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CN112920716A - 一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法 - Google Patents

一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法 Download PDF

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CN112920716A CN202110102158.XA CN202110102158A CN112920716A CN 112920716 A CN112920716 A CN 112920716A CN 202110102158 A CN202110102158 A CN 202110102158A CN 112920716 A CN112920716 A CN 112920716A
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李程兴
蔡道林
刘卫丽
宋志棠
冯道欢
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Abstract

本发明涉及一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法，包括磨料、氧化剂、添加剂、络合剂以及去离子水。本发明可以显著的提高氮化钛的抛光速率，获得平滑的抛光后表面，使用方法简单，具有良好的市场应用前景。

Description

一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法
技术领域
本发明属于化学机械抛光领域，特别涉及一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法。
背景技术
相变存储器器件结构中加热电极直接接触相变材料层，起汇聚电流和传递热量的作用，其性能直接影响相变存储器的相变过程。相变存储器常用氮化钛材料作为加热电极，因氮化钛同时具有较高的电导率和较低的热导率，能使热量集中于相变材料层用于材料的相变。加热电极的接触表面情况会影响器件的性能，平滑的表面有利于降低器件的优化。目前，针对氮化钛的化学机械抛光研究较少，需要开发一种新的组合物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物及其使用方法，该组合物可以显著的提高氮化钛的抛光速率，获得平滑的抛光后表面，使用方法简单，具有良好的市场应用前景。
本发明提供了一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物，按重量百分比，包括如下组分：
Figure BDA0002916084410000011
其余为去离子水；其中，所述添加剂包括亚铁离子化合物、亚铜离子化合物、钴离子化合物、镍离子化合物、腐殖酸中的至少一种。
所述磨料为20-100纳米的胶体二氧化硅，优选为60纳米胶体二氧化硅。
所述磨料为20-200纳米的金属氧化物磨料。所述金属氧化物磨料包括氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钛中的至少一种，优选为100纳米氧化铝。
所述磨料含量优选为0～10％，更优选为2～5％。
所述氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸氢钾、硫酸铵中的至少一种，优选为过氧化氢。
所述氧化剂含量优选为0.1～5％，更优选为0.3～2％。
所述络合剂包括天门冬氨酸、天门冬二胺酸、天门冬酰胺、天门冬氨酸盐、天门冬酰胺盐、聚天门冬氨酸、聚天门冬酰胺中的至少一种。
所述络合剂含量优选为0.05～1％，更优选为0.1～0.5％。
所述添加剂含量优选为0.001～0.3％，更优选为0.002-0.01％。所述添加剂优选为亚铁离子化合物或腐殖酸，更优选为腐殖酸。
所述亚铁离子化合物包括但不限于硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、碳酸亚铁、琥珀酸亚铁中的至少一种；亚铜离子化合物包括但不限于硫酸亚铜、硝酸亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜、碘化亚铜、硒化亚铜、碳酸亚铜、氧化亚铜中的至少一种；钴离子化合物包括但不限于硫酸钴、碘化钴、磷酸钴、草酸钴、硫化钴、溴化钴中的至少一种；镍离子化合物包括但不限于硫酸镍、碳酸镍、溴化镍、氯化镍中的至少一种。
所述组合物的pH值为2～6，优选pH值为2～4。
本发明还提供了一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物的使用方法，包括：
采用常规化学机械抛光工艺抛光基材，流速为80～200毫升/分钟，抛光头的压力为2-5磅/平方英寸，抛光头转速为100-200转/分钟，抛光盘转速为100-200转/分钟。
所述基材包括氮化钛阻挡层薄膜、氮化钛电极或氮化钛黏附层。
所述基材还包括氮化硅或氧化硅，化学机械抛光过后，氮化钛与氮化硅的抛光速率选择比大于60，和氧化硅的选择比大于60。
有益效果
本发明可以显著的提高氮化钛的抛光速率，获得平滑的抛光后表面；且由于本发明对氮化钛与氮化硅、氧化硅具有较高的选择比，可以有效的减少在图形片中的蝶形坑，减少抛光后的表面缺陷；使用方法简单，具有良好的市场应用前景。
附图说明
图1表示过氧化氢浓度对抛光速率的影响；
图2表示硫酸亚铁浓度对抛光速率的影响；
图3表示硫酸亚铁和腐植酸对抛光速率的影响；
图4(a)表示氮化钛使用无添加的组合物抛光后的表面粗糙度；(b)表示氮化钛使用添加硫酸亚铁的组合物抛光后的表面粗糙度；(c)表示氮化钛使用添加腐植酸的组合物抛光后的表面粗糙度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例中使用统一的化学机械抛光工艺：采用常规化学机械抛光工艺抛光基材，流速为125毫升/分钟，抛光头压力2磅/平方英寸，抛光头转速100转/分钟，抛光盘转速100/分钟。
对比例1
化学机械抛光的组合物配方：选用0.5重量％的过氧化氢，0.5重量％天门冬氨酸，5重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
对比例2
化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
对比例3
化学机械抛光的组合物配方：选用1.5重量％的过氧化氢，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
实施例1
用于氮化钛化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.01重量％的硫酸亚铁，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
实施例2
用于氮化钛化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.05重量％的硫酸亚铁，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
实施例3
用于氮化钛化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.1重量％的硫酸亚铁，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
实施例4
用于氮化钛化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.01重量％的腐殖酸，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的60nm胶体二氧化硅磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
实施例5
用于氮化钛化学机械抛光的组合物配方：选用1.0重量％的过氧化氢，0.01重量％的硫酸亚铁，0.5重量％天门冬氨酸，5.0重量％的100nm氧化铝磨料，其余为去离子水；pH值使用硝酸或氢氧化钠缓冲剂调节至3.5。
如图1所示，对比例1-3显示了当过氧化氢的浓度增加时，对氮化钛的抛光速率从40nm/min增加至59nm/min。同时对比例1-3，对于氮化硅的抛光速率基本在0.6nm/min，氮化钛与氮化硅的选择比为67～98。
实施例1-3在化学机械抛光组合物中添加硫酸亚铁，氮化钛的抛光速率显著增加，如图2所示，在硫酸亚铁浓度为0.01wt％时，抛光速率提高至86nm/min，随着硫酸亚铁浓度增加至0.1wt％，抛光速率增加至115nm/min。同时实施例1-3，对于氮化硅的抛光速率基本在1.2nm/min，氮化钛与氮化硅的选择比为72～96。
对比例2、实施例1、实施例4对比，腐植酸也可以明显的提高氮化钛的化学机械抛光速率，如图3所示，添加腐植酸的化学机械抛光组合物的抛光速率为98nm/min，同时抛光表面平滑，表面平均粗糙度Ra为0.301nm，同时添加硫酸亚铁的化学抛光组合物抛光后的表面粗糙度Ra为0.374nm，如图4所示。实施例5中的氮化钛化学机械抛光速率为109nm/min，氧化铝磨料对比于胶体二氧化硅磨料可以提高氮化钛的抛光速率。
从实施例1-5可知，添加的亚铁化合物、腐植酸为氮化钛化学机械抛光有效成分，使用本发明中的化学机械抛光组合物可以明显的提高化学机械抛光的速率以及获得一个平滑的表面，同时对于氮化硅具有高的选择比。

Claims (10)

1.一种用于氮化钛化学机械抛光的组合物，其特征在于：按重量百分比，包括如下组分：
Figure FDA0002916084400000011
其余为去离子水；其中，所述添加剂包括亚铁离子化合物、亚铜离子化合物、钴离子化合物、镍离子化合物、腐殖酸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述磨料为20-100纳米的胶体二氧化硅或20-200纳米的金属氧化物磨料。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于：所述金属氧化物磨料包括氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钛中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸氢钾、硫酸铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述络合剂包括天门冬氨酸、天门冬二胺酸、天门冬酰胺、天门冬氨酸盐、天门冬酰胺盐、聚天门冬氨酸、聚天门冬酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述亚铁离子化合物包括硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、碳酸亚铁、琥珀酸亚铁中的至少一种；亚铜离子化合物包括硫酸亚铜、硝酸亚铜、氯化亚铜、溴化亚铜、碘化亚铜、硒化亚铜、碳酸亚铜、氧化亚铜中的至少一种；钴离子化合物包括硫酸钴、碘化钴、磷酸钴、草酸钴、硫化钴、溴化钴中的至少一种；镍离子化合物包括硫酸镍、碳酸镍、溴化镍、氯化镍中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物的pH值为2～6。
8.一种如权利要求1所述的用于氮化钛化学机械抛光的组合物的使用方法，包括：
采用常规化学机械抛光工艺抛光基材，流速为80～200毫升/分钟，抛光头的压力为2-5磅/平方英寸，抛光头转速为100-200转/分钟，抛光盘转速为100-200转/分钟。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：所述基材包括氮化钛阻挡层薄膜、氮化钛电极或氮化钛黏附层。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：所述基材还包括氮化硅或氧化硅。
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