[发明专利]一种半导体器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件及其制造方法，该半导体器件的第一电极包括多种电极材料所形成的多层级平板结构，且多层级平结构中的每一层均与第二电极垂直相对，使多层级平板结构中的每一层都相当于一个下电极与上电极产生相应的电场，从而在通电时，可在阻变层内形成多条通道，并使导电细丝的形成控制在每个独立的通道内。如此，可以使导电细丝在形成时分布更为均匀；此外，在每个独立通道内形成的导电细丝可以形成多组导电细丝，进而更有利于实现多阶阻值，可应用在存算一体(CIM)的忆阻器等更多应用场景。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

现有技术中，阻变式存储器(RRAM，ResistiveRandomAccessMemory)是当前最具应用前景的下一代非易失性存储器之一，与传统浮栅闪存相比，在器件结构、速度、可缩性、三维集成潜力等方面都具有明显的优势。

RRAM的基本结构为金属-绝缘体-金属(MIM)结构，主要包括底电极、阻变层和顶电极。其中，阻变层为各种氧化薄膜材料制造而成，在外加电压、电流等电信号的作用下，可在不同电阻状态之间进行可逆的转变。而这种可逆的转变大多是通过导电细丝的形成和断裂来实现的。

导电细丝通常由氧化物自身分解出来的氧空位形成，也可能由电极引入的金属离子形成。但是，不管是哪种情况，导电细丝的形成过程都是随机的，不易控制的。尤其，对于目前常用的、由底电极、阻变层和顶电极堆叠而成的平板结构中，导电细丝的生成的随意性很大，从而导致RRAM器件转变参数的离散性大。

RRAM器件转变参数的离散性较大时，就难以应用于那些要求导电细丝的形成分布较为均匀且可以实现多阶阻值的应用场景。例如，作为用于实现存算一体(Computing inMemory，CIM)的忆阻器。

因此，如何控制导电细丝的形成方式，使导电细丝的分布更为均匀且可以实现多阶阻值，以满足更多应用场景的需要还是亟待解决的一个技术问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种半导体器件及其制造方法。

第一方面，提供一种半导体器件，该半导体器件包括：阻变层；位于阻变层两侧的第一电极和第二电极，其中，第一电极包括至少两种电极材料形成的多层级平板结构，多层级平板结构的每一层均与第二电极垂直相对。

示例性的，在第一电极上方和阻变层下方还设置有硬掩模。

示例性的，至少两种电极材料形成的多层级平板结构，包括至少两种电极材料交替堆叠形成的多层级平板结构。

示例性的，至少两种电极材料交替堆叠形成的多层级平板结构，包括Ti/TiN交替堆叠形成的多层级平板结构。

示例性的，第二电极分为两个电极，两个电极分别位于阻变层的两个外侧。

示例性的，第一电极和第二电极中均设置有热增强层。

示例性的，热增强层的材料为TaN。

第二方面，提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：获取一带有金属互联部件的衬底；在衬底上沉积至少两种电极材料形成多层级平板结构的第一电极层；对第一电极层进行图案化处理得到第一电极；在第一电极之上形成阻变层，使阻变层覆盖在第一电极的顶部和侧面；在阻变层之上形成第二电极，使多层级平板结构的每一层均与第二电极垂直相对。

示例性的，在衬底上沉积至少两种电极材料形成多层级平板结构的第一电极层，包括：在衬底上交替沉积至少两种电极材料形成多层级平板结构的第一电极层。

示例性的，在对第一电极层进行图案化处理得到第一电极的过程中，该方法还包括：在第一电极之上沉积硬掩模。