可变电阻存储结构及其形成方法技术

本发明专利技术公开了可变电阻存储结构及其形成方法，其中一种半导体结构包括可变电阻存储结构。该半导体结构还包括介电层。可变电阻存储结构位于介电层上方。可变电阻存储结构包括设置在介电层上方的第一电极。第一电极具有侧面。可变电阻层具有设置在第一电极的侧面上方的第一部分和从第一部分延伸远离第一电极的第二部分。第二电极位于可变电阻层上方。

【技术实现步骤摘要】
可变电阻存储结构及其形成方法
本专利技术总的来说涉及半导体结构，更具体地，涉及可变电阻存储结构和形成可变电阻存储结构的方法。
技术介绍
在集成电路(IC)中，电阻式随机存取存储器(RRAM)对于下一代非易失性存储器件而言是新兴的技术。RRAM是包括RRAM单元阵列的存储结构，每个RRAM单元都利用电阻而不是电荷来存储数据位。具体地，每个RRAM单元都包括可变电阻层，可对其电阻进行调整来表示逻辑“0”或逻辑“1”。从应用的观点来看，RRAM具有许多优点。与其他非易失性存储结构相比，RRAM具有简单的单元结构和CMOS逻辑兼容工艺，这使得降低看制造复杂性与成本。尽管上面提到了引人注目的特性，但是存在与发展RRAM有关的许多挑战。已实施了针对这些RRAM的配置和材料的各种技术以尝试并进一步提高器件的性能。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种半导体结构，包括：介电层；以及可变电阻存储结构，位于介电层上方。可变电阻存储结构包括：第一电极，设置在介电层上方，第一电极具有侧面；可变电阻层，具有设置在第一电极的侧面上方的第一部分和从第一部分延伸远离第一电极的第二部分；和第二电极，设置在可变电阻层上方。优选地，可变电阻层的第二部分设置在第二电极和介电层之间。优选地，第一部分选择性地可配置为在第一电极和第二电极之间形成至少一条导电路径。优选地，该半导体结构进一步包括设置在可变电阻层和第二电极之间的保护层。优选地，保护层包括钛、钽或铪。优选地，该半导体结构进一步包括嵌入介电层并且电连接至第一电极的导电结构。优选地，第一电极和所述第二电极均包括从Pt、AlCu、TiN、Au、Ti、Ta、TaN、W、WN和Cu的组中所选择的至少一种材料。优选地，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。优选地，可变电阻层包括氧化镍、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铝、氧化钽、氧化钼或氧化铜。优选地，第二电极是包围可变电阻层和第一电极的闭合环路。根据本专利技术的另一方面，提供了一种半导体结构，包括：导电结构；以及可变电阻存储结构，位于导电结构上方。可变电阻存储结构包括：第一电极，设置在导电结构上方，第一电极具有侧面；可变电阻层，具有垂直部分和水平部分，垂直部分包围第一电极的侧面，并且水平部分从垂直部分延伸远离第一电极；和第二电极，设置在可变电阻层上方并包围可变电阻层的垂直部分。优选地，垂直部分选择性地可配置为在第一电极和第二电极之间形成至少一条导电路径。优选地，该半导体结构进一步包括位于可变电阻层和第二电极之间的保护层。优选地，保护层包括钛、钽或铪。优选地，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。优选地，第一电极和第二电极包括从Pt、AlCu、TiN、Au、Ti、Ta、TaN、W、WN和Cu的组中选择的至少一种材料。优选地，该半导体结构进一步包括设置在第二电极上方并与第二电极接触的导电插塞。优选地，该半导体结构进一步包括位于可变电阻存储结构下方的第一介电层和第二介电层，第一介电层设置在第二介电层上方并且具有比第二介电层更高的抗蚀刻性。根据本专利技术的又一方面，提供了一种形成可变电阻存储结构的方法，包括：在介电层上方形成第一电极，第一电极具有顶面和从顶面向下朝着介电层延伸的侧面；在第一电极的顶面和侧面上方沉积可变电阻材料和第二电极材料；以及蚀刻可变电阻材料和第二电极材料的一部分，以形成在第一电极的侧面上方的可变电阻层和第二电极。优选地，形成第一电极包括：在介电层中形成开口；用第一电极材料填充开口以形成第一电极；以及移除介电层的一部分，以露出第一电极的顶面并至少露出侧面的顶部。附图说明根据下面的详细描述和附图可以理解本专利技术的内容。需要强调的是，根据行业标准惯例，各个部件没有按照比例绘制。事实上，为了清楚地讨论，可以任意增大或减小各个部件的尺寸。图1是根据本专利技术至少一个实施例的形成具有可变电阻存储结构的半导体结构的方法的流程图。图2A至图2H是根据图1中的方法的一个或多个实施例的处于各个制造阶段的具有可变电阻存储结构的半导体结构的截面图。图2I是具有图2H的可变电阻存储结构的半导体结构的平面图。图2J是根据本专利技术一个或多个实施例的沿着图2I中的线A-A’截取以示出在可变电阻层中形成细丝的操作的半导体结构的截面图。图3是根据本专利技术一个或多个实施例的形成具有可变电阻存储结构的半导体结构的方法的流程图。图4A至图4E是根据图3所示方法的一个或多个实施例的处于各个制造阶段的具有可变电阻存储结构的半导体结构的截面图。具体实施方式以下详细讨论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具体化的可应用专利技术概念。所讨论的具体实施例只是说明性的，而不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，半导体结构包括可变电阻存储结构。该可变电阻存储结构包括形成在两个电极之间的可变电阻层。通过向两个电极中的每一个施加特定的电压来改变可变电阻层的电阻。低电阻和高电阻用于表示数字信号“1”或“0”，从而允许进行数据存储。这种切换行为不仅取决于可变电阻层的材料，而且还取决于电极的选择以及电极的界面性能。根据本专利技术的一个或多个实施例，具有可变电阻存储结构的半导体结构形成在衬底的芯片区内。通过芯片区之间的划线在衬底上标记出多个半导体芯片区。衬底将经历各种清洗、层压、图案化、蚀刻和掺杂步骤来形成半导体结构。本文中术语“衬底”通常是指在其上形成各种层和器件的块状衬底。在一些实施例中，块状衬底包括硅或化合物半导体，诸如GaAs、InP、Si/Ge或SiC。各种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，它们可以通过互连层与其他集成电路互连。图1是根据本专利技术至少一个实施例的形成具有可变电阻存储结构的半导体结构的方法100的流程图。图2A至图2H是根据图1的方法100的各个实施例的处于各个制造阶段的具有可变电阻存储结构的半导体结构200的截面图。可在图1方法100之前、期间或之后提供附加工艺。为了更好地理解本专利技术的专利技术概念，对各个附图进行了简化。现在参考图1，方法100的流程开始于操作101。导电结构被形成为嵌入介电层。在至少一个实施例中，介电层包括形成在衬底上方的多个介电层。至少一个导电结构形成在衬底上方并嵌入多个介电层。参考图2A，其是具有可变电阻存储结构的半导体结构200在执行操作101之后的放大截面图。半导体结构200包括衬底(未示出)，诸如碳化硅(SiC)衬底、GaAs、InP、Si/Ge或硅衬底。在一些实施例中，衬底包括形成在衬底顶面上方的多个层。这些层的实例包括介电层、掺杂层、多晶硅层或导电层。衬底还包括形成在多个层中的多个器件结构。器件结构的实例包括晶体管、电阻器和/或电容器。在图2A至图2J所示的实例中，半导体结构200包括形成在衬底(未示出)顶面上的介电层201。在至少一个实施例中，介电层201包括多个介电层203、205和207。与介电层207和介电层203相比，介电层205具有更高的抗蚀刻性。介电层203、205和207包括氧化硅、氟硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯(TEOS)氧化物、磷硅酸玻璃(PSG)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：介电层；以及可变电阻存储结构，位于所述介电层上方，所述可变电阻存储结构包括：第一电极，设置在所述介电层上方，所述第一电极具有侧面；可变电阻层，具有设置在所述第一电极的所述侧面上方的第一部分和从所述第一部分延伸远离所述第一电极的第二部分；和第二电极，设置在所述可变电阻层上方。

【技术特征摘要】
2012.11.09 US 13/673,6581.一种半导体结构，包括：介电层；以及可变电阻存储结构，位于所述介电层上方，所述可变电阻存储结构包括：第一电极，设置在所述介电层上方，所述第一电极具有侧面；可变电阻层，呈L形，具有设置在所述第一电极的所述侧面上方的第一部分和从所述第一部分延伸远离所述第一电极的第二部分；和第二电极，设置在所述可变电阻层上方，并且与所述可变电阻层的所述第一部分和所述可变电阻层的所述第二部分均接触。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述可变电阻层的所述第二部分设置在所述第二电极和所述介电层之间。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中，所述第一部分选择性地可配置为在所述第一电极和所述第二电极之间形成至少一条导电路径。4.根据权利要求1所述的半导体结构，进一步包括设置在所述可变电阻层和所述第二电极之间的保护层。5.根据权利要求4所述的半导体结构，其中，所述保护层包括钛、钽或铪。6.根据权利要求1所述的半导体结构，进一步包括嵌入所述介电层并且电连接至所述第一电极的导电结构。7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述第一电极和所述第二电极均包括从Pt、AlCu、TiN、Au、Ti、Ta、TaN、W、WN和Cu的组中所选择的至少一种材料。8.根据权利要求1所述的半导体结构，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。9.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述可变电阻层包括氧化镍、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化铝、氧化钽、氧化钼或氧化铜。10.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述第二电极是包围所述可变电阻层和所述第一电极的闭合环路。11.一种半导体结构，包括：导电结构；以及可变电阻存储结构，位于所述导电结构上方，所述可变电阻存储结构包括：第一电极，设置在所述导电结构上方，所述第一电极具有侧面；可变电阻层，呈L形，具有垂直部分和水平部分，所述垂直部分包围所述第一电极的侧面，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂国基，朱文定，杨晋杰，廖钰文，陈侠威，张至扬，
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：台湾;71