通过在互连介电材料层上形成一对牺牲导电焊盘来提供低形成电压NVM设备，互连介电材料层嵌入一对第二导电结构和图案化材料堆叠。所述牺牲导电焊盘中的一个牺牲导电焊盘具有第一区域并接触所述第二导电结构中的一个的表面，所述第二导电结构中的一个的表面接触下面的第一导电结构的表面，并且所述牺牲导电焊盘中的另一个具有不同于所述第一区域的第二区域并接触所述第二导电结构中的另一个的表面，所述第二导电结构中的另一个的表面接触所述图案化材料堆叠的顶部电极的表面。执行等离子体处理以诱导天线效应且将图案化材料堆叠的介电切换材料转换成导电细丝。在等离子体处理之后，去除该对牺牲导电焊盘。去除该对牺牲导电焊盘。去除该对牺牲导电焊盘。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低形成电压非易失性存储器(NVM)
[0001]本申请涉及非易失性存储器(NVM)，并且更具体地涉及低形成电压阻性随机存取存储器(ReRAM或RRAM)设备及其形成方法。
技术介绍
[0002]非易失性存储器(NVM)是一种即使在已经被电力循环(power cycled)之后也可以检索所存储的信息的计算机存储器。相反，易失性存储器需要恒定的功率以便保持数据。电阻式随机存取存储器(ReRAM或RRAM)是通过改变电介质材料(通常被称为忆阻器)上的电阻来工作的NVM的类型。基本思想是，可以使通常绝缘的介电材料通过在施加足够高的电压之后形成的细丝(filament)或导电路径而导电。导电路径可以由不同的机制引起，包括空位或金属缺陷迁移。一旦形成细丝，其可以由另一电压重置(断开，导致高电阻)或设置(重新形成，导致较低电阻)。
[0003]介电金属氧化物(诸如，例如氧化铪)的典型细丝形成电压为3伏特至3.5伏特。这种高细丝形成电压与现有的ReRAM设备不兼容。例如，现有的14nm的ReRAM设备需要约2伏特或更小的形成电压。
[0004]在一些ReRAM设备中，等离子体处理工艺可以用于由于天线效应而在ReRAM中预形成细丝。贯穿本申请使用术语“天线效应”(antenna effect)来描述在处理期间在电子电路部件的隔离模式中的电荷累积效应。这种电荷累积经常由于在等离子体处理过程中产生的电荷而发生。这些电荷随后经由暴露的金属表面收集并开始以隔离模式累积。电荷的这种累积可引起电压差。然后，如果设备被放置在两个不同的隔离节点之间，则可以将某个电压施加到设备。电压差可最终导致电流流动或在装置上施加电应力。在这种ReRAM设备中，顶部电极和底部电极连接到长导电焊盘或长线以在等离子体处理期间收集电荷，但是总面积是不平衡的并且使用天线效应引起跨介电金属氧化物的软击穿。作为这种ReRAM设备的永久部件的大导电焊盘或导线惩罚设备设计的区域。
[0005]在其他ReRAM设备中，可以使用除氧材料如稀土元素获得低形成电压或形成自由电压ReRAM设备。在ReRAM设备内使用除氧材料通常与在后段制程(BEOL)中存在的材料不相容。
[0006]因此，需要提供解决上述用于传统低形成电压ReRAM设备的各种问题中的一个或多个的低形成电压ReRAM。
技术实现思路
[0007]通过在互连介电材料层上形成一对牺牲导电焊盘来提供低形成电压NVM设备，互连介电材料层嵌入一对第二导电结构和图案化材料堆叠。牺牲导电焊盘中的一个具有第一区域并接触第二导电结构中的一个的表面，该第二导电结构中的一个的表面接触下面的第一导电结构的表面，并且牺牲导电焊盘中的另一个具有第二区域并接触第二导电结构中的另一个的表面，该第二导电结构中的另一个的表面接触图案化材料堆叠体的顶部电极的表
面。执行等离子体处理以诱导天线效应且将图案化材料堆叠的介电切换材料转换成导电细丝。在等离子体处理之后，去除该对牺牲导电焊盘。
[0008]在本申请的一个方面，提供了一种非易失性存储器(NVM)设备。在一个实施例中，NVM设备包括嵌入到第一互连介电材料层中的第一导电结构。电阻式随机存取存储器(ReRAM)设备位于第一导电结构上，其中ReRAM设备包括底部电极、由介电转换材料构成的导电细丝和顶部电极。第二互连介电材料层位于第一互连介电材料层之上并嵌入ReRAM设备。根据本申请，第二互连介电材料层包含其中存在凹陷部的波状上表面。一对第二导电结构存在于所述第二互连介电材料层中，其中所述一对第二导电结构中的所述第二导电结构中的接触所述第一导电结构的表面，并且所述一对第二导电结构中的所述第二导电结构中的另接触所述ReRAM设备的所述顶部电极的表面。
[0009]在本申请的另一方面，提供了一种形成非易失性存储器(NVM)设备的方法。在一个实施例中，该方法包括在第一导电结构的表面上形成底部电极，该第一导电结构被嵌入在第一互连介电材料层中。然后在底部电极上形成图案化的材料堆叠体，该图案化的材料堆叠体从底部到顶部包括介电转换材料和顶部电极。然后在所述第一互连介电材料层之上形成第二互连介电材料层，其中，所述图案化的材料堆叠嵌入在所述第二互连介电材料层中。接下来，在第二互连介电材料层中形成一对第二导电结构，其中该对第二导电结构中的第二导电结构中的一个接触第一导电结构的表面，并且该对第二导电结构中的第二导电结构中的另一个接触图案化材料堆叠的顶部电极的表面。然后在所述第二互连介电材料层上形成一对牺牲导电焊盘，其中，所述一对牺牲导电焊盘中的牺牲导电焊盘具有第一区域并且接触所述一对第二导电结构中的第二导电结构的表面，所述第二导电结构的表面接触所述第一导电结构的表面，以及所述一对牺牲导电焊盘中的所述牺牲导电焊盘中的另一个牺牲导电焊盘具有第二区域，所述第二区域不同于(即，大于或小于)第一区域并且接触所述一对第二导电结构中的第二导电结构的表面，所述第二导电结构的表面接触所述图案化材料堆叠的顶部电极的表面。接下来，执行等离子体处理以引起天线效应并且将介电转换材料转换成ReRAM设备的导电细丝，该ReRAM设备进一步包括底部电极和顶部电极。在形成导电细丝之后，从第二互连介电材料层去除该对牺牲导电焊盘。
附图说明
[0010]图1是根据本申请的实施方式能够采用的BEOL结构的截面图，BEOL结构包括底部电极，底部电极位于嵌入在第一互连介电材料层中的第一导电结构的表面上。
[0011]图2是在形成电介质开关层和顶部电极层之后的图1的BEOL结构的截面图。
[0012]图3是图2的BEOL结构在顶部电极层上形成电介质硬掩模层之后的截面图。
[0013]图4是在电介质硬掩模层的表面上形成图案化的光致抗蚀剂掩模之后的图3的BEOL结构的截面图。
[0014]图5是图4的BEOL结构在对电介质硬掩模层、顶部电极层和电介质切换层进行图案化以提供电介质硬掩模层的剩余部分、顶部电极层的剩余部分和电介质切换层的剩余部分的图案化材料堆叠并且去除图案化的光致抗蚀剂掩模之后的截面图。
[0015]图6是在图案化的材料堆叠的侧壁上形成电介质间隔体之后的图5的BEOL结构的截面图。
[0016]图7是在第一互连介电材料层之上形成第二互连介电材料层之后的图6的BEOL结构的截面图，其中，包含图案化材料堆叠的介电间隔件嵌入在第二互连介电材料层中。
[0017]图8是在第二互连介电材料层中形成一对第二导电结构之后的图7的BEOL结构的截面图，其中，该对第二导电结构中的一个第二导电结构接触第一导电结构的表面，并且该对第二导电结构中的另一个第二导电结构接触图案化材料堆叠的顶部电极层的剩余部分的表面。
[0018]图9是在第二互连介电材料层和该对第二导电结构两者上形成导电含金属焊盘层之后的图8的BEOL结构的截面图。
[0019]图10是图9的BEOL结构在图案化导电含金属焊盘层以提供一对牺牲导电焊盘之后的截面图，其中，该对牺牲导电焊盘中的这些牺牲导电焊盘之一具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非易失性存储器(NVM)设备，包括：第一导电结构，嵌入在第一互连介电材料层中；电阻式随机存取存储器(ReRAM)设备，位于所述第一导电结构上，其中，所述ReRAM设备包括底部电极、由介电转换材料组成的导电细丝和顶部电极；第二互连介电材料层，位于所述第一互连介电材料层上并嵌入所述ReRAM设备，其中，所述第二互连介电材料层包含其中存在凹陷部的波状上表面；以及存在于所述第二互连介电材料层中的一对第二导电结构，其中所述一对第二导电结构中的所述第二导电结构中的一个接触所述第一导电结构的表面，并且所述一对第二导电结构中的所述第二导电结构中的另一个接触所述ReRAM设备的所述顶部电极的表面。2.根据权利要求1所述的NVM设备，其中，所述ReRAM设备的所述导电细丝和所述顶部电极具有大于或等于所述ReRAM设备的所述底部电极的宽度的宽度。3.根据权利要求1所述的NVM设备，其中，所述ReRAM设备的所述底部电极被嵌入在位于所述第一互连介电材料层与所述第二互连介电材料层之间的介电加盖层中。4.根据权利要求1所述的NVM设备，还包括位于所述顶部电极上的电介质硬掩模。5.根据权利要求4所述的NVM设备，其中，所述电介质硬掩模具有与所述顶部电极和所述导电细丝两者的侧壁垂直对准的侧壁。6.根据权利要求1所述的NVM设备，其中，所述介电转换材料由电介质金属氧化物组成。7.根据权利要求1所述的NVM设备，还包括位于所述第二互连介电材料层上的介电加盖层。8.根据权利要求1所述的NVM设备，还包括位于所述导电细丝的侧壁和所述ReRAM设备的所述顶部电极上的电介质间隔件。9.根据权利要求1所述的NVM设备，其中，所述导电丝是使用小于2伏特的电压预成形的。10.根据权利要求1所述的NVM设备，其中，所述ReRAM设备的所述导电细丝和所述顶部电极具有圆柱形状。11.一种形成非易失性存储器(NVM)设备的方法，所述方法包括：在嵌入到第一互连介电材料层中的第一导电结构的表面上形成底部电极；形成图案化的材料堆叠，所述图案化的材料堆叠从底部到顶部包括介电转换材料和在所述底部电极上的顶部电极；在所述第一互连介电材料层之上形成第二互连介电材料层，其中，所述图案化的材料堆叠嵌入在所述第二互连介电材料层中；在所述第二互连介电材料层中形成一对第二导电...
【专利技术属性】
技术研发人员：金永硕，玉仁祚，A雷兹尼克，徐顺天，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
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