硫系相变材料化学机械抛光的无磨料抛光液

本品无磨料抛光液适用于硫系相变材料化学机械的抛光，对于多余的相变薄膜可以起到良好的抛光效果，且损伤少、易清洗、不腐蚀设备、不污染环境，下面专家来科普本品抛光液的专业配方知识。

制备方法 将各组分溶于水混合均匀即可。

原料配伍 本品各组分质量份配比范围为：氧化剂0.5～20、螯合剂0.1～10、表面活性剂0.01～2、促进剂0.1～5、抗蚀剂0.05～5、消泡剂(40～150)×10-⁶、杀菌剂(10～50)×10-⁶、pH值调节剂调节pH值至8.8～10.8、去离子水加至100。所述氧化剂有助于将金属层氧化至相应的氧化物、氢氧化物或离子。

所述的氧化剂可选自还原时形成羟基的化合物或价态可降低的高价金属离子化合物，如过氧化氢、过氧化氢脲、过硫酸铵中任意一种或两种。其中优选过氧化氢、过氧化氢脲或其混合物作为氧化剂。

所述螯合剂的作用是与抛光表面的金属离子及抛光液中少量的金属离子形成螯合物，有助于减少抛光表面金属离子的污染及增大抛光产物的体积，使得抛光后清洗容易去除。所述的螯合剂可选自无金属离子的螯合剂，如乙二胺四乙酸铵、柠檬酸铵、羟乙基乙二胺四乙酸铵中任意一种或任意两种混合物。优选乙二胺四乙酸铵、羟乙基乙二胺四乙酸铵中的一种或它们的混合物。

考虑Ge-Sb-Te薄膜材料经过化学反应后的产物去除，通过氧化剂的处理形成了GeO₂、Sb₂O₃、TeO₂等相应氧化物，在碱性溶液作用下形成相应的氢氧化物，但是这几类氢氧化物均是水中的微溶物，甚至不溶物，容易沉积在抛光表面形成颗粒沾污及影响进一步的材料去除。本品加入一种不含金属离子的卤化物作为促进剂，与上述氢氧化物形成溶于水的卤化物，增强了表面膜的去除作用，加快了抛光速率；抑制了表面颗粒的形成，减少了划伤和粗糙度。用于本品的抛光促进剂选自无金属离子的卤化物，如氟化铵、氯化铵及溴化铵任意一种或两种；优选氟化铵、氯化铵及其混合物。

所述抗蚀剂有助于防止在CMP过程中碟形坑(dishing)的形成，用于本品的抗蚀剂可选自唑类化合物，该类化合物对金属有很好的钝化效果，能起到抗蚀作用。所述的抗蚀剂可选自苯并三唑、1,2,4-三唑、6-甲苯基三唑中任意一种或两种。优选苯并三唑、1,2,4-三唑及其混合物。

所述表面活性剂的作用主要包括使得抛光液中研磨料的高稳定性；CMP过程中优先吸附在材料的表面，化学腐蚀作用降低，由于凹处受到摩擦力小，因而凸处比凹处抛光速率大，起到了提高抛光凹凸选择性的作用；表面活性剂还有助于抛光后的表面污染物清洗。用于本品的表面活性剂可以为非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂；可选自无金属离子的烷基醇聚氧乙烯基醚、烷基三甲基溴化铵、烷基磺酸铵中的任意一种或两种；优选烷基醇聚氧乙烯基醚、十六烷基三甲基溴化铵及其混合物。

本品CMP无磨料抛光液中包括一种消泡剂，抛光液中表面活性剂的加入通常导致泡沫的产生，不利于工艺生产控制，通过加入极少量消泡剂实现低泡或无泡抛光液，便于操作使用。本品所述的消泡剂选自聚硅烷化合物，如聚二甲基硅烷。

本品CMP无磨料抛光液中包括一种杀菌剂，抛光液中含有许多有机物，长期存放容易形成霉菌，导致抛光液变质，为此向抛光液中加入少量杀菌剂以达到杀死霉菌的目的。本品所述的杀菌剂选自噻唑类啉酮化合物，如异构噻唑啉酮。

所述pH调节剂主要是调节抛光液的pH值，使得抛光液稳定，有助于CMP的进行。用于本品的pH调节剂可选自氨水、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、羟胺中的任意一种或两种混合物；优选无金属离子化合物，如氨水、四甲基氢氧化铵、羟胺及其任意两种混合物。

所述的无磨料抛光液pH值为3～12,优选pH值为6～12,最佳pH值为8～11。

产品应用本品主要应用于硫系化合物相变材料CMP,尤其是用于制备相变存储器的硫系化合物相变薄膜材料，该类材料包括Ge_xSb_y,Te_(1-x-y)、掺杂Ge_xSb_y,Te_(1-x-y),及其他硫系化合物材料，其中0≤x≤0.5,O≤y≤1.0，但x、y不同时为0。本品的纳米抛光液尤其适用于目前最常用的相变薄膜材料Ge₂Sb₂Te₅。

本品的无磨料抛光液对相变薄膜材料硫系化合物进行化学机械抛光用千相变存储器的制备方法如下：①在硅衬底上利用磁控溅射沉积厚度1~200nm的介质层SiO₂；②对介质层SiO₂进行化学机械抛光，实现高平坦化；③在介质层SiO₂上沉积厚度1～200nm的底电极W或Ti层；④对底电极W或Ti层进行化学机械抛光，实现高平坦化；⑤在底电极W或Ti层上沉积厚度1～200nm的介质层SiO₂；⑥对介质层SiO₂进行化学机械抛光，实现高平坦化；⑦通过光刻工艺对SiO₂层刻蚀，形成10～2000nm的阵列孔；⑧在带阵列孔的SiO₂上利用磁控溅射沉积Ge-Sb-Te硫系化合物相变薄膜材料，填充覆盖所有阵列孔；⑨通过化学机械抛光将多余的Ge-Sb-Te硫系化合物相变薄膜材料层进行去除并平坦化处理；⑩做出相变电极，并引线制成器件。

所述利用化学机械抛光制备相变存储器的方法中，步骤①~⑧中所用工艺为IC常见工艺，且SiO₂、W或Ti的CMP研究较为成熟，只有难以刻蚀的Ge-Sb-Te硫系化合物相变薄膜材料的CMP研究至今未见报道，通过采用本品提供的无磨料抛光液，可以实现Ge-Sb-Te硫系化合物相变薄膜材料的全局平坦化，抛光后表面的粗糙度小于1.0nm,满足制备高性能C-RAM的高平坦、高光洁要求。

产品特性 本品抛光液损伤少、易清洗、不腐蚀设备、不污染环境，主要用于制造相变存储器关键材料Ge_xSb_y,Te_(1-x-y)的CMP。利用本品抛光液采用化学机械抛光方法去除多余的相变薄膜材料Ge_xSb_y,Te_(1-x-y)(0<x<0.5，0<y≤1.0，且z、y不同时为0)，制备纳电子器件相变存储器，方法简单易行。

本文转载自《抛光剂——配方与生产》编著    李东光

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