[發(fā)明專利]一種阻變層自選通阻變存儲器及其構(gòu)建方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810501815.6
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108735898B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣然;季昊;張鑫磊
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

1.一種阻變層自選通阻變存儲器，其特征在于，包括堆疊層；所述堆疊層包括自外而內(nèi)依次設(shè)置的第四Hf層、第四Si₃N₄層、第三Hf層、第三Si₃N₄層、第二Hf層、第二Si₃N₄層、第一Hf層和第一Si₃N₄層；所述堆疊層的左右兩側(cè)分別設(shè)置有底電極和頂電極；所述底電極與第四Si₃N₄層、第三Si₃N₄層和第二Hf層連通并設(shè)置在第二Hf層的上表面；所述頂電極與整個(gè)堆疊層連通并設(shè)置在第一Si₃N₄層的上表面；其中，第一Hf層、第三Hf層進(jìn)行了氧氣氛圍下退火漸進(jìn)氧化，形成自限制的HfO_x阻變區(qū)，且底電極為重?fù)诫s的 n⁺Si，頂電極為Pt；HfO_x是缺氧態(tài)的HfO₂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻變層自選通阻變存儲器，其特征在于，所述阻變層自選通阻變存儲器包括多個(gè)并排設(shè)置堆疊層；所述頂電極為位線；所述底電極為字線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻變層自選通阻變存儲器，其特征在于，第一Si₃N₄層的厚度為15～25nm；第一Hf層的厚度為90～110nm；第二Si₃N₄層和第二Hf層的厚度為15～25nm；第三Si₃N₄層的厚度為15～25nm；第三Hf層的厚度為90～110nm；第四Si₃N₄層和第四Hf層的厚度為15～25nm。

4.一種如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述阻變存儲器的構(gòu)建方法，其特征在于，包括步驟如下：

1）在襯底上沉積第一Si₃N₄層；

2）在第一Si₃N₄層上沉積第一Hf層，然后進(jìn)行光刻和lift-off處理；

3）在第一Hf層上依次沉積第二Si₃N₄層、第二Hf層；

4）在第二Hf層上沉積第三Si₃N₄層，按步驟2）、3）的方法在第三Si₃N₄層上沉積第三Hf層、第四Si₃N₄層和第四Hf層，最終得到堆疊層；

5）通過光刻和刻蝕形成第一孔洞；第一孔洞從第四Hf層刻蝕到第二Si₃N₄層，第一孔洞的一個(gè)側(cè)邊與第一Hf層、第三Hf層的一個(gè)側(cè)邊平齊，并將第一Hf層、第三Hf層的一側(cè)完全腐蝕掉，以暴露出第一Hf層和第三Hf層；在氧氣氣氛、250～350℃的環(huán)境中進(jìn)行5～15min退火處理；氧氣從所述第一孔洞進(jìn)入，對暴露在第一孔洞內(nèi)壁的第一Hf層、第三Hf層進(jìn)行漸進(jìn)氧化，形成自限制的HfO_x阻變區(qū)；

6）填充第一孔洞，得到單元cell的頂電極或三維陣列交叉結(jié)構(gòu)的位線；

7）通過電子束曝光和干法刻蝕，在第一孔洞的另一側(cè)開孔得到第二孔洞，以使第三Si₃N₄層暴露在第二孔洞；將重?fù)诫s的n⁺Si填充到第二孔洞中，作為單元cell的底電極或三維陣列交叉結(jié)構(gòu)的字線。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻變存儲器的構(gòu)建方法，其特征在于，三維陣列交叉結(jié)構(gòu)通過增加堆疊層的層數(shù)或增加并行的堆疊層形成；在所述步驟2）中，形成一個(gè)以上所述第一Hf層；多個(gè)第一Hf層之間留有間隔；

所述步驟5）中，第一孔洞的刻蝕發(fā)生在多個(gè)第一Hf層之間的間隔區(qū)，孔洞直徑為間隔距離；

所述步驟7）中，第二孔洞的刻蝕發(fā)生在多個(gè)第一Hf層之間的間隔區(qū)，孔洞直徑等于間隔距離。