[發(fā)明專利]RRAM下電極結構、制造方法和阻變存儲器及電子裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210629602.8
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN115394916A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 仇圣棻;陳亮;楊蕓
• 申請（專利權）人: 昕原半導體（杭州）有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 袁文婷;張娓娓

本發(fā)明提供一種RRAM下電極結構、制造方法和阻變存儲器及電子裝置，包括下電極通孔、下極板層和鈍化層；下電極通孔設置在絕緣層內，下電極通孔的底部設置在金屬連線層上；在下電極通孔內設置有導電材料層；導電材料層的頂部呈圓弧形狀；下極板層設置在導電材料層的頂部，下極板層的端部設置在絕緣層上，使下極板層呈圓弧形穹頂狀；鈍化層設置在下極板層的上部；且在鈍化層的頂部設置有鈍化層開口，下極板層的穹頂通過鈍化層開口裸露在所述鈍化層的外部。利用本發(fā)明能夠解決器件后續(xù)擦除和寫入存在不穩(wěn)定的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，更為具體地，涉及一種RRAM下電極結構、制造方法和阻變存儲器及電子裝置。

背景技術

RRAM器件的結構是“三明治”的典型結構，(MIM)結構是其上下電極之間能夠發(fā)生電阻轉變的阻變層材料。在外加偏壓的作用下，器件的電阻會在高低阻態(tài)之間發(fā)生轉換，從而實現(xiàn)“0”和“1”的存儲。

RRAM結構緊湊且簡單，并且其工藝可以與CMOS兼容，所以常見的結構是集成在CMOS工藝中的金屬連線層間。其中，TE為上電極，SL為阻變層，BE為下電極，CF為導電絲，Via為連接RRAM和下層金屬的穿孔。這種典型的結構由于上下極板和阻變層都是平行的，因此，當極板加電壓時，導電絲產生的位置是不固定的，可能有多個區(qū)域多條導電絲產生，從而導致器件后續(xù)擦除和寫入存在不穩(wěn)定的問題。

發(fā)明內容

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種RRAM下電極結構、制造方法和阻變存儲器及電子裝置，以解決目前由于上下極板和阻變層都是平行的，當極板加電壓時，導電絲產生的位置固定，有多個區(qū)域多條導電絲產生，從而導致器件后續(xù)擦除和寫入存在不穩(wěn)定的問題。

本發(fā)明提供一種RRAM下電極結構，包括下電極通孔、下極板層和鈍化層；其中，所述下電極通孔設置在絕緣層內，所述下電極通孔的底部設置在金屬連線層上；在所述下電極通孔內設置有導電材料層；所述導電材料層的頂部呈圓弧形狀；所述下極板層設置在所述導電材料層的頂部，所述下極板層的端部設置在所述絕緣層上，使所述下極板層呈圓弧形穹頂狀；所述鈍化層設置在所述下極板層的上部；且在所述鈍化層的頂部設置有鈍化層開口，所述下極板層的穹頂通過所述鈍化層開口裸露在所述鈍化層的外部。

此外，優(yōu)選的方案是，所述下極板層為下極板金屬層或下極板金屬氮化層。

此外，優(yōu)選的方案是，所述下極板金屬層的材料為W或Pt；和/或；所述下極板金屬氮化層的材料為TiN或TaN。

此外，優(yōu)選的方案是，所述鈍化層的材料為WNx、WOx、PtOx、TiO、TaO中的任意一種。

此外，優(yōu)選的方案是，所述金屬連線層的材質為銅金屬。

本發(fā)明提供一種如上所述的RRAM下電極結構的制造方法，包括如下步驟：

在絕緣層上通過通孔研磨工藝加工下電極通孔，使所述下電極通孔的底端與金屬連線層的頂端連接，并向所述下電極通孔內填充導電材料，在所述下電極通孔內形成導電材料層；

通過絕緣層減薄工藝使所述導電材料層的頂部凸出所述絕緣層，并采用濕法或平面的刻蝕工藝使所述導電材料層的凸出部分形成圓弧形狀，或通過導電材料層減薄工藝使所述導電材料層的頂部低于所述絕緣層，并采用研磨工藝或濕法刻蝕工藝使所述導電材料層的頂部形成圓弧形狀，得到頂部呈圓弧形狀的導電材料層；

沿著所述絕緣層的平面和所述導電材料層的圓弧形頂部均勻生長下極板層，得到下極板層；

對所述下極板層的上表面進行鈍化處理，使在所述下極板層的上表面形成鈍化層；

通過平面刻蝕工藝打開所述鈍化層，在所述鈍化層上形成鈍化層開口，并使所述下極板層的穹頂通過所述鈍化層開口裸露在所述鈍化層的外部，得到阻變存儲器的下電極結構。