半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，方法包括：对第二槽区侧壁的阻挡材料层进行原位脱溶表面处理；之后采用第一湿刻工艺去除第二槽区侧壁的阻挡材料层，且使第一槽区侧壁和底部的阻挡材料层形成阻挡层；在第二槽区中形成位于阻挡层和下电极层的顶部表面的导电覆盖层。所述方法避免形成阻挡层后第二槽区侧壁残留阻挡材料层，同时避免去除第二槽区侧壁的阻挡材料层的过程污染工艺环境。

Semiconductor device and its forming method

The invention relates to a semiconductor device and a forming method thereof, which comprises the following steps: carrying out in-situ desolvation surface treatment for the barrier material layer on the side wall of the second groove area; then using the first wet etching process to remove the barrier material layer on the side wall of the second groove area, and forming the barrier layer on the side wall and the bottom of the first groove area; forming a guide layer on the top surface of the barrier layer and the lower electrode layer in the second groove area Electrical cover. The method avoids the residual barrier material layer on the side wall of the second groove area after the barrier layer is formed, and at the same time avoids the process of removing the barrier material layer on the side wall of the second groove area polluting the process environment.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
电阻随机存取存储器(RRAM)是半导体领域的新型存储器，具有结构简单、工作电压低，高速、良好的耐久性，逐渐成为新一代非挥发性存储器的研究热点。电阻随机存取存储器利用位于上下电极间的变阻层的具有可变电阻特性的材料来存储数据。所述变阻层在通常情况下是绝缘的，当经由施加一定的电压后形成导电路径，变得具有导电性。基于非晶硅材料的变阻层的电阻随机存取存储器由于和与半导体工艺匹配而成为研究的热点。现有技术中电阻随机存取存储器的形成方法为：形成下电极；在下电极表面形成变阻层，所述变阻层的材料为非晶硅；在变阻层表面形成上电极。然而，现有技术形成的电阻随机存取存储器的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，避免形成阻挡层后第二槽区侧壁残留阻挡材料层，同时避免去除第二槽区侧壁的阻挡材料层的过程污染工艺环境。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底，所述基底上具有介质层，介质层中具有第一凹槽，第一凹槽包括第一槽区和位于第一槽区上的第二槽区；在所述第一槽区的侧部和底部、第二槽区的侧壁以及介质层上形成阻挡材料层；在第一槽区中以及介质层上形成位于阻挡材料层表面的下电极材料层，且所述下电极材料层暴露出第二槽区侧壁的阻挡材料层；去除介质层上的下电极材料层和阻挡材料层，且使第一槽区中的下电极材料层形成下电极层；形成所述下电极层后，对第二槽区侧壁的阻挡材料层进行原位脱溶表面处理；进行所述原位脱溶表面处理后，采用第一湿刻工艺去除第二槽区侧壁的阻挡材料层，且使第一槽区侧壁和底部的阻挡材料层形成阻挡层；进行所述第一湿刻工艺后，在所述第二槽区中形成导电覆盖层，所述导电覆盖层位于所述阻挡层和下电极层的顶部表面，所述导电覆盖层的材料和所述阻挡层的材料不同。可选的，所述阻挡材料层的材料中包含金属离子和非金属离子；对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的非金属离子，且使阻挡材料层表面的金属离子裸露出来。可选的，所述阻挡材料层的材料为氮化钽或者氮化铝；当所述阻挡材料层的材料为氮化钽时，对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的氮离子，且使阻挡材料层表面的钽离子裸露；当所述阻挡材料层的材料为氮化铝时，对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的氮离子，且使阻挡材料层表面的铝离子裸露。可选的，所述原位脱溶表面处理为干刻工艺，所述原位脱溶表面处理的参数包括：采用的气体包括H2，所述H2的流量为10sccm～400sccm，温度为20摄氏度～400摄氏度，源射频功率为10瓦～1000瓦，偏置功率为0瓦，腔室压强为1mtorr～100mtorr。可选的，所述原位脱溶表面处理的参数还包括：采用的气体还包括Ar，所述Ar与所述H2的摩尔数之比为0.1～0.9。可选的，所述阻挡材料层的材料为氮化钽或者氮化铝；所述第一湿刻工艺的参数包括：采用的刻蚀溶液为包含氢氟酸和过氧化氢的溶液，氢氟酸和过氧化氢的总质量百分比浓度为1％～70％。可选的，所述下电极材料层的材料为氮化钛；所述导电覆盖层的材料为氮化钛或钨。可选的，去除介质层上的下电极材料层和阻挡材料层的方法为化学机械研磨工艺。可选的，所述导电覆盖层的厚度为10埃～150埃。可选的，在所述第二槽区的底部形成所述导电覆盖层；所述半导体器件的形成方法还包括：去除高于导电覆盖层顶部表面的介质层；去除高于导电覆盖层顶部表面的介质层后，在所述介质层和导电覆盖层的表面形成变阻层；在所述变阻层上形成上电极层。可选的，形成所述导电覆盖层的方法包括：在所述第二槽区的侧壁和底部、以及介质层上形成导电覆盖材料层；去除介质层上的导电覆盖材料层；去除介质层上的导电覆盖材料层后，去除第二槽区侧壁的导电覆盖材料层，形成所述导电覆盖层。可选的，去除介质层上的导电覆盖材料层的工艺为化学机械研磨工艺；去除第二槽区侧壁的导电覆盖材料层的工艺为第二湿刻工艺。可选的，所述变阻层的材料为非晶硅；所述变阻层的厚度为30埃～50埃。可选的，所述上电极层包括位于所述变阻层上的第一上电极层和位于第一上电极层上的第二上电极层；所述第一上电极层的材料为铝，所述第二上电极层的材料为氮化钛。可选的，还包括：在形成所述上电极层之前，在所述变阻层上形成中间阻挡层；所述中间阻挡层的材料为二氧化硅或氮化硅；所述中间阻挡层的厚度为10埃～50埃。本专利技术还提供一种采用上述任意一项方法形成的半导体器件。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的半导体器件的形成方法中，去除第二槽区侧壁的阻挡材料层，在所述阻挡层和下电极层的顶部表面形成导电覆盖层，所述导电覆盖层的材料和所述阻挡层的材料不同，这样导电覆盖层能够隔离阻挡层和后续的变阻层，避免阻挡层和变阻层直接接触而引起界面特性较差的问题。由于在采用第一湿刻工艺去除第二槽区侧壁的阻挡材料层之前，对第二槽区侧壁的阻挡材料层进行了原位脱溶表面处理，而所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的非金属离子，且使阻挡材料层表面的金属离子裸露出来，因此这样在进行第一湿刻工艺的过程中，容易去除阻挡材料层，避免第二槽区侧壁残留阻挡材料层且提高了工艺效率。其次，原位脱溶表面处理仅去除了阻挡材料层表面的非金属离子，而没有刻蚀阻挡材料层表面的金属离子，因此原位脱溶表面处理避免阻挡材料层表面中金属离子给工艺腔室带来污染的问题。而第一湿刻工艺中，刻蚀溶液不是直接循环利用的，因此不存在给其它湿刻工艺带来污染的问题。附图说明图1至图4是一种半导体器件形成过程的结构示意图；图5至图14是本专利技术一实施例中半导体器件形成过程的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术形成的半导体器件的性能较差。图1至图4是一种半导体器件形成过程的结构示意图。参考图1，提供基底100，所述基底100上具有介质层110，介质层110中具有第一凹槽111，第一凹槽111包括第一槽区1111和位于第一槽区1111上的第二槽区1112。参考图2，在第一槽区1111的侧部和底部、第二槽区1112的侧壁以及介质层110上形成阻挡材料层120；在第一槽区1111中以及介质层110上形成位于阻挡材料层120表面的下电极材料层130，且所述下电极材料层130暴露出第二槽区1112侧壁的阻挡材料层120。参考图3，去除介质层110上的下电极材料层130和阻挡材料层120，且使第一槽区1111中的下电极材料层130形成下电极层131；之后，采用干刻蚀工艺去除第二槽区1112侧壁的阻挡材料层120，使第一槽区1111侧壁和底部的阻挡材料层120形成阻挡层121。参考图4，去除第二槽区1112侧壁的阻挡材料层120后，在第二槽区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：/n提供基底，所述基底上具有介质层，介质层中具有第一凹槽，第一凹槽包括第一槽区和位于第一槽区上的第二槽区；/n在所述第一槽区的侧部和底部、第二槽区的侧壁以及介质层上形成阻挡材料层；/n在第一槽区中以及介质层上形成位于阻挡材料层表面的下电极材料层，且所述下电极材料层暴露出第二槽区侧壁的阻挡材料层；/n去除介质层上的下电极材料层和阻挡材料层，且使第一槽区中的下电极材料层形成下电极层；/n形成所述下电极层后，对第二槽区侧壁的阻挡材料层进行原位脱溶表面处理；/n进行所述原位脱溶表面处理后，采用第一湿刻工艺去除第二槽区侧壁的阻挡材料层，且使第一槽区侧壁和底部的阻挡材料层形成阻挡层；/n进行所述第一湿刻工艺后，在所述第二槽区中形成导电覆盖层，所述导电覆盖层位于所述阻挡层和下电极层的顶部表面，所述导电覆盖层的材料和所述阻挡层的材料不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底上具有介质层，介质层中具有第一凹槽，第一凹槽包括第一槽区和位于第一槽区上的第二槽区；
在所述第一槽区的侧部和底部、第二槽区的侧壁以及介质层上形成阻挡材料层；
在第一槽区中以及介质层上形成位于阻挡材料层表面的下电极材料层，且所述下电极材料层暴露出第二槽区侧壁的阻挡材料层；
去除介质层上的下电极材料层和阻挡材料层，且使第一槽区中的下电极材料层形成下电极层；
形成所述下电极层后，对第二槽区侧壁的阻挡材料层进行原位脱溶表面处理；
进行所述原位脱溶表面处理后，采用第一湿刻工艺去除第二槽区侧壁的阻挡材料层，且使第一槽区侧壁和底部的阻挡材料层形成阻挡层；
进行所述第一湿刻工艺后，在所述第二槽区中形成导电覆盖层，所述导电覆盖层位于所述阻挡层和下电极层的顶部表面，所述导电覆盖层的材料和所述阻挡层的材料不同。


2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述阻挡材料层的材料中包含金属离子和非金属离子；对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的非金属离子，且使阻挡材料层表面的金属离子裸露出来。


3.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述阻挡材料层的材料为氮化钽或者氮化铝；当所述阻挡材料层的材料为氮化钽时，对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的氮离子，且使阻挡材料层表面的钽离子裸露；当所述阻挡材料层的材料为氮化铝时，对于第二槽区侧壁的阻挡材料层，所述原位脱溶表面处理去除了阻挡材料层表面的氮离子，且使阻挡材料层表面的铝离子裸露。


4.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述原位脱溶表面处理为干刻工艺，所述原位脱溶表面处理的参数包括：采用的气体包括H2，所述H2的流量为10sccm～400sccm，温度为20摄氏度～400摄氏度，源射频功率为10瓦～1000瓦，偏置功率为0瓦，腔室压强为1mtorr～100mtorr。


5.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述原位脱溶表面处理的参数还包括：采用的气体还包括Ar，所述Ar与所述H2的摩尔数之比为0.1～0.9。


6.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王士京，徐柯，何其暘，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31