相变材料Cr-SbTe的CMP及其机理研究

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铬掺杂碲化锑（Cr-SbTe）热化学稳定性高、功耗低，具有替代传统相变材料 GST成为相变存储器功能层材料的潜力，化学机械抛光是形成相变存储器限域结构的关键工艺，但目前关于Cr-SbTe材料的CMP研究的报道几乎空白。因此，本文主要探索研究了Cr-SbTe的 CMP工艺及以过氧化氢作为氧化物时的抛光机理，有重要的科学研究和实际应用意义。本论文先采用实验设计法分别从pH值、磨料浓度及氧化剂浓度等抛光液因素和下压力与抛光盘转速等工艺因素两方面，对材料去除速率和抛光后的均方根（RMS）表面粗糙度等抛光效果的影响进行了研究和优化。发现酸性条件更有利于 Cr-SbTe的抛光，材料去除速率随着磨料浓度和过氧化氢浓度的增加均先增加后趋于饱和，加入少量的过氧化氢就可达到很高的Cr-SbTe/SiO2选择比；Cr-SbTe的去除速率随下压力或抛光盘转速的增加而线性增加；综合材料去除速率和RMS表面粗糙度的共同效果，在pH=2时，利用含有10wt%二氧化硅胶体磨料（粒径为80.3nm）和0.5wt%过氧化氢的抛光液中，以下压力3psi、抛光盘转速80rpm/min对 Cr-SbTe进行上机实验，材料去除速率达150.13nm/min，RMS表面粗糙度达0.418nm。对尺寸不同的Cr-SbTe通孔CMP后碟形凹陷（dishing）研究表明，通孔尺寸越大dishing缺陷越大，但dishing在各尺寸下的分布的基本无变化。接着在所研究抛光液的基础上分析过氧化氢在Cr-SbTe抛光过程中的作用机理。一方面，将Cr-SbTe去除速率对工艺参数下压力P和抛光盘转速V的乘积进行拟合，得到一个负的材料去除速率截距，说明Cr-SbTe表面被氧化层钝化；另一方面，通过做电化学实验，计算Eh-pH图和 X射线光电子能谱测试，从化学角度解释抛光机理，结果均表明在抛光过程中Cr-SbTe表面经氧化生成了一层钝化层。因此推断出Cr-SbTe薄膜的抛光过程遵循循环反应抛光机理，并提出了抛光过程中Cr-SbTe薄膜与过氧化氢可能发生反应的方程式，抛光过程不会影响 Cr-SbTe薄膜的相变性能。此论文对相变材料 Cr-SbTe的CMP工艺应用于相变器件的制作提供更充分的理论依据和实验基础。

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作者
霍瑞芳;
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作者单位

天津理工大学;

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授予单位天津理工大学;
学科电子科学与技术
授予学位硕士
导师姓名张楷亮;
年度 2018
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正文语种中文
中图分类
关键词
相变材料; CMP;

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