[发明专利]电阻式随机存取存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及电阻式随机存取存储器。

背景技术

半导体存储器阵列包括相互电连接的多个单位存储器单元。在动态随机存取存储器(DRAM)中，例如，单位存储器单元可以包括一个开关和一个电容器。DRAM具有高集成度和高操作速度。然而，当不给DRAM提供电源时，存储在DRAM中的数据被擦除。非易失性存储器的一个实例是闪存，其中，当不提供电源时，所存储的数据不被擦除。虽然闪存具有非易失性特性，但是与DRAM相比，闪存具有低集成度和低操作速度。

电阻式随机存取存储器(RRAM)是一种非易失性存储器器件。RRAM是基于过渡金属氧化物的电阻根据施加至其的电压而改变的特性的电阻型存储器，并且电阻而不是DRAM中使用的电子电荷用于存储RRAM单元中的数据位。RRAM由金属-绝缘体-金属(MIM)结构构成，其中，绝缘材料显示电阻切换行为。

在电成型步骤之后，在这样的绝缘材料中形成导电路径或所谓的导电细丝(CF)。在产生CF之后，当使电流通过类似电容器的结构时，低电阻状态(LRS)被识别，指示数字信号“0”或“1”。然后，通过接收足够高的电压以破坏绝缘材料中的CF，RRAM可以被RESET，其中，高电阻状态(HRS)被识别，指示数字信号“1”或“0”。RRAM的两个状态(LRS、HRS)基于施加至RRAM的电压是可逆的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种半导体结构，包括：导电层和电阻可配置结构。电阻可配置结构位于导电层上方，电阻可配置结构包括：第一电极，包括第一侧壁、第二侧壁以及导电层上的底面，其中，第一侧壁和第二侧壁之间的接合处包括电场增强结构；电阻可配置层，位于第一电极上方；以及第二电极，位于电阻可配置层上方。

优选地，电场增强结构包括约或小于90度的角。

优选地，电阻可配置结构还包括：介电层，位于导电层上，并且介电层与第一侧壁的至少一部分接触。

优选地，介电层的高度与第一侧壁的高度的比值在约0.2至约1.0的范围内。

优选地，第二电极包括与电阻可配置层接触的氧剥夺层，氧剥夺层被配置为从电阻可配置层剥夺氧。

优选地，第一电极的底面包括约或小于20nm的宽度。

优选地，电阻可配置层包括约或小于150埃的厚度。

优选地，第一电极和第二电极中的每个都包括选自主要由Pt、AlCu、TiN、Au、Ti、Ta、TaN、W、WN和Cu构成的组的至少一种。

优选地，电阻可配置层包括选自主要由高k介电材料、二元金属氧化物、过渡金属氧化物以及镧系金属氧化物构成的组中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)，包括：第一介电层，包括顶面；金属-绝缘体-金属(MIM)结构，定位于第一介电层上。MIM结构包括：第一电极，位于第一介电层的顶面上，第一电极包括电场增强结构，电场增强结构具有垂直于介电层的顶面的第一侧壁和包括弧的第二侧壁；电阻可配置层，位于电场增强结构上方；以及第二电极，位于电阻可配置层上方。

优选地，弧的一端连接至第一侧壁。

优选地，电场增强结构是间隔件。

优选地，该RRAM还包括：第二介电层，位于第一电极上，第二介电层与第一侧壁的至少一部分接触。

优选地，第二电极包括与电阻可配置层接触的氧剥夺层，氧剥夺层被配置为从电阻可配置层中剥夺氧。

优选地，电阻可配置层与电场增强结构的轮廓共形。

优选地，氧剥夺层与电阻可配置层的轮廓共形。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造电阻式随机存取存储器(RRAM)的方法，包括：图案化第一导电层上的硬掩模；在硬掩模周围形成间隔件，间隔件包括与硬掩模接触的垂直侧壁；去除硬掩模的至少一部分，以暴露间隔件的垂直侧壁的至少一部分；在间隔件上方形成共形电阻可配置层；以及在共形电阻可配置层上方形成第二导电层。

优选地，该方法还包括：通过间隔件的几何中心分离第一导电层、硬掩模、电阻可配置层以及第二导电层。

优选地，形成第二导电层包括化学机械抛光操作。

优选地，该方法还包括：在电阻可配置层上形成共形氧剥夺层。

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公开的各方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各种部件未按比例绘制。实际上，为了论述的清楚起见，各种部件的尺寸可以任意地增大或减小。