[发明专利]半导体器件结构及制备方法

说明书

本发明提供一种半导体器件结构及制备方法，制备方法包括提供一半导体基底，形成第一金属层；于第一金属层内形成第一沟槽，于第一沟槽内及周围沉积第一层间介质层；形成第一氢遮挡层；于第一氢遮挡层及第一层间介质层内形第一插塞；形成由下电极层、阻变氧化层及上电极层构成的且与第一插塞相连接的叠层结构；于叠层结构上形成连续的第二氢遮挡层，形成第二层间介质层。本发明通过第一氢遮挡层及第二氢遮挡层的设计，保护了下电极层、阻变氧化层及上电极层，防止阻变氧化层受环境及制程的影响，阻止了对器件的金属层及确保晶体管特性的退火工艺对阻变氧化层所造成的影响，全面有效的防止层间介质层中停留的氢离子在器件操作过程中进行扩散。

技术领域

本发明属于半导体设计及制造技术领域，特别是涉及一种半导体存储器的器件结构及制备方法。

背景技术

许多现代电子设备具备应用于存储数据的电子存储器。电子存储器可以是易失性存储器(volatile memory)或非易失性存储器(non-volatile memory)。易失性存储器在被供电时存储数据，而非易失性存储器能够在没有电力时存储数据。电阻式随机存取存储器(Resistive random access memory，RRAM)是下一代非易失性存储器技术的一种具有前景的选择。RRAM的结构简单、所需的单元面积小、切换电压低、切换时间短。

一般，在习知电阻随机存取存储器的制造工艺，由可变电阻氧化物材料层、上电极材料层和下电极材料层所构成。而可变电阻氧化层直接影响器件性能，且容易受到工艺制程及其他部件的影响，但现有技术中的可变电阻氧化层不能得到很好的保护，同时，在器件的制备过程中，特别是形成金属铝线之后，后续工艺过程，在含退火气体(如氢气)中执行退火步骤，一方面修补金属铝线的缺陷，另一方面可以确保晶体管特性，而上述这些步骤产生大量的氢等可以损害上述电阻变氧化物材料层，另外，在各个层间介质层的形成中，也会存在大量的污染物，如氢离子，氢离子容易停留在金属间介质层，当电阻随机存取存储器的操作时，氢离子会扩散到可变电阻氧化层，进一步影响氧化层中电阻开关行为的改变，另外，大量污染物的存在严重影响工艺制程及器件性能，并最终导致存储器失效。

因此，如何提供一种半导体器件结构及制备方法，以解决现有技术中中间可变电阻层易受影响以及器件制备的退火及层间介质层形成等工艺对器件性能的影响实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体器件结构及制备方法，用于解决现有技术中中间可变电阻层易受影响以及器件制备的退火及层间介质层形成等工艺对器件性能的影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体器件结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一半导体基底，于所述半导体基底上形成第一金属层；

2)于所述第一金属层内形成若干个第一沟槽，并于所述第一沟槽内及于所述第一沟槽之间的所述第一金属层上沉积第一层间介质层；

3)于所述第一层间介质层上形成第一氢遮挡层；

4)于所述第一氢遮挡层及所述第一层间介质层内形成若干个纵向连通以显露所述第一金属层的第一通孔，并于所述第一通孔内填充第一插塞；

5)于步骤4)得到的结构上依次形成下电极材料层、中间电阻材料层及上电极材料层；

6)形成若干个叠层结构在所述第一氢遮挡层上，包括：刻蚀去除部分所述上电极材料层、所述中间电阻材料层及所述下电极材料层，以得到所述叠层结构，所述叠层结构由下电极层、阻变氧化层和上电极层构成且与所述叠层结构所述第一插塞相连接；及

7)于所述叠层结构的顶部、侧壁及在所述叠层结构之间的所述第一氢遮挡层的表面形成连续的第二氢遮挡层，并于所述第二氢遮挡层上形成第二层间介质层，其中，位于所述叠层结构之间的所述第二层间介质层的上表面高于位于所述叠层结构顶部的所述第二氢遮挡层的上表面。