[发明专利]具有导电蚀刻停止层的RRAM单元结构

说明书

本发明涉及一种电阻式随机存取存储器(RRAM)器件结构，RRAM器件结构包括位于下方的金属互连件和RRAM单元的底部电极之间的导电蚀刻停止层的薄单层。导电蚀刻停止层提供了结构上的简易性，并且该层的蚀刻选择性提供对下方各层的保护。可使用干法蚀刻或湿法蚀刻来蚀刻导电蚀刻停止层以落在下方的金属互连件上。在下方的金属互连件是铜的情况下，对导电蚀刻停止层进行蚀刻以露出铜没有产生如传统方法中的那么多的非易失性的铜蚀刻副产物。与传统方法相比，所公开的技术的一些实施例减少了掩模步骤的次数并且同时在形成底部电极期间减少了化学机械抛光。本发明还提供了一种形成电阻式随机存取存储器(RRAM)器件的方法。

技术领域

本发明总体涉及存储器，更具体地，涉及电阻式随机存取存储器。

背景技术

非易失性存储器用于各种商业和军事电子器件和装置中。由于电阻式随机存取存储器(RRAM)的简单结构和所涉及的CMOS逻辑兼容工艺技术，电阻式随机存取存储器(RRAM)是下一代非易失性存储器技术的一个有前途的候选。每个RRAM都包括夹置在顶部电极和底部电极之间的金属氧化物材料。该金属氧化物材料具有可变电阻，其电阻水平对应于存储在RRAM单元中的数据状态。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)器件，包括：可变电阻介电层，具有顶面和底面；顶部电极，设置在可变电阻介电层上方并且邻接顶面；底部电极，设置在可变电阻介电层下方并且邻接底面；以及导电蚀刻停止层(CESL)，将底部电极连接至布置在底部电极下面的第一金属互连结构。

优选地，底部电极包括：过渡金属氮化物层，位于CESL上方；以及导电电极层，位于过渡金属氮化物层上方。

优选地，对于预定的蚀刻工艺，CESL的蚀刻选择性不同于过渡金属氮化物层的蚀刻选择性。

优选地，CESL是过渡金属氮化物层，过渡金属氮化物层的蚀刻选择性不同于底部电极的蚀刻选择性，并且，底部电极仅包括导电电极层。

优选地，导电蚀刻停止层邻接底部电极的底面。

优选地，CESL的外侧壁与第一金属互连结构的外侧壁基本对齐。

优选地，CESL的外侧壁相隔第一距离，而第一金属互连结构的外侧壁相隔第二距离，其中，第一距离小于1.2倍的第二距离并且大于0.8倍的第二距离。

优选地，CESL的厚度介于10埃至500埃的范围内

优选地，CESL包括钛(Ti)；氮化钛(TiN)；钛钨金属(TiW)；钨(W)；氮化钨(WN)；钛、钴或钽的组合(Ti/Co/Ta)；或氮化钽(TaN)。

根据本发明的另一方面，提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)器件，包括：半导体主体，具有由沟道区水平地分隔开的源极区和漏极区；栅极结构，连接至沟道区；第一接触件和第二接触件，分别设置在源极区和漏极区之上；第一金属互连结构，设置在漏极区之上，第一金属互连结构位于第二接触件下方并且电连接至第二接触件；电阻式随机存取存储器(RRAM)堆叠件，形成在第一金属互连结构之上；以及导电蚀刻停止层(CESL)，将第一金属互连结构的顶面连接至RRAM堆叠件。

优选地，RRAM堆叠件包括：可变电阻介电层，具有顶面和底面；顶部电极，设置在可变电阻介电层上方并且邻接顶面；以及底部电极，设置在可变电阻介电层下方并且邻接底面。

优选地，CESL的外侧壁与第一金属互连结构的外侧壁基本对齐。

优选地，一个或多个金属接触件以及一个或多个金属接触件通孔存在于源极区和第一接触件之间以及漏极区和第二接触件之间。

优选地，源极区连接至源极线，漏极区连接至位线，而栅极区连接至存储器阵列的字线。