一种半导体元件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体元件及其制备方法。所述半导体元件包括电阻式存储器RRAM结构单元以及形成于所述RRAM结构单元的侧壁上的保护层；所述RRAM结构单元包括由下而上依次设置的底部电极、电介质层、以及顶部电极；所述保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜。本发明专利技术提供的半导体元件通过原子层沉积法在RRAM结构单元表面交替沉积金属氧化膜和金属氮化膜，由于金属氧化膜和金属氮化膜的晶格常数、晶粒大小及结构不同，因此能够有效阻挡外部氧自由基扩散至RRAM结构单元与该RRAM结构单元的氧空位复合，从而提高了RRAM单元的电学性能。

A semiconductor element and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种半导体元件及其制备方法
本专利技术属于集成电路器件的
，尤其涉及一种半导体元件及其制备方法。
技术介绍
电阻式存储器(ResistiveRandom-AccessMemory，RRAM)是一种新型非易失型存储器，利用某些薄膜材料在外加电场的操作下能表现出不同的电阻值(高阻态HRS和低阻态LRS)，从而达到存储数据的目的。RRAM结构单元通常为三明治结构，即由上下金属电极和中间绝缘介质层构成。RRAM的优势在于结构简单、集成度高并可以集成在后道工序的金属互联某一金属层之间。在工艺过程中，由于RRAM结构单元间隙间存在氧自由基，这些氧自由基会扩散进入RRAM结构单元和氧空位复合，而RRAM结构单元中的氧空位是导电细丝形成的来源，如果有氧自由基进入会对RRAM结构单元的电学性能产生不利影响，比如耐受性和保持性。现有技术主要采用等离子体增强化学的气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)沉积二氧化硅或氮化硅(SiO2/SiN)。采用PECVD工艺沉积的薄膜作为保护层，由于PECVD沉积薄膜致密性略差且台阶覆盖性性不好，因此需沉积厚度较厚的薄膜才能达到预期的效果，但是这样一来会增大填充介质层总体的K值，使阻容延迟变大，对电路运行速率产生不利的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种半导体元件，以提高对外部自由基的阻挡效果。本专利技术提供一种半导体元件，包括电阻式存储器RRAM结构单元以及形成于所述RRAM结构单元的侧壁上的保护层；所述RRAM结构单元包括由下而上依次设置的底部电极、电介质层、以及顶部电极；所述保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜。在一可实施方式中，所述金属氧化膜和金属氮化膜逐层交替形成于所述RRAM结构单元的侧壁上。在一可实施方式中，所述金属氧化膜和所述金属氮化膜按照从内到外的顺序交替形成于所述RRAM结构单元的侧壁上。在一可实施方式中，所述金属氧化膜包括但不限于氧化铝(AlOx)膜或氧化铪(HfOx)膜。在一可实施方式中，所述金属氮化膜包括但不限于氮化铝(AlN)膜或氮化铪(HfNx)膜。在一可实施方式中，所述的半导体元件还包括：下金属通孔和上金属通孔；所述下金属通孔设置在所述RRAM结构单元的底部且与所述底部电极电连接；所述上金属通孔设置在所述RRAM结构单元的顶部且与所述顶部电极电连接。本专利技术还提供一种半导体元件的制备方法，包括如下步骤：形成RRAM结构单元；形成RRAM结构单元包括：形成底部电极；形成电介质层于所述底部电极上；形成顶部电极于所述电介质层上；形成保护层于所述RRAM结构单元的表面；其中，所述保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜。在一可实施方式中，所述形成保护层于所述RRAM结构单元的表面，包括：将金属前驱体源和氧前驱体源通过原子层沉积法沉积在所述RRAM结构单元的表面上，形成金属氧化膜；将金属前驱体源和氮前驱体源通过原子层沉积法沉积在所述金属氧化膜上，形成金属氮化膜；依次重复沉积上述金属氧化膜和金属氮化膜，直至所述RRAM结构单元的表面形成特定厚度的保护层。在一可实施方式中，所述金属前驱体源包括铝前驱体源但不限于铝前驱体源，更优选的，所述铝前驱体源包括但不限于三甲基铝(TAM)。在一可实施方式中，所述氧前驱体源包括但不限于H2O、O3或O2；所述氮前驱体源包括但不限于NH3。本专利技术实施例与现有技术相比至少具有如下有益效果：1、本专利技术实施例提供的半导体元件，由于RRAM结构单元侧壁上的保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜，金属氧化膜和金属氮化膜的晶格常数和结构不同，因此能够有效阻挡外部氧自由基扩散至RRAM结构单元并与RRAM结构单元的氧空位复合，从而提高了RRAM结构单元的电学特性。2、本专利技术实例提供的半导体元件制备方法，采用原子层沉积技术在RRAM结构表面交替沉积金属氧化膜和金属氮化膜。相较于其他沉积方法(如等离子化学气相沉积法沉积二氧化硅/氮化硅薄膜)，本实施例由于采用了原子层沉积技术，因此能够获得生长致密性高，台阶覆盖性好，以及薄膜厚度精准可控的保护膜。由于交替生长不同类型的保护膜，不同保护膜二者晶格常数不同，以及晶粒大小和结构不同，因此会在薄膜边界晶界处形成阻挡效应和增大扩散路径，有利于阻止外部氧自由基的进入。本实施例的保护层只需要生长较薄的保护膜就可以起到良好的阻挡效果。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本专利技术实施例半导体元件的结构示意图；图2是本专利技术实施例半导体元件制备方法的流程图。附图中使用的附图标记如下：10、下金属互联层，20、下金属通孔，30、RRAM结构单元，40、上金属通孔，50、上金属互联层，60、第三介电层，70、保护层，701、金属氧化膜，702、金属氮化膜，80、第二介电层，90、第一介电层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的示范性实施例做出说明，其中包括本专利技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本专利技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。如图1所示，本专利技术实施例第一方面提供一种半导体元件，包括电阻式存储RRAM结构单元30以及形成于RRAM结构单元30的侧壁上的保护层70；RRAM结构单元30包括由下而上依次设置的底部电极、电介质层、以及顶部电极；保护层70包括至少一层金属氧化膜701和至少一层金属氮化膜702。具体地，保护层70形成于底部电极、电介质层，以及顶部电极的侧壁上，保护层70用于将底部电极和顶部电极与电介质层分隔开，以便阻止氧自由基进入RRAM结构单元30影响电介质层中导电丝线的形成。金属氧化膜701和金属氮化膜702分别逐层形成于RRAM结构单元30侧壁上，本专利技术实施例对RRAM结构单元30侧壁上金属氧化膜701和金属氮化膜702的排布方式不做限定，只要在保证电路运行速率正常的同时能够有效阻挡氧自由基进入RRAM结构单元30即可。本专利技术实施例提供的半导体元件，由于金属氧化膜701和金属氮化膜702的键长和晶粒大小均不同，因此金属氧化膜701和金属氮化膜702相结合作为半导体元件的保护层70能够有效阻挡外部氧自由基扩散至RRAM结构单元30并与RRAM结构单元30的氧空位复合，从而提高了RRAM结构单元30的耐受性和保持性。在本实施例中，金属氧化膜701和金属氮化膜702逐层交替形成于RRAM结构单元30的侧壁上。具体地，金属氧化膜701和金属氮化膜702交替排布在RRAM结构单元30侧壁上；例如，当保护层70包括两层金属氧化膜701和两层金属氮化膜702本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体元件，其特征在于，包括电阻式存储器RRAM结构单元以及形成于所述RRAM结构单元的侧壁上的保护层；/n所述RRAM结构单元包括由下而上依次设置的底部电极、电介质层、以及顶部电极；/n所述保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件，其特征在于，包括电阻式存储器RRAM结构单元以及形成于所述RRAM结构单元的侧壁上的保护层；
所述RRAM结构单元包括由下而上依次设置的底部电极、电介质层、以及顶部电极；
所述保护层包括至少一层金属氧化膜和至少一层金属氮化膜。


2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述金属氧化膜和金属氮化膜逐层交替形成于所述RRAM结构单元的侧壁上。


3.根据权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，所述金属氧化膜和所述金属氮化膜按照从内到外的顺序交替形成于所述RRAM结构单元的侧壁上。


4.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述金属氧化膜包括但不限于氧化铝膜或氧化铪膜。


5.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述金属氮化膜包括但不限于氮化铝膜或氮化铪膜。


6.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，还包括：下金属通孔和上金属通孔；
所述下金属通孔设置在所述RRAM结构单元的底部且与所述底部电极电连接；所述上金属通孔设置在所述RRAM结构单元的顶部且与所述顶部电极电连接。

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【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，沈鼎瀛，康赐俊，邱泰玮，王丹云，
申请(专利权)人：厦门半导体工业技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35