具有底部电极的RRAM单元制造技术

本发明专利技术涉及一种具有底部电极的电阻式随机存取存储器(RRAM)单元及相关形成方法，底部电极提供RRAM单元的有效切换。在一些实施例中，RRAM单元具有由间隔件和底部介电层围绕的底部电极。底部电极、间隔件和底部介电层设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部金属互连层上方。具有可变电阻的介电数据存储层位于底部介电层和底部电极之上，且顶部电极设置在介电数据存储层上方。间隔件的放置将随后形成的底部电极窄化，从而提高RRAM单元的切换效率。

【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，涉及具有底部电极的RRAM单元。
技术介绍
许多现代电子器件包括配置成存储数据的电子存储器。电子存储器可为易失性存储器或非易失性存储器。易失性存储器在通电时存储数据，而非易失性存储器能够在移除电源时存储数据。电阻式随机存取存储器(RRAM)是一种用于下一代非易失性存储技术的有前途的候选者，这是由于其简单的结构和所涉及的CMOS逻辑兼容工艺技术。RRAM单元包括具有可变电阻的介电数据存储层，其被放置在两个电极之间，两个电极设置于后段制程(BEOL)金属化层内。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元，包括：下部金属互连层，由下部层间介电(ILD)层围绕；底部电极，由间隔件和底部介电层围绕，其中，所述间隔件和所述底部介电层设置在所述下部金属互连层或所述下部ILD层上方；介电数据存储层，具有可变电阻，设置在所述底部电极、所述间隔件和所述底部介电层上方；以及顶部电极，设置在所述介电数据存储层上方。本专利技术的另一实施例提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元，包括：下部金属互连层，由下部层间介电(ILD)层围绕；底部电极，设置在所述下部金属互连层或所述下部ILD层上方，具有由间隔件围绕的上部和由所述间隔件下面的底部介电层围绕的下部，其中，所述底部介电层邻接间隔件的外侧壁的至少下部；介电数据存储层，具有可变电阻，设置在所述底部电极和所述底部介电层上方；覆盖层，设置在所述介电数据存储层上方；顶部电极，设置在所述覆盖层上方；以及顶部介电层，设置在所述下部ILD层上方，沿着所述底部介电层的外侧壁的至少一部分和所述介电数据存储层、所述覆盖层和所述顶部电极的侧壁连续延伸，并且覆盖在所述顶部电极的顶面上面。本专利技术的又一实施例提供了一种形成电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的方法，包括：在下部金属互连层上方的底部介电层内形成开口；形成邻接所述开口的侧壁的间隔件；在开口内形成邻接所述间隔件的底部电极，其中，所述底部电极与所述底部介电层共享平坦顶面；在所述底部介电层和所述底部电极之上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更好地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示出了具有由间隔件围绕的窄底部电极的电阻式随机存取存储器(RRAM)单元的一些实施例的截面图。图2示出了具有由间隔件围绕的底部电极的RRAM单元的一些其他实施例的截面图。图3示出了具有由间隔件围绕的底部电极的RRAM单元的一些其他实施例的截面图。图4示出了具有由间隔件围绕的底部电极的RRAM单元的一些其他实施例的截面图。图5示出了形成具有由间隔件围绕的底部电极的RRAM单元的方法的一些实施例的流程图。图6示出了形成具有设置在间隔件内的底部电极的RRAM单元的方法的一些可选实施例的流程图。图7至图25示出了一些可选实施例的截面图，其示出了形成具有设置在间隔件内的底部电极的RRAM单元的方法。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直接接触形成的实施例，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)单元包括放置在两个电极之间的介电数据存储层。根据所施加的电压，介电数据存储层将在与第一数据状态(例如，“0”或“复位”)相关的高电阻状态和与第二数据状态(例如，“1”或“置位”)相关的低电阻状态之间经历可逆变化。介电数据存储层在不偏置的情况下通常绝缘。可通过在施加足够高的电压后形成的丝线或导电路径实现导电。丝线或导电路径可由诸如氧空位或金属缺陷迁移的不同机制产生。一旦形成丝线，其可通过另一电压复位(损坏，导致高电阻)或置位(重新形成，导致低电阻)。应当理解，可通过窄化底部电极提高RRAM单元的性能。例如，为提高切换效率和可靠性，可通过所公开的方法使用三角形丝线形状以形成相对较窄的底部电极。丝线的相应窄端允许更快和更敏感的置位和复位操作。因此，本专利技术涉及一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元及相关形成方法，RRAM单元具有提供RRAM单元的有效切换的窄底部电极。在一些实施例中，该RRAM单元包括设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部金属互连层上方的底部电极。该底部电极由间隔件和底部介电层围绕。在一些实施例中，通过在底部介电层的开口内形成间隔件并将导电材料填充到该开口的剩余空间中而形成底部电极。这使得底部电极的宽度小于相关制造工艺的光刻尺寸限制。该间隔件和底部介电层设置在下部金属互连层和/或下部ILD层上方。具有可变电阻的介电数据存储层位于底部电极、间隔件和底部介电层之上，并且顶部电极设置在介电数据存储层上方。窄底部电极包括具有窄端的丝线区域，其提高RRAM单元的保留和耐久性能。图1示出了具有由间隔件134围绕的底部电极106的电阻式随机存取存储器(RRAM)单元100的截面图。RRAM单元100包括由下部层间介电(ILD)层104围绕的下部金属互连层102。底部电极106和周围的间隔件134设置在下部金属互连层102或下部ILD层104上方的底部介电层132的开口内。在一些实施例中，底部介电层132围绕、邻接以及延伸在间隔件134下方。在一些实施例中，底部电极10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元，包括：下部金属互连层，由下部层间介电(ILD)层围绕；底部电极，由间隔件和底部介电层围绕，其中，所述间隔件和所述底部介电层设置在所述下部金属互连层或所述下部ILD层上方；介电数据存储层，具有可变电阻，设置在所述底部电极、所述间隔件和所述底部介电层上方；以及顶部电极，设置在所述介电数据存储层上方。

【技术特征摘要】
2014.10.14 US 14/513,7811.一种电阻式随机存取存储器(RRAM)单元，包括：
下部金属互连层，由下部层间介电(ILD)层围绕；
底部电极，由间隔件和底部介电层围绕，其中，所述间隔件和所述底
部介电层设置在所述下部金属互连层或所述下部ILD层上方；
介电数据存储层，具有可变电阻，设置在所述底部电极、所述间隔件
和所述底部介电层上方；以及
顶部电极，设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，其中，所述底部电极与所述间
隔件和所述底部介电层共享平坦表面。
3.根据权利要求1所述的RRAM单元，还包括：
覆盖层，设置在所述介电数据存储层和所述顶部电极之间，并且所述
覆盖层的侧壁与所述介电数据存储层和所述顶部电极的侧壁垂直对准；以
及
顶部介电层，设置在所述底部介电层上方，从所述底部介电层的上表
面沿着所述介电数据存储层和所述顶部电极的侧壁连续延伸，并且覆盖在
所述顶部电极的顶面上面，其中，所述顶部介电层邻接所述介电数据存储
层和所述顶部电极的侧壁。
4.根据权利要求1所述的RRAM单元，其中，所述底部介电层围绕、
邻接所述间隔件并且在所述间隔件下方延伸。
5.根据权利要求1所述的RRAM单元，其中，所述底部介电层与所述
底部电极的底面和所述下部金属互连层的顶面共享平坦底面。
6.根据权利要求1所述的RRAM单元，其中，所述底部介电层的外上
侧壁与所述介电数据存储层和所述顶部电极的侧壁垂直对准。
7.根据权利要求1所述的RRAM单元，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋福庭，徐晨祐，刘世昌，
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