[发明专利]半导体器件和半导体器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件及半导体器件的制造方法。该半导体器件包括：位于半导体衬底上的底部电极金属层和顶部电极金属层；位于所述底部电极金属层和顶部电极金属层之间的电介质层，所述电介质层的横向宽度小于所述底部电极金属层和顶部电极金属层的横向宽度；位于所述底部电极金属层和顶部电极金属层之间的阻变层，所述阻变层覆盖所述电介质层的侧壁，所述阻变层具有可变电阻。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体器件和半导体器件的制造方法。

背景技术

阻变存储器(RRAM，Resistive Random Access Memory)作为一种新型非挥发性存储器，其具有结构简单、工作速度快、功耗低以及信息保持稳定等优点，是下一代非挥发性存储器的有力竞争者之一。

图1是现有的一种阻变存储器的结构示意图，所述阻变存储器包括由下而上依次层叠设置的底部电极金属层电极106、阻变层110以及顶部电极金属层108，具有阻变效应的阻变层110在外加电压作用下发生电阻状态(高阻态和低阻态)间的相互转换，形成“0”态和“1”态的二进制信息存储。包括金属氧化物在内的许多材料都有显著的阻变性能，阻变机理以氧空位等缺陷的聚集形成导电丝为基础，氧空位是金属氧化物阻变材料中主要的缺陷。

现有的阻变存储器，其阻变层中缺陷的随机分布，导致导电路径也随机分布，即每次开态时导电路径不同且导电丝大小不一，因此阻变存储器稳定性不足。导电丝大小的随机性将引起阻变存储器的参数波动，降低阻变存储器的可靠性，阻碍阻变存储器大规模集成和实际应用。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

本发明一个实施例的目的之一是：提供一种半导体器件的结构，能够在形成导电丝时，控制器件中导电丝的大小，进而改善导电丝的均匀性，提升器件的稳定性和可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种半导体器件，包括：

位于半导体衬底上的底部电极金属层和顶部电极金属层；

位于所述底部电极金属层和顶部电极金属层之间的电介质层，所述电介质层的横向宽度小于所述底部电极金属层和/或顶部电极金属层的横向宽度；

位于所述底部电极金属层和顶部电极金属层之间的阻变层，所述阻变层覆盖所述电介质层的侧壁，所述阻变层具有可变电阻。

在一个实施例中，所述电介质层的组成材料为二氧化硅或氮化硅。

在一个实施例中，所述阻变层覆盖所述电介质层的侧壁、所述底部电极金属层的上表面和顶部电极金属层的下表面。

在一个实施例中，所述阻变层的组成材料为氧化铝铪(HfAlO)、氧化铪(HfOx)、氧化铝(AlOx)和氧化钽(TaOx)中的一种或多种。

所述阻变层的横向宽度为形成导电丝所需的最小宽度。

根据发明的第二方面，提供了一种半导体器件的制造方法，包括：

在半导体衬底上沉积底部电极金属层材料；

在所述底部电极金属层材料之上沉积电介质层材料；

在所述电介质层材料之上沉积顶部电极金属层材料；

图案化所述底部电极金属层材料、电介质层材料、顶部电极金属层材料，形成底部电极金属层、电介质层、顶部电极金属层；

蚀刻所述电介质层，使得所述电介质层的横向宽度小于所述底部电极金属层和顶部电极金属层的横向宽度；

沉积阻变层材料，使得所述阻变层材料包覆性覆盖所述底部电极金属层和所述电介质层的侧壁和所述顶部电极金属层；