[發明專利]一種相變材料刻蝕方法及三維堆疊相變存儲器

在審

• 申請號: 202011492835.5
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112599669A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 童浩;馮雅昆;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

本發明屬于半導體存儲器工藝領域，具體涉及一種相變材料刻蝕方法及三維堆疊相變存儲器，包括：由下往上制備依次層疊的相變材料層、硬掩模層和光刻膠層；其中相變材料層附著在基底表面，硬掩模層的材料為氮化物或氧化物；對光刻膠層進行光刻得到實際所需圖形，以對硬掩模層進行刻蝕；確定相變材料刻蝕條件，對表面暴露出的相變材料層進行刻蝕，其中硬掩模層的厚度滿足在刻蝕條件下能得到實際所需的相變材料刻蝕深寬比。本發明采用光刻膠以及硬掩模并依次層疊在相變材料層的上部且依次刻蝕，同時要求硬掩模層的厚度滿足在相變材料刻蝕條件下能得到實際所需的相變材料刻蝕深寬比，可以克服傳統相變材料刻蝕方法中刻蝕深寬比低的缺點。

技術領域

本發明屬于半導體存儲器工藝領域，更具體地，涉及一種相變材料刻蝕方法及三維堆疊相變存儲器。

背景技術

相變存儲器由于其讀寫速度快、操作功耗低、高密度、非易失性和與CMOS工藝兼容等優點，被認為是最有可能取代Flash和DRAM而成為未來的主流存儲器產品。隨著半導體工藝技術節點的不斷向前推進，相變存儲器的尺寸微縮對制備工藝的要求越來越高，而且為了進一步提升相變存儲器的存儲密度，在三維方向進行堆疊已成為一種發展趨勢。

刻蝕作為器件制備工藝中關鍵的一部分，刻蝕表面的質量決定著成品的質量，粗糙的刻蝕表面會導致高的接觸電阻，平滑的刻蝕表面具有更好的電學接觸，垂直的側壁形貌更利于提高存儲密度。另外，在三維堆疊時，相變材料的高深寬比刻蝕尤為重要，深寬比指通過刻蝕工藝形成的間隙圖形的深度與寬度的比值。由于光刻膠刻蝕速率快，難以刻蝕深度較大的相變材料，因此傳統的使用光刻膠作為相變材料刻蝕掩膜的方法，難以滿足三維存儲器中高深寬比結構的制備要求。

發明內容

本發明提供一種相變材料刻蝕方法及三維堆疊相變存儲器，用以解決現有由于采用光刻膠對相變材料刻蝕難以實現高深寬比的刻蝕而導致三維堆疊存儲器件無法有效制備的技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種相變材料刻蝕方法，包括：

由下往上制備依次層疊的相變材料層、硬掩模層和光刻膠層；其中，所述相變材料層附著在基底表面，所述硬掩模層的材料為氮化物或氧化物；

對所述光刻膠層進行光刻得到實際所需圖形，以對硬掩模層進行刻蝕；

確定相變材料刻蝕條件，對表面暴露出的相變材料層進行刻蝕，其中所述硬掩模層的厚度滿足在所述刻蝕條件下能得到實際所需的相變材料刻蝕深寬比。

本發明的有益效果是：本發明采用光刻膠以及硬掩模并依次層疊在相變材料層的上部，依次刻蝕光刻膠、硬掩模材料和相變材料，由于硬掩膜材料與相變材料刻蝕選擇比(相變材料的刻蝕速率與光刻膠的刻蝕速率的比值)大，在此條件下要求硬掩模層的厚度滿足在相變材料刻蝕條件下能得到實際所需的相變材料刻蝕深寬比，可以克服傳統相變材料刻蝕方法中刻蝕深寬比低的缺點，顯著提高相變材料刻蝕深寬比，為相變存儲器的三維堆疊提供可行的刻蝕方案。

上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述相變材料層的材料為Ge-Sb-Te系列合金、二元相變材料Sb-Te合金、Ge-Te合金、對每種所述合金摻雜N、O、C、S和/或金屬元素后的材料中的一種或多種。

進一步，在對所述硬掩模層進行刻蝕時所采用的刻蝕氣體為：含氟氣體CF₄或CHF₃，輔助氣體H₂或O₂。

進一步，在對所述相變材料層進行刻蝕時，所采用的刻蝕氣體為：含氯氣體Cl₂，輔助氣體Ar。

進一步，對所述相變材料層的刻蝕條件還包括：

氣體比例為Cl₂占總氣體流量的5％～30％；

刻蝕功率為300～1000w；