專利名稱：電阻式存儲器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制造技術(shù)，尤其涉及一種諸如非易失性電阻式隨M取存儲器(ReRAM)的利用阻抗變化的電阻式存儲器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來，研發(fā)者一直在研發(fā)下一代存儲器件，其可替代動態(tài)隨MM儲器(DRAM)與閃存。
該下一代存儲器件之一為電阻式存儲器件，其具有電阻層的特性的優(yōu)點，其中該電阻層響應(yīng)施加至該電阻層的偏壓，通過劇烈改變阻抗值而可以在至少兩種不同阻抗?fàn)顟B(tài)之間作切換。
此電阻式存儲器件的結(jié)構(gòu)與其切換機制將于下文^t要說明。
電阻式存儲器件一般包括上電極、下電極以及配置于該上及下電極之間的電阻層。該電阻層包括二元氧化物或鈣鈥礦基材料。當(dāng)對上及下電極施加預(yù)定電平的偏壓時，可在該電阻層中產(chǎn)生氧空位絲(oxygen vacancyfilament),或者先前產(chǎn)生的氧空位絲可才艮據(jù)所施加的偏壓而消失。該氧空位絲作用為電流路徑。當(dāng)產(chǎn)生氧空位絲時，它意味著具有低阻抗的設(shè)定模式。當(dāng)氧空位絲消失時，它意味著具有高阻抗的復(fù)位(reset)模式。
為了降低此電阻式存儲器件的復(fù)位電流(Ireset),在2005年的IEEE的IEDM技術(shù)概要的電子器件會議上，Baek， I.G.等人在標題為"Multi-layer Cross-point Binary Oxide Resistive Memory (OxRRAM)for Post-NAND Storage A卯lication，，的文章中，建議以檢形式來形成下電極，以便減少該電阻層與該下電極之間的接觸面積，通過引用將其全文并入于此。
然而，由于氧空位絲不規(guī)則的產(chǎn)生，故該電阻式存儲器件無法呈現(xiàn)均勻特性分布，例如在設(shè)定/復(fù)位模式中的電壓/電流分布。隨著電阻式存儲器件的小型化，此不均勻特性分布的問題變得更嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)一個實施例，電阻式存儲器件包括基fc絕緣層，配置于^41上方；第一電極栓，自141穿過絕緣層，具有突出于絕緣層的上部外的部分，以及在突出的部分的邊緣具有尖端；電阻層，配置于絕緣層上方iL^蓋第一電極栓；以及第二電極，配置于電阻層上方。
^f^據(jù)另一實施例，制造電阻式存儲器件的方法包括于基板上方形成絕緣層；形成第一電極栓，該第一電極栓穿過絕緣層且于其頂部表面上具有碟形凹面；移除第一電極栓周圍的絕緣層的一部分，從而突出第一電極栓的頂部；形成覆蓋第一電極栓的電阻層；及在電阻層上方形成第二電極。


圖1A為依據(jù)一個實施例的電阻式存儲器件的剖面視圖，以及圖1B為描繪圖1A中所示的電阻式存儲器件的下電極12的形狀的立體圖2為已知電阻式存儲器件的剖面視圖；以及
圖3A至3F為說明依據(jù)一個實施例而制造電阻式存儲器件的方法的剖面視圖。
具體實施例方式
附圖中，為了圖示的清晰，特別夸大了層與區(qū)域的尺寸。也請了解的是，當(dāng)提到層(或膜)是在另一層或基板'上，時，該層(或膜)可直接在該另一層或^L上，或者也可以有中間層。再者，請了解的是，當(dāng)提到層是在另一層'下，時，該層可直接在該另一層下，但是也可以有一或多個中間層。此外，也請了解的是，當(dāng)提到層是在兩層'之間，時，該層可為兩層之間唯一的層，或者也可以有一或多個中間層。 所有附圖中，相似的附圖標記代^目似器件。圖1A與1B分別為依據(jù)一個實施例的電阻式存儲器件的剖面圖及局部立體圖。特別地，圖1A與1B公開一種采用栓型下電極的電阻式存儲器件。
該電阻式存儲器件包括絕緣層11,其形成于設(shè)有預(yù)定下層結(jié)構(gòu)的^(未圖示)上方；下電極12，具有栓的形式并穿過該絕緣層11，以便接觸該基&;電阻層13，形成于該絕緣層11上方J^蓋該下電極12;以及上電極14，形成于該電阻層13上方。
特別地，該下電極12的一部分突出于該絕緣層11的上部外(參照圖1A中的'A，)，以及突出的部分的邊緣具有尖銳的尖端(參照圖1A與1B中的'B，)。該下電極12的中央部分為凹陷進去的(參照圖1A與1B中的'C，)且被所述邊緣圍住。圖1B為立體圖，其顯示該下電極12的外形。在此實施例中，該下電極12形成為圓柱形。
該絕緣層11可為單層或者多個層互相堆疊的多層結(jié)構(gòu)。某些實施例中，該絕緣層ll由氧化物層、氮化物層、或氧化物層和氮化物層的堆疊形成。而且，在某些實施例中，該下電極12及/或該上電極14以金屬層來形成，以及該電阻層13包括二元氧化物，例如MgO、 Zn0、 Ti02、 Ni0、Si02、 Nb205 、 Hf02等，或鉀鈥礦基材料，例如PCM0(PrCaMn03)以及LCM0 (LaCaMn03)。
此后，將相較于圖2中所示的已知電阻式存儲器件的操作來說明該電阻式存儲器件的操作。圖2為發(fā)明者知曉的電阻式存儲器件的剖面視圖。
在圖2中，該已知的電阻式存儲器件包括絕緣層110;下電極120，具有栓的形式并穿過該絕緣層110，以便接觸下面的基仗(未示出)；電阻層13，形成于該絕緣層110上方J^蓋該下電極120;以及上電極140，在該電阻層130上方。因此，該下電極120被埋入該絕緣層110中。
在圖2的該已知電阻式存儲器件的操作期間，在該電阻層130的與該下電極120接觸的任何部位中可產(chǎn)生氧空位絲(F2)。因此，該氧空位絲(F2)不規(guī)則形成，并且此現(xiàn)象導(dǎo)致該已知的電阻式存儲器件的特性呈不均勻分布。
然而，在圖1A與1B的電阻式存儲器件中，由于電場被聚集在該下電極12的突出于絕緣層11上部外的邊緣處的尖端(見'B，)，故氧空位絲(Fl)一致地形成于該電阻層13中尖端(B)所在的部分。因此，有可能規(guī)則地控制該氧空位絲(F1)的產(chǎn)生，結(jié)果，該電阻式存儲器件的特性呈均勻分布。圖3A至3F為說明依據(jù)一個實施例而制造電阻式存儲器件的方法的剖面視圖。
在圖3A中，絕緣層21被形成在其中形成有預(yù)定下層結(jié)構(gòu)的^L(未示出)上方。在此實施例中，該絕緣層21具有第一氧化物層21A、氮化物層21B以及第二氧化物層21C互相堆疊的結(jié)構(gòu)，但不排除其它的配置方式。例如，也可能使用氮化物層/氧化物層/氮化物層依序互相堆疊的結(jié)構(gòu)的絕緣層，或者包括蝕刻選擇性不同的兩層的結(jié)構(gòu)的絕緣層，或者由單層組成的絕緣層。
在圖3B中，通過選擇性地蝕刻該絕緣層21直到穿過該絕緣層21而使該基板露出來為止，形成下電極區(qū)域(D)。該下電極區(qū)域(D)于某些實施例中以孔型方式來形成。
在圖3C中，用于下電極的導(dǎo)電層22(例如，金屬層)以足以填滿該下電極區(qū)域(D)的厚度形成于具有該下電極區(qū)域(D)的所得結(jié)構(gòu)的上方。在某些實施例中，該導(dǎo)電層22包括諸如鴒(W)的金屬層。
在圖3D中，回蝕刻該導(dǎo)電層22直到露出該第二氧化物層21C，從而形成下電極22A。適當(dāng)控制回蝕刻目標，使得該下電極22A的中央部分相較于其邊緣為凹陷進去的，同時使該下電極22A的頂部表面低于該第二氧化物層21C的頂部表面。因此，形成碟形凹面(E)。某些實施例中，該回蝕刻工藝在SF6/02/Ar或Cl2/Ar的環(huán)境下、以幾十mT (亳托)的壓力和/或以具有大體上相同于導(dǎo)電層22的在絕緣層21上方的厚度的過蝕刻目標來執(zhí)行'
在圖犯中，移除該第二氧化物層。通過使用緩沖氧化物蝕刻劑(B0E)溶液或氫氟酸(HF)溶液的濕式蝕刻工藝，第二氧化物層可被輕易地移除。
附圖中所公開的工藝的結(jié)果是，該下電極22A的具有碟形凹面E的部分突出于該氮化物層21B的上部外，以及由于該碟形凹面效應(yīng)，該下電極22A的突出的部分的邊緣具有尖銳的尖端(F)，同時該下電極22A的中央部分具有凹陷進去的形狀(G)。
同時，當(dāng)該絕緣層21具有該第一氧化物層21A、該氮化物層21B以及該第二氧化物層21C互相堆疊的結(jié)構(gòu)時，執(zhí)行圖3E中所示的移除該第二氧化物層21C的工藝，以輕易地使該下電極22A突出，但不排除其它的配置方式。雖然沒有在附圖中示出，但當(dāng)該絕緣層具有氮化物層/氧化物層/氮化物層依序互相堆疊的結(jié)構(gòu)時，通過借助于濕式蝕刻工藝以磷酸移
除最上面的氮化物層，可使該下電極22A突出。同樣，當(dāng)以氮化物層/氧化物層或氧化物層/氮化物層的兩層結(jié)構(gòu)來形成該絕緣層時，最上層可通過濕式蝕刻工藝而被輕易地移除。當(dāng)該絕緣層以單層(例如，氧化物層或氮化物層)來形成時，通過標定該下電極22A的突出高度的干式蝕刻工藝，可使該下電極22A形成為突出的。
在圖3F中，在具有該下電極22A的所得結(jié)構(gòu)之上形成用作電阻層的材料層(例如，二元氧化物層或鈣鈥礦基材料層)以及用于上電極的導(dǎo)電層。接著，通過圖案化該材料層以及用于上電極的導(dǎo)電層，形成電阻層23以及上電極24，以覆蓋該下電極22A。
雖然已說明例示實施例，但將為所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員所明顯的是，在不脫離所公開的精神與范圍下可做出各種改變及修飾。
權(quán)利要求
1.一種電阻式存儲器件，包括基板；絕緣層，配置于所述基板上方；第一電極栓，自所述基板穿過所述絕緣層，具有突出于所述絕緣層的上部外的部分，以及在突出的部分的邊緣具有尖端；電阻層，配置于所述絕緣層上方且覆蓋所述第一電極栓；以及第二電極，配置于所述電阻層上方。
2. 如權(quán)利要求1的電阻式存儲器件，其中所述電阻層包括二元氧化物 或釣4Lf戶基材料。
3. 如權(quán)利要求1的電阻式存儲器件，其中響應(yīng)施加在所述第一電極栓 與所述第二電極之間的電壓，在^Mt中在所述尖端所在的所述電阻層的部 分中形成有氧空位絲。
4. 如權(quán)利要求1的電阻式存儲器件，其中所述第一電極栓還具有被所 述邊緣圍住的凹陷進去的中央部。
5. 如權(quán)利要求4的電阻式存儲器件，其中所述凹陷進去的中央部包括 碟形凹面。
6. 如權(quán)利要求4的電阻式存儲器件，其中所述凹陷進去的中央部的最 低點等于或高于所述絕緣層的頂部表面。
7. 如權(quán)利要求4的電阻式存儲器件，其中所述凹陷進去的中央部的最 低點低于所述絕緣層的頂部表面。
8. 如權(quán)利要求1的電阻式存儲器件，其中所述絕緣層包括具有不同蝕 刻選擇性的多層的堆疊。
9. 如權(quán)利要求8的電阻式存儲器件，其中所述絕緣層包括氧化物層與 氮化物層的堆疊。
10. —種制造電阻式存儲器件的方法，所述方法包括 在J41上方形成絕緣層；穿過所述絕緣層形成第一電極栓，所述第一電極栓于其頂部表面上具有碟形凹面；移除在所述第一電極栓周圍的部分所述絕緣層，從而使所述第一電極 栓的頂部突出；形成覆蓋所述第一電極栓的電阻層；以及在所述電阻層上方形成第二電極。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其中第一電極栓的形成包括通iti^擇性地圖案化所述絕緣層，形成使所g板露出的第一電極栓 區(qū)域；在包括所述第一電極栓區(qū)域的所得結(jié)構(gòu)上方形成導(dǎo)電層；以及在所述導(dǎo)電層上執(zhí)行回蝕刻工藝直到露出所述絕緣層，且在所述導(dǎo)電 層的頂部表面上形成所述碟形凹面。
12. 如權(quán)利要求10的方法，其中 所述絕緣層以多層來形成；以及執(zhí)行在所述第一電極栓周圍的部分所述絕緣層的移除，以至少移除所 述多層中的最上層。
13. 如權(quán)利要求12的方法，其中所述最上層以及與所述最上層接觸的 下層具有不同的蝕刻選擇性。
14. 如權(quán)利要求13的方法，其中所述最上層為氧化物層，以及與所述 最上層接觸的所述下層為氮化物層。
15. 如權(quán)利要求14的方法，其中在所述第一電極栓周圍的部分所述絕 緣層的移除使用緩沖氧化物蝕刻劑或氫氟酸溶液通過濕式蝕刻工藝來執(zhí) 行。
16. 如權(quán)利要求13的方法，其中所述最上層為氮化物層，以及與所述 最上層接觸的所述下層為氧化物層。
17. 如權(quán)利要求16的方法，其中在所述第一電極栓周圍的部分所述絕 緣層的移除使用磷酸溶液通過濕式蝕刻工藝來執(zhí)行。
18. 如權(quán)利要求11的方法，其中所述回蝕刻工藝以設(shè)定成大體上與所 述導(dǎo)電層的在所述絕緣層上方的厚度相同的過蝕刻目標來執(zhí)行。
19.如權(quán)利要求10的方法，其中所述電阻層包括二元氧化物或鉤鈦礦 基材料。
全文摘要
一種電阻式存儲器件，包括基板；絕緣層，配置于該基板上方；第一電極栓，自該基板穿過該絕緣層，具有突出于該絕緣層的上部外的部分，以及在突出的部分的邊緣具有尖端；電阻層，配置于該絕緣層上方并覆蓋該第一電極栓；以及第二電極，配置于該電阻層上方。本發(fā)明還涉及一種制造電阻式存儲器件的方法。
文檔編號H01L45/00GK101635331SQ20091014743
公開日2010年1月27日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者鄭璲鈺 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司