[发明专利]氧化物电阻随机存取存储器

说明书

一种半导体结构包括与场效应晶体管(FET)的漏极区共同集成的氧化物ReRAM。氧化物ReRAM具有由接触FET的漏极区的带小面的上表面的尖锥体限定的尖端区域。这种尖端区域增强了氧化物ReRAM的电场，从而有助于控制氧化物ReRAM的导电丝的形成。

技术领域

本申请涉及半导体结构及其形成方法。更具体地说，本申请涉及一种包括与场效应晶体管(FET)的漏极区共同集成的氧化物电阻随机存取存储器(ReRAM)的半导体结构。

背景技术

许多现代电子设备包含电子存储器。电子存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。非易失性存储器在没有电力的情况下保留其存储的数据，而易失性存储器在失去电力时丢失其存储的数据。电阻随机存取存储器(ReRAM或RRAM)由于其简单的结构和其与互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑制造工艺的兼容性而成为下一代非易失性存储器的一种有前途的候选。

对于氧化物ReRAM，需要对电流导电丝电铸。这个过程依赖于随机性，因此氧化物ReRAM的导电丝的位置不能很好地控制。这导致了随着ReRAM单元的按比例缩放和更高的器件可变性而更高的形成电压。此外，氧化物ReRAM通常需要电流控制场效应晶体管来形成1T1R(例如，单晶体管一电阻元件)结构。这使得工艺集成复杂。因此，需要以紧密间隔将FET与氧化物ReRAM共同集成。

发明内容

一种半导体结构包括与场效应晶体管(FET)的漏极区共同集成的氧化物ReRAM。氧化物ReRAM具有由接触FET的漏极区的带小面的(faceted)上表面的尖锥体限定的尖端区域。这种尖端区域增强了氧化物ReRAM的电场，从而有助于控制氧化物ReRAM的电流导电丝的形成。

在本申请的一个方面中，提供了一种半导体结构。在一个实施例中，半导体结构包括与场效应晶体管(FET)共同集成的氧化物电阻随机存取存储器(ReRAM)器件，其中ReRAM器件具有接触FET的漏极区的带小面的上表面的尖端区域。

在本申请的另一方面，提供了一种形成半导体结构的方法。在一个实施例中，该方法包括在半导体衬底的表面上提供牺牲栅极结构，其中第一电介质间隔件和第二电介质间隔件横向围绕牺牲栅极结构。在半导体衬底中以及在栅极结构的相对侧上形成源极区和漏极区。源极区和漏极区具有带小面的侧壁表面。然后在漏极区上进行自限制蚀刻，以便为漏极区提供带小面的上表面，并且形成与漏极区的带小面的上表面接触的氧化物电阻随机存取存储器(ReRAM)器件的元件。

附图说明

图1是本申请的示例性半导体结构在制造的早期阶段期间的横截面图，并且包括位于半导体衬底表面上的多个牺牲栅极结构，其中第一电介质间隔件横向围绕每个牺牲栅极结构。

图2是在半导体衬底中以及在每个牺牲栅极结构的覆盖区(footprint)处形成源极区和漏极区之后图1的示例性半导体结构的横截面图。

图3是在第一电介质间隔件上形成第二电介质间隔件之后，随后形成层间电介质(ILD)材料层的图2的示例性半导体结构的横截面图。

图4是在ILD材料层中形成物理暴露漏极区表面的开口之后图3的示例性半导体结构的横截面图。

图5是在对物理暴露的漏极区执行自限制蚀刻以向漏极区提供带小面的上表面之后图4的示例性半导体结构的横截面图。

图6是在开口中形成电阻转换层和顶部电极材料之后图5的示例性半导体结构的横截面图。

图7是在使电阻转换层和顶部电极材料凹陷之后图6的示例性半导体结构的横截面图。

图8是在用附加的ILD材料填充开口的上部并且用功能栅极结构代替每个牺牲栅极结构之后图7的示例性半导体结构的横截面图。

图9是图8的示例性半导体结构在形成接触结构之后的横截面图。