[发明专利]一种阻变层自选通阻变存储器及其构建方法与应用

权利要求书

1.一种阻变层自选通阻变存储器，其特征在于，包括堆叠层；所述堆叠层包括自外而内依次设置的第四Hf层、第四Si₃N₄层、第三Hf层、第三Si₃N₄层、第二Hf层、第二Si₃N₄层、第一Hf层和第一Si₃N₄层；所述堆叠层的左右两侧分别设置有底电极和顶电极；所述底电极与第四Si₃N₄层、第三Si₃N₄层和第二Hf层连通并设置在第二Hf层的上表面；所述顶电极与整个堆叠层连通并设置在第一Si₃N₄层的上表面；其中，第一Hf层、第三Hf层进行了氧气氛围下退火渐进氧化，形成自限制的HfO_x阻变区，且底电极为重掺杂的 n⁺Si，顶电极为Pt；HfO_x是缺氧态的HfO₂。

2.根据权利要求1所述的阻变层自选通阻变存储器，其特征在于，所述阻变层自选通阻变存储器包括多个并排设置堆叠层；所述顶电极为位线；所述底电极为字线。

3.根据权利要求1所述的阻变层自选通阻变存储器，其特征在于，第一Si₃N₄层的厚度为15～25nm；第一Hf层的厚度为90～110nm；第二Si₃N₄层和第二Hf层的厚度为15～25nm；第三Si₃N₄层的厚度为15～25nm；第三Hf层的厚度为90～110nm；第四Si₃N₄层和第四Hf层的厚度为15～25nm。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述阻变存储器的构建方法，其特征在于，包括步骤如下：

1）在衬底上沉积第一Si₃N₄层；

2）在第一Si₃N₄层上沉积第一Hf层，然后进行光刻和lift-off处理；

3）在第一Hf层上依次沉积第二Si₃N₄层、第二Hf层；

4）在第二Hf层上沉积第三Si₃N₄层，按步骤2）、3）的方法在第三Si₃N₄层上沉积第三Hf层、第四Si₃N₄层和第四Hf层，最终得到堆叠层；

5）通过光刻和刻蚀形成第一孔洞；第一孔洞从第四Hf层刻蚀到第二Si₃N₄层，第一孔洞的一个侧边与第一Hf层、第三Hf层的一个侧边平齐，并将第一Hf层、第三Hf层的一侧完全腐蚀掉，以暴露出第一Hf层和第三Hf层；在氧气气氛、250～350℃的环境中进行5～15min退火处理；氧气从所述第一孔洞进入，对暴露在第一孔洞内壁的第一Hf层、第三Hf层进行渐进氧化，形成自限制的HfO_x阻变区；

6）填充第一孔洞，得到单元cell的顶电极或三维阵列交叉结构的位线；

7）通过电子束曝光和干法刻蚀，在第一孔洞的另一侧开孔得到第二孔洞，以使第三Si₃N₄层暴露在第二孔洞；将重掺杂的n⁺Si填充到第二孔洞中，作为单元cell的底电极或三维阵列交叉结构的字线。

5.根据权利要求4所述的阻变存储器的构建方法，其特征在于，三维阵列交叉结构通过增加堆叠层的层数或增加并行的堆叠层形成；在所述步骤2）中，形成一个以上所述第一Hf层；多个第一Hf层之间留有间隔；

所述步骤5）中，第一孔洞的刻蚀发生在多个第一Hf层之间的间隔区，孔洞直径为间隔距离；

所述步骤7）中，第二孔洞的刻蚀发生在多个第一Hf层之间的间隔区，孔洞直径等于间隔距离。