半导体器件及其制造方法技术

本公开涉及包括电阻变化层和嵌入金属离子的金属有机框架层的半导体器件及其制造方法。根据本公开的实施方式的半导体器件包括第一电极、设置在第一电极上的第一电阻变化层、设置在第一电阻变化层上的导电控制层、设置在导电控制层上的第二电阻变化层以及设置在第二电阻变化层上的第二电极。导电控制层包括金属有机框架层和嵌设在金属有机框架层中金属粒子。粒子。粒子。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2022年3月14日提交至韩国知识产权局的第10
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2022
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0031717号韩国申请的优先权，其整体通过引用并入本文。


[0003]本公开总体上涉及包括电阻变化层的半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0004]通常，电阻变化材料可以指的是当施加外部刺激(诸如热、电流、电压或光)时其电阻改变的材料。即使在移除外部刺激之后，电阻变化材料仍可以保持改变后的电阻。电阻变化存储器件利用电阻变化材料的电特性来存储信号信息。
[0005]电阻变化存储器件可以通过置位操作和复位操作在低电阻状态和高电阻状态之间切换。根据产生切换操作的因素，电阻变化存储器件可以被分类为电阻式RAM、相变RAM、磁存储器等。在它们中，电阻式存储器(电阻式RAM)可以通过在电阻变化层的两端施加电压或电流来在电阻变化层中生成或阻断低电阻电路径来实现彼此不同的电阻状态。

技术实现思路

[0006]根据本公开的实施方式的半导体器件可以包括第一电极、设置在第一电极上的第一电阻变化层、设置在第一电阻变化层上的导电控制层、设置在导电控制层上的第二电阻变化层以及设置在第二电阻变化层上的第二电极。导电控制层可以包括金属有机框架层和嵌设在金属有机框架层中的金属粒子。
[0007]公开了制造根据本公开的另一个实施方式的半导体器件的方法。在该方法中，可以提供衬底。可以在衬底上形成第一电极。可以在第一电极上形成第一电阻变化层。可以在第一电阻变化层上形成包括绝缘金属有机框架层和嵌设在金属有机框架层中的金属粒子的导电控制层。可以在导电控制层上形成第二电阻变化层。可以在第二电阻变化层上形成第二电极。
[0008]根据本公开的另一个实施方式的半导体器件可以包括设置在不同平面上的第一导电线和第二导电线以及设置在第一导电线和第二导电线交叉的区域中的柱状结构。柱状结构可以包括第一电阻变化层、导电控制层以及第二电阻变化层。导电控制层可以包括金属有机框架层和嵌设在金属有机框架层中的金属粒子。
附图说明
[0009]图1是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的剖视图。
[0010]图2是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的导电控制层的平面图。
[0011]图3是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的导电控制层的立体图。
[0012]图4是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的金属有机框架的视图。
[0013]图5A至图5C是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的操作的视图。
[0014]图6是示意地示出根据本公开的另一个实施方式的半导体器件的剖视图。
[0015]图7至图10是示意地示出根据本公开的实施方式的制造半导体器件的方法的剖视图。
[0016]图11A、图11B、图12A和图12B是示意地示出根据本公开的实施方式的形成半导体器件的导电控制层的方法的视图。
[0017]图13A是示意地示出根据本公开的另一个实施方式的半导体器件的立体图。
[0018]图13B是图13A的半导体器件的部分放大视图。
[0019]图14A是示意地示出根据本公开的另一个实施方式的半导体器件的立体图。
[0020]图14B是图14A的半导体器件的部分放大视图。
具体实施方式
[0021]在下文中，将参考附图对本公开的实施方式进行详细地描述。在附图中，为了清楚地表达每个器件的组件，放大了组件的大小(诸如组件的宽度和厚度)。在本文使用的术语可以对应于考虑它们在实施方式中的功能而选择的词语，并且术语的含义可以根据实施方式所属领域的普通技术人员而被解释得不同。如果对术语详细地进行了明确定义，术语可以根据所述定义来进行解释。除非另外定义，在本文中使用的术语(包括技术术语和科学术语)具有与实施方式所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。
[0022]另外，除非在上下文中另有明确使用，词语的单数形式的表达应当被理解为包括词语的复数形式。将理解的是，术语“包含”、“包括”或者“具有”旨在明确说明特征、数量、步骤、操作、组件、元件、部件或者其组合的存在，而不是用于排除存在或者增加一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、元件、部件或者其组合的可能性。
[0023]此外，在执行方法或制造方法中，除非在上下文中明确地描述了特定次序，构成方法的每项工艺可以按照不同于规定的顺序进行。每项工艺可以按照与陈述的顺序相同的方式执行或者可以基本同时执行。在另一个示例中，每项上述工艺的至少一部分可以按照颠倒的顺序执行。
[0024]本公开的实施方式可以提供半导体器件，每个半导体器件包括设置在第一电阻变化层和第二电阻变化层之间的导电控制层。导电控制层可以包括金属有机框架层和嵌设在金属有机框架层中的金属粒子。
[0025]通过工作电压生成在第一电阻变化层和第二电阻变化层内部的导电丝可以被控制以通过导电控制层的金属粒子。因此，可以通过控制金属粒子的大小和分布来控制导电丝的密度和分布。
[0026]根据本公开的实施方式，通过控制穿过导电控制层的导电丝的密度和分布，可以提高切换半导体器件的电阻状态所需的置位电压和复位电压的均匀性。作为结果，用于置位操作和复位操作的半导体器件的耐久性和可靠性可以被提高。
[0027]图1是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的剖视图。图2是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的导电控制层的平面图。图3是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的导电控制层的立体图。图4是示意地示出根据本公开的实施方式的半导体器件的金属有机框架的视图。
[0028]参考图1，半导体器件1可以包括第一电极110、设置在第一电极层110上的第一电阻变化层120、设置在第一电阻变化层120上的导电控制层130、设置在导电控制层130上的第二电阻变化层140以及设置在第二电阻变化层140上的第二电极150。第一电极110和第二电极150可以在第一方向(例如，图1中的z
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方向)上彼此间隔开。第一电阻变化层120和第二电阻变化层140以及导电控制层130可以设置在第一电极110和第二电极150之间。导电控制层130可以设置在第一电阻变化层120和第二电阻变化层140之间。在实施方式中，半导体器件1可以是电阻变化存储器件，在电阻变化存储器件中，第一电阻变化层120和第二电阻变化层140的电阻根据在第一电阻变化层120和第二电阻变化层140内部形成的导电丝的布置和形状而变化。
[0029]第一电极110和第二电极150中的每一个可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂的半导体、金属、导电金属氮化物、导电金属碳化物、导电金属硅化物或导电金属氧化物。例如，导电材料可以包括n型或p型掺杂硅(Si)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)、钌(Ru)、铂(Pt)、铱(I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：第一电极；第一电阻变化层，其设置在所述第一电极上；导电控制层，其设置在所述第一电阻变化层上并且包括金属有机框架层和嵌设在所述金属有机框架层中的金属粒子；第二电阻变化层，其设置在所述导电控制层上；以及第二电极，其设置在所述第二电阻变化层上。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架层具有绝缘特性。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架层包括二维结构的金属有机框架，所述二维结构的金属有机框架包括规律地布置的腔体。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架层包括至少两个金属有机框架，其中，所述至少两个金属有机框架的所述腔体被设置成彼此重叠，以及其中，所述金属粒子设置在重叠腔体的内部空间中。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述金属粒子的宽度等于或小于所述腔体的宽度。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，在所述第一电阻变化层上的所述金属粒子的高度与所述金属有机框架层的厚度实质上相同或者比它大。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属粒子包括选自以下的至少一个：钴Co、镍Ni、铜Cu、铁Fe、铂Pt、金Au、银Ag、铱Ir、钌Ru、钯Pd以及锰Mn。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属粒子规律地布置在所述金属有机框架层中。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属粒子布置在与所述第一电极或所述第二电极间隔开预定距离的平面上。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属粒子被布置成与所述第一电阻变化层和所述第二电阻变化层接触。11.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括导电丝，所述导电丝与所述金属粒子接触并且延伸通过所述第一电阻变化层和所述第二电阻变化层。12.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括设置在所述第一电阻变化层中的第一导电丝以及设置在所述第二电阻变化层中的第二导电丝，其中，所述第一导电丝和所述第二导电丝未与所述金属粒子接触。13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一电阻变化层和所述第二电阻变化层由实质上相同的材料形成。14.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：设置在所述第二电阻变化层和所述第二电极之间的另一个导电控制层和第三电阻变化层，其中，所述另一个导电控制层设置在所述第二电阻变化层上；以及其中，所述第三电阻变化层设置在所述另一个导电控制层上。15.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
提供衬底；在所述衬底上形成第一电极；在所述第一电极上形成第一电阻变化层；在所述第一电阻变化层上形成包括绝缘金属有机框架层和嵌设在所述金属有机框架层中的金属粒子的导电控制层；在所述导电控制层上形成第二电阻变化层；以及在所述第二电阻变化层上形成第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨哲，具元泰，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：