用于rram的保护侧壁技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路器件，更具体地，涉及用于RRAM的保护侧壁技术。
【背景技术】
[0002]在现代集成电路中，金属-绝缘体-金属(ΜΠ1)电容器结构的使用近年来已变得普遍。Μ頂电容器结构在一些实践中被用作电容元件；且在已经完成前段制程(FE0L)处理之后，在后段制程(BE0L)处理中形成。换言之，Μ頂电容器结构在位于半导体衬底上方的水平面中延伸的金属互连层中或上方形成，其中，有源器件已经形成在该半导体衬底中。
[0003]然而，Μ頂电容器结构并不局限于电容器应用，而是还用于电阻式随机存取存储器(RRAM)器件。这些RRAM器件包括放置在顶部和底部RRAM电极之间的可变电阻介电层。本发明涉及改进的RRAM器件以及制造和操作这种器件的方法。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电阻式随机存取存储器(RRAM)，包括:RRAM底部金属电极；可变电阻介电层，布置在所述RRAM底部金属电极上方；RRAM顶部金属电极，布置在所述可变电阻介电层上方；覆盖层，布置在所述RRAM顶部金属电极上方，其中，所述覆盖层的下表面和所述RRAM顶部金属电极的上表面在界面处接触；以及保护侧壁，邻近所述RRAM顶部金属电极的外侧壁，所述保护侧壁具有与所述RRAM顶部金属电极的上表面接触所述覆盖层的下表面的界面至少基本对准的上表面。
[0005]在上述RRAM中，其中，所述RRAM顶部金属电极由包括金属组分的第一材料制成，并且所述保护侧壁由包括所述金属组分和氧化物或氮化物组分的第二材料制成。
[0006]在上述RRAM中，其中，所述RRAM顶部金属电极包括:包括钛(Ti)的下RRAM顶部金属电极；以及布置在所述下RRAM顶部金属电极上方的上RRAM顶部金属电极，其中，所述上RRAM顶部金属电极包括TiN或TaN。
[0007]在上述RRAM中，其中，所述保护侧壁具有从所述RRAM顶部金属电极的外侧壁的外表面垂直地测量的在从5埃至70埃的范围内的宽度。
[0008]在上述RRAM中，其中，所述可变电阻介电层包括氧化铪(Hf02)。
[0009]在上述RRAM中，其中，所述RRAM底部金属电极包括:包括氮化钽(TaN)的下RRAM底部金属电极；以及布置在所述下RRAM底部金属电极上方的上RRAM底部金属电极，其中，所述上RRAM底部金属电极包括TiN。
[0010]在上述RRAM中，其中，所述可变电阻介电层在所述RRAM底部金属电极上方连续延伸，并且所述RRAM顶部金属电极未覆盖所述RRAM底部金属电极的全部。
[0011]在上述RRAM中，其中，所述覆盖层包括SiN层或S1N层。
[0012]在上述RRAM中，其中，所述RRAM还包括:蚀刻停止层，共形地覆盖所述覆盖层、所述保护侧壁以及未由所述RRAM顶部金属电极覆盖的所述可变电阻介电层的部分。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括:形成RRAM堆叠件，所述RRAM堆叠件包括:RRAM底部金属电极层、可变电阻介电层和RRAM顶部金属电极层；图案化所述RRAM顶部金属电极层上方的掩模；利用处于适当位置的所述掩模对所述RRAM顶部金属电极层实施蚀刻以形成图案化的RRAM顶部金属电极；以及应用钝化工艺以在所述RRAM顶部金属电极的侧壁上形成保护侧壁。
[0014]在上述方法中，其中，所述钝化工艺包括对所述图案化的RRAM顶部金属电极应用含氧气体或含氮气体处理。
[0015]在上述方法中，其中，所述蚀刻停止在所述可变电阻介电层上。
[0016]在上述方法中，其中，所述RRAM顶部金属电极层由包括金属组分的第一材料制成，并且所述保护侧壁由包括所述金属组分和氧化物组分的第二材料制成。
[0017]在上述方法中，其中，所述保护侧壁具有与所述RRAM顶部金属电极的上表面至少基本对准的上表面。
[0018]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在形成所述掩模之前，在所述RRAM顶部金属电极层上方形成覆盖层，其中，所述掩模形成在所述覆盖层上方。
[0019]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在形成所述掩模之前，在所述RRAM顶部金属电极层上方形成覆盖层，其中，所述掩模形成在所述覆盖层上方，其中，所述覆盖层包括SiN层或S1N层。
[0020]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在形成所述掩模之前，在所述RRAM顶部金属电极层上方形成覆盖层，其中，所述掩模形成在所述覆盖层上方，其中，所述保护侧壁具有与所述RRAM顶部金属电极的上表面接触所述覆盖层的下表面的界面至少基本对准的上表面。
[0021]根据本发明的又一方面，提供了一种RRAM单元，包括:RRAM底部金属电极；可变电阻介电层，布置在所述RRAM底部金属电极上方；RRAM顶部金属电极，布置在所述可变电阻介电层上方；以及保护侧壁，邻近所述RRAM顶部金属电极的外侧壁，所述保护侧壁具有与所述RRAM顶部金属电极的上表面至少基本对准的上表面。
[0022]在上述RRAM单元中，其中，所述RRAM顶部金属电极由包括金属组分的第一材料制成，并且其中，所述保护侧壁由包括所述金属组分和氧化物或氮化物组分的第二材料制成。
[0023]在上述RRAM单元中，其中，所述RRAM顶部金属电极包括氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)并且所述保护侧壁包括氮氧化钛或氮氧化钽。
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
[0025]图1示出了根据一些实施例的RRAM单元的截面图。
[0026]图2示出了根据一些实施例的RRAM单元的截面图。
[0027]图3以流程图形式示出了根据一些实施例的工艺流程。
[0028]图4至图10是根据一些实施例的共同示出用于制造RRAM单元的实施例的一系列截面图。
【具体实施方式】
[0029]为了实施本发明的不同特征，以下描述提供了许多不同的实施例或实例。以下描述元件和布置的特定实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例并不打算限定。例如，本公开中第一部件形成在第二部件上方包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可包括其中额外的部件可以形成在第一部件和第二部件之间，使得第一部件和第二部件可能不直接接触的实施例。另外，本公开可能在各个实施例中重复参考数字和/或字母。这种重复只是为了简明的目的且其本身并不指定各个实施例和/或所讨论的结构之间的关系。
[0030]传统RRAM单元包括通过介电层分隔开的RRAM顶部电极和底部电极。在正常操作期间，介电层的电阻在对应于将储存在RRAM单元中的不同离散数据状态的不同预定(例如，离散)电阻水平之间变化。然而，正如在本发明中所理解的，传统RRAM单元容易出现已知为过早电压击穿或烧坏的故障模式。这种故障模式可例如通过传统RRAM顶部电极的侧壁上的残余物或通过由用以形成RRAM顶部电极的蚀刻所导致的对传统RRAM顶部电极的侧壁的蚀刻损坏而引起。更具体地，这种残余物或蚀刻损坏可以导致RRAM顶部电极和底部电极之间的可变电阻介电层的外边缘中的短或窄垂直通路。因此，如果存在的话，这些短或窄垂直通路可以导致所施加的电压涌过RRAM顶部电极和底部电极(即，穿过可变电阻介电层中的短或窄通路)，如此导致RRAM单元的过早电压故障或烧坏。此外，因为这种残余物或蚀刻损坏由于RRAM单元之间的小制造变化而历来仅在极少量的RRAM单元中发生，在本发明之前，难以理解这种问题的确切实质，更不用说减轻。
[0031]图1示出了根据一些实施例的RRAM单元100的一些实施例，其可以减轻过早电压击穿和烧坏问题。RRAM单元100在半导体衬底102上方形成，半导体衬底102诸如为块状硅衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底，互连结构104布置在半导体衬底102上方。互连结构104包括以交替方式布置在彼此上方的一系列导电层106和绝缘层108。尽管仅仅示出了单个导电层106和绝缘层108，但应当理解，可以存在任意数目的这种层。该互连结构104通常在半导体衬底102的有源区域中所设置的器件之间和/或一个或多个RRAM单元100之间和/或衬底102中的有源器件与RRAM单元之间提供电连接。导电层106可以表现为金属层(例如，可以由铜、钨、铝、铅；或它们的合金等制成的金属0、金属1)，且绝缘层108可以例如表现为低k介电层或S1jl。通孔和/或接触件(未示出)可以垂直延伸穿过绝缘层以将不同金属层的金属线彼此连接。
[0032]在互连结构104上方或之内，RRAM单元100包括RRAM底部金属电极110、可变电