半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体元件，包括基底、绝缘层、DRAM电容器与RRAM存储单元。基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区。绝缘层位于基底上，在DRAM晶胞区上具有第一开口，且在RRAM晶胞区上具有第二开口。DRAM电容器位于绝缘层的第一开口中。RRAM存储单元位于绝缘层的第二开口中。DRAM电容器的第一电极的尺寸大于RRAM存储单元的第二电极的尺寸。RRAM与DRAM可以制作在同一个芯片上，且在芯片上的高度大致相同，不需要通过后续的金属内连线工艺再额外形成RRAM。

【技术实现步骤摘要】
半导体元件及其制造方法
本专利技术是有关于一种整合电阻式随机存取存储器(RRAM)与动态随机存取存储器(DRAM)的半导体元件及其制造方法。
技术介绍
目前的存储器可分为两大类型。其中一种类型的存储器称为工作存储器，其可以快速读取与写入且具有很好的耐久性(endurance)，这一类型的存储器例如是静态随机存取存储器(SRAM)以及动态随机存取存储器(DRAM)。另一种类型的存储器具有非挥发特性，所存入的数据在断电后也不会消失，这一类型的存储元件例如是闪存存储器。对于高密度存储器的应用，以动态随机存取存储器来做为操作存储器是最佳的选择。然而，由于其工艺较为复杂，因此将动态随机存取记忆以及闪存存储器整合一个芯片的工艺的成本非常高。电阻式随机存取存储器（resistiverandomaccessmemory，RRAM）是目前积极发展的一种下一世代非易失性存储器。电阻式随机存取存储器是一种简单的金属-绝缘-金属(MIM)结构，可以通过额外的两个罩幕步骤整合到后段的金属工艺。然而，这种方式所形成的电阻式随机存取存储器，可能会因为金属内连线的间距过大，而导致存储单元尺寸增加的问题，并且还会增加额外的工艺成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种半导体元件，可以通过简单的工艺将电阻式随机存取存储器与动态随机存取存储器整合在单一个芯片上。本专利技术提出一种半导体元件，可以提升将电阻式随机存取存储器与动态随机存取存储器整合在单一个芯片上的电阻式随机存取存储器的切换特性。本专利技术提出一种半导体元件的制造方法，可以整合电阻式随机存取存储器与动态随机存取存储器的工艺，且不会增加过多的工艺成本。本专利技术提出一种RRAM存储单元，其具有小于动态随机存取存储器的尺寸。本专利技术提出一种RRAM存储单元的制造方法，其可以与动态随机存取存储器的工艺整合。本专利技术提出一种半导体元件，包括基底、绝缘层、DRAM电容器与RRAM存储单元。基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区。绝缘层位于基底上，在DRAM晶胞区上具有第一开口，且在RRAM晶胞区上具有第二开口。DRAM电容器位于DRAM晶胞区上的绝缘层的第一开口中。RRAM存储单元位于RRAM晶胞区上的绝缘层的第二开口中。DRAM电容器的第一电极的尺寸大于RRAM存储单元的第二电极的尺寸。本专利技术提出一种半导体元件的制造方法，包括提供基底。基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区。于基底上形成绝缘层，覆盖DRAM晶胞区与RRAM晶胞区。在上述DRAM晶胞区上的绝缘层中形成第一开口，且在RRAM晶胞区上的绝缘层中形成第二开口。于第一开口的底部与侧壁形成第一电极。于第二开口中形成第二电极。上述第二电极的尺寸小于第一电极的尺寸，且第二电极覆盖第二开口的底部以及第一部分侧壁，裸露第二开口的第二部分侧壁。于DRAM晶胞区的第一开口中的第一电极以及绝缘层上形成第一介电层。于RRAM晶胞区的第二电极以及第二开口的第二部分侧壁以及绝缘层上形成第二介电层。于第一介电层上形成第三电极。于第二介电层上形成第四电极。第一电极、第一介电层与第三电极组成DRAM电容器，而第二电极、第二介电层以及第四电极组成RRAM存储单元。依据本专利技术一实施例所述，上述形成第一电极与形成第二电极的步骤包括在上述基底上形成电极材料层，覆盖上述DRAM晶胞区与上述RRAM晶胞区的上述绝缘层以及上述第一开口以及上述第二开口的侧壁与底部。于上述基底上形成牺牲层，覆盖上述DRAM晶胞区与上述RRAM晶胞区的上述电极材料层，并填满上述第一开口与上述第二开口。移除上述DRAM晶胞区与上述RRAM晶胞区的上述绝缘层上的上述牺牲层与上述电极材料层，裸露出上述绝缘层的表面。在上述基底上形成罩幕层，覆盖上述DRAM晶胞区。以上述罩幕层为罩幕，移除上述第二开口中的部分牺牲层，使上述第二开口中的上述牺牲层的高度低于上述第一开口中的上述牺牲层的高度。以上述罩幕层以及上述牺牲层为罩幕，回蚀刻上述第二开口中的上述电极材料层，留在上述第二开口中的上述电极材料层形成上述第二电极，留在上述第一开口中的上述电极材料层形成上述第一电极。移除上述罩幕层。移除上述牺牲层，裸露出上述第一电极以及上述第二电极与上述第二开口的上述第二部分侧壁。本专利技术的半导体元件与制造方法将电阻式随机存取存储器与动态随机存取存储器整合在单一个芯片上。本专利技术的半导体元件，可以提升将电阻式随机存取存储器与动态随机存取存储器整合在单一个芯片上的电阻式随机存取存储器的切换特性。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1A至图1E为依据本专利技术一实施例的一种半导体元件的制造方法的剖面图。图2A至图2F是依据本专利技术另一实施例的一种半导体元件的制造方法的剖面图。其中，附图标记说明如下：10：基底12：DRAM晶胞区14：RRAM晶胞区16、22：绝缘层18、20：插塞24、26：开口26a、26b：部分侧壁28：电极材料层30、30a、30b、60：牺牲层32、48、62、68：罩幕层34、36、44、46：电极38、58、64：介电层54、74：DRAM电容器56、76：RRAM存储单元66：金属层具体实施方式本专利技术将DRAM电容器的底电极的尺寸缩小来制作RRAM存储单元的底电极，因此，本专利技术可以将RRAM与DRAM的工艺整合，利用简易的工艺将RRAM与DRAM制作在同一个芯片上。以下举两个实施例来说明，然本专利技术并不以此为限。图1A至图1E为依据本专利技术一实施例的一种半导体元件的制造方法的剖面图。请参照图1A，提供基底10，此基底10包括DRAM晶胞区12与RRAM晶胞区14。基底10的材料可以是半导体或是半导体化合物，例如是硅或是硅化锗。基底10也可以是绝缘层上有硅(SOI)。基底10上可以是已形成各种元件，例如是金氧半晶体管、二极管或电容等(但并不以此为限)，于图式中并未将这些元件绘示出来。在基底10上形成绝缘层16。绝缘层16的材料例如是氮化硅，形成的方法例如是化学气相沉积法，厚度例如是30nm至60nm。接着，在DRAM晶胞区12的绝缘层16中形成插塞18，并在RRAM晶胞区14的绝缘层16中形成插塞20。插塞18与插塞20可分别与绝缘层16下方的另一导体层电性连接。在一实施例中，所述另一导体层可以为基底10中的掺杂区（未绘示）。在另一实施例中，所述另一导体层也可以为基底100上的多晶硅栅极或金属层（未绘示）。插塞18与插塞20的形成方法例如是分别在DRAM晶胞区12与RRAM晶胞区14的绝缘层16中形成插塞开口，然后形成导体层（未绘示），此导体层覆盖于绝缘层16上并且填入于插塞开口中，之后再经由化学机械研磨工艺或回蚀刻工艺移除绝缘层16上的导体层。导体层的材料例如是钨或氧化钛。其后，在基底10上形成绝缘层22。绝缘层22的材料与绝缘层16不同，例如是氧化硅，形成的方法例如是化学气相沉积法，厚度例如是1000nm至1600nm。接着，请参照图1B，利用微影与蚀刻工艺，在DRAM晶胞区12的绝缘层22中形成开口24，并在RRAM晶胞区14的绝缘层22中形成开口26。开口24裸露出插塞18；开口26裸露出插塞20。之后，在基底10上形成电极材料层28。电极材料层28覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，其特征在于包括：基底，所述基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区；绝缘层，位于所述基底上，在所述DRAM晶胞区上具有第一开口，且在所述RRAM晶胞区上具有第二开口；DRAM电容器，位于所述DRAM晶胞区上的所述绝缘层的所述第一开口中；以及RRAM存储单元，位于所述RRAM晶胞区上的所述绝缘层的所述第二开口中，其中所述DRAM电容器的第一电极的尺寸大于所述RRAM存储单元的第二电极的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件，其特征在于包括：基底，所述基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区；绝缘层，位于所述基底上，在所述DRAM晶胞区上具有第一开口，且在所述RRAM晶胞区上具有第二开口；DRAM电容器，位于所述DRAM晶胞区上的所述绝缘层的所述第一开口中，且所述DRAM电容器包括第一电极，仅位于所述第一开口中；以及RRAM存储单元，位于所述RRAM晶胞区上的所述绝缘层的所述第二开口中，且所述DRAM电容器包括第二电极，仅位于所述第二开口中，其中所述DRAM电容器的所述第一电极的尺寸大于所述RRAM存储单元的所述第二电极的尺寸。2.如权利要求1所述的半导体元件，其中所述DRAM电容器包括：所述第一电极，位于所述第一开口的底部与侧壁；第一介电层，覆盖所述第一开口中的所述第一电极上，并延伸覆盖于所述绝缘层上；以及第三电极，覆盖于所述第一介电层上；以及所述RRAM存储单元包括：所述第二电极，位于所述第二开口的底部，并延伸覆盖至所述第二开口的第一部分侧壁，裸露所述第二开口的一第二部分侧壁；第二介电层，覆盖所述第二电极上，并延伸覆盖于所述第二开口的所述第二部分侧壁以及所述绝缘层上；以及第四电极，覆盖于所述第二介电层上。3.如权利要求2所述的半导体元件，其中所述第一介电层与所述第二介电层的材料相同。4.如权利要求2所述的半导体元件，其中所述第一介电层与所述第二介电层的材料不同。5.如权利要求4所述的半导体元件，其中所述第二介电层的材料包括可变电阻材料。6.如权利要求4所述的半导体元件，还包括金属层，位于所述第二介电层与所述第四电极之间。7.一种半导体元件的制造方法，其特征在于包括：提供一基底，所述基底包括DRAM晶胞区与RRAM晶胞区；于所述基底上形成一绝缘层，覆盖所述DRAM晶胞区与所述RRAM晶胞区；在所述DRAM晶胞区上的所述绝缘层中形成第一开口，且在所述RRAM晶胞区上的所述绝缘层中形成第二开口；于所述第一开口的底部与侧壁形成第一电极；于所述第二开口中形成第二电极，所述第二电极的尺寸小于第一电极的尺寸，且所述第二电极覆盖所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦佑钧，张文岳，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71