[发明专利]可变电阻存储器结构及其形成方法

说明书

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 MEMORY STRUCTURE 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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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“1”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。

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：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。

根据本发明的另一方面，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。