DE102023107680A1

DE102023107680A1 - Rram mit nachträglich strukturierten behandelten speicherfilmen zum bereitstellen verbesserter haltbarkeitseigenschaften, und verfahren zum bilden derselben

Info

Publication number: DE102023107680A1
Application number: DE102023107680.9A
Authority: DE
Inventors: Watson Liu; Fu-Ting Sung; Hsia-Wei CHEN; Yu-Wen LIAO; Wen-Ting Chu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2023-03-27
Publication date: 2023-11-16
Also published as: JP2023168319A; KR20230159318A; US20230371407A1; TW202401603A

Abstract

Eine Halbleiterstruktur weist eine erste Elektrode, die einen ersten metallischen Werkstoff aufweist; einen Speicherfilm, der mindestens ein dielektrisches Metalloxidmaterial enthält und die erste Elektrode kontaktiert; und eine zweite Elektrode, die einen zweiten metallischen Werkstoff aufweist und den Speicherfilm kontaktiert, auf. Der Speicherfilm weist einen mittleren Bereich auf, der ein erstes durchschnittliches Atomverhältnis eines Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das kleiner als 0,01 ist, und weist einen Umfangsbereich auf, der ein zweites durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer als 0,05 ist.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/341,535 mit dem Titel „Ätznachbehandlung in E-Speicher zur Verbesserung der Haltbarkeit“, eingereicht am 13. Mai 2022, deren Inhalt durch Bezugnahme für sämtliche Zwecke vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Einige Arten resistiver Speichervorrichtungen verwenden einen dielektrischen Metalloxidwerkstoff, der Leiterbahnen, die Sauerstoffleerstellen aufweisen, bildet. Die Leiterbahnen können durch Anlegen einer elektrischen Vorspannung über zwei Elektroden, die an dem dielektrischen Metalloxidwerkstoff bereitgestellt sind, gebildet oder entfernt werden, und können dazu verwendet werden, Informationen zu speichern, indem in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Leiterbahnen unterschiedliche Widerstandswerte zwischen den zwei Elektroden bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zugunsten einer klaren Erklärung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer ersten Beispielstruktur nach der Bildung komplementärer Metalloxidhalbleiter-Transistoren (CMOS-Transistoren), von Metall-Interconnect-Strukturen unterer Ebene gebildet in dielektrischen Materialschichten unterer Ebene und einer unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten Beispielstruktur nach der Bildung unterer Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2B ist eine Ansicht von oben der ersten Beispielstruktur von 2A.
2C ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs C in 2A.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht der vergrößerten Ansicht des Bereichs C der ersten Beispielstruktur nach der Bildung einer Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material und einer strukturierten Photoresistschicht im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht der vergrößerten Ansicht des Bereichs C der ersten Beispielstruktur nach dem Strukturieren der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material und dem Aufbringen eines Schichtstapels, der mindestens eine untere metallische Sperrschicht, eine untere Elektrodenschicht, mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht, eine obere Elektrodenschicht, mindestens eine obere metallische Sperrschicht und eine Hartmaskenschicht aufweist, im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht der vergrößerten Ansicht des Bereichs C der ersten Beispielstruktur nach der Bildung einer strukturierten Photoresistschicht im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6A ist eine vertikale Querschnittsansicht der vergrößerten Ansicht des Bereichs C aufweisend eine Speicherzelle der ersten Beispielstruktur nach der Bildung einer Anordnung von Speicherzellen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6B ist eine Ansicht von oben der ersten Beispielstruktur während der Bearbeitungsschritte von 6A.
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht der vergrößerten Ansicht des Bereichs C aufweisend eine Speicherzelle der ersten Beispielstruktur nach dem Durchführen eines Passivierungsplasmabehandlungsprozesses im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 stellt beispielhafte Röntgenphotoemissionsspektroskopiedaten einer unbehandelten Hafniumoxidfläche und einer Hafniumoxidfläche, die mit einem Plasma, das ein Passivierungselement enthält, behandelt worden ist, dar.
9A ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten Beispielstruktur nach der Bildung einer oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht sowie von Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der ersten Beispielstruktur während der Bearbeitungsschritte von 9A.
10A ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten Beispielstruktur nach der Bildung von Bit-Leitungen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10B ist eine Ansicht von oben der ersten Beispielstruktur von 10A.
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs, der eine Speicherzelle einer alternativen Konfiguration der ersten Beispielstruktur aufweist, im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer zweiten Beispielstruktur nach der Bildung einer Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material, einer unteren metallischen Sperrdurchkontaktierungsstruktur, einer unteren Elektrodenschicht, mindestens einer dielektrische Metalloxidschicht, einer oberen Elektrodenschicht, mindestens einer oberen metallischen Sperrschicht und einer Hartmaskenschicht im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
13 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung einer strukturierten Photoresistschicht im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
14 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung von Hartmaskenstrukturen und oberen Elektroden im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
15 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung dielektrischer Abstandselemente im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung von Speicherfilmen und unteren Elektroden im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
17A ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung einer oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht sowie von Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
17B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der zweiten Beispielstruktur während der Bearbeitungsschritte von 17A.
18A ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten Beispielstruktur nach der Bildung von Bit-Leitungen im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
18B ist eine Ansicht von oben der zweiten Beispielstruktur von 18A.
19 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs, der eine Speicherzelle einer ersten alternativen Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur aufweist, im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
20 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs, der eine Speicherzelle einer zweiten alternativen Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur aufweist, im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
21 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs, der eine Speicherzelle einer dritten alternativen Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur aufweist, im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
22 ist ein Flussdiagramm, das die allgemeinen Bearbeitungsschritte zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenlegung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für das Umsetzen verschiedener Merkmale/Elemente des bereitgestellten Gegenstands bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, die nicht als Einschränkung auszulegen sind. Zum Beispiel kann das Bilden eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in welchen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt miteinander gebildet sind, kann jedoch ebenso Ausführungsformen umfassen, in welchen zusätzliche Elemente derart zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element gebildet sein können, dass das erste Element und das zweite Element möglicherweise nicht in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Klarheit und schreibt für sich selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
Ferner können Begriffe räumlicher Beziehungen, wie zum Beispiel „darunter“, „unterhalb“, „niedrig“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen, hierin zum Zweck einer einfacheren Beschreibung der Beziehung eines in den Figuren dargestellten Elements zu (einem) anderen Element(en) verwendet werden. Die Begriffe räumlicher Beziehungen sollen dazu dienen, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zur in den Figuren abgebildeten Ausrichtung einzuschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) angeordnet sein, und die hierin verwendeten Begriffe räumlicher Beziehungen können somit auch dementsprechend ausgelegt werden. Elemente mit denselben Bezugsziffern beziehen sich auf dasselbe Element, und es ist davon auszugehen, dass diese jeweils dieselbe Materialzusammensetzung und denselben Dickenbereich aufweisen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Eine resistive Speicherzelle weist ein widerstandsbehaftetes Speichermaterial auf, das seinen spezifischen Widerstand in Abhängigkeit von Programmierungsbedingungen verändert. Eine Art von Speicherzellen verwendet ein Metalloxidmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante (hohem k-Wert), das leitfähige Fäden darin bilden kann. Durch die Migration von Sauerstoffatomen können die leitfähigen Fäden einen zusammenhängenden sauerstoffarmen Bereich aufweisen. Obwohl solche leitfähigen Fäden von Sauerstoffleerstellen als kristallografische Defekte betrachtet werden können, ist es möglich, solche leitfähigen Fäden von Sauerstoffleerstellen durch das Anlegen einer geeigneten elektrischen Vorspannung zu programmieren. Darüber hinaus können solche leitfähigen Fäden von Sauerstoffleerstellen durch das Anlegen einer umgekehrten elektrischen Vorspannung entfernt bzw. gelöscht werden. Somit kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein leitfähiger Fäden von Sauerstoffleerstellen dazu verwendet werden, ein binäres Datenbit in einer resistiven Speicherzelle zu kodieren.
Während eines Herstellungsverfahrens können physisch freiliegende Oberflächenabschnitte eines Metalloxidmaterials durch Ätzmittel-Ionen kollateral beschädigt werden und Bedingungen bereitstellen, die förderlich für die Bildung sauerstoffarmer leitfähiger Fäden sind, jedoch nachteilig für die Entfernung sauerstoffarmer leitfähiger Fäden. Derartige Oberflächenabschnitte können eine Verringerung der Haltbarkeit resistiver Speicherzellen, zum Beispiel auf weniger als 200.000 Programmier- und Löschzyklen, bewirken, und können eine Erhöhung des Ableitstroms der resistiven Speicherzellen nach sich ziehen.
An einer Stelle, die das stärkste elektrische Feld aufweist, können Sauerstoffleerstellenfäden problemlos gebildet werden. Simulationen zeigen, dass Sauerstoffleerstellenfäden an Oberflächenbereichen unterhalb von Seitenwänden eines dielektrischen Metalloxidfilms auf einfache Weise gebildet werden können. Obwohl Sauerstoffleerstellen in einem mittleren Bereich des dielektrischen Metalloxidmaterials für resistive Speichervorrichtungen stabile elektrische Eigenschaften bereitstellen, neigen Sauerstoffleerstellen, die an geätzten Flächen eines dielektrischen Metalloxidmaterials gebildet werden, aufgrund von Schäden, die während eines Ätzprozesses verursacht werden, zu Schwankungen der elektrischen Eigenschaften, wodurch die Variabilität der elektrischen Eigenschaften der resistiven Speichervorrichtungen zunimmt.
Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Bildung von Sauerstoffleerstellenfäden in Flächenbereichen eines dielektrischen Metalloxidspeicherfilms außerhalb eines Programmierspannungsbereichs aufgrund von kristallografischen Defekten, die während anisotroper Ätzprozesse eingebracht werden, unterdrückt werden, indem eine Plasmabehandlung unter Verwendung eines fluorhaltigen Plasmas oder eines stickstoffhaltigen Plasmas vorgenommen wird. Es bildet sich eine Oberflächenpassivierungsschicht, die weniger Sauerstoff enthält als ein mittlerer Bereich des dielektrischen Metalloxidspeicherfilms. Die Oberflächenpassivierungsschicht kann frei von Sauerstoff sein, oder auch nicht. Die Bildung von Sauerstoffleerstellenfäden innerhalb der Oberflächenpassivierungsschicht wird unterdrückt. Die Haltbarkeit von Speicherzellen kann zum Beispiel auf über 100.000 Programmier- und Löschzyklen verbessert werden, und Ableitstrom durch die Speicherzellen kann aufgrund des Fehlens von Sauerstoffleerstellenfäden in den Oberflächenbereichen der Speicherfilme verringert werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Verwendung einer resistiven Speicherzelle beschrieben wird, sind die Strukturen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung auch für Direktzugriffsspeichervorrichtungen mit leitfähiger Brücke anwendbar, wobei derartige Anwendungen hierin ausdrücklich erwogen werden. Die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Bezugnehmend auf 1 ist eine erste Beispielstruktur im Einklang mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die erste Beispielstruktur weist ein Substrat 8 auf, das ein Halbleitersubstrat, wie zum Beispiel ein im Handel erhältliches Siliziumsubstrat, sein kann. Das Substrat 8 kann mindestens an einem oberen Abschnitt desselben eine Halbleitermaterialschicht 9 aufweisen. Die Halbleitermaterialschicht 9 kann ein Oberflächenabschnitt eines Grundhalbleitersubstrats sein, oder kann eine obere Halbleiterschicht eines Halbleiter-auf-Isolator-Substrats (SOI-Substrats) sein. In einer Ausführungsform enthält die Halbleitermaterialschicht 9 ein einkristallines Halbleitermaterial, wie zum Beispiel einkristallines Silizium. In einer Ausführungsform kann das Substrat 8 ein einkristallines Siliziumsubstrat aufweisen, das ein einkristallines Siliziummaterial enthält.
Flache Grabenisolationsstrukturen 720, die ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, enthalten, können in einem oberen Abschnitt der Halbleitermaterialschicht 9 gebildet sein. Geeignete dotierte Halbleiterwannen, wie zum Beispiel p-Wannen und n-Wannen, können innerhalb jedes der Bereiche, die jeweils seitlich von einem Abschnitt der flachen Grabenisolationsstrukturen 720 umschlossen sind, gebildet sein. Feldeffekttransistoren (70A, 701) können über der oberen Fläche der Halbleitermaterialschicht 9 gebildet sein. Die Feldeffekttransistoren (70A, 701) können eine Anordnung von Zugriffstransistoren 70A aufweisen, die dazu verwendet werden, auf jede der Speicherzellen innerhalb einer zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen, die in der Folge zu bilden ist, zuzugreifen. Ferner können die Feldeffekttransistoren (70A, 701) innerhalb einer Peripherieschaltung periphere Feldeffekttransistoren 701 aufweisen. Zum Beispiel können die peripheren Feldeffekttransistoren 701 Bit-Leitungstreiber, die dazu eingerichtet sind, eine Bit-Leitungsvorspannung an nachfolgend zu bildende Bit-Leitungen anzulegen, und Leseverstärker, die dazu eingerichtet sind, elektrischen Strom, der während eines Lesevorgangs durch die Bit-Leitungen fließt, zu erfassen, aufweisen.
Zum Beispiel kann jeder der Feldeffekttransistoren (70A, 701) eine Source-Elektrode 732, eine Drain-Elektrode 738, einen Halbleiterkanal 735, der einen Oberflächenabschnitt des Substrats 8, der sich zwischen der Source-Elektrode 732 und der Drain-Elektrode 738 erstreckt, aufweist, und eine Gate-Struktur 750 aufweisen. Der Halbleiterkanal 735 kann ein einkristallines Halbleitermaterial enthalten. Jede der Gate-Strukturen 750 kann eine dielektrische Gate-Schicht 752, eine Gate-Elektrode 754, ein Gate-Kappendielektrikum 758 und ein dielektrisches Gate-Abstandselement 756 aufweisen. Ein source-seitiger Metallhalbleiterlegierungsbereich 742 kann an jeder der Source-Elektroden 732 gebildet sein, und ein drain-seitiger Metallhalbleiterlegierungsbereich 748 kann an jeder der Drain-Elektroden 738 gebildet sein.
Die erste Beispielstruktur kann einen Speicheranordnungsbereich 100 aufweisen, in welchem anschließend eine Anordnung von Speicherzellen gebildet werden kann. Die erste Beispielstruktur kann ferner einen Peripheriebereich 200 aufweisen, in welchem eine Metallverdrahtung für die Anordnung von Speichervorrichtungen bereitgestellt ist. In der Regel können die Zugriffstransistoren 70A in der CMOS-Schaltung 700 mit einer Elektrode einer entsprechenden Speicherzelle, die anschließend zu bilden ist, durch einen entsprechenden Satz von Metall-Interconnect-Strukturen elektrisch verbunden sein.
Bauelemente (wie zum periphere Feldeffekttransistoren 701) im peripheren Bereich 200 können Funktionen bereitstellen, die die Anordnung von Speicherzellen, die in der Folge zu bilden ist, betreiben. Insbesondere können Bauelemente im peripheren Bereich dazu gestaltet sein, den Programmiervorgang, den Löschvorgang und den Auslesevorgang (Lesevorgang) der Anordnung von Speicherzellen zu steuern. Zum Beispiel können die Bauelemente im peripheren Bereich eine Erfassungsschaltung/Leseschaltung und/oder eine Programmierschaltung aufweisen. Die auf der oberen Fläche der Halbleitermaterialschicht 9 gebildeten Bauelemente können komplementäre Metalloxidhalbleitertransistoren (CMOS-Transistoren) und optional zusätzliche Halbleiterbauelemente (wie zum Beispiel Widerstände, Dioden, Kondensatoren, etc.) aufweisen und werden zusammen mit diesen als CMOS-Schaltung 700 bezeichnet.
Ein oder mehrere der Feldeffekttransistoren (70A, 701) in der CMOS-Schaltung 700 können einen Halbleiterkanal 735 aufweisen, der einen Abschnitt der Halbleitermaterialschicht 9 im Substrat 8 aufweist. Falls die Halbleitermaterialschicht 9 ein einkristallines Halbleitermaterial, wie zum Beispiel einkristallines Silizium, enthält, kann der Halbleiterkanal 735 jedes der Feldeffekttransistoren (70A, 701) in der CMOS-Schaltung 700 einen einkristallinen Halbleiterkanal, wie zum Beispiel einen einkristallinen Siliziumkanal, aufweisen. In einer Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Zugriffstransistoren 70A in der CMOS-Schaltung 700 jeweils einen Knoten aufweisen, der in der Folge mit einem Knoten einer jeweils anschließend zu bildenden Speicherzelle elektrisch verbunden wird.
In einer Ausführungsformen kann das Substrat 8 ein einkristallines Siliziumsubstrat enthalten, und die Feldeffekttransistoren 701 können einen entsprechenden Abschnitt des einkristallinen Siliziumsubstrats als einen Halbleiterkanal aufweisen. Wie hierin verwendet bezieht sich ein „Halbleiter“-Element auf ein Element, das eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 1,0 × 10^-6 S/cm bis 1,0 × 10⁵ S/cm aufweist. Wie hierin verwendet bezieht sich ein „Halbleitermaterial“ auf ein Material, das in der Abwesenheit elektrischer Dotierstoffe darin eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 1,0 × 10^-6 S/cm bis 1,0 × 10⁵ S/cm aufweist und in der Lage ist, ein dotiertes Material zu erzeugen, das bei geeigneter Dotierung mit einem elektrischen Dotierstoff eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von 1,0 S/cm bis 1,0 × 10⁵ S/cm aufweist.
Verschiedene Metall-Interconnect-Strukturen, die innerhalb von dielektrischen Materialschichten gebildet werden, können anschließend über dem Substrat 8 und den darauf angeordneten Halbleiterbauelementen (wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren (70A, 701)) gebildet werden. In einem veranschaulichenden Beispiel können die dielektrischen Materialschichten zum Beispiel eine erste dielektrische Materialschicht 601, die eine Schicht sein kann, die die mit der Source und dem Drain verbundene Kontaktstruktur umgibt (und manchmal als eine dielektrische Kontaktebenenmaterialschicht 601 bezeichnet wird) eine erste dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht 610 und eine zweite dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht 620 aufweisen. Die Metall-Interconnect-Strukturen können Vorrichtungskontakt-Durchkontaktierungsstrukturen 612, die in der ersten dielektrischen Materialschicht 601 gebildet sind und jeweils eine Komponente der CMOS-Schaltung 700 kontaktieren, erste Metallleitungsstrukturen 618, die in der ersten dielektrischen Interconnect-Ebenenmaterialschicht 610 gebildet sind, erste Metalldurchkontaktierungsstrukturen 622, die in einem unteren Abschnitt der zweiten dielektrischen Interconnect-Ebenenmaterialschicht 620 gebildet sind, zweite Metallleitungsstrukturen 628, die in einem oberen Abschnitt der zweiten dielektrischen Interconnect-Ebenenmaterialschicht 620 gebildet sind, zweite Metalldurchkontaktierungsstrukturen 632, die in einem unteren Abschnitt der dritten dielektrischen Interconnect-Ebenenmaterialschicht 630 gebildet sind, und dritte Metallleitungsstrukturen 638, die in einem oberen Abschnitt der dritten dielektrischen Interconnect-Ebenenmaterialschicht 630 gebildet sind, aufweisen.
Jede der dielektrischen Materialschichten (601, 610, 620, 630) kann ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel undotiertes Silikatglas, ein dotiertes Silikatglas, Organosilikatglas, amorphen fluorierten Kohlenstoff, poröse Varianten derselben oder Kombinationen davon, enthalten. Jede der Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638) kann mindestens ein leitfähiges Material enthalten, das eine Kombination aus einer Metallauskleidung (wie zum Beispiel einem Metallnitrid oder einem Metallkarbid) und einem Metallfüllmaterial sein kann. Jede der Metallauskleidungen kann TiN, TaN, WN, TiC, TaC und WC enthalten, und jeder der metallischen Füllmaterialabschnitte kann W, Cu, Al, Co, Ru, Mo, Ta, Ti, Legierungen davon und/oder Kombinationen davon enthalten. Andere geeignete Materialien für die Metallauskleidung und Metallfüllmaterialien im vorgesehenen Umfang der Offenbarung können ebenfalls verwendet werden. In einer Ausführungsform können die ersten Metalldurchkontaktierungsstrukturen 622 und die zweiten Metallleitungsstrukturen 628 durch einen Doppeldamaszenerprozess als integrierte Leitungs- und Durchkontaktierungsstrukturen gebildet werden. Desgleichen können die zweiten Metalldurchkontaktierungsstrukturen 632 und die dritten Metallleitungsstrukturen 638 durch einen Doppeldamaszenerprozess als integrierte Leitungs- und Durchkontaktierungsstrukturen gebildet werden. Die dielektrischen Materialschichten (601, 610, 620, 630) werden hierin als dielektrische Materialschichten der unteren Ebene bezeichnet. Die innerhalb der dielektrischen Materialschichten der unteren Ebene gebildeten Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638) werden hierin als Metall-Interconnect-Strukturen der unteren Ebene bezeichnet.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Verwendung einer Ausführungsform beschrieben ist, in welcher eine Anordnung von Speicherzellen über der dritten dielektrischen Leitungs-und-Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 630 gebildet sein kann, werden hierin ausdrücklich auch Ausführungsformen erwogen, in welchen die Anordnung von Speicherzellen in einer anderen Metall-Interconnect-Ebene gebildet sein können.
In einer Ausführungsform kann eine planare dielektrische Materialschicht, die eine gleichmäßige Dicke aufweist, über den dielektrischen Materialschichten der unteren Ebene (601, 610, 620, 630) gebildet sein. Die planare dielektrische Materialschicht ist hierin als eine dielektrische Schicht der unteren Durchkontaktierungsebene 645 bezeichnet. Die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 enthält ein dielektrisches Material. In einer Ausführungsform kann die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 ein dielektrisches Material mit extrem niedrigem k-Wert (ELK) enthalten. In einer Ausführungsform enthält die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 mindestens ein dielektrisches Material ausgewählt aus undotiertem Silikatglas, einem dotierten Silikatglas, Organosilikatglas, einem porösen dielektrischen Material, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxykarbid und Siliziumkarbonitrid und/oder besteht im Wesentlichen aus diesen. Die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 kann zum Beispiel durch chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden. Die Dicke der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 kann in einem Bereich von 20 nm bis 300 nm liegen, obwohl auch geringere und stärkere Dicken verwendet werden können.
In der Regel können Metall-Interconnect-Strukturen (welche hierin als Metall-Interconnect-Strukturen unterer Ebene (612, 618, 622, 628, 632, 638) bezeichnet werden), die innerhalb von dielektrischen Interconnect-Ebenenschichten (wie zum Beispiel der dielektrische Materialschicht unterer Ebene (601, 610, 620, 630)) eingebettet sind, über Halbleitervorrichtungen gebildet sein. Die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 kann über den dielektrischen Interconnect-Ebenenschichten gebildet sein.
Bezugnehmend auf die 2A - 2C kann eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) über der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 aufgebracht und lithografisch strukturiert werden, um eine zweidimensionale Anordnung von Öffnungen zu bilden. Die zweidimensionale Anordnung von Öffnungen kann ein erstes Abstandsmaß entlang einer ersten horizontalen Richtung hd1 aufweisen, und kann ein zweites Abstandsmaß entlang einer zweiten horizontalen Richtung hd2 aufweisen. Jede der Öffnungen in der Photoresistschicht kann eine horizontale Querschnittsform eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse, eines Rechtecks, eines abgerundeten Rechtecks oder einer beliebigen anderen zweidimensionalen gekrümmten Form, die einen geschlossenen Umfang aufweist, aufweisen. Ein anisotroper Ätzprozess kann durchgeführt werden, um die Struktur der Öffnungen in der Photoresistschicht durch die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 zu übertragen. Eine obere Fläche einer entsprechenden Metall-Interconnect-Struktur unterer Ebene (wie zum Beispiel eine obere Fläche einer entsprechenden dritte Metallleitungsstruktur 638 im dargestellten Beispiel) kann am Boden jeder der Öffnungendurch die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenschicht 645 physisch freigelegt sein. Anschließend kann die Photoresistschicht zum Beispiel durch Veraschen entfernt werden.
Die zweidimensionale Anordnung von Öffnungen kann mit mindestens einem metallischen Füllmaterial gefüllt werden. In einer Ausführungsform kann das mindestens eine metallische Füllmaterial eine Kombination aus einer metallischen Auskleidungsschicht, die ein metallisches Sperrmaterial aufweist, und einer metallischen Füllmaterialschicht, die ein metallisches Füllmaterial aufweist, aufweisen. Die metallische Auskleidungsschicht kann ein metallisches Sperrmaterial, wie zum Beispiel TiN, TaN, WN, TiC, TaC, WC oder einen Stapel derselben, aufweisen, und kann durch physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden. Die Dicke der metallischen Auskleidungsschicht kann in einem Bereich von 1 nm bis 30 nm liegen, obwohl auch geringere und stärkere Dicken verwendet werden können. Die metallische Füllmaterialschicht kann W, Cu, Al, Co, Ru, Mo, Ta, Ti, Legierungen davon und/oder Kombinationen davon enthalten. Ein Planarisierungsprozess, wie zum Beispiel ein chemischmechanischer Polierprozess (CMP-Prozess) kann durchgeführt werden, um Abschnitte der metallischen Auskleidungsschicht und der metallischen Füllmaterialschicht, die über der horizontalen Ebene, die eine obere Fläche der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 aufweist, angeordnet sind, zu entfernen.
Jeder verbleibende Abschnitt des mindestens einen metallischen Werkstoffs weist eine untere Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 15 in elektrischem Kontakt mit einer entsprechenden Metall-Interconnect-Struktur unterer Ebene (wie zum Beispiel einer oberen Fläche einer entsprechenden dritten Metallleitungs-Struktur 638 im dargestellten Beispiel) auf. Eine zweidimensionale Anordnung unterer Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 kann innerhalb der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 gebildet sein. In der Regel kann die horizontale Querschnittsform jeder der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 eine beliebige zweidimensionale Form aufweisen, die einen geschlossenen Umfang aufweist. Zum Beispiel können die horizontalen Querschnittsformen der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 die Form eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse, eines Rechtecks, eines abgerundeten Rechtecks oder eine beliebige andere zweidimensionale gekrümmte Form, die einen geschlossenen Umfang aufweist, aufweisen. Der vorgesehene Umfang der Offenbarung umfasst auch andere Formen. Die oberen Flächen der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 können komplanar mit der oberen Fläche der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 sein. Die Periodizität der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 kann das erste Abstandsmaß p1 sein. Die Periodizität der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 entlang der zweiten horizontalen Richtung hd2 wird hierin als ein zweites Abstandsmaß p2 bezeichnet.
Bezugnehmend auf 3 kann eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 über der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 645 gebildet sein. Die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 enthält ein dielektrisches Material, das als eine Ätzstoppstruktur für einen anisotropen Ätzprozess verwendet werden kann, der in der Folge zum Strukturieren von Speicherzellen verwendet wird. In einer Ausführungsform enthält die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 ein Material, wie zum Beispiel Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbidnitrid, und/oder besteht im Wesentlichen aus diesen. In einer Ausführungsform enthält die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 Siliziumkarbid und/oder besteht im Wesentlichen aus diesem. Die Dicke der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 kann in einem Bereich von 3 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 kann zum Beispiel durch chemische Dampfabscheidung gebildet werden. In der Regel ist die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 über Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15) angeordnet.
Eine Photoresistschicht 19 kann über der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 aufgebracht werden und kann lithografisch strukturiert werden, um eine periodische, zweidimensionale Anordnung von Öffnungendarin zu bilden. Jede der Öffnungen in der Photoresistschicht 19 kann innerhalb des Bereichs einer oberen Fläche einer jeweils darunter angeordneten unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 15 gebildet sein. Die periodische zweidimensionale Anordnung von Öffnungen kann dieselbe Periodizität aufweisen wie die zweidimensionale Anordnung der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15.
Bezugnehmend auf 4 kann ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt werden, um die Struktur der Öffnungenin der Photoresistschicht 19 durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 zu übertragen. Eine zweidimensionale Anordnung von Öffnungen kann durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 gebildet werden. In der Folge kann die Photoresistschicht 19 zum Beispiel durch Veraschen entfernt werden. Eine obere Fläche einer unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 15 kann am Boden jeder der Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 physisch freigelegt sein.
Ein Schichtstapel aus Materialschichten kann in der Folge über der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 und den physisch freiliegenden Flächen der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 aufgebracht werden. Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Schichtstapel von unten nach oben mindestens eine optionale untere metallische Sperrschicht 22L, eine erste Elektrodenschicht 24L, eine Speicherfilmmaterialschicht 26L, eine zweite Elektrodenschicht 28L, mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L und eine Hartmaskenschicht 30L aufweisen. Kollektiv kann der Schichtstapel, der mindestens eine optionale untere metallische Sperrschicht 22L, eine erste Elektrodenschicht 24L, eine Speichermaterialschicht 26L, eine zweite Elektrodenschicht 28L, mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L aufweist, einen Speicherzellenstapel 20L darstellen.
Die mindestens eine optionale untere metallische Sperrschicht 22L enthält mindestens ein metallisches Sperrmaterial, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Wolframnitrid, Molybdännitrid, Titan, Tantal und/oder Wolfram. In einem veranschaulichenden Beispiel kann die mindestens eine optionale untere metallische Sperrschicht 22L einen Schichtstapel aufweisen, der von unten nach oben eine erste untere metallische Sperrschicht 221L, eine zweite untere metallische Sperrschicht 222L und eine dritte untere metallische Sperrschicht 223L aufweist. In einem veranschaulichenden Beispiel kann die erste untere metallische Sperrschicht 221L Titannitrid enthalten, die zweite untere metallische Sperrschicht 222L kann Tantal enthalten, und die dritte untere metallische Sperrschicht 223L kann Tantalnitrid enthalten. Die Gesamtdicke der mindestens einen unteren metallischen Sperrschicht 22L kann in einem Bereich von 3 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Jede der mindestens einen unteren metallischen Sperrschichten 22L kann durch physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden.
Die erste Elektrodenschicht 24L (welche auch als eine untere Elektrodenschicht bezeichnet werden kann) enthält einen metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantal, Wolfram, Platin, Ruthenium, Iridium, Molybdän, Niob, Rhenium, Osmium oder ein anderes Elementarmetall, das eine Schmelztemperatur von mehr als 1.500 Grad Celsius aufweist. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht 24L kann in einem Bereich von 3 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Die erste Elektrodenschicht 24L kann durch physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden.
Die Speichermaterialschicht 26L weist mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht (261L, 262L) auf. Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält jede der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschichten (261L, 262L) mindestens ein fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial und/oder besteht im Wesentlichen aus diesem. Wie hierin verwendet bezieht sich ein fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial auf ein dielektrisches Metalloxidmaterial, das in der Lage ist, Fäden sauerstoffarmer Bereiche (das heißt sauerstoffarme Filamente) zu bilden, wenn eine elektrische Vorspannung angelegt wird, die ein elektrisches Feld erzeugt, das eine Stärke aufweist, die größer ist als eine entsprechende elektrische Grenzfeldstärke. In einer Ausführungsform ist jedes der mindestens einen fadenbildenden dielektrischen Metalloxidmaterialien in der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschicht (261L, 262L) ein nicht-stöchiometrisches sauerstoffarmes Metalloxidmaterial.
In dem veranschaulichenden Beispiel kann die mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht (261L, 262L) einen Schichtstapel aus einer ersten dielektrischen Metalloxidschicht 261L und einer zweiten dielektrischen Metalloxidschicht 262L aufweisen. Die erste dielektrische Metalloxidschicht 261L enthält ein erstes dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines ersten Metalls aufweist, und oder besteht im Wesentlichen aus einem solchen. Die zweite dielektrische Metalloxidschicht 262L enthält ein zweites dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines zweiten Metalls aufweist, und oder besteht im Wesentlichen aus einem solchen. Das zweite dielektrische Metalloxidmaterial kann eine andere Materialzusammensetzung aufweisen als das erste dielektrische Metalloxidmaterial. In einer Ausführungsform unterscheidet sich das mindestens eine zweite Metall vom mindestens einen ersten Metall durch das Vorhandensein eines metallischen Elements, das in dem mindestens einen ersten Metall nicht vorhanden ist, oder durch das Nichtvorhandensein eines metallischen Elements, das in dem mindestens einen ersten Metall vorhanden ist.
In einer Ausführungsform kann eines der, eine Mehrzahl der und/oder jedes der dielektrischen Metalloxidmaterialien in der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschicht (261L, 262L) jeweils ein fadenbildendes Metalloxidmaterial, das ein binäres Oxidmaterial, das heißt eine Verbindung eines einzigen Metallelements mit Sauerstoff, ist, aufweisen und/oder besteht aus einem solchen. Zum Beispiel kann ein, eine Mehrzahl von und/oder jedes der dielektrischen Metalloxidmaterialien in der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschicht (261L, 262L) ein Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend HfO_2(1-α), Ta₂O_5(1-β) und Y₂O_3(1-γ) enthalten und/oder besteht aus einem solchen. In dieser Ausführungsform können α, β und γ unabhängig voneinander in einem Bereich von 1,0 × 10^-6 bis 1,0 × 10^-1 liegen.
In einer Ausführungsform kann eines der, eine Mehrzahl der und/oder jedes der dielektrischen Metalloxidmaterialien in der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschicht (261L, 262L) ein entsprechendes fadenbildendes Metalloxidmaterial, das ein ternäres Oxidmaterial, das heißt eine Verbindung aus zwei Metallelementen mit Sauerstoff, ist, aufweisen und/oder besteht aus einem solchen. Nicht einschränkende Beispiele solcher ternärer fadenbildender Metalloxidmaterialien umfassen Hafniumsilikat (HfSiO_x), Hafniumzirkonat (HfZrO_x), Bariumtitanat (BaTiO₃), Bleititanat (PbTiO₃), Strontiumtitanat (SrTiO₃), Kalziummanganit (CaMnO₃), Bismutferrit (BiFeO₃), ein dotiertes HfO₂ (unter anderem mit einem Dotierstoff ausgewählt aus Si, Zr, Y, Al, Gd, Sr, La, Sc, Ge, etc.), und Legierungen von HfO_2(1-α), Ta₂O_5(1-β) und Y₂O_3(1-γ).
In einer Ausführungsform kann eines der, eine Mehrzahl der und/oder jedes der dielektrischen Metalloxidmaterialien in der mindestens einen dielektrischen Metalloxidschicht (261L, 262L) ein entsprechendes fadenbildendes Metalloxidmaterial, das ein quaternäres Oxidmaterial, das heißt eine Verbindung aus drei Metallelementen mit Sauerstoff, ist, aufweisen und/oder besteht aus einem solchen. Nicht einschränkende Beispiele solcher quaternärer fadenbildender Metalloxidmaterialien umfassen Bleizirkonattitanat (PZT: PbZr_xTi_yO_z), Bariumstrontiumtitanat (BaSrTiO_x), Strontiumbismuttantalat (SBT: SrBi₂Ta₂O₉) und Legierungen zuvor angeführter binärer fadenbildender Metalloxidmaterialien und/oder ternärer fadenbildender Metalloxidmaterialien.
In der Regel kann die mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht (261L, 262L), wie sie bei diesem Verfahrensschritt gebildet wird, frei von Fluoratomen und Stickstoffatomen sein und/oder kann nur Spuren von Fluoratomen oder Stickstoffatomen (wie zum Beispiel eine Atomkonzentration von weniger als 0,1 Teile pro Million) enthalten. Die mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht (261L, 262L) kann durch einen beliebigen geeigneten in der Technik bekannten Abscheidungsprozess, wie zum Beispiel physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung, gebildet werden. Die Dicke der Speichermaterialschicht 26L kann in einem Bereich von 4 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. In Ausführungsformen, in welchen die Speichermaterialschicht einen Schichtstapel mehrerer dielektrischer Metalloxidschichten, wie zum Beispiel einen Schichtstapel aus einer ersten dielektrischen Metalloxidschicht 261L und einer zweiten dielektrischen Metalloxidschicht 262L, aufweist, kann die Dicke jeder der dielektrischen Oxidschichten (261L oder 262L) jeweils in einem Bereich von 1 nm bis 50 nm liegen, wobei auch geringere und größere Dicken verwendet werden können.
Die zweite Elektrodenschicht 28L (welche auch als eine obere Elektrodenschicht bezeichnet werden kann) enthält einen metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantal, Wolfram, Platin, Ruthenium, Iridium, Molybdän, Niob, Rhenium, Osmium oder ein anderes Elementarmetall, das eine Schmelztemperatur von mehr als 1.500 Grad Celsius aufweist. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 28L kann in einem Bereich von 3 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Die zweite Elektrodenschicht 28L kann durch physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden.
Die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L enthält mindestens ein metallisches Sperrmaterial, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Wolframnitrid, Molybdännitrid, Titan, Tantal und/oder Wolfram. In einem veranschaulichenden Beispiel kann die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L einen Schichtstapel aufweisen, der von unten nach oben eine erste obere metallische Sperrschicht 291L und eine zweite obere metallische Sperrschicht 292L aufweist. In einem veranschaulichenden Beispiel kann die erste obere metallische Sperrschicht 291L Titannitrid enthalten, die zweite obere metallische Sperrschicht 292L kann Tantalnitrid enthalten. Die Gesamtdicke der mindestens einen oberen metallischen Sperrschicht 29L kann in einem Bereich von 3 nm bis 60 nm, wie zum Beispiel von 6 nm bis 30 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Jede der mindestens einen oberen metallischen Sperrschichten 29L kann durch physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden.
Eine Hartmaskenschicht 30L kann über der mindestens einen optionalen oberen metallischen Sperrschicht 29L aufgebracht werden. Die Hartmaskenschicht 30L enthält ein Material, das darunterliegende Materialschichten während eines nachfolgenden anisotropen Ätzprozesses schützen kann. Die Hartmaskenschicht 30L kann einen metallischen Werkstoff aufweisen, wie zum Beispiel ein Titannitrid, oder kann ein dielektrisches Material aufweisen, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbonitrid, Siliziumoxynitrid und/oder ein dielektrisches Metalloxid (wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, Titanoxid und Aluminiumoxid). Die Dicke der Hartmaskenschicht 30L kann in einem Bereich von 20 nm bis 200 nm, wie zum Beispiel von 30 nm bis 100 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere Dicken verwendet werden können. Die Hartmaskenschicht 30L kann durch chemische Dampfabscheidung oder physikalische Dampfabscheidung aufgebracht werden.
Eine, eine Mehrzahl von und/oder jede der Schichten innerhalb des Schichtstapels (das heißt 22L, 24L, 26L, 28L, 29L, 30L) kann mit einem konformen Profil gebildet werden, das konvexe Oberflächensegmente rund um jede der Öffnungen in Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 bereitstellt.
Bezugnehmend auf 5 kann eine Photoresistschicht über der Hartmaskenschicht 30L aufgebracht werden und kann lithografisch strukturiert werden, um eine strukturierte Photoresistschicht 37 zu bilden. Die strukturierte Photoresistschicht 37 kann eine zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial aufweisen, die über einer entsprechenden der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 angeordnet sind. Somit kann die zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial dieselbe zweidimensionale Periodizität aufweisen wie die zweidimensionale Anordnung der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15. Jeder der diskreten Abschnitte aus Photoresistmaterial kann eine flächige Überlappung mit einer entsprechenden darunterliegenden Öffnung in der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 aufweisen. In einer Ausführungsform kann jeder der diskreten Abschnitte aus Photoresistmaterial einen Umfang aufweisen, der in einer Draufsicht (das heißt einer Ansicht von oben) in Bezug auf einen Umfang einer darunterliegenden Öffnung in der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 seitlich nach außen versetzt ist.
Bezugnehmend auf die 6A und 6B kann die Struktur der zweidimensionalen Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial der strukturierten Photoresistschicht 37 durch die Hartmaskenschicht 30L übertragen werden, indem ein erster anisotroper Ätzprozess durchgeführt wird. Die Hartmaskenschicht 30L kann durch den ersten anisotropen Ätzprozess zu einer zweidimensionalen Anordnung von Hartmaskenkappen 30 strukturiert werden. In der Folge kann die strukturierte Photoresistschicht 37 zum Beispiel durch Veraschen entfernt werden. Alternativ dazu kann die strukturierte Photoresistschicht 37 während des ersten anisotropen Ätzprozesses kollateral verbraucht werden. Als weitere Alternative können erste Abschnitte der strukturierten Photoresistschicht 37 während des ersten anisotropen Ätzprozesses kollateral verbraucht werden, und verbleibende Abschnitte der strukturierten Photoresistschicht 37 können während eines nachfolgenden zweiten anisotropen Ätzprozesses entfernt werden.
Ein zweiter anisotroper Ätzprozess kann durchgeführt werden, um die Struktur in der zweidimensionalen Anordnung von Hartmaskenkappen 30 durch die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L, die zweite Elektrodenschicht 28L, die Speichermaterialschicht 26L, die erste Elektrodenschicht 24L und die mindestens eine optionale untere metallische Sperrschicht 22L zu übertragen. Jeder der strukturierten Abschnitte der mindestens einen optionalen oberen metallischen Sperrschicht 29L (sofern verwendet) weist mindestens eine optionale obere metallische Sperrplatte 29 auf. Jeder der strukturierten Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht 28L weist eine zweite Elektrode 28 auf. Jeder der strukturierten Abschnitte der Speichermaterialschicht 26L weist einen Speicherfilm 26 auf. Jeder der strukturierten Abschnitte der ersten Elektrodenschicht 24L weist eine erste Elektrode 24 auf. Jeder der strukturierten Abschnitte der mindestens einen optionalen oberen metallischen Sperrschicht 22L (sofern verwendet) weist mindestens eine optionale untere metallische Sperrplatte 22 auf.
In einer Ausführungsform kann die optionale untere metallische Sperrplatte 22 einen Stapel aus einer ersten unteren metallischen Sperrplatte 221 (welche ein strukturierter Abschnitt der ersten unteren metallischen Sperrschicht 221L ist), einer zweiten unteren metallischen Sperrplatte 222 (welche ein strukturierter Abschnitt der zweiten unteren metallischen Sperrschicht 222L ist) und einer dritten unteren metallischen Sperrplatte 223 (welche ein strukturierter Abschnitt der dritten unteren metallischen Sperrschicht 223L ist) aufweisen. Der Speicherfilm 26 weist mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht auf, die ein sauerstoffarmes fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial enthält. Zum Beispiel kann der Speicherfilm 26 einen Schichtstapel aufweisen, der eine erste dielektrische Metalloxidschicht 261 (welche ein strukturierter Abschnitt der ersten dielektrischen Metalloxidschicht 261L ist, die in den Verfahrensschritten von 4 gebildet worden ist) und eine zweite dielektrische Metalloxidschicht 262 (welche ein strukturierter Abschnitt der zweiten dielektrischen Metalloxidschicht 262L, die in den Verfahrensschritten von 4 gebildet worden ist) aufweist. In einer Ausführungsform kann die optionale obere metallische Sperrplatte 29 einen Stapel aus einer ersten oberen metallischen Sperrplatte 291 (welche ein strukturierter Abschnitt der ersten oberen metallischen Sperrschicht 291L ist) und einer zweiten oberen metallischen Sperrplatte 292 (welche ein strukturierter Abschnitt der zweiten oberen metallischen Sperrschicht 292L ist) aufweisen.
In der Regel können Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht 28L, der Speichermaterialschicht 26L und der ersten Elektrodenschicht 24L, die außerhalb der Bereiche der strukturierten Ätzmaskenschicht 37 angeordnet sind, während des zweiten anisotropen Ätzprozesses anisotrop geätzt werden. Verbleibende Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht 28L, der Speichermaterialschicht 26L und der ersten Elektrodenschicht 24L weisen zweite Elektroden 28, Speicherfilme 26 und erste Elektroden 24 auf.
Jeder zusammenhängende Satz aus mindestens einer optionalen unteren metallischen Sperrplatte 22, einer ersten Elektrode 24, einem Speicherfilm 26, einer oberen Elektrode 28 und mindestens einer optionalen oberen metallischen Sperrplatte 29 stellt eine Speicherzelle 20 dar. Eine zweidimensionale periodische Anordnung von Speicherzellen 20 kann gebildet werden. Die zweidimensionale periodische Anordnung von Speicherzellen 20 kann das erste Abstandsmaß p1 entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 und das zweite Abstandsmaß entlang der zweiten horizontalen Richtung hd2 aufweisen. In einer Ausführungsform kann jede der ersten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer ersten Elektrode 24 ein horizontales mittleres Segment, ein geschwungenes ringförmiges Segment, in welchem eine konvexe Oberfläche der ersten Elektrode 24 eine konkave Oberfläche des Speicherfilms 26 kontaktiert, und ein horizontales ringförmiges Segment, das an einen äußeren Umfang des geschwungenen ringförmigen Segments angrenzt, aufweisen. Jede der zweiten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer zweiten Elektrode 28 kann ein horizontales mittleres Segment, ein geschwungenes ringförmiges Segment, in welchem eine konkave Oberfläche der zweiten Elektrode 28 eine konvexe Oberfläche des Speicherfilms 26 kontaktiert, und ein horizontales ringförmiges Segment, das an einen äußeren Umfang des geschwungenen ringförmigen Segments angrenzt, aufweisen.
In einer Ausführungsform können alle Seitenwände von Elementen innerhalb einer Speicherzelle 20 vertikal koinzident sein, das heißt, sie können innerhalb einer selben vertikalen Ebene angeordnet sein. Somit können innerhalb jeder der Speicherzellen 20 eine Seitenwand oder Seitenwände mindestens einer optionalen unteren metallischen Sperrplatte 22, eine Seitenwand oder Seitenwände einer ersten Elektrode 24, eine Seitenwand oder Seitenwände eines Speicherfilms 26, eine Seitenwand oder Seitenwände einer oberen Elektrode 28 und eine Seitenwand oder Seitenwände mindestens einer optionalen oberen metallische Sperrplatte 29 vertikal koinzident sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform, in welcher eine Speicherzelle 20 eine horizontale Querschnittsform eines Kreises aufweist, kann die vertikale Ebene eine zylindrische vertikale Ebene sein.
In einer Ausführungsform kann der zweite anisotrope Ätzprozess eine Ätzchemikalie verwenden, die für das Material der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 selektiv ist. Jedoch kann in einem Endabschnitt des zweiten anisotropen Ätzprozesses ein kollaterales Ätzen eines oberen Abschnitts der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 stattfinden. In einer Ausführungsform ist die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 unter jeder der ersten Elektroden 24 angeordnet und weist einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte auf. Jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte weist eine Seitenwand auf, die mit einer Seitenwand einer ersten Elektrode 24 vertikal koinzident ist, und weist einen unteren Umfang P auf, der an einen Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt. Innerhalb eines Bereichs jeder der ersten Elektroden 24 weist die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 in einer Draufsicht jeweils eine durch sie hindurchgehende Öffnung auf.
In der Regel weist jeder der Speicherfilme 26 mindestens ein nicht-stöchiometrisches, sauerstoffarmes dielektrisches Metalloxidmaterial auf, wie es in der Speichermaterialschicht 26L bereitgestellt ist. Jedoch kann die physisch freiliegende Oberfläche der Speicherfilme 26 strukturelle und/oder ihre Zusammensetzung betreffende Mängel aufweisen, die während des zweiten anisotropen Ätzprozesses eingebracht werden. Einige solcher Mängel schaffen Bedingungen, die zum Beispiel unter Einfluss eines elektrischen Feldes, das eine Stärke aufweist, die geringer ist als eine Grenzfeldstärke, eine vorzeitige Bildung sauerstoffarmer Fäden begünstigen und ungünstig für die Entfernung sauerstoffarmer Fäden sind (wodurch die sauerstoffarmen Fäden nicht vollständig entfernt werden, sogar wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, das ausreichen sollte, bei mängelfreien dielektrischen Metalloxiden sauerstoffarme Fäden zu löschen). Ferner wirken derartige Mängel bei normalen Betriebsbedingungen als Kriechstrecken für die Speicherzellen 20.
Bezugnehmend auf 7 und im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Passivierungsplasmabehandlungsprozess durchgeführt werden, um die Oberflächenbereiche der Speicherfilm 26 zu passivieren. Mängel, die während des zweiten anisotropen Ätzprozesses eingebracht worden sind, werden durch den Austausch von Sauerstoffatomen durch Passivierungselemente, die während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses bereitgestellt werden, passiviert. In einer Ausführungsform verwendet der Passivierungsplasmabehandlungsprozess ein Fluorgasplasma oder ein Stickstoffgasplasma. Die Gasplasmabehandlungstemperatur kann zum Beispiel in einem Bereich von 40° C bis 750 C liegen, obwohl auch niedrigere und höhere Plasmabehandlungstemperaturen verwendet werden können. Die Gasplasmaleistung hängt von der Größe eines Halbleiterwafers ab, der in der Prozesskammer bearbeitet wird, und kann in der Regel in einem Bereich von 200 Watt bis 1.500 Watts liegen, obwohl auch niedrigere und höhere Gasplasmaleistungen verwendet werden können. Fluorgas oder Stickstoffgas können während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses in die Prozesskammer eingeleitet werden. Die Ventildurchflussrate während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses kann in einem Bereich von 10 Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm) bis 200 sccm liegen, obwohl auch niedrigere und höhere Ventildurchflussraten verwendet werden können.
In der Regel können das Material der Speicherfilme 26 und die Art des Gases im Gasplasma derart gewählt werden, dass die Stärke der atomaren Bindung zwischen dem/den Metallelement(en) in den Speicherfilmen und Fluoratomen oder Sauerstoffatomen, die aus dem Gasplasma bereitgestellt werden, größer ist als die Stärke der atomaren Bindung zwischen den Metallelementen und Sauerstoffatomen. Somit werden beim Austausch der Sauerstoffatome durch Fluoratome oder Stickstoffatome in den Oberflächenabschnitten der Speicherfilme 26 während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses die Fluoratome oder die Stickstoffatome in den Oberflächenabschnitten der Speicherfilme 26 nicht durch Sauerstoffatome ersetzt, sogar wenn die Speicherfilme 26 nach dem Passivierungsplasmabehandlungsprozess der atmosphärischen Umgebung ausgesetzt werden, die Sauerstoff enthält.
Jeder der Speicherfilme 26 weist einen mittleren Bereich (261C, 262C) auf, in welchem die Materialzusammensetzung durch die Passivierungsplasmabehandlung im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, und einen Umfangsbereich (261P, 262P), in welchem der Passivierungsplasmabehandlungsprozess Sauerstoffatome in einem nennenswerten Ausmaß durch Fluoratome oder Stickstoffatome ersetzt. Das durchschnittliche Atomverhältnis eines Passivierungselements (welches Fluor oder Stickstoff sein kann) zu Sauerstoff im Umfangsbereich (261P, 262P) erhöht sich von einem ersten Wert, der kleiner als 0,01 (und/oder kleiner als 0,001 und/oder kleiner als 0,0001 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-5 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-6 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-7) ist auf einen zweiten Wert, der größer ist als 0,05 (und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,5 und/oder größer als 1,0 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10) ist. In einer Ausführungsform kann das durchschnittliche Atomverhältnis des Passivierungselements (das heißt Fluoratome oder Stickstoffatome) zu Sauerstoff in jedem der Umfangsbereiche (261P, 262P) jedes der Speicherfilme 26 größer sein als 0,05 und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,5 und/oder größer als 1,0 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10. In einer Ausführungsform kann der mittlere Bereich (261C, 262C) jedes der Speicherfilme 26 ein durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweisen, das geringer ist als 0,01 (und/oder geringer als 0,001 und/oder geringer als 0,0001 und/oder geringer als 1,0 × 10^-5 und/oder geringer als 1,0 × 10^-6 und/oder geringer als 1,0 × 10^-7). In einer Ausführungsform kann der mittlere Bereich (261C, 262C) eines Speicherfilms 26 jedes Volumen des Speicherfilms 26 aufweisen, das ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das geringer ist als 0,05, und der Umfangsbereich (261P, 262P) eines Speicherfilms 26 kann jedes Volumen des Speicherfilms 26 aufweisen, das ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff, das größer ist als 0,05 oder unendlich ist (das bedeutet, einen Zustand aufweist, in welchem keine Sauerstoffatome vorhanden sind), aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform kann ein Nichtplasmaprozess benützt werden, um das Passivierungselement in den Umfangsbereich (261P, 262P) einzubringen und um die Struktur 7 zu bilden, oder in irgendeinen der Umfangsbereiche in nachfolgend zu beschreibende Strukturen einzubringen. Zum Beispiel kann ein abgewinkelter Niedrigenergieionenimplantationsprozess dazu benützt werden, die Fluoratome oder die Stickstoffatome in den Umfangsbereich (261P, 262P) eines Speicherfilms 26 zu implantieren.
In Ausführungsformen, in welchen der Speicherfilm 26 einen Stapel aus einer ersten dielektrischen Metalloxidschicht 261 und einer zweiten dielektrischen Metalloxidschicht 262 aufweist, kann die erste dielektrische Metalloxidschicht 261 einen ersten mittleren Bereich 261C, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das geringer ist als 0,05, und einen ersten Umfangsbereich 261P, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05, aufweisen; und die zweite dielektrische Metalloxidschicht 262 kann einen zweiten mittleren Bereich 262C, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das geringer ist als 0,05, und einen zweiten Umfangsbereich 262P, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05, aufweisen.
Die seitliche Dicke des Umfangsbereichs (261P, 262P) in jedem der Speicherfilme 26 kann in einem Bereich von 1 nm bis 5 nm, wie zum Beispiel von 2 nm bis 4 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere seitliche Dicken verwendet werden können. In einer Ausführungsform kann jeder der Umfangsbereiche (261P, 262P) eines Speicherfilms 26 einen Passivierungselementkonzentrationsgradienten aufweisen, sodass eine Atomkonzentration des Passivierungselements (welches Fluoratome oder Stickstoffatome sein können) mit einem Abstand von einer Oberfläche (das heißt einer Seitenwand) des Speicherfilms 26 abnimmt.
Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung unterdrückt das Vorhandensein des Umfangsbereichs (261P, 262P), in welchem keine Sauerstoffatome vorhanden sind, oder diese teilweise durch Fluoratome oder Stickstoffatome ersetzt worden sind, die Bildung leitfähiger Fäden innerhalb des Umfangsbereichs (261P, 262P) in jeder der Speicherzellen 20. In einigen Ausführungsformen kann ein äußeres Segment jedes der Umfangsbereiche (261P, 262P) frei von Sauerstoffatomen sein. Wie hierin verwendet, ist ein physisches Volumen „frei von einem Element“, falls der Atomprozentanteil des Elements geringer ist als 1,0 × 10^-6 Prozent (das heißt ein Atomanteil von weniger als 1,0 × 10^-8) oder unter der Nachweisgrenze analytischer Instrumente nach dem Stand der Technik zum Zweck des Ermittelns der Materialzusammensetzung innerhalb des physischen Volumens liegt. Die seitliche Dicke eines solchen sauerstofffreien Oberflächensegments kann in einem Bereich von 1 nm bis 4 nm liegen, obwohl auch geringere und stärkere Dicken verwendet werden können. Das Nichtvorhandensein oder die Reduktion von Sauerstoffatomen im Umfangsbereich (261P, 262P) erhöht die Haltbarkeit der Speicherzelle 20 und verringert den Zellenableitstrom aufgrund der Abwesenheit sauerstoffarmer Fäden darin.
Bezugnehmend auf 8 sind Beispiele von Röntgenphotoemissionsspektroskopiedaten (XPS-Daten) von einer unbehandelten Hafniumoxidfläche und einer Hafniumoxidfläche, die mit einem Fluorplasma behandelt worden ist, dargestellt. Eine erste Kurve 810 zeigt die XPS-Daten der unbehandelten Hafniumoxidfläche. Eine zweite Kurve 820 zeigt die XPS-Daten der Hafniumoxidfläche, die mit dem Fluorplasma behandelt worden ist. In dieser Ausführungsform kann die Intensität der normalisierten Metall-Fluor-Bindung (zum Beispiel Hf-F) in einem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 liegen. Die XPS-Daten zeigen, dass ein Umfangsbereich (261P, 262P) durch das Fluorplasma passiviert werden kann, um einen bedeutenden Anteil, und/oder einen überwiegenden Anteil, der Metall-Sauerstoff-Bindungen durch Metall-Fluor-Bindungen zu ersetzen. Obwohl die XPS-Daten die Ausführungsform der Fluorplasmabehandlung an einer Hafniumoxidfläche darstellen, geht man davon aus, dass dasselbe Phänomen mit Stickstoffplasma und/oder anderen sauerstoffarmen fadenbildenden dielektrischen Metalloxidmaterialien, die oben erörtert wurden, auftreten würde.
Bezugnehmend auf die 9A und 9B kann eine obere dielektrische Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 über der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 und den Hartmaskenkappen 30 gebildet sein. Die obere dielektrische Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 kann ein beliebiges dielektrisches Material enthalten, das für die untere dielektrische Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 645 verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann die obere dielektrische Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 ein planarisierbares dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, aufweisen, oder kann ein selbstplanarisierendes dielektrisches Material, wie zum Beispiel ein dielektrisches Aufschleudermaterial, aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die obere Fläche der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 als eine planare oder eine semiplanare Fläche ausgebildet sein. Die Dicke der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 kann derart gewählt sein, dass die obere Fläche der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 über der horizontalen Ebene, die die oberen Flächen der Hartmaskenkappen 30 aufweist, ausgebildet ist.
Durchkontaktierungshohlräume können oberhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 und über den Metall-Interconnect-Strukturen (wie zum Beispiel den dritten Metallleitungsstrukturen 638) im Umfangsbereich 200 ausgebildet sein. Obere Flächen der oberen metallischen Sperrplatten 29 (oder der oberen Elektroden 28) können am Boden der Durchkontaktierungshohlräume, die im Speicheranordnungsbereich 100 ausgebildet sind, physisch freigelegt sein, und obere Flächen darunterliegender Metall-Interconnect-Strukturen (wie zum Beispiel der dritten Metallleitungsstrukturen 638) können am Boden der Durchkontaktierungshohlräume, die im Umfangsbereich 200 ausgebildet sind, physisch freigelegt sein. Mindestens ein metallischer Werkstoff (wie zum Beispiel eine Kombination aus einer metallischen Sperrauskleidung und einem metallischen Füllmaterial) kann innerhalb jedes der Durchkontaktierungshohlräume aufgebracht werden, und überschüssige Abschnitte des mindestens einen metallischen Werkstoffs können durch einen Planarisierungsprozess von oberhalb der oberen Fläche der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 entfernt werden. Der Planarisierungsprozess kann einen chemisch-mechanischen Polierprozess (CMP-Prozess) oder einen Vertiefungsätzprozess umfassen. Jeder der verbleibenden Abschnitte des mindestens einen metallischen Werkstoffs, der einen Durchkontaktierungshohlraum ausfüllt, der über einer Speicherzelle 20 angeordnet ist, stellt eine obere Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 35 dar. Jeder der verbleibenden Abschnitte des mindestens einen metallischen Werkstoffs, der einen Durchkontaktierungshohlraum im Umfangsbereich 200 ausfüllt, stellt eine dritte Metalldurchkontaktierungsstruktur 642 dar. Jede obere Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 35 kontaktiert eine der oberen metallischen Sperrplatten 29 und/oder eine obere Elektrode 28.
Bezugnehmend auf die 10A und 10B kann eine dielektrische Leitungsebenenmaterialschicht 647 über der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenschicht 646 aufgebracht sein. Die Kombination aus der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 645, der dielektrischen Ätzstoppmaterialschicht 18, der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 und der dielektrischen Leitungsebenenmaterialschicht 647 stellt eine dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht, wie zum Beispiel eine vierte dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht 640, dar.
Leitungshohlräume können in der dielektrischen Leitungsebenenmaterialschicht 647 ausgebildet sein, und können mit mindestens einem metallischen Werkstoff (wie zum Beispiel einer Kombination aus einer metallischen Sperrauskleidung und einem metallischen Füllmaterial) gefüllt sein, um Metallleitungsstrukturen zu bilden, der hierin als vierte Metallleitungsstrukturen 648 bezeichnet werden. In einer Ausführungsform kann eine Untergruppe der vierten Metallleitungsstrukturen 648 Bit-Leitungen 648B aufweisen, die sich seitlich entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 erstrecken. Jede der Bit-Leitungen 648B kann eine betreffende Reihe oberer Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 35, die entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 angeordnet sind, kontaktieren. In einer Ausführungsform können die Bit-Leitungen 648B mit einer Periodizität des zweiten Abstandsmaßes p2 periodisch entlang der zweiten horizontalen Richtung hd2 angeordnet sein.
Die erste Beispielstruktur weist eine Halbleiterstruktur auf. Die Halbleiterstruktur weist eine zweidimensionale, über einem Substrat 8 angeordnete Anordnung von Speicherzellen 20 auf, die jeweils eine erste Elektrode 24, einen Speicherfilm 26 und eine zweite Elektrode 28 aufweisen. Jeder der Speicherfilme 26 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Stapeln weist jeweils einen mittleren Bereich (261C, 262C), in welchem ein erstes durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff geringer ist als 0,01 (und/oder geringer als 0,001 und/oder geringer als 0,0001 und/oder geringer als 1,0 × 10^-5 und/oder geringer als 1,0 × 10^-6 und/oder geringer als 1,0 × 10^-7), und einen entsprechenden Umfangsbereich (261P, 262P), in welchem ein zweites durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff größer ist als 0,05 (und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,5 und/oder größer als 1,0 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10), auf.
Die Halbleiterstruktur weist ferner eine zweidimensionale Anordnung von Zugriffstransistoren 70A, die auf dem Substrat 8 angeordnet sind, wobei jeder der Zugriffstransistoren 70A innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A jeweils mit einer Speicherzelle 20 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 elektrisch verbunden ist; und Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15), die innerhalb von dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zwischen der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A und der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 bereitstellen, auf.
In einer Ausführungsform weisen die Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15) eine zweidimensionale Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen (wie zum Beispiel untere Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15) auf; und die dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) weisen eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 auf, die obere Flächen der Durchkontaktierungsstrukturen 15 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen 15 kontaktiert und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte aufweist.
In einer Ausführungsform weist jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte jeweils eine Seitenwand auf, die mit einer Seitenwand einer entsprechenden der ersten Elektroden 24 vertikal koinzident ist und jeweils einen unteren Umfang P aufweist, der an einen entsprechenden Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt; die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 weist eine zweidimensionale Anordnung von durch sie hindurchführenden Öffnungen auf; und jede der Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 ist in einer Draufsicht zur Gänze innerhalb eines Bereichs einer entsprechenden der ersten Elektroden 24 angeordnet.
Bezugnehmend auf 11 kann eine alternative Ausgestaltung der ersten Beispielstruktur aus der ersten Beispielstruktur abgeleitet werden, indem bei den Verfahrensschritten von 4 eine einzige dielektrische Metalloxidschicht als eine Speichermaterialschicht 26L verwendet wird. In dieser Ausführungsform besteht jeder der Speicherfilme 26 aus einer einzigen dielektrischen Metalloxidschicht. Jeder der Speicherfilme 26 weist einen mittleren Bereich 260C und einen Umfangsbereich 260P auf. Der mittlere Bereich 260C und der Umfangsbereich 260P können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen ersten mittleren Bereichs 261C beziehungsweise eines ersten Umfangsbereichs 261P aufweisen, oder können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen zweiten mittleren Bereichs 262C beziehungsweise eines zweiten Umfangsbereichs 262P aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der mittlere Bereich jedes der Speicherfilme 26 entlang einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Grenzfläche mit der ersten Elektrode 24 und einer zweiten Grenzfläche mit der zweiten Elektrode 28 (das heißt entlang der vertikalen Richtung) eine selbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Bezugnehmend auf 12 kann eine zweite Beispielstruktur im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus der ersten Beispielstruktur von 3 abgeleitet werden, indem eine zweidimensionale Anordnung von Öffnungen durch die dielektrische Ätzstoppmaterialschicht 18 gebildet wird, indem die Photoresistschicht 19 entfernt wird, indem eine zweidimensionale Anordnung unterer metallischer Sperrplatten 22 gebildet wird, und indem ein Schichtstapel gebildet wird, der von unten nach oben eine erste Elektrodenschicht 24L, eine Speichermaterialschicht 26L, eine zweite Elektrodenschicht 28L, mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L und eine Hartmaskenschicht 30L aufweist.
In einer Ausführungsform kann die zweidimensionale Anordnung unterer metallischer Sperrplatten 22 gebildet werden, indem mindestens ein metallisches Sperrmaterial in den Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 aufgebracht wird, und indem Abschnitte des mindestens einen metallischen Sperrmaterials von oberhalb der horizontalen Ebene, die die obere Fläche der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 aufweist, durch einen Planarisierungsprozess, wie zum Beispiel einen chemisch-mechanischen Polierprozess, entfernt werden. Das mindestens eine metallische Sperrmaterial der unteren metallischen Sperrplatten 22 kann ein beliebiges der metallischen Sperrmaterialien aufweisen, die für eine beliebige aus der Gruppe der ersten unteren metallischen Sperrschicht 221L, der zweiten unteren metallischen Sperrschicht 222L und der dritten unteren metallischen Sperrschicht 223L gemäß ihrer Beschreibung in Bezug auf 5 verwendet werden können. Sowohl die erste Elektrodenschicht 24L, die Speichermaterialschicht 26L, die zweite Elektrodenschicht 28L, die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L als auch die Hartmaskenschicht 30L können dieselbe Materialzusammensetzung und denselben Dickenbereich aufweisen, die für die erste Beispielstruktur beschrieben worden sind.
Bezugnehmend auf 13 kann eine Photoresistschicht über der Hartmaskenschicht 30L aufgebracht werden und kann lithografisch strukturiert werden, um eine strukturierte Photoresistschicht 37 zu bilden. Die strukturierte Photoresistschicht 37 kann eine zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial aufweisen, die über einer entsprechenden der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15 angeordnet sind. Somit kann die zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial dieselbe zweidimensionale Periodizität aufweisen, wie die zweidimensionale Anordnung der unteren Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15. Jeder der diskreten Abschnitte aus Photoresistmaterial kann eine flächige Überlappung mit einer entsprechenden darunterliegenden Öffnung in der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 aufweisen. In einer Ausführungsform kann jeder der diskreten Abschnitte aus Photoresistmaterial einen Umfang aufweisen, der in einer Draufsicht (das heißt einer Ansicht von oben) in Bezug auf einen Umfang einer darunterliegenden Öffnung in der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 seitlich nach außen versetzt ist.
Bezugnehmend auf 14 kann die Struktur der zweidimensionalen Anordnung diskreter Abschnitte aus Photoresistmaterial der strukturierten Photoresistschicht 37 durch die Hartmaskenschicht 30L, die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L und die zweite Elektrodenschicht 28L übertragen werden, indem ein erster anisotroper Ätzprozess durchgeführt wird. Die Hartmaskenschicht 30L kann zu einer zweidimensionalen Anordnung von Hartmaskenkappen 30 strukturiert werden. Die mindestens eine optionale obere metallische Sperrschicht 29L (sofern verwendet) kann zu einer zweidimensionalen Anordnung oberer metallischer Sperrplatten 29 strukturiert werden. In einer Ausführungsform kann jede der oberen metallischen Sperrplatten 29 einen Stapel aus einer ersten oberen metallischen Sperrplatte 291 (welche ein strukturierter Abschnitt der ersten oberen metallischen Sperrschicht 291L ist) und einer zweiten oberen metallischen Sperrplatte 292 (welche ein strukturierter Abschnitt der zweiten oberen metallischen Sperrschicht 292L ist) aufweisen. Die zweite Elektrodenschicht 28L kann zu einer zweidimensionalen Anordnung zweiter Elektroden 28 strukturiert werden. Die Speichermaterialschicht 26L kann als eine Ätzstoppschicht für den ersten anisotropen Ätzprozess verwendet werden. In der Folge kann die strukturierte Photoresistschicht 37 zum Beispiel durch Veraschen entfernt werden.
Bezugnehmend auf 15 kann ein Isoliermaterial, wie zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumnitridkarbid oder Siliziumoxid, durch einen konformen Abscheidungsprozess (wie zum Beispiel einen chemischen Dampfabscheidungsprozess) konform über der zweidimensionalen Anordnung zweiter Elektroden 28 aufgebracht werden, um eine Isoliermaterialschicht zu bilden. Ein anisotroper Ätzprozess kann durchgeführt werden, um sich horizontal erstreckende Abschnitte der Isoliermaterialschicht zu entfernen. Jeder der verbleibenden zylindrischen Abschnitte der Isoliermaterialschicht, der einen jeweiligen Stapel aus einer zweiten Elektrode 28, einer oberen metallischen Sperrplatte 29 und einer Hartmaskenkappe 39 seitlich umgibt, stellt ein isolierendes Abstandselement 32 dar. Die seitliche Dicke jedes der isolierenden Abstandselemente 32, gemessen zwischen einer inneren Seitenwand und einer äußeren Seitenwand, kann in einem Bereich von 4 nm bis 80 nm, wie zum Beispiel von 8 nm bis 40 nm, liegen, obwohl geringere und größere seitliche Dicken ebenfalls verwendet werden können. Jedes der isolierenden Abstandselemente 32 umgibt eine betreffende zweite Elektrode 28 seitlich.
Bezugnehmend auf 16 kann ein zweiter anisotroper Ätzprozess durchgeführt werden, um die Struktur in der Kombination aus der zweidimensionalen Anordnung von Hartmaskenkappen 30 und der zweidimensionalen Anordnung der isolierenden Abstandselemente 32 durch die Speichermaterialschicht 26L und die erste Elektrodenschicht 24L zu übertragen. Jeder der strukturierten Abschnitte der Speichermaterialschicht 26L weist einen Speicherfilm 26 auf. Jeder der strukturierten Abschnitte der ersten Elektrodenschicht 24L weist eine erste Elektrode 24 auf.
Jeder der Speicherfilme 26 weist mindestens eine dielektrische Metalloxidschicht auf, die ein sauerstoffarmes fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial enthält. Zum Beispiel kann der Speicherfilm 26 einen Schichtstapel aufweisen, der eine erste dielektrische Metalloxidschicht 261 und eine zweite dielektrische Metalloxidschicht 262 aufweist.
In der Regel können Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht 28L, der Speichermaterialschicht 26L und der ersten Elektrodenschicht 24L, die nicht durch die zweidimensionale Anordnung zweiter Elektroden 28 und die zweidimensionale Anordnung von isolierender Abstandselemente 32 maskiert sind, während des zweiten anisotropen Ätzprozesses anisotrop geätzt werden. Verbleibende Abschnitte der Speichermaterialschicht 26L und der ersten Elektrodenschicht 24L weisen Speicherfilme 26 und erste Elektroden 24 auf.
Jeder zusammenhängende Satz aus einer unteren metallischen Sperrplatte 22, einer ersten Elektrode 24, einem Speicherfilm 26, einer oberen Elektrode 28 und einer oberen metallischen Sperrplatte 29 stellt eine Speicherzelle 20 dar. Eine zweidimensionale periodische Anordnung von Speicherzellen 20 kann gebildet werden. Die zweidimensionale periodische Anordnung von Speicherzellen 20 kann das erste Abstandsmaß p1 entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 und das zweite Abstandsmaß entlang der zweiten horizontalen Richtung hd1 aufweisen. In einer Ausführungsform kann jede der ersten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer ersten Elektrode 24 ein horizontales Segment aufweisen. Jede der zweiten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer zweiten Elektrode 28 kann ein horizontales Segment aufweisen.
In einer Ausführungsformen können eine Seitenwand oder Seitenwände einer ersten Elektrode 24, eine Seitenwand oder Seitenwände eines Speicherfilms 26 und eine äußere Seitenwand eines darüberliegenden isolierenden Abstandselements 32 vertikal koinzident miteinander sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform, in welcher eine Speicherzelle 20 eine horizontale Querschnittsform eines Kreises aufweist, kann die vertikale Ebene eine zylindrische vertikale Ebene sein.
In einer Ausführungsform kann der zweite anisotrope Ätzprozess eine Ätzchemikalie aufweisen, die für das Material der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 selektiv ist. Jedoch kann in einem Endabschnitt des zweiten anisotropen Ätzprozesses ein kollaterales Ätzen eines oberen Abschnitts der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 stattfinden. In einer Ausführungsform ist die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 unter jeder der ersten Elektroden 24 angeordnet und weist einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte auf. Jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte weist eine Seitenwand auf, die mit einer Seitenwand einer ersten Elektrode 24 vertikal koinzident ist, und weist einen unteren Umfang P auf, der an einen Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt. Innerhalb eines Bereichs jeder der ersten Elektroden 24 weist die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 in einer Draufsicht jeweils eine durch sie hindurchgehende Öffnung auf.
Wie oben erläutert, kann eine physisch freiliegende Oberfläche der Speicherfilme 26 strukturelle und/oder ihre Zusammensetzung betreffende Mängel aufweisen, die während des zweiten anisotropen Ätzprozesses eingebracht werden. Einige dieser Mängel stellen Bedingungen bereit, die zum Beispiel unter Einfluss eines elektrischen Feldes, das eine Stärke aufweist, die geringer ist als eine Grenzfeldstärke, eine vorzeitige Bildung sauerstoffarmer Fäden begünstigen und ungünstig für die Entfernung sauerstoffarmer Fäden sind (wodurch die sauerstoffarmen Fäden nicht vollständig entfernt werden, sogar wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, das ausreichen sollte, bei mängelfreien dielektrischen Metalloxiden sauerstoffarme Fäden zu löschen). Ferner wirken derartige Mängel bei normalen Betriebsbedingungen als Kriechstrecken für die Speicherzellen 20.
Ein Passivierungsplasmabehandlungsprozess kann durchgeführt werden, um die Oberflächenbereiche der Speicherfilme 26 zu passivieren. Mängel, die während des zweiten anisotropen Ätzprozesses eingebracht worden sind, werden durch den Austausch von Sauerstoffatomen durch Passivierungselemente, die während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses bereitgestellt werden, passiviert. Der Passivierungsplasmabehandlungsprozess verwendet ein Fluorgasplasma oder ein Stickstoffgasplasma. Die Prozessbedingungen für den Gasplasmabehandlungsprozess können dieselben sein, wie die Prozessbedingungen des Gasplasmabehandlungsprozesses, der unter Bezugnahme auf 7 beschrieben worden ist.
In der Regel können das Material der Speicherfilme 26 und die Art des Gases im Gasplasma derart gewählt werden, dass die Stärke der atomaren Bindung zwischen dem/den Metallelement(en) in den Speicherfilmen und Fluoratomen oder Sauerstoffatomen, die aus dem Gasplasma bereitgestellt werden, größer ist als die Stärke der atomaren Bindung zwischen den Metallelementen und Sauerstoffatomen. Somit werden beim Austausch der Sauerstoffatome durch Fluoratome oder Stickstoffatome in den Oberflächenabschnitten der Speicherfilme 26 während des Passivierungsplasmabehandlungsprozesses die Fluoratome oder die Stickstoffatome in den Oberflächenabschnitten der Speicherfilm 26 nicht durch Sauerstoffatome ersetzt, sogar wenn die Speicherfilme 26 nach dem Passivierungsplasmabehandlungsprozess der atmosphärischen Umgebung ausgesetzt werden, die Sauerstoff enthält.
Jeder der Speicherfilme 26 weist einen mittleren Bereich (261C, 262C) auf, in welchem die Materialzusammensetzung durch die Passivierungsplasmabehandlung im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, und einen Umfangsbereich (261P, 262P), in welchem der Passivierungsplasmabehandlungsprozess Sauerstoffatome in einem nennenswerten Ausmaß durch Fluoratome oder Stickstoffatome ersetzt. Das durchschnittliche Atomverhältnis eines Passivierungselements (welches Fluor oder Stickstoff sein kann) zu Sauerstoff im Umfangsbereich (261P, 262P) erhöht sich von einem ersten Wert, der kleiner ist als 0,01 (und/oder kleiner als 0,001 und/oder kleiner als 0,0001 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-5 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-6 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-7) auf einen zweiten Wert, der größer ist als 0,05 (und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,5 und/oder größer als 1,0 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10). In einer Ausführungsform kann das durchschnittliche Atomverhältnis des Passivierungselements (das heißt Fluoratome oder Stickstoffatome) zu Sauerstoff in jedem der Umfangsbereiche (261P, 262P) jedes der Speicherfilme 26 größer sein als 0,05 und/oder größer als 0,10 und/oder größer als 0,5 und/oder größer als 1,0 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10. In einer Ausführungsform kann der mittlere Bereich (261C, 262C) jedes der Speicherfilme 26 ein durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweisen, das kleiner ist als 0,01 (und/oder kleiner als 0,001 und/oder kleiner als 0,0001 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-5 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-6 und/oder kleiner als 1,0 × 10^-7). In einer Ausführungsform kann der mittlere Bereich (261C, 262C) eines Speicherfilms 26 jedes der Volumina des Speicherfilms 26 aufweisen, das ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das kleiner ist als 0,05, und der Umfangsbereich (261P, 262P) eines Speicherfilms 26 kann jedes der Volumina des Speicherfilms 26 aufweisen, das ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05 oder unendlich ist (das bedeutet, einen Zustand aufweist, in welchem keine Sauerstoffatome vorhanden sind).
In Ausführungsformen, in welchen der Speicherfilm 26 einen Stapel aus einer ersten dielektrischen Metalloxidschicht 261 und einer zweiten dielektrischen Metalloxidschicht 262 aufweist, kann die erste dielektrische Metalloxidschicht 261 einen ersten mittleren Bereich 261C, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das geringer ist als 0,05, und einen ersten Umfangsbereich 261P, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05, aufweisen; und die zweite dielektrische Metalloxidschicht 262 kann einen zweiten mittleren Bereich 262C, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das geringer ist als 0,05, und einen zweiten Umfangsbereich 262P, der ein Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05, aufweisen.
Die seitliche Dicke des Umfangsbereichs (261P, 262P) in jedem der Speicherfilme 26 kann in einem Bereich von 1 nm bis 5 nm, wie zum Beispiel von 2 nm bis 4 nm, liegen, obwohl auch geringere und größere seitliche Dicken verwendet werden können. In einer Ausführungsform kann jeder der Umfangsbereiche (261P, 262P) eines Speicherfilms 26 einen Passivierungselementkonzentrationsgradienten aufweisen, sodass eine Atomkonzentration des Passivierungselements (welches Fluoratome oder Stickstoffatome sein können) mit einem Abstand von einer Oberfläche (das heißt einer Seitenwand) des Speicherfilms 26 abnimmt.
Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung unterdrückt das Vorhandensein des Umfangsbereichs (261P, 262P), in welchem keine Sauerstoffatome vorhanden sind, oder diese teilweise durch Fluoratome oder Stickstoffatome ersetzt worden sind, die Bildung leitfähiger Fäden innerhalb des Umfangsbereichs (261P, 262P) in jeder der Speicherzellen 20. In einigen Ausführungsformen kann ein äußeres Segment jedes der Umfangsbereiche (261P, 262P) frei von Sauerstoffatomen sein. Die seitliche Dicke eines solchen sauerstofffreien Oberflächensegments kann in einem Bereich von 1 nm bis 4 nm liegen, obwohl auch geringere und stärkere Dicken verwendet werden können. Das Nichtvorhandensein oder die Reduktion von Sauerstoffatomen im Umfangsbereich (261P, 262P) erhöht die Haltbarkeit der Speicherzelle 20 und verringert den Zellenableitstrom aufgrund der Abwesenheit sauerstoffarmer Fäden darin.
Bezugnehmend auf die 17A und 17B können die Verfahrensschritte, die unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben worden sind, durchgeführt werden, um eine obere dielektrische Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646, eine obere Verbindungsdurchkontaktierungsstruktur 35 und eine dritte Metalldurchkontaktierungsstruktur 642 zu bilden. Jede der oberen Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 35 kontaktiert eine der oberen metallischen Sperrplatten 29 und/oder eine obere Elektrode 28.
Bezugnehmend auf die 18A und 18B können die Verfahrensschritte, die unter Bezugnahme auf die 10A und 10B beschrieben worden sind, durchgeführt werden, um eine dielektrische Leitungsebenenmaterialschicht 647 und eine vierte Metallleitungsstruktur 648 zu bilden. Die Kombination aus der unteren dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 645, der dielektrischen Ätzstoppmaterialschicht 18, der oberen dielektrischen Durchkontaktierungsebenenmaterialschicht 646 und der dielektrischen Leitungsebenenmaterialschicht 647 stellt eine dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht, wie zum Beispiel eine vierte dielektrische Interconnect-Ebenenmaterialschicht 640, dar. In einer Ausführungsform kann eine Untergruppe der vierten Metallleitungsstrukturen 648 Bit-Leitungen 648B aufweisen, die sich seitlich entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 erstrecken. Jede der Bit-Leitungen 648B kann eine betreffende Reihe oberer Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 35, die entlang der ersten horizontalen Richtung hd1 angeordnet sind, kontaktieren. In einer Ausführungsform können die Bit-Leitungen 648B mit einer Periodizität des zweiten Abstandsmaßes p2 periodisch entlang der zweiten horizontalen Richtung hd2 angeordnet sein.
Die zweite Beispielstruktur weist eine Halbleiterstruktur auf. Die Halbleiterstruktur weist eine zweidimensionale Anordnung von Speicherzellen 20 auf, die jeweils eine erste Elektrode 24, einen Speicherfilm 26 und eine zweite Elektrode 28, die über einem Substrat 8 angeordnet ist, aufweist. Jeder der Speicherfilme 26 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Stapeln weist einen entsprechenden mittleren Bereich (261C, 262C) auf, in welchem ein erstes durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff kleiner als 0,01 ist, und weist einen entsprechenden Umfangsbereich (261P, 262P) auf, in welchem ein zweites durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff größer als 0,05 ist.
Die Halbleiterstruktur weist ferner eine zweidimensionale Anordnung von Zugriffstransistoren 70A, die auf dem Substrat 8 angeordnet sind, wobei jeder der Zugriffstransistoren 70A innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A jeweils mit einer Speicherzelle 20 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 elektrisch verbunden ist; und Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15), die innerhalb von dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zwischen der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A und der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 bereitstellen, auf.
In einer Ausführungsform weisen die Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15) eine zweidimensionale Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen (wie zum Beispiel untere Verbindungsdurchkontaktierungsstrukturen 15) auf; und die dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) weisen eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 auf, die obere Flächen der Durchkontaktierungsstrukturen 15 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen 15 kontaktiert und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte aufweist.
In einer Ausführungsform weist jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte jeweils eine Seitenwand auf, die mit einer Seitenwand einer entsprechenden der ersten Elektroden 24 vertikal koinzident ist und jeweils einen unteren Umfang P aufweist, der an einen entsprechenden Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt; die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 weist eine zweidimensionale Anordnung von durch sie hindurchführenden Öffnungen auf; und jede der Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 ist in einer Draufsicht zur Gänze innerhalb eines Bereichs einer entsprechenden der ersten Elektroden 24 angeordnet.
Bezugnehmend auf 19 kann eine erste alternative Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur aus der zweiten Beispielstruktur abgeleitet werden, indem bei den Verfahrensschritten von 12 eine einzige dielektrische Metalloxidschicht als eine Speichermaterialschicht 26L verwendet wird. In dieser Ausführungsform besteht jeder der Speicherfilme 26 aus einer einzigen dielektrischen Metalloxidschicht. Jeder der Speicherfilme 26 weist einen mittleren Bereich 260C und einen Umfangsbereich 260P auf. Der mittlere Bereich 260C und der Umfangsbereich 260P können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen ersten mittleren Bereichs 261C beziehungsweise eines ersten Umfangsbereichs 261P aufweisen, oder können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen zweiten mittleren Bereichs 262C beziehungsweise eines zweiten Umfangsbereichs 262P aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der mittlere Bereich jedes der Speicherfilme 26 entlang einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Grenzfläche mit der ersten Elektrode 24 und einer zweiten Grenzfläche mit der zweiten Elektrode 28 (das heißt entlang der vertikalen Richtung) eine selbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Bezugnehmend auf 20 kann eine zweite alternative Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur von der ersten Beispielstruktur, die in 4 dargestellt ist, abgeleitet werden, indem die Verfahrensschritte durchgeführt werden, die unter Bezugnahme auf die 13, 14, 15, 16, 17A und 17B, sowie 18A und 18B, beschrieben worden sind. In der zweiten alternativen Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur kann die optionale untere metallische Sperrplatte 22 einen Stapel aus einer ersten unteren metallischen Sperrplatte 221 (welche ein strukturierter Abschnitt der ersten unteren metallischen Sperrschicht 221L ist), einer zweiten unteren metallischen Sperrplatte 222 (welche ein strukturierter Abschnitt der zweiten unteren metallischen Sperrschicht 222L ist) und einer dritten unteren metallischen Sperrplatte 223 (welche ein strukturierter Abschnitt der dritten unteren metallischen Sperrschicht 223L ist) aufweisen. In einer Ausführungsform kann jede der ersten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer ersten Elektrode 24 ein horizontales mittleres Segment, ein geschwungenes ringförmiges Segment, in welchem eine konvexe Oberfläche der ersten Elektrode 24 eine konkave Oberfläche des Speicherfilms 26 kontaktiert, und ein horizontales ringförmiges Segment, das an einen äußeren Umfang des geschwungenen ringförmigen Segments angrenzt, aufweisen. Jede der zweiten Grenzflächen zwischen einem Speicherfilm 26 und einer zweiten Elektrode 28 kann ein horizontales mittleres Segment, ein geschwungenes ringförmiges Segment, in welchem eine konkave Oberfläche der zweiten Elektrode 28 eine konvexe Oberfläche des Speicherfilms 26 kontaktiert, und ein horizontales ringförmiges Segment, das an einen äußeren Umfang des geschwungenen ringförmigen Segments angrenzt, aufweisen. In einer Ausführungsformen können eine Seitenwand oder Seitenwände einer ersten Elektrode 24, eine Seitenwand oder Seitenwände eines Speicherfilms 26 und eine äußere Seitenwand eines darüberliegenden isolierenden Abstandselements 32 vertikal koinzident miteinander sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform, in welcher eine Speicherzelle 20 eine horizontale Querschnittsform eines Kreises aufweist, kann die vertikale Ebene eine zylindrische vertikale Ebene sein.
Bezugnehmend auf 21 kann eine dritte alternative Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur aus der zweiten alternativen Ausgestaltung der zweiten Beispielstruktur abgeleitet werden, indem eine einzige dielektrische Metalloxidschicht als eine Speichermaterialschicht 26L verwendet wird. In dieser Ausführungsform besteht jeder der Speicherfilme 26 aus einer einzigen dielektrischen Metalloxidschicht. Jeder der Speicherfilme 26 weist einen mittleren Bereich 260C und einen Umfangsbereich 260P auf. Der mittlere Bereich 260C und der Umfangsbereich 260P können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen ersten mittleren Bereichs 261C beziehungsweise eines ersten Umfangsbereichs 261P aufweisen, oder können die Zusammensetzungen eines oben beschriebenen zweiten mittleren Bereichs 262C beziehungsweise eines zweiten Umfangsbereichs 262P aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der mittlere Bereich jedes der Speicherfilme 26 entlang einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Grenzfläche mit der ersten Elektrode 24 und einer zweiten Grenzfläche mit der zweiten Elektrode 28 (das heißt entlang der vertikalen Richtung) eine selbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Bezugnehmend auf 22 stellt ein Flussdiagramm die allgemeinen Bearbeitungsschritte für ein Verfahren zum Bilden der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung dar.
Bezugnehmend auf die 1 - 6B, 11, 12 - 16, 19, 20 und 21 kann ein Stapel, der eine erste Elektrode 24, einen Speicherfilm 26 und eine zweite Elektrode 28 aufweist, bei Schritt 2210 über einem Substrat 8 gebildet werden. In einer Ausführungsform weist der Speicherfilme 26 mindestens ein nicht-stöchiometrisches, sauerstoffarmes dielektrisches Metalloxidmaterial auf.
Bezugnehmend auf die 7 - 10B, 16 - 18B, 19, 20 und 21 kann bei Schritt 2220 eine Passivierungsplasmabehandlung an dem Stapel vorgenommen werden. Ein durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff in einem Umfangsbereich {(261P, 262P), 260P} des Speicherfilms 26 erhöht sich von einem ersten Wert von weniger als 0,01 auf einen zweiten Wert von mehr als 0,05.
Bezugnehmend auf sämtliche Zeichnungen und im Einklang mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleiterstruktur bereitgestellt, die aufweist: eine erste Elektrode 24, die einen ersten metallischen Werkstoff aufweist; einen Speicherfilm 26, der mindestens ein dielektrisches Metalloxidmaterial enthält und die erste Elektrode 24 kontaktiert, wobei der Speicherfilm 26 einen mittleren Bereich {(261C, 262C), 260C} aufweist, der ein erstes durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das kleiner ist als 0,01, und einen Umfangsbereich {(261P, 262P), 260P} aufweist, der ein zweites durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0.05; und eine zweite Elektrode 28, die einen zweiten metallischen Werkstoff aufweist und den Speicherfilm 26 kontaktiert.
In einer Ausführungsformen enthält das mindestens eine dielektrische Metalloxidmaterial mindestens ein fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial. In einer Ausführungsform ist jedes der mindestens einen fadenbildenden dielektrischen Metalloxidmaterialien ein nicht-stöchiometrisches sauerstoffarmes dielektrisches Metalloxidmaterial. In einer Ausführungsformen ist der mittlere Bereich {(261C, 262C), 260C} des Speicherfilms 26 frei vom Passivierungselement oder weist ein Verhältnis von Passivierungselement zu Sauerstoff auf, das kleiner ist als 0,01.
In einer Ausführungsform weist der mittlere Bereich {(261C, 262C), 260C} des Speicherfilms 26 entlang einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Grenzfläche mit der ersten Elektrode 24 und einer zweiten Grenzfläche mit der zweiten Elektrode 28 eine selbe Materialzusammensetzung auf.
In einer Ausführungsform weist der Speicherfilm 26 einen Schichtstapel auf, der ein erstes dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines ersten Metalls aufweist, und ein zweites dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines zweiten Metalls aufweist, aufweist; und das mindestens eine zweite Metall unterscheidet sich vom mindestens einen ersten Metall durch das Vorhandensein eines Metallelements, das in dem mindestens einen ersten Metall nicht vorhanden ist, oder durch das Nichtvorhandensein eines Metallelements, das in dem mindestens einen ersten Metall vorhanden ist.
In einer Ausführungsform weist eine erste Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode 24 und dem Speicherfilm 26 ein horizontales Segment auf; und eine Seitenwand des Speicherfilms 26 ist vertikal koinzident mit einer Seitenwand der ersten Elektrode 24. In einer Ausführungsform ist die Seitenwand des Speicherfilms 26 vertikal koinzident mit einer Seitenwand der zweiten Elektrode 28. In einer Ausführungsform weist die Halbleiterstruktur ein isolierendes Abstandselement 32 auf, das die zweite Elektrode 28 seitlich umgibt, wobei eine äußere Seitenwand des isolierenden Abstandselements 32 mit der Seitenwand des Speicherfilms 26 vertikal koinzident ist.
In einer Ausführungsform kann der Umfangsbereich {(261P, 262P), 260P} des Speicherfilms 26 einen Passivierungselementkonzentrationsgradienten aufweisen, sodass eine Atomkonzentration des Passivierungselements mit einem Abstand von einer Oberfläche des Speicherfilms 26 abnimmt.
In einer Ausführungsform weist die Halbleiterstruktur eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 auf, die unter der ersten Elektrode 24 angeordnet ist und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und einen vertikal vorstehenden Abschnitt aufweist, wobei der vertikal vorstehende Abschnitt eine Seitenwand aufweist, die mit einer Seitenwand der ersten Elektrode 24 vertikal koinzident ist und einen unteren Umfang aufweist, der an einen Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt, und wobei die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 in einer Draufsicht innerhalb eines Bereichs der ersten Elektrode 24 eine durch sie hindurchführende Öffnung aufweist.
Im Einklang mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleiterstruktur bereitgestellt, die eine zweidimensionale Anordnung von Speicherzellen 20 aufweist, die jeweils eine erste Elektrode 24, einen Speicherfilm 26 und einen zweite Elektrode 28, die über einem Substrat 8 angeordnet ist, aufweisen, wobei jeder der Speicherfilme 26 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Stapeln jeweils einen mittleren Bereich {(261C, 262C), 260C} aufweist, in welchem ein durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff kleiner als 0,01 ist, und jeweils einen Umfangsbereich {(261P, 262P), 260P} aufweist, in welchem das Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff größer als 0,05 ist.
In einer Ausführungsform weist die Halbleiterstruktur auf: eine zweidimensionale Anordnung von Zugriffstransistoren 70A, die auf dem Substrat 8 angeordnet sind, wobei jeder der Zugriffstransistoren 70A innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A jeweils mit einer Speicherzelle 20 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 elektrisch verbunden ist; und Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15), die innerhalb von dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zwischen der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren 70A und der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen 20 bereitstellen.
In einer Ausführungsform weisen die Metall-Interconnect-Strukturen (612, 618, 622, 628, 632, 638, 15) eine zweidimensionale Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen auf; und die dielektrischen Materialschichten (610, 610, 620, 630, 645, 18) weisen eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 auf, die obere Flächen der Durchkontaktierungsstrukturen 15 innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen 15 kontaktiert und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte aufweist.
In einer Ausführungsform weist jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte jeweils eine Seitenwand auf, die mit einer Seitenwand einer entsprechenden der ersten Elektroden 24 vertikal koinzident ist und jeweils einen unteren Umfang P aufweist, der an einen entsprechenden Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt; die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 weist eine zweidimensionale Anordnung von durch sie hindurchführenden Öffnungen auf; und jede der Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material 18 ist in einer Draufsicht zur Gänze innerhalb eines Bereichs jeweils einer der ersten Elektroden 24 angeordnet.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können dazu verwendet werden, die Haltbarkeit einer Speicherzelle 20, die ein sauerstoffarmes fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial enthält, auf über 100.000 Zyklen und/oder über 1.000.000 Zyklen und/oder über 10.000.000 Zyklen zu erhöhen. Ferner können die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dazu verwendet werden, den Ableitstrom durch die Speicherzelle 20 durch Entfernen von Sauerstoffleerstellen aus den Umfangsbereichen des Speicherfilm 26 zu verringern.
Das Vorstehende legt Merkmale/Elemente verschiedener Ausführungsformen derart dar, dass geschulte Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Geschulte Fachleute sollten erkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung problemlos als eine Grundlage zum Entwickeln oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Geschulte Fachleute sollten ferner erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie verschiedenste Änderungen, Ersetzungen und Neuerungen daran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63341535 [0001]

Claims

Halbleiterstruktur, aufweisend: eine erste Elektrode, die einen ersten metallischen Werkstoff aufweist; einen Speicherfilm, der mindestens ein dielektrisches Metalloxidmaterial enthält und die erste Elektrode kontaktiert, wobei der Speicherfilm einen mittleren Bereich, der ein erstes durchschnittliches Atomverhältnis eines Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das kleiner als 0,01 ist, aufweist, und einen Umfangsbereich, der ein zweites durchschnittliches Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff aufweist, das größer ist als 0,05, aufweist, wobei das Passivierungselement aus Fluor und Stickstoff ausgewählt ist; und eine zweite Elektrode, die einen zweiten metallischen Werkstoff aufweist und den Speicherfilm kontaktiert.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine dielektrische Metalloxidmaterial mindestens ein fadenbildendes dielektrisches Metalloxidmaterial enthält.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, wobei jedes der mindestens einen fadenbildenden dielektrischen Metalloxidmaterialien ein nicht-stöchiometrisches sauerstoffarmes dielektrisches Metalloxidmaterial ist.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mittlere Bereich des Speicherfilms frei vom Passivierungselements ist.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mittlere Bereich des Speicherfilms entlang einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Grenzfläche mit der ersten Elektrode und einer zweiten Grenzfläche mit der zweiten Elektrode eine selbe Materialzusammensetzung aufweist.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei: der Speicherfilm einen Schichtstapel aufweist, der ein erstes dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines ersten Metalls enthält, und ein zweites dielektrisches Metalloxidmaterial, das ein dielektrisches Metalloxid mindestens eines zweiten Metalls aufweist, aufweist; und sich das mindestens eine zweite Metall vom mindestens einen ersten Metall durch das Vorhandensein eines metallischen Elements, das in dem mindestens einen ersten Metall nicht vorhanden ist, oder durch das Nichtvorhandensein eines metallischen Elements, das in dem mindestens einen ersten Metall vorhanden ist, unterscheidet.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei: eine erste Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode und dem Speicherfilm ein horizontales Segment aufweist; und eine Seitenwand des Speicherfilms mit einer Seitenwand der ersten Elektrode vertikal koinzident ist.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 7, wobei die Seitenwand des Speicherfilms mit einer Seitenwand der zweiten Elektrode vertikal koinzident ist.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 7, ferner aufweisend ein isolierendes Abstandselement, das die zweite Elektrode seitlich umgibt, wobei eine äußere Seitenwand des isolierenden Abstandselements mit der Seitenwand des Speicherfilms vertikal koinzident ist.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Umfangsbereich des Speicherfilms einen derartigen Passivierungselementkonzentrationsgradienten aufweist, dass eine Atomkonzentration des Passivierungselements mit einem Abstand von einer Oberfläche des Speicherfilms abnimmt.
Halbleiterstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material, die unter der ersten Elektrode angeordnet ist und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und einen vertikal vorstehenden Abschnitt aufweist, wobei der vertikal vorstehende Abschnitt eine Seitenwand aufweist, die mit einer Seitenwand der ersten Elektrode vertikal koinzident ist, und einen unteren Umfang aufweist, der an einen Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt, und wobei die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material in einer Draufsicht innerhalb eines Bereichs der ersten Elektrode eine durch sie hindurchführende Öffnung aufweist.
Halbleiterstruktur, aufweisend: eine zweidimensionale Anordnung von Speicherzellen, aufweisend: jeweils eine erste Elektrode; jeweils einen Speicherfilm; und jeweils eine zweite Elektrode, die über einem Substrat angeordnet ist, wobei jeder der Speicherfilme innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen aufweist: einen entsprechenden mittleren Bereich, in welchem ein Atomverhältnis eines Passivierungselements zu Sauerstoff kleiner ist als 0,01; und einen entsprechenden Umfangsbereich, in welchem das Atomverhältnis des Passivierungselements zu Sauerstoff größer ist als 0,05, wobei das Passivierungselement ausgewählt ist aus Fluor und Stickstoff.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 12, ferner aufweisend: eine zweidimensionale Anordnung von Zugriffstransistoren, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei jeder der Zugriffstransistoren innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren jeweils mit einer entsprechenden Speicherzelle innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen elektrisch verbunden ist; und Metall-Interconnect-Strukturen, die innerhalb dielektrischer Materialschichten angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zwischen der zweidimensionalen Anordnung von Zugriffstransistoren und der zweidimensionalen Anordnung von Speicherzellen bereitstellen.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 13, wobei: die Metall-Interconnect-Strukturen eine zweidimensionale Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen aufweisen; und die dielektrischen Materialschichten eine Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material aufweisen, die obere Flächen der Durchkontaktierungsstrukturen innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Durchkontaktierungsstrukturen kontaktiert und einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt und eine zweidimensionale Anordnung vertikal vorstehender Abschnitte aufweist.
Halbleiterstruktur nach Anspruch 14, wobei: jeder der vertikal vorstehenden Abschnitte jeweils eine Seitenwand aufweist, die mit einer Seitenwand jeweils einer der ersten Elektroden vertikal koinzident ist und jeweils einen unteren Umfang aufweist, der jeweils an einen Umfang des sich horizontal erstreckenden Abschnitts angrenzt; die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material eine zweidimensionale Anordnung von durch sie hindurchführenden Öffnungen aufweist; und jede der Öffnungen durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material in einer Draufsicht zur Gänze innerhalb eines Bereichs jeweils einer der ersten Elektroden angeordnet ist.
Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur, umfassend: Bilden eines Stapels, der eine erste Elektrode, einen Speicherfilm und eine zweite Elektrode über einem Substrat aufweist, wobei der Speicherfilm mindestens ein nicht-stöchiometrisches sauerstoffarmes dielektrisches Metalloxidmaterial aufweist; und Durchführen einer Passivierungsplasmabehandlung an dem Stapel, wobei sich ein durchschnittliches Atomverhältnis eines Passivierungselements zu Sauerstoff in einem Umfangsbereich des Speicherfilms von einem ersten Wert von weniger als 0,01 auf einen zweiten Wert von mehr als 0,05 erhöht, wobei das Passivierungselement ausgewählt ist aus Fluor und Stickstoff.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Bilden einer ersten Elektrodenschicht, einer Speichermaterialschicht und einer zweiten Elektrodenschicht über dem Substrat; und Strukturieren der zweiten Elektrodenschicht, der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht, wobei: die erste Elektrode einen strukturierten Abschnitt der ersten Elektrodenschicht aufweist; der Speicherfilm einen strukturierten Abschnitt der Speichermaterialschicht aufweist; und die zweite Elektrode einen strukturierten Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Bilden einer strukturierten Photoresistschicht über der zweiten Elektrodenschicht; und anisotropes Ätzen von Abschnitten der zweiten Elektrodenschicht, der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht, die außerhalb von Bereichen der strukturierten Photoresistschicht angeordnet sind, wobei verbleibende Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht, der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht die zweite Elektrode, den Speicherfilm und die erste Elektrode aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Bilden einer strukturierten Photoresistschicht über der zweiten Elektrodenschicht; anisotropes Ätzen der zweiten Elektrodenschicht unter Verwendung der strukturierten Photoresistschicht als eine Ätzmaske, wobei ein strukturierter Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht die zweite Elektrode aufweist; Entfernen der strukturierten Photoresistschicht; Bilden eines dielektrischen Abstandselements rund um die zweite Elektrode; und anisotropes Ätzen von Abschnitten der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht, die nicht durch das dielektrische Abstandselement oder die zweite Elektrode bedeckt sind, wobei strukturierte Abschnitte der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht den Speicherfilm und die erste Elektrode aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner umfassend: Bilden eines Zugriffstransistors und von Metall-Interconnect-Strukturen, die mit dem Zugriffstransistor über dem Substrat elektrisch verbunden sind; Bilden einer Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material über den Metall-Interconnect-Strukturen; Bilden einer Öffnung durch die Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material, wobei: eine obere Fläche einer der Metall-Interconnect-Strukturen unterhalb der Öffnung freigelegt ist; die erste Elektrodenschicht, die Speichermaterialschicht und die zweite Elektrodenschicht über der Öffnung gebildet werden; und das Strukturieren der zweiten Elektrodenschicht, der Speichermaterialschicht und der ersten Elektrodenschicht das Durchführen eines anisotropen Ätzprozesses umfasst, der eine Ätzchemikalie aufweist, die für ein Material der Ätzstoppschicht aus dielektrischem Material selektiv ist.