可变电阻存储器结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种存储结构，该存储结构包括位于导电结构上方的具有第一顶面的第一介电层。第一介电层中的第一开口暴露导电结构的区域并且具有内侧壁表面。具有第一部分和第二部分的第一电极结构位于导电结构的暴露区域上方。第二部分沿内侧壁结构向上延伸。可变电阻层设置在第一电极上方。具有第三部分和第四部分的第二电极结构位于可变电阻层上方。第三部分具有位于第一介电层的第一顶面下方的第二顶面。第四部分沿可变电阻层向上延伸。第二开口由第二电极结构限定。第二介电层的至少一部分设置在第二开口中。本发明专利技术涉及可变电阻存储器结构及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及半导体结构，更具体地，涉及可变电阻存储器结构以及形成可变 电阻存储器结构的方法。
技术介绍
在集成电路（IC)器件中，电阻式随机存取存储器（RRAM)是用于下一代非挥发性 存储器件的新兴技术。一般的说，RRAM通常使用介电材料，尽管介电材料通常是绝缘的，但 是在施加特定电压之后其可以通过形成的细丝或导电路径成为导电的。一旦形成细丝，就 可以通过合适施加的电压对其进行置位（即，重新形成，形成RRAM两端的低电阻）或复位 (即，断裂，形成RRAM两端的高电阻）。可以使用低和高电阻状态来指示取决于电阻状态的 数字信号 1或〇，由此提供可存储位的非易失性存储单元。 从应用角度来看，RRAM具有许多优势。RRAM具有简单的单元结构和CMOS逻辑兼 容工艺，与非易失性存储结构相比，这降低了制造的复杂性和成本。尽管上文提到了引人注 目的特性，但是存在与开发RRAM有关的许多挑战。已经实施了针对这些RRAM的配置和材 料的各种技术以尝试并且进一步改善器件性能。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种存储器结 构，包括：导电结构；第一介电层，位于所述导电结构上方，所述第一介电层具有第一顶面； 第一开口，位于所述第一介电层中，延伸至所述导电结构的区域，所述第一开口具有内侧壁 表面；第一电极结构，具有第一部分和连接为一体的第二部分，其中，所述第一部分位于所 述导电结构的暴露区域的上方，并且所述第二部分沿所述第一开口的内侧壁表面向上延 伸；可变电阻层，设置在所述第一电极结构的上方；第二电极结构，位于所述可变电阻层上 方，所述第二电极结构具有第三部分和连接为一体的第四部分，其中，所述第三部分具有位 于所述第一介电层的第一顶面下方的第二顶面，并且所述第四部分沿所述可变电阻层向上 延伸；第二开口，由所述第二电极结构的第三部分和第四部分限定；以及第二介电层的至 少一部分，设置在所述第二开口中。 在上述存储结构中，其中，所述第一开口的内角介于约92°至约135°的范围内。 在上述存储结构中，还包括：穿透所述第二介电层并且接触所述第二电极结构的 第三部分的导电插塞。 在上述存储结构中，其中，所述可变电阻层的边缘区域从所述第一电极结构的第 二部分的边缘区域和所述第二电极结构的第四部分的边缘区域处突出。 在上述存储结构中，其中，所述第二介电层位于所述第一介电层的第一顶面上方。 在上述存储结构中，还包括：位于所述可变电阻层上方并且位于所述第二电极结 构下方的金属覆盖层。 在上述存储结构中，其中，所述可变电阻层包括高k介电材料、二元金属氧化物或 过渡金属氧化物。 在上述存储结构中，其中，可将所述可变电阻层选择性地配置为在所述第一电极 结构的第一部分和所述第二电极结构的第三部分之间形成至少一条导电路径。 在上述存储结构中，其中，所述可变电阻层的边缘区域、所述第一电极结构的第二 部分的边缘区域和所述第二电极结构的第四部分的边缘区域与所述第一介电层的第一顶 面基本上共面。 在上述存储结构中，其中，所述第一介电层和所述第二介电层是基本上不含氧的。 根据本专利技术的另一方面，还提供了一种存储器结构，包括：第一介电层，具有顶面 和开口，所述开口具有内侧壁表面；第二介电层的至少一部分，设置在所述开口的顶部中； 以及电阻式随机存取存储器（RRAM)单元，设置在所述开口的内侧壁表面和所述第二介电 层之间，所述RRAM单元包括：第一电极结构，设置在所述开口的底部中，并且沿所述开口的 内侧壁表面向上延伸；可变电阻层，设置在所述第一电极结构上方；和第二电极结构，设置 在所述可变电阻层上方并且接触所述第二介电层的至少一部分；其中，所述RRAM单元的边 缘区域没有从所述第一介电层的顶面处突出。 在上述存储器结构中，其中，可将所述可变电阻层选择性地配置为在所述第一电 极结构和所述第二电极结构之间形成至少一条导电路径。 在上述存储器结构中，还包括：穿透所述第二介电层并且接触所述第二电极结构 的导电插塞。 在上述存储器结构中，其中，所述可变电阻层的边缘区域从所述第一电极结构的 边缘区域处和所述第二电极结构的边缘区域处突出。 在上述存储器结构中，其中，所述可变电阻层具有厚度，并且所述可变电阻层的边 缘区域从所述第一电极结构的边缘区域处和所述第二电极结构的边缘区域处突出的高度 是所述厚度的两倍多。 在上述存储器结构中，其中，所述可变电阻层的边缘区域、所述第一电极结构的边 缘区域和所述第二电极结构的边缘区域与所述第一介电层的顶面基本上共面。 在上述存储器结构中，其中，所述第一介电层和所述第二介电层是基本上不含氧 的。 在上述存储器结构中，其中，所述开口的高宽比介于约0. 3至约1的范围内。 在上述存储器结构中，其中，所述RRAM单元共形地设置在所述开口的底部和所述 开口的内侧壁表面中。 根据本专利技术的又一方面，还提供了一种形成可变电阻存储器结构的方法，所述方 法包括：在导电结构上方形成第一介电层，所述第一介电层具有第一顶面；在所述第一介 电层中蚀刻开口，从而暴露所述导电结构的区域，所述开口具有内侧壁表面；在所述导电结 构的暴露区域上方、沿所述开口的内侧壁表面和在所述第一介电层的第一顶面上方形成第 一电极材料；在所述第一电极材料上方形成可变电阻层；在所述可变电阻层上方形成第二 电极材料，所述第二电极材料具有位于所述开口中的部分，其中，所述部分具有位于所述第 一介电层的第一顶面下方的第二顶面；在所述第二电极材料上方形成第二介电层；以及实 施至少一次抛光工艺以去除位于所述第一介电层的第一顶面之上的所述第二介电层、所述 第二电极材料、所述可变电阻层和所述第一电极材料。 【附图说明】 通过以下详细描述和附图可以更好地理解本专利技术的各方面。应该强调的是，根据 工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可 以任意地增大或缩小。 图1是根据本专利技术的至少一个实施例的形成可变电阻存储器结构的方法的流程 图。 图2A至图2F是根据图1的方法的一个或多个实施例的可变电阻存储器结构在制 造的各个阶段的截面图。 【具体实施方式】 下面详细讨论了说明性实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多 可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所讨论的具体实施例仅仅是说明性的， 但不用于限制本专利技术的范围。 根据本专利技术的一个或多个实施例，在衬底的半导体芯片区内形成至少一个可变电 阻存储器结构。通过在芯片区之间的划线在衬底上标记多个半导体芯片区。衬底将经历各 种清洗、分层、图案化、蚀刻和掺杂步骤以形成半导体结构。本文中术语衬底通常指代块 状半导体衬底，其中，各种层和器件结构形成在其上。在一些实施例中，块体衬底包括硅或 化合物半导体（诸如，GaAs、InP、Si/Ge或SiC)。层的实例包括介电层、掺杂层、多晶硅层 或导电层。器件结构的实例包括晶体管、电阻器和/或电容器，其中，可以通过互连层将其 与额外的集成电路互连。 图1是根据本专利技术的至少一个实施例的形成可变电阻存储器结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器结构，包括：导电结构；第一介电层，位于所述导电结构上方，所述第一介电层具有第一顶面；第一开口，位于所述第一介电层中，延伸至所述导电结构的区域，所述第一开口具有内侧壁表面；第一电极结构，具有第一部分和连接为一体的第二部分，其中，所述第一部分位于所述导电结构的暴露区域的上方，并且所述第二部分沿所述第一开口的内侧壁表面向上延伸；可变电阻层，设置在所述第一电极结构的上方；第二电极结构，位于所述可变电阻层上方，所述第二电极结构具有第三部分和连接为一体的第四部分，其中，所述第三部分具有位于所述第一介电层的第一顶面下方的第二顶面，并且所述第四部分沿所述可变电阻层向上延伸；第二开口，由所述第二电极结构的第三部分和第四部分限定；以及第二介电层的至少一部分，设置在所述第二开口中。

【技术特征摘要】
2013.08.30 US 14/015,7381. 一种存储器结构，包括： 导电结构； 第一介电层，位于所述导电结构上方，所述第一介电层具有第一顶面； 第一开口，位于所述第一介电层中，延伸至所述导电结构的区域，所述第一开口具有内 侧壁表面； 第一电极结构，具有第一部分和连接为一体的第二部分，其中，所述第一部分位于所述 导电结构的暴露区域的上方，并且所述第二部分沿所述第一开口的内侧壁表面向上延伸； 可变电阻层，设置在所述第一电极结构的上方； 第二电极结构，位于所述可变电阻层上方，所述第二电极结构具有第三部分和连接为 一体的第四部分，其中，所述第三部分具有位于所述第一介电层的第一顶面下方的第二顶 面，并且所述第四部分沿所述可变电阻层向上延伸； 第二开口，由所述第二电极结构的第三部分和第四部分限定；以及 第二介电层的至少一部分，设置在所述第二开口中。2. 根据权利要求1所述的存储器结构，其中，所述第一开口的内角介于约92°至约 135°的范围内。3. 根据权利要求1所述的存储器结构，还包括：穿透所述第二介电层并且接触所述第 二电极结构的第三部分的导电插塞。4. 根据权利要求1所述的存储器结构，其中，所述可变电阻层的边缘区域从所述第一 电极结构的第二部分的边缘区域和所述第二电极结构的第四部分的边缘区域处突出。5. 根据权利要求1所述的存储器结构，其中，所述第二介电层位于所述第一介电层的 第一顶面上方。6. -种存储器结构，包括： 第一介电层，具有顶面和开口，所述开口具有内侧壁表面； 第二介电层的至少一部分，设置在所述开口的顶部中；以及 电阻式随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋福庭，谢静佩，徐晨祐，刘世昌，蔡嘉雄，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71