[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：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的底电极和顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的阻变层，所述阻变层具有可变电阻；位于所述底电极和顶电极之间的抓氧层，所述抓氧层位于所述阻变层之上，所述抓氧层的上轮廓为具有特定曲率的曲线，所述顶电极覆盖所述抓氧层。

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电极101、阻变层108、抓氧层110、顶电极103，具有阻变效应的阻变层108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，抓氧层抓取金属氧化物阻变材料中的氧原子后，在阻变材料中留下氧空位，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，其阻变结构是在一次性沉积完后，再经过刻蚀产生的。如图1所示，现有的阻变存储器的抓氧层110属于平面式，抓氧层110在中心位置和边缘位置的抓氧能力相同，导电丝形成的区域位置无法预测，在阻变层108的中心区域和边缘区域形成导电丝的概率相同。由于导电丝是在阻变层108中的任意位置形成，阻变存储器的阻值分布较大，阻变存储器的高阻态和低阻态之间区别不明显，造成功能失效。

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。

根据本发明的第一方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的底电极和顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的阻变层，所述阻变层具有可变电阻；位于所述底电极和顶电极之间的抓氧层，所述抓氧层位于所述阻变层之上，所述抓氧层的上轮廓为具有特定曲率的曲线，所述顶电极覆盖所述抓氧层。

在一个实施例中，所述抓氧层中心的厚度大于所述抓氧层边缘的厚度。

根据本发明的第二方面，提供了一种半导体器件的制造方法，包括：在半导体衬底上依次沉积底电极组成材料、阻变层组成材料、抓氧层组成材料；蚀刻所述抓氧层组成材料，使得抓氧层的上轮廓为具有特定曲率的曲线；在所述抓氧层上方沉积顶电极组成材料；图案化所述底电极组成材料、阻变层组成材料、抓氧层组成材料、顶电极组成材料，形成底电极、阻变层、抓氧层、顶电极。

在一个实施例中，采用各向同性刻蚀工艺对所述抓氧层组成材料进行刻蚀，使得抓氧层的上轮廓为具有特定曲率的曲线。

在一个实施例中，所述抓氧层中心的厚度大于所述抓氧层边缘的厚度。

在上述实施例中，半导体器件的抓氧层的上轮廓为具有特定曲率的曲线，抓氧层不同区域的抓氧能力也不相同，半导体器件的阻变层在抓氧能力较强的区域会形成更多的氧空位，进而导电丝也在该区域形成，从而提高了半导体器件阻值的均一性。

根据本发明的第三方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的底电极和顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的阻变层，所述阻变层中具有轮廓呈特定曲率的损伤区，所述阻变层具有可变电阻。

在一个实施例中，所述损伤区的中心的厚度大于所述损伤区的边缘的厚度。