一种存储器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体存储器件及其制备领域，特别是涉及一种利用硫系化合物材料和氧化物材料实现的阻变存储器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]近20年来半导体工业的快速发展使得处理器的计算和图片处理能力大幅提升，无论是人们手中的移动电子设备还是桌上办公设备都具备各种强大丰富的功能。当代计算机系统如此快速的处理和计算速度对存储器提出了更高的要求，然而存储器的发展过程相对滞后，越来越成为当前电子设备发展中难以突破的瓶颈。当前的主流存储架构是以静态随机存储器(SRAM)作为高速缓存，动态随机存储器(DRAM)作为主存储器，硬盘(HardDisk)和快闪式存储器(Flash memory)作为大容量硬盘的三级存储架构。但是随着处理器计算速度的进一步提高，这种复杂的存储架构在大容量、高密度、低功耗、低成本等方面遇到了发展瓶颈。尤其在40nm工艺节点以下基于电荷存储的快闪式存储器的发展受到了极大限制，为了实现更高的存储密度和更低的功耗，新型存储技术的开发势在必行。在新兴非易失性存储技术中相变存储器和电致阻变存储器以其高密度、大容量、低功耗、低成本及与CMOS工艺相兼容等特点表现出了极大的竞争优势。
[0003]相变存储器的存储原理是利用电脉冲通过上下电极作用在以硫系化合物材料为主的相变材料上，使得相变材料在非晶和多晶态之间发生可逆相转变，从而实现存储与擦写功能，通过探测其非晶态和晶态之间的巨大电阻差异来进行数据和信息的读取。
[0004]电致阻变存储器也是利用一系列新型半导体材料的电致阻变特性，在电激励作用下材料中的空位俘获或释放电荷引起肖特基接触势垒发生变化，出现不同电阻状态的转变现象来进行数据的存储。
[0005]两种存储器都是利用特定材料不同状态之间的电阻差异实现数据存储，所不同的是相变存储器是利用晶体结构变化，而电致阻变存储器是利用材料的电子结构变化。虽然相对于其他存储技术相变和电致阻变存储技术都有较大优势，但是其也都存在着不足之处，比如相变存储器依靠相变材料在晶态和非晶态之间的转变，转变过程中需要大量原子的打乱和重排，如此大规模的原子移动一定程度上可能造成材料高低阻值在一定范围内的不确定和一定的阻值分布现象。电致阻变存储器能克服阻值不稳定和电阻分布的缺点，但由于独特的缺陷俘获机制使得其可同时生成多种导电通道形态。
[0006]因此，与必要提出一种新型的、更加实用可靠的存储器来克服上述困难。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种存储器及其制作方法，用于解决现有技术中相变存储器高低阻值在一定范围内的不确定和一定的阻值分布现象以及电致阻变存储器生成多种导电通道形态的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种存储器，其特征在于，所述存储器至少包括:形成于一衬底上表面的底电极和形成于该底电极上的介质层；所述介质层中设有充满金属的贯孔；形成于所述介质层上表面且与所述贯孔中的金属接触的复合存储结构；所述复合存储结构为由硫系化合物和氧化物构成的至少两层层叠结构；形成于所述复合存储结构上表面的顶电极。
[0009]优选地，所述贯孔中的金属为一种或多种，所述多种金属在所述贯孔中彼此上下堆叠。
[0010]优选地，所述层叠结构为由硫系化合物和氧化物构成的两层层叠结构。
[0011]优选地，所述两层层叠结构为:位于所述介质层上表面并接触于所述贯孔中金属的硫系化合物和位于所述硫系化合物上表面的氧化物构成的双层结构；所述硫系化合物与所述氧化物彼此贯通。
[0012]优选地，所述两层层叠结构包括:位于所述介质层上表面并接触于所述贯孔中金属的氧化物和位于所述氧化物上表面的硫系化合物；所述氧化物与所述硫系化合物彼此贯通。
[0013]优选地，所述层叠结构为由硫系化合物和氧化物构成的三层层叠结构。
[0014]优选地，所述三层层叠结构包括:位于所述介质层上表面并接触于所述贯孔中金属的硫系化合物、位于所述硫系化合物上表面的氧化物以及位于所述氧化物上表面的硫系化合物；所述氧化物与所述硫系化合物彼此贯通。
[0015]优选地，所述三层层叠结构包括:位于所述介质层上表面并接触于所述贯孔中金属的氧化物、位于所述氧化物上表面的硫系化合物以及位于所述硫系化合物上表面的氧化物；所述硫系化合物与所述氧化物彼此贯通。
[0016]本发明还提供一种存储器的制造方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤:
[0017](1)提供一衬底，并对该衬底进行清洗；
[0018](2)在所述衬底上形成一底电极并在所述底电极上生长介质层；
[0019](3)在所述介质层中制作贯孔并在所述贯孔中填充满金属；
[0020](4)在所述介质层上表面形成与所述贯孔中金属接触的复合存储结构；所述复合存储结构为由硫系化合物(141)和氧化物(142)构成的层叠结构；
[0021](5)在所述复合存储结构上表面形成顶电极。
[0022]优选地，所述步骤(1)中对所述衬底进行清洗的步骤至少包括:a)将所述衬底放入丙酮溶液中，超声震荡3-10分钟；b)将所述衬底放入无水乙醇中，超声震荡2-8分钟，然后用去离子水冲洗1-3分钟后用氮气吹干；c)将氮气吹干后的衬底置于烘烤箱内烘烤10-30分钟用以去除其表面的水分。
[0023]优选地，所述步骤(3)中在所述贯孔中填充金属后还包括步骤:采用化学机械研磨技术将填充金属后的所述介质层上表面贯孔外的金属去除的过程。
[0024]优选地，所述步骤(4)中形成所述复合存储结构的方法至少包括:(1)在所述介质层上表面依次沉积硫系化合物层和氧化物层；(2)利用光刻技术在所述氧化物层上表面制作光掩模图形；(3)以所述光掩模图形为掩膜，依次对所述氧化物层和硫系化合物层进行刻蚀至所述介质层为止，形成贯通的两层层叠结构。
[0025]优选地，所述步骤(4)中形成所述复合存储结构的方法至少包括:(1)在所述介质层上表面依次沉积氧化物层和硫系化合物层；(2)利用光刻技术在所述硫系化合物层上表面制作光掩模图形；(3)以所述光掩模图形为掩膜，依次对所述硫系化合物层和氧化物层进行刻蚀至所述介质层为止，形成贯通的两层层叠结构。
[0026]优选地，所述步骤(4)中形成所述复合存储结构的方法至少包括:(1)在所述介质层上表面依次沉积氧化物层、硫系化合物层以及氧化物层；(2)利用光刻技术在位于所述介质层最上方的所述氧化物层上表面制作光掩模图形；(3)以所述光掩模图形为掩膜，依次对位于所述介质层最上方的所述氧化物层、硫系化合物层以及与所述介质层接触的氧化物层进行刻蚀至所述介质层为止，形成贯通的三层层叠结构。
[0027]优选地，所述步骤(4)中形成所述复合存储结构的方法至少包括:(1)在所述介质层上表面依次沉积硫系化合物层、氧化物层以及硫系化合物层；(2)利用光刻技术在位于所述介质层最上方的所述硫系化合物层上表面制作光掩模图形；(3)以所述光掩模图形为掩膜，依次对位于所述介质层最上方的所述硫系化合物层、氧化物层以及与所述介质层接触的氧化物层进行刻蚀至所述介质层为止，形成贯通的三层层叠结构。
[0028]如上所述，本发明的存储器及其制作方法，具有以下有益效果:发明的存储器克服了现有技术中相变存储器高低阻值在一定范围内的不确定和一定的阻值分布现象以及电致阻变存储器生成多种导电通道形态的问题。具有相变存储技术的稳定可重复性好的特点以及电致阻变存储技术的结构变化小的特点，并具有容量大、密度高、功耗