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半导体结构，该半导体结构包括存储区。在存储区上设置存储器结构。存储器结构包括第一电极、可变电阻层、保护间隔件以及第二电极。第一电极具有位于存储区上的顶面和第一外侧壁表面。可变电阻层具有第一部分和第二部分。第一部分设置在第一电极的顶面的上方而第二部分从第一部分处向上延伸。保护间隔件设置在第一电极的顶面的部分的上方并且至少包围可变电阻层的第二部分。保护间隔件可被配置为保护可变电阻层内的至少一条导电路径。保护间隔件具有与第一电极的第一外侧壁表面基本对齐的第二外侧壁表面。第二电极设置在可变电阻层的上方。本发明专利技术还提供了一种形成可变电阻存储器结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种半导体结构，该半导体结构包括存储区。在存储区上设置存储器结构。存储器结构包括第一电极、可变电阻层、保护间隔件以及第二电极。第一电极具有位于存储区上的顶面和第一外侧壁表面。可变电阻层具有第一部分和第二部分。第一部分设置在第一电极的顶面的上方而第二部分从第一部分处向上延伸。保护间隔件设置在第一电极的顶面的部分的上方并且至少包围可变电阻层的第二部分。保护间隔件可被配置为保护可变电阻层内的至少一条导电路径。保护间隔件具有与第一电极的第一外侧壁表面基本对齐的第二外侧壁表面。第二电极设置在可变电阻层的上方。本专利技术还提供了一种形成可变电阻存储器结构的方法。【专利说明】优先权声明本申请要求于2013年3月15日提交的、标题为“RESISTANCE VARIABLE MEMORYSTRUCTURE AND METHOD OF FORMING THE SAME”的美国临时专利申请61/799，092 号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
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，阻变式随机存取存储器(RRAM)是用于下一代非易失性存储器器件的新兴技术。一般而言，RRAM通常使用介电材料，尽管这种材料通常是绝缘的，但是可通过施加了特定电压之后形成的细丝或导电路径使其导电。一旦形成细丝，可通过施加适当的电压将细丝置位(即，重新形成，导致RRAM两端的电阻较低)或复位(即，断裂，导致RRAM两端的电阻高)。低阻态和高阻态可用来表示取决于电阻状态的数字信号“I”或“0”，由此，提供了能够存储位的非易失性存储器单元。 从应用的角度来看，RRAM具有诸多优点。RRAM具有简单的单元结构以及与CMOS逻辑兼容工艺，与其他非易失性存储器结构相比，这降低了制造的复杂性和成本。虽然以上提及了具有吸引力的特性，但是，在发展RRAM方面存在很多挑战。已经实施了针对这些RRAM的结构和材料的各种技术以尝试并且进一步提高器件性能。
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:存储区；以及存储器结构，设置在存储区上，存储器结构包括:第一电极，具有位于存储区上的顶面和第一外侧壁表面；可变电阻层，具有第一部分和第二部分，第一部分设置在第一电极的顶面的上方并且第二部分从第一部分处向上延伸；保护间隔件，设置在第一电极的顶面的一部分的上方并且至少包围可变电阻层的第二部分，其中，保护间隔件被配置为保护可变电阻层内的至少一条导电路径，并且保护间隔件具有与第一电极的第一外侧壁表面基本对齐的第二外侧壁表面；和第二电极，设置在可变电阻层的上方。 优选地，可变电阻层的第一部分选择性地被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。 优选地中，可变电阻层包括远离第二部分而水平延伸的第三部分。 优选地，保护间隔件包括氮化硅。 优选地，保护间隔件包围可变电阻层的第一部分的边缘。 优选地，该半导体结构还包括:包围第一电极的蚀刻停止层。 优选地，该半导体结构还包括:包围保护间隔件的介电层，介电层在成分上与保护间隔件不同。 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，第二电极包括延伸超出第一电极的边缘的部分。 优选地，该半导体结构，还包括:外围区；以及第一金属线层和邻近的第二金属线层，设置在外围区和存储区上，其中，在存储区中存储器结构位于第一金属线层和第二金属线层之间，而在外围区中没有器件结构位于第一金属线层和第二金属线层之间。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种半导体结构，包括:存储区；介电层，设置在存储区的上方，介电层包括具有内侧壁表面的开口 ；以及存储器结构，设置在开口内，存储器结构包括:第一电极，设置在开口的底部上并且具有顶面；保护间隔件，在第一电极的顶面的一部分的上方并且沿着开口的内侧壁表面设置，其中，保护间隔件被配置为保护可变电阻层内的至少一条导电路径；可变电阻层，具有第一部分和第二部分，第一部分设置在第一电极的顶面的露出部分的上方，并且第二部分从第一部分处向上延伸并且被保护间隔件包围；和第二电极，设置在可变电阻层的上方。 优选地，可变电阻层的第一部分选择性地被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，该半导体结构还包括:外围区；以及第一金属线层和邻近的第二金属线层，设置在外围区和存储区上，其中，在存储区内存储器结构位于第一金属线层和第二金属线层之间，而在外围区中没有器件结构位于第一金属线层和第二金属线层之间。 优选地，介电层在成分上与保护间隔件不同。 优选地，第二电极包括垂直部分和水平部分，垂直部分延伸进被可变电阻层的第二部分包围的孔内而水平部分延伸超出介电层内的开口的内侧壁表面。 优选地，保护间隔件具有第二外侧壁表面，第二外侧壁表面与第一电极的第一外侧壁表面以及介电层内的开口的内侧壁表面基本对齐。 优选地，保护间隔件包括氮化硅。 优选地，介电层包括低k介电材料。 优选地，该半导体结构还包括:包围第一电极的蚀刻停止层，蚀刻停止层在成分上不同于介电层。 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器结构的方法，该方法包括:提供导电结构；在导电结构的上方形成介电层；在介电层内蚀刻开口以露出导电结构的一部分，开口具有侧壁表面；在导电结构上方用第一电极材料部分地填充开口，以形成第一电极，第一电极具有顶面；在开口的侧壁表面的上方以及第一电极的顶面的一部分的上方形成保护间隔件，从而露出第一电极的顶面的一部分；在开口内，将可变电阻层沉积在保护间隔件的上方以及第一电极的顶面的露出部分的上方；在可变电阻层的上方形成第二电极材料；以及图案化第二电极材料和可变电阻层以在第一电极的上方形成第二电极。 【专利附图】【附图说明】 根据下面详细的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，各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减少。 图1是根据本专利技术的至少一个实施例的形成具有可变电阻存储器结构的半导体结构的方法的流程图。 图2A至图21是根据图1中的方法的一个或多个实施例的具有可变电阻存储器结构的半导体结构在不同制造阶段的截面图。 【具体实施方式】 下面详细讨论示例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概念。所讨论的具体实施例仅为示例性地而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，具有可变电阻存储器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。衬底将经历清洁、分层、图案化、蚀刻和掺杂步骤以形成半导体结构。本专利技术中的术语“衬底”通常指其上形成有各种层和器件结构的块状衬底。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，可通过互连层将其与附加的集成电路互连。 图1是根据本专利技术的至少一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：存储区；以及存储器结构，设置在所述存储区上，所述存储器结构包括：第一电极，具有位于所述存储区上的顶面和第一外侧壁表面；可变电阻层，具有第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述第一电极的顶面的上方并且所述第二部分从所述第一部分处向上延伸；保护间隔件，设置在所述第一电极的顶面的一部分的上方并且至少包围所述可变电阻层的第二部分，其中，所述保护间隔件被配置为保护所述可变电阻层内的至少一条导电路径，并且所述保护间隔件具有与所述第一电极的第一外侧壁表面基本对齐的第二外侧壁表面；和第二电极，设置在所述可变电阻层的上方。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：涂国基，张至扬，陈侠威，廖钰文，杨晋杰，游文俊，石昇弘，朱文定，
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