專利名稱：存儲(chǔ)器裝置的制造方法和相變化層的蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別有關(guān)于一種存儲(chǔ)器裝置的 制造方法。
背景技術(shù)：
相變化存儲(chǔ)器具有速度、功率、容量、可靠度、工藝整合度，以及成本 等具竟?fàn)幜Φ奶匦裕瑸橐贿m合用來(lái)作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的存儲(chǔ)器 應(yīng)用。由于相變化存儲(chǔ)器技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也使得其被認(rèn)為非常有可能取代
目前商業(yè)化極具竟?fàn)幮缘撵o態(tài)存儲(chǔ)器SRAM、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM的易 失性存儲(chǔ)器與閃存Flash的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，可望成為未來(lái)極有潛力的 新世代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
相變化存儲(chǔ)器裝置利用相變化存儲(chǔ)器材料在結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)的電阻值 的差異，進(jìn)行寫入、讀取或是抹除，例如，當(dāng)要進(jìn)行寫入時(shí)，可提供一短時(shí) 間(例如50ns)且相對(duì)較高的電流(例如lmA)，使相變化層轉(zhuǎn)換成非晶態(tài)，因 為非晶態(tài)相變化層具有較高的電阻(例如105歐姆)，其在讀取時(shí)，當(dāng)提供一 固定小電流，其并不會(huì)使元件存儲(chǔ)單元再度發(fā)生相轉(zhuǎn)變，得到的電壓相對(duì)較 大(與參考存儲(chǔ)單元地址做比較)。當(dāng)要進(jìn)行抹除時(shí)，可提供一較長(zhǎng)時(shí)間(例如
100ns)且相對(duì)較低的電流(例如0.2mA),使相變化層轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)，因?yàn)榻Y(jié) 晶態(tài)相變化層具有較低的電阻(例如103 104歐姆)，其在讀取時(shí)，相同地，當(dāng) 提供一固定小電流，得到的電壓相對(duì)較小(與參考存儲(chǔ)單元地址做比較)，據(jù) 此，可進(jìn)行相變化存儲(chǔ)器裝置的操作。
現(xiàn)今， 一般的相變化存儲(chǔ)器材料為GexSbyTez，此材料可提供穩(wěn)定的相 變化結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)間的轉(zhuǎn)換，但當(dāng)提供一較長(zhǎng)時(shí)間且相對(duì)較低的電流給相 變化存儲(chǔ)器，使其相變化層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)以進(jìn)行抹除時(shí)，其所需的 時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此，需要一相變化存儲(chǔ)材料和其相關(guān)工藝，可提供較快的 非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)速率，以改進(jìn)相變化存儲(chǔ)器的表現(xiàn)(performance)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的為提供一新穎相變化存儲(chǔ)器材料的相關(guān)工藝方 法，可針對(duì)較快的非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)速率的相變化材料，改進(jìn)其蝕刻工藝。 本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)器裝置的制造方法。首先，提供基底，形成介電層
于基底上。其后，形成摻雜錫(Sn)的相變化層于介電層上，形成圖案化掩模 層于摻雜錫(Sn)的相變化層上。接下來(lái)，以圖案化掩模層為掩模，用以氟(F) 為基礎(chǔ)且添加氯(Cl)的蝕刻劑蝕刻摻雜錫(Sn)的相變化層以圖案化摻雜錫(Sn) 的相變化層，然后，形成電極，電連接圖案化的相變化層。
本發(fā)明提供一種相變化層的蝕刻方法，包括下列步驟提供摻雜錫(Sn) 的相變化層，用以氟(F)為基礎(chǔ)且添加氯(Cl)的蝕刻劑蝕刻摻雜錫(Sn)的相變 化層。


圖1A 圖lE揭示本發(fā)明一實(shí)施例摻雜錫(Sn)的相變化層的蝕刻方法；
圖2揭示蝕刻摻雜錫(Sn)的相變化層時(shí)未將相變化層蝕刻干凈；
圖3揭示蝕刻摻雜錫(Sn)的相變化層時(shí)發(fā)生過(guò)度蝕刻；
圖4揭示BC13的比例和蝕刻速率或選擇比的關(guān)系圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
102 基底；
104 下介電層；
105 下電才及；
106 下阻障層；
108 相變化層；
110 圖案化光阻；
114 絕緣層；
116 上阻障層；
118 上電才及；
119 上介電層。
具體實(shí)施例方式
以下將以實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明，作為本發(fā)明的參考，且范例是伴隨著

的。在圖式或描述中，相似或相同的部分使用相同的標(biāo)號(hào)。在附圖中，實(shí) 施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。附圖中各元件的部分將 分別描述說(shuō)明，值得注意的是，附圖中未繪示或描述的元件，可以具有各種 熟習(xí)此技藝的人士所知的形式。另外，特定的實(shí)施例僅為揭示本發(fā)明使用的 特定方式，其并用以限定本發(fā)明。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A,提供一基底102，基底102上方可以形成任何所需 的半導(dǎo)體元件，例如MOS晶體管、電阻和/或邏輯元件等，此處為簡(jiǎn)化圖式， 僅以平整的基底102表示。在本發(fā)明的敘述中，"基底〃 一詞包括半導(dǎo)體晶 片上已形成的元件與覆蓋在晶片上的各種涂層；"基底表面〃 一詞包括半導(dǎo) 體晶片的所露出的最上層，例如硅晶片表面、絕緣層、金屬導(dǎo)線等。
以例如化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition ， 以下可簡(jiǎn)稱CVD)沉 積一下介電層104于基底102上，接著，以例如黃光光刻工藝圖案化下介電 層104,形成一開(kāi)口(未主會(huì)示)，然后，以例如物理氣相沉積法(physical vapor deposition,以下可簡(jiǎn)稱PVD)沉積一導(dǎo)電層(未繪示)于下介電層104上，并 填入上述開(kāi)口以形成一下電極105，下電極105可以為TiN、 TaN或TiW， 在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，下電極105為TiW。然后，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工 藝移除多余的導(dǎo)電層。
接下來(lái)，以例如物理氣相沉積法沉積一下阻障層106于下電極105和下 介電層104上，其中下阻障層106可以為TiN所組成。然后，以例如物理氣 相沉積法沉積一相變化層108于下阻障層106上，在本發(fā)明一實(shí)施例中，相 變化層108為摻雜錫(Sn)的相變化層108，舉例來(lái)說(shuō)，相變化層108為 GexSbyTez摻雜雜錫(Sn)而成為GexSntSbyTez，其中于相變化層108(特別是 Ge^byTez)中摻雜錫可使相變化層108由非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)的速率增加， 而可改進(jìn)后續(xù)形成的相變化存儲(chǔ)器裝置的抹除速率，在本發(fā)明 一 實(shí)施例中 GexSbyTeJ々Sn的添加量為5 at%~15 at%。在本發(fā)明另一實(shí)施例中GexSbyTez 的Sn的添加量為10at%。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，涂布一光阻層(未繪示)于相變化層108上，接著， 以例如黃光光刻工藝圖案化光阻層定義光阻，形成一圖案化光阻110。接下 來(lái)，如圖1C所示，以圖案化光阻110為掩模，蝕刻相變化層108和下阻障 層106,請(qǐng)注意，在此實(shí)施例中，雖然于相變化層108摻雜錫(Sn)具有增加 相變化層108的非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)速率的優(yōu)點(diǎn)，但是摻雜錫(Sn)的相變化層108很難蝕刻成如圖1C所示的預(yù)期圖案。在本發(fā)明的一范例中，以SF6 為蝕刻劑蝕刻摻雜錫(Sn)的相變化層(GexSntSbyTez)108時(shí)，如圖2所示，其 很難將摻雜錫(Sn)的相變化層108蝕刻千凈，而會(huì)剩下一些殘余的相變化層 122于下介電層104和下電極層105上。在本發(fā)明的另一范例中，以HBr為 蝕刻劑蝕刻摻雜錫(Sn)的相變化層(G^SntSbyTeJ108時(shí)，如圖3所示，其會(huì) 對(duì)摻雜錫的相變化層108產(chǎn)生側(cè)向的過(guò)度蝕刻，很難將摻雜錫的相變化層 108定義成預(yù)期的圖案。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，用以氟為基礎(chǔ)(例如四氟化碳CF4和三氟曱烷 CHF3)且添加氯(C1)的蝕刻劑蝕刻摻雜錫的相變化層108,如此，可避免相變 化層108殘留或是過(guò)度蝕刻的問(wèn)題，而可將相變化層108定義成預(yù)期的圖案， 其中添加氯可以為添加三氯化硼(BC13)。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，以 CF4、 CHF3和BCl3為蝕刻劑蝕刻摻雜錫的相變化層108,其中CF4、 CHF3 和BCl3的比例為a: b: c， a大體上為2 3.75, b大體上為3 5， c大體上為 1。在本發(fā)明一更佳實(shí)施例中，以CF4、 CHF3和BCl3為蝕刻劑蝕刻摻雜錫的 相變化層108，其中CF4、 CHF3和BCb的比例為3.75: 5: 1。
以下舉本發(fā)明一范例蝕刻摻雜錫的相變化層(GexSntSbyTez) 108的工藝 條件于一反應(yīng)室中導(dǎo)入CF4、 CHF3和BC13,并于反應(yīng)室施加一源功率 (source power)和偏壓(bias)，以于反應(yīng)室中產(chǎn)生等離子體，非等相性蝕刻摻 雜錫的相變化層，其中，CF4的流量為20 40 sccm, CHF3的流量為30~50 sccm， BC13的流量為6 10 sccm, N2的流量為20 40 sccm, Ar的流量為20~40 sccm，反應(yīng)室的壓強(qiáng)為5 mtorr 10mtorr，反應(yīng)室的溫度為40 80。C，施加反 應(yīng)室的源功率為300W-800W,施加反應(yīng)室的偏壓為80W 170W。另外，以 下舉本發(fā)明一較佳范例蝕刻摻雜錫的相變化層(GexSntSbyTez) 108的工藝條 件于一反應(yīng)室中導(dǎo)入CF4、 CHF3和BCl3，其中CF4的流量為30 sccm， CHF3的流量為40 sccm, BCl3的流量為8 sccm， N2的流量為30 sccm， Ar 的流量為30sccm，反應(yīng)室的壓強(qiáng)為6mtorr，反應(yīng)室的溫度為80。C，施加反 應(yīng)室的源功率(sourcepower)為500W,施加反應(yīng)室的偏壓(bias)為80W。
請(qǐng)參照以下圖4，當(dāng)蝕刻氣體中BCl3的比例增加時(shí)，可蝕刻摻雜錫的相 變化層108的速率增加，另外，當(dāng)蝕刻氣體中BCl3的比例增加時(shí)亦可以增 加蝕刻摻雜錫的相變化層108和氧化硅所組成的介電層104的選擇比。此外， 當(dāng)摻雜錫(Sn)的相變化層108中錫的摻雜量增加時(shí)，蝕刻劑中氯的添加量亦須增加以得到較佳的蝕刻效果。
接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，移除圖案化光阻110，其后，以例如旋轉(zhuǎn)涂布法 或是化學(xué)氣相沉積法形成一絕緣層114覆蓋圖案化后的相變化層108、下電 極105和下介電層104。在本發(fā)明一實(shí)施例中，絕緣層114可以為氧化硅、 氮化硅或是氮氧化硅所組成。接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D1E,以例如化學(xué)機(jī)械研磨 法移除多余的絕緣層114，并接著以例如物理氣相沉積法沉積一上阻障層116 于相變化層108和絕緣層114上，其中，上阻障層116可以為TiN所組成。 后續(xù)，以例如化學(xué)氣相沉積法沉積一上介電層119于上阻障層116上，接著， 以例如黃光光刻工藝圖案化上介電層119，形成一開(kāi)口(未繪示)，后續(xù)，以 例如物理氣相沉積法沉積一導(dǎo)電層(未繪示)于上介電層119上，并填入上述 開(kāi)口以形成一上電極118，上電極118可以為TiN、 TaN或TiW,在本發(fā)明 優(yōu)選實(shí)施例中，上電極118為TiW,后續(xù)，可進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝移除 多余的導(dǎo)電層。
根據(jù)上述，本發(fā)明提供摻雜錫的相變化存儲(chǔ)器材料的蝕刻方法，可改善 此具有較快非晶態(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)速率材料的蝕刻工藝，解決過(guò)度蝕刻或殘留 的問(wèn)題。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾， 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍，當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器裝置的制造方法，包括提供基底；形成介電層于該基底上；形成摻雜錫的相變化層于該介電層上；形成圖案化掩模層于該摻雜錫的相變化層上；以該圖案化掩模層為掩模，用以氟為基礎(chǔ)且添加氯的蝕刻劑蝕刻該摻雜錫的相變化層，以圖案化該摻雜錫的相變化層；及形成電極，電連接該圖案化的相變化層。
2. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中摻雜錫的相變化層 為GexSntSbyTez。
3. 如權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該GexSntSbyTez的 Sn的添加量為5 at% 15 at%。
4. 如權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該GexSntSbyTez的 Sn的添加量為10 at%。
5. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該相變化層摻雜錫 可改變?cè)撓嘧兓瘜佑煞蔷B(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)的速度。
6. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中當(dāng)該摻雜錫的相變 化層中錫的摻雜量增加，該蝕刻劑中氯的添加量亦增加。
7. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該以氟為基礎(chǔ)的蝕 刻劑包括四氟化碳和三氟曱烷。
8. 如權(quán)利要求7所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中添加氯為添加三氯 化硼(BCIO。
9. 如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該CF4、 CHF3和 BCl3的比例為a: b: c，其中該a大體上為2~3.75， b大體上為3 5， c大體 上為1。
10. 如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該CF4、 CH&和 BCl3的比例為3.75: 5: 1。
11. 如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中該CF4的流量為 20 40 sccm,該CHF3的流量為30 50 sccm，該BC13的流量為6 10 sccm。
12. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟是在反應(yīng)室中形成等離子體，該等離子體的源功率為300W 800W。
13. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟是在反應(yīng)室中形成等離子體，該等離子體的偏壓為 80W 170W。
14. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟的溫度為40 80°C。
15. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟的壓強(qiáng)為5 mtorr 10 mtorr。
16. 如權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中蝕刻該摻雜錫的 相變化層的工藝步驟的壓強(qiáng)為6 mtorr。
17. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中當(dāng)該蝕刻劑添加氯 的量增加時(shí)，對(duì)該摻雜錫的相變化層的蝕刻速率增加。
18. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器裝置的制造方法，其中當(dāng)該蝕刻劑添加氯 的量增加時(shí)，對(duì)該摻雜錫的相變化層和該介電層的蝕刻選擇比增加。
19. 一種相變化層的蝕刻方法，包括 提供摻雜錫的相變化層；及用以氟為基礎(chǔ)且添加氯的蝕刻劑蝕刻該摻雜錫的相變化層。
20. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中該摻雜錫的相變化 層為GexSntSbyTez。
21. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中該相變化層的錫的 添加量為5 at%~ 15 at% 。
22. 如權(quán)利要求21所述的相變化層的蝕刻方法，其中該相變化層的錫的 添加量為10at%。
23. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中該相變化層摻雜錫 可改變?cè)撓嘧兓瘜佑煞蔷B(tài)轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)的速度。
24. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中當(dāng)該摻雜錫的相變 化層中錫的摻雜量增加，該蝕刻劑中氯的添加量亦增加。
25. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中該以氟為基礎(chǔ)的蝕 刻劑包括四氟化碳和三氟曱烷。
26. 如權(quán)利要求25所述的相變化層的蝕刻方法，其中添加氯為添加三氯化硼。
27. 如權(quán)利要求26所述的相變化層的蝕刻方法，其中該CF4、 CHF3和 BCb的比例為a: b: c，其中該a大體上為2~3.75， b大體上為3 5， c大體 上為1。
28. 如權(quán)利要求27所述的相變化層的蝕刻方法，其中該CF4、 CHF3和 BCb的比例為3.75: 5: 1
29. 如權(quán)利要求26所述的相變化層的蝕刻方法，其中該CF4的流量為 20~40 sccm,該CHF3的流量為30 50 sccm,該BC13的流量為6 10 sccm。
30. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟是在反應(yīng)室中形成等離子體，該等離子體的源功率為 300W 800W。
31. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟是在反應(yīng)室中形成等離子體，該等離子體的偏壓為 80W 170W。
32. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟的溫度為40 80。C
33. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中蝕刻該摻雜錫的相 變化層的工藝步驟的壓強(qiáng)為5 mtorr 10 mtorr。
34. 如權(quán)利要求19所述的相變化層的蝕刻方法，其中當(dāng)該蝕刻劑添加氯 的量增加時(shí)，對(duì)該摻雜錫的相變化層的蝕刻速率增加。
全文摘要
一種存儲(chǔ)器裝置的制造方法。首先，提供基底，形成介電層于基底上。其后，形成摻雜錫的相變化層于介電層上，形成圖案化掩模層于摻雜錫的相變化層上。接下來(lái)，以圖案化掩模層為掩模，并用以氟為基礎(chǔ)且添加氯的蝕刻劑蝕刻摻雜錫的相變化層，以圖案化摻雜錫的相變化層。然后，形成電極，電連接圖案化的相變化層。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101295764SQ20071010212
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者陳頤承 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院;力晶半導(dǎo)體股份有限公司;南亞科技股份有限公司;茂德科技股份有限公司;華邦電子股份有限公司