專利名稱：半導體器件結構及其制作工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種半導體器件結構。本發(fā)明還涉及所述半導體器件結構的制作工藝方法。
背景技術：
參見圖1所示，現(xiàn)有的以氮化鈦作為上電極的半導體器件結構，其電阻特性顯示，起始電阻很小，僅有幾十歐姆(圖1顯示僅為35歐姆)，低阻態(tài)的電阻僅有200歐姆左右；變阻特性性能也不夠理想，隨著擦寫次數(shù)的增加，高阻態(tài)的電阻明顯下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種半導體器件結構，能顯著提高起始電阻的阻值，并具有良好的變阻特性；為此，本發(fā)明還要涉及一種所述半導體器件的制作工藝方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明的半導體器件結構，包括一下層金屬，在該下層金屬的上端面依次形成的抗反射層和金屬絕緣層，在所述金屬絕緣層的通孔中淀積金屬作為下電極，在該下電極的上端形成的金屬氧化層；在所述下電極和金屬氧化層與通孔的側壁之間具有一由金屬構成的阻擋層，在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積的金屬鋁層，該金屬鋁層作為上電極；最終形成由下電極、金屬氧化層和金屬鋁層構成的金屬-絕緣體-金屬結構。所述半導體器件結構的制作工藝方法，包括如下步驟步驟一、由下至上依次形成下層金屬、抗反射層和金屬絕緣層；步驟二、在所述金屬絕緣層中制作一通孔；步驟三、在所述通孔的側壁先淀積一層金屬阻擋層，步驟四、在所述通孔中淀積金屬且完全填充通孔，將該金屬作為下電極；步驟五、將所述通孔上部的金屬進行快速熱氧化處理，形成金屬氧化層；步驟六、在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積金屬鋁層作為上電極，對該金屬鋁層進行快速熱退火處理；最終形成金屬-絕緣體-金屬結構。本發(fā)明以金屬鋁作為上電極，并增加了快速熱退火處理，得到的電阻特性顯示，起始電阻超過100千歐，比傳統(tǒng)的以氮化鈦/金屬鋁作為上電極的器件起始電阻提高三個數(shù)量級以上，低阻態(tài)的電阻也有將近I千歐(參見圖2)。變阻特性好，隨著擦寫次數(shù)的增加，高阻態(tài)和低阻態(tài)的電阻值基本穩(wěn)定。測試證明，在2MHz的擦寫操作下可以進行10E10次的清晰擦寫，變阻特性保持不變。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是現(xiàn)有器件電阻特性示 意圖；圖2是本發(fā)明的器件電阻特性示意圖3是所述半導體器件通孔制作示意圖；圖4是所述半導體器件淀積阻擋層示意圖；圖5是所述半導體器件淀積下電極示意圖；圖6是所述半導體器件氧化下電極形成金屬氧化層示意圖；圖7是淀積上電極金屬鋁，并作快速熱退火示意圖。
具體實施例方式所述半導體器件的制作工藝方法，包括如下步驟步驟一、參見圖3所示，由下至上依次形成下層金屬、抗反射層和金屬絕緣層。步驟二、可以采用已知的各種工藝方法，在所述金屬絕緣層中制作一通孔。步驟三、參見圖4所示，在所述通孔的側壁淀積一層金屬，作為阻擋層。所述阻擋層的金屬材料包含但不限于氮化鈦。步驟四、參見圖5所示，在所述通孔中淀積金屬且完全填充通孔，作為下電極；下電極的金屬材料包含但不限于金屬鶴。步驟五、參見圖6所示，采用快速熱氧化(RTO)將通孔上部的金屬氧化，在通孔上部形成金屬氧化層。金屬氧化層的厚度為IOOA-10()0 A，進行快速熱氧化時的氧化溫度為400°C -550°c，氧化 的氣體包含但不限于純氧或氮氧混合氣。步驟六、參見圖7 所示，在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積金屬鋁層作
為上電極，并對該金屬鋁層進行快速熱退火處理。所述上電極的厚度為1500/\-8()00/\，淀
積方式包含但不限于派射?？焖贌嵬嘶鹛幚淼臏囟葹?00°C -500°C,時間為30sec_150sec,快速熱退火氣氛包含但不限于氮氣或氬氣。最終形成由下電極、金屬氧化層和金屬鋁構成的金屬-絕緣體-金屬結構，其中，絕緣體為金屬氧化層。本發(fā)明具有良好的電阻轉換特性，可用于阻變存儲器，能夠大幅減小阻變存儲器的起始電流，防止電流過大燒毀器件。此外，本發(fā)明還能將阻變存儲器的擦寫次數(shù)提高到10E10次以上。以上通過具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種半導體器件結構，包括一下層金屬，在該下層金屬的上端面依次形成的抗反射層和金屬絕緣層，在所述金屬絕緣層的通孔中淀積金屬作為下電極，在該下電極的上端形成的金屬氧化層；在所述下電極和金屬氧化層與通孔的側壁之間具有一由金屬構成的阻擋層，其特征在于還包括在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積的金屬鋁層，該金屬鋁層作為上電極；最終形成由下電極、金屬氧化層和金屬鋁層構成的金屬-絕緣體-金屬。
2.一種如權利要求1所述的半導體器件結構的制作工藝方法，包括如下步驟 步驟一、由下至上依次形成下層金屬、抗反射層和金屬絕緣層； 步驟二、在所述金屬絕緣層中制作一通孔； 步驟三、在所述通孔的側壁先淀積一層金屬阻擋層； 步驟四、在所述通孔中淀積金屬且完全填充通孔，將該金屬作為下電極； 步驟五、將所述通孔上部的金屬進行快速熱氧化處理，形成金屬氧化層；其特征在于，還包括 步驟六、在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積金屬鋁層作為上電極，對該金屬鋁層進行快速熱退火處理；最終形成金屬-絕緣體-金屬結構。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述阻擋層的金屬材料包含但不限于氮化鈦。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述下電極的金屬材料包含但不限于金屬鎢。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述金屬氧化層的厚度為100/\- ()00/\，進行快速熱氧化時的氧化溫度為400°C _550°C,氧化的氣體包含但不限于純氧或氮氧混合氣。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述上電極的厚度為淀積方式包含但不限于濺射；快速熱退火處理的溫度為400°C _500°C，時間為30sec-150sec，快速熱退火氣氛包含但不限于氮氣或氬氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件結構，包括一下層金屬，在該下層金屬的上端面依次形成的抗反射層和金屬絕緣層，在所述金屬絕緣層的通孔中淀積金屬作為下電極，在該下電極的上端形成的金屬氧化層；在所述下電極和金屬氧化層與通孔的側壁之間具有一由金屬構成的阻擋層，其特征在于還包括在所述金屬絕緣層和金屬氧化層的上端淀積的金屬鋁層，該金屬鋁層作為上電極；最終形成由下電極、金屬氧化層和金屬鋁層構成的金屬-絕緣體-金屬。本發(fā)明還公開了一種所述半導體器件結構的制作工藝方法。本發(fā)明能顯著提高起始電阻的阻值，并具有良好的變阻特性。
文檔編號H01L45/00GK103035837SQ20121014508
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者成鑫華, 許升高 申請人:上海華虹Nec電子有限公司