用于RRAM结构的底部电极、RRAM单元及其形成方法技术

本发明专利技术涉及包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元以及相关的形成方法，该RRAM单元提供了良好的间隙填充能力。在一些实施例中，RRAM单元包括具有绝缘底部电极(BE)层的多层底部电极，该绝缘底部电极层横向布置在导电下部BE层的侧壁之间并且垂直布置在导电下部BE层与导电上部BE层之间。具有可变电阻的介电数据存储层布置在多层底部电极上方，并且顶部电极布置在介电数据存储层上方。与导电材料相比，底部电极的绝缘芯能够更好地填充具有大高宽比的间隙，从而使多层底部电极具有平整的上表面以避免上面的层的形貌问题。

【技术实现步骤摘要】
用于RRAM结构的底部电极、RRAM单元及其形成方法
本专利技术实施例一般地涉及半导体
，更具体地，涉及阻变式存储器(RRAM)及其形成方法。
技术介绍
许多现代电子器件包含配置为存储数据的电子存储器。电子存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。易失性存储器在供电时存储数据，而非易失性存储器能够在断开电源时存储数据。阻变式存储器(RRAM，resistiverandomaccessmemory)由于其简单的结构以及包括CMOS逻辑兼容工艺技术，所以其成为下一代非易失性存储技术的颇具前景的候选对象。RRAM单元包括具有可变电阻的介电数据存储层(dielectricdatastoragelayer)，其位于设置于后段制程(BEOL，end-of-the-line)金属化层内的两个电极之间。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种RRAM(电阻式随机存取存储器)单元，包括：多层底部电极，包括绝缘底部电极(BE)层，并且横向地布置在第一导电下部底部电极层的侧壁之间并且垂直地布置在所述第一导电下部底部电极层与导电上部底部电极层之间；介电数据存储层，具有可变电阻，其中，所述介电数据存储层布置在所述多层底部电极上方；以及顶部电极，布置在所述介电数据存储层上方。根据本专利技术的另一方面，提供了一种RRAM(电阻式随机存取存储器)单元，包括：下部绝缘层，布置在被下部层间介电(ILD)层围绕的下部金属互连层上方；多层底部电极，布置在垂直地延伸穿过所述下部绝缘层的开口内，其中，所述多层底部电极包括绝缘底部电极(BE)层、导电上部底部电极层和第一导电下部底部电极层，其中，绝缘底部电极(底部电极)层和第一导电下部底部电极层具有与导电上部底部电极层的下表面接触的上表面；介电数据存储层，具有可变电阻，其中，所述介电数据存储层布置在所述多层底部电极上方；以及顶部电极，布置在所述介电数据存储层上方。根据本专利技术的又一方面，提供了一种形成RRAM(电阻式随机存取存储器)单元的方法，包括：形成包括绝缘底部电极(BE)层的多层底部电极，所述绝缘底部电极层横向地布置在导电下部底部电极层的侧壁之间并且垂直地布置在所述导电下部底部电极层与导电上部底部电极层之间；在所述多层底部电极上方形成具有可变电阻的介电数据存储层；以及在所述介电数据存储层上方形成顶部电极。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。图1示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM(电阻式随机存取存储器)单元的一些实施例的截面图。图2示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的一些附加实施例的截面图。图3示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的一些附加实施例的截面图。图4示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的一些可选实施例的截面图。图5示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的集成芯片的一些附加实施例的截面图。图6至图15示出了显示出用于形成包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的方法的截面图的一些实施例。图16示出了形成包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成为直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。而且，本专利技术在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作过程中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。近年来，电阻式随机存取存储器(RRAM)单元已成为下一代电子数据存储的有力候选者。RRAM单元包括通过具有可变电阻的介电数据存储层分离的导电顶部电极与导电底部电极。RRAM单元基于电阻改变来存储数据，这允许RRAM单元在与第一数据状态(如，“0”)相对应的高电阻状态和与第二数据状态(如，“1”)相对应的低电阻状态之间改变存储器单元的电阻。通常通过在介电层内蚀刻开口，然后形成延伸进开口的底部电极来形成RRAM单元的导电底部电极。然而，应该理解，随着RRAM单元的尺寸不断减小，底部电极金属通常不能适当地填充介电层中的开口。这导致底部电极的上表面内的凹陷，从而导致上面的层的不平整的形貌。不平整的形貌会对RRAM单元存储数据的能力和RRAM单元的可靠性产生不利影响。本专利技术涉及包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM单元以及相关的形成方法，该RRAM单元提供了良好的间隙填充能力。在一些实施例中，RRAM单元包括具有绝缘底部电极(BE，bottomelectrode)层的多层底部电极，该绝缘底部电极层横向地布置在导电下部BE层的侧壁之间并且垂直地布置在导电下部BE层与导电上部BE层之间。具有可变电阻的介电数据存储层位于多层底部电极上方，并且顶部电极布置在介电数据存储层上方。与导电材料相比，多层底部电极的绝缘芯能够更好地填充具有大高宽比的间隙，从而使底部电极具有平整的上表面以避免上面的层中的形貌问题。图1示出了包括具有绝缘芯的多层底部电极的RRAM(电阻式随机存取存储器)单元100的一些实施例的截面图。RRAM单元100包括布置在半导体衬底102上方的下部层间介电(ILD)层104。下部金属互连层106被下部ILD层104围绕。在一些实施例中，下部绝缘层108位于下部ILD层104和/或下部金属互连层106上方。下部绝缘层108包括延伸穿过下部绝缘层108至下部金属互连层106的开口109或微沟槽。多层底部电极110位于下部金属互连层106上方。多层底部电极110具有被导电材料围绕(即，嵌入导电材料内)的绝缘芯。多层底部电极110从开口109内延伸至下部绝缘层108的位于开口109相对侧的上面的位置处。在一些实施例中，多层底部电极110包括导电下部BE层110a、绝缘BE层110b和导电上部BE层110c。导电下部BE层110a布置在下部绝缘层108的开口109内。绝缘BE层110b布置在导电下部BE层110a的侧壁之间。导电上部BE层110c布置在导电下部BE层110a和绝缘BE层110b上方。介电数据存储层112布置在多层底部电极110上方。介电数据存储层112具有可变电阻，可变电阻的电阻值根据施加的电压变化。顶部电极114设置在介电数据存储层112上方。在RRAM单元的操作期间，施加至多层底部电极110和顶部电极114的电压将生成延伸进介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RRAM(电阻式随机存取存储器)单元，包括：多层底部电极，包括绝缘底部电极(BE)层，并且横向地布置在第一导电下部底部电极层的侧壁之间并且垂直地布置在所述第一导电下部底部电极层与导电上部底部电极层之间；介电数据存储层，具有可变电阻，其中，所述介电数据存储层布置在所述多层底部电极上方；以及顶部电极，布置在所述介电数据存储层上方。

【技术特征摘要】
2015.11.13 US 14/940,4421.一种RRAM(电阻式随机存取存储器)单元，包括：多层底部电极，包括绝缘底部电极(BE)层，并且横向地布置在第一导电下部底部电极层的侧壁之间并且垂直地布置在所述第一导电下部底部电极层与导电上部底部电极层之间；介电数据存储层，具有可变电阻，其中，所述介电数据存储层布置在所述多层底部电极上方；以及顶部电极，布置在所述介电数据存储层上方。2.根据权利要求1所述的RRAM单元，还包括：下部绝缘层，布置在被下部层间介电(ILD)层围绕的下部金属互连层上方，其中，所述下部绝缘层包括开口并且所述多层底部电极从所述开口内延伸至下部绝缘层上面的所述开口的相对侧的位置处。3.根据权利要求2所述的RRAM单元，其中，所述下部绝缘层包括：第一下部绝缘层，布置在所述下部层间介电层上方；以及第二下部绝缘层，布置在所述第一下部绝缘层上方。4.根据权利要求3所述的RRAM单元，其中，所述绝缘底部电极层包括与所述第二下部绝缘层相同的材料。5.根据权利要求3所述的RRAM单元，还包括：上部层间介电层，布置在所述下部绝缘层上方；以及通孔层，被所述上部层间介电层围绕并且接触所述顶部电极。6.根据权利要求1所述的RRAM单元，其中，所述第一导电下部底部电极层与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仁盛，朱文定，廖钰文，
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