[发明专利]半导体器件结构及其制作工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种半导体器件结构。本发明还涉及所述半导体器件结构的制作工艺方法。

背景技术

参见图1所示，现有的以氮化钛作为上电极的半导体器件结构，其电阻特性显示，起始电阻很小，仅有几十欧姆（图1显示仅为35欧姆），低阻态的电阻仅有200欧姆左右；变阻特性性能也不够理想，随着擦写次数的增加，高阻态的电阻明显下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种半导体器件结构，能显著提高起始电阻的阻值，并具有良好的变阻特性；为此，本发明还要涉及一种所述半导体器件的制作工艺方法。

为解决上述技术问题，本发明的半导体器件结构，包括：

一下层金属，在该下层金属的上端面依次形成的抗反射层和金属绝缘层，在所述金属绝缘层的通孔中淀积金属作为下电极，在该下电极的上端形成的金属氧化层；在所述下电极和金属氧化层与通孔的侧壁之间具有一由金属构成的阻挡层，在所述金属绝缘层和金属氧化层的上端淀积的金属铝层，该金属铝层作为上电极；最终形成由下电极、金属氧化层和金属铝层构成的金属-绝缘体-金属结构。

所述半导体器件结构的制作工艺方法，包括如下步骤：

步骤一、由下至上依次形成下层金属、抗反射层和金属绝缘层；

步骤二、在所述金属绝缘层中制作一通孔；

步骤三、在所述通孔的侧壁先淀积一层金属阻挡层，

步骤四、在所述通孔中淀积金属且完全填充通孔，将该金属作为下电极；

步骤五、将所述通孔上部的金属进行快速热氧化处理，形成金属氧化层；

步骤六、在所述金属绝缘层和金属氧化层的上端淀积金属铝层作为上电极，对该金属铝层进行快速热退火处理；最终形成金属-绝缘体-金属结构。

本发明以金属铝作为上电极，并增加了快速热退火处理，得到的电阻特性显示，起始电阻超过100千欧，比传统的以氮化钛/金属铝作为上电极的器件起始电阻提高三个数量级以上，低阻态的电阻也有将近1千欧（参见图2）。变阻特性好，随着擦写次数的增加，高阻态和低阻态的电阻值基本稳定。测试证明，在2MHz的擦写操作下可以进行10E10次的清晰擦写，变阻特性保持不变。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有器件电阻特性示意图；

图2是本发明的器件电阻特性示意图；

图3是所述半导体器件通孔制作示意图；

图4是所述半导体器件淀积阻挡层示意图；

图5是所述半导体器件淀积下电极示意图；

图6是所述半导体器件氧化下电极形成金属氧化层示意图；

图7是淀积上电极金属铝，并作快速热退火示意图。

具体实施方式

所述半导体器件的制作工艺方法，包括如下步骤：

步骤一、参见图3所示，由下至上依次形成下层金属、抗反射层和金属绝缘层。

步骤二、可以采用已知的各种工艺方法，在所述金属绝缘层中制作一通孔。

步骤三、参见图4所示，在所述通孔的侧壁淀积一层金属，作为阻挡层。所述阻挡层的金属材料包含但不限于氮化钛。

步骤四、参见图5所示，在所述通孔中淀积金属且完全填充通孔，作为下电极；下电极的金属材料包含但不限于金属钨。

步骤五、参见图6所示，采用快速热氧化（RTO）将通孔上部的金属氧化，在通孔上部形成金属氧化层。金属氧化层的厚度为进行快速热氧化时的氧化温度为400℃-550℃，氧化的气体包含但不限于纯氧或氮氧混合气。

步骤六、参见图7所示，在所述金属绝缘层和金属氧化层的上端淀积金属铝层作为上电极，并对该金属铝层进行快速热退火处理。所述上电极的厚度为淀积方式包含但不限于溅射。快速热退火处理的温度为400℃-500℃，时间为30sec-150sec，快速热退火气氛包含但不限于氮气或氩气。最终形成由下电极、金属氧化层和金属铝构成的金属-绝缘体-金属结构，其中，绝缘体为金属氧化层。

本发明具有良好的电阻转换特性，可用于阻变存储器，能够大幅减小阻变存储器的起始电流，防止电流过大烧毁器件。此外，本发明还能将阻变存储器的擦写次数提高到10E10次以上。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。