CN113838972B 存储装置及其形成方法 （台湾积体电路制造股份有限公司）

US2020006652A1,2020.0一些实施例涉及一种存储装置及其形成方法。所述存储装置包括上覆在衬底上的第一电2第二电极，上覆在所述数据储存层上，其中在所述数据储存缓冲层，设置在所述活性金属层与所述第二电极之间，其中所述缓冲其中所述缓冲层的外侧壁与所述数据储存层的外侧壁及所述第二电极的外侧壁对齐，2.根据权利要求1所述的存储装置，其中所述缓冲层包含第一导电材料且所述第一电所述活性金属层的外侧壁与所述缓冲层的所述外4.根据权利要求1所述的存储装置，其中所述缓冲层包含第一导电材料且所述活性金5.根据权利要求4所述的存储装置，其中所述第一导电材料包括碳或钌且所述第二导6.根据权利要求1所述的存储装置，其中所述缓冲层直接接触所述第二电极的底表面选择器，设置在所述底部电极通孔与所述第一电极之间，其中所述选择器位线，上覆在所述缓冲层上且沿着第一方向在侧向上连多条字线，位于所述数据储存层之下且沿着第二9.根据权利要求8所述的存储装置，其中所述数据储存层沿着所述第一方向在侧向上选择器结构，设置在所述介电结构内，其中所述选择器结构包括上第一存储单元，上覆在所述选择器结构上且设置在所述介电3含第一导电材料且所述第三电极包含与所述第一导电材料不同的第其中所述缓冲层在第一方向上延伸，且具有在所述第一方第二存储单元，设置在所述介电结构内且在侧向上与所述第一气隙，设置在所述介电结构内，其中所述气隙在侧向上设置在所述第12.根据权利要求11所述的存储装置，其中所述气隙从所述缓冲层的顶表面上方连续介电层，位于所述介电结构之下，其中所述介电层在侧向上从地延伸到所述第二存储单元，其中在位于所述气隙正下方的区中所述介电层的上表面是U在所述底部电极通孔之上形成存储单元层堆叠对所述上部电极层执行第一刻蚀工艺，从而在所述缓冲层之上形成上对所述缓冲层、所述数据储存结构及所述下部电极层执行第二刻蚀工17.根据权利要求16所述的形成存储装置的方法，其中所述第一刻蚀工艺包括将所述18.根据权利要求17所述的形成存储装置的方法，其中所述第一刻蚀剂包括氟系刻蚀其中所述第一刻蚀工艺沿着所述缓冲层的所述上表面及所述上部电极的侧壁形成导4[0002]许多现代电子装置包含电子存储器。电子存储器可为易失性存储器(volatile化单元(programmablemetallizationcell，PMC)随机存取存储器(random-access的优点而有望成为下一代非易失性电子存储器的一个候选者。与当前非易失性存储器(例(例如动态随机存取存储器(dynamicrandom-accessmemory，DRAM)及静态随机存取存储5[0008]图1B示出具有上覆在选择器结构上的存储单元的1-选择器1-存储单元(one-[0010]图3A到图3B示出包括嵌入式存储区及逻辑区的存储装置[0011]图4A到图4C示出包括多个1S1MC堆叠的集成电路(integratedcircuit，IC)的一[0012]图5到图11示出形成存储单元的方法的一些实施例的剖视图，所述存储单元包括身指示所论述的各种实施例和/或配置之间在除图中所绘示的定向外还囊括装置在使用或操作中的不同定向。设备可具有其他定向(旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样相应地进行解66)等属层的上表面上和/或顶部电极的侧壁及硬掩模层的侧壁上形成副产物(例如，氟化铝(例3[0018]在本公开的一些实施例中，为消除副产物在存储单元堆叠的侧壁上的形成和/或刻蚀剂与顶部电极层和/或缓冲层之间形成的任何不希望的副产物。由于缓冲层上覆在数据储存层及活性金属层上，因此清洁工艺可不会损坏数据储存层与活性金属层和/或底部包括上覆在数据储存层130上的缓冲层134。存储单元126可例如被配置为可编程金属化单7元、阳离子型(cation-type)电阻随机存取存储器(resistiverandom-accessmemory，程金属化单元(PMC)或导电桥接随机存取存储器(conductive-bridgingrandom-access[0021]存储装置100a包括衬底102及上覆在衬底102上的存储单元126。下部内连介电结构118上覆在衬底102上。下部导通孔114设置在下部内连介电结构118内且上覆在衬底102[0022]在下部内连介电结构118之上设置有介电层120。上部内连介电结构122上覆在介[0023]在各种实施例中，存储单元126被配置为可编程金属化单元，使得在数据储存层[0025]数据储存层130可为用于由活性金属层132的氧化产生的金属阳离子的固体电解HfO2x2O328[0027]在一些实施例中，在制作存储单元126期间，执行第一刻蚀工艺以形成第二电极136。在各种实施例中，第一刻蚀工艺包括执行包含一种或多种氟系刻蚀剂的等离子体刻或第二电极136以及所述一种或多种氟系刻蚀剂的副产物在存储单元126的外侧壁上的形金属层132，则扩散性物质可减轻存储单元126在高电阻状态与低电阻状态之间切换的能层134包括由低扩散率材料形成的单一连续层，因此缓冲层134可具有比第二电极136的晶扩散性物质的扩散路径复杂性，从而阻挡或减缓扩散性物质从第二电极136扩散到数据储[0029]图1B示出根据图1A所示存储装置100a的一些替代实施例的存储装置100b的一些[0030]在一些实施例中，存储装置100b包括上覆在选择器(selector)结构144上的存储9在各种实施例中，存储单元126与选择器146形成1-选择器1-存储单元(1S1MC)堆叠150。因此选择器146被配置成选择性地提供对存储单元1[0032]在一些实施例中，选择器146可为或可包括阈值型选择器(thresholdtype括基于灯丝(filament)的选择器、整流器(rectifier)、变阻器型选择器(varistor-type特效应的选择器(Motteffectbasedselector)、基于混合离electronic-conductive，MIEC)的选择器、场辅助超线性阈值(field-assisted-[0033]图2A示出存储装置200a的一些实施例的剖视图，存储装置200a具有上覆在衬底[0035]在各种实施例中，选择器结构144包括第一电极128及选择器146，其中第一电极单元126的相对的侧壁与选择器结构144的相对的侧壁实质上对齐且分别相对于与底部电侧壁与选择器146的相对的直侧壁实质上对齐且分别相对于与底部电极通孔124的顶表面壁实质上对齐且分别相对于与底部电极通孔124的顶表面垂直[0036]顶部电极通孔138设置在上部内连介电结构122内且上覆在存储单元126上。在一通孔140设置在上部导电配线142与顶部电极通孔138之间。在一些实施例中，上部导通孔[0037]图2B示出根据图2A所示存储装置200a的一些替代实施例的存储装置200b的一些电质的任意组合。在另一些实施例中，存储单元126可为磁阻式随机存取存储器多种氟系刻蚀剂的第一等离子体刻蚀)以形成第二电极136。通过在数据储存层130上设置[0040]图2C示出根据图2B所示存储装置200b的一些替代实施例的存储装置200c的一些置在第一电极128与第二电极136之间，且缓冲层134设置在数据储存层130与第二电极136[0041]图2D示出根据图2A所示存储装置200a的一些替代实施例的存储装置200d的一些[0043]在一些实施例中，嵌入式存储区302a包括设置在下部内连介电结构118之上的介的每一者直接上覆在对应的选择器结构144上，使得存储单元126a到126d中的每一者及所见图2B)。在一些此种实施例中，存储单元126a到126d中的每一者可被配置为RRAM单元、的任意组合。上部内连介电结构122的有效介电常数是所述结构所包含的介电材料及所述结构的实体结构的函数。举例来说，上部内连介电结构122可具有降低上部内连介电结构122的有效介电常数的孔隙率(porosity)和/或多个气隙(air-gap)304。在一些实施例中，结构122可具有介于约2到3.6的范围或另一合适的范围内的有效介电常数。在又一些值。气隙304设置在所述多个存储单元126a到126d内的相邻存储单元之间且可被配置成降[0045]为增加设置在衬底102之上的装置的数目，可减小存储单元126a到126d的特征尺寸和/或可减小所述多个存储单元126a到126d中的相邻存储单元之间的侧向距离Ld。在又热量可横越(traverse)侧向距离Ld到达在侧向上与第一存储单元126a相邻的第二存储单第二存储单元126b。热串扰可能会导致在每一存储单元126a到126d的数据储存层130周围126a到126d两端的数据状态不一致和/或存储单元126a到126d中的每一者内的层之间的剥126a到126d执行的置位操作和/或复位操作的数目和/或限制存储单元126a到126d的尺寸。在所述多个存储单元126a到126d中的相邻的存储单元之间设置气隙304，会减少所述多个个存储单元126a到126d两端的不一致存储单元126a到126d的数据储存层130可为或可包括被配置成在结晶相与非晶相之间切换[0048]图3B示出与图3A所示存储装置300a的一些替代实施例对应的存储装置300b的一存储单元126a到126d的活性金属层132(未示出)，使得缓冲层134直接接触数据储存层130[0050]集成电路400包括设置在半导体衬底406上/半导体衬底406内的第一金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，MOSFET)406之上在各源极/漏极区424之间设置有栅极介电层420，且在栅极介电层420之上设置有[0051]在第一MOSFET405a及第二MOSFET405b以及半导体衬底406之上设置有层间介电件414延伸穿过ILD层412延伸到栅极电极421及所述一对源极/漏极区424。在各种实施例[0052]在半导体衬底406之上设置有内连结构407。内连结构407包括多个金属间介电[0053]在各种实施例中，所述多个1S1MC堆叠150设置在内连结构407内。在各种实施例中，所述多个1S1MC堆叠150设置在IMD层418中的一者内。在另一些实施例中，所述多个字线403平行于彼此排列且各自在与第一方向正交的第二方向上在侧向上延伸。在一些实[0054]所述多个1S1MC堆叠150在垂直方向上设置在所述多条字线403与所述多条位线又一些实施例中，1S1MC堆叠150中的每一者包括上覆在选择器结构144上的存储单元126。存层130、缓冲层134及第三电极148，其中缓冲层134设置在数据储存层130与对应的位线的一者或多者内在所述多个1S1MC堆叠150内相邻的存储单元之间可设置有多个气隙(未示存结构由位于对应的选择器146的外侧壁之间侧向间隔开的数据储存层130的一部分来界[0056]图5到图11示出形成具有存储单元的存储装置的方法的一些实施例的剖视图500底部电极通孔124。在一些实施例中，可例如通过化学气相沉积(chemicalvapor机械平坦化(chemicalmechanicalplanarization，CMP)工艺)，从而形成底部电极通孔实施例中，可通过使用沉积工艺(例如(举例来说)CVD、PVD、ALD、溅镀、共溅镀(co-[0060]如图7的剖视图700中所示，根据掩蔽层618对第三电极层(图6所示614)执行第一一等离子体刻蚀工艺包括将第三电极层(图6所示614)暴露于一种或多种第一刻蚀剂702。例来说)三氟化氮(例如，NF3)、六氟化硫(例如，SF6)、四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(例如，CHF32F23接触导电层610和/或数据储存结构608，且将不会导致在导电层610的上表面和/或数据储层610和/或数据储存结构608暴露于所述一种或多种[0061]在又一些实施例中，所述一种或多种氟系刻蚀剂与第三电极层(图6所示614)和/冲膜612可被配置成防止导电材料704扩散到导电层610和/或数据储存结构608。在又一些冲膜612执行湿式清洁工艺。在各种实施例中，湿式清洁工艺可包括将导电材料(图7所示向上连续地延伸，因此湿式清洁工艺可不会损坏数据储存结构608与导电层610和/或第二[0063]如图9的剖视图900中所示，对存储单元层堆叠616的缓冲膜(图8所示612)及下伏第二刻蚀工艺包括将缓冲膜(图8所示612)及下伏的层暴露于一种或多种第二刻蚀剂902。32O2蚀剂902可不与缓冲层134和/或下伏的层发生反应以沿着1S1MC堆叠150的侧壁形成导电材料。此在一