂  0.01-4wt%；

余量为pH值调节剂和去离子水；

所述GST中性化学机械抛光液的pH值为6-8。

优选地，所述GST中性化学机械抛光液，以重量百分比计，包括如下组分：

二氧化硅抛光颗粒  2-6wt%；

氧化剂  1-4wt%；

表面活性剂  0.05-2wt%；

余量为pH值调节剂和去离子水；

所述GST中性化学机械抛光液的pH值为6-8。

本发明提供的用于相变材料GST的中性化学机械抛光液至少包含一种pH值调节剂。pH值调节剂有利于稳定抛光液，并使得抛光效果更佳。所述的pH值调节剂选自氢氧化钾、氨水、羟乙基乙二氨、四甲基氢氨，最终抛光液的pH值的范围为6-8。

本发明提供的用于相变材料GST的中性化学机械抛光液包含氧化剂。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，然后氧化层被去除，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。对于相变薄膜材料GST而言，Sb和Te具有很明显的金属性。因此，在相变材料GST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。所述的氧化剂，选自铁氰化钾、双氧水和过硫酸铵。