【摘 要】
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）因其具备读写速度快、存储密度高、非易失性、抗辐射以及与CMOS工艺兼容等特点,被认为是最有潜力的下一代存储器之一。然而随着PCM尺寸的不断微缩,器件制备过程中相变材料因刻蚀工艺带来的损伤问题越来越难以忽略。但目前关于相变材料刻蚀损伤问题的研究非常匮乏,这会导致器件的可靠性和一致性急剧恶化。为此,本文针对最典型的相变材料Ge2Sb2Te5（
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）因其具备读写速度快、存储密度高、非易失性、抗辐射以及与CMOS工艺兼容等特点,被认为是最有潜力的下一代存储器之一。然而随着PCM尺寸的不断微缩,器件制备过程中相变材料因刻蚀工艺带来的损伤问题越来越难以忽略。但目前关于相变材料刻蚀损伤问题的研究非常匮乏,这会导致器件的可靠性和一致性急剧恶化。为此,本文针对最典型的相变材料Ge2Sb2Te5（GST）展开刻蚀工艺研究,从刻蚀后材料的表面粗糙度、组分变化以及副产物残留等方面分析对比了不同刻蚀工艺的刻蚀效果,优化实现了GST的低损伤刻蚀。本文首先提出了基于BCl3/Ar混合气体为刻蚀气体的耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma,ICP）干法刻蚀工艺,系统地研究了气体组分、刻蚀气压、ICP功率及射频功率等对GST刻蚀效果的影响规律与机理,发现通过BCl3/Ar组分比例和ICP功率的协同设计可实现物理溅射与化学刻蚀作用的平衡,能有效抑制ICP刻蚀导致的结构损伤,获得光滑的刻蚀表面及侧壁形貌。但是,X射线光电子能谱测试发现ICP干法刻蚀工艺存在难以避免的卤化物残留与表面组分改变问题。随后,进一步探究了相变材料的湿法刻蚀工艺以解决化学损伤问题。提出了基于碱性的KOH溶液对GST材料进行湿法刻蚀的方案,发现除少量氧化物外没有其他刻蚀副产物,且刻蚀溶液对Ge、Sb、Te三种元素的刻蚀能力相近,刻蚀前后GST材料的化学计量比几乎不受影响。但是湿法刻蚀通常会带来结构损伤问题,因此本文进一步优化了反应温度与刻蚀溶液浓度,使刻蚀后材料表面比干法刻蚀更为光滑,均方根粗糙度可降低46.5%。最终优化得到了兼具低结构损伤和化学损伤的GST湿法刻蚀工艺。
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