[发明专利]一种相变材料的干法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变材料的干法刻蚀方法，属于半导体存储器中的工艺领域。

背景技术

相变存储器(PCRAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前存在的多种半导体存储技术如静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)等常规的易失性技术和铁电随机存储器(FeRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(FLASH)等非易失性技术相比，PCRAM具有非易失性、循环寿命长、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、耐高低温、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等优点。

相变存储器以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转化实现信息的写入和擦除，信息的读出靠测量电阻的变化实现。硅锑碲系材料是一种新型的相变材料，与传统的锗锑碲相比，它具有更小的功耗和更好的数据保持力，是一种很有潜力的新型相变材料。

在半导体工艺中，刻蚀是器件制造过程很重要的一部分，控制好刻蚀参数，得到形貌良好的流片，对后续工艺得到质量较好的产品有很大的帮助，因此，确定刻蚀过程的各个参数是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种相变材料的干法刻蚀方法，得到良好的刻蚀侧壁及表面形貌，为后续工艺做好准备，使器件达到更精准的水平。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种相变材料的干法刻蚀方法，采用离子束干法刻蚀，该方法包括以下步骤：

步骤一，在氧化硅衬底上磁控溅射生长相变材料薄膜；

步骤二，经过清洗、涂胶、前烘、曝光、显影步骤后，得到刻蚀准备片；

步骤三，利用含氟气体与辅助气体，在刻蚀气压为20～80mTorr、刻蚀功率为150～300W的条件下刻蚀后，得到流片；

步骤四，将刻蚀完成的流片去胶后进入下一道工序。

本发明刻蚀过程主要参数限定在一定范围内，从而达到良好效果，即气体配比：在CF4/Ar气体中，CF4占总气体比例20％～60％，在CHF3/O2气体中，O2占CHF3的比例＜10％；刻蚀气压要求在在20～80mTorr之间；刻蚀功率应满足在150～300W。其中举例一种能得到很好效果的参数组合：CF4/Ar＝2/3，气压50mTorr，功率250W。

本发明采用离子束干法刻蚀，利用等离子气体中活化的氟与相变材料中的元素反应，实现刻蚀的目的。刻蚀过程主要利用CF4、CHF3等含氟气体及Ar、O2等辅助气体进行，通过控制不同气体配比、不同气压及功率的组合来选择一种最优秀的刻蚀效果，即具有较垂直的侧壁及平整的下表面，并且测量速率控制时间使刻蚀刚好停在相变材料与氧化基底的分界面上。

附图说明

图1a-1c为可供选择的参数及实验结果，红色线(直线)表示最优条件。其中a气体配比(以CF4/Ar为例)；b刻蚀气压；c刻蚀功率

图2为部分刻蚀结果的SEM(扫描电子显微镜)照片。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施例，进一步阐明本发明的实质性特点，但绝非本发明仅局限于实例内。

本发明的实施过程如下：一种相变材料的干法刻蚀方法，采用离子束干法刻蚀，该方法包括以下步骤：

步骤一，在氧化硅衬底上磁控溅射生长相变材料薄膜；最佳为硅锑碲223薄膜(约350nm)。

步骤二，经过清洗、涂胶、前烘、曝光、显影步骤后，得到刻蚀准备片；步骤三，利用含氟气体与辅助气体，在刻蚀气压为20～80mTorr、刻蚀功率为150～300W的条件下刻蚀后，得到流片；所述含氟气体为CF4或CHF3气体；所述辅助气体为Ar或O2气体。

步骤四，将刻蚀完成的流片去胶后进入下一道工序。

当选择含氟气体为CF4，所述辅助气体为Ar时，CF4占总气体体积比为20％～60％。此时最佳的刻蚀气压为50mTorr、刻蚀功率为250W。

当选择含氟气体为CHF3，所述辅助气体为O2时，O2占CHF3的体积比小于10％。此时最佳的刻蚀气压为50mTorr、刻蚀功率为250W。

如图2所示，其刻蚀参数为CF4/Ar＝2/3，刻蚀气压50mTorr，刻蚀功率250W的刻蚀效果图。

本发明通过控制不同气体配比、不同气压及功率的组合来得到最优秀的刻蚀效果，即具有较垂直的侧壁及平整的下表面，并且测量速率控制时间使刻蚀刚好停在相变材料与氧化基底的分界面上。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。