RRAM器件及其形成方法技术

本发明专利技术的实施例涉及具有电极的RRAM器件以及相关的形成方法，其中，该电极具有氧阻挡结构，其中，氧阻挡结构配置为通过减轻氧移动并且由此将氧保持在介电数据存储层附近来提高RRAM的可靠性。在一些实施例中，该RRAM器件具有设置在由ILD层围绕的下部互连层上方的底部电极。具有可变电阻的介电数据存储层位于底部电极之上，并且在介电数据存储层上方设置多层顶部电极。多层顶部电极具有通过氧阻挡结构分隔的导电顶部电极层，其中，氧阻挡结构配置为减轻氧在多层顶部电极内的移动。通过在顶部电极内包括氧阻挡结构，由于使氧保持靠近电介电数据存储层，所以提高了RRAM器件的可靠性。

RRAM Device and Its Formation Method

An embodiment of the present invention relates to a RAM device with an electrode and a related forming method, in which the electrode has an oxygen barrier structure, in which the oxygen barrier structure is configured to improve the reliability of RRAM by reducing oxygen movement and thereby maintaining oxygen near the dielectric data storage layer. In some embodiments, the RRAM device has a bottom electrode arranged above the lower interconnection layer surrounded by the ILD layer. The dielectric data storage layer with variable resistance is located above the bottom electrode, and a multilayer top electrode is arranged above the dielectric data storage layer. The multilayer top electrode has a conductive top electrode layer separated by an oxygen barrier structure, in which the oxygen barrier structure is configured to reduce the movement of oxygen within the multilayer top electrode. The reliability of RRAM devices is improved by incorporating an oxygen barrier structure in the top electrode, which keeps oxygen close to the dielectric data storage layer.

【技术实现步骤摘要】
RRAM器件及其形成方法
本专利技术的实施例总体涉及半导体领域，更具体地，涉及RRAM器件及其形成方法。
技术介绍
许多现代电子器件包含配置为存储数据的电存储器。电存储器可以是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断开电源时存储数据。电阻式随机存取存储器(RRAM)由于其简单的结构和与CMOS逻辑制造工艺的兼容性，成为下一代非易失性存储器技术的颇具前景的候选者。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种电阻式随机存取存储(RRAM)器件，包括：底部电极，设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部互连层上方；介电数据存储层，具有可变电阻且布置在所述底部电极上方；多层顶部电极，设置在所述介电数据存储层上方，其中，所述多层顶部电极包括通过氧阻挡结构分隔的导电顶部电极层，其中，所述氧阻挡结构配置为减轻氧在所述多层顶部电极内的移动。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种电阻式随机存取存储(RRAM)器件，包括：底部电极，设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部互连层上方；介电数据存储层，具有可变电阻且布置在所述底部电极上方；下顶部电极层，布置在所述介电数据存储层上方并且包括金属；氧阻挡结构，布置在所述下顶部电极层上方并且包括金属氧化物层和金属氮氧化物层中的一种或多种；以及上顶部电极层，布置在所述氧阻挡结构上方并且包括金属氮化物。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种形成电阻式随机存取存储(RRAM)器件的方法，包括：在下部互连层上方形成一个或多个底部电极膜，其中，所述下部互连层包含在下部层间介电(ILD)层内；在所述一个或多个底部电极膜之上形成具有可变电阻的介电数据存储膜；在所述介电数据存储膜上方形成包括金属的下顶部电极膜；在所述下顶部电极膜上方形成一个或多个氧阻挡膜，其中，所述一个或多个氧阻挡膜包括金属氧化物膜和金属氮氧化物膜中的一种或多种；以及在所述一个或多个氧阻挡膜上方形成包括金属氮化物的上顶部电极膜。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。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，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1示出具有配置为提高可靠性的氧阻挡结构的电阻式随机存取存储(RRAM)器件的一些实施例的截面图。图2示出具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极的RRAM器件的一些实施例的截面图。图3A至图3B示出具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极的RRAM器件的一些实施例的截面图。图4示出具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极的RRAM器件的一些额外的实施例的截面图。图5示出具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极的集成芯片的一些实施例的截面图。图6至图15示出形成RRAM器件的方法的截面图的一些实施例，其中，RRAM器件具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极。图16示出形成具有包括氧阻挡结构的多层顶部电极的RRAM器件的方法的一些可选实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题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，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等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)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。RRAM器件具有底部电极，其中，该底部电极通过具有可变电阻的介电数据存储层与上面的顶部电极的分隔。RRAM器件配置为基于介电数据存储层的电阻状态存储数据。例如，介电数据存储层可以具有与第一数据状态(例如，a‘0’)相关联的高电阻状态或与第二数据状态(例如，a‘1’)相关联的低电阻状态。在RRAM器件的工作期间，将偏置电压施加至底部电极和顶部电极以可逆地改变介电数据存储层的电阻状态。偏置电压通过控制氧在电极和介电数据存储层之间的移动以形成或断开延伸穿过介电数据存储层的导电细丝来改变介电数据存储层的电阻状态。例如，第一组偏置电压可以促使导电路径/导电细丝(例如，氧空位链)遍布介电数据存储层形成以实现低电阻状态，而第二组偏置电压可以使介电数据存储层内的导电路径/导电细丝断裂以实现高电阻状态。应当意识到，当形成导电细丝以实现低电阻状态时，偏置电压可以使来自介电数据存储层的氧移动至顶部电极内和/或上面的层内的深处。但是，如果氧远离介电数据存储层移动，则难以将氧拉回至介电数据存储层以后续断开导电细丝。随着RRAM器件在许多周期内运行，移动至顶部电极和/或上面层内的深处的氧量增加，最终导致RRAM故障。本专利技术涉及具有电极的电阻式随机存取存储(RRAM)器件以及相关的形成方法，其中，该电极包括配置为通过将氧保持在介电数据存储层附近来提高RRAM可靠性的氧阻挡结构。在一些实施例中，该RRAM器件包括设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部互连层上方的底部电极。具有可变电阻的介电数据存储层位于底部电极上方，并且在介电数据存储层上方设置多层顶部电极。多层顶部电极包括由氧阻挡结构分隔的导电顶部电极层，其中，氧阻挡结构配置为减轻氧在多层顶部电极内的移动。通过减轻氧在多层顶部电极内的移动，可以使氧保持靠近介电数据存储层，因此可以提高RRAM器件的可靠性。图1示出包括电阻式随机存取存储(RRAM)器件的集成芯片100的一些实施例的截面图，其中，该电阻式随机存取存储(RRAM)器件具有配置为提高可靠性的氧阻挡结构。集成芯片100包括由布置在衬底102上方的层间介电(ILD)结构104围绕的RRAM器件101。RRAM器件101包括底部电极108、介电数据存储层110和多层顶部电极112。底部电极108通过一个或多个下部互连层106(例如，金属通孔和/或金属线)与衬底102分隔。在底部电极108上方布置介电数据存储层110，并且在介电数据存储层110和上部互连层120(例如金属通孔和/或金属线)之间设置多层顶部电极112。介电数据存储层110配置为通过在与第一数据状态(例如，a‘0’)相关联的高电阻状态和与第二数据状态(例如，a‘1’)相关联的低电阻状态之间经历可逆变化来存储数据状态。例如，为了在介电数据存储层110内实现低电阻状态，可以将第一组偏置条件施加至底部电极108和多层顶部电极112。第一组偏置条件将氧从介电数据存储层110驱至多层顶部电极112，由此遍布介电数据存储层110形成氧空位的导电细丝。可选地，为了实现介电数据存储层110内的低电阻状态，可以将第二组偏置条件施加至底部电极108和多层顶部电极112。第二组偏置条件通过将氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻式随机存取存储(RRAM)器件，包括：底部电极，设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部互连层上方；介电数据存储层，具有可变电阻且布置在所述底部电极上方；多层顶部电极，设置在所述介电数据存储层上方，其中，所述多层顶部电极包括通过氧阻挡结构分隔的导电顶部电极层，其中，所述氧阻挡结构配置为减轻氧在所述多层顶部电极内的移动。

【技术特征摘要】
2017.06.26 US 62/524,720;2018.03.29 US 15/939,8321.一种电阻式随机存取存储(RRAM)器件，包括：底部电极，设置在由下部层间介电(ILD)层围绕的下部互连层上方；介电数据存储层，具有可变电阻且布置在所述底部电极上方；多层顶部电极，设置在所述介电数据存储层上方，其中，所述多层顶部电极包括通过氧阻挡结构分隔的导电顶部电极层，其中，所述氧阻挡结构配置为减轻氧在所述多层顶部电极内的移动。2.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器件，其中，所述氧阻挡结构包括金属氧化物层和金属氮氧化物层中的一个或多个。3.根据权利要求1所述的电阻式随机存取存储器件，其中，所述多层顶电极包括：下顶部电极层，布置在所述介电数据存储层上方，其中，所述下顶部电极层将所述介电数据存储层与所述氧阻挡结构分隔；以及上顶部电极层，布置在所述下顶部电极层上方，其中，所述氧阻挡结构具有接触所述下顶部电极层的底面和接触所述上顶部电极层的上表面。4.根据权利要求3所述的电阻式随机存取存储器件，其中，所述下顶部电极层包括金属，并且所述上顶部电极层包括金属氮化物。5.根据权利要求4所述的电阻式随机存取存储器件，其中，所述金属和所述金属氮化物包括相同的金属。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文定，翁烔城，王英郎，
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