電阻式隨機存儲器的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域技術，特別涉及一種電阻式隨機存儲器的形成方法。
【背景技術】
[0002]非易發(fā)性存儲器具有在無電源供應時仍能保持數據信息的優(yōu)點，在信息存儲領域具有非常重要的地位，也是當前信息存儲技術的研究熱點之一。然而，當今的主流非揮發(fā)存儲器閃存(flash)存在操作電壓高、速度慢、耐久力差等問題。電阻式隨機存儲器(RRAM，Resistance Random Access Memory)已經表現出工作速度快、存儲密度高、數據保持時間長、耐久力強等優(yōu)點，是下一代半導體存儲器強有力的候選者。
[0003]電阻式隨機存儲器的基本存儲單元包括一個金屬-絕緣體-金屬(M頂，Metal-1nsulat1n-Metal)結構單元。借由電壓或電流脈沖，可以使MIM結構單元的電阻在高低電阻態(tài)之間轉換，以實現數據的寫入和擦除。RRAM工作的關鍵是某些材料的電阻轉變和記憶效應，在電壓或電流作用下這些材料的電阻可以發(fā)送可逆的、巨大的改變。
[0004]然而，現有技術形成的電阻式隨機存儲器的電學性能有待提高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種電阻式隨機存儲器的形成方法，解決刻蝕工藝對上電極層側壁造成刻蝕污染的問題，從而提高電阻式隨機存儲器的電學性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電阻式隨機存儲器的形成方法，包括:提供基底，所述基底內具有下電極層，所述下電極層頂部與基底表面齊平；在所述基底表面和下電極層表面形成介電材料層；在所述介電材料層表面形成上電極層；在所述上電極層表面形成硬掩膜層；圖形化所述硬掩膜層，在所述硬掩膜層內形成暴露出上電極層的開口 ；以所述具有開口的硬掩膜層為掩膜，采用干法刻蝕工藝，依次刻蝕所述上電極層以及介電材料層，直至暴露出基底表面，且所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為H2 ;去除所述具有開口的硬掩膜層。
[0007]可選的，所述上電極層的材料為Ag、W、Pt或Au中的一種或幾種；所述介電材料層的材料為非晶硅或多晶硅。
[0008]可選的，采用第一干法刻蝕工藝刻蝕所述上電極層；采用第二干法刻蝕工藝刻蝕所述介電材料層；其中，第二干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度大于第一干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度。
[0009]可選的，所述第一干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度為零下25攝氏度至25攝氏度；所述第二干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度25攝氏度至100攝氏度。
[0010]可選的，所述第一干法刻蝕工藝的工藝參數為:?流量為5sccm至200sccm,刻蝕腔室壓強為I毫托至100毫托，刻蝕功率為100瓦至1500瓦，刻蝕腔室溫度為零下25攝氏度至25攝氏度。
[0011]可選的，所述第二干法刻蝕工藝的工藝參數為:H2流量為50sccm至500sccm,刻蝕腔室壓強為5毫托至100毫托，刻蝕功率為100瓦至1500瓦，刻蝕腔室溫度為25攝氏度至100攝氏度。
[0012]可選的，所述硬掩膜層包括金屬硬掩膜層以及位于金屬硬掩膜層表面的介質硬掩膜層。
[0013]可選的，所述金屬硬掩膜層包括氮化鉭層以及位于氮化鉭層表面的氮化鈦層。
[0014]可選的，采用第四干法刻蝕工藝刻蝕所述氮化鈦層，其中，第四干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為Cl2和O2 ;采用第五干法刻蝕工藝刻蝕所述氮化鉭層，其中，第五干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為H2。
[0015]可選的，所述第四干法刻蝕工藝的工藝參數為=Cl2流量為lOOsccm至250sCCm，02體積含量占刻蝕氣體體積含量的0.4%至0.7%，刻蝕腔室壓強為10毫托至100毫托，刻蝕功率為100瓦至1000瓦。
[0016]可選的，所述第五干法刻蝕工藝的工藝參數為=H2流量為50sCCm至200sCCm，刻蝕腔室壓強為10毫托至100毫托，刻蝕功率為100瓦至1500瓦，刻蝕腔室溫度為O攝氏度至50攝氏度。
[0017]可選的，所述介質硬掩膜層的材料為氧化硅。
[0018]可選的，采用第三干法刻蝕工藝刻蝕所述介質硬掩膜層，第三干法刻蝕工藝的工藝參數為:刻蝕氣體為H2，還向刻蝕腔室內通入N2，其中,H2流量為20sccm至1008(^111，隊流量為20sccm至50sccm，刻蝕腔室壓強為10毫托至100毫托，刻蝕源功率為500瓦至1000瓦。
[0019]可選的，所述基底包括襯底以及位于襯底表面的刻蝕停止層，所述下電極層包括:位于襯底內的底層金屬層以及位于底層金屬層表面的金屬阻擋層，其中，金屬阻擋層位于刻蝕停止層內，且金屬阻擋層頂部與刻蝕停止層表面齊平。
[0020]可選的，所述刻蝕停止層的材料為摻碳的氮化硅、氮化硅或碳化硅。
[0021]可選的，所述底層金屬層的材料為Cu、Al或W ;所述金屬阻擋層的材料為Ta、T1、TaN 或 TiN。
[0022]可選的，圖形化所述硬掩膜層的工藝步驟包括:在所述硬掩膜層表面形成光刻膠膜；對所述光刻膠膜進行曝光處理以及顯影處理，以在所述硬掩膜層表面形成圖形化的光刻膠層；以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，在所述硬掩膜層內形成暴露出上電極層的開口。
[0023]可選的，在所述硬掩膜層與光刻膠膜之間形成有底部抗反射涂層。
[0024]可選的，在所述光刻膠膜表面形成有頂部抗反射涂層。
[0025]與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0026]本發(fā)明提供的電阻式隨機存儲器的形成方法的技術方案中，在基底表面和下電極層表面形成介電材料層、在介電材料層表面形成上電極層、在上電極層表面形成硬掩膜層后，圖形化所述硬掩膜層，在所述硬掩膜層內形成暴露出上電極層的開口 ；以所述具有開口的硬掩膜層為掩膜，采用干法刻蝕工藝依次刻蝕上電極層以及介電材料層至暴露出基底表面，且所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為H2。在干法刻蝕工藝過程中，上電極層的材料與H2發(fā)生化學反應以形成反應副產物，所述反應副產物在流動性的氣體(如H2、氣態(tài)的反應副產物)帶動下離開刻蝕腔室，避免所述反應副產物附著在刻蝕后的上電極層側壁表面，使得刻蝕后的上電極層具有潔凈側壁表面，同時避免所述反應副產物附著在介電材料層表面。
[0027]同樣的，在刻蝕介電材料層的過程中，介電材料層的材料與H2發(fā)生反應形成反應副產物，所述反應副產物也將離開刻蝕腔室內，避免反應副產物附著在刻蝕后的上電極層和介電材料層側壁表面。為此，本發(fā)明避免對刻蝕后的上電極層以及介電材料層造成刻蝕污染，使得刻蝕后的上電極層和介電材料層具有潔凈側壁表面，從而提高形成的電阻式隨機存儲器的電學性能。
[0028]進一步，本發(fā)明中硬掩膜層包括金屬硬掩膜層以及位于金屬硬掩膜層表面的介質硬掩膜層，能夠提高后續(xù)刻蝕工藝的刻蝕選擇性；且金屬硬掩膜層包括位于上電極層表面的氮化鉭層以及位于氮化鉭層表面的氮化鈦層，所述氮化鉭層能夠阻擋刻蝕氮化鈦層工藝過程中的O2與上電極層相接觸，避免O2氧化上電極層材料，進一步提高刻蝕后上電極層的質量。
[0029]進一步，第一干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度較低，為零下25攝氏度至25攝氏度，避免第一干法刻蝕工藝對介電材料層造成刻蝕，從而提高第一干法刻蝕工藝對上電極層和介電材料層的材料之間的刻蝕選擇比，從而使得刻蝕后的第一上電極層具有良好側壁形貌。
[0030]更進一步，第二干法刻蝕工藝的刻蝕腔室溫度較高，為25攝氏度至100攝氏度，使得第二干法刻蝕工藝的刻蝕時間較短，避免第二干法刻蝕工藝對刻蝕停止層造成不必要的刻蝕，進而防止下電極層被暴露出來。
【附圖說明】
[0031]圖1至圖11為本發(fā)明一實施例提供的電阻式隨機存儲器形成過程的剖面結果示意圖。
【具體實施方式】
[0032]由【背景技術】可知，現有技術形成的電阻式隨機存儲器的電學性能有待提高。
[0033]經研究發(fā)現，現有技術在形成覆蓋于介電材料層表面