[发明专利]与垂直场效应晶体管集成的电阻式随机存取存储器单元

说明书

一种单晶体管双电阻器(1T2R)电阻式随机存取存储器(ReRAM)结构及用于形成所述结构的方法，包括形成垂直场效应晶体管(VFET)，所述VFET包括位于沟道区域(502)上方和介电盖(708)下方的外延区域(810)。外延区域(810)包括由水平延伸超过沟道区域(502)的111平面界定的三角形形状的两个相对的突出区域。在VFET上共形地沉积ReRAM堆叠体。ReRAM堆叠体包括直接位于外延区域(810)上方的氧化物层(1910)、直接在氧化物层(1910)上方的顶部电极层(1912)和在顶部电极层(1912)上方的金属填充物(1920)。外延区域(810)的两个相对的突出区域中的每个充当ReRAM堆叠体的底部电极。

技术领域

本发明总体上涉及磁存储器件的领域，并且更具体地涉及将电阻式随机存取存储器(ReRAM)器件与垂直场效应晶体管(VFET)集成。

背景技术

ReRAM是用于非易失性存储器器件的最有前途的技术之一。由于低功率和高速操作、高密度CMOS兼容集成以及高循环耐久性，ReRAM技术正成为高密度存储阵列和新型存储器内计算系统的主流选择。

基本的ReRAM机制是基于通常在两个电极之间形成的纳米级导电细丝的形成和断裂，这导致在高电阻状态与低电阻状态之间的可重复的电阻切换。ReRAM机制的缺点是它依赖于随机性，并且导电细丝的位置不受控制。因此，期望用于形成ReRAM器件的改进的设计和技术。

发明内容

通过提供一种用于形成半导体器件的方法来解决现有技术的缺点并提供附加的优点，所述方法包括：形成垂直场效应晶体管，所述垂直场效应晶体管包括在所述垂直场效应晶体管的沟道区域上方和介电盖下方的外延区域。外延区域包括水平延伸超过沟道区域的两个相对的三角形突出区域。电阻式随机存取存储器堆叠体共形地沉积在所述垂直场效应晶体管上，所述电阻式随机存取存储器堆叠体包含直接位于所述外延区域上方的氧化物层、直接位于所述氧化物层上方的顶部电极层及位于所述顶部电极层上方的金属填充物。外延区域的两个相对突出区域中的每一个充当电阻式随机存取存储器堆叠体的底部电极。

本发明的另方面提供了一种用于形成半导体器件的方法，该方法包括：在衬底上形成掺杂源；在所述掺杂源上形成虚设栅极，所述虚设栅极被布置在设置于所述掺杂源上的第一间隔体与设置于所述虚设栅极上的第二间隔体之间。在所述虚设栅极、所述第一间隔体和所述第二间隔体中形成沟槽以暴露所述掺杂源，并且在沟槽内生长外延层，使其离开掺杂源，以形成从掺杂源延伸并穿过虚设栅极的沟道区域。沟道区域的顶部被凹陷以形成介电盖。在沟道区域的一部分上生长外延区域，以在虚设栅极之上并且在介电盖之下形成源极/漏极区，外延区域包括水平延伸超过沟道区域的两个相对的三角形突出区域。用包括围绕沟道区域的金属栅极材料的栅极堆叠体来代替虚设栅极。蚀刻金属栅极材料以暴露外延区域。形成第一级间介电层以将外延区域与金属栅极材料分离，并且在第一级间介电层、外延区域的外表面和介电盖的侧壁上方共形地沉积氧化物层和顶部电极。

本发明的另方面提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：垂直场效应晶体管，该垂直场效应晶体管包括位于该垂直场效应晶体管的沟道区域上方和介电盖下方的外延区域，该外延区域包括水平延伸超过该沟道区域的两个相对的三角形突出区域；以及在该外延区域和该介电盖的每一侧上的电阻式随机存取存储器结构。所述电阻式随机存取存储器结构包括直接在所述外延区域的外表面和所述介电盖的侧壁上方的氧化物层、直接在所述氧化物层上方的顶部电极层及在所述顶部电极层上方的金属填充物。外延区域的两个突出区域中的每一个充当电阻式随机存取存储器结构的底部电极。

附图说明

结合附图，将最好地理解通过示例给出并且不旨在将本发明仅限于此的以下详细描述，在附图中：

图1是根据本公开的实施例的在制造垂直场效应晶体管(VFET)的方法期间的中间步骤的半导体器件的截面图。

图1A是图1的俯视图。