本申請要求于2015年6月8日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2015-0080657號韓國申請的優(yōu)先權(quán)，該韓國申請通過引用整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

各種實(shí)施例總體涉及一種半導(dǎo)體器件及制造其的方法，更具體地，涉及一種包括電阻存儲層的半導(dǎo)體器件及制造該半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)：

增大半導(dǎo)體器件集成度需要在有限量的襯底面積中將存儲單元的數(shù)目最大化。實(shí)現(xiàn)其的一種方法為構(gòu)建具有垂直溝道的垂直晶體管。具有電阻存儲層的可變電阻存儲器件使用垂直晶體管作為訪問元件(access element)。電阻存儲層位于垂直晶體管之上。

可變電阻存儲器件中的存儲單元的操作特性依賴于存儲單元維度。因此，需要存儲單元均勻性尤其是電阻存儲層均勻性以生產(chǎn)高質(zhì)量的存儲器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)示例性實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法可以包括：在電阻存儲層上順序地形成界面導(dǎo)電層和刻蝕停止層；在刻蝕停止層上形成主導(dǎo)電層；通過圖案化主導(dǎo)電層來暴露刻蝕停止層的一部分；通過圖案化刻蝕停止層的所述一部分來暴露界面導(dǎo)電層的一部分；通過圖案化界面導(dǎo)電層的所述一部分來形成上電極結(jié)構(gòu)；清洗上電極結(jié)構(gòu)的表面以及電阻存儲層的暴露表面；以及使用上電極結(jié)構(gòu)作為刻蝕掩膜來圖案化電阻存儲層。

根據(jù)示例性實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法可以包括：在下電極上形成電阻存儲層；在電阻存儲層上形成阻擋層，阻擋層包括界面導(dǎo)電層和刻蝕停止層；在阻擋層上形成導(dǎo)電層；通過圖案化所述導(dǎo)電層直到刻蝕停止層被暴露來形成上電極；通過使用上電極作為刻蝕掩膜而圖案化刻蝕停止層來形成刻蝕停止層圖案；通過去除界面導(dǎo)電層的暴露部分來形成包括界面導(dǎo)電層圖案和刻蝕停止層圖案的阻擋層圖案；以及通過使用上電極和阻擋層圖案作為刻蝕掩膜而刻蝕電阻存儲層來形成電阻存儲層圖案。此時，還可以在碳層與主導(dǎo)電層之間設(shè)置導(dǎo)電粘合層。

根據(jù)示例性實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件可以包括下電極、電阻 存儲層和上電極。電阻存儲層可以形成在下電極上。上電極可以形成在電阻存儲層上。上電極可以包括順序地層疊的導(dǎo)電層、碳層和主導(dǎo)電層。

根據(jù)示例性實(shí)施例，可以提供一種半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件可以包括下電極、電阻存儲層、上電極和阻擋層。電阻存儲層可以形成在下電極上。上電極可以形成在電阻存儲層上。阻擋層可以設(shè)置在電阻存儲層與上電極之間。阻擋層可以包括第一導(dǎo)電層、碳層和第二導(dǎo)電層。

附圖說明

通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，可以更詳細(xì)地理解示例性實(shí)施例。圖1至圖19表示如本文中所描述的非限制性的、示例性實(shí)施例。

圖1至圖12是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖；

圖13是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的包括電阻存儲層的半導(dǎo)體器件的剖視圖；

圖14和圖15是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的包括電阻存儲層的半導(dǎo)體器件的透視圖；

圖16是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的包括電阻存儲層的半導(dǎo)體器件的剖視圖；

圖17是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的微處理器的框圖；

圖18是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的處理器的框圖；以及

圖19是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖來更充分地描述各種示例性實(shí)施例，其中，附圖示出了一些示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文中闡述的示例性實(shí)施例。相反地，這些實(shí)施例被提供使得本公開將徹底且完整，且這些實(shí)施例將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，可以為了清楚而夸大部件的大小和相對大小以及層的厚度。

將理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作“在”另一個元件或?qū)印吧稀?、“連接至”或“耦接至”另一元件或?qū)訒r，其可以直接在所述另一元件或?qū)由?、直接連接至或耦接至所述另一元件或?qū)?，或者可以存在中間元件或?qū)?。與此相反，當(dāng)元件被稱作“直接在”另一個元件或?qū)印吧稀?、“直接連接至”或“直接耦接至”另一個元件或?qū)訒r，不存在中間元件或?qū)?。相同的附圖標(biāo)記始終指代相同的元件。如本文中所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或更多個相關(guān)所列項(xiàng)的任意組合和全部組合。

將理解的是，盡管在本文中可以使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件、組 件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅被用來將一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。因此，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。

在本文中使用諸如“在…之下”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等的空間相對術(shù)語，來描述如圖中所示的一個元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。將理解的是，除圖中描述的方位之外，空間相對術(shù)語還意在包括設(shè)備在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的設(shè)備被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”其他元件或特征“下面”或“之下”的元件然后將被定位為“在”所述其他元件或特征“之上”。因此，示例性術(shù)語“在…下面”可以包括在…之上和在…下面兩種方位。設(shè)備可以被另外定位(例如，旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，且本文中使用的空間相對描述符被相應(yīng)地解釋。

本文中使用的術(shù)語僅用于描述特定示例性實(shí)施例，而非意在限制本發(fā)明。如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否則單數(shù)形式也意在包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或其變型說明存在陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和\或組件，但不排除存在或添加一個或更多個其他組件、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。

在本文中，參照作為理想示例性實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖視圖來描述示例性實(shí)施例。這樣，將預(yù)期出現(xiàn)由例如制造技術(shù)和/或公差導(dǎo)致的示圖的形狀的變化。因此，示例性實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文中示出的區(qū)域的特定形狀，而應(yīng)當(dāng)包括由例如制造所導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，被示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣處通常將具有圓形或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度，而非從注入?yún)^(qū)域至非注入?yún)^(qū)域的突然改變。同樣地，通過注入形成的掩埋區(qū)可以導(dǎo)致在掩埋區(qū)與注入發(fā)生的表面之間的區(qū)域。因此，圖中示出的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是示意性的，并且它們的形狀并非意在圖示設(shè)備的區(qū)域的實(shí)際形狀，且并非意在限制本發(fā)明的范圍。

除非另外限定，否則本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的意思相同的意思。還將理解的是，除非在本文中清楚地限定，否則術(shù)語(諸如在通用詞典中定義的術(shù)語)應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的環(huán)境中它們的意思一致的意思，而將不以理想或過于正式的含義來解釋。

在下文中，將參照附圖來詳細(xì)地解釋示例性實(shí)施例。

圖1至圖12是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。

參見圖1，可以在半導(dǎo)體襯底100的上表面上形成電阻存儲層110。電阻存儲層110可以包括相可變層。相可變層可以包括含鍺、銻和碲的硫族化物(GST)。半導(dǎo)體襯底100可以包括訪問器件(access device)和下電極(未示出)。可以在電阻存儲層110的上表面上形成第一導(dǎo)電層115。第一導(dǎo)電層115可以具有范圍從大約到大約的厚度。第一導(dǎo)電層115可以包括W、Cu、TiN、TaN、WN、MoN、NbN、TiSiN、TiAlN、TiBN、ZrSiN、WSiN、WBN、ZrAlN、MoSiN、MoAlN、TaSiN、TaAlN、Ti、Mo、Ta、TiSi、TaSi、TiW、TiON、TiAlON、WON、TaON等中的一種或更多種。

參見圖2，可以在第一導(dǎo)電層115的上表面上形成含碳層120。含碳層120可以包括純碳層、碳化合物層等。含碳層120可以通過物理氣相沉積(PVD)工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、原子層沉積(ALD)工藝等來形成。可選地，含碳層120可以包括未摻雜碳層、用N型雜質(zhì)或P型雜質(zhì)摻雜的碳層等。含碳層120可以相對于后面形成的導(dǎo)電層具有刻蝕選擇比(etching selectivity)。含碳層120可以被用作用于刻蝕導(dǎo)電層的刻蝕停止層。含碳層120可以具有范圍從大約至大約的厚度。

設(shè)置在含碳層120與電阻存儲層110之間的第一導(dǎo)電層115可以確保電阻存儲層110的電阻特性。具體地，當(dāng)電阻存儲層110直接接觸含碳層120時，含碳層120中的碳可以遷移至電阻存儲層110，使得電阻存儲層110可以具有非均勻的界面接觸電阻。而且，直接接觸可以導(dǎo)致濃度的改變，從而破壞電阻存儲層110的電阻均勻性。因此，為了維持電阻存儲層110的特性，可以在含碳層120與電阻存儲層110之間設(shè)置第一導(dǎo)電層115。

而且，第一導(dǎo)電層115可以足夠厚以防止刻蝕離子或碳穿透進(jìn)入電阻存儲層120。

參見圖3，可以在含碳層120的上表面上形成第二導(dǎo)電層125。第二導(dǎo)電層125可以包括TiN。第二導(dǎo)電層125可以具有范圍從大約至大約的厚度。

參見圖4，可以在第二導(dǎo)電層125的上表面上形成第三導(dǎo)電層130作為主導(dǎo)電層。第三導(dǎo)電層130可以具有比第一導(dǎo)電層115的厚度和第二導(dǎo)電層125的厚度大的厚度。第三導(dǎo)電層130可以具有范圍從大約至大約的厚度。第三導(dǎo)電層130可以包括W、Cu、TiN、TaN、WN、MoN、NbN、TiSiN、TiAlN、TiBN、ZrSiN、WSiN、WBN、ZrAlN、MoSiN、MoAlN、TaSiN、TaAlN、Ti、Mo、Ta、TiSi、TaSi、TiW、TiON、TiAlON、WON、TaON等中的一種或更多種。

包括TiN的第二導(dǎo)電層125可以用作含碳層120與第三導(dǎo)電層130之間的粘合層。

參見圖5，可以在第三導(dǎo)電層130的上表面上形成硬掩膜層?？梢詧D案化硬掩膜層以形成硬掩膜圖案140。硬掩膜圖案140可以包括氮化硅層、氧化硅層、氮化硅/氧化硅 層等。在此示例性實(shí)施例中，硬掩膜圖案140可以包括順序地層疊的氮化硅層135和氧化硅層137。

參見圖6，可以通過使用硬掩膜圖案140作為刻蝕掩膜的刻蝕工藝E1來刻蝕第三導(dǎo)電層130和第二導(dǎo)電層125，以形成第三導(dǎo)電層圖案130a和第二導(dǎo)電層圖案125a?？涛g工藝E1可以包括各向異性干法刻蝕工藝。用于刻蝕第三導(dǎo)電層130和第二導(dǎo)電層125的刻蝕氣體可以包括Cl基和/或F基。例如，可以使用NF₃/Cl₃/N₂/O₂氣體來各向異性地干法刻蝕第三導(dǎo)電層130?？梢允褂肅H₃/CF₄/BCl₃氣體來各向異性地干法刻蝕第二導(dǎo)電層125。

用于刻蝕第三導(dǎo)電層130和第二導(dǎo)電層125的刻蝕工藝E1可以使用含碳層120的暴露點(diǎn)作為刻蝕停止點(diǎn)?？梢酝ㄟ^使用含碳層120作為刻蝕停止層來控制單個刻蝕工藝的刻蝕厚度，以改善刻蝕分布(即，刻蝕均勻性)。包括Cl基和/或F基的刻蝕氣體可能所不期望地與硬掩膜圖案140的上表面和側(cè)表面、第三導(dǎo)電層130的側(cè)表面、第二導(dǎo)電層125的側(cè)表面以及含碳層120的表面中的組分反應(yīng)而產(chǎn)生副產(chǎn)物R1。

參見圖7，可以使用硬掩膜圖案140、第三導(dǎo)電層圖案130a和第二導(dǎo)電層圖案125a作為刻蝕掩膜來各向異性地刻蝕含碳層120以形成含碳層圖案120a?？梢允褂冒∟₂/H₂、N₂/O₂/Ar等的刻蝕氣體來刻蝕含碳層120。包括N₂/H₂或N₂/O₂/Ar的刻蝕氣體可以不期望地與硬掩膜圖案140的上表面和側(cè)表面、第三導(dǎo)電層130的側(cè)表面、第二導(dǎo)電層125的側(cè)表面、含碳層120的表面和第一導(dǎo)電層115的上表面中的組分反應(yīng)而產(chǎn)生副產(chǎn)物R2。

副產(chǎn)物R1和R2可以包括聚合物。留下的副產(chǎn)物R1和R2可以用作掩膜圖案(諸如硬掩膜圖案140)。因此，用于限定存儲單元的硬掩膜圖案140、第三導(dǎo)電層圖案130a、第二導(dǎo)電層圖案125a和含碳層圖案120a的線寬可以由于硬掩膜圖案140、第三導(dǎo)電層圖案130a、第二導(dǎo)電層圖案125a和含碳層圖案120a上的副產(chǎn)物R1和R2而基本上延伸。此副產(chǎn)物R1和R2可以導(dǎo)致存儲器的大小不均勻，從而導(dǎo)致存儲單元的操作特性之間的差異。在圖7中，指示符“W1”表示硬掩膜圖案140的線寬。指示符“W2”表示用于圖案化第一導(dǎo)電層115和電阻存儲層110的由硬掩膜圖案140上的副產(chǎn)物R1和R2導(dǎo)致的實(shí)際掩膜圖案的線寬。

參見圖8，可以對第一導(dǎo)電層115的暴露部分以及副產(chǎn)物R1和R2執(zhí)行去除工藝E3以形成第一導(dǎo)電層圖案115a。

參見圖9，去除工藝E3可以包括用于干法刻蝕第一導(dǎo)電層115的工藝以及用于清洗副產(chǎn)物R1和R2的工藝。

可以使用NF₃/Ar氣體來干法刻蝕第一導(dǎo)電層115。因?yàn)榈谝粚?dǎo)電層115可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)薄于第三導(dǎo)電層130的厚度，因此在該短的刻蝕工藝中可以抑制副產(chǎn)物R1和R2的產(chǎn)生。而且，干法刻蝕工藝可以部分地去除副產(chǎn)物R1和R2。

為了完全去除副產(chǎn)物R1和R2，可以額外地執(zhí)行清洗工藝。清洗工藝可以使用具有范圍為從大約6.5至大約7.0的pH的緩沖氧化物刻蝕劑(BOE)化學(xué)溶液，或使用按重量計(jì)包括大約0.1％至大約5％的有機(jī)酸且具有范圍為從大約3至大約7.0的pH的化學(xué)溶液。有機(jī)酸可以包括檸檬酸、丙氨酸、蘋果酸、丙二酸等。

圖10和圖11是圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的去除第一導(dǎo)電層的方法的剖視圖。

參見圖10和圖11，用于去除第一導(dǎo)電層115及副產(chǎn)物R1和R2的去除工藝E3可以包括：將第一導(dǎo)電層115的暴露部分以及副產(chǎn)物R1和R2氧化，以及濕法刻蝕被氧化的第一導(dǎo)電層115以及被氧化的副產(chǎn)物R1和R2。

例如，可以使用臭氧水來氧化第一導(dǎo)電層115的暴露部分。此氧化工藝可以氧化副產(chǎn)物R1和R2。在圖10和圖11中，附圖標(biāo)記116可以表示被氧化的第一導(dǎo)電層，附圖標(biāo)記R1’和R2’可以表示被氧化的副產(chǎn)物?？蛇x地，可以通過使用氧等離子體的干法氧化工藝來氧化第一導(dǎo)電層115以及副產(chǎn)物R1和R2。

濕法刻蝕工藝可以使用具有范圍從大約6.5至大約7.0的pH的緩沖氧化物刻蝕劑(BOE)化學(xué)溶液或者使用具有范圍從大約10至大約12的pH的NH₄OH化學(xué)溶液。濕法刻蝕工藝可以選擇性地去除被氧化的第一導(dǎo)電層116以及被氧化的副產(chǎn)物R1’和R2’，而不破壞電阻存儲層110。當(dāng)硬掩膜圖案140包括氧化硅層137時，氧化硅層137也可以通過濕法刻蝕工藝去除。

參見圖12，可以使用硬掩膜圖案140以及第一導(dǎo)電層圖案至第三導(dǎo)電層圖案115a、125a和130a作為刻蝕掩膜來刻蝕電阻存儲層110。

可以使用CH₄/H₂氣體與CH₄/Ar氣體的混合氣體來各向異性地刻蝕電阻存儲層110。因?yàn)楦碑a(chǎn)物R1和R2通過清洗工藝而未留在硬掩膜圖案140以及第一導(dǎo)電層圖案至第三導(dǎo)電層圖案115a、125a和135a的側(cè)表面上，因此可以以存儲單元的期望形狀來提供圖案化電阻存儲層110。在圖12中，附圖標(biāo)記110a表示電阻存儲層圖案。存儲單元的大小或線寬可以對應(yīng)于電阻存儲層圖案110a的大小。

參見圖12和圖14，第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a、第二導(dǎo)電層圖案125a和第三導(dǎo)電層圖案130a可以對應(yīng)于用于將電信號傳輸至電阻存儲層圖案110a的上電極TE。

從另一個角度來看，參見圖13和圖15，第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a和第二導(dǎo)電層圖案125a可以對應(yīng)于介于上電極(TE)130與電阻存儲層圖案110a之間以限定電阻存儲層圖案110a的阻擋層BM。

即，因?yàn)槿鐖D12和圖14中所示，第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a和第二導(dǎo)電層圖案125a可以電連接至第三導(dǎo)電層圖案130a(其被配置為直接或間接接觸位線)，因此第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a和第二導(dǎo)電層圖案125a可以用作上電極TE。

可選地，因?yàn)槿鐖D13和圖15中所示，介于電阻存儲層圖案110a與作為主導(dǎo)電層的第三導(dǎo)電層圖案130a之間的第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a和第二導(dǎo)電層圖案125a可以被用作刻蝕停止層和粘合層，因此第一導(dǎo)電層圖案115a、含碳層圖案120a和第二導(dǎo)電層圖案125a可以用作阻擋層BM。

在圖14和圖15中，附圖標(biāo)記“BE”表示與上電極TE一起來改變電阻存儲層圖案110a的電阻的下電極。

在示例性實(shí)施例中，包括TiN的第二導(dǎo)電層125可以設(shè)置在含碳層120與第三導(dǎo)電層130之間?？蛇x地，如圖16中所示，第三導(dǎo)電層130可以在無第二導(dǎo)電層125的情況下直接形成在含碳層120上。

根據(jù)示例性實(shí)施例，作為用于界面導(dǎo)電層以去除副產(chǎn)物的第一導(dǎo)電層、作為刻蝕停止層的含碳層和/或作為粘合層的第二導(dǎo)電層可以設(shè)置在第三導(dǎo)電層與電阻存儲層之間來作為上電極?？梢詧D案化并清洗第一導(dǎo)電層、含碳層和第二導(dǎo)電層。因此，可以形成上電極和電阻存儲層圖案而無副產(chǎn)物。

而且，可以通過使用刻蝕停止層來改善用于形成存儲單元的刻蝕工藝中的刻蝕分布。

此外，導(dǎo)電層可以設(shè)置在刻蝕停止層與電阻存儲層之間以抑制電阻存儲層的性質(zhì)改變。

如圖17中所示，應(yīng)用有根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的微處理器1000可以控制并調(diào)節(jié)一系列過程：從各種外部裝置接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，以及將處理結(jié)果傳輸至外部裝置。微處理器1000可以包括儲存單元1010、運(yùn)算單元1020和控制單元1030。微處理器1000可以為各種處理裝置，諸如微處理單元(MPU)、中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)或應(yīng)用處理器(AP)。

儲存單元1010可以為處理器寄存器或寄存器，儲存單元可以為儲存微處理器1000中的數(shù)據(jù)的單元且包括數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器和浮點(diǎn)寄存器。儲存單元1010可以包括 除以上描述的寄存器之外的各種寄存器。儲存單元1010可以暫時儲存要在運(yùn)算單元1020中操作的數(shù)據(jù)，在運(yùn)算單元1020中處理而得到的數(shù)據(jù)以及其中儲存有要被操作的數(shù)據(jù)的地址。

儲存單元1010可以包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的一種。包括根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的儲存單元1010可以使用隧道晶體管作為開關(guān)器件，在隧道晶體管中，具有低帶隙的半導(dǎo)體材料層被插入源極中或周圍。

運(yùn)算單元1020可以執(zhí)行微處理器1000中的運(yùn)算，以及根據(jù)控制單元1030中的命令的譯碼結(jié)果來執(zhí)行四種基本規(guī)則的算術(shù)運(yùn)算或運(yùn)算中的各種。運(yùn)算單元1020可以包括一個或更多個算術(shù)和邏輯單元(ALU)。

控制單元1030可以從儲存單元1010、運(yùn)算單元1020或微處理器1000的外部裝置接收信號，可以執(zhí)行對命令的提取或譯碼或者執(zhí)行輸入或輸出控制，以及可以以程序形式來運(yùn)行過程。

除儲存單元1010以外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微處理器1000還可以包括高速緩沖存儲器單元1040，高速緩沖存儲器單元1040可以暫時儲存從外部裝置輸入的數(shù)據(jù)或要被輸出至外部裝置的數(shù)據(jù)。高速緩沖存儲器單元1040可以通過總線接口1050來與儲存單元1010、運(yùn)算單元1020和控制單元1030交換數(shù)據(jù)。

如圖18中所示，除了可以控制并調(diào)節(jié)一系列過程(接收來自各種外部裝置的數(shù)據(jù)、處理該數(shù)據(jù)以及將處理結(jié)果傳輸至外部裝置)的微處理器的功能之外，應(yīng)用有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的處理器1100可以包括用來實(shí)施性能提升和多功能的各種功能。處理器1100可以包括核心單元1110、高速緩沖存儲器單元1120和總線接口1130。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的核心單元1110可以對從外部裝置輸入的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，且可以包括儲存單元1111、運(yùn)算單元1112和控制單元1113。處理器1100可以為各種芯片上系統(tǒng)(SoC)，諸如多核處理器(MCP)、圖形處理單元(GPU)或應(yīng)用處理器(AP)。

儲存單元1111可以為處理器寄存器或寄存器，儲存單元1111可以為可儲存處理器1100中的數(shù)據(jù)的單元且包括數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器和浮點(diǎn)寄存器。儲存單元1111可以包括除上述寄存器之外的各種寄存器。儲存單元1111可以暫時儲存要在運(yùn)算單元1112中操作的數(shù)據(jù)、在運(yùn)算單元1112中處理而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及其中儲存有要被操作的數(shù)據(jù)的地址。運(yùn)算單元1112可以為這樣的單元，其可以執(zhí)行處理器1100中的運(yùn)算，以及根據(jù)控制單元1113中的命令的解碼結(jié)果來執(zhí)行四種基本規(guī)則的算術(shù)運(yùn)算或運(yùn)算中的各種。運(yùn)算單元1112可以包括一個或更多個算術(shù)和邏輯單元(ALU)?？刂茊卧?113從儲存單元 1111、運(yùn)算單元1112或處理器1100的外部裝置接收信號，執(zhí)行對命令的提取或解碼或者執(zhí)行輸入或輸出控制，以及以程序形式來運(yùn)行過程。

高速緩沖存儲器單元1120可以暫時儲存數(shù)據(jù)，以補(bǔ)充不同于高速核心單元1110的低速外部裝置的數(shù)據(jù)處理速率。高速緩沖存儲器單元1120可以包括主儲存單元1121、第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123。通常，高速緩沖存儲器單元1120可以包括主儲存單元1121和第二級儲存單元1122。當(dāng)需要大容量儲存單元時，高速緩沖存儲器單元1120可以包括第三級儲存單元1123。如果有必要，則高速緩沖存儲器單元1120可以包括更多儲存單元。即，高速緩沖存儲器單元1120中包括的儲存單元的數(shù)目可以根據(jù)設(shè)計(jì)而改變。主儲存單元1121、第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123的數(shù)據(jù)儲存和識別的處理速度可以相同或不同。當(dāng)儲存單元的處理速度不同時，主儲存單元的處理速度最大。高速緩沖存儲器單元1200中的主儲存單元1121、第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123中的一個或更多個可以包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的一種。包括根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的高速緩沖存儲器單元1120可以使用隧道晶體管作為開關(guān)器件，在隧道晶體管中，具有低帶隙的半導(dǎo)體材料層被插入源極中或周圍。此外，圖18已經(jīng)圖示為主儲存單元1121、第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123全部都安置在高速緩沖存儲器單元1120中。然而，高速緩沖存儲器單元1120中的主儲存單元1121、第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123全部都可以安置在核心單元1110的外部，且可以補(bǔ)充核心單元1110與外部裝置之間的處理速度的差異。此外，高速緩沖存儲器單元1120的主儲存單元1121可以位于核心單元1110中，而第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123可以位于核心單元1110的外部以進(jìn)一步補(bǔ)償處理速度。

總線接口1130可以將核心單元1110與高速緩沖存儲器單元1120耦接以高效地傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)實(shí)施例的處理器1100可以包括多個核心單元1110，且核心單元1110可以共享高速緩沖存儲器單元1120。核心單元1110與高速緩沖存儲器單元1120可以通過總線接口1130來耦接。核心單元1110可以與上述核心單元1110具有相同的配置。當(dāng)設(shè)置有核心單元1110時，高速緩沖存儲器單元1120的主儲存單元1121可以與核心單元1110的數(shù)目相對應(yīng)地安置在每個核心單元1110中，一個第二級儲存單元1122和一個第三級儲存單元1123可以安置在核心單元1110的外部，使得核心單元通過總線接口1130來共享第二級儲存單元和第三級儲存單元。主儲存單元1121的處理速度可以大于第二級儲存單元1122和第三級儲存單元1123的處理速度。

根據(jù)實(shí)施例的處理器1100還可以包括：嵌入式存儲器單元1140，可以儲存數(shù)據(jù)；通信模塊單元1150，可以以有線或無線的方式來將數(shù)據(jù)傳輸至外部裝置或從外部裝置接 收數(shù)據(jù)；存儲器控制單元1160，可以驅(qū)動外部儲存設(shè)備；以及媒體處理單元1170，可以處理在處理器1100中處理的數(shù)據(jù)或從外部輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)，且可以將處理結(jié)果輸出至外部接口設(shè)備。處理器還可以包括除上述組件之外的多個模塊。額外的模塊可以通過總線接口1130來將數(shù)據(jù)傳輸至核心單元1110和高速緩沖存儲器單元1120以及從核心單元1110和高速緩沖存儲器單元1120接收數(shù)據(jù)，以及在它們之間傳輸和接收數(shù)據(jù)。

嵌入式存儲器單元1140可以包括易失性存儲器以及非易失性存儲器。易失性存儲器可以包括動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、移動DRAM、靜態(tài)RAM(SRAM)等，非易失性存儲器可以包括只讀存儲器(ROM)、或非(NOR)快閃存儲器、與非(NAND)快閃存儲器、相變RAM(PCRAM)。電阻式RAM(RRAM)、自旋轉(zhuǎn)移力矩RAM(STTRAM)、磁性RAM(MRAM)等。根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件也可以應(yīng)用于嵌入式存儲器單元1140。

通信模塊單元1150可以包括耦接至有線網(wǎng)絡(luò)的模塊和耦接至無線網(wǎng)絡(luò)的模塊。有線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括局域網(wǎng)(LAN)、通用串行總線(USB)、以太網(wǎng)、電力線通信(PLC)等，無線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、無線LAN、物聯(lián)網(wǎng)、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)、藍(lán)牙、射頻識別(RFID)、長期演進(jìn)(LTE)、近場通信(NFC)、無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)(Wibro)、高速下行分組接入(HSDPA)、寬帶CDMA(WCDMA)、超寬帶(UWB)等。

存儲器控制單元1160可以管理在處理器1100與可根據(jù)與處理器1100不同的通信標(biāo)準(zhǔn)來操作的外部儲存裝置之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。存儲器控制單元1160可以包括各種存儲器控制器或這樣的控制器，即，其可以控制集成設(shè)備電路(IDE)、串行高級技術(shù)附件(SATA)、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SCSI)、獨(dú)立磁盤冗余陣列(RAID)、固態(tài)盤(SSD)、外部SATA(eSATA)、個人計(jì)算機(jī)存儲卡國際協(xié)會(PCMCIA)、USB、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型SD卡、安全數(shù)字大容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。

媒體處理單元1170可以處理在處理器1100中處理的數(shù)據(jù)或從外部輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)，且可以將處理結(jié)果輸出至外部接口設(shè)備，使得處理結(jié)果可以以視頻、聲音或以其他方式來傳送。媒體處理單元1170可以包括GPU、DSP、HD音頻、高分辨率多媒體接口(HDMI)控制器等。

如圖19中所示，應(yīng)用有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)1200可以為數(shù)據(jù)處理裝置。系統(tǒng)1200可以執(zhí)行輸入、處理、輸出、通信、儲存等來執(zhí)行對數(shù)據(jù)的一系列操作，且包括處理器1210、主儲存設(shè)備1220、輔助儲存設(shè)備1230和接口設(shè)備1240。根 據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)可以為可使用處理器來操作的各種電子系統(tǒng)，諸如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、個人數(shù)字助手(PDA)、便攜式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)平板電腦、無線電話、移動電話、智能電話、數(shù)字音樂播放器、便攜式多媒體播放器(PMP)、相機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、攝像機(jī)、錄音機(jī)、遠(yuǎn)程信息處理、視聽(AV)系統(tǒng)或智能電視。

處理器1210是系統(tǒng)的核心配置，其可以控制對輸入命令的翻譯以及控制處理(諸如儲存在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的操作和比較)，且可以包括MPU、CPU、單/多核處理器、GPU、AP、DSP等。

主儲存設(shè)備1220是可以接收來自輔助儲存設(shè)備1230的程序或數(shù)據(jù)并運(yùn)行該程序或數(shù)據(jù)的儲存位置。主儲存設(shè)備1220即便在被斷電時仍保留儲存的內(nèi)容，且可以包括根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。主儲存設(shè)備1220可以使用隧道晶體管作為開關(guān)器件，在隧道晶體管中，具有低帶隙的半導(dǎo)體材料層被插入源極中或周圍。

根據(jù)實(shí)施例的主儲存設(shè)備1220還可以包括易失性存儲器類型(其中斷電時所有內(nèi)容都被擦除)的SRAM或DRAM?？蛇x地，主儲存設(shè)備1220可以不包括根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，而可以包括易失性存儲器類型(其中斷電時所有內(nèi)容都被擦除)的SRAM或DRAM。

輔助儲存設(shè)備1230可以儲存程序編碼或數(shù)據(jù)。輔助儲存設(shè)備1230可以具有比主儲存設(shè)備1220低的數(shù)據(jù)處理速度，但是可以儲存大量的數(shù)據(jù)且包括根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。輔助儲存設(shè)備1230也可以使用隧道晶體管作為開關(guān)器件，在隧道晶體管中，具有低帶隙的半導(dǎo)體材料層被插入源極中或周圍。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輔助儲存設(shè)備1230的面積可以減小，使得系統(tǒng)1200的大小減小而系統(tǒng)1200的便攜性提高。此外，輔助儲存設(shè)備1230還可以包括數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)(未示出)，諸如磁帶或磁盤、使用光的激光盤、使用磁和光的磁光盤、SSD、USB存儲器、SD卡、mSD卡、微型SD卡、SDHC卡、記憶棒卡、SM卡、MMC、eMMC或CF卡。可選地，輔助儲存設(shè)備1230可以不包括根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，而可以包括數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)(未示出)，諸如磁帶或磁盤、使用光的激光盤、使用磁和光的磁光盤、SSD、USB存儲器、SD卡、mSD卡、微型SD卡、SDHC卡、記憶棒卡、SM卡、MMC、eMMC或CF卡。

接口設(shè)備1240可以與實(shí)施例的系統(tǒng)交換外部裝置的命令和數(shù)據(jù)，且可以為小鍵盤、鍵盤、鼠標(biāo)、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、顯示器、各種人機(jī)接口設(shè)備(HID)或通信設(shè)備。通信設(shè)備可以包括多個模塊，諸如耦接至有線網(wǎng)絡(luò)的模塊和耦接至無線網(wǎng)絡(luò)的模塊。有線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括LAN、USB、以太網(wǎng)、PLC等，無線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括IrDA、CDMA、 TDMA、FDMA、無線LAN、物聯(lián)網(wǎng)、USN、藍(lán)牙、RFID、LTE、NFC、Wibro、HSDPA、WCDMA、UWB等。

雖然以上已經(jīng)描述了各種實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，描述的實(shí)施例僅為示例。相應(yīng)地，本文中所描述的電路和方法不應(yīng)當(dāng)基于所描述的實(shí)施例來限制。