半导体器件的制作方法

本专利文件涉及存储电路或器件及其在电子设备或系统中的应用。

背景技术：

1、最近电气和电子行业的小型化、低功耗、高性能和多功能化趋势驱使半导体制造商们聚焦于高性能、高容量的半导体器件。这种高性能、高容量半导体器件的实例包括可以利用根据施加的电压或电流在不同电阻状态之间切换的特性来储存数据的半导体器件，例如rram(电阻式随机存取存储器)、pram(相变随机存取存储器)，fram(铁电随机存取存储器)，mram(磁性随机存取存储器)和电子熔丝(e熔丝)。

技术实现思路

1、本专利文件中公开的技术包括一种半导体器件的各种实施例，该半导体器件包括具有自选择存储层的存储单元，具有优异的操作特性和简单的制造工艺。

2、在一个实施例中，一种半导体器件包括存储单元，该存储单元包括：第一电极层；第二电极层；以及自选择存储层，其介于所述第一电极层和所述第二电极层之间并表现出不同的电阻状态以储存数据，并且被构造为响应于施加到所述第一电极层和第二电极层的电压而导电或不导电，其中所述自选择存储层包括铁电层及第一掺杂剂，所述铁电层具有用于捕获导电载流子的深阱，所述第一掺杂剂被掺杂在所述铁电层中以形成浅阱为导电载流子在该铁电层中移动提供导电路径。

3、在另一个实施例中，一种半导体器件包括存储单元，该存储单元包括：第一电极层；第二电极层；以及自选择存储层，其介于所述第一电极层和所述第二电极层之间，并且包括铁电层，其中所述自选择存储层表现出不同的电阻状态以储存数据，并且被构造为响应于施加到所述第一电极层和所述第二电极层的电压而导电或不导电，其中所述自选择存储层在根据所述铁电层的极化状态具有不同的电阻状态的同时，在所述铁电层中的深阱中的导电载流子跃升到浅阱时得以导通。

技术特征：

1.一种半导体器件，具有至少一个存储单元，所述存储单元包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述浅阱的能级大于所述深阱的能级。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述浅阱的能级大于所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一个的功函数，并且小于所述铁电层的导带的能级。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一掺杂剂包括与所述铁电层的元素不同的元素。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一掺杂剂包括铝、镧、铌、钒、钽、钨、铬、钼、硼、氮、碳、磷、砷、钛、铜、锆或铪中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自选择存储层具有低电阻状态和高电阻状态，并且

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中处于所述低电阻状态的所述自选择存储层的铁电层具有第一极化状态，并且

8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述自选择存储层的电阻状态响应于具有第一极性的写入电压从所述高电阻状态改变为所述低电阻状态，并且响应于具有不同于所述第一极性的第二极性的擦除电压从所述低电阻状态改变为所述高电阻状态。

9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中所述写入电压的幅值和所述擦除电压的幅值相同。

10.根据权利要求8所述的半导体器件，其中所述写入电压的幅值和所述擦除电压的幅值等于或大于所述第一阈值电压的幅值和所述第二阈值电压的幅值。

11.根据权利要求8所述的半导体器件，其中，在用于读取所述自选择存储层的电阻状态的读取操作中，施加幅值在所述第一阈值电压和所述第二阈值电压之间的读取电压。

12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述读取电压的幅值的数值为所述写入电压或所述擦除电压的幅值的2倍以上且5倍以下。

13.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述读取电压的脉冲宽度小于所述写入电压或所述擦除电压的脉冲宽度。

14.一种半导体器件，具有至少一个存储单元，所述存储单元包括：

15.根据权利要求14所述的半导体器件，其中在所述铁电层的第一极化状态下从所述深阱跃升到所述浅阱的导电载流子的量不同于在所述铁电层的第二极化状态下从所述深阱跃升到所述浅阱的所述导电载流子的量。

16.根据权利要求14所述的半导体器件，其中所述铁电层包括用于产生所述浅阱的掺杂剂。

技术总结
一种半导体器件可以包括至少一个存储单元。该存储单元可以包括：第一电极层；第二电极层；以及自选择存储层，其介于所述第一电极层和所述第二电极层之间并呈现不同的电阻状态以储存数据，并且被构造为响应于施加到第一电极层和第二电极层的电压而导电或不导电，其中所述自选择存储层包括：铁电层，其具有用于捕获导电载流子的深阱，以及第一掺杂剂，其被掺杂在该铁电层中以形成浅阱，为导电载流子在该铁电层中移动提供导电路径。

技术研发人员：宋政桓
受保护的技术使用者：爱思开海力士有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12