[發明專利]一種半導體結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202010121614.0
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111403599B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 肖韓;劉毅華;黃如
• 申請（專利權）人: 杭州未名信科科技有限公司;浙江省北大信息技術高等研究院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明公開了一種半導體結構及其制備方法，包括阻變層與頂部電極，在阻變層與頂部電極之間注入硅離子形成過渡層。本發明還公開了一種氧化鉭基半導體結構的制造方法。在頂部電極和阻變層之間形成一層Ta?Si?O的過渡層，由于游離Si的存在，器件的過渡層對氧空位的抓取能力相比較底部電極與所述阻變層之間的界面層更強，氧空位更多的的集中在過渡層且不容易被激發出來，進而改善了器件的數據保持能力和開關特性。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種半導體結構及其制備方法。

背景技術

RRAM(阻變存儲器)是一種新型存儲器，在嵌入式、AI、邊緣計算等領域有很廣闊的應用前景，目前主流可量產的RRAM存儲器器件CELL單元可以分為三部分：頂部電極(TE)，底部電極(BE)以及中間的阻變層，阻變材料通常選擇過渡金屬氧化物，TE和BE電極材料的選擇則較多，如惰性金屬、過渡金屬氮化物、Cu等，然而，為了實現雙極型RRAM器件，底部電極和頂部電極需要使用不同的材料來保證上下電極界面的吸氧能力有較大的差別，通常是選擇不容易被氧化的惰性金屬如Ir、Pt等作為其中一個電極，但是惰性金屬與標準的CMOSFab不兼容。

RRAM(阻變存儲器)在剛制備完成時通常處于高電阻狀態，此時當我們對RRAMCELL器件兩端施加電壓至某個值后，在電場作用下氧離子會隨電場移動形成導電細絲而形成導電通路使得cell轉變為低電阻狀態，即為“1”而繼續對阻變存儲器單元施加反向電壓，在電場作用下氧空位形成的導電細絲斷裂，存儲器單元轉變為高電阻狀態，即為“0”。目前，RRAM(阻變存儲器)一個主要的瓶頸在于當收到外界的干擾時導電細絲的自發形成或者斷裂導致存儲器單元狀態的轉換，進而帶來存儲數據的丟失，導致存儲器耐久性能差、開關特性和存儲數據的保持能力不足。

因此如何改進CMOS兼容材料的吸氧能力，并提高存儲器耐久性、開關特性和存儲數據的保持能力是我們改進器件性能的目標。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種具備高耐久性、高數據保持力和高開關特性的半導體結構。

為了實現上述目的，本申請第一方面提供了一種半導體結構，包括：

半導體襯底；

底部電極；形成于所述半導體襯底上；

阻變層；

頂部電極，所述頂部電極形成于所述阻變層上；

過渡層，所述過渡層形成于所述阻變層與所述頂部電極之間；

所述過渡層包含Si元素。

本申請第二方面提供了一種半導體結構的制備方法，包括以下步驟：

提供半導體襯底；

形成底部電極；

于所述底部電極上形成阻變層；

于所述阻變層上形成頂部電極；

進行Si離子注入，注入深度在頂部電極和阻變層之間，形成包含Si元素的過渡層。

另外，根據本發明的上述半導體結構還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述Si元素以游離Si的形式存在于所述過渡層。

根據本發明的一個實施例，所述頂部電極的材料為TaN、TiN、Pt、Ir、Cu中的任一種；所述底部電極的材料為TaN、TiN、Pt、Ir、Cu中的任一種。

根據本發明的一個實施例，所述阻變層的材料為HfO_x、TaO_x、WO_x中的任一種。

根據本發明的一個實施例，所述x值為1.5-2.5。