一種相變材料化學機械拋光方法
2023-04-24 06:29:56
一種相變材料化學機械拋光方法
【專利摘要】本發明涉及半導體【技術領域】，特別是涉及一種相變材料化學機械拋光方法。本發明提供一種相變材料化學機械拋光方法，包括如下步驟：1）提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一電介質層，在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層；2）所述第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，使底部電極暴露；3）在所述柱形開孔中填充相變材料，並將柱形開孔填滿；4）利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料；5）在第二電介質層上生長一層第三電介質層；6）利用化學機械拋光去除第三電介質層；本發明所提供的相變材料化學機械拋光方法可以減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑。
【專利說明】一種相變材料化學機械拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，特別是涉及一種相變材料化學機械拋光方法。
【背景技術】
[0002]相變存儲器(PhaseChange Random Access Memory, PCRAM)技術是基於
S.R.0vshinsky在20世紀60年代末提出相變薄膜可以應用於相變存儲介質的構想建立起來的。與其它非易失性存儲器相比，相變存儲器由於具有高速度、低功耗、長數據保持力已成為目前的研究焦點。相變存儲單元由一種極小的硫族合金顆粒組成，通過電脈衝的形式集中加熱的情況下，它能夠從有序的晶態(電阻低狀態)快速轉變為無序的非晶態(電阻高狀態)。這些合金材料的晶態和非晶態電阻大小的差異能夠存儲二進位數據。目前最有應用前景的PCM材料是GeSbTe (鍺、銻和碲)合金。
[0003]相變存儲器的相變單元結構包括底電極、相變存儲器和上電極，傳統的蘑菇型結構由於其製造工藝簡單已被廣泛採用，但是隨著器件尺寸逐漸縮小，特別是在65nm標準CMOS工藝以下節點後，採用蘑菇型結構所需要的RESET操作(晶態向非晶態轉變)的電流較大，這勢必導致功耗的增加。另一方面，這種蘑菇型結構的相變層採用幹法刻蝕工藝形成，其會造成相變材料刻蝕後側壁的表面損傷，降低器件的良率。另外，相變材料刻蝕後，為了去除刻蝕後的聚合物殘留，需要進行後清洗工藝，後清洗工藝會進一步加劇相變材料的損失，嚴重情況下會發生相變材料的剝落。為了解決這些問題，一種新型的限制型結構在形成的電極生長電介質材料並進行開孔，然後將相變材料填充於小孔內，再通過化學機械拋光的方法去除多餘的相變材料，最後進行上電極的製造。所述這種限制型結構的方法將相變材料限制在小孔內，減少底電極與相變材料的接觸面積，極大的減少RESET電流，從而進一步降低功耗。另外，由於採用了 化學機械拋光工藝避免了刻蝕和後清洗工藝對相變材料造成的損傷。
[0004]相變材料的化學機械拋光與金屬鎢、銅類似，一般情況下為了確保工藝的穩定性，使用高選擇比(相變材料的速率除以電介質材料的速率)的拋光液，避免電介質材料的損失，同時可以通過光學方法進行拋光終點的控制。為了去除拋光後的產物殘留，減少表面缺陷，通常都會進行適量的過拋，而採用高選擇比的拋光液，即具有較高的相變材料去除速率，這樣在過拋去除拋光殘留物時會造成較大的相變材料碟形坑(Dishing)，即GST的高度比電介質的高度低，如圖1所示，而相變材料碟形坑存在會導致後續的金屬互連製程中上電極與相變材料的脫離，造成器件失效。
[0005]因此相變材料化學機械拋光後出現的碟形坑問題需要被解決，提升器件良率。
【發明內容】
[0006]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種相變材料化學機械拋光方法，用於解決相變材料的化學機械拋光中的碟形坑的問題，可以增加相變材料與上電極之間的接觸，提升器件良率。[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種相變材料化學機械拋光方法，包括如下步驟:
[0008]1)提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一電介質層，在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層；
[0009]2)所述第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，使底部電極暴露；
[0010]3)在所述柱形開孔中填充相變材料，並將柱形開孔填滿；
[0011]4)在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料；
[0012]5)在第二電介質層上生長一層第三電介質層；
[0013]6)採用拋光液，利用化學機械拋光去除第三電介質層。
[0014]優選的，所述襯底為矽襯底。
[0015]優選的，所述第一電介質層的材料為Si02。
[0016]更優選的，所述第一電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長。
[0017]進一步優選的,所述第一電介質層的厚度為100~300nm。
[0018]優選的，所述第二電介質層的材料選自SiO2, SiN, SiON中的一種。
[0019]更優選的，所述第二電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長。
[0020]進一步優選的，所述第二電介質層的厚度為90~130nm。
[0021]優選的，所述底部電極的材質為鎢。
[0022]更優選的，所述底部電極為圓柱形，其直徑為30~lOOnm。
[0023]優選地，所述柱形開孔為圓柱形開孔，其直徑為50~200nm。
[0024]優選的，所述相變材料選自GexSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、TixSbyTe(1_x_y)和AlxSbyTe(1_x_y),其中 O < x〈l,0 ^ y<l, x+y ^ I。
[0025]優選的，所述步驟3中，所述相變材料層的填充方法選自化學氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積工藝中的一種或多種的組合。
[0026]更優選的，生長溫度為20~50°C。
[0027]優選的，所述步驟4中，利用終點檢測方法，控制拋光進度，具體為通過檢測拋光過程中的材料反射強度差異來確定拋光的終點，由於相變材料的反射強度大於電介質材料的反射強度，當拋光過程進入到從相變材料過渡到電介質材料時，所檢測的光學強度會急劇降低，以此來判斷拋光終點，使拋光自動停止在第二電介質層上。
[0028]優選的，所述步驟4中，相變材料的去除速率為100~200nm/min,拋光選擇比(相變材料的去除速率/第二電介質的去除速率)大於50，小於100。
[0029]優選的，所述步驟4中，所述酸性拋光液的pH為3~6。
[0030]所述步驟4的拋光過程中，對於拋光液除pH值外並無其他特殊要求，本領域技術人員可根據具體所使用的相變材料和電介質層材料，根據經驗適當調整拋光液中所使用的各組分的配比，以符合相應的拋光條件和較好的拋光效果。
[0031]所述步驟5中，在第二電介質層上生長一層較薄的第三電介質層的同時，亦覆蓋了暴露在外的相變材料。
[0032]優選的，所述第三電介質層的材料選自SiO2, SiN, SiON中的一種。
[0033]更優選的，所述第三電介質層的材料與第二電介質層相同。
[0034]優選的，所述第三電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長，沉積溫度小於250°C。
[0035]更優選的，所述第三電介質層的厚度為20~40nm。
[0036]由於在步驟4拋光時，在相變材料處會形成凹陷，所以在覆蓋第三電介質層時，相變材料覆蓋處的厚度會大於第二電介質層覆蓋處，而本發明中，第三電介質層的厚度以其覆蓋第二電介質層的厚度為準。
[0037]優選的，所述步驟6中所使用的拋光液的pH為6~9。
[0038]所述步驟6的拋光過程中，對於拋光液除pH值外並無其他特殊要求，本領域技術人員可根據具體所使用的相變材料和電介質層材料，根據經驗適當調整拋光液中所使用的各組分的配比，以符合相應的拋光條件和較好的拋光效果。
[0039]優選的,所述步驟6中，所述第三電介質層的去除速率為30~50nm/min,拋光選擇比(相變材料的去除速率/第三電介質的去除速率)大於2，小於10。
[0040]本發明第二方面提供所述相變材料化學機械拋光方法在相變材料製備領域的應用。
[0041 ] 本發明所提供的相變材料化學機械拋光方法，通過在使用與第二電介質層相同或相似的第三電介質層，將相變材料的拋光後碟形坑填滿，並進一步通過採用低選擇比、低去除速率的拋光液去除第三電介質層，同時也去除了部分第二電介質層，由於第三電介質和第二電介質是採用相同的材質，因此可以做到同時平坦化，減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1顯示為傳統的相變材料經過化學機械拋光後的示意圖。
[0043]圖2顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0044]圖3顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0045]圖4顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0046]圖5顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0047]圖6顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0048]圖7顯示為本發明形成方法的具體實施例示意圖。
[0049]元件標號說明
[0050]100半導體襯底
[0051]200第一電介質層
[0052]201底部電極
[0053]300第二電介質層
[0054]301相變材料
[0055]303第三電介質層
【具體實施方式】
[0056]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0057]須知，下列實施例中未具體註明的工藝設備或裝置均採用本領域內的常規設備或裝置；所有壓力值和範圍都是指絕對壓力。
[0058]此外應理解，本發明中提到的一個或多個方法步驟並不排斥在所述組合步驟前後還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關係並不排斥在所述組合設備/裝置前後還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還可以插入其他設備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑑別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容的情況下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0059]本發明在去除柱形開孔外的相變材料的拋光過程中，對於拋光液除pH值外並無其他特殊要求，本領域技術人員可根據具體所使用的相變材料和電介質層材料，根據經驗適當調整拋光液中所使用的各組分的配比，以符合相應的拋光條件和較好的拋光效果。而在本發明的實施例中，拋光液的具體配方如下:拋光液的溶劑為去離子水，溶質包括磨料、氧化劑、表面活性劑和腐蝕抑制劑，PH為3~6，以所述酸性拋光液總重計，所述磨料濃度為
0.5~5.0wt%,所述氧化劑濃度為0.5~3.0wt%,所述表面活性劑濃度為0.005~0.05wt%,所述腐蝕抑制劑濃度為0.001~0.02wt%,餘量為去離子水。所述磨料選自膠體二氧化矽或氧化鈰；所述氧化劑選自過氧化氫、過硫酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽或鐵氰化鹽中的一種或多種的組合；所述表面活性劑選自矽烷聚二乙醇醚、聚二乙醇醚和十二烷基乙二醇醚中的一種或任意兩種的組合；所述腐蝕抑制劑選自氮唑，咪唑，噻唑，吡啶化合物中的一種或多種的組合。
[0060]本發明 在去除第三電介質層的拋光過程中，對於拋光液除pH值外並無其他特殊要求，本領域技術人員可根據具體所使用的相變材料和電介質層材料，根據經驗適當調整拋光液中所使用的各組分的配比，以符合相應的拋光條件和較好的拋光效果。而在本發明的實施例中，拋光液的具體配方如下:拋光液的溶劑為水，溶質包括磨料、氧化劑、表面活性齊?和螯合劑，PH為6~9，以所述酸性拋光液總重計，所述磨料濃度為2.0~10.0wt%，所述氧化劑濃度為0.3~2.0wt%，所述表面活性劑濃度為0.01~0.05wt%，所述螯合劑濃度為
0.01~0.20wt%o所述磨料選自膠體二氧化娃、氧化鋪；所述氧化劑選自過氧化氫、過硫酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、氯酸鹽、碘酸鹽中的一種或多種的組合；所述表面活性劑選自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基醇醯胺中的一種或多種的組合；所述螯合劑選自羧酸鹽(如乙酸鹽及其類似化合物)、多羧酸鹽及其類似物(如草酸、草酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽等)，二元、三元或多元醇(乙二醇、鄰苯二酚及其類似物)中的一種或多種的組合。
[0061]實施例1:
[0062]1.請參閱圖2，提供半導體襯底100，所述半導體襯底上形成有第一電介質層200，所述第一電介質層形成底部電極201，所述底部電極上方覆蓋有第二電介質層300。所述半導體襯底100為Si，第一電介質層200為SiO2，其厚度為100~300nm ;所述第二電介質層300為Si02，SiN，SiON中任意一種，其厚度為90~130nm。於本例實施中，例如第一電介質層的厚度為lOOnm，第二電介質層為SiO2，其厚度為llOnm。所述底部電極201採用鎢材料，其開孔直徑為30~lOOnm，其中第一電介質層和第二電介質層均使用化學氣相沉積法進行生長。為了降低功耗，要求儘可能底電極與相變材料的接觸面積，考慮到鎢材料的填孔能力限制，本例實施中開孔直徑為45nm。
[0063]2.請參閱圖3，在第二電介質層300經過光刻和刻蝕工藝，形成圓柱形開孔，底電極完全暴露。具體實施中，所形成的開孔直徑為50~200nm。本例實施中，開孔直徑為150nmo
[0064]3.請參閱圖4，在所述形成的圓柱孔中填充相變材料301並將圓柱孔填滿。所述相變材料可以為 GexSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、TixSbyTe(1_x_y)和 AlxSbyTe(1_x_y)，其中 O ( χ<1,O≤y〈l，x+y≤I。本例實施中，為Gea22Sba22Tea56 (即Ge2Sb2Te5X所述相變材料301可以用化學氣相沉積、物理氣相沉積和原子層沉積工藝中的任意一種方法生長，本實施例中採用化學氣相沉積生長，其生長溫度為25°C。
[0065]4.請參閱圖5，在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除圓柱孔外的相變材料301，採用光學信號的終點檢測方法，使拋光自動停止在第二電介質層300上。所述化學機械拋光工藝採用拋光液(水溶液)，其pH為3~6，本例實施中，拋光液的pH為5，硝酸和氫氧化鈉作為pH調節劑。以拋光液中總重為計:
[0066]磨料濃度可以為0.5~5.0wt%，本例實施中，磨料採用膠體二氧化矽，固含量為40%,其平均粒徑為IOOnm,磨料(膠體二氧化娃)濃度2wt%。
[0067]氧化劑濃度可以為0.5~3.0wt%，本例實施中，氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，氧化劑濃度為2.0wt% ；
[0068]表面活性劑為0.005~0.05wt%,本例實施中，表面活性劑採用烷基醇醯胺，其濃度為 0.03wt% ；
[0069]腐蝕抑制劑為0.001~0.02wt% ;本例實施中，腐蝕抑制劑採用苯並三氮唑，其濃度為 0.01wt%o
[0070]所述拋光所採用終點檢測方法，其是利用相變材料和電介質的光學反射率的差異來確定拋光的終點。所述相變材料的去除速率為100~200nm/min，拋光選擇比(相變材料的去除速率/第二電介質層的去除速率)大於50，小於100。本例實施中，如相變材料的去除速率為180nm/min，選擇比約為80。
[0071]相變材料經過化學機械拋光後，由於為了避免較少的電介質損失，採用高選擇的比酸性拋光液，拋光到電介質和相變材料共存的界面時，由於去除速率的差異，導致了去除的相變材料教多，而去除的電介質很少，這就造成了相變材料的高度低於電介質的高度，即碟形坑(dishing),如圖5所示。
[0072]5.請參閱圖6，在第二電介質層300上生長一層較薄的第三電介質層303，將相變材料拋光後產生的碟形坑填滿。考慮到不同電介質材料的去除速率可能不同，這裡的第三電介質層303與第二電介質層300材料相同。本例實施中，第三電介質層303米用了化學氣相沉積方法進行沉積，其第三電介質層303的生長溫度小於250°C,其厚度為25nm。
[0073]6.請參閱圖7，利用化學機械拋光去除第三電介質層303，所述化學機械拋光工藝採用的拋光液，其PH為6~9，本例實施中，拋光液的pH為8，硝酸和氫氧化鉀作為pH調節劑。以拋光液中總重為計:
[0074]磨料濃度可以為2.0~15.0%，本例實施中，採用了氧化鈰，固含量為99.9%，其粒徑為50~200nm)，其磨料濃度為5.0wt%。
[0075]氧化劑濃度可以為0.3~2.0wt%,本例實施中，氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，氧化劑濃度為0.5wt%。
[0076]表面活性劑為0.01~0.05%，本例實施中，表面活性劑採用十二烷基乙二醇醚，其濃度為0.04wt% ；
[0077]螯合劑為0.01~0.50% ;本例實施中，螯合劑採用乙二醇和檸檬酸鹽，以重量比4:1混合，其濃度分別為0.32wt%和0.08wt%o
[0078]拋光過程中，所述第三電介質的去除速率為30~50nm/min,拋光選擇比(相變材料的去除速率/第三電介質層的去除速率)大於2，小於10。本例實施中，第三電介質層去除速率為35nm/min，拋光的選擇比為4。
[0079]由圖7可知，由於第三電介質層將相變材料的拋光後碟形坑填滿，通過採用低選擇比、低去除速率的拋光液去除第三電介質層303的同時也去除了部分第二電介質層300，由於第三電介質層和第二電介質層是採用相同的材質，因此可以做到同時平坦化，減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑。
[0080]實施例2:
[0081]按如下步驟進行相變材料的拋光實驗:
[0082]I)提供半導體襯底,在所述半導體襯底上形成有第一電介質層,在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層；第一電介質層為SiO2，其厚度為300nm ;`所述第二電介質層為SiON，其厚度為90nm ;其中第一電介質層和第二電介質層均使用化學氣相沉積法進行生長；底部電極採用鎢材料，直徑為30nm ；
[0083]2)在第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，開孔直徑為50nm，使底部電極暴露；
[0084]3)在所述圓柱形開孔中填充相變材料，Gea22Sba22Tea56(Ge2Sb2Te5),並將柱形開孔填滿，填充方法採用化學氣相沉積法，生長溫度為50°C ；
[0085]4)在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料，拋光液PH為3，以硝酸和氫氧化鈉作為pH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用膠體二氧化矽，固含量為40%，平均粒徑為lOOnm，濃度2wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，濃度為2.0wt% ;表面活性劑採用烷基醇醯胺，其濃度為0.03wt% ;腐蝕抑制劑採用苯並三氮唑，其濃度為0.01wt% ;採用終點檢測方法，利用相變材料和電介質的光學反射率的差異來確定拋光的終點，本例實施中，如相變材料的去除速率為100nm/min，選擇比約為55 ；
[0086]5)在第二電介質層上生長一層第三電介質層；第三電介質層的材質與第二電介質層相問，生長溫度小於250 C，其厚度為20nm。
[0087]6)米用拋光液,利用化學機械拋光去除第三電介質層,拋光液pH為6,硝酸和氫氧化鉀作為PH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用氧化鈰，固含量為99.9%，其粒徑為50~200nm，濃度5.0wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，其濃度為0.5wt% ;表面活性劑採用十二烷基乙二醇醚，其濃度為0.04wt% ;螯合劑採用乙二醇和檸檬酸鹽，以重量比4:1混合，其濃度分別為0.32被％和0.08wt% ;第三電介質層去除速率為30nm/min,拋光的選擇比為2.5。[0088]由於第三電介質層和第二電介質層是採用相同的材質，因此可以做到同時平坦化，減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑，其拋光效果理想，與實施例1相近。
[0089]實施例3:
[0090]按如下步驟進行相變材料的拋光實驗:
[0091 ] I)提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一電介質層，在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層；第一電介質層為SiO2，其厚度為300nm ;所述第二電介質層為SiN，其厚度為130nm ;其中第一電介質層和第二電介質層均使用化學氣相沉積法進行生長；底部電極採用鎢材料，直徑為IOOnm ；
[0092]2)在第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，開孔直徑為200nm，使底部電極暴露；
[0093]3)在所述圓柱形開孔中填充相變材料，如TiaitlSba6tlTea3tl (Ti1Sb6Te3),並將柱形開孔填滿，填充方法採用化學氣相沉積法，生長溫度為20°C ；
[0094]4)在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料，拋光液PH為6，以硝酸和氫氧化鈉作為pH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用膠體二氧化矽，其固含量為40%，平均粒徑為lOOnm，濃度2wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，濃度為2.0wt% ;表面活性劑採用烷基醇醯胺，其濃度為0.03wt% ；腐蝕抑制劑採用苯並三氮唑，其濃度為0.01wt% ;採用終點檢測方法，利用相變材料和電介質的光學反射率的差異來確定拋光的終點，本例實施中，如相變材料的去除速率為200nm/min,選擇比約為95 ；
[0095]5)在第二電介質層`上生長一層第三電介質層；第三電介質層的材質與第二電介質層相問，生長溫度小於250 C，其厚度為40nm。
[0096]6)米用拋光液,利用化學機械拋光去除第三電介質層,拋光液pH為9,硝酸和氫氧化鉀作為PH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用氧化鈰，固含量為99.9%，其粒徑為50~200nm。，濃度5.0wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，其濃度為0.5wt% ;表面活性劑採用十二烷基乙二醇醚，其濃度為0.04wt% ;螯合劑採用乙二醇和檸檬酸鹽，以重量比4:1混合，其濃度分別為0.32被％和0.08wt% ;第三電介質層去除速率為50nm/min,拋光的選擇比為9.5。
[0097]由於第三電介質層和第二電介質層是採用相同的材質，因此可以做到同時平坦化，減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑，其拋光效果理想，與實施例1相近。
[0098]實施例4:
[0099]按如下步驟進行相變材料的拋光實驗:
[0100]I)提供半導體襯底,在所述半導體襯底上形成有第一電介質層,在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層；第一電介質層為SiO2，其厚度為200nm ;所述第二電介質層為SiN，其厚度為IlOnm ;其中第一電介質層和第二電介質層均使用化學氣相沉積法進行生長；底部電極採用鎢材料，直徑為60nm ；
[0101]2)在第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，開孔直徑為lOOnm，使底部電極暴露；
[0102]3)在所述圓柱形開孔中填充相變材料Si。.29Sb0.29Te0.42 (Si2Sb2Te3)，並將柱形開孔填滿，填充方法採用化學氣相沉積法，生長溫度為30°C ；[0103]4)在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料，拋光液PH為4，以硝酸和氫氧化鈉作為pH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用氧化鈰，固含量為99.9%，其粒徑為50~200nm。，濃度2wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，濃度為2.0wt% ;表面活性劑採用烷基醇醯胺，其濃度為0.03wt% ;腐蝕抑制劑採用苯並三氮唑，其濃度為0.01wt% ;採用終點檢測方法，利用相變材料和電介質的光學反射率的差異來確定拋光的終點，本例實施中，如相變材料的去除速率為150nm/min，選擇比約為75;
[0104]5)在第二電介質層上生長一層第三電介質層；第三電介質層的材質與第二電介質層相問，生長溫度小於250 C，其厚度為30nm。
[0105]6)米用拋光液,利用化學機械拋光去除第三電介質層,拋光液pH為7,硝酸和氫氧化鉀作為PH調節劑，以拋光液中總重為計，拋光液中組分如下:磨料採用氧化鈰，固含量為99.9%，其粒徑為50~200nm。，濃度5.0wt% ;氧化劑採用過氧化氫(28wt%水溶液)，其濃度為0.5wt% ;表面活性劑採用十二烷基乙二醇醚，其濃度為0.04wt% ;螯合劑採用乙二醇和檸檬酸鹽，以重量比4:1混合，其濃度分別為0.32被％和0.08wt% ;第三電介質層去除速率為40nm/min,拋光的選擇比為5.5。
[0106]由於第三電介質層和第二電介質層是採用相同的材質，因此可以做到同時平坦化，減少相變材料和電介質的高度差，即減少碟形坑，其拋光效果理想，與實施例1相近。
[0107]綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0108]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應`由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種相變材料化學機械拋光方法，包括如下步驟: 1)提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一電介質層，在所述第一電介質層形成底部電極，再在第一電介質層和底部電極上方覆蓋第二電介質層； 2)所述第二電介質層經過光刻和刻蝕工藝，形成柱形開孔，使底部電極暴露； 3)在所述柱形開孔中填充相變材料，並將柱形開孔填滿； 4)在酸性拋光液的條件下，利用化學機械拋光工藝去除柱形開孔外的相變材料； 5)在第二電介質層上生長一層第三電介質層； 6)採用拋光液，利用化學機械拋光去除第三電介質層。
2.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第一電介質層的材料為SiO2。
3.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第一電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長。
4.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第一電介質層的厚度為100~300nm。
5.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第二電介質層的材料選自SiO2, SiN, SiON中的一種。
6.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第二電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長。
7.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第二電介質層的厚度為90~130nm。
8.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述相變材料選自 GexSbyTe(1_x_y)、
9.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述相變材料層的填充方法選自化學氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積工藝中的一種或多種的組口 ο
10.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述步驟4中，所述酸性拋光液的pH為3~6。
11.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述步驟4中，相變材料的去除速率為100~200nm/min，拋光選擇比大於50，小於100。
12.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第三電介質層的材料選自SiO2, SiN, SiON中的一種。
13.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第三電介質層採用化學氣相沉積方法進行生長，沉積溫度小於250°C。
14.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述第三電介質層的厚度為20~40nm。
15.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述步驟6中，所述化學機械拋光工藝採用的拋光液的pH為6~9。
16.如權利要求1所述的一種相變材料化學機械拋光方法，其特徵在於，所述步驟6中，所述第三電介質層的去除速率為30~50nm/min,拋光選擇比大於2,小於10。
17.如權利要求1-16任一權利要求所述的相變材料化學機械拋光方法在相變材料製備領域的應用。
【文檔編號】C09G1/02GK103497688SQ201310462116
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】何敖東, 宋志棠, 劉波, 王良詠, 劉衛麗 申請人:上海新安納電子科技有限公司, 中國科學院上海微系統與信息技術研究所