[发明专利]一种半导体集成电路器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体集成电路器件及其制造方法，该半导体集成电路器件在阻变层和第一电极之间增加了一层籽晶层，该籽晶层为金属材料形成的颗粒结构的成膜前状态。由于籽晶层的颗粒结构改变了阻变层的地势形态，使其呈现凹凸不平状，进而在凸起处更易形成多条导电细丝。籽晶层可利用沉积工艺，在成膜前的原子成核阶段形成颗粒结构。该颗粒结构分布较为分散，从而能促成多条导电细丝的生成，可用于实现存算一体(CIM)的忆阻器等更多应用场景。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种电阻式随机存取存储器(RRAM)及其制造方法。

背景技术

电阻式随机存取存储器的基本结构包括顶电极、阻变层和底电极。其中，阻变层多为各种氧化薄膜材料，例如过渡金属氧化物(TMO)，在外加电压的作用下，阻变层的电阻状态可在高阻态和低阻态之间进行转变，而不同阻态之间的转变主要是通过导电细丝的形成和断裂来实现的。

通常，阻变层中形成导电细丝的位置较为随机，从而导致RRAM器件转变参数的离散性较大。但在某些应用场景，例如，用于实现存算一体(Computing in Memory，CIM)的忆阻器，就特别要求导电细丝多条且分散分布以实现多阻态之间的线性转变。

因此，如何控制导电细丝的形成，使导电细丝的分布更为可控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

针对上述技术问题，本发明人创造性地提供了一种半导体集成电路器件及其制备方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种半导体集成电路器件，该半导体集成电路器件包括：阻变层；分别位于阻变层两侧的第一电极和第二电极；位于阻变层与第一电极之间且与第二电极相对的第一籽晶层，籽晶层为金属材料形成的颗粒结构的成膜前状态。

根据本发明实施例一实施方式，该半导体集成电路器件还包括：位于阻变层与第二电极之间的第二籽晶层，与第一籽晶层相对。

根据本发明实施例一实施方式，阻变层为平面结构。

根据本发明实施例一实施方式，阻变层为沟槽结构。

根据本发明实施例一实施方式，金属材料为活性金属材料。

根据本发明实施例一实施方式，活性金属材料包括Ta、Ti、Hf和Zr。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种半导体集成电路器件的制造方法，该方法包括：在衬底上形成第一电极；在第一电极之上形成第一籽晶层，籽晶层为金属材料形成的颗粒结构的成膜前状态；在籽晶层之上形成阻变层；在阻变层之上形成第二电极，使第二电极与第一籽晶层相对。

根据本发明实施例一实施方式，在籽晶层之上形成阻变层之后，该方法还包括：在阻变层之上形成第二籽晶层，使第二籽晶层与第一籽晶层相对。

根据本发明实施例一实施方式，形成第一籽晶层，包括：使用物理气相沉积工艺沉积金属材料并通过金属成核阶段形成第一籽晶层。

根据本发明实施例一实施方式，物理气相沉积工艺包括溅镀。

本发明实施例一种半导体集成电路器件及其制造方法，该半导体集成电路器件在阻变层和第一电极之间增加了一层籽晶层，该籽晶层为金属材料形成的颗粒结构的成膜前状态。由于籽晶层的颗粒结构改变了阻变层的地势形态，使其呈现凹凸不平状，进而在凸起处更易形成多条导电细丝。籽晶层可利用沉积工艺，在成膜前的原子成核阶段形成颗粒结构。由于这些颗粒结构分布较为分散，从而能促成多条导电细丝的生成，可用于实现存算一体(CIM)的忆阻器等更多应用场景。

此外，在通电形况下，由于电阻等因素可使籽晶层上的颗粒结构温度升高，更容易发生氧化反应，该氧化反应可使阻变层中的氧空缺快速形成多条导电细丝，且导电细丝可控在颗粒结构所在位置，因而使该半导体集成电路器件的性能更可控，从而实现多阻态元件的功能。