改进电阻式随机存取存储器(RRAM)的保持性能的高k方案制造技术

技术编号:14053781 阅读:208 留言:0更新日期:2016-11-26 09:43
本发明专利技术提供了电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路或半导体结构。RRAM单元包括底电极和布置在底电极上方的具有可变电阻的数据存储区。此外,RRAM单元还包括布置在数据存储区上方的扩散阻挡层、布置在扩散阻挡层上方的离子库区以及布置在离子库区上方的顶电极。本发明专利技术也提供了用于制造RRAM单元的集成电路或半导体结构的方法。本发明专利技术还涉及改进电阻式随机存取存储器(RRAM)的保持性能的高k方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路器件,更具体地,涉及改进电阻式随机存取存储器(RRAM)的保持性能的高k方案。
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。非易失性存储器能够在电源断开时存储数据,而易失性存储器不能。由于电阻式随机存取存储器(RRAM)的简单的结构和与互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑制造工艺的兼容性,RRAM是用于下一代非易失性存储技术的有前景的候选之一。RRAM单元包括垂直地位于后段制程(BEOL)金属化层内的两个电极之间的电阻式数据存储层。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题,本专利技术提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路,所述集成电路包括:底电极;数据存储区,布置在所述底电极上方并且具有可变电阻;扩散阻挡层,布置在所述数据存储区上方;离子库区,布置在所述扩散阻挡层上方;以及顶电极,布置在所述离子库区上方。在上述集成电路中,其中,所述扩散阻挡层比所述数据存储区和所述离子库区更具负电性。在上述集成电路中,其中,所述扩散阻挡层配置为物理地和静电地阻挡离子在所述离子库区和所述数据存储区之间的扩散。在上述集成电路中,其中,所述扩散阻挡层邻接所述离子库区的底面并且邻接所述数据存储区的顶面。在上述集成电路中,其中,所述扩散阻挡层包括氧化硅或氧化铝。在上述集成电路中,其中,所述数据存储区包括具有可变电阻和超过3.9的介电常数的高k数据存储层。在上述集成电路中,其中,所述数据存储区包括具有可变电阻和超过3.9的介电常数的高k数据存储层,其中,所述高k数据存储层包括氧化铪铝,并且其中,所述氧化铪铝中的铝的量为铝和铪的组合量的约0和50%之间。在上述集成电路中,其中,所述离子库区包括:具有超过3.9的介电常数的高k储层;以及相对于所述高k储层具有较低氧浓度的覆盖层。在上述集成电路中,其中,所述离子库区包括:具有超过3.9的介电常数的高k储层;以及相对于所述高k储层具有较低氧浓度的覆盖层,其中,所述高k储层的厚度为所述数据存储区的厚度的约0.3倍至0.75倍,并且其中,所述扩散阻挡层的厚度为所述数据存储区的厚度的约0.3倍至0.75倍。在上述集成电路中,其中,所述数据存储区配置为取决于施加在所述底电极和所述顶电极之间的电压而在高电阻状态和低电阻状态之间经历可逆变化。根据本专利技术的另一方面,提供了一种用于制造电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路的方法,所述方法包括:形成底电极;在所述底电极上方形成具有可变电阻的数据存储区;在所述数据存储区上方形成扩散阻挡层;在所述扩散阻挡层上方形成离子库区;以及在所述离子库区上方形成顶电极。在所述方法中,其中,形成所述数据存储区包括形成具有可变电阻和超过3.9的介电常数的高k数据存储层。在所述方法中,其中,形成所述数据存储区包括形成具有可变电阻和超过3.9的介电常数的高k数据存储层,其中,所述方法还包括:用氧化铪铝形成所述高k数据存储层,其中,所述氧化铪铝中的铝的量为铝和铪的组合量的约0和50%之间。在所述方法中,其中,所述方法还包括:用氧化铪形成所述数据存储 区和所述离子库区。在所述方法中,其中,形成所述离子库区包括:形成具有超过3.9的介电常数的高k储层;以及形成相对于所述高k储层具有较低氧浓度的覆盖层。在所述方法中,其中,形成所述离子库区包括:形成具有超过3.9的介电常数的高k储层;以及形成相对于所述高k储层具有较低氧浓度的覆盖层,其中,所述方法还包括:形成厚度为所述数据存储区的厚度的约0.3倍至0.75倍的所述高k储层;以及形成厚度为所述数据存储区的厚度的约0.3倍至0.75倍的所述扩散阻挡层。在所述方法中,其中,所述方法还包括:在形成所述离子库区之前,将预定量的负电荷俘获在所述扩散阻挡层上。在所述方法中,其中,所述方法还包括:形成与所述离子库区的底面和所述数据存储区的顶面邻接的所述扩散阻挡层。在所述方法中,其中,所述方法还包括:在底部互连结构上方形成所述底电极,其中,底部扩散阻挡层布置在所述底电极和所述底部互连结构之间。根据本专利技术的又一方面,提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路,所述集成电路包括:底电极;高k数据存储层,具有可变电阻和超过3.9的介电常数;扩散阻挡层,布置在所述高k数据存储层上方;高k储层,具有超过3.9的介电常数;覆盖层,所述覆盖层的氧浓度相对于所述高k储层较低;以及顶电极,布置在所述覆盖层上方。附图说明当结合附图进行阅读时,从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。应该注意,根据工业中的标准实践,各个部件未按比例绘制。实际上,为了清楚的讨论,各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1A示出了具有位于离子库区和数据存储区之间的扩散阻挡层的电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的半导体结构或集成电路的一些实施例的截面图。图1B示出了图1A的扩散阻挡层以及离子库区和数据存储区的一些实施例的放大的截面图。图2示出了用于制造具有位于离子库区和数据存储区之间的扩散阻挡层的RRAM单元的半导体结构或集成电路的方法的一些实施例的流程图。图3至图13示出了处于各个制造阶段的RRAM单元的半导体结构或集成电路的一些实施例的一系列截面图,RRAM单元包括位于离子库区和数据存储区之间的扩散阻挡层。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然,这些仅仅是实例,而不旨在限制本专利技术。例如,在以下描述中,在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例,并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件,从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外,本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的,并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且,为便于描述,在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语,以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外,空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上),而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。电阻式随机存取存储器(RRAM)单元包括布置在顶电极和底电极之间的数据存储区(例如,包括高k层的区域)。数据存储区的可变电阻代表数据单元,诸如数据位。取决于施加在顶电极和底电极之间的电压,可变电阻经历对应于数据单元的数据状态的高电阻状态和低电阻状态之间的可逆变化。高电阻状态为高是在于可变电阻超出阈值,而低电阻状态为低是在于可变电阻低于阈值。一种类型的RRAM单元采用氧空位来形成导电路径。氧基RRAM单元包括布置在数据存储区上方并且位于数据存储区和顶电极之间的离子库区(例如,包括高k层和覆盖层的区域)。离子库区配置为存储氧离子并且促进数据存储区内的电阻变化。在RRAM制造工艺结束时,将生成电压施加在顶电极和底电极之间以开始形成导电路径。该生成电压将氧原子敲出数据存储区的晶格,从而形成局部氧空位。这些局部氧空位趋于本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路,所述集成电路包括:底电极;数据存储区,布置在所述底电极上方并且具有可变电阻;扩散阻挡层,布置在所述数据存储区上方;离子库区,布置在所述扩散阻挡层上方;以及顶电极,布置在所述离子库区上方。

【技术特征摘要】
2014.08.28 US 14/471,1011.一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的集成电路,所述集成电路包括:底电极;数据存储区,布置在所述底电极上方并且具有可变电阻;扩散阻挡层,布置在所述数据存储区上方;离子库区,布置在所述扩散阻挡层上方;以及顶电极,布置在所述离子库区上方。2.根据权利要求1所述的集成电路,其中,所述扩散阻挡层比所述数据存储区和所述离子库区更具负电性。3.根据权利要求1所述的集成电路,其中,所述扩散阻挡层配置为物理地和静电地阻挡离子在所述离子库区和所述数据存储区之间的扩散。4.根据权利要求1所述的集成电路,其中,所述扩散阻挡层邻接所述离子库区的底面并且邻接所述数据存储区的顶面。5.根据权利要求1所述的集成电路,其中,所述扩散阻挡层包括氧化硅或氧化铝。6.根据权利要求1所述的集成电路,其中,所述数据存储区包括具有可变电阻和超过3.9的介电常数的高k...

【专利技术属性】
技术研发人员:金海光林杏莲梁晋玮蔡正原蔡嘉雄
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

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