[发明专利]通过在HKHfO之前沉积Ti覆盖层改善RRAM的数据保持

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月7日提交的、标题为“improvement of RRAM retention by depositing Ti capping layer before HK HfO”的美国临时专利申请61/924,504的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

背景技术

非易失性存储器用在各种商业和军事电子器件和装置中。阻变式随机存取存储器(RRAM)因为其结构简单和所涉及的与CMOS逻辑兼容的工艺技术而成为下一代非易失性存储器技术的最具前景的候选者。每个RRAM单元都包括夹置在顶电极和底电极之间的金属氧化物材料。这种金属氧化物材料具有可变的电阻，其电阻值与存储在RRAM单元中的数据状态对应。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种阻变式随机存取存储器(RRAM)器件，包括：可变电阻介电层，具有上表面和下表面；阴极，设置在可变电阻介电层的上方并且与上表面邻接；金属覆盖层，设置在可变电阻介电层的下方并且与下表面邻接；以及阳极，设置在金属覆盖层的下方。

优选地，该RRAM器件还包括：一对侧壁间隔件，横向设置在阴极的外侧壁周围，阴极具有在其外侧壁之间测得的第一宽度；其中，可变电阻介电层和金属覆盖层都具有在它们各自的外侧壁之间测得的第二宽度，第二宽度大于第一宽度。

优选地，侧壁间隔件包括SiN(氮化硅)。

优选地，金属覆盖层的外侧壁与设置在阴极下方并且位于可变电阻介电层内的导电细丝区域间隔开。

优选地，该RRAM器件还包括：与金属覆盖层的外侧壁邻接的氧化区域。

优选地，阴极具有与侧壁间隔件的相应内侧壁直接邻接的外侧壁而在阴极和侧壁间隔件之间没有氧化区域，并且阴极的外侧壁被设置在接近可变电阻介电层的中心区域的位置处。

优选地，可变电阻介电层、金属覆盖层以及阳极的外侧壁基本上相互对齐。

优选地，阴极包括位于TiN(氮化钛)层之上的TaN(氮化钽)层；阳极包括TaN层；可变电阻介电层包括HfO_x(氧化铪)；以及金属覆盖层包括Ti(钛)或Ta(钽)或Hf(铪)。

优选地，阳极的厚度约是200埃；金属覆盖层的厚度约是100埃；可变电阻介电层的厚度约是50埃；阴极的TiN层的厚度约是100埃；以及阴极的TaN层的厚度约是250埃。

优选地，该RRAM器件还包括：半导体基底区域，包括设置在极低k介电层中的金属互连结构；介电保护层，具有位于金属互连结构之上的开口区域，介电保护层的开口区域的侧壁终止在金属互连结构之上。

根据本发明的另一方面，提供了一种RRAM器件的阻变式随机存取存储器(RRAM)堆叠件，包括：底电极，包括TaN；Ti(钛)金属覆盖层，设置在底电极的上方；HK-HfO(高k的氧化铪)可变电阻介电层，设置在Ti金属覆盖层的上方；以及顶电极，包括位于TiN(氮化钛)层上方的TaN(氮化钽)层。

优选地，该RRAM器件还包括：一对侧壁间隔件，横向设置在顶电极的外侧壁周围，顶电极具有在其外侧壁之间测得的第一宽度；其中，HK-HfO可变电阻介电层和Ti金属覆盖层都具有在它们各自的外侧壁之间测得的第二宽度，第二宽度大于第一宽度。

优选地，该RRAM器件还包括：半导体主体，具有在水平方向上被沟道区分隔开的源极区和漏极区；栅极结构，连接至沟道区；第一接触件和第二接触件，分别设置在源极和漏极区之上；第一金属互连件，设置在漏极区之上，位于第二接触件的下方并且与第二接触件电连接；以及RRAM堆叠件，形成在第一金属互连件之上。

优选地，栅极结构包括形成在将栅电极与沟道区电隔离开的栅介电质上方的多晶硅栅电极。

优选地，一个或多个金属接触件和一个或多个金属接触通孔存在于源极区和第一接触件之间以及漏极区和第二接触件之间。

优选地，源极区连接至位线，漏极区连接至源线，并且栅电极连接至存储器阵列的字线。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于形成阻变式随机存取存储器(RRAM)堆叠件的方法，包括：提供包括设置在低k介电层中的金属互连结构的半导体基底表面；形成具有位于金属互连结构之上的开口区域的介电保护层，介电保护层的开口区域的侧壁在金属互连结构之上终止；在介电保护层之上沉积阳极层，阳极层通过介电保护层中的开口与金属互连结构接触；在阳极层之上沉积金属覆盖层；在金属覆盖层之上沉积可变电阻介电层；以及在可变电阻介电层之上沉积阴极层。