[发明专利]半导体结构及其制作方法

说明书

本发明公开一种半导体结构及其制作方法。该半导体结构包含有一基底，该基底上定义有一存储器区以及一晶体管区，一绝缘层位于该基底上，一2D材料层，位于该绝缘层上，且同时位于该存储器区以及该晶体管区内，其中该晶体管区内的部分该2D材料层为一晶体管结构的一通道区，其中该晶体管结构位于该晶体管区内的该通道区上，以及一电阻式随机存取存储器(RRAM)位于该存储器区内，该RRAM包含一下电极层、一电阻转换层与一上电极层依序位于该2D材料层上并电连接于该通道区。

技术领域

本发明涉及一半导体元件，特别是涉及一种包含2D材料层的晶体管与一电阻式随机存取存储器的结构及其制作方法。

背景技术

电阻式随机存取存储器(Resistive random access memory,RRAM)具有简单结构、低工作电压、高运作速度、良好耐久性且与CMOS制作工艺相容等优点。RRAM是可替代传统的闪存存储器的最有前景的替代物，以达到缩小元件尺寸目的。RRAM正在诸如光盘和非挥发性存储器阵列的各种元件中被广泛应用。

RRAM单元将数据存储在能够被引发相变的材料层内。在所有或部分的层内，材料可以引发相变，并在高电阻状态和低电阻状态之间互相切换。不同的电阻状态被侦测后，可以表示为0或1。在典型的RRAM单元中，数据存储层包括非晶金属氧化物，在施加足够的电压后，电压可形成跨越过数据存储层的金属桥，也就形成低电阻状态。接着，可以通过施加高电流密度的脉冲或以其他方式，以分解或融化所有或部分的金属结构，使金属桥断裂，并且恢复高电阻状态。然后当数据存储层迅速冷却后，将再次从高电阻状态转变成低电阻状态。

发明内容

本发明提供一种半导体结构，包含有一基底，该基底上定义有一存储器区以及一晶体管区，一绝缘层位于该基底上，一2D材料层，位于该绝缘层上，且同时位于该存储器区以及该晶体管区内，其中该晶体管区内的部分该2D材料层为一晶体管结构的一通道区，其中该晶体管结构位于该晶体管区内的该通道区上，以及一电阻式随机存取存储器(RRAM)位于该存储器区内，该RRAM包含一下电极层、一电阻转换层与一上电极层依序位于该2D材料层上并电连接于该通道区。

本发明另提供一种半导体结构的制作方法，首先，提供一基底，该基底上定义有一存储器区以及一晶体管区，接着形成一绝缘层于该基底上，并形成一2D材料层于该绝缘层上，该2D材料层同时位于该存储器区以及该晶体管区内，其中该晶体管区内的部分该2D材料层为一通道区，然后形成一晶体管结构于该晶体管区内的该通道区上，以及形成一电阻式随机存取存储器(RRAM)于该存储器区内，该RRAM包含一下电极层、一电阻转换层与一上电极层，依序位于该2D材料层上并电连接于该通道区。

本发明的其中一特征在于，形成一2D材料层位于绝缘层上，接下来分别形成RRAM与晶体管结构位于2D材料层上。如此一来，2D材料层可作为晶体管结构的通道区，同时也可电连接至RRAM，作为连接两者的连接件。同时，2D材料层具有传导速度快、能耗低等优点，可以同时提升RRAM与晶体管结构的效能。另外，本发明中在RRAM与晶体管结构的制作过程中，有数层材料层可以同时制作，例如RRAM的电阻转换层与晶体管结构中的高介电常数层是由一材料层同时制作，RRAM的上电极与晶体管结构中的阻障层也同时由另一材料层制作，因此可以节省制作工艺步骤，提高制作工艺的效率。

附图说明

图1为本发明一优选实施例制作的半导体结构上视示意图；

图2为图1中沿着剖面线A-A’与剖面线B-B’所得的剖面结构示意图；

图3为延续图1的结构所制作的半导体结构上视示意图；

图4为图3中沿着剖面线A-A’与剖面线B-B’所得的剖面结构示意图；

图5为延续图4的结构所制作的半导体结构剖面示意图；

图6为延续图5的结构所制作的半导体结构上视示意图；