[发明专利]电阻式存储器器件及其形成方法

说明书

本发明的实施例提供了电阻式存储器器件及其形成方法。电阻式存储器器件包括底部电极、位于所述底部电极上方的切换层，切换层包括第一水平部分、位于所述底部电极的上表面上方的第二水平部分以及位于所述第一水平部分和第二水平部分之间的底部电极的侧表面上方的第一垂直部分，位于切换层上方的顶部电极，顶部电极包括第一水平部分、第二水平部分以及第一垂直部分，以及导电通孔，位于顶部电极上方并且接触顶部电极的第一水平部分、第二水平部分和第一垂直部分。通过提供符合底部电极的非平面轮廓的切换层和顶部电极，电荷聚集和电场的局部增加可以促进电阻状态切换并提供降低的操作电压。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体技术领域，更具体地，涉及电阻式存储器器件及其形成方法。

背景技术

电阻式存储器器件使用可以提供至少两种电阻状态的存储器元件，从而提供不同的电阻水平。新兴的电阻式存储器器件技术的一个示例是电阻式随机存取存储器(RRAM或ReRAM)。ReRAM器件是一种非易失性存储器器件，它通过改变固态介电材料的电阻来操作。其他使用类似电阻式切换原理的新兴非易失性存储器技术包括相变存储器(PCM)、磁阻式随机存取存储器(MRAM)、导电桥RAM(CBRAM)和碳纳米管(CNT)存储器。这些新兴技术通常被认为是闪存存储器的潜在替代品。然而，迄今为止，这些技术还没有被广泛采用。存在对电阻式存储器技术改进的持续需要。

发明内容

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种电阻式存储器器件，包括：底部电极；切换层，位于底部电极上方，切换层包括第一水平部分、位于底部电极的上表面上方的第二水平部分以及位于第一水平部分和第二水平部分之间的底部电极的侧表面上方的第一垂直部分；顶部电极，位于切换层上方，顶部电极包括位于切换层的第一水平部分上方的第一水平部分、位于切换层的第二水平部分上方的第二水平部分以及位于顶部电极的第一水平部分和第二水平部分之间的切换层的第一垂直部分上方的第一垂直部分；以及导电通孔，位于顶部电极上方并且接触顶部电极的第一水平部分、第二水平部分和第一垂直部分。

根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种电阻式存储器器件，包括：底部电极，嵌入介电材料层中，底部电极具有突出于介电材料层的上表面上方的外部部分和相对于外部部分凹进的中央部分；层堆叠件，位于底部电极上方，层堆叠件包括切换层和位于切换层上方的顶部电极；以及导电通孔，接触层堆叠件的顶部电极。

根据本公开实施例的又一个方面，提供了一种制造电阻式存储器器件的方法，包括：在介电材料层中形成底部电极；将介电材料层的上表面相对于底部电极的上表面凹进以暴露底部电极的侧表面；在介电材料层的上表面以及底部电极的暴露的侧表面和上表面上方形成切换层，切换层包括位于介电材料层的上表面上方的第一水平部分、位于底部电极的上表面上方的第二水平部分以及位于切换层的第一水平部分和第二水平部分之间的底部电极的暴露的侧表面上方的第一垂直部分；在切换层上方形成顶部电极，顶部电极包括位于切换层的第一水平部分上方的第一水平部分、位于切换层的第二水平部分上方的第二水平部分以及位于顶部电极的第一水平部分和第二水平部分之间的切换层的第一垂直部分上方的第一垂直部分；以及在顶部电极上方形成导电通孔，其中，导电通孔接触顶部电极的第一水平部分、第二水平部分和第一垂直部分。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A是根据本公开实施例的在形成存储器器件阵列之前的第一示例性结构的垂直截面图。

图1B是根据本公开实施例的在形成存储器器件阵列期间的第一示例性结构的垂直截面图。

图1C是根据本公开实施例的在形成上层级金属互连结构之后的第一示例性中间结构的垂直截面图。