[发明专利]电阻式随机存取存储器装置及方法

说明书

技术领域

本发明大体来说涉及半导体存储器装置、方法及系统，且更明确地说涉及电阻式随机存取存储器(RRAM)装置及方法。

背景技术

电阻式元件可用作半导体开关或存储器元件(例如，存储器装置的存储器单元)以及其它应用。存储器装置通常经提供作为计算机或其它电子装置中的内部半导体集成电路。存在许多不同类型的存储器，包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、快闪存储器、电阻可变存储器(例如，相变随机存取存储器(PCRAM))及电阻式随机存取存储器(RRAM)等。

在现代半导体装置应用中，将众多组件包装到单个小的区上(例如，半导体衬底上)以形成集成电路。随着集成电路的大小减小，必须将构成所述电路的组件及装置更紧密地定位在一起以遵从有限的可用空间。随着所述行业力求于更大密度的每单位面积有源组件，电路组件之间的有效及准确形成及隔离变得更加重要。

应高存储器密度、高可靠性及低电力消耗的需要，将存储器装置用作宽广范围的电子应用的非易失性存储器。非易失性存储器可用于个人计算机、便携式存储棒、固态驱动器(SSD)、个人数字助理(PDA)、数码相机、蜂窝式电话、便携式音乐播放器(例如，MP3播放器)、电影播放器及其它电子装置等中。程序代码及系统数据(例如，基本输入/输出系统(BIOS))通常存储于非易失性存储器装置中。

非易失性电阻式存储器(例如，RRAM装置)通过使电阻元件的电阻变化来存储数据。RRAM装置可在不具有电荷存储型存储器的读取/写入循环耐久性限制的情况下由于高电阻状态(HRS)与低电阻状态(LRS)之间的分离及相对大电阻比率而具有胜过其它类型的存储器装置的某些有益特性，例如，低电力消耗、高速度及极好位分辨率。

可通过以预定极性施加预定电压达预定持续时间来将数据写入到选定RRAM装置。可使用两种类型切换操作RRAM装置：单极或双极。单极切换涉及使用具有相同电压极性的长及短脉冲进行编程及擦除。相比来说，双极切换使用短脉冲，但编程与擦除脉冲具有相反极性。

在先前存储器单元方法中已采用多种可变电阻材料，包含利用自旋力矩特性的STT-RAM、涉及硫属化合物的相变的PCRAM、Ag离子传送技术、NiO及铜离子输送材料。然而，先前方法技术中的许多技术并未显现良好的比例调整。图案化到较小尺寸并非总是可能的，且随着存储器单元尺寸减小，在形成存储器单元中的蚀刻损坏变成相对较大问题。

用于实施存储器装置的许多先前方法已主要将半导体材料用于存储器元件，保留对触点及导体使用金属。涉及金属蚀刻的先前方法可因不良金属蚀刻速率、高处理温度的使用及额外能源的使用而受到阻碍。这些方法由于不良蚀刻均匀性、高成本、添加的设备复杂性及可靠性问题而对于大衬底的半导体成批处理来说不可行。使用金属以便实现较小特征尺寸中的这些及其它困难已阻碍制作高密度RRAM装置的努力。

发明内容

本发明包含一种电阻式随机存取存储器(RRAM)装置以及制作RRAM装置的方法。一种形成RRAM装置的方法包含形成具有金属-金属氧化物界面的电阻式元件。形成所述电阻式元件包含在第一电极上方形成绝缘材料及在所述绝缘材料中形成通孔。用金属材料保形地填充所述通孔并将所述金属材料平面化到所述通孔内。所述金属填充也可为选择性的或从底部向上。选择性地处理所述通孔内的所述金属材料的一部分以在所述通孔内形成金属-金属氧化物界面。在所述电阻式元件上方形成第二电极。

附图说明

图1图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的RRAM装置的示意性横截面图。

图2A及2B图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的在使用单镶嵌处理形成RRAM装置期间的半导体结构的横截面图。

图2C图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的在使用单镶嵌处理形成RRAM装置期间的半导体结构的平面图。

图3A及3B图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的在使用单镶嵌处理形成RRAM装置期间在平面化以隔离位线之后的半导体结构的横截面图。

图4A及4B图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的在使用双镶嵌处理形成RRAM装置期间的半导体结构的横截面图。

图5A及5B图解说明根据本发明的一个或一个以上实施例的在使用双镶嵌处理形成RRAM装置期间在平面化以隔离位线之后的半导体结构的横截面图。