[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本公开有关于一种半导体装置的形成方法，且特别有关于一种以变电阻材料形成储存单元结构的形成方法。

背景技术

半导体元件被应用在多种电子应用上，例如个人电脑、手机、数码相机、及其他电子设备。半导体元件通常依序沉积绝缘层或介电层、导电层、以及半导体材料层在半导体基板上，再以微影制程将各材料层图案化以形成电路元件及要素。

电阻随机存取存储器(resistive random-access memory,RRAM or ReRAM)是一种新的非挥发性随机存取存储器。电阻随机存取存储器以改变固态材料的电阻运作，而据信在不久的未来可用以取代快闪存储器。然而，虽然现有的电阻随机存取存储器对于原目的来说已经足够，但当元件继续缩小，其并非在各个面向皆令人满意。

发明内容

一种半导体装置，包括:基板及基板之上的储存单元结构。储存单元结构包括：第一电极层于基板之上，变电阻材料层于第一电极层之上，第二电极层于变电阻材料层之上。其中变电阻材料层包括半金属或半金属合金。

附图说明

以下将配合所附附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。

图1A-1D根据一些实施例绘示出一储存单元结构的形成方法的各阶段剖面图。

图2A-2C根据一些实施例绘示出不同操作状态下的储存单元结构剖面图。

图3A根据一些实施例绘示出写入电流脉冲的电流态势。

图3B根据一些实施例绘示出写入电流脉冲施加时，变电阻材料层的温度。

图4A根据一些实施例绘示出抹除电流脉冲的电流态势。

图4B根据一些实施例绘示出抹除电流脉冲施加时，变电阻材料层的温度。

图5根据一些实施例绘示出一储存单元结构100’的剖面图。

图6根据一些实施例绘示出一半导体装置的剖面图。

图7根据一些实施例绘示出一半导体装置的布局。

【符号说明】

100、100a、100b、100c、100’、100’’～储存单元结构

102～基板

104～第一电极层

106～介电层

108～孔洞

110、110a、110b、110c、110’、110’’～变电阻材料层

112～变电阻材料层的主要部分

114～变电阻材料层的顶部

116～第二电极层

700～半导体结构

701～纳米线场效晶体管结构

703～纳米线结构

705～栅极结构

707～栅极介电层

709～栅极电极层

711～源极结构

713～漏极结构

715～层间介电层

800～半导体结构

803～储存单元结构

805-1、805-2、805-3、805-4～位元线

816-1、816-2、816-3、816-4～字元线

D1、D2～直径

I1、I2～电流

T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8～时间

具体实施方式

以下公开许多不同的实施方法或是例子来实行本公开的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本公开。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本公开的范围。例如，在说明书中提到第一特征形成于第二特征之上，其包括第一特征与第二特征是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征与第二特征之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征与第二特征并非直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本公开，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。