[发明专利]可变电阻存储结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的另一方面，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。

根据本发明的又一方面，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发明的内容。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是根据本发明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。