专利名称：相变合金蚀刻的制作方法
才目变合金蚀刻
背景技术：
本发明涉及半导体器件的形成。更具体地，本发明涉及
形成相变存储器器件的蚀刻。在相变存储器的形成中，合金(如锗(Ge)、锑(Sb)、 碲(Te)合金(在下文为GST))用来形成相变存储器元件。在一个相变存储器元件的示例中，每个元件由GST构成。 通过使电流经过该元件可以将这些元件加热以及然后冷却。较快的 冷却可用来4是供具有非晶体电阻(amorphous resistance ) ( ra)的非 晶体结构。寿交慢的冷却可用来提供具有晶体电阻(crystalline resistance ) ( rc)的更晶体化结构，其不同于第一 个电阻。
发明内容
为了实现前述以及按照本发明的目的，提供一种形成器 件的方法。提供相变层。该相变层通过提供包括含溴化合物的蚀刻 气体并且从该蚀刻气体形成等离子来蚀刻。本发明的另一表现形式中，才是供用于在相变层形成特征 的设备。提供等离子处理室，其包括形成等离子处理室外壳的室壁， 用于在该等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件，用于调节该 等离子处理室外壳内压力的压力调节器，用于提供能量至该等离子 处理室外壳用以维持等离子的至少 一个电极，用于提供气体进入该
5等离子处理室外壳的气体入口 ，和用于,人该等离子处理室外壳排出 气体的气体出口 。气源与该气体入口流体连通并且包括含溴气源、 ,希有气源以及含氟化合物和含氯化合物气源的至少 一个。4空制器以
可4空制的方式连4妾到该气源禾口该至少一个电才及，并且包4舌至少一个
处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包括用于提供包含含 溴化合物的蚀刻气体的计算机可读代码，以及用于从该蚀刻气体形 成等离子的计算机可读代码。本发明的这些和其他特征将在下面的具体描述中结合附
图更详细地描述。
在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其 中类似的参考标号指出相似的元件，其中图1是可用于本发明的实施例的工艺的高层流程图。图2A-D根据本发明的实施例处理的栈的剖视示意图。图3是可用来实施本发明的等离子处理室的示意图。图4A-B说明 一个计算机系统，其适于实现用于本发明的
实施例的控制器。
具体实施例方式现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描 述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的 彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用这
6些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，7>#口的工艺步 -骤和/或结构没有i兌明，以避免不必要的混淆本发明。为了便于理解，图l是可用于本发明的实施例的工艺的高 层流程图。在介电层中提供第一电极(步骤104)。图2A是具有多个 第一电才及206的介电层204的剖一见示意图。在优选的实施例中，该介 电层是基于氧化硅或氮化硅的电介质。相变层208形成在该介电层204和该第 一 电才及206之上(步
骤108 )。相变层208是由可通过电流加热然后当冷却时形成非晶体
材料或晶体材料(取决于该材料的冷却速度)的材料组成。另外， 该非晶体材料的电阻是该晶体材料的至少几倍。优选地，该相变层
是锗、锑和碲(GST)合金以及锑和蹄合金的至少一个。第二电极层212形成在该相变层208之上(步骤112)。在 优选实施例中，该第二电极层212是氮化钛(TiN )或氮化钨(WN )。掩才莫形成在该第二电极层上(步骤116)。在优选实施例 中，形成该纟务才莫首先将石更#务才莫层214形成在该第二电才及层212之上。 光刻力交掩才莫216形成在该硬掩才莫层214之上。穿过该光刻力交掩模216 蚀刻该硬掩模层214以在该第二电极层212之上形成掩模，如图2B所示。为了蚀刻该硬纟务才莫，该介电层214和该有关的冲戈可设置在 等离子处理室。图3是等离子处理系统300的示意图，该系统包4舌等 离子处理工具301。该等离子处理工具301是电感寿禺合等离子处理工 具，并且包括其中具有等离子处理室304的等离子反应器302。变压 器耦合功率(TCP)控制器350和偏置功率控制器355分别控制TCP 电源351和偏置电源356,影响在等离子室304内产生等离子324。
该TCP功率控制器350设置用于TCP电源351的设置点，将 该电源配置为才是供13.56MHz的RF信号(通过TCP匹配网全各352调i皆) 至设置在该等离子室304附近的TCP线圈353 。提供RF可穿透窗354 以将TCP线圈353与等离子室304隔开同时允许能量从TCP线圈353 传到等离子室304。光学可穿透窗365由直径大约2.5cm ( l英寸)蓝 宝石圆片l是供，其4立于该RF可穿透窗354中的3L内。该偏置功率控制器355设置用于偏置电源356的i殳置点， 将该电源配置为4是供RF信号(由偏置匹配网络357调谐)至位于该 等离子室304内的卡盘电极308,在电极308上产生直流(DC )偏置， 该电极适于容纳正在处理的基片306,如半导体晶片工件。
种或多种气体的一个或多个源316,以将该工艺所需要的适当的化 学制剂提供到该等离子室304的内部。排气机构318包括压力控制阀 门319和排气泵320，以及从该等离子室304内去除孩M立并且在等离 子室304内保持特定的压力。温度控制器380通过控制加热器电源384来控制提供在该 卡盘电极308内的加热器382的温度。该等离子处理系统300还包括 电子控制电路370。该等离子处理系统300还可具有终点检测器360。图4A和4B说明了 一个计算才几系统1300,其适于实现用于 本发明的实施方式的控制器370。图4A示出该计算机系统一种可能 的物理形式。当然，该计算才几系统可以具有,人集成电^各、印刷电鴻， 板和小型手持设备到巨型超级计算机的范围内的许多物理形式。计 算机系统1300包括监视器1302、显示器1304、才几箱1306、磁盘驱动 器1308、《建盘1310和鼠标1312。》兹盘1314是用来与计算4几系统1300 传入和传出数据的计算机可读介质。
图4B是计算机系统1300的框图的一个例子。连接到系统 总线1320的是各种各样的子系统。处理器1322 (也称为中央处理单 元，或CPU)连接到存储设备，包括存储器1324。存储器1324包括 随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域所公知 的，ROM用作向CPU单向传输数据和指令，而RAM通常用来以双 向的方式传输数据和指令。这两种类型的存储器可包括下面描述的 任何合适的计算机可读介质。固定》兹盘1326也是双向连接到 CPU1322;其冲是供额外的凄t据存4诸并且也包括下面描述的任何计算 机可读介质。固定f兹盘1326可用来存^渚程序、教:据等，并且通常是 次级存储介质(如硬盘)，其比主存储器慢。可以理解的是保留在 固定磁盘1326内的信息可以在适当的情况下作为虚拟存储器以标 准的方式结合在存储器1324中。可移动存储器1314可以采用下面描 述的任何计算4几可读介质的形式。cpuis:z:2还连接到各种输入/输出设备，如显示器1304 、
键盘1310、鼠标1312和扬声器1330。通常，输入/输出设备可以是下 面的任何一种视频显示器、轨迹球、鼠标、4建盘、麦克风、触4莫 显示器、转换器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触针、语音 或手写识别器、生物阅读器或其他计算才几。CPU1322可选地可使用 网络接口 1340连接到另 一 台计算才几或者电信网络。利用这样的网络 接口，计划在执行上述方法步骤地过程中，CPU可从网络接收信息 或者向网络输出信息。此外，本发明的方法实施方式可在CPU1322 上单独冲丸行或者可在如Internet的网络上与共享该处理 一 部分的远 程CPU—起执行。另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算机可读介 质的计算机存储产品，在计算机可读介质上有用于执行各种计算枳j 实现的操作的计算机代码。该介质和计算机代码可以是那些为本发
明目的专门-没计和构建的，或者它们可以是对于计算枳4欠件领i或才支术人员来说公知并且可以得到的类型。计算机可读介质的例子包
括，但不限于磁介质，如硬盘、软盘和石兹带；光介质，如CD-ROM
和全息设备；磁-光介质，如光软盘；以及为了存^f渚和执行程序代码
专门配置的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件
(PLD)以及ROM和RAM器件。计算才几代码的例子包括如由编碍，
器生成的才几器代码，以及包含高级代码的文件，该高级^码能够由
计算机使用解释器来执行。计算机可读介质还可以是在载波中由计 算机数据信号携带的并且表示能够被处理器执行的指令序列的计
算机代码。蚀刻该第二电极层(步骤120)，如图2C所示。在该优选 实施例中，至少一部分蚀刻进该第二电4及层212的特征220没有完全 穿过该第二电才及层212蚀刻。而是，对于至少一些特4正，留下该第 二电极层212的薄剩余层224。更优选地，该第二电极层212在任何 地方都没有完全蚀刻。在这个实施例中用于该第二电才及层212的蚀 刻化学制剂会损坏该相变层208 。如果穿过该相变层蚀刻该第二电 极层， 一些用于该第二电极层的蚀刻工艺会导致该相变层严重的形 貌损坏。所以，在这些实施例中，在该第二电才及层212蚀刻期间完 全蚀刻穿该第二电极层212是不希望的。可使用传统的该第二电极层蚀刻方法。在该优选实施例
中，该第二电极的蚀刻使用带有一些惰性气体和Cl2和CF4等离子化
学制剂。打开该第二电极层(步骤124)。在该优选实施例中，使 用不会损伤该相变层的蚀刻化学制剂。在更优选的实施例中，使用 既可打开该第二电才及层又对蚀刻该蚀刻相变层有用的蚀刻化学制 剂。优选地，该蚀刻化学制剂使用含溴(Br)蚀刻剂气体。优选地， 该蚀刻化学制剂提供低于40。C的晶片温度。更优选地，该蚀刻化学 制剂提供低于3(TC的晶片温度。更优选地，该蚀刻化学制剂提供低于2crc的晶片温度。优选地，该蚀刻化学制剂进一步包括含氯(ci)
和氟(F)化合物的至少一个。优选地，该蚀刻化学制剂进一步包 括稀有气体。更优选地，该稀有气体是氩(Ar)、氖(Ne)、氤(Xe ) 和氦(He)的至少一个。优选i也，该含溴蚀刻剂气体包4舌HBr。典型制法提供2-10mTorr压力。通过该TCP线圈提供 300-1000瓦特。施加200-1000伏特偏置。^是供15-50sccmHBr 、 0-15sccmCl2和50-500sccmAr组成的的蚀刻气体。才是供0-3(TC的晶片温度。蚀刻该相变层(步骤128),如图2D所示。优选地，用于 打开该第二电极层的同样制法可用于蚀刻该相变层。在另一实施例 中，^f吏用不同的制法打开该第二电才及层，如传统的打开步每聚，而上 述用于打开该第二电才及层优选的含溴制法只用来蚀刻该相变层。使用原地闪光(flash )工艺以去除侧壁钝化层(步骤l32 )。 这种闪光步骤的一个示例提供2-20mTorr的压力。通过该TCP线圏施 加300-1000瓦特。^是供包括20-500sccmCF4的闪光气体。晶片温度才是 供在O-30°C。 CF4气体可用作闪光气体，其转变为等离子。相信该侧 壁钝化是该由该含碲化合物形成的，其通过阻止侧壁攻击来保护侧 壁形貌。等离子用于该闪光步骤，这是因为GST限制了可用于湿清 洁步骤的材料。通常的剥除工艺用来去除任何剩余的光刻胶(步骤136 )。
〇2气体可用做剥除或灰化气体。可提供别的额外的步骤，如去除该 硬掩模层的步骤。为了打开该第二电才及层以及蚀刻该相变层，，优选地该打 开或蚀刻气体中稀有气体流量大于HBr流量，以及Cl2流量小于HBr
流量o
在不受到理论限制的情况下，发现在低温(例如低于40 °C)使用含溴的蚀刻提供能够蚀刻该相变层(其优选的是GST)的 蚀刻，4是供垂直侧壁，定义为特4正底部与乂人该侧壁底部到顶部的角 度在87。到92。之间。更优选地，该侧壁为90。。还发现这种蚀刻提供 了最小的GST腐蚀。发现这种制法在GST和基于氧化硅的电介质之 间4是供大于5: l的蚀刻选4奪比。上面的工艺用于提供45nm量级的间隙。偏离垂直侧壁超 过三度的GST和侧壁的腐蚀(这可能由蚀刻制法导致)大大损害所 得到的器件的性能。尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发 明范围内的改变、 <奮改、置换和各种替^等同物。还应当注意，有 许多实现本发明方法和设备的可选方式。所以，其意图是下面所附 的权利要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改 变、修改、置换和各种替代等同物。
权利要求
1. 一种形成器件的方法，包括提供相变层；以及蚀刻该相变层，包括如下步骤提供蚀刻气体，其包括含溴化合物；以及从该蚀刻气体形成等离子。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中该蚀刻该相变层进一步包括 将晶片温度保持在40 。C以下。
3. 根据权利要求1-2任一项所述的方法，其中该蚀刻气体进一步 包括含氟化合物和含氯化合物至少 一个。
4. 才艮据^又利要求1-3任一项所述的方法,其中该蚀刻气体进一步 包4舌稀有气体。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中该蚀刻气体中稀有 气体的流率大于含溴气体的流率。
6. 根据权利要求l-5任一项所述的方法，其中该相变层是锗、锑 和石帝合金以及4弟和石帝合金的 一个。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的方法，进一步包括在该相变层 之上提供电极层。
8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括利用蚀刻该相变层的 同样工艺打开该电才及层。
9. 根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中该含溴化合物是 HBr。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中该含氟化合物和含氯化合物 至少 一个的流量小于该HBr的流量。
11. 根据权利要求1-10任一项所述的方法，进一步包括闪光该蚀 刻该相变层过程中产生的钝化层，其中该闪光去除该钝化层。
12. 根据权利要求3-11任一项所述的方法，其中该含氟化合物和 含氯〗t合物至少一个的流量小于该HBr的;危量。
13. —种用于在设置的相变层形成特征的设备，包括等离子处理室，包括室壁，其用于形成等离子处理室外壳；基片支撑件，其用于在该等离子处理室外壳内支撑基片；压力调节器，其用于调节该等离子处理室外壳内的 压力；至少一个电极，用于提供能量至该等离子处理室外 壳以维持等离子；进气口，用于提供气体进入该等离子处理室外壳；以及排气口，用于^U亥等离子处理室外壳排出气体； 气源，与i亥气体入口 ；克体连通，包4舌 含溴化合物气源； ,希有气源；以及含氟化合物和含氯化合物气源的至少一个；以及控制器，以可控制的方式连"^妄到该气源和该至少一个电极，包括至少一个处理器；以及计算4几可读介质，包才舌计算才几可读代码，用于提供包括含溴化合物的 蚀刻气体；以及计算才几可读代码，用于从该蚀刻气体形成等离子。
14. 根据权利要求13所述的设备，进一步包括计算机可读代码， 用于在从该蚀刻气体形成等离子期间提供^f氐于40°C的晶片温度。
15. 根据权利要求13-14任一项所述的设备，其中该含溴化合物是 HBr。
16. 根据权利要求13-15任一项所述的方法，其中该蚀刻气体进一 步包括含氟化合物和含氯化合物的至少 一个。
全文摘要
提供一种形成器件的方法。提供相变层。通过提供包括含溴化合物的蚀刻气体和从该蚀刻气体形成等离子蚀刻该相变层。该相变层是由可通过电流加热然后当冷却时依赖于该材料的冷却速度可形成非晶体材料或晶体材料的材料组成。另外，该非晶体材料的电阻是该晶体材料的至少几倍。
文档编号H01L45/00GK101485006SQ200780024705
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月29日
发明者刘身健, 琳达·凤鸣·李, 谦 符 申请人:朗姆研究公司