电阻式随机存储器的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域技术，特别涉及一种电阻式随机存储器的形成方法。
【背景技术】
[0002]非易发性存储器具有在无电源供应时仍能保持数据信息的优点，在信息存储领域具有非常重要的地位，也是当前信息存储技术的研究热点之一。然而，当今的主流非挥发存储器闪存(flash)存在操作电压高、速度慢、耐久力差等问题。电阻式随机存储器(RRAM，Resistance Random Access Memory)已经表现出工作速度快、存储密度高、数据保持时间长、耐久力强等优点，是下一代半导体存储器强有力的候选者。
[0003]电阻式随机存储器的基本存储单元包括一个金属-绝缘体-金属(M頂，Metal-1nsulat1n-Metal)结构单元。借由电压或电流脉冲，可以使MIM结构单元的电阻在高低电阻态之间转换，以实现数据的写入和擦除。RRAM工作的关键是某些材料的电阻转变和记忆效应，在电压或电流作用下这些材料的电阻可以发送可逆的、巨大的改变。
[0004]然而，现有技术形成的电阻式随机存储器的电学性能有待提高。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种电阻式随机存储器的形成方法，解决刻蚀工艺对上电极层侧壁造成刻蚀污染的问题，从而提高电阻式随机存储器的电学性能。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种电阻式随机存储器的形成方法，包括:提供基底，所述基底内具有下电极层，所述下电极层顶部与基底表面齐平；在所述基底表面和下电极层表面形成介电材料层；在所述介电材料层表面形成上电极层；在所述上电极层表面形成硬掩膜层；图形化所述硬掩膜层，在所述硬掩膜层内形成暴露出上电极层的开口 ；以所述具有开口的硬掩膜层为掩膜，采用干法刻蚀工艺，依次刻蚀所述上电极层以及介电材料层，直至暴露出基底表面，且所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体为H2 ;去除所述具有开口的硬掩膜层。
[0007]可选的，所述上电极层的材料为Ag、W、Pt或Au中的一种或几种；所述介电材料层的材料为非晶硅或多晶硅。
[0008]可选的，采用第一干法刻蚀工艺刻蚀所述上电极层；采用第二干法刻蚀工艺刻蚀所述介电材料层；其中，第二干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度大于第一干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度。
[0009]可选的，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度为零下25摄氏度至25摄氏度；所述第二干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度25摄氏度至100摄氏度。
[0010]可选的，所述第一干法刻蚀工艺的工艺参数为:?流量为5sccm至200sccm,刻蚀腔室压强为I毫托至100毫托，刻蚀功率为100瓦至1500瓦，刻蚀腔室温度为零下25摄氏度至25摄氏度。
[0011]可选的，所述第二干法刻蚀工艺的工艺参数为:H2流量为50sccm至500sccm,刻蚀腔室压强为5毫托至100毫托，刻蚀功率为100瓦至1500瓦，刻蚀腔室温度为25摄氏度至100摄氏度。
[0012]可选的，所述硬掩膜层包括金属硬掩膜层以及位于金属硬掩膜层表面的介质硬掩膜层。
[0013]可选的，所述金属硬掩膜层包括氮化钽层以及位于氮化钽层表面的氮化钛层。
[0014]可选的，采用第四干法刻蚀工艺刻蚀所述氮化钛层，其中，第四干法刻蚀工艺的刻蚀气体为Cl2和O2 ;采用第五干法刻蚀工艺刻蚀所述氮化钽层，其中，第五干法刻蚀工艺的刻蚀气体为H2。
[0015]可选的，所述第四干法刻蚀工艺的工艺参数为=Cl2流量为lOOsccm至250sCCm，02体积含量占刻蚀气体体积含量的0.4%至0.7%，刻蚀腔室压强为10毫托至100毫托，刻蚀功率为100瓦至1000瓦。
[0016]可选的，所述第五干法刻蚀工艺的工艺参数为=H2流量为50sCCm至200sCCm，刻蚀腔室压强为10毫托至100毫托，刻蚀功率为100瓦至1500瓦，刻蚀腔室温度为O摄氏度至50摄氏度。
[0017]可选的，所述介质硬掩膜层的材料为氧化硅。
[0018]可选的，采用第三干法刻蚀工艺刻蚀所述介质硬掩膜层，第三干法刻蚀工艺的工艺参数为:刻蚀气体为H2，还向刻蚀腔室内通入N2，其中,H2流量为20sccm至1008(^111，队流量为20sccm至50sccm，刻蚀腔室压强为10毫托至100毫托，刻蚀源功率为500瓦至1000瓦。
[0019]可选的，所述基底包括衬底以及位于衬底表面的刻蚀停止层，所述下电极层包括:位于衬底内的底层金属层以及位于底层金属层表面的金属阻挡层，其中，金属阻挡层位于刻蚀停止层内，且金属阻挡层顶部与刻蚀停止层表面齐平。
[0020]可选的，所述刻蚀停止层的材料为掺碳的氮化硅、氮化硅或碳化硅。
[0021]可选的，所述底层金属层的材料为Cu、Al或W ;所述金属阻挡层的材料为Ta、T1、TaN 或 TiN。
[0022]可选的，图形化所述硬掩膜层的工艺步骤包括:在所述硬掩膜层表面形成光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光处理以及显影处理，以在所述硬掩膜层表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层，在所述硬掩膜层内形成暴露出上电极层的开口。
[0023]可选的，在所述硬掩膜层与光刻胶膜之间形成有底部抗反射涂层。
[0024]可选的，在所述光刻胶膜表面形成有顶部抗反射涂层。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0026]本发明提供的电阻式随机存储器的形成方法的技术方案中，在基底表面和下电极层表面形成介电材料层、在介电材料层表面形成上电极层、在上电极层表面形成硬掩膜层后，图形化所述硬掩膜层，在所述硬掩膜层内形成暴露出上电极层的开口 ；以所述具有开口的硬掩膜层为掩膜，采用干法刻蚀工艺依次刻蚀上电极层以及介电材料层至暴露出基底表面，且所述干法刻蚀工艺的刻蚀气体为H2。在干法刻蚀工艺过程中，上电极层的材料与H2发生化学反应以形成反应副产物，所述反应副产物在流动性的气体(如H2、气态的反应副产物)带动下离开刻蚀腔室，避免所述反应副产物附着在刻蚀后的上电极层侧壁表面，使得刻蚀后的上电极层具有洁净侧壁表面，同时避免所述反应副产物附着在介电材料层表面。
[0027]同样的，在刻蚀介电材料层的过程中，介电材料层的材料与H2发生反应形成反应副产物，所述反应副产物也将离开刻蚀腔室内，避免反应副产物附着在刻蚀后的上电极层和介电材料层侧壁表面。为此，本发明避免对刻蚀后的上电极层以及介电材料层造成刻蚀污染，使得刻蚀后的上电极层和介电材料层具有洁净侧壁表面，从而提高形成的电阻式随机存储器的电学性能。
[0028]进一步，本发明中硬掩膜层包括金属硬掩膜层以及位于金属硬掩膜层表面的介质硬掩膜层，能够提高后续刻蚀工艺的刻蚀选择性；且金属硬掩膜层包括位于上电极层表面的氮化钽层以及位于氮化钽层表面的氮化钛层，所述氮化钽层能够阻挡刻蚀氮化钛层工艺过程中的O2与上电极层相接触，避免O2氧化上电极层材料，进一步提高刻蚀后上电极层的质量。
[0029]进一步，第一干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度较低，为零下25摄氏度至25摄氏度，避免第一干法刻蚀工艺对介电材料层造成刻蚀，从而提高第一干法刻蚀工艺对上电极层和介电材料层的材料之间的刻蚀选择比，从而使得刻蚀后的第一上电极层具有良好侧壁形貌。
[0030]更进一步，第二干法刻蚀工艺的刻蚀腔室温度较高，为25摄氏度至100摄氏度，使得第二干法刻蚀工艺的刻蚀时间较短，避免第二干法刻蚀工艺对刻蚀停止层造成不必要的刻蚀，进而防止下电极层被暴露出来。
【附图说明】
[0031]图1至图11为本发明一实施例提供的电阻式随机存储器形成过程的剖面结果示意图。
【具体实施方式】
[0032]由【背景技术】可知，现有技术形成的电阻式随机存储器的电学性能有待提高。
[0033]经研究发现，现有技术在形成覆盖于介电材料层表面