[发明专利]具有存储器结构的半导体元件

说明书

本发明公开了一种半导体元件，包括一基板和一存储器结构，该存储器结构设置于基板上。该存储器结构包括：一底电极，设置于基板上方；一势垒层，设置于底电极上；一电阻转换层，设置于底电极上且位于势垒层上方；以及一顶电极，设置于电阻转换层上，并覆盖电阻转换层。其中电阻转换层的一底表面与势垒层的一最上表面相隔开一距离。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种具有存储器结构的半导体元件，且特别是有关于一种半导体元件，其存储器结构的电阻转换层没有势垒层(barrier-freeresistance switching layer)。

背景技术

电阻式随机存取存储器(Resistive random-access memory)(RRAM或ReRAM)是一种非易失性存储器结构。电阻式存储器由于它简单的金属层-绝缘层-金属层(MIM，Metal-Insulator-Metal)结构和规模的可扩展性而深受相关技术人员的注目。目前根据使用的介电材料不同和存储器层材料的不同，从钙钛矿(perovskites)到过渡金属氧化物(transition metal oxides)到硫族(元素)化物(chalcogenides)，已有许多不同形态的ReRAM元件被提出。

电阻转换存储器结构是过渡金属氧化物存储器的示例之一，其为一群双稳态两端存储器元件(two-terminalbistable memory devices)，由于具有不同的电阻态从而实现存储数据。例如一典型的ReRAM元件包括了钨底电极、一氧化硅钨(WSixOy)记忆层、一钛/氮化钛的势垒层和一氮化钛(TiN)顶电极。存储器结构的电阻转换特性很容易受到底电极的轮廓形状与均匀度的影响，连带对具有此存储器结构的存储器元件的稳定度和电子特性造成不可忽视的影响。因此，相关技术人员无不希望可以发展和实现一个具有优异的结构轮廓与均匀度的存储器结构以增进元件的稳定度和电子特性(例如数据存储具有良好稳定度)。

发明内容

本发明有关于一种具有存储器结构的半导体元件，提出一种存储器结构，其电阻转换层没有势垒层与之接触，进而使得应用实施例的存储器结构的半导体元件的稳定度和电子特性可以有效地改善。

根据一实施例，提出一种半导体元件，包括一基板和一存储器结构，该存储器结构设置于基板上。该存储器结构包括：一底电极(bottom electrode)，设置于基板上方；一势垒层(barrier layer)，设置于底电极上；一电阻转换层(resistance switching layer)，设置于底电极上且位于势垒层上方；以及一顶电极(top electrode)，设置于电阻转换层上，并覆盖电阻转换层。其中电阻转换层的一底表面与势垒层的一最上表面(an uppermostsurface)相隔开一距离。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图详细说明如下：

附图说明

图1A-1K绘示本发明第一实施例的一半导体元件的制造方法的示意图。

图2A-2L绘示本发明第二实施例的一半导体元件的制造方法的示意图。

图3A-3L绘示本发明第二实施例的半导体元件的另一种制造方法的示意图。

图4A-4G绘示本发明第三实施例的一半导体元件的制造方法的示意图。

【符号说明】

10：基板；

11A：源极区域；

11B：漏极区域；

13：层间介电层；

130：图案化层间介电层；

121：栅极绝缘层；

123：栅极电极；