电阻式随机存取存储器结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种电阻式随机存取存储器结构及其形成方法。此电阻式随机存取存储器结构包括：层间介电层，形成于基板上，其中层间介电层为包括氧的介电材料；氧扩散阻障层，形成于层间介电层上；底电极层，形成于氧扩散阻障层上。底电极层包括：第一电极层，形成于氧扩散阻障层上；第一富氧层，形成于第一电极层上；以及第二电极层，形成于第一富氧层上。此电阻式随机存取存储器结构亦包括：电阻转态层，形成于底电极层上；以及顶电极层，形成于电阻转态层上。本发明专利技术的氧扩散阻障层能够阻挡从层间介电层扩散进入第一电极层的氧，从而可改善电阻不均与转换不均的问题，进而提升产品的良率及信赖性。

【技术实现步骤摘要】
电阻式随机存取存储器结构及其形成方法
本专利技术是有关于一种存储器装置，且特别是有关于一种电阻式随机存取存储器结构及其形成方法。
技术介绍
电阻式随机存取存储器(resistiverandomaccessmemory,RRAM)具有结构简单、面积小、操作电压小、操作速度快、存储时间长、多状态存储、及耗功率低等优点。因此电阻式随机存取存储器极有潜力取代目前的快闪式存储器，成为下世代的非易失性存储器主流。对存储器产业的业者而言，为了进一步提升电阻式随机存取存储器的良率及信赖性，仍有需要对电阻式随机存取存储器进行改良。
技术实现思路
本专利技术提供一种电阻式随机存取存储器结构及其形成方法，以提升电阻式随机存取存储器的良率及信赖性。本专利技术的一实施例提供一种电阻式随机存取存储器结构，包括：层间介电层，形成于基板上，其中层间介电层为包括氧的介电材料；氧扩散阻障层，形成于层间介电层上；底电极层，形成于氧扩散阻障层上。底电极层包括：第一电极层，形成于氧扩散阻障层上；第一富氧层，形成于第一电极层上；以及第二电极层，形成于第一富氧层上。此电阻式随机存取存储器结构亦包括：电阻转态层，形成于底电极层上；以及顶电极层，形成于电阻转态层上。本专利技术的另一实施例提供一种电阻式随机存取存储器结构的形成方法，包括：形成层间介电层于基板上，其中层间介电层为包括氧的介电材料；形成氧扩散阻障层于层间介电层上；形成导电结构于氧扩散阻障层及层间介电层之中；形成底电极层于氧扩散阻障层及导电结构上。形成底电极层包括：形成第一电极层于氧扩散阻障层上；形成富氧层于第一电极层上；以及形成第二电极层于富氧层上。此方法亦包括形成电阻转态层于底电极层上；以及形成顶电极层于电阻转态层上。本专利技术的电阻式随机存取存储器结构及其形成方法，第一电极层形成于氧扩散阻障层上，并未与层间介电层直接接触，能够阻挡从层间介电层扩散进入第一电极层的氧。因此，可改善电阻不均与转换不均的问题，进而提升最终产品的良率及信赖性。附图说明图1绘示本专利技术一实施例的电阻式随机存取存储器结构的剖面示意图。图2绘示本专利技术另一实施例的电阻式随机存取存储器结构的剖面示意图。图3绘示本专利技术另一实施例的电阻式随机存取存储器结构的剖面示意图。符号说明：100a、100b、100c～电阻式随机存取存储器结构102～基板104～层间介电层106～氧扩散阻障层108～导电结构110～底电极层112～第一电极层114～第一富氧层114a、114b～第一富氧层116～第二电极层120～电阻转态层130～顶电极层132～第三电极层134、134a、134b～氧阻止层136～第四电极层140～硬光掩膜层150～侧壁间隔物160～介电层170～顶部接触180～第二富氧层180a、180b～第二富氧层W1、W2～宽度具体实施方式为使本专利技术的上述和其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。本专利技术实施例提供一种电阻式随机存取存储器结构及其形成方法，图1绘示本专利技术一实施例的电阻式随机存取存储器结构100a的剖面示意图。请参照图1，提供基板102。基板102可包括块材半导体基板(例如，硅基板)、化合物半导体基板(例如，IIIA-VA族半导体基板)、绝缘层上覆硅(silicononinsulator,SOI)基板或其他合适的基板。基板102可为经掺杂或未经掺杂的半导体基板。在本实施例中，基板102为硅基板。接着，形成层间介电层104于基板102上。层间介电层104可包括合适的介电材料，例如，氧化物或氮氧化物。在本实施例中，层间介电层104为包括氧的介电材料，例如，氧化硅。接着，形成氧扩散阻障层106于层间介电层104上。氧扩散阻障层106可避免层间介电层104中的氧扩散到后续将形成的底电极中，因而能够改善最终产品的良率及信赖性，此部分将于下文中详细讨论。在一些实施例中，氧扩散阻障层106可包括绝缘材料或介电材料。在一些实施例中，氧扩散阻障层106可包括氮化硅、碳化硅、碳氮化硅或其他不含氧的阻障材料。在一些实施例中，可利用溅镀、化学气相沉积法或其他合适的沉积制造工艺形成氧扩散阻障层106。在本实施例中，氧扩散阻障层106为厚度20-50nm的氮化硅。之后，对氧扩散阻障层106及层间介电层104进行图案化制造工艺，以形成通孔。接着，将导电材料填入此通孔中，并且藉由平坦化制造工艺(例如，化学机械研磨制造工艺)移除位于氧扩散阻障层106上的多余的导电材料，以形成导电结构108于氧扩散阻障层106及层间介电层104之中。导电结构108的其中一个功能在于阻挡层间介电层104中的氧的扩散。因此，若是选用无法阻挡氧扩散的导电材料(例如，铜或其合金)时，则层间介电层104中的氧将会经由导电结构108扩散到后续将形成的底电极中。如此将对最终产品的良率及信赖性造成不良的影响。再者，若是选用具有高扩散能力的材料(例如，铜或其合金)形成导电结构108，则导电结构108的导电材料会扩散到后续将形成的电阻转态层中。因此，电阻转态层可能会无法转换成高电阻态，而造成读/写数据时的错误。如此也将对最终产品的良率及信赖性造成不良的影响。在一些实施例中，导电材料可包括合适的金属材料，例如，钨、铝或其合金。在本实施例中，导电材料为钨。当进行化学机械研磨制造工艺移除多余的导电材料(钨)时，由氮化硅所形成的氧扩散阻障层106可作为蚀刻停止层。如图1所示，导电结构108的顶表面与氧扩散阻障层106的顶表面共平面。这样的结构可避免电阻式随机存取存储器均一性(uniformity)不佳的问题，因而可改善最终产品的良率及信赖性。接着，形成底电极层110于氧扩散阻障层106及导电结构108之上。如图1所示，底电极层110为三层堆叠结构，其由第一电极层112形成于氧扩散阻障层106上、并依序形成第一富氧层114及第二电极层116依序形成。底电极层110可藉由第一电极层112电连接至导电结构108，且进一步藉由导电结构108电连接至外部电路。第一电极层112可包括合适的导电材料，例如，钛等金属或其合金。可利用物理气相沉积制造工艺或其他合适的沉积制造工艺形成第一电极层112。在本实施例中，第一电极层112为厚度5-30nm的钛。底电极层110可藉由第二电极层116电连接至后续形成的电阻转态层，以对电阻转态层施加操作电压。第二电极层116可包括合适的导电材料，例如，氮化钛、氮化铝、氮化钛铝、氮化铪或氮化铪铝。可利用物理气相沉积制造工艺或其他合适的沉积制造工艺形成第二电极层116。在本实施例中，第二电极层116为厚度5-30nm的氮化钛。因为制造工艺中氧化反应的存在，将会导致有氧存在于第一电极层112中。这些氧化反应详述如下。(1)层间介电层104造成的氧化反应：若第一电极层112直接形成于层间介电层104之上，则层间介电层104中的氧会扩散进入第一电极层112中，而发生氧化反应。(2)侧壁间隔物造成的氧化反应：在后续制造工艺中，为了保护电阻式随机存取存储器结构并使其绝缘，将形成侧壁间隔物，侧壁间隔物的结构组态将会于后续段落说明。在沉积侧壁间隔物的过程中会使用水气，水气解离所产生的氧可能会进入第一电极层112及第二电极层116中，而发生氧化反应。再者，由于侧壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，包括：一层间介电层，形成于一基板上，其中该层间介电层为包括氧的介电材料；一氧扩散阻障层，形成于该层间介电层上；一底电极层，形成于该氧扩散阻障层上，其中该底电极层包括：一第一电极层，形成于该氧扩散阻障层上；一第一富氧层，形成于该第一电极层上；以及一第二电极层，形成于该第一富氧层上；一电阻转态层，形成于该底电极层上；以及一顶电极层，形成于该电阻转态层上。

【技术特征摘要】
2017.03.16 TW 1061086791.一种电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，包括：一层间介电层，形成于一基板上，其中该层间介电层为包括氧的介电材料；一氧扩散阻障层，形成于该层间介电层上；一底电极层，形成于该氧扩散阻障层上，其中该底电极层包括：一第一电极层，形成于该氧扩散阻障层上；一第一富氧层，形成于该第一电极层上；以及一第二电极层，形成于该第一富氧层上；一电阻转态层，形成于该底电极层上；以及一顶电极层，形成于该电阻转态层上。2.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，该第一富氧层为金属氧化物、类金属氧化物或金属氮氧化物。3.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，该第一富氧层具有一厚度为0.1-5nm。4.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，还包括一导电结构，形成于该层间介电层及该氧扩散阻障层之中，该导电结构的顶表面与该氧扩散阻障层的顶表面共平面。5.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，还包括一导电结构，形成于该层间介电层及该氧扩散阻障层之中，该导电结构的宽度小于该底电极层的宽度。6.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，该氧扩散阻障层为一绝缘材料或一介电材料。7.如权利要求1所述的电阻式随机存取存储器结构，其特征在于，还包括一第二富氧层，位于该电阻转态层与该第二电极层之间。8.如权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：许博砚，傅志正，沈鼎瀛，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71