本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路工業(yè)在過去的幾十年里已經(jīng)歷了快速發(fā)展。半導(dǎo)體材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了更小且更復(fù)雜的電路。隨著關(guān)于處理和制造的技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)的進(jìn)步，這些材料和設(shè)計(jì)的進(jìn)展已成為可能。在半導(dǎo)體演化過程中，隨著可以可靠地創(chuàng)建的最小的部件的尺寸減小，每單位面積的互連器件的數(shù)量增加。

在半導(dǎo)體中的很多技術(shù)進(jìn)步發(fā)生在存儲(chǔ)器件的領(lǐng)域中，并且這些的一些涉及電容結(jié)構(gòu)。例如，這樣的電容結(jié)構(gòu)包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。特別地，電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)是用于在MIM電容器結(jié)構(gòu)上建立的非易失性存儲(chǔ)器件的一種技術(shù)。在RRAM器件中，每個(gè)RRAM單元(MIM電容器(MIM cap))都包括電阻材料層，能夠通過在低電阻和高電阻狀態(tài)之間切換器件來調(diào)整其電阻以表示邏輯值。

RRAM單元的一個(gè)典型的操作涉及通過施加足夠高的電場(chǎng)以通過形成導(dǎo)電絲線(filament)(導(dǎo)電路徑)從而使電阻材料層成為導(dǎo)體。一旦形成絲線，其可以被復(fù)位(斷開，從而導(dǎo)致高電阻)或置位(重新形成，從而導(dǎo)致低電阻)。在一個(gè)實(shí)例中，由于導(dǎo)電材料層中的被稱為氧空位(已去除氧的氧鍵合位置(oxide bond location))的缺陷導(dǎo)致穿過MIM堆疊件和導(dǎo)電絲線的導(dǎo)電，這隨后在電場(chǎng)下充電和漂移。換句話說，導(dǎo)線絲線形成穿過MIM電容器堆疊件的氧空位橋接(oxygen vacancy bridge)。將RRAM復(fù)位至高電阻狀態(tài)提供氧空位與氧離子的重組，從而打斷橋接。

這些和其他的MIM電容器的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它們與CMOS制造工藝的兼容性。目前用于使用MIM電容器作為RRAM器件的制造方法和結(jié)構(gòu)包括涉及絲線的形成和保存的那些，雖然在很多方面適用，但仍盡力滿足期望的性能和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)，包括：第一電極和第二電極；絕緣層，置于所述第一電極和所述第二電極之間；以及富含氮的金屬層，置于所述第二電極和所述絕緣層之間。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的金屬-絕緣體-金屬電容器，包括：頂部電極，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方；底部電極，設(shè)置在所述頂部電極和所述半導(dǎo)體襯底之間，其中，所述底部電極包括第一金屬的氮化物；介電層，置于所述頂部電極和所述底部電極之間，其中，所述介電層可操作以在所述電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的操作期間形成導(dǎo)電絲線；以及金屬氮化物層，形成在所述底部電極和所述介電層之間，其中，所述金屬氮化物層包括所述第一金屬的氮化物并且具有比所述底部電極更大的氮的原子百分比。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種制造金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)的方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；以及在所述半導(dǎo)體襯底上方形成金屬-絕緣體-金屬電容器，其中，所述形成所述金屬-絕緣體-金屬電容器包括：在半導(dǎo)體襯底上方沉積具有第一氮濃度的底部電極；在沉積所述頂部電極之后或同時(shí)，在所述底部電極上形成具有比所述第一氮濃度大的第二氮濃度的區(qū)域；在所述區(qū)域上沉積介電層；和在所述介電層上方形成頂部電極層。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳地理解本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。事實(shí)上，為了清楚討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意增大或減小。

圖1示出了用于RRAM元件的金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于RRAM元件的金屬-絕緣體-金屬(MIM)的功能元件的示意圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的MIM電容器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的截面圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有形成為MIM電容器結(jié)構(gòu)和FET的RRAM器件的存儲(chǔ)單元的實(shí)施例的截面圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的制造MIM電容器結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例的流程圖。

圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15描繪了根據(jù)圖5的方法的步驟制造的MIM電容器的截面圖。

圖16A、圖16B、圖17、圖18A和圖18B示出了在不同地組成的RRAM器件之間的性能的比較的示圖。

在閱讀下面詳細(xì)的說明時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更容易理解上面簡(jiǎn)單描述的圖中公開的各個(gè)部件。當(dāng)在各個(gè)圖中描繪的部件在兩個(gè)或多個(gè)圖之間共用時(shí)，為描述的簡(jiǎn)潔，使用相同的識(shí)別標(biāo)號(hào)。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該理解，以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不旨在限制。此外，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成附加的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，可以以不同比例任意繪制各個(gè)圖。此外，頂部/底部、上面/下面等的描述是為了參考和部件的相對(duì)位置的描述的簡(jiǎn)便并且不旨在限制具體方向。

圖1示出了MIM電容器100的示意圖。MIM電容器100可以是非易失性存儲(chǔ)器(NVM)單元的部分。MIM電容器100可以是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)元件。諸如MIM電容器100的RRAM器件可以用于通過改變存儲(chǔ)元件中的中間介電層的性質(zhì)來以這樣的方式改變層的電阻，從而保持二進(jìn)制數(shù)據(jù)(a binary piece of data)或比特位?？梢酝ㄟ^將介電層的電阻設(shè)置至相對(duì)較高的電阻狀態(tài)或相對(duì)較低的電阻狀態(tài)，以利用分配至一種狀態(tài)的為一的值和分配至另一種狀態(tài)的為零的值來對(duì)比特位進(jìn)行編碼。

在該實(shí)例下，MIM電容器100包括頂部電極102和底部電極104。切換元件106(介電層)設(shè)置在頂部電極102和底部電極104之間。在切換元件106的介電層的軟介電擊穿(soft dielectric breakdown)發(fā)生之后描述MIM電容器100，從而在置于電極之間的介電層中形成導(dǎo)電絲線108。頂部電極102耦合至電壓源V，底部電極104耦合至地(例如，V＝0)。通過將V_forming設(shè)置為V來形成導(dǎo)電絲線108。

在實(shí)施例中，在形成工藝期間，切換元件106的介電層的軟介電擊穿發(fā)生并且氧離子驅(qū)向(drive toward)頂部電極102(也稱作陽極)。這提供頂部電極102處的在作為“氧儲(chǔ)存器”100的界面。氧儲(chǔ)存器110可以是界面氧化物層(例如，與電極或其他插入層的金屬反應(yīng))或作為中性非晶格氧而保持的氧。當(dāng)MIM電容器100處于低電阻狀態(tài)時(shí)，電流流經(jīng)介電材料的導(dǎo)電絲線108。在復(fù)位工藝期間，氧離子從儲(chǔ)存器110移回導(dǎo)電絲線108，并且與氧空位重組從而提供MIM電容器100的高電阻狀態(tài)。

如圖1中示出的，在MIM電容器100的操作期間，發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到切換元件106中和導(dǎo)電絲線108中可以發(fā)生氧原子的積聚(build-up)，示出為氧捕獲區(qū)域112。假設(shè)下部電極104用于吸引氧以創(chuàng)建氧捕獲區(qū)域112；然而，本發(fā)明不限于該理論。氧捕獲區(qū)域112有效地改變導(dǎo)電絲線108的形狀，特別地，在一些實(shí)施例中，破壞期望的“V形”絲線。氧捕獲區(qū)域112可以涉及MIM電容器100的性能，例如，包括延伸導(dǎo)電絲線108的下部使得氧離子難以在復(fù)位工藝中重組，從而難以重獲MIM電容器100的高電阻狀態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致復(fù)位失敗，這反過來導(dǎo)致需要補(bǔ)償將要設(shè)置在SOC上的額外的比特位。氧捕獲區(qū)域112也可以通過在MIM電容器100的操作和測(cè)試(如，周期和烘焙)期間導(dǎo)致導(dǎo)電絲線108失敗的更高的可能性而涉及MIM電容器100的性能和可靠性。這樣的導(dǎo)電絲線108失敗能夠?qū)е耂OC的較高的比特位錯(cuò)誤率和復(fù)位/置位電流偏移(shift)。例如，在循環(huán)和烘焙(如，用于可靠性測(cè)試的在250℃下烘焙的100個(gè)周期、100K個(gè)周期)之后，置位/復(fù)位電流會(huì)偏移；這種偏移能夠使切換窗口(如，置位電流和復(fù)位電流之間的差值或“0”和“1”)變窄。

為了解決在諸如MIM電容器100的MIM電容器的制造和操作中的這種氧捕獲區(qū)域和/或其他的問題，在此提供的器件和方法的一些實(shí)施例提供影響氧遷移的MIM電容器的氮成分概況。

參考圖2的實(shí)例，示出的是MIM電容器200的示意圖。MIM電容器200可以是非易失性存儲(chǔ)器(NVM)單元的部分。例如，MIM電容器200可以是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)元件。在一些實(shí)施例中，MIM電容器200設(shè)置在具有包括多個(gè)功能器件的襯底上，例如，該多個(gè)功能器件包括控制包括MIM電容器200的存儲(chǔ)單元的讀和/或?qū)懝δ艿倪壿嬰娐贰?/p>

諸如MIM電容器200的RRAM單元可以用于通過改變存儲(chǔ)元件中的中間介電層的性質(zhì)來以這樣的方式改變層的電阻，從而保持二進(jìn)制數(shù)據(jù)或比特位?？梢酝ㄟ^將介電層的電阻設(shè)置至相對(duì)較高的電阻狀態(tài)或相對(duì)較低的電阻狀態(tài)，以利用分配至一種狀態(tài)的為一的值和分配至另一種狀態(tài)的為零的值來對(duì)比特位進(jìn)行編碼。

MIM電容器200包括頂部電極202和底部電極204。頂部電極202和底部電極204的每個(gè)都連接至附加的導(dǎo)電層(如，互連線和/或通孔)。在一些實(shí)例中，MIM電容器200形成在半導(dǎo)體器件的后段制程(BEOL)工藝中，例如形成在器件的上部金屬化層(如，金屬4(M4)、金屬5(M5)等)內(nèi)。這將在下文進(jìn)行更詳細(xì)地討論。通過金屬化，頂部電極202耦合至電壓源V，底部電極204可以耦合至地(如，V＝0)?？梢韵挛闹袇⒖紙D3示出和描述組成用于圖2的示意圖提供的MIM電容器200的堆疊件的附加的層。

絕緣層(也稱作介電層或電阻層)置于頂部電極202和底部電極204之間。介電層用作切換元件206，這提供MIM電容器200的電阻狀態(tài)之間的“切換”。在切換元件206的介電層的軟介電擊穿發(fā)生之后示出MIM電容器200的示意圖，從而在置于電極之間的電阻層內(nèi)形成導(dǎo)電絲線208。通過將電壓V_forming設(shè)置為V來形成導(dǎo)電絲線208。在實(shí)施例中，導(dǎo)電絲線提供從頂部電極202至底部電極204的氧空位的導(dǎo)電路徑。

在實(shí)施例中，在絲線的形成工藝期間，切換元件的氧離子驅(qū)向頂部電極202(也稱作陽極)。這提供在頂部電極202處的用作氧儲(chǔ)存器210的界面。氧儲(chǔ)存器210可以包括界面氧化物層中的氧(如，與電極、覆蓋層或其他插入層的金屬反應(yīng))或作為中性非晶格氧而保持的氧。當(dāng)MIM電容器200處于低電阻狀態(tài)時(shí)，電流流經(jīng)介電材料的導(dǎo)電絲線208。在復(fù)位工藝期間，氧離子從儲(chǔ)存器210移回導(dǎo)電絲線208，并且與氧空位重組，從而提供MIM電容器200的高電阻狀態(tài)。只作為實(shí)例提供這種操作并且用于MIM電容器200的其他操作機(jī)制是可能的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，用于RRAM器件的電阻切換元件的這種或其他機(jī)制在H.S.Philip Wong等的“Metal-Oxide RRAM”中討論，IEEE的論文集，第100章，第6卷，2012年六月，其通過引用全部結(jié)合于此。

如圖2中示出的，在導(dǎo)電絲線的下部處的氮概況(profile)(MIM電容器200中的堆疊件的給定部分中的氮的原子百分比)增加(通過延伸至圖2的右方的輪廓示出)。特別地，氮概況變化使得富含氮的區(qū)域214設(shè)置在導(dǎo)電絲線208的與氧儲(chǔ)存器210相對(duì)的端部上。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214可以用于抑制電極204對(duì)氧的吸引。如圖2中的虛線的輪廓示出，在實(shí)施例中，氮濃度在切換元件(如，介電層)中基本恒定在第一水平處，在富含氮的區(qū)域214中增加至第二水平，并且在電極204中從第二水平減小至第三水平(和/或上面描述的第三水平可以基本恒定)。在實(shí)施例中，第三水平大于第一水平。

“富含氮的區(qū)域”是一個(gè)氮的原子百分比大于化學(xué)計(jì)量原子百分比的區(qū)域。例如，在TiN層中，N與Ti的化學(xué)計(jì)量比是[1]:[1]。富含氮的TiN區(qū)域是N與Ti的比大于[1]:[1]的區(qū)域?！案缓饘佟苯M成是具有金屬的原子百分比大于化學(xué)計(jì)量原子百分比的組成。

在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214是富含氮的金屬氮化物(富含N的XN，其中X是金屬原子)層并且電極204是金屬氮化物(XN)或富含金屬的金屬氮化物(富含X的XN)。例如，在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域包括富含氮的TiN并且相鄰的電極204包括富含鈦的TiN。

在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214具有比電極204的組成大至少5％的氮的原子百分比。在實(shí)施例中，在富含氮的區(qū)域214中的原子關(guān)系N/X在1至約1.2的范圍內(nèi)。在又一實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214的N/X大于1，例如，化學(xué)計(jì)量值。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310包括具有在化學(xué)計(jì)量TiN、或TiNx上的過量的N的TiN，例如，其中x約為1.2。在實(shí)施例中，在電極204中的原子關(guān)系N/X在約0.90至約0.98的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214具有大于0至約10％的過量的氮(N的原子百分比大于用于給定的金屬氮化物的N的化學(xué)計(jì)量比)。氮和金屬的原子比可以由諸如X射線光電子能譜(XPS)的合適的測(cè)量技術(shù)確定。

在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域214和/或電極204的金屬X是Ti。用于金屬X的其他的示例性金屬包括Ta、Hf、Xr、W、Nb、Mo和/或其他的合適的組成。在一些實(shí)施例中，電極204具有與富含氮的區(qū)域214相同的金屬。在其他的實(shí)施例中，電極204具有與富含氮的區(qū)域214不同的金屬。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域包括TaN、TiN、HfN、Zr、N、WN、NbN、MoN和/或其他合適的金屬氮化物的富含氮的組成。在實(shí)施例中，下面的電極204包括具有減小的氮濃度的TaN、TiN、HfN、Zr、N、WN、NbN、MoN和/或其他合適的金屬氮化物的組成(如，富含金屬或化學(xué)計(jì)量組成)。

可以在摻雜量和/或厚度上調(diào)整富含氮的區(qū)域214和/或電極20以完成用于MIM電容器200的期望的功能。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域在約10至約20埃的厚度之間。在實(shí)施例中，電極204(如，富含金屬的金屬氮化物)在約50至約150埃之間。可以提供厚度以允許合適的防止導(dǎo)電絲線208的退化(如，防止氧捕獲)和/或用于電極204的合適的接觸電阻。富含氮的區(qū)域214可以合適地?fù)诫s以通過避免諸如參考圖1示出的氧捕獲區(qū)域的形成來保持V形導(dǎo)電絲線208。在實(shí)施例中，隨著富含氮的區(qū)域214將展示更高的接觸電阻，電極204中的氮濃度的減小(與富含氮的區(qū)域214相比)提供合適的接觸電阻。

可以通過實(shí)施將氮引入電極204的表面區(qū)域的方法，例如，等離子體處理，形成富含氮的區(qū)域214。在實(shí)施例中，在電極204的形成期間，控制沉積使得氮百分比變化并且富含氮的區(qū)域214因此與電極204原位形成。下面參考圖5的方法更詳細(xì)地討論這些和其他制造方法。

現(xiàn)在參考圖3，示出的是制造的MIM電容器堆疊件300的層的截面圖。MIM電容器堆疊件300可以基本上類似于上面參考圖2描述的MIM電容器200。MIM電容器堆疊件300包括頂部和底部插頭302、頂部電極304、覆蓋層306、介電層308、富含氮的區(qū)域310、底部電極312和阻擋層314。在其他實(shí)施例中，可以增加附加的層和/或省略額外的層。

頂部和底部插頭302可以是包括設(shè)置在包括MIM電容器堆疊件300的襯底上的金屬化層、通孔或互連部件(如，后段制程(BEOL)部件)的接觸件的多層互連件(MLI)的部分。在實(shí)施例中，底部插頭302是金屬化層Mn的部分和/或連接至金屬化層Mn并且頂部插頭302是金屬化層Mn+1的部分和/或連接至金屬化層Mn+1(如，金屬4和金屬5)。例如，在實(shí)施例中，頂部插頭302是提供至給定的金屬化層(如，M5)的通孔，并且底部插頭302是水平下層(如，M4)的金屬化線的部分。然而，取決于MIM電容器堆疊件300的期望的位置，其他金屬層和相關(guān)的通孔也可以用于提供頂部和/或底部插頭302。在實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)插頭302是銅。其他示例性的組成包括W、Al和/或其他合適的導(dǎo)電層。插頭302可以是多層部件，例如，包括襯墊、阻擋件、粘合劑和/或其他合適的層。

頂部電極304可以包括TiN、Pt、TaN、Ir、W、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。頂部電極304可以基本上類似于MIM電容器200的頂部電極202。覆蓋層306的示例性的組成包括Ti、Hf、Al、Ta、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電組成。覆蓋層306和/或頂部電極304在作為RRAM器件的MIM電容器300的操作期間可以提供用于上面結(jié)合圖2描述的氧儲(chǔ)存器的位置。

介電層308可以是絕緣層，也稱為作為RRAM器件的MIM電容器300的電阻層。在實(shí)施例中，介電層是高k介電層。合適的組成包括，但不限制于，HfO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、V₂O₅、AlO、TiO、TaTiO、HfAlO、HfTaO、TaAlO、NbO/HfO、VO/HfO、TaO/HfO、AlO/HfO、TaO/AlO、它們的組合和/或其他合適的電介質(zhì)。介電層308可以用作MIM電容器300的切換元件。在實(shí)施例中，介電層308可以基本上類似上面參考圖2描述的MIM電容器200的切換元件208。例如，導(dǎo)電絲線可以形成在介電層308中。

富含氮的區(qū)域310可以基本上類似于上面結(jié)合圖2描述的MIM電容器200的富含氮的區(qū)域214。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310具有比下面討論的底部電極312大至少5％的氮的原子百分比。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域是富含氮的金屬氮化物(富含N的XN)層，并且電極312是金屬氮化物(XN)或富含金屬的金屬氮化物(富含X的XN)。在實(shí)施例中，在富含氮的區(qū)域214中，N/X比在1.0至1.2的范圍內(nèi)。在又一實(shí)施例中，在富含氮的區(qū)域214中，N/X比大于1.0。在實(shí)施例中，在電極204中，N/X比在0.90至0.98的范圍內(nèi)。原子比可以由諸如X射線光電子能譜(XPS)的合適的測(cè)量技術(shù)確定。在實(shí)施例中，金屬X是Ti。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310是具有約1.0至1.2的原子N與Ti的比的富含氮的TiN。在又一實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310具有大于1.0或大于化學(xué)計(jì)量值的原子N與Ti的比。在又一實(shí)施例中，底部電極是具有小于富含氮的區(qū)域310的原子N與Ti的比的富含Ti的TiN，諸如在約0.90至約0.98之間。對(duì)于富含氮的區(qū)域310和/或底部電極312的其他示例性的金屬包括Ta、Hf、Xr、W、Nb、Mo和/或其他合適的組成。在一些實(shí)施例中，電極312具有與富含氮的區(qū)域310相同的金屬。在其他的實(shí)施例中，電極312具有與富含氮的區(qū)域310不同的金屬。

在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310在約10埃至約20埃的厚度之間。在實(shí)施例中，電極312(如，富含金屬的金屬氮化物)在約50埃至約150埃之間?？梢蕴峁┖穸纫栽试S合適的防止形成在介電層308中的導(dǎo)電絲線的退化和/或用于電極312的合適的接觸電阻。

如上面討論的，底部電極312可以包括TaN、TiN、HfN、ZrN、WN、NbN、MoN、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。阻擋層314可以包括TaN、TiN、HfN、ZrN、WN、NbN、MoN、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，阻擋層314是與底部電極312相同的組成。在實(shí)施例中，阻擋層314是與底部電極312不同的組成。底部電極312(或底部電極312和阻擋層314)可以基本上類似于上面參考圖2描述的底部電極204。

MIM電容器堆疊件300示出為垂直地形成的堆疊件；然而，包括提供至水平共面的上和下插頭302的MIM電容器方向的其他配置是可能的。此外，在一些實(shí)施例中，取決于MIM電容器300的期望的配置，可以添加和/或省略某些層。

圖4示出了包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)402和MIM電容器404的形成RRAM器件的存儲(chǔ)單元400的截面示意圖。FET 402和MIM電容器404形成在襯底406上并且耦合在一起。在一個(gè)實(shí)例中，襯底406是半導(dǎo)體襯底，諸如硅襯底或可選的其他合適的半導(dǎo)體襯底。諸如淺溝槽隔離(STI)部件的各個(gè)隔離部件408形成在襯底406上并且限定各個(gè)有源區(qū)域。FET 402包括設(shè)置在襯底406上的柵極410。柵極410包括柵極介電層和設(shè)置在柵極介電層上的柵電極。在各個(gè)實(shí)例中，柵極介電層包括高k介電材料并且柵電極包括金屬。FET 402還包括形成在襯底406中的源極和漏極412。源極和漏極412可以是襯底406的摻雜的區(qū)域、形成在襯底406上的外延區(qū)域和/或提供合適的導(dǎo)電的其他合適的區(qū)域。

MIM電容器404可以基本上類似于上面參考圖3描述的MIM電容器堆疊件300。MIM電容器404可以如上面參考圖2的MIM電容器200描述工作。MIM電容器404包括置于在頂部電極304和底部電極312之間的電阻材料層308。富含氮的層310置于底部電極312和電阻材料層308之間。電阻材料層308(介電層)、富含氮的層320和電極304、312可以基本上類似于上面參考圖3描述的。此外，包括如上面參考圖3的MIM電容器對(duì)疊加300描述，例如，諸如覆蓋層、阻擋層、插頭層的附加的層可以包括在堆疊件中。此外，MIM電容器堆疊件404的電阻材料層308可以配置為在包括上面討論的RRAM器件的操作期間提供絲線。在實(shí)施例中，提供電壓至頂部電極304(如，經(jīng)由導(dǎo)電部件414)以使用MIM電容器404形成用于RRAM器件的絲線。

存儲(chǔ)單元400還包括各個(gè)導(dǎo)電部件414以提供電布線和連接。導(dǎo)電部件414包括具有在BEOL CMOS工藝中形成的那些的金屬化線、接觸件和/或通孔。導(dǎo)電部件414可以稱為包括金屬化線、接觸件和連接金屬化線的通孔的多層互連件(MLI)。MIM電容器堆疊件404和FET 402通過一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部件414耦合在一起。MIM電容器堆疊件404可以設(shè)置為與FET 402相比更遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底表面(如，在上面的金屬化層內(nèi))。導(dǎo)電部件414還提供至包括柵極410和源極/漏極區(qū)域412的FET 402的連接。導(dǎo)電部件414可以包括位線和/或提供用于存儲(chǔ)器件的典型的互連線的其他功能。

存儲(chǔ)單元400只是示例性的并且不旨在限定為包括在存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)單元連接的芯片上系統(tǒng)(SOC)中的器件。換句話說，雖然示出了單個(gè)的MIM電容器和晶體管，但是其他配置是可能的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖5，示出的是用于制造MIM電容器的方法500。在一些實(shí)施例中，根據(jù)公開的方法500制造的MIM電容器可以是電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)單元和/或合適的類型的各種非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)元件。制造的MIM電容器可以基本上類似于上面參考圖2描述的MIM電容器200；上面參考圖3描述的MIM電容器堆疊件300；和/或上面參考圖4描述的MIM電容器404。應(yīng)該理解，在方法500之前、期間和之后可以提供附加的步驟，并且對(duì)于方法500的附加的實(shí)施例，可以代替、消除或移動(dòng)描述的一些步驟。圖6至圖15是根據(jù)方法500的一個(gè)或多個(gè)步驟形成的器件600的示例性實(shí)施例的截面圖。

方法500開始于框502，其中，提供襯底。參考圖6的實(shí)例，提供襯底602。在一個(gè)實(shí)例中，襯底602是半導(dǎo)體襯底，諸如硅襯底或可選的其他合適的半導(dǎo)體襯底。襯底602可以包括多個(gè)部件，諸如包括柵極、源極和漏極部件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)；包括限定各個(gè)有源區(qū)域的那些的隔離部件；具有層間介電(ILD)材料(也稱為金屬間電介質(zhì)(IMD))插入的金屬線、接觸件和通孔的互連或金屬化層(也稱為多層互連件(MLI))；電容器結(jié)構(gòu)；和/或CMOS工藝技術(shù)的典型的其他器件和部件。在實(shí)施例中，在框602中提供的襯底已經(jīng)被處理至在BEOL工藝中形成至少一個(gè)金屬化層(如，M1、M2等)的程度。

特別地，如在圖6的實(shí)例中示出，在襯底602上形成設(shè)置在層間介電層(ILD層)606中的互連層604?；ミB或金屬化層604可以是導(dǎo)線、接觸件或通孔。在實(shí)施例中，金屬化層604包括銅。其他實(shí)例包括W、Al、Ti、Ta和/或其他合適的導(dǎo)電組成。在實(shí)例中，金屬化層604還包括阻擋或粘合層?？梢酝ㄟ^合適的光刻、蝕刻和/或沉積工藝形成金屬化層604。在實(shí)施例中，ILD層606是超低k(ELK)電介質(zhì)。作為實(shí)例，合適的低k材料可以包括氟化硅玻璃(FSG)、摻雜碳的氧化硅、Black(加利福尼亞州的圣克拉拉的應(yīng)用材料公司)、干凝膠、氣凝膠、無定型氟化碳、聚對(duì)二甲苯、雙苯并環(huán)丁烯(BCB)、SiLK(密歇根米特蘭的陶氏化學(xué)公司)、聚酰亞胺、多孔聚合物和/或其他適合的材料。用于ILD層606的其他示例性組成包括氧化硅或氮化硅。形成ILD層606的工藝可以使用化學(xué)汽相沉積(CVD)、旋涂或其他合適的沉積技術(shù)。在實(shí)施例中，金屬化層604是處于BEOL金屬化的第四(M4)級(jí)處的導(dǎo)電線；然而，其他位置是可能的。

然后，方法500進(jìn)行至步驟504，其中，阻擋層和/或底部電極形成在襯底上。阻擋層可以基本上類似于上面參考圖3描述的阻擋層314。底部電極可以基本上類似于上面結(jié)合圖3和圖4描述的底部電極312和/或上面結(jié)合圖2描述的底部電極204。參考圖6的實(shí)例，阻擋層314和底部電極312形成在襯底602上。在實(shí)施例中，絕緣層608可以置于阻擋層314和金屬化層604和/或ILD層606之間。絕緣層608可以是SiO₂、氮化硅、氮氧化硅和/或其他合適的介電組成?？梢酝ㄟ^化學(xué)汽相沉積(CVD)、旋涂沉積和/或其他合適的沉積工藝形成絕緣層608。可以圖案化絕緣層608以提供至金屬化層604的開口。

阻擋層314可以包括TaN、TiN、HfN、ZrN、WN、NbN、MoN、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。可以通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理汽相沉積(PVD)、鍍敷和/或其他合適的沉積工藝形成阻擋層314。

底部電極312可以包括TaN、TiN、HfN、ZrN、WN、NbN、MoN和.或其他合適的導(dǎo)電材料。可以通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理汽相沉積(PVD)、鍍敷和/或其他合適的沉積工藝形成阻擋層312。在實(shí)施例中，阻擋層314是與底部電極312相同的組成。在實(shí)施例中，阻擋層314是與底部電極312不同的組合物。因此，在一些實(shí)施例中，與底部電極312原位形成阻擋層314。底部電極312(或底部電極312和阻擋層314)可以基本上類似于上面參考圖2描述的底部電極204和/或上面結(jié)合圖3和圖4描述的底部電極312。

然后方法500進(jìn)行至框506，其中，富含氮的區(qū)域形成在底部電極上。在實(shí)施例中，原位執(zhí)行框504的至少一部分和框506。例如，結(jié)合形成底部電極，富含氮的區(qū)域形成在底部電極的表面區(qū)域上、形成在底部電極的表面區(qū)域處和/或形成在底部電極的表面區(qū)域內(nèi)。在實(shí)施例中，在底部電極的表面上執(zhí)行氮或NH₃等離子體處理(也稱為氮化步驟)以形成富含氮的區(qū)域。在又一實(shí)例中，底部電極的表面在氮化之前是富含金屬(如，Ti)的，氮化將表面區(qū)域轉(zhuǎn)化成富含氮的組成。在實(shí)施例中，在用于形成底部電極的金屬氮化物的沉積期間，通過控制氮(如，NH₃)前體流速來形成富含氮的區(qū)域。例如，在形成期望的厚度的底部電極之后，增加氮流速使得底部電極上形成富含氮的區(qū)域。

參考圖6的實(shí)例，富含氮的區(qū)域310設(shè)置在底部電極312上。富含氮的區(qū)域310包括比下面的底部電極312更高的氮的原子百分比，這將在下面進(jìn)一步地討論。

富含氮的區(qū)域310可以基本上類似于上面結(jié)合圖2描述的MIM電容器200的富含氮的區(qū)域214和/或參考圖3和圖4描述的富含氮的區(qū)域310。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310具有比底部電極312大至少5％的氮的原子百分比。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310具有XNx的富含氮的金屬氮化物組成，其中x大于化學(xué)計(jì)量值。例如，在實(shí)施例中，金屬X是Ti并且富含氮的金屬氮化物組成是TiNx，其中x大于1。與化學(xué)計(jì)量氮原子百分?jǐn)?shù)相比，在富含氮的區(qū)域310中的過量的氮可以包括在大于0和10％之間的過量的氮。在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310包括具有在化學(xué)計(jì)量TiN上的過量的N的TiN、或TiNx，其中x約為1.2。

對(duì)于富含氮的區(qū)域310和/或底部電極312的其他示例性的金屬包括Ta、Hf、Xr、W、Nb、Mo和/或其他合適的組成。在一些實(shí)施例中，電極312具有與富含氮的區(qū)域310相同的金屬。在其他的實(shí)施例中，電極312具有與富含氮的區(qū)域310不同的金屬。

在實(shí)施例中，富含氮的區(qū)域310在約10埃至約20埃的厚度之間。在實(shí)施例中，電極312(如，富含金屬的金屬氮化物)在約50埃至約150埃之間。

在實(shí)施例中，通過氮或NH₃等離子體處理(也稱為氮化)在底部電極312的表面區(qū)域上形成富含氮的區(qū)域310，以形成富含氮的區(qū)域310。在又一實(shí)例中，底部電極312的表面在氮化之前是富含金屬(如，Ti)的，氮化將表面區(qū)域轉(zhuǎn)化為富含氮的組成，從而將底部電極312的區(qū)域轉(zhuǎn)化為沉積在富含氮的區(qū)域310中。在實(shí)施例中，在用于形成底部電極312的金屬氮化物的沉積期間，通過控制氮(如，NH₃)前體流速來形成富含氮的區(qū)域310。例如，在形成期望的厚度的底部電極312之后，增加氮流速使得在底部電極312的頂部上形成富含氮的區(qū)域310。

然后，方法500進(jìn)行至框508，其中，在襯底上沉積用于形成器件的切換功能的電阻或介電層。形成的介電層將在MIM電容器的操作期間形成提供改變器件的狀態(tài)(如，高電阻、低電阻)所必需的電阻變化的導(dǎo)線絲線。參考圖7的實(shí)例，介電層308形成在富含氮的區(qū)域310上。在實(shí)施例中，電介質(zhì)308與富含氮的區(qū)域310直接交界。在實(shí)施例中，介電層308可以基本上類似上面參考圖2描述的MIM電容器200的切換元件208和/或參考圖3和圖4描述的電介質(zhì)308。例如，介電層308可以是高k介電層，諸如HfO、Ta₂O₅、Nb₂O₅、V₂O₅、AlO、TiO、TaTiO、HfAlO、HfTaO、TaAlO、NbO/HfO、VO/HfO、TaO/HfO、AlO/HfO、TaO/AlO和/或其他合適的電介質(zhì)。包括化學(xué)汽相沉積(CVD)、低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD)和原子層沉積(ALD)的多種合適的工藝可以用于形成介電層308。

然后，方法500進(jìn)行至框510，其中，覆蓋層和頂部電極形成在襯底上。參考圖8的實(shí)例，覆蓋層306和頂部電極304形成在介電層308上。頂部電極304可以包括TiN、Pt、TaN、Ir、W、它們的組合和/或其他合適的導(dǎo)電材料。頂部電極304可以基本上類似于MIM電容器200的頂部電極202和/或參考圖3和圖4描述的頂部電極304。用于覆蓋層306的示例性組成包括Ti、Hf、Al、Ta和/或其他合適的材料?？梢允褂肅VD、ALD、ALD、鍍敷和/或其他合適的沉積工藝形成頂部電極304和/或覆蓋層306。包括上面參考圖2描述的，覆蓋層306可以是可操作的以在器件600的切換功能期間提供氧儲(chǔ)存器。

然后，方法500進(jìn)行至框512，其中，在包括在框504、506、508和510中描述的那些的材料的堆疊件上方形成圖案化的掩蔽元件。在實(shí)施例中，圖案化的掩蔽元件包括光刻膠和/或硬掩模層。參考圖9的實(shí)例，在襯底602上方沉積圖案化的光刻膠元件904和硬掩模層902。如描述，硬掩模層902是共形層，然而，可以在包括使用光刻膠元件904作為掩蔽元件的那些的隨后的蝕刻步驟中圖案化硬掩模層902。硬掩模層902可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅和/或其他合適的組成。可以通過CVD、PVD或其他合適的沉積工藝形成硬掩模層902?？梢酝ㄟ^抗蝕劑的沉積(如，旋涂)、隨后的合適的曝光、烘焙和顯影工藝形成圖案化的光刻膠元件904。

然后，方法500進(jìn)行至框514，其中，在框512中形成的掩蔽元件用作上面參考框510描述的頂部電極和覆蓋層的蝕刻期間的掩蔽元件。蝕刻可以包括等離子體蝕刻、干蝕刻和/或其他合適的蝕刻工藝。參考圖10的實(shí)例，使用光刻膠904作為掩蔽元件來蝕刻頂部電極304和覆蓋層306?？梢栽谖g刻之后或同時(shí)去除光刻膠904。

然后，方法500進(jìn)行至框516，其中，在蝕刻的層上形成間隔件元件。例如，可以在覆蓋層、頂部電極和/或硬掩模層的暴露的側(cè)壁上形成間隔件元件。間隔件元件可以包括諸如氧化硅、氮化硅和/或其他合適的材料的介電材料?？梢酝ㄟ^間隔件材料的沉積、隨后的材料的回蝕刻形成間隔件元件，以形成間隔件。參考圖11的實(shí)例，形成間隔件元件1102并且沉積在蝕刻的頂部電極304和覆蓋層306的側(cè)壁上。間隔件元件1102可以具有提供對(duì)于包括電介質(zhì)308的蝕刻的層的蝕刻選擇性。

然后，方法500進(jìn)行至框518，其中，執(zhí)行附加的蝕刻工藝以使用間隔件元件作為掩蔽元件來圖案化MIM電容器堆疊件的余下的層。(余下的硬掩模也可以用作在蝕刻工藝期間的掩蔽元件。)可以使用間隔件元件作為掩蔽元件在一個(gè)或多個(gè)蝕刻工藝中蝕刻介電層(上面參考框508描述)、富含氮的區(qū)域(上面參考框506描述)、底部電極和阻擋層(上面參考框504描述)。參考圖12的實(shí)例，使用間隔件元件1102作為掩蔽元件蝕刻阻擋層314、底部電極312、富含氮的區(qū)域310和介電層308。

然后，方法500進(jìn)行至框520，其中，絕緣層形成在襯底上。參考圖13的實(shí)例，絕緣層1302和ILD層1304形成在襯底上。絕緣層1302可以是MIM電容器堆疊件上方的共行層。ILD層1304可以是提供對(duì)金屬化線、通孔和/或接觸件的絕緣性能的多層互連件的介電層。ILD層1304和絕緣層1302可以基本上類似于分別參考框502和圖6的層606和608。

然后，方法500進(jìn)行至框522，其中，提供通過導(dǎo)電元件至形成MIM電容器的層的堆疊件的連接?？梢酝ㄟ^在絕緣層中蝕刻開口并且利用導(dǎo)電材料填充開口形成連接。在實(shí)施例中，形成有多個(gè)開口的部件上的開口用于制造形成在襯底上的MLI結(jié)構(gòu)的通孔或金屬化層。參考圖14的實(shí)例，開口1402形成在絕緣層1302、ILD層1304和硬掩模層902中，從而暴露頂部電極304的頂部表面。可以通過包括使用適當(dāng)?shù)难诒卧?未示出)的等離子蝕刻、干蝕刻和/或其他合適的工藝形成開口。在實(shí)施例中，開口形成為鑲嵌(或雙鑲嵌)工藝的一部分。參考圖15的實(shí)例，然后利用導(dǎo)電材料1502填充開口。導(dǎo)電材料1502可以是W、Cu、Al和/或其他合適的導(dǎo)電材料。在實(shí)施例中，導(dǎo)電材料1502形成通孔和/或上面的金屬化線。

可以執(zhí)行附加的步驟，包括通過導(dǎo)電材料1502提供至MIM電容器器件600的電壓和在介電層308中形成絲線，以提供如上面參考圖2討論的電阻切換。

現(xiàn)參考圖16A和圖16B，示出的是來自實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的結(jié)果，圖示了比特位數(shù)的y軸和以微安(μA)為單位的電流的x軸。圖16A示出了沒有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件，例如，諸如在圖1中描繪的器件。圖16B示出了具有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件，例如，諸如在圖2、圖3、圖4中示出的和參考圖5的方法500討論的器件。特別地，圖16B示出了富含氮的TiN區(qū)域的實(shí)施例。圖16A提供TiN電極與絕緣區(qū)域(如，絲線)接觸的實(shí)施例。圖16A和圖16B的對(duì)比示出在使用富含氮的區(qū)域的器件中有更少置位/復(fù)位失敗，這可以提供更高的存儲(chǔ)器件產(chǎn)量。

現(xiàn)在參考圖17，示出的是來自具有比特位錯(cuò)誤率的y軸和周期數(shù)的x軸實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的圖形結(jié)果。如圖示出，與諸如在圖2、圖3、圖4中示出和如參考圖5的方法500討論的具有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件的實(shí)施例相比，諸如在圖1中示出的沒有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件的實(shí)施例提供隨著周期數(shù)的增加而增加的比特位錯(cuò)誤率。在實(shí)施例中，對(duì)于富含氮的區(qū)域器件的比特位錯(cuò)誤率中的減小是沒有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件的實(shí)施例的約2.5倍和4倍之間。

現(xiàn)參考圖18A和圖18B，示出的是來自實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的圖形結(jié)果，示出了比特位數(shù)的y軸和置位/復(fù)位電流的x軸。圖18A示出了沒有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件，例如，諸如在圖1中描繪的器件。在圖18A中，在循環(huán)和烘焙器件之后提供電流中的偏移1802。圖18B示出了諸如在圖2、圖3、圖4中示出的和參考圖5的方法500討論的具有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件。在圖18B中，與圖18A相比，在循環(huán)和烘焙之后出現(xiàn)電流偏移1804的顯著的減小。在實(shí)施例中，電流偏移(如，Ir0，或復(fù)位以提供邏輯“0”的電流)可以比沒有富含氮的區(qū)域的MIM電容器RRAM器件的實(shí)施例改善約1.5至2倍。換句話說，電流偏移1804可以比電流偏移1802小1.5至2倍。

本發(fā)明提供MIM電容器器件和制造金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器的方法的各個(gè)實(shí)施例。這些器件和/或方法可以提供鄰近絲線的富含氮的層。在富含氮的區(qū)域下面是具有較低的氮濃度的電極。在一些實(shí)施例中，富含氮的層在MIM電容器作為RRAM器件的操作期間提供至下部電極的氧原子或離子的吸引的減少。氧吸引的減少可以提供保持用于RRAM器件的導(dǎo)電絲線的V形狀，減少在RRAM器件的應(yīng)力(如，循環(huán)和烘焙)或操作期間的導(dǎo)電絲線的退化。RRAM器件的性能可以示出在比特位錯(cuò)誤率中的改善。

因此，在提供的實(shí)施例中，是包括第一電極和第二電極和置于第一和第二電極之間的絕緣層的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器結(jié)構(gòu)。此外，富含氮的金屬層置于第二電極和絕緣層之間。MIM電容器可以是提供絕緣層中的導(dǎo)電絲線或切換元件的RRAM器件。

在另一實(shí)施例中，描述包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方的頂部電極和設(shè)置在頂部電極和半導(dǎo)體襯底之間的底部電極的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)的MIM電容器。底部電極包括第一金屬的氮化物。介電層置于頂部和底部電極之間并且可操作以在RRAM器件的操作期間形成導(dǎo)電絲線。在底部電極和介電層之間形成金屬氮化物層。金屬氮化物層包括第一金屬的氮化物并且具有比底部電極更大的氮的原子百分比。

在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，描述的是包括提供半導(dǎo)體襯底的方法。方法繼續(xù)以在半導(dǎo)體襯底上方形成金屬-絕緣體-金屬，其中，形成MIM電容器包括在半導(dǎo)體襯底上方沉積具有第一氮濃度的底部電極并且在底部電極上形成具有比第一氮濃度大的第二氮濃度的區(qū)域。然后在區(qū)域上沉積介電層；并且頂部電極形成在介電層上方。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)，包括：第一電極和第二電極；絕緣層，置于所述第一電極和所述第二電極之間；以及富含氮的金屬層，置于所述第二電極和所述絕緣層之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述富含氮的金屬層包括大于5％的過量的氮。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述富含氮的金屬層是富含氮的TiN并且所述第二電極是富含Ti的TiN。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述絕緣層是高k電介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)還包括：覆蓋層，置于所述絕緣層和所述第一電極之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述富含氮的金屬層選自由TiN、TaN、HfN、ZrN、WN、NbN、MoN和它們的組合組成的組。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述第一電極是具有第一類型的金屬的金屬氮化物，并且所述富含氮的金屬層是具有所述第一類型的金屬的金屬氮化物。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述第二電極具有第一氮濃度，其中，所述第一氮濃度從所述第二電極的頂部表面至底部表面恒定，并且其中，所述富含氮的區(qū)域具有比所述第一氮濃度大的第二氮濃度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)還包括：位于所述介電層中的氧空位的導(dǎo)電絲線。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的金屬-絕緣體-金屬電容器，包括：頂部電極，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方；底部電極，設(shè)置在所述頂部電極和所述半導(dǎo)體襯底之間，其中，所述底部電極包括第一金屬的氮化物；介電層，置于所述頂部電極和所述底部電極之間，其中，所述介電層可操作以在所述電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的操作期間形成導(dǎo)電絲線；以及金屬氮化物層，形成在所述底部電極和所述介電層之間，其中，所述金屬氮化物層包括所述第一金屬的氮化物并且具有比所述底部電極更大的氮的原子百分比。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述金屬氧化物層與所述底部電極直接交界。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述金屬氧化物層與所述介電層直接交界。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述第一金屬是Ta、Ti、Hf、Zr、W、Nb、Mo和它們的組合中的一種。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述金屬氮化物層的氮的所述更大的原子百分比包括比所述底部電極大至少5％的原子百分比。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述金屬氮化物層中的氮的所述原子百分比在1.0和1.1之間，并且所述底部電極中的氮的原子百分比在0.90和0.98之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述底部電極是富含鈦的TiN，并且所述金屬氮化物層是富含氮的TiN。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種制造金屬-絕緣體-金屬電容器結(jié)構(gòu)的方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；以及在所述半導(dǎo)體襯底上方形成金屬-絕緣體-金屬電容器，其中，所述形成所述金屬-絕緣體-金屬電容器包括：在半導(dǎo)體襯底上方沉積具有第一氮濃度的底部電極；在沉積所述頂部電極之后或同時(shí)，在所述底部電極上形成具有比所述第一氮濃度大的第二氮濃度的區(qū)域；在所述區(qū)域上沉積介電層；和在所述介電層上方形成頂部電極層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述在所述底部電極上形成所述富含氮的區(qū)域包括在所述底部電極上執(zhí)行等離子體處理，以增加所述底部電極的表面區(qū)域的氮含量。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述在所述底部電極上形成所述富含氮的區(qū)域包括：通過使用第一氮流速的沉積工藝形成所述底部電極；以及之后，繼續(xù)使用第二氮流速的所述沉積工藝，其中，所述第二氮流速大于所述第一氮流速。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括：向所述金屬-絕緣體-金屬電容器提供電壓以在所述介電層中形成導(dǎo)電絲線。

上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解詳細(xì)描述。本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為設(shè)計(jì)或修改其他方法和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，以執(zhí)行相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)本文所引入的實(shí)施例的相同優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。