專利名稱：相變合金材料的無損刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種相變合金材料的無損刻蝕方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器是一種新型的非易失性數(shù)據(jù)存儲器件，利用相變合金材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時所表現(xiàn)出來的導(dǎo)電性或光學(xué)特性差異來數(shù)據(jù)存儲。相變存儲器具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、器件尺寸小、功耗低和制造工藝簡單等優(yōu)點，可取代多種傳統(tǒng)的存儲器，并廣泛應(yīng)用于移動通訊、移動數(shù)據(jù)終端、移動多媒體等消費類電子等領(lǐng)域。應(yīng)用于相變存儲器中的相變合金材料通常是硫系化合物，如鍺-銻-碲，硅-銻-碲等合金。目前業(yè)界廣泛是通過刻蝕工藝將相變合金材料進(jìn)行圖形定義，并整合在相變存儲器的制作中。由于相變合金材料不是傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝中的常見材料，因此，在通過刻蝕工藝進(jìn)行圖形定義時面臨了很多新的問題。在相變合金材料等離子刻蝕工藝中，氯氣或碳的氟化物通常作為主刻蝕氣體。由于在刻蝕過程中鹵素與相變合金材料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，相變合金材料側(cè)壁會產(chǎn)生刻蝕損傷。在刻蝕過程中引入氮氣或氧氣會同樣會導(dǎo)致材料表面成分發(fā)生漂移。隨著工藝節(jié)點的不斷縮小，相變合金材料的線寬也越來越小，由側(cè)壁損傷對器件性能影響將越來越嚴(yán)重。圖1所示為采用氯氣或碳的氟化物作為主刻蝕氣體，進(jìn)行刻蝕所得到的相變合金材料剖面示意圖，包括半導(dǎo)體襯底110，依次布置于該半導(dǎo)體襯底110表面的相變合金材料圖形112以及刻蝕阻擋層122。圖2a-圖2b所示為采用氯氣以及碳的氟化物刻蝕后相變合金材料的橫截面透射電鏡照片。從圖中可以清晰的看到，由于在采用氯氣或碳的氟化物為主刻蝕氣體時所產(chǎn)生的側(cè)向腐蝕作用，相變合金材料的側(cè)壁表面粗糙，出現(xiàn)鉆蝕及元素?fù)p失的現(xiàn)象。這些是實際工藝中所不希望得到的結(jié)果。鑒于此，實有必要提供一種新的方法以克服上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種相變合金材料的無損刻蝕方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變合金材料刻蝕中側(cè)壁損傷的問題。能夠避免對相變合金材料的側(cè)向腐蝕及元素?fù)p失，從而獲得具有清潔平整陡直側(cè)壁的相變合金材料圖形。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種相變合金材料的無損刻蝕方法，包括如下步驟:提供一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上形成相變合金材料層；在所述相變合金材料層的上表面形成刻蝕阻擋層；圖形化所述刻蝕阻擋層，以使預(yù)設(shè)部分的相變合金材料層的表面暴露出來；使暴露出來的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的刻蝕氣體中；將所述刻蝕氣體激發(fā)成等離子體以刻蝕暴露出來的相變合金材料層至所述半導(dǎo)體襯底上。作為可選的技術(shù)方案,所述相變合金材料包括鋪締化合物或鍺締化合物。作為可選的技術(shù)方案，將所述刻蝕氣體激發(fā)成等離子體時，反應(yīng)室壓力為I IOOmT ;離子體源功率為300 700瓦；偏置電壓為250 400伏。作為可選的技術(shù)方案，所述刻蝕阻擋層的材料為光刻膠、金屬硬掩膜、介電質(zhì)硬掩膜或其它多層掩膜等。本發(fā)明的優(yōu)點在于選取溴化氫作為刻蝕的主要化學(xué)反應(yīng)氣體，并采用氦氣進(jìn)行物理轟擊，可以形成清潔、平整、陡直且無側(cè)壁損傷的相變合金材料圖形。


附圖1所示為現(xiàn)有采用氯氣或碳的氟化物作為腐蝕氣體，進(jìn)行刻蝕后得到的相變合金材料構(gòu)成的截面示意圖。附圖2a_圖2b所示為現(xiàn)有采用氯氣與碳的氟化物作為腐蝕氣體，進(jìn)行刻蝕后得到的相變合金材料構(gòu)成的剖面透射電鏡照片。附圖3所示為本發(fā)明提供的刻蝕相變合金材料的方法具體實施方式
的實施步驟框圖。附圖4所示為提供相變合金材料合金層，所述相變合金材料層布置于半導(dǎo)體襯底表面。附圖5所示為在相變合金材料層的表面覆蓋刻蝕阻擋層。附圖6所示為圖案化所述刻蝕阻擋層，以使預(yù)定部分的相變合金材料層的表面暴露出來。附圖7所示為本發(fā)明提供的刻蝕相變合金材料的方法具體實施方式
的工藝流程圖。附圖8所示為本發(fā)明提供的刻蝕相變合金材料的方法具體實施方式
后得到的相變合金材料構(gòu)成的截面示意圖。附圖9所示為本發(fā)明提供的刻蝕相變合金材料的方法具體實施工藝后得到的剖面電鏡照片。元件標(biāo)號說明
2丨0、110、310半導(dǎo)體襯底
220、112、320相變合金材料層
230、122、330刻蝕阻擋層
231凹槽 SI IO-S150步驟
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱附圖所示。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的刻蝕相變合金材料的方法具體實施方式
做詳細(xì)說明。附圖3所示為本具體實施方式
的實施步驟示意圖，具體步驟如下:步驟S110，提供半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底上形成相變合金材料層；步驟S120，在所述相變合金材料的表面形成刻蝕阻擋層；步驟S130，圖形化所述刻蝕阻擋層，以使預(yù)定部分的相變合金材料層的表面暴露出來；步驟S140，使露出的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的混合氣氛形成的刻蝕氣體中；步驟S150，將刻蝕氣體激發(fā)成等離子體，以刻蝕相變合金材料層至所述半導(dǎo)體襯底上。附圖4至附圖7所示為本具體實施方式
的工藝流程圖。其中，圖4所示為步驟SllO之后的具體結(jié)構(gòu)示意圖。提供一半導(dǎo)體襯底210，在該半導(dǎo)體襯底210上形成相變合金材料層220。所述半導(dǎo)體襯底210可以是硅襯底或者其它化合物半導(dǎo)體襯底。例如SOI結(jié)構(gòu)。所述相變合金材料層220的材料可以為鍺-銻-碲、硅-銻-碲、鈦-銻-碲、鋁-銻-碲或其它銻-碲化合物以及鍺-碲化合物等。請參閱附圖5所示，參考步驟S120，在所述相變合金材料層220的表面覆蓋刻蝕阻擋層230。所述刻蝕阻擋層230的材料最好是光刻膠。光刻膠作為刻蝕阻擋層的優(yōu)點在于容易進(jìn)行圖形化。所述刻蝕阻擋層230的材料也可以是金屬硬掩膜、介電質(zhì)硬掩膜或其它
多層掩膜等。例如:氧化硅、氮化硅或氮化鈦等本領(lǐng)域內(nèi)常見的用于進(jìn)行刻蝕阻擋的材料。請參閱附圖6所示，參考步驟S130，圖形化所述刻蝕阻擋層230，即在該刻蝕阻擋層上形成若干凹槽231，以使預(yù)設(shè)圖形的相變合金材料層220暴露出來。所述圖形化的刻蝕阻擋層可以采用本領(lǐng)域內(nèi)常見的光刻和刻蝕方法或電子束曝光的方法形成，在此不再贅述。此步驟實施完畢后，于所述相變合金材料層220的表面形成刻蝕阻擋圖形。請參閱附圖7所示，參考步驟S140，采用等離子體刻蝕方法，使露出的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的混合氣氛形成的刻蝕氣體中繼續(xù)刻蝕。參考步驟S150，將混合氣氛形成的刻蝕氣體激發(fā)成等離子體，以刻蝕露出的相變合金材料層直至半導(dǎo)體襯底210上。附圖8是刻蝕之后的結(jié)構(gòu)示意圖。上述等離子體刻蝕方法為本領(lǐng)域常見的方法，本實施例中采用溴化氫，所采用的工藝條件和參數(shù)可以是:反應(yīng)室I IOOmT (ImT=0.133Pa)、等離子體激發(fā)的源功率為300 700瓦，偏置電壓為250 400伏，溴化氫流量為100 250sccm( Isccm=I毫升/分鐘)，氦氣流量為100 500SCCm。本實施例中，溴化氫與氦氣的體積比大致為1:3。在等離子體刻蝕過程中，以溴化氫為主的腐蝕性氣體參與相變合金材料的刻蝕，與氯氣或碳的氟化物刻蝕相比更溫和，其本身能在材料側(cè)壁產(chǎn)生金屬鹵化物保護(hù)側(cè)壁，從而形成陡直平整且無刻蝕損傷的側(cè)壁。實驗表明采用溴化氫作為主刻蝕氣體的程式獲得的
側(cè)壁最佳。由于含有溴化氫的刻蝕氣體是反應(yīng)物質(zhì)，步驟S140中所通入的刻蝕氣體中，所述含有溴化氫與氦氣的組合氣體在比例相配合(HBr與He體積比大致為1:3)的情況下，可以獲得最佳的工藝效果。實驗表明，含有溴化氫的刻蝕氣體更易于獲得清潔、平整、陡直的側(cè)壁。附圖9為采用上述具體實施方式
后獲得的具有陡直平整側(cè)壁的相變合金材料層圖形的透射電鏡示意圖，包括襯底310、相變合金材料圖形320和刻蝕阻擋層330。與附圖2相比可以明顯的看出采用本具體實施方法可以獲得陡直側(cè)壁的相變合金材料圖形，同時刻蝕過程中對側(cè)壁造成的損傷也得到了降低。綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種相變合金材料的無損刻蝕方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一半導(dǎo)體襯底； 在該半導(dǎo)體襯底上形成相變合金材料層； 在所述相變合金材料層的上表面形成刻蝕阻擋層； 圖形化所述刻蝕阻擋層，以使預(yù)設(shè)部分的相變合金材料層的表面暴露出來； 使暴露出來的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的刻蝕氣體中； 將所述刻蝕氣體激發(fā)成等離子體以刻蝕暴露出來的相變合金材料層至所述半導(dǎo)體襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變合金材料的無損刻蝕方法，其特征在于，所述的相變合金材料是銻碲化合物或鍺碲化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變合金材料的無損刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層的材料為光刻膠、金屬硬掩膜或介電質(zhì)硬掩膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變合金材料的無損刻蝕方法，其特征在于，將所述刻蝕氣體激發(fā)成等尚子體時，反應(yīng)室壓力為I IOOmT ;尚子體源功率為300 700瓦；偏置電壓為250 400伏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相變合金材料的無損刻蝕方法，其特征在于，使暴露出來的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的刻蝕氣體中時，溴化氫流量為100 250sccm,気氣流量為 100 500sccm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變合金材料的無損刻蝕方法，包括如下步驟提供一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上形成相變合金材料層；在所述相變合金材料層的上表面形成刻蝕阻擋層；圖形化所述刻蝕阻擋層，以使預(yù)設(shè)部分的相變合金材料層的表面暴露出來；使暴露出來的相變合金材料層的表面浸沒于含有溴化氫與氦氣的刻蝕氣體中；將所述刻蝕氣體激發(fā)成等離子體以刻蝕暴露出來的相變合金材料層至所述半導(dǎo)體襯底上。本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用了溴化氫的刻蝕氣體，可以減少刻蝕過程中的側(cè)向腐蝕，氦氣作為惰性氣體，可以避免引入氧氣或氮氣而導(dǎo)致的材料表面性能改變，從而獲得清潔、平整、陡直且無側(cè)壁損傷的相變合金材料圖形。
文檔編號H01L45/00GK103094476SQ20131001850
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者李俊燾, 劉波, 宋志棠, 馮高明, 吳關(guān)平 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司