半导体结构及其形成方法技术

本申请提供半导体结构及其形成方法，所述半导体结构包括：衬底，所述衬底包括存储区和非存储区；第一阻挡层，位于所述衬底表面；第二阻挡层，位于所述第一阻挡层表面；第一电极层，贯穿存储区的所述第一阻挡层和所述第二阻挡层；阻变层，位于所述第一电极层表面并延伸至存储区的部分所述第二阻挡层表面；第二电极层，位于所述阻变层表面；侧墙，所述侧墙覆盖所述阻变层侧壁和所述第二电极层侧壁且位于存储区的所述第二阻挡层上。形成侧墙的氮化硅层与所述第二阻挡层的刻蚀选择比较高，可以在保证所述第二阻挡层厚度稳定的情况下对氮化硅层进行刻蚀。层进行刻蚀。层进行刻蚀。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]电阻式随机存取存储器(Resistance Random Access Memory，RRAM)是新兴的下一代非易失性存储设备。RRAM单元使用电阻值而非电荷来存储数据。RRAM单元通过使通常绝缘的可变电阻介电材料在被施加足够高的电压后形成的细丝或导电路径导通来工作，所述的可变电阻介电材料被设置在顶部电极层和底部电极成之间，可以被称为阻变层。特别地，每个RRAM单元都包括阻变层，该阻变层的电阻可以被调整为代表逻辑
″0″
或逻辑
″1″
。
[0003]在RRAM单元的形成过程中，为了防止在热处理中自由氧从介质层扩散到阻变层，从而影响细丝的特性，通常需要为阻变层或RRAM单元增加侧墙(Spacer)。在现有技术中，侧墙通过沉积和刻蚀氮化硅层而得到。然而，由于氮化硅层与其下方的阻挡层的刻蚀选择比较低，故难以在保证阻挡层厚度稳定的情况下对氮化硅层进行刻蚀。
[0004]因此，有必要开发一种与标准CMOS工艺兼容的形成RRAM单元侧墙的方法，可以在保证阻挡层厚度稳定的情况下对氮化硅层进行刻蚀。

技术实现思路

[0005]针对目前形成RRAM单元侧墙时难以在保证阻挡层厚度稳定的情况下对氮化硅层进行刻蚀的问题，本申请提供一种半导体结构及其形成方法，在原来的第一阻挡层表面形成第二阻挡层，氮化硅层与所述第二阻挡层的刻蚀选择比较高，可以在保证所述第二阻挡层厚度稳定的情况下对氮化硅层进行刻蚀。
[0006]本申请的一个方面提供一种半导体结构，包括：衬底，所述衬底包括存储区和非存储区；第一阻挡层，位于所述衬底表面；第二阻挡层，位于所述第一阻挡层表面；第一电极层，贯穿存储区的所述第一阻挡层和所述第二阻挡层；阻变层，位于所述第一电极层表面并延伸至存储区的部分所述第二阻挡层表面；第二电极层，位于所述阻变层表面；侧墙，所述侧墙覆盖所述阻变层侧壁和所述第二电极层侧壁且位于存储区的所述第二阻挡层上。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述衬底包括：第一介质层；第一金属层，位于存储区的第一介质层内并与所述第一电极层接触；所述第一阻挡层还位于所述第一介质层表面和部分第一金属层的表面。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：位于第二电极层表面的掩模保护层，所述掩模保护层的材料和所述第二阻挡层的材料不同；所述侧墙还位于掩模保护层的侧壁。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括：第二介质层，覆盖所述第二阻挡层、所述侧墙和所述掩膜保护层；第二金属层，贯穿所述第二电极层上的第二介质层和所述掩膜保护层，并与所述第二电极层电接触。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述掩模保护层的材料包括氮化硅。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述第一阻挡层的材料包括掺氮的碳化硅。
[0012]在本申请的一些实施例中，所述第二阻挡层的材料为氧化硅，所述侧墙的材料为氮化硅。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述第一阻挡层的厚度为200埃至600埃，所述第二阻挡层的厚度约为150埃至250埃。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述衬底的非存储区中具有第三金属层；所述第一阻挡层还位于第三金属层表面；所述半导体结构还包括：贯穿非存储区上第一阻挡层和第二阻挡层的插塞；位于插塞顶部的第四金属层。
[0015]在本申请的一些实施例中，位于阻变层底部的第二阻挡层的厚度大于位于侧墙底部的第二阻挡层的厚度，且大于非存储区上的第二阻挡层的厚度；所述侧墙还延伸至阻变层底部的第二阻挡层的侧部表面。
[0016]本申请的另一个方面还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括存储区和非存储区；在所述衬底的存储区和非存储区表面依次形成第一阻挡层和位于第一阻挡层上的第二阻挡层；在存储区的上形成贯穿所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的第一电极层；形成第一电极层之后，形成阻变层和位于阻变层表面的第二电极层，所述阻变层位于第一电极层表面且延伸至存储区的部分所述第二阻挡层表面；形成第二阻挡层之后，在所述阻变层侧壁和所述第二电极层侧壁掩膜保护层侧壁形成侧墙。
[0017]在本申请的一些实施例中，形成所述侧墙的方法包括：在所述阻变层的侧壁和第二电极层的侧壁、第二阻挡层的表面、以及所述第二电极层上形成侧墙材料层；回刻蚀所述侧墙材料层直至暴露出第二阻挡层的表面，形成所述侧墙。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述衬底包括：第一介质层；第一金属层，位于存储区的第一介质层；形成所述第一阻挡层之后，且在形成第一电极层之前，所述第一阻挡层还位于所述第一介质层表面和部分第一金属层的表面。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：在形成所述侧墙之前，还形成位于所述第二电极层顶部表面的掩模保护层，所述掩模保护层的材料和所述第二阻挡层的材料不同；形成所述侧墙之后，所述侧墙还覆盖所述掩模保护层的侧壁；在所述第二阻挡层表面、所述侧墙表面和所述掩膜保护层表面形成第二介质层；形成贯穿所述第二介质层和所述掩膜保护层的第二金属层。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述掩模保护层的材料包括氮化硅。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述第一阻挡层的材料包括掺氮的碳化硅。
[0022]在本申请的一些实施例中，所述第二阻挡层的材料包括氧化硅，所述侧墙的材料包括氮化硅。
[0023]在本申请的一些实施例中，所述第二阻挡层的形成工艺为TEOS沉积法。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述第一阻挡层的厚度为200埃至600埃，所述第二阻挡层的厚度约为150埃至250埃。
[0025]本申请所述的半导体结构及其形成方法，在第一阻挡层表面形成第二阻挡层，在形成侧墙的过程中，侧墙的材料可以与所述第二阻挡层的刻蚀选择比较高，从而避免对第一阻挡层的刻蚀损耗，且对第一阻挡层的刻蚀损耗较小。此外，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度之和可以被设计为等于非RRAM逻辑单元中的阻挡层的预设厚度，其材料也与
非RRAM逻辑单元中阻挡层的材料对应相同，故而无需对非RRAM逻辑单元的形成工艺进行适应性调整。
附图说明
[0026]以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的专利技术意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
[0027]图1为根据本申请的一些实施例所提供的半导体结构的形成方法的流程图；
[0028]图2至图12为根据本申请的一些实施例所提供的半导体结构的形成方法中各步骤的结构示意图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括存储区和非存储区；第一阻挡层，位于所述衬底表面；第二阻挡层，位于所述第一阻挡层表面；第一电极层，贯穿存储区的所述第一阻挡层和所述第二阻挡层；阻变层，位于所述第一电极层表面并延伸至存储区的部分所述第二阻挡层表面；第二电极层，位于所述阻变层表面；侧墙，所述侧墙覆盖所述阻变层侧壁和所述第二电极层侧壁且位于存储区的所述第二阻挡层上。2.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述衬底包括：第一介质层；第一金属层，位于存储区的第一介质层内并与所述第一电极层接触；所述第一阻挡层还位于所述第一介质层表面和部分第一金属层的表面。3.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，还包括：位于第二电极层表面的掩模保护层，所述掩模保护层的材料和所述第二阻挡层的材料不同；所述侧墙还位于掩模保护层的侧壁。4.如权利要求3所述半导体结构，其特征在于，还包括：第二介质层，覆盖所述第二阻挡层、所述侧墙和所述掩膜保护层；第二金属层，贯穿所述第二电极层上的第二介质层和所述掩膜保护层，并与所述第二电极层电接触。5.如权利要求3所述半导体结构，其特征在于，所述掩模保护层的材料包括氮化硅。6.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括掺氮的碳化硅。7.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述第二阻挡层的材料为氧化硅，所述侧墙的材料为氮化硅。8.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为200埃至600埃，所述第二阻挡层的厚度约为150埃至250埃。9.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述衬底的非存储区中具有第三金属层；所述第一阻挡层还位于第三金属层表面；所述半导体结构还包括：贯穿非存储区上第一阻挡层和第二阻挡层的插塞；位于插塞顶部的第四金属层。10.如权利要求1所述半导体结构，其特征在于，位于阻变层底部的第二阻挡层的厚度大于位于侧墙底部的第二阻挡层的厚度，且大于非存储区上的第二阻挡层的厚度；所述侧墙还延伸至阻变层底部的第二阻挡层的侧部表面。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡巧明，张烨，王哲，
申请(专利权)人：中芯北方集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：