[发明专利]一种半导体结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种半导体结构及其制备方法，包括阻变层与顶部电极，在阻变层与顶部电极之间注入硅离子形成过渡层。本发明还公开了一种氧化钽基半导体结构的制造方法。在顶部电极和阻变层之间形成一层Ta‑Si‑O的过渡层，由于游离Si的存在，器件的过渡层对氧空位的抓取能力相比较底部电极与所述阻变层之间的界面层更强，氧空位更多的的集中在过渡层且不容易被激发出来，进而改善了器件的数据保持能力和开关特性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

RRAM(阻变存储器)是一种新型存储器，在嵌入式、AI、边缘计算等领域有很广阔的应用前景，目前主流可量产的RRAM存储器器件CELL单元可以分为三部分：顶部电极(TE)，底部电极(BE)以及中间的阻变层，阻变材料通常选择过渡金属氧化物，TE和BE电极材料的选择则较多，如惰性金属、过渡金属氮化物、Cu等，然而，为了实现双极型RRAM器件，底部电极和顶部电极需要使用不同的材料来保证上下电极界面的吸氧能力有较大的差别，通常是选择不容易被氧化的惰性金属如Ir、Pt等作为其中一个电极，但是惰性金属与标准的CMOSFab不兼容。

RRAM(阻变存储器)在刚制备完成时通常处于高电阻状态，此时当我们对RRAMCELL器件两端施加电压至某个值后，在电场作用下氧离子会随电场移动形成导电细丝而形成导电通路使得cell转变为低电阻状态，即为“1”而继续对阻变存储器单元施加反向电压，在电场作用下氧空位形成的导电细丝断裂，存储器单元转变为高电阻状态，即为“0”。目前，RRAM(阻变存储器)一个主要的瓶颈在于当收到外界的干扰时导电细丝的自发形成或者断裂导致存储器单元状态的转换，进而带来存储数据的丢失，导致存储器耐久性能差、开关特性和存储数据的保持能力不足。

因此如何改进CMOS兼容材料的吸氧能力，并提高存储器耐久性、开关特性和存储数据的保持能力是我们改进器件性能的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具备高耐久性、高数据保持力和高开关特性的半导体结构。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种半导体结构，包括：

半导体衬底；

底部电极；形成于所述半导体衬底上；

阻变层；

顶部电极，所述顶部电极形成于所述阻变层上；

过渡层，所述过渡层形成于所述阻变层与所述顶部电极之间；

所述过渡层包含Si元素。

本申请第二方面提供了一种半导体结构的制备方法，包括以下步骤：

提供半导体衬底；

形成底部电极；

于所述底部电极上形成阻变层；

于所述阻变层上形成顶部电极；

进行Si离子注入，注入深度在顶部电极和阻变层之间，形成包含Si元素的过渡层。

另外，根据本发明的上述半导体结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述Si元素以游离Si的形式存在于所述过渡层。

根据本发明的一个实施例，所述顶部电极的材料为TaN、TiN、Pt、Ir、Cu中的任一种；所述底部电极的材料为TaN、TiN、Pt、Ir、Cu中的任一种。

根据本发明的一个实施例，所述阻变层的材料为HfO_x、TaO_x、WO_x中的任一种。

根据本发明的一个实施例，所述x值为1.5-2.5。