[發明專利]阻變式存儲結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201310337331.X
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN104051617B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 涂國基;張至揚;陳俠威;廖鈺文;楊晉杰;朱文定
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

優先權

本申請要求于2013年3月15日提交的標題為“RESISTANCE VARIABLE MEMORY STRUCTURE AND METHOD OF FORMING THE SAME”的美國臨時申請第61/799,092號的權益，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

一般來說，本發明涉及半導體結構，更具體而言，涉及阻變式存儲結果和形成該阻變式存儲結構的方法。

背景技術

在集成電路（IC）器件中，電阻式隨機存取存儲器（RRAM）是用于新一代的非易失性存儲器件的新興技術。一般地，RRAM通常使用介電材料，該介電材料雖然在正常情況下是絕緣的，但是通過施加特定電壓之后形成的細絲狀路徑或導電路徑能夠導電。一旦形成細絲，可以通過適當的施加電壓對其進行“設置”（即重新形成，在整個RRAM上形成低電阻）或者“重置”（即斷開，在整個RRAM上形成高電阻）。根據阻抗狀態，低阻抗狀態和高阻抗狀態可以用于表示數字信號“1”或者“0”，從而提供可以存儲比特位的非易失性存儲單元。

從應用的觀點來說，RRAM具有許多優點。RRAM具有簡單的單元結構和CMOS邏輯可比較的工藝，與其他非易失性存儲結構相比，這致使降低制造復雜性和成本。雖然具有上面所述的吸引人的性質，但是關于開發RRAM存在眾多挑戰。針對這些RRAM的配置和材料的各種技術已被用于嘗試和進一步改進器件性能。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種半導體結構，包括：存儲區域；以及存儲結構，設置在所述存儲區域上，所述存儲結構包括：第一電極，在所述存儲區域上具有頂面；阻變層，具有至少第一部分和第二部分，所述第一部分被設置在所述第一電極的頂面上方，并且所述第二部分從所述第一部分向上延伸；保護材料，環繞所述阻變層的第二部分，所述保護材料被配置成保護所述阻變層中的至少一條導電路徑；和第二電極，設置在所述阻變層的上方。

在該半導體結構中，所述阻變層的第一部分被選擇性地配置成在所述第一電極和所述第二電極之間形成所述至少一條導電路徑。

在該半導體結構中，所述阻變層包括遠離所述第二部分水平延伸的第三部分。

在該半導體結構中，所述保護材料包含氮化硅。

在該半導體結構中，所述保護材料環繞所述第一電極的邊緣的至少一部分。

該半導體結構進一步包括環繞所述第一電極的蝕刻停止層。

在該半導體結構中，所述蝕刻停止層在組成上不同于所述保護材料。

在該半導體結構中，所述阻變層包含高k介電材料、二元金屬氧化物或過渡金屬氧化物。

在該半導體結構中，所述第二電極的一部分延伸超出所述第一電極的邊緣。

該半導體結構進一步包括：周圍區域；以及第一金屬線層和相鄰的第二金屬線層，均設置在所述周圍區域和所述存儲區域上；其中，在所述存儲區域中，所述存儲結構介于所述第一金屬線層和所述第二金屬線層之間，而在所述周圍區域中，無器件結構介于所述第一金屬線層和所述第二金屬線層之間。

該半導體結構進一步包括環繞所述保護材料的介電材料，所述介電材料在組成上不同于所述保護材料。

根據本發明的另一方面，提供了一種半導體結構，包括：存儲區域；以及存儲結構，設置在所述存儲區域上，所述存儲結構包括：第一電極，具有頂面和第一外側壁表面；阻變層，具有至少第一部分和第二部分，所述第一部分設置在所述第一電極的頂面上方，所述第二部分從所述第一部分向上延伸并具有第二外側壁表面，所述第二外側壁表面與所述第一電極的第一外側壁表面基本對準；和第二電極，設置在所述阻變層上方。

在該半導體結構中，所述阻變層的第一部分被選擇性地配置成在所述第一電極和所述第二電極之間形成至少一條導電路徑。

該半導體結構進一步包括：周圍區域；以及第一金屬線層和相鄰的第二金屬線層，均設置在所述周圍區域和所述存儲區域上；其中，在所述存儲區域中，所述存儲結構介于所述第一金屬線層和所述第二金屬線層之間，而在所述周圍區域中，無器件結構介于所述第一金屬線層和所述第二金屬線層之間。

在該半導體結構中，所述阻變層包括遠離所述第二部分水平延伸的第三部分。

在該半導體結構中，所述第二電極包括延伸至被所述阻變層的第二部分環繞的開口中的垂直部分以及延伸超出所述阻變層的第二部分的第二外側壁表面的水平部分。