[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體集成電路器件及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010423651.7
• 申請(qǐng)日: 2020-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111640863A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱泰瑋;沈鼎瀛;王丹云;單利軍;康賜俊;劉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門(mén)半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)研發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 北京樂(lè)知新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11734
• 代理人: 周偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體集成電路器件及其制造方法。其中，在制造過(guò)程中，巧妙地利用蝕刻終止層在第一電極側(cè)面形成一階梯形狀并暴露出第一電極的側(cè)面；然后，在形成電阻轉(zhuǎn)變層時(shí)，使電阻轉(zhuǎn)變層覆蓋在第一電極的側(cè)面及上方，如此形成至少一個(gè)夾角結(jié)構(gòu)；之后，在電阻轉(zhuǎn)變層之上制備阻氧層等其他間質(zhì)層，形成第一電極和第二電極之間的阻變材料層；在阻變材料層制備完畢后，可在其上形成絕緣層并在絕緣層中位于夾角結(jié)構(gòu)上方、與第一電極相對(duì)的位置刻孔形成孔洞，并在孔洞內(nèi)制備第二電極，使第一電極和第二電極在夾角結(jié)構(gòu)處相對(duì)，以形成最大電場(chǎng)，從而控制導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)位置和方向，改善RRAM器件轉(zhuǎn)變參數(shù)的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，以電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)為工作原理的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ResistiveRandom Access Memory，RRAM)是最具應(yīng)用前景的下一代非易失性存儲(chǔ)器之一，與傳統(tǒng)浮柵閃存相比，在器件結(jié)構(gòu)、速度、可微縮性、三維集成潛力等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)為金屬-阻變材料層-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)，由上電極、阻變材料層和下電極三層組成，其中，阻變材料層中有一層是電阻轉(zhuǎn)變層。電阻轉(zhuǎn)變層為各種氧化薄膜材料，它在外加電壓、電流等電信號(hào)的作用下會(huì)在不同電阻狀態(tài)之間進(jìn)行可逆的轉(zhuǎn)變，電阻狀態(tài)通常為高、低兩種阻態(tài)，在多值存儲(chǔ)或憶阻器中則有多種電阻態(tài)。

大多數(shù)情況下，剛制備得到的RRAM器件的材料中導(dǎo)電缺陷(金屬陽(yáng)離子或氧陰離子)很少，因而通常表現(xiàn)出具有很高電阻的初始阻態(tài)(IRS)，這時(shí)若實(shí)施一個(gè)電形成(Forming)過(guò)程，即給RRAM器件施加正電壓，當(dāng)電壓增高到形成電壓(VForming)時(shí)，器件將轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)(LRS)。在此過(guò)程中，電阻轉(zhuǎn)變層產(chǎn)生了導(dǎo)電缺陷，導(dǎo)電缺陷連通形成了導(dǎo)電細(xì)絲，進(jìn)而獲得可重復(fù)的電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)。隨后給器件施加負(fù)電壓，當(dāng)電壓增大至重置電壓臨界值(VRESET)時(shí)，阻變材料層中的導(dǎo)電細(xì)絲斷裂，器件從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)(HRS)。再次施加正電壓掃描，器件從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，導(dǎo)電細(xì)絲連通。

其中，導(dǎo)電細(xì)絲可能由氧化物自身分解出來(lái)的氧空位組成，也可能由電極引入的金屬離子組成。但是，不管是哪種情況，導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)過(guò)程都是隨機(jī)的，不易控制，因此會(huì)造成RRAM器件轉(zhuǎn)變參數(shù)的離散性較大。

目前，大多研究都集中通過(guò)優(yōu)化器件的材料體系來(lái)改善RRAM器件轉(zhuǎn)變參數(shù)的均勻性，例如，優(yōu)化RRAM的功能層材料的晶格結(jié)構(gòu)；采用活性電極(如：鈦、和氮化鈦等)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的惰性電極；采用摻雜技術(shù)來(lái)改善器件的轉(zhuǎn)變特性；在電極與電阻轉(zhuǎn)變層之間增加薄層金屬等。但這種方法，一方面會(huì)限制材料的選擇范圍、增加制造成本；另一方面，替代材料能帶來(lái)的改善也非常有限。

因此，近年來(lái)越來(lái)越多的科研人員著力于研究導(dǎo)電細(xì)絲的各種形成機(jī)理，并試圖從通過(guò)控制細(xì)絲的形成過(guò)程來(lái)達(dá)到改善RRAM器件轉(zhuǎn)變參數(shù)的均勻性。

根據(jù)最新的研究成果，如果能夠增強(qiáng)電阻轉(zhuǎn)變層的局域電場(chǎng)就有可能控制導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)位置和方向，但如何增強(qiáng)功能層薄膜中的局域電場(chǎng)還是亟待解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明人對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)兩電極在夾角結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的電場(chǎng)最大，如果能設(shè)法使上電極與下電極位于某個(gè)夾角結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，就可以利用夾角結(jié)構(gòu)處較大的電場(chǎng)控制導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)位置和方向。

基于以上發(fā)明思路，本發(fā)明人創(chuàng)造性地發(fā)明了一種半導(dǎo)體集成電路器件及其制備方法，使RRAM器件的阻變材料層形成夾角結(jié)構(gòu)，并使上電極和下電極在夾角結(jié)構(gòu)處相對(duì)，以形成最大電場(chǎng)，從而控制導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)位置和方向。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，該半導(dǎo)體集成電路器件包括：阻變材料層，具有至少一個(gè)夾角結(jié)構(gòu)；第一電極和第二電極，分別位于夾角結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，第一電極和第二電極在夾角結(jié)構(gòu)處相對(duì)，以在夾角結(jié)構(gòu)處形成最大電場(chǎng)。