一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液及其应用制造技术

本发明专利技术属于微电子工艺领域，具体涉及一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液及其应用，碱性蚀刻液质量百分组成为：10～30％的碱性溶液，0～5％的氧化剂，余量为去离子水；其中碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或TMAH溶液。本发明专利技术所提蚀刻液能够应对现在干法刻蚀过程中卤素气体对相变材料组分造成改变影响器件性能的问题，同时本配方的刻蚀溶液相较酸性刻蚀溶液所存在的刻蚀速率较快不够稳定且表面较为粗糙的问题，能得到表面粗糙度较低的刻蚀表面。将上述碱性蚀刻液应用于功能器件单元制备，利用碱性溶液的上述刻蚀效果以及金属上电极耐碱性溶液刻蚀可做硬掩模的性质，避免传统刻蚀工艺中刻蚀气体使材料表面卤化而影响器件性能的问题并降低工艺成本。器件性能的问题并降低工艺成本。器件性能的问题并降低工艺成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液及其应用


[0001]本专利技术属于微电子工艺领域，更具体地，涉及一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液及其应用。

技术介绍

[0002]相变存储器与目前的动态随机存储器(DRAM)、闪存(FLASH)相比有明显的优势，它体积小、驱动电压低、功耗小、读写速度较快，有非挥发性的同时它也与CMOS工艺兼容，因此被认为是最有可能取代Flash和DRAM而成为未来的主流存储器产品。但与此同时随着半导体工艺技术节点的不断向前推进，相变存储器的尺寸微缩对制备工艺的要求越来越高。
[0003]刻蚀是半导体工艺中十分重要的一环，在相变存储器中相变材料层刻蚀的质量对器件性能有很大的影响，例如刻蚀过程中的对材料组分的改变会对器件写入速度造成较大影响、刻蚀表面粗糙度较高会造成较大的接触电阻等，现有的相变材料干法刻蚀工艺所用的卤素气体难以避开对相变材料的组分造成影响的问题，且刻蚀成本高；目前比干法刻蚀成本低的酸性蚀刻液对相变材料组分影响很小，但目前的酸性刻蚀溶液对于相变材料层的刻蚀质量有待提高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液及其应用，其目的在于提出一种新的蚀刻液，在不影响相变材料组分的同时降低蚀刻表面粗糙度，提高相变材料层刻蚀的质量，避免待制备器件性能的改变。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，质量百分组成为：10～30％的碱性溶液，0～5％的氧化剂，余量为去离子水；
[0006]其中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或TMAH溶液。
[0007]进一步，所述氧化剂为H2O2或KMnO4中的一种。
[0008]本专利技术还提供一种基于相变材料的功能器件单元制备方法，包括：
[0009]在基底上从下至上依次制备下电极层和相变材料层；
[0010]在所述相变材料层上光刻制备电极图案；
[0011]沉积用作湿法刻蚀硬掩模的上电极材料层并剥离所述光刻时未曝光区域的金属；
[0012]采用如上所述的一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，对无硬掩模阻挡的相变材料层进行刻蚀；
[0013]沉积绝缘层，形成基于相变材料的功能器件单元。
[0014]进一步，在采用所述碱性蚀刻液进行刻蚀时，环境温度控制在10～40℃。
[0015]进一步，当待制备的功能器件单元中待刻蚀的图形尺寸达到纳米级时，采用所述碱性蚀刻液进行刻蚀的蚀刻时间为1
‑
30min。
[0016]进一步，所述上电极材料层的材料为耐所述碱性蚀刻液腐蚀的金属材料。
[0017]进一步，所述功能器件单元为相变存储单元。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0019](1)本专利技术所提出的蚀刻液，能够用以应对现在干法刻蚀过程中卤素气体对相变材料组分造成改变影响器件性能的问题，同时本配方的刻蚀溶液相较酸性刻蚀溶液所存在的刻蚀速率较快不够稳定且表面较为粗糙的问题，能得到表面粗糙度较低的刻蚀表面。
[0020](2)本专利技术利用碱性溶液对相变材料的较好刻蚀效果且金属上电极耐碱性溶液刻蚀可做硬掩模的性质，可以避免传统刻蚀工艺中刻蚀气体使材料表面卤化影响器件性能的缺点并降低工艺成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提高的湿法刻蚀过程示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的湿法刻蚀工艺流程图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的湿法刻蚀后相变薄膜原子力显微镜结果图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的湿法刻蚀后相变薄膜台阶原子力显微镜结果图。
[0025]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
[0026]1为衬底，2为下电极层，3为相变材料层，4为光刻胶，5为上电极层，6为绝缘层。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028]实施例一
[0029]一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，其质量百分组成为：10～30％的碱性溶液，0～5％的氧化剂，余量为去离子水；其中，碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或TMAH溶液(TMAH即四甲基氢氧化铵溶液)。
[0030]该实施例经分析发现，酸性刻蚀溶液因刻蚀速率较快不够稳定导致蚀刻表面较为粗糙，为获得相较现有蚀刻液更为光滑的刻蚀表面，本实施例选择反应较为温和的碱性刻蚀溶液，为保证稳定的刻蚀速率以及较高质量的刻蚀表面，将该碱性溶液浓度定为10％～30％；同时可添加一定浓度的氧化剂辅助碱性蚀刻液刻蚀，但过高浓度的氧化剂会因为加快反应速率而导致粗糙的刻蚀表面，因此可添加0～5％氧化剂，余量为去离子水。
[0031]需要说明的是，氧化剂不能与碱性溶液发生反应，所以氧化剂的选取应该避开酸性氧化剂。另外，相变材料层的材料可为Ge
‑
Sb
‑
Te系列合金、二元相变材料Sb
‑
Te合金、Ge
‑
Te合金、对每种所述合金掺杂N、O、C、S和/或金属元素后的材料中的一种或多种。
[0032]氧化剂为用于湿法刻蚀的氧化剂，优选的，上述氧化剂为H2O2或KMnO4中的一种。
[0033]综上，本实施例所提出的蚀刻液，能够用以应对现在干法刻蚀过程中卤素气体对相变材料组分造成改变影响器件性能的问题，同时本配方的刻蚀溶液相较酸性刻蚀溶液所存在的刻蚀速率较快不够稳定且表面较为粗糙的问题，能得到表面粗糙度较低的刻蚀表面。
[0034]实施例二
[0035]一种基于相变材料的功能器件单元制备方法，如图1所示，包括：
[0036]在基底上从下至上依次制备下电极层和相变材料层；在相变材料层上光刻制备电极图案；沉积用作湿法刻蚀硬掩模的上电极材料层并剥离上述光刻时未曝光区域的金属；采用如上实施例一所述的一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，对无硬掩模阻挡的相变材料层进行刻蚀；沉积绝缘层，形成基于相变材料的功能器件单元。
[0037]需要说明的是，上述光刻的方法为接触式光刻或电子束光刻。绝缘层可为氧硅或氮硅。
[0038]如图2所示，在衬底1上沉积下电极层2(金属薄膜Pt或Au或Ag等)、相变材料层3及光刻胶4；通过光刻、显影形成图形；沉积上电极层5；剥离得到需要的上电极层，同时形成湿法刻蚀过程中所需的硬掩模；对相变材料层进行湿法刻蚀；沉积绝缘层6(薄膜SiO2或Si3N4)。
[0039]本实施例充分利利用碱性刻蚀溶液进行湿法刻蚀过程中不会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，其特征在于，质量百分组成为：10～30％的碱性溶液，0～5％的氧化剂，余量为去离子水；其中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或TMAH溶液。2.根据权利要求1所述的碱性蚀刻液，其特征在于，所述氧化剂为H2O2或KMnO4中的一种。3.一种基于相变材料的功能器件单元制备方法，其特征在于，包括：在基底上从下至上依次制备下电极层和相变材料层；在所述相变材料层上光刻制备电极图案；沉积用作湿法刻蚀硬掩模的上电极材料层并剥离所述光刻时未曝光区域的金属；采用如权利要求1或2所述的一种用于湿法蚀刻相变材料的碱性蚀刻液，对无硬掩模阻挡的相变材料层进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：童浩，彭忻怡，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：