专利名称：刻蚀锗锑碲合金材料的方法
刻蚀锗锑碲合金材料的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及刻蚀锗锑碲合金材料的方法。
背景技术：
相变存储器是一种新型的数据存储器件，利用相变合金层材料在晶态和非晶态之 间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据。 目前的相变合金层材料通常采用锗_锑_碲合金(Ge2Sb2Te5 :GST)作为相变合金 层材料。由于此种材料并不是传统半导体工艺中的常见材料，因此在加工工艺中面临很多 新的问题。 在采用等离子体刻蚀的方法对上述由GST材料构成的薄膜进行干法刻蚀的工艺 中，通常采用含有卤素的气体(例如氯气)作为刻蚀气体，将刻蚀气体进行等离子化并通入 反应室的GST薄膜表面，实现对GST薄膜的刻蚀，从而获得需要的图形。
如图1所示为现有技术中采用氯气作为腐蚀气体，进行腐蚀后得到的由GST材料 构成的图形的剖面示意图，包括半导体衬底110，布置于半导体衬底110表面的GST图形 111和112，刻蚀阻挡结构121和122。在理想的情况下，GST图形的侧壁是陡直的，其横截 面应当是矩形，如附图1虚线所示。附图2所示是采用现有技术获得的GST图形的横截面 示意图。由于氯气的侧向腐蚀作用，对刻蚀阻挡层下方的GST材料产生了侧向腐蚀，因此将 GST图形腐蚀成了梯形，具有倾斜的侧壁，这是实际工艺中所不希望得到的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种刻蚀锗锑碲合金材料的方法，能够避免 对GST材料的侧向腐蚀，从而获得具有陡直侧壁的GST图形。 为了解决上述问题，本发明提供了一种刻蚀锗锑碲合金材料的方法，包括如下步 骤提供锗锑碲合金层，所述锗锑碲合金层布置于半导体衬底表面；在所述锗锑碲合金层 的表面覆盖刻蚀阻挡层；图案化所述刻蚀阻挡层，以使预定部份的锗锑碲合金层的表面暴 露出来；使暴露出的锗锑碲合金层的表面浸没于含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛 中，所述含有卤素的刻蚀气体混合有钝化剂，所述钝化剂的化学式为CxHyF4x—y，其中x和y均 为整数，并且x > 0，0《y < 4x ;将刻蚀气体激发成等离子体，以刻蚀锗锑碲合金层。
作为可选的技术方案，所述含有卤素的刻蚀气体为氯气。
作为可选的技术方案，所述钝化剂的化学式中的x = 1或2。
作为可选的技术方案，所述刻蚀气体含有CHF3。 作为可选的技术方案，所述含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中，含有卤素 的刻蚀气体的摩尔数等于CxHyF4x—y的摩尔数。 作为可选的技术方案，所述刻蚀阻挡层的材料为光刻胶。 作为可选的技术方案，所述含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中还含有氩气。
本发明的优点在于，在刻蚀气氛中加入了化学式为CxHyF4x—y的钝化剂，可以在侧壁 生成钝化层，从而避免了对GST材料的侧向腐蚀，获得了具有陡直侧壁的GST图形。
附图1与附图2所示为现有技术中采用氯气作为腐蚀气体，进行腐蚀后得到的由 GST材料构成的图形的剖面示意图； 附图3所示为本发明提供的刻蚀锗锑碲合金材料的方法具体实施方式
的实施步 骤示意图； 附图4至附图9所示为本发明提供的刻蚀锗锑碲合金材料的方法具体实施方式
的 工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的刻蚀锗锑碲合金材料的方法具体实施方式
做详细 说明。 附图2所示为本具体实施方式
的实施步骤示意图，包括步骤S100，提供锗锑碲 合金层，所述锗锑碲合金层布置于半导体衬底表面；步骤S110，在所述锗锑碲合金层的表 面覆盖刻蚀阻挡层；步骤S120，图案化所述刻蚀阻挡层，以使预定部份的锗锑碲合金层的 表面暴露出来；步骤S130，使露出的锗锑碲合金层的表面浸没于含有卤素的刻蚀气体以及 钝化剂的气氛中，所述钝化剂的化学式为CxHyF4x—"其中x和y均为整数，并且x > O，O《y < 4x ;步骤S140，将刻蚀气体激发成等离子体，以刻蚀锗锑碲合金层。
附图3至附图7所示为本具体实施方式
的工艺流程图。 附图3所示，参考步骤S100，提供锗锑碲合金层220，所述锗锑碲合金层220布置 于半导体衬底210表面。 所述半导体衬底210可以是硅衬底或者其他化合物半导体衬底。 附图4所示，参考步骤SllO，在所述锗锑碲合金层220的表面覆盖刻蚀阻挡层
230。 所述刻蚀阻挡层230的材料是光刻胶。光刻胶作为刻蚀阻挡层的优点在于容易进 行图形化。所述刻蚀阻挡层230的材料也可以是氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等本领域内 常见的用于进行刻蚀阻挡的材料。 附图5所示，参考步骤S120，图案化所述刻蚀阻挡层230，以使预定部份的锗锑碲 合金层220的表面暴露出来。 所述图案化所述刻蚀阻挡层230的方法可以本领域内常见的光刻和刻蚀的方法， 此处不再赘述。 此步骤实施完毕后，于所述锗锑碲合金层220的表面形成刻蚀阻挡图形231和 232。 附图6所示，参考步骤S130，使露出的锗锑碲合金层的表面浸没于含有卤素的刻 蚀气体以及钝化剂的气氛中，所述钝化剂的化学式为CxHyF4x—"其中x和y均为整数，并且x > O，O《y < 4x。 所述含有卤素的刻蚀气体为氯气，也可以是HF、HBr或者Br2等其他用于刻蚀锗锑
4碲合金的气体，或者是由上述气体组成的混合物。 作为可选的技术方案，所述含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中还含有氩气。 所述钝化剂中，x = 1或2，即所述钝化剂为含有一个碳或者两个碳的烃类，其优 点在于保证所采用的钝化剂在常温下是气体，易于输运而无需进行气化处理。若采用三个 碳以上的钝化剂，则在输运至锗锑碲合金层表面的过程中需要进行加热或者其他的气化处理。 参考步骤S140，将刻蚀气体激发成等离子体，以刻蚀锗锑碲合金层。附图7是刻蚀 之后的结构示意图。 上述步骤为本领域常见的等离子体刻蚀方法，以采用氯气为例，所采用的工艺条 件和参数可以是反应室压力5 100mT(lmT = 0. 133Pa)、等离子体激发的源功率300 1200瓦、偏置功率50 800瓦、氯气流量为2 30sccm(lsccm = 1毫升/分钟)，氩气流 量2 100sccm， CxHyF4x—y流量2 100sccm。 在刻蚀的过程中，采用含氟的烷烃C;HyF^y作为钝化剂可以在锗锑碲合金层220 的侧壁22la、22lb、222a和222b的表面生成钝化层，以保护锗锑碲材料不受侧向刻蚀，从而 形成具有陡直侧壁的锗锑碲图形。实验表明，采用CHF3作为钝化剂获得陡直侧壁的效果最 佳，并且CHF3是一种化工领域的常用气体，易于获得，因此采用CHF3作为钝化剂是一种优选 的方案。 由于含有卤素的刻蚀气体是反应物质，步骤SllO中所通入的刻蚀气体中，所述含 有卤素的刻蚀气体以及气氛中钝化剂的比例相配合的情况下，两者在发生化学反应的过程 中都恰好消耗完毕，因此可以获得最佳的工艺效果。实验表明，含有卤素的刻蚀气体的摩尔 数等于CxHyF4x—y的摩尔数的情况下，易于获得陡直的侧壁。附图9为采用上述具体实施方式
后获得的具有陡直侧壁的锗锑碲合金层图形的扫描电镜示意图，包括衬底310、锗锑碲图形 320和刻蚀阻挡层330。与附图2相比可以明显的看出采用本具体实施方式
可以获得具有 陡直侧壁的锗锑碲合金图形。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。
权利要求
一种刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，包括如下步骤提供锗锑碲合金层，所述锗锑碲合金层布置于半导体衬底表面；在所述锗锑碲合金层的表面覆盖刻蚀阻挡层；图案化所述刻蚀阻挡层，以使预定部份的锗锑碲合金层的表面暴露出来；使暴露出的锗锑碲合金层的表面浸没于含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中，所述含有卤素的刻蚀气体混合有钝化剂，所述钝化剂的化学式为CxHyF4x-y，其中x和y均为整数，并且x＞0，0≤y＜4x；将刻蚀气体激发成等离子体，以刻蚀锗锑碲合金层。
2. 根据权利要求1所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述含有卤素的 刻蚀气体为氯气。
3. 根据权利要求2所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述钝化剂的化 学式中的x二 l或2。
4. 根据权利要求1 3任意一项所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述 刻蚀气体含有CHF3。
5. 根据权利要求1 3任意一项所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述 含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中，含有卤素的刻蚀气体的摩尔数等于CxHyF4x—y的 摩尔数。
6. 根据权利要求1所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层 的材料为光刻胶。
7. 根据权利要求1所述的刻蚀锗锑碲合金材料的方法，其特征在于，所述含有卤素的 刻蚀气体以及钝化剂的气氛中还含有氩气。
全文摘要
一种刻蚀锗锑碲合金材料的方法，包括如下步骤提供锗锑碲合金层，所述锗锑碲合金层布置于半导体衬底表面；在所述锗锑碲合金层的表面覆盖刻蚀阻挡层；图案化所述刻蚀阻挡层，以使预定部份的锗锑碲合金层的表面暴露出来；使暴露出的锗锑碲合金层的表面浸没于含有卤素的刻蚀气体以及钝化剂的气氛中，所述含有卤素的刻蚀气体混合有钝化剂，所述钝化剂的化学式为CxHyF4x-y，其中x和y均为整数，并且x＞0，0≤y＜4x；将刻蚀气体激发成等离子体，以刻蚀锗锑碲合金层。本发明的优点在于，在刻蚀气氛中加入了化学式为CxHyF4x-y的钝化剂，可以在侧壁生成钝化层，从而避免了对GST材料的侧向腐蚀，获得了具有陡直侧壁的GST图形。
文档编号C23F4/00GK101768743SQ20081020483
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者万旭东, 冯高明, 吴关平, 徐成, 杨左娅, 谢志峰 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司