半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构包括一存储结构。该存储结构包括一存储元件、一第一阻障层、和一第二阻障层。存储元件包括氧氮化钛。第一阻障层包括硅和氧化硅之中至少一者。第一阻障层设置在存储元件上。第二阻障层包括钛和氧化钛之中至少一者。第二阻障层设置在第一阻障层上。

Semiconductor Structure and Its Formation Method

A semiconductor structure includes a storage structure. The storage structure includes a storage element, a first barrier layer and a second barrier layer. The storage element includes titanium oxynitride. The first barrier layer includes at least one of silicon and silicon oxide. The first barrier layer is arranged on the storage element. The second barrier layer includes at least one of titanium and titanium oxide. The second barrier layer is arranged on the first barrier layer.

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术是关于一种半导体结构及其形成方法。本专利技术特别是关于一种包括存储结构的半导体结构及其形成方法。
技术介绍
可变电阻式存储器(RRAM)是一种类型的非易失性存储器，其提供简单的结构、小的存储单元尺寸、可扩缩性(scalability)、超高速操作、低功率操作、与互补金属氧化物半导体(CMOS)的兼容性、和低成本等优点。RRAM包括存储元件，其可具有能够通过施加电脉冲而在二或更多个稳定的电阻范围之间改变的电阻。RRAM可还包括元件如顶电极、和底电极等等。用于形成存储元件和RRAM的其他元件的材料，可加以选择和调整。借此，可达成较大的感测区间(sensingwindow)、较长的保存时间、较佳的耐久性、和/或其他性能方面的改善。
技术实现思路
本专利技术是关于存储装置的改善，特别是对于RRAM的改善。根据一些实施例，提供一种半导体结构。此种半导体结构包括一存储结构。该存储结构包括一存储元件、一第一阻障层、和一第二阻障层。存储元件包括氧氮化钛。第一阻障层包括硅和氧化硅之中至少一者。第一阻障层设置在存储元件上。第二阻障层包括钛和氧化钛之中至少一者。第二阻障层设置在第一阻障层上。根据一些实施例，提供一种半导体结构的形成方法。此种形成方法包括形成一存储结构，其包括下列步骤。形成一存储元件。存储元件包括氧氮化钛。在存储元件上形成一第一阻障层。第一阻障层包括硅和氧化硅之中至少一者。在第一阻障层上形成一第二阻障层。第二阻障层包括钛和氧化钛之中至少一者。为了对本专利技术的上述及其他方面有更好的了解，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1绘示根据实施例的一例示性半导体结构。图2绘示根据实施例的另一例示性半导体结构。图3A～图3H绘示根据实施例的一例示性半导体结构的形成方法。图4A～图4M绘示根据实施例的另一例示性半导体结构的形成方法。图5A～图5B示出根据实施例的半导体结构的电性性质。【符号说明】100、200：存储结构102、202：底电极104、204：存储元件106、206：第一阻障层108、208：第二阻障层110、210：顶电极120、220：初步结构130、230：晶体管132、134、232、234：重掺杂区136、236：栅电极138、238：栅介电质140、142、240、242：轻掺杂区144、244：基板146、246：介电层148、150、248、250：导电连接件158、258：金属层160、260：部分162、262：部分252：残留部分256：残留部分302、402：底电极材料304：存储元件材料306、406：第一阻障材料308、408：第二阻障材料310、410：顶电极材料452：第一绝缘材料454：开口456：第二绝缘材料502：线504：线512：线514：线4021：部分4022：部分4023：部分H1：第一高度H2：第二高度W1：第一宽度W2：第二宽度W3：第三宽度具体实施方式以下将参照所附附图对于各种不同的实施例进行更详细的说明。为了利于理解，在可能的情况下，相同的元件符号用于各图中共通的相同元件。可以预期的是，一实施例中的元件和特征，能够被有利地纳入于另一实施例中，然而并未对此作进一步的列举。请参照图1，其示出根据实施例的一例示性半导体结构。该半导体结构包括一存储结构100。虽不受限于此，但存储结构100在此被绘示成一RRAM结构。存储结构100包括一存储元件104、一第一阻障层106、和一第二阻障层108。存储元件104包括氧氮化钛(TiOxNy)。第一阻障层106包括硅和氧化硅(SiOx)之中至少一者。第一阻障层106设置在存储元件104上。第二阻障层108包括钛和氧化钛(TiOx)之中至少一者。第二阻障层108设置在第一阻障层106上。特别是，虽不受限于此，但整个存储元件104可由氧氮化钛形成，其具有适于RRAM应用的可编程电阻。第一阻障层106可由硅形成。或者，第一阻障层106可由氧化硅形成。硅或氧化硅阻障层的配置有利于改善含TiOxNy之存储结构的保存性。第二阻障层108可由钛形成。或者，第二阻障层108可由氧化钛形成。钛或氧化钛阻障层的配置有利于改善含TiOxNy的存储结构的耐久性以及扩大其感测区间。存储结构100可还包括一顶电极110。顶电极110可包括氮化钛(TiNx)，例如是整个皆由氮化钛形成。顶电极110设置在第二阻障层108上。存储结构100可还包括一底电极102。底电极102可包括氮化钛，例如是整个皆由氮化钛形成。存储元件104设置在底电极102上。如图1所示，半导体结构可还包括一导电连接件150，例如是一接点(contact)或一导孔(via)。导电连接件150能够用于将存储结构100耦接至一对应的存取装置，例如图3A所示的晶体管130、或一二极管。底电极102设置在导电连接件150上。请参照图2，其示出根据实施例的另一例示性半导体结构。该半导体结构包括一存储结构200。存储结构200包括一存储元件204、一第一阻障层206、和一第二阻障层208。存储元件204包括氧氮化钛。第一阻障层206包括硅和氧化硅之中至少一者。第一阻障层206设置在存储元件204上。第二阻障层208包括钛和氧化钛之中至少一者。第二阻障层208设置在第一阻障层206上。存储结构200可还包括一顶电极210。存储结构200可还包括一底电极202。半导体结构可还包括一导电连接件250。第一阻障层206、第二阻障层208、顶电极210、和导电连接件250，可类似于图1所示的对应元件。图2所示的半导体结构与图1所示的半导体结构的不同点在于，图2所示的半导体结构包括一侧壁式底电极202、以及连带的一较小的存储元件204。其细节将在以下的段落中加以叙述。底电极202具有一L形形状。在一些实施例中，底电极202具有一第一宽度W1，底电极202设置于其上的导电连接件250具有一第二宽度W2，W1/W2＜1/2。例如，第一宽度W1可为至第二宽度W2可为至设置在底电极202上的存储元件也可具有第一宽度W1。相较于存储元件104，存储元件204能够具有更小的尺寸，从而有利于存储装置如RRAM装置的尺度化。在一些实施例中，存储元件204具有一第一高度H1，底电极202具有一第二高度H2，H1/H2≤1/10。叙述内容现在导向根据实施例的半导体结构的形成方法。请参照图3A～图3H，其绘示一例示性形成方法。图3A～图3H被绘示成形成如图1所示的半导体结构。所述方法包括形成一存储结构100。在形成存储结构100之前，可提供一初步结构120，使得存储结构100能够于其上形成。特别是，图3A所示，这样的一初步结构120可包括一导电连接件150，其中存储结构100将形成在导电连接件150上。在一些实施例中，图3A所示，初步结构120包括一晶体管130，作为存储结构100的存取装置。晶体管130可包括二个相对的重掺杂区132和134、以及设置在重掺杂区132和134之间的一栅电极136和一栅介电质138。晶体管130可还包括二个轻掺杂区140和142，分别对应重掺杂区132和134。在一些实施例中，重掺杂区132和134、以及轻掺杂区140和142，可为n型掺杂区。栅电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，包括：一存储结构，包括：一存储元件，包括氧氮化钛；一第一阻障层，包括硅和氧化硅之中至少一者，该第一阻障层设置在该存储元件上；以及一第二阻障层，包括钛和氧化钛之中至少一者，该第二阻障层设置在该第一阻障层上。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，包括：一存储结构，包括：一存储元件，包括氧氮化钛；一第一阻障层，包括硅和氧化硅之中至少一者，该第一阻障层设置在该存储元件上；以及一第二阻障层，包括钛和氧化钛之中至少一者，该第二阻障层设置在该第一阻障层上。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中该存储结构还包括一底电极，该存储元件设置在该底电极上。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中该底电极具有一L形形状。4.根据权利要求2所述的半导体结构，还包括：一导电连接件，其中该底电极设置在该导电连接件上；其中该底电极具有一第一宽度W1，该导电连接件具有一第二宽度W2，W1/W2＜1/2。5.根据权利要求4所述的半导体结构，其中该第一宽度W1为至6.根据权利要求4所述的半导体结构，其中该第二宽度W2为至7.根据权利要求2所述的半导体结构，其中该存储元件具有一第一高度H1，该底电极具有一第二高度H2，H1/H2≤1/10。8.一种半导体结构的形成方法，包括：形成一存储结构，包括：形成一存储元件，该存储元件包括氧氮化钛；在该存储元件上形成一第一阻障层，该第一阻障层包括硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岱萤，吴昭谊，林榆瑄，
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