具一存储器结构的半导体元件制造技术

本发明专利技术公开了一种具一存储器结构的半导体元件，存储器结构包括一绝缘层设置于一基板上方；一底电极埋置于绝缘层中；一电阻转换层，设置于底电极上；和一顶电极，设置于电阻转换层上并覆盖电阻转换层。其中，底电极具有一凹陷上表面低于绝缘层的一平坦上表面。

A semiconductor element with a memory structure

The invention discloses a semiconductor element with a memory structure. The memory structure includes an insulating layer above a substrate; a bottom electrode is buried in the insulating layer; a resistance conversion layer is set on the bottom electrode; and a top electrode is set on the resistance conversion layer and covers the resistance conversion layer. The bottom electrode has a flat upper surface with a concave upper surface below the insulating layer.

【技术实现步骤摘要】
具一存储器结构的半导体元件
本专利技术是有关于一种具存储器结构的半导体元件，且特别是有关于一种具电阻转换存储器结构(resistanceswitchingmemorycellstructure)的半导体元件。
技术介绍
电阻式随机存取存储器(Resistiverandom-accessmemory)(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)结构和规模可扩展性而深受相关业者的注目。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(transitionmetaloxides)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的一，其为一群双稳态两端存储器元件(two-terminalbistablememorydevices)藉由不同电阻态可储存数据。例如一典型的ReRAM元件包括了钨底电极、一氧化硅钨(WSixOy)存储层和一氮化钛(TiN)顶电极。存储器结构的电阻转换特性很容易地会受到底电极的廓型与均匀度的影响，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，相关业者无不希望可以发展和实现一个具有优异的结构廓型与均匀度的存储器结构以增进元件的稳定度和电子特性(例如数据储存具有良好稳定度)。
技术实现思路
本专利技术系有关于一种具存储器结构的半导体元件，系提出存储器结构具有凹陷上表面(concavetopsurface)的底电极，以及底电极上表面和包围底电极的绝缘层的上表面可形成连续的表面轮廓，因而有效地增进存储器结构的稳定度和电性表现。根据一实施例，系提出一种具存储器结构的半导体元件，存储器结构包括一绝缘层设置于一基板上方；一底电极埋置于绝缘层中；一电阻转换层，设置于底电极上；和一顶电极，设置于电阻转换层上并覆盖电阻转换层。其中，底电极具有一凹陷上表面低于绝缘层的一平坦上表面。根据一实施例，再提出一种具存储器结构的半导体元件，包括一晶体管，设置于一基板上；一内联机结构(interconnectionstructure)，设置于基板上方；一保护层，设置于内联机结构上；和如上述的一存储器结构，设置于保护层和晶体管之间。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。然而，本专利技术的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。附图说明图1系简绘本揭露一实施例的一存储器结构的示意图。图2A-图2D为根据本揭露一实施例的存储器结构的制造方法。图3系简绘本揭露另一实施例的一存储器结构的示意图。图4系简绘根据本揭露的一应用中，一半导体元件包括实施例的存储器结构与导电接触(contact)相关的示意图。图5系简绘根据本揭露的另一应用中，一半导体元件包括实施例的存储器结构与导孔(via)相关的示意图。【符号说明】1、1’：存储器结构10：基板11：绝缘层11h：孔洞111：第一部份111a：平坦上表面112：第二部份112a：倾斜上表面12：势垒层121：界面的上边缘13：底电极13a：凹陷上表面130：底电极材料层130’：底电极材料层的剩余部份130C：尖锐转角130E：暴露边缘16：电阻转换层16a：电阻转换层的上表面18：顶电极19：氧离子贮藏层A0、A1：垂直距离B0、B1：最小水平距离T：晶体管G：栅极S：源极区域D：漏极区域42：导电接触20：内联机结构ILD：层间介电层IMD：金属间介电层ML1：第一金属线ML2：第二金属线ML3：第三金属线V1：第一导孔V2：第二导孔PL：保护层具体实施方式根据本揭露的实施例，系提出一种具存储器结构的半导体元件。实施例的一存储器结构系包括具有凹陷上表面(concavetopsurface)的底电极，且此凹陷上表面系低于绝缘层的一上表面(例如是一平坦上表面)。根据实施例，电阻转换层的上表面与绝缘层的上表面系形成一连续的表面轮廓(continuoussurfaceprofile)。实施例的存储器结构不仅可有效增进相关元件的性质(例如使制得的底电极相对于绝缘层并没有产生暴露的边缘和尖锐的转角)，更可有效改善相关元件的性质(例如使制得的底电极具有平滑上表面)，更可改善应用实施例存储器结构的半导体元件的稳定度和电性表现。以下系参照所附图式叙述本揭露提出的其中多个实施态样，以描述相关构型与制造方法。相关的结构细节例如相关层别和空间配置等内容如下面实施例内容所述。然而，但本揭露并非仅限于所述态样，本揭露并非显示出所有可能的实施例。实施例中相同或类似的标号系用以标示相同或类似的部分。再者，未于本揭露提出的其他实施态样也可能可以应用。相关领域者可在不脱离本揭露的精神和范围内对实施例的结构加以变化与修饰，以符合实际应用所需。而图式系已简化以利清楚说明实施例的内容，图式上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例的用，而非作为限缩本揭露保护范围之用。再者，说明书与请求项中所使用的序数例如”第一”、”第二”、”第三”等之用词，以修饰权利要求项的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。图1系简绘本揭露一实施例的一存储器结构的示意图。实施例的一存储器结构1包括一绝缘层11(例如是层间介电(inter-layerdielectric，ILD)层或是金属间介电(inter-metaldielectric，IMD)层)、一底电极(bottomelectrode)13埋置于绝缘层11中、设置于底电极13上的一电阻转换层(resistanceswitchinglayer)16，和设置于电阻转换层16上并覆盖电阻转换层16的一顶电极(topelectrode)18。根据实施例，底电极13具有一凹陷上表面(concavetopsurface)13a，且此凹陷上表面13a系低于绝缘层11的一平坦上表面(flatuppersurface)111a；即，底电极13具有一下凹廓型(concaveprofile)。再者，实施例的存储器结构更包括一势垒层(barrierlayer)12以隔开绝缘层11和底电极13(ex:钨)。已知若没有任何势垒层的存在而直接沉积底电极13于绝缘层11的孔洞内则可能会造成后续工艺中的底电极13有裂痕或是剥落的情况产生。实施例的势垒层12可被视为绝缘层11和底电极13的接口(interface)，且底电极13的凹陷上表面13a系与绝缘层11和底电极13的界面(i.e.势垒层12)的一上边缘(upperedgeofaninterface)121构成一连续的表面轮廓(continuoussurfaceprofile)。再者，如图1所示，绝缘层11可被视为第一部份(firstportion)111与连接第一部份111的第二部份112(secondportion)的组合。第一部份具有平坦上表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具一存储器结构的半导体元件，该存储器结构包括：一绝缘层，设置于一基板上方；一底电极(bottom electrode)，埋置于该绝缘层中，该底电极具有一凹陷上表面(concave top surface)低于该绝缘层的一平坦上表面(flat upper surface)；一电阻转换层(resistance switching layer)，设置于该底电极上；和一顶电极(top electrode)，设置于该电阻转换层上并覆盖该电阻转换层。

【技术特征摘要】
1.一种具一存储器结构的半导体元件，该存储器结构包括：一绝缘层，设置于一基板上方；一底电极(bottomelectrode)，埋置于该绝缘层中，该底电极具有一凹陷上表面(concavetopsurface)低于该绝缘层的一平坦上表面(flatuppersurface)；一电阻转换层(resistanceswitchinglayer)，设置于该底电极上；和一顶电极(topelectrode)，设置于该电阻转换层上并覆盖该电阻转换层。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该绝缘层包括：一第一部份(firstportion)，具有该平坦上表面平行于该基板；和一第二部份(secondportion)，连接该第一部份，且该第二部份具有一倾斜上表面(inclineduppersurface)，其中该绝缘层的该第二部份的该倾斜上表面是朝向该顶电极和该电阻转换层而向下地倾斜，其中该底电极被该绝缘层的该第二部份包围，且该底电极的该凹陷上表面系低于该绝缘层的该第一部份的该平坦上表面。3.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该电阻转换层的一上表面系连接该绝缘层的该第二部份的该倾斜上表面，且该电阻转换层的该上表面与该第二部份的该倾斜上表面构成一连续的表面轮廓(continuoussurfaceprofile)。4.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该电阻转换层的一上表面系相距隔开于该绝缘层的该第一部份的该平坦上表面。5.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该电阻转换层的一上表面系低于该绝缘层的该第一部份的该平坦上表面。6.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该底电极的该凹陷上表面系低于该绝缘层的该第二部份的该倾斜上表面。7.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该绝缘层的该第一部份的该平坦上表面到该底电极的该凹陷上表面的最低点的一垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾柏皓，李峰旻，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71