一种相变材料化学机械抛光方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种相变材料化学机械抛光方法。本发明专利技术提供一种相变材料化学机械抛光方法，包括如下步骤：1）提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有第一电介质层，在所述第一电介质层形成底部电极，再在第一电介质层和底部电极上方覆盖第二电介质层；2）所述第二电介质层经过光刻和刻蚀工艺，形成柱形开孔，使底部电极暴露；3）在所述柱形开孔中填充相变材料，并将柱形开孔填满；4）利用化学机械抛光工艺去除柱形开孔外的相变材料；5）在第二电介质层上生长一层第三电介质层；6）利用化学机械抛光去除第三电介质层；本发明专利技术所提供的相变材料化学机械抛光方法可以减少相变材料和电介质的高度差，即减少碟形坑。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及半导体
，特别是涉及。本专利技术提供，包括如下步骤：1）提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有第一电介质层，在所述第一电介质层形成底部电极，再在第一电介质层和底部电极上方覆盖第二电介质层；2）所述第二电介质层经过光刻和刻蚀工艺，形成柱形开孔，使底部电极暴露；3）在所述柱形开孔中填充相变材料，并将柱形开孔填满；4）利用化学机械抛光工艺去除柱形开孔外的相变材料；5）在第二电介质层上生长一层第三电介质层；6）利用化学机械抛光去除第三电介质层；本专利技术所提供的相变材料化学机械抛光方法可以减少相变材料和电介质的高度差，即减少碟形坑。【专利说明】
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及。
技术介绍
相变存储器(PhaseChange Random Access Memory, PCRAM)技术是基于S.R.0vshinsky在20世纪60年代末提出相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。与其它非易失性存储器相比，相变存储器由于具有高速度、低功耗、长数据保持力已成为目前的研究焦点。相变存储单元由一种极小的硫族合金颗粒组成，通过电脉冲的形式集中加热的情况下，它能够从有序的晶态(电阻低状态)快速转变为无序的非晶态(电阻高状态)。这些合金材料的晶态和非晶态电阻大小的差异能够存储二进制数据。目前最有应用前景的PCM材料是GeSbTe (锗、锑和碲)合金。相变存储器的相变单元结构包括底电极、相变存储器和上电极，传统的蘑菇型结构由于其制造工艺简单已被广泛采用，但是随着器件尺寸逐渐缩小，特别是在65nm标准CMOS工艺以下节点后，采用蘑菇型结构所需要的RESET操作(晶态向非晶态转变)的电流较大，这势必导致功耗的增加。另一方面，这种蘑菇型结构的相变层采用干法刻蚀工艺形成，其会造成相变材料刻蚀后侧壁的表面损伤，降低器件的良率。另外，相变材料刻蚀后，为了去除刻蚀后的聚合物残留，需要进行后清洗工艺，后清洗工艺会进一步加剧相变材料的损失，严重情况下会发生相变材料的剥落。为了解决这些问题，一种新型的限制型结构在形成的电极生长电介质材料并进行开孔，然后将相变材料填充于小孔内，再通过化学机械抛光的方法去除多余的相变材料，最后进行上电极的制造。所述这种限制型结构的方法将相变材料限制在小孔内，减少底电极与相变材料的接触面积，极大的减少RESET电流，从而进一步降低功耗。另外，由于采用了 化学机械抛光工艺避免了刻蚀和后清洗工艺对相变材料造成的损伤。相变材料的化学机械抛光与金属钨、铜类似，一般情况下为了确保工艺的稳定性，使用高选择比(相变材料的速率除以电介质材料的速率)的抛光液，避免电介质材料的损失，同时可以通过光学方法进行抛光终点的控制。为了去除抛光后的产物残留，减少表面缺陷，通常都会进行适量的过抛，而采用高选择比的抛光液，即具有较高的相变材料去除速率，这样在过抛去除抛光残留物时会造成较大的相变材料碟形坑(Dishing)，即GST的高度比电介质的高度低，如图1所示，而相变材料碟形坑存在会导致后续的金属互连制程中上电极与相变材料的脱离，造成器件失效。因此相变材料化学机械抛光后出现的碟形坑问题需要被解决，提升器件良率。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决相变材料的化学机械抛光中的碟形坑的问题，可以增加相变材料与上电极之间的接触，提升器件良率。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，包括如下步骤:1)提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有第一电介质层，在所述第一电介质层形成底部电极，再在第一电介质层和底部电极上方覆盖第二电介质层；2)所述第二电介质层经过光刻和刻蚀工艺，形成柱形开孔，使底部电极暴露；3)在所述柱形开孔中填充相变材料，并将柱形开孔填满；4)在酸性抛光液的条件下，利用化学机械抛光工艺去除柱形开孔外的相变材料；5)在第二电介质层上生长一层第三电介质层；6)采用抛光液，利用化学机械抛光去除第三电介质层。优选的，所述衬底为硅衬底。优选的，所述第一电介质层的材料为Si02。更优选的，所述第一电介质层采用化学气相沉积方法进行生长。进一步优选的,所述第一电介质层的厚度为100~300nm。优选的，所述第二电介质层的材料选自SiO2, SiN, SiON中的一种。更优选的，所述第二电介质层采用化学气相沉积方法进行生长。进一步优选的，所述第二电介质层的厚度为90~130nm。优选的，所述底部电极的材质为钨。更优选的，所述底部电极为圆柱形，其直径为30~lOOnm。优选地，所述柱形开孔为圆柱形开孔，其直径为50~200nm。优选的，所述相变材料选自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。优选的，所述步骤3中，所述相变材料层的填充方法选自化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积工艺中的一种或多种的组合。更优选的，生长温度为20~50°C。优选的，所述步骤4中，利用终点检测方法，控制抛光进度，具体为通过检测抛光过程中的材料反射强度差异来确定抛光的终点，由于相变材料的反射强度大于电介质材料的反射强度，当抛光过程进入到从相变材料过渡到电介质材料时，所检测的光学强度会急剧降低，以此来判断抛光终点，使抛光自动停止在第二电介质层上。优选的，所述步骤4中，相变材料的去除速率为100~200nm/min,抛光选择比(相变材料的去除速率/第二电介质的去除速率)大于50，小于100。优选的，所述步骤4中，所述酸性抛光液的pH为3~6。所述步骤4的抛光过程中，对于抛光液除pH值外并无其他特殊要求，本领域技术人员可根据具体所使用的相变材料和电介质层材料，根据经验适当调整抛光液中所使用的各组分的配比，以符合相应的抛光条件和较好的抛光效果。所述步骤5中，在第二电介质层上生长一层较薄的第三电介质层的同时，亦覆盖了暴露在外的相变材料。优选的，所述第三电介质层的材料选自SiO2, SiN, SiON中的一种。更优选的，所述第三电介质层的材料与第二电介质层相同。优选的，所述第三电介质层采用化学气相沉积方法进行生长，沉积温度小于250°C。更优选的，所述第三电介质层的厚度为20~40nm。由于在步骤4抛光时，在相变材料处会形成凹陷，所以在覆盖第三电介质层时，相变材料覆盖处的厚度会大于第二电介质层覆盖处，而本专利技术中，第三电介质层的厚度以其覆盖第二电介质层的厚度为准。优选的，所述步骤6中所使用的抛光液的pH为6~9。所述步骤6的抛光过程中，对于抛光液除pH值外并无其他特殊要求，本领域技术人员可根据具体所使用的相变材料和电介质层材料，根据经验适当调整抛光液中所使用的各组分的配比，以符合相应的抛光条件和较好的抛光效果。优选的,所述步骤6中，所述第三电介质层的去除速率为30~50nm/min,抛光选择比(相变材料的去除速率/第三电介质的去除速率)大于2，小于10。本专利技术第二方面提供所述相变材料化学机械抛光方法在相变材料制备领域的应用。 本专利技术所提供的相变材料化学机械抛光方法，通过在使用与第二电介质层相同或相似的第三电介质层，将相变材料的抛光后碟形坑填满，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变材料化学机械抛光方法，包括如下步骤：1）提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有第一电介质层，在所述第一电介质层形成底部电极，再在第一电介质层和底部电极上方覆盖第二电介质层；2）所述第二电介质层经过光刻和刻蚀工艺，形成柱形开孔，使底部电极暴露；3）在所述柱形开孔中填充相变材料，并将柱形开孔填满；4）在酸性抛光液的条件下，利用化学机械抛光工艺去除柱形开孔外的相变材料；5）在第二电介质层上生长一层第三电介质层；6）采用抛光液，利用化学机械抛光去除第三电介质层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何敖东，宋志棠，刘波，王良咏，刘卫丽，
申请(专利权)人：上海新安纳电子科技有限公司，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：