半导体器件结构及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109994603A(43)申请公布日2019.07.09(21)申请号201711474287.1(22)申请日2017.12.29(71)申请人长鑫存储技术有限公司地址230601安徽省合肥市经济技术开发区翠微路6号海恒大厦630室(72)发明人唐贤贤(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)31219代理人余明伟(51)Int.Cl.H01L45/00(2006.01)H01L27/24(2006.01)权利要求书3页说明书15页附图14页(54)发明名称半导体器件结构及制备方法(57)摘要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。CN109994603ACN109994603A权利要求书1/3页1.一种半导体器件结构的制备方法，其特征在于，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)形成若干个第一沟槽于所述第一金属层内，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)形成第一氢遮挡层于所述第一层间介质层上；4)形成若干个纵向连通以显露所述第一金属层的第一通孔于所述第一氢遮挡层及所述第一层间介质层内，并于所述第一通孔内填充第一插塞；5)依次形成下电极材料层、中间电阻材料层及上电极材料层于步骤4)得到的结构上；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所构成且所述叠层结构与所述第一插塞相连接；及7)形成连续的第二氢遮挡层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，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。2.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，在步骤3)形成所述第一氢遮挡层之前还包括步骤：在含氢气的氛围中对所述第一金属层进行退火处理；利用在步骤3)形成的所述第一氢遮挡层阻挡所述退火处理过程中产生的氢对后续制程的影响。3.根据权利要求2所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，进行所述退火处理的温度介于350～450℃之间。4.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤1)与步骤2)之间还包括步骤：依次形成第一导电层及第一阻挡层于所述第一金属层表面；且步骤4)形成的所述第一通孔依次贯穿所述第一氢遮挡层、所述第一层间介质层及所述第一阻挡层且显露出所述第一导电层。5.根据权利要求4所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，所述第一导电层的材料包括钛及氮化钛中的至少一种；所述第一阻挡层的材料包括氮氧化硅。6.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤2)形成所述第一层间介质层的工艺及步骤7)形成所述第二层间介质层的工艺均包括化学气相沉积工艺，且反应气体均包括硅烷及氧气，其中，所述化学气相沉积过程中产生氢离子并停留于所述第一层间介质层及所述第二层间介质层中，所述第一氢遮挡层及所述第二氢遮挡层阻挡所述氢离子进入所述阻变氧化层。7.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，形成的所述第一沟槽将所述第一金属层隔成若干个位于相邻所述第一沟槽之间的第一金属单元，每一所述叠层结构对应连接至少一个所述第一金属单元。8.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，形成所述第一氢遮挡层的方法包括原子层沉积法及物理气相沉积法中的任意一种，所述第一氢遮挡层的厚度介于50～250nm之间；步骤7)中，形成所述第二氢遮挡层的方法包括原子层沉积法及物理气相沉积法中的任意一种，所述第二氢遮挡层的厚度介于10～150nm之间。9.根据权利要求1所述的半导体器件结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述第2CN109994603A权利要求书2/3页一氢遮挡层的材料选自氢隔离氧化物及氢隔离氮化物