例和/或配置之间的关系。
[0031]传统的RRAM单元包括上(阳极)电极和下(阴极)电极以及位于两个电极之间的可变电阻介电层。上电极由双极开关层和金属覆盖层构成，这两个层共用在上电极的外侧壁之间测得的上电极宽度。可变电阻介电层和下电极具有小于上电极宽度的下电极宽度。在向RRAM单元进行写操作时，“置位”电压可施加在上和下电极两端以将可变电阻介电层从第一电阻率变成第二电阻率。类似地，“复位”电压可施加在电极两端以将可变电阻介电层从第二电阻率变回第一电阻率。因此，在第一和第二电阻状态分别对应逻辑“I”和逻辑“O”状态(反之亦然)的实例中，“置位”和“复位”电压可用于在RRAM单元中存储数据。
[0032]据认为，这种电阻切换发生的机制与排列在可变电阻介电层中的选择性导电细丝有关。这些选择性导电细丝最初是在RRAM制作工艺结束时，形成电压施加在阳极和阴极电极两端时形成的。这种形成电压产生高电场，其将氧原子从可变电阻介电层的晶格中撞击出，从而形成局部的氧空位。这些局部的氧空位趋向于对齐以形成相对恒定并且在上和下电极之间延伸的“细丝”。在写操作中，这些细丝的电阻可通过用氧原子“填充”它们或者通过将氧原子从它们中“剥夺”的方式发生改变。例如，当施加第一电压(例如，“置位”电压)时，金属覆盖层的氧原子被耗尽并且被注入到细丝中以提供第一电阻率；然而，当施加第二电压(例如，“复位”电压)时，将氧原子从细丝中剥夺并且注入到金属覆盖层中以提供第二电阻率。无论确切的机制是什么，都可以相信的是，氧分子在可作为储氧库的金属覆盖层和细丝之间的运动在很大程度上决定了 RRAM单元的“置位”和“复位”电阻。
[0033]可惜的是，在传统的RRAM制作工艺中，用于形成相对窄的上电极结构的蚀刻会至少部分地氧化金属覆盖层的外侧壁。在接下来的热步骤(例如，烘烤或退火)中，不愿看到的是，氧气会从部分被氧化的金属覆盖层中扩散以与细丝中的氧空位重新组合。对于一些RRAM单元而言，这能够有效地将一些细丝“钉”在两个可变电阻状态之一，从而这些RRAM单元就会出现数据保持的问题。
[0034]相应地，本发明涉及一种RRAM单元的新结构，其中，阳极结构(包括金属覆盖层)设置在可变电阻介电层下方，并且成为相对宽的底电极的一部分。通过这种方式，金属覆盖层将会形成在可变电阻介电层下(即，阳极现在形成在可变电阻介电层下方)，因此当蚀刻顶电极时，金属覆盖层将不会受到氧化。进一步地，因为金属覆盖层成为相对宽的底部电极的一部分，所以任何金属覆盖层的侧壁氧化都会发生在远离可变电阻介电层中的细丝区域的安全距离处。因此，“置位”和“复位”电阻之间的电阻的有效变化得到很好的定义，区分高电阻和低电阻状态将会更加简单。
[0035]图1示出了根据本发明的一些实施例的RRAM堆叠件100的截面图。RRAM堆叠件100包括上(阴极)电极114和下(阳极)电极105以及位于二者之间的可变电阻介电层110。可变电阻介电层110包括形成细丝的细丝区域107。在一些实施例中，可变电阻介电层110包括HK(高k)HfO(氧化铪)。
[0036]RRAM堆叠件100堆叠在半导体工件103上方，该半导体工件103包括两侧都具有极低k介电区102的导电金属区101。在半导体工件103的正上方堆叠着具有位于金属区101之上的开口区的介电保护层104，其中介电保护层104的侧壁在金属区101的上方达到最高。在介电保护层104上堆叠着通过介电保护层104中的开口与导电金属区101邻接的阳极106。在一些实施例中，阳极106包括过渡氮化物层。将金属覆盖层108设置在阳极106上。在一些实施例中，金属覆盖层108包括T1、Ta(钽)或Hf (铪)并且作为储氧库。可变电阻介电层110与金属覆盖层108的整个顶面邻接。可变电阻介电层110、金属覆盖层108以及阳极106具有相互对齐的垂直侧壁。阴极114堆叠在可变电阻介电层110上，并且位于可变电阻介电层的限定的中心区域处。阴极114具有在其外侧壁之间测得的第一宽度wl，而可变电阻介电层110和金属覆盖层108都具有在各自的外侧壁之间测得的第二宽度w2。在一些实施例中，第二宽度w2大于第一宽度。在一个实施例中，阴极114包括第一过渡氮化物层112和堆叠在第一过渡氮化物层112顶部的第二过渡氮化物层113。将一对侧壁间隔件118a和118b分别设置在阴极114的两侧。间隔件118a和118b还堆叠在可变电阻介电层110的两个端部之上。阴极114具有与侧壁间隔件118a和118b的相应的内侧壁直接邻接的外侧壁。将抗反射层116设置在顶电极114上。抗反射层116和阴极114具有相互对齐的垂直侧壁。
[0037]如在下文中将被更具体地理解，不同于传统方法，在一些实施例中可包括Ti的金属覆盖层108在可变电阻介电层110之前沉积。换句话说，阳极106和阴极114相对于传统的方法已被倒转，并且金属覆盖层108现在成为底电极105的一部分。因为可变电阻介电层110和金属覆盖层108外侧壁基本上相互对齐，所以这种结构将易于氧化的金属覆盖层108的外侧壁布置在远离可变电阻介电层110的细丝区域107的位置处。因而，可能发生在金属覆盖层108外侧壁处的任何氧化将不会对可变电阻介电层110的细丝造成损害，从而能够改善数据的保持。
[0038]图2示出了根据本发明的形成具有在HK HfO(氧化铪)之前形成的Ti覆盖层的RRAM堆叠件的方法的一些实施例的流程图200。尽管下面将公开的方法200作为一系列动作或事件进行说明和描述，但是应该理解的是，这些动作或事件的示出顺序并不以限制的意义进行解释。例如，一些动作可与除了本发明所示和/或所述以外的其他动作或事件以不同的顺序发生和/或同时发生。此外，并不是所有示出的动作都需要去执行这里所描述的一个或多个方面或实施例。另外，这里所描述的一个或多个动作可以在一个或多个独立的动作和/或阶段中执行。
[0039]在步骤202中，提供包含设置在极低k介电层中的金属互连结构的半导体基底表面。在一些实施例中，金属互连结构包括铜。
[0040]在步骤204中，在半导体基底表面上形成具有开口区的介电保护层。在一些实施例中，介电保护层包括Sic。
[0041]在步骤206中，在介电保护层上形成阳极层。在一些实施例中，阳极包括TaN。
[0042]在步骤208中，在阳极上形成金属覆盖层。在一些实施例中，金属覆盖层包括Ti。
[0043]在步骤210中，在金属覆盖层上形成可变电阻介电层。在一些实施例中，可变电阻介电层包含氧化铪(HfO)。
[0044]在步骤212中，在可变电阻介电层上形成阴极层。在一些实施例中，阴极包含其上具有第二过渡氮化物层的第一过渡氮化物层。在一些实施例中，过渡氮化物层包括TaN和TiN0例如，第一过渡氮化物层可以是TaN，而第二覆盖过渡氮化物层可以是TiN。
[0045]图3示出了根据本发明的用于形成RRAM堆叠件的分步方法300的一些实施例的流程图。尽管下面将公开的方法300作为一系列动作或事件进行说明和描述，但是应该理解的是，这些动作或事件示出的顺序并不以限制的意义进行解释。例如，一些动作可与除了本发明所示和/或所述以外的其他动作或事件以不同的顺序发生和/或同时发生。此外，并不是所有描述的动作