DD225558A1

DD225558A1 - Verfahren zur herstellung von schalt- und speicherelementen

Info

Publication number: DD225558A1
Application number: DD25895283A
Authority: DD
Inventors: Joerg Troeltzsch; Norbert Schettler; Herbert Hoeft
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1985-07-31

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von Schalt- und Speicherelementen findet Anwendung in der Informationstechnik und Mikrorechnertechnik. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, die technischen Parameter von Schalt- und Speicherelementen zu verbessern, insbesondere Feldstaerkeinhomogenitaeten abzubauen und die Ausbeute zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest, indem das Gefuege der Chalkogenidglasschicht an oertlich definierten Gebieten an der Grenzflaeche zur Grund- bzw. Deckschicht mittels Energiezufuhr veraendert wird und/oder eine hoehere elektrische Leitfaehigkeit als die Umgebung erhaelt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Gebiete der Technik, in denen eine statische Speicherung von Informationen benötigt wird, insbesondere die Informationstechnik und Mikrorechnertechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nichtflüchtige Speicherelemente auf der Basis amorpher Halbleitermaterialien ändern ihren Speicherzustand durch elektrothermische Prozesse, die zu Gefügeveränderungen in der Schicht führen. In den Metall/amorpher Halbleiter/Metall-Anordnungen (Sandwich-Strukturen) wird die amorphe Halbleiterschicht direkt mit den metallischen Elektroden kontaktiert. Bei Anlegen einer Spannung an die Elektroden wird in der amorphen Halbleiterschicht ein elektrisches Feld aufgebaut, das beim Erreichen eines Schwellenwertes E₁- zu einem schlagartigen Umschalten vom hochohmigen Ausgangszustand in den niederohmigen Zustand führt (DD-PS 76744).

Der aktive Bereich des Speicherelementes wird dabei meist durch eine zwischen den Elektroden angeordnete Isolatorschicht, in welche eine Pore geätzt ist, festgelegt (US-PS 3918032, US-PS 4115872, US-PS 4177475, GB-PS 1239152). Derartige Anordnungen besitzen den Nachteil, daß an den Rändern der Pore Inhomogenitäten des elektrischen Feldes auftreten, die zu einer unregelmäßigen Veränderung der elektrischen Feldstärke und damit zu Schwankungen der Schwellspannung von Element zu Element führen.

Eine Beseitigung dieses Nachteiles ist durch Realisierung einer kantenfreien planaren Struktur möglich (DD-PS 157988), die allerdings den Nachteil der Verwendung eines nichtmetallischen Elektrodenmaterials hat, was zu einer Erhöhung des Serienwiderstandes führt. Dies macht sich insbesondere beim Treiben von hohen Rücksetzströmen durch Anwendung von hohen Spannungen nachteilig bemerkbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Schalt- und Speicherelemente mit stabilen elektrischen Parametern, insbesondere der Schwellspannung, herzustellen und die Ausbeute zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, durch geeignete technologische Schritte den aktiven Bereich eines Schalt- und Speicherelementes zu begrenzen, ohne daß Feldstärkeinhomogenitäten auftreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das Gefüge der Chalkogenidglasschicht an örtlich definierten Gebieten an der Grenzfläche zur Grundelektrode bzw. zur Deckschicht mittels Energiezufuhr verändert und/oder eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die Umgebung erhält. Die Energiezufuhr kann mit Laser- oder Elektronen- oder Ionenstrahl erfolgen und ist in ihrer Intensität und Dauer so zu wählen, daß eine Gefügeänderung über die gesamte Dicke der Chalkogenidglasschicht nicht erfolgen kann. Dadurch, daß die Grundelektrode selbst oder, wenn die Grundelektrode aus einem Schichtsystem besteht, die an der Grenzfläche zwischen amorphem Chalkogenidglas und der Grundelektrode angeordnete Schicht bzw. die Deckschicht aus einem hochschmelzendem und/oder einem diffusionshemmendem Material besteht, wird im Gebiet der Energiezufuhr die Diffusion von Elektrodenmaterial oder anderer Materialien ins Chalkogenidglas vermieden. Die Deckschicht, welche entweder aus einer Hiifsschicht oder einer metallischen Schicht oder der Deckelektrode besteht, verhindert, daß bei der Energiezufuhr Bestandteile des Chalkogenidglases sich verflüchtigen. Neben der Verwendung von hochschmelzenden und/oder diffusionshemmenden Materialien für die Deckschicht ist es aber auch möglich, für die Hiifsschicht solche Materialien zu verwenden, die durch die Energiezufuhr an örtlich definierten Gebieten eindiffundieren und dadurch eine Gefügeveränderung begünstigen. Mögliche Materialien dafür können Komponenten des Chalkogenidglases, wie z. B. Tellur, sein. Vor den nachfolgenden technologischen Schritten wird die Hiifsschicht wieder entfernt.

Die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit an örtlich definierten Gebieten legt bevorzugte Stellen für den Schaltprozeß fest. Beim Anlegen einer Spannung an die Grundelektrode und die metallische Deckelektrode baut sich zwischen dem niederohmigem Gebiet, welches mit der Deckelektrode elektrisch verbunden ist, und der Grundelektrode ein stärkeres elektrisches Feld auf als in der Umgebung des niederohmigen Gebietes. Infolge des feldstärkeinitiierten Einschaltprozesses erfolgt das Durchschalten der Chalkogenidglasschicht im Bereich des niederohmigen Gebietes. An dieser Stelle kommt es unter geeigneten Bedingungen zur Ausbildung des Speicherkanales. Hier finden auch die weiteren Schalt- und Speicherprozesse statt. Die Behandlung führt gleichzeitig zu einer bleibenden Erniedrigung der Schwellspannung vom ersten Schaltspiel an, so daß mit einer geringeren Betriebsspannung gearbeitet werden kann und damit außerhalb des aktiven Bereiches existierende Feldstärkeinhomogenitäten unwirksam werden.

Ein spezieller Vorteil des Verfahrens besteht weiterhin darin, daß der sogenannte „!nbetriebnahmeeffekt" einer höheren Schwellspannung bei den ersten Schaltspielen beseitigt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1: Grundelektrode/Chalkogenidglas/Deckschicht-Struktur nach der örtlichen Energiezufuhr und Fig.2: die Schichtstruktur im niederohmigen Speicherzustand.

Die Struktur besteht aus einer Grundelektrode 1 aus Molybdän, einer amorphen Chalkogenidglasschicht 2 der Zusammensetzung Ge₁₅Te₈₁Sb₂S₂ und einer Deckschicht 3 aus Molybdän. Bei einer örtlichen Energiezufuhr kommt e.s in einem oberflächennahen Gebiet 4 zur Temperaturerhöhung und damit zur Gefügeänderung des Chalkogenidglases. Dabei entsteht ein niederohmiges Gebiet 5 unterhalb des oberflächennahen Gebietes 4. Die Ausdehnung des niederohmigen Gebietes 5 ist von der Intensität der Energiezufuhr im oberflächennahen Gebiet 4 und von derWärmeleitfähigkeit der Deckschicht 3 abhängig.

Die örtliche Energiezufuhr erfolgt mittels eines Laserstrahles. Bei einer Einwirkungsdauer der Energieimpulse von einigen μ-s kann eine Gefügeänderung der gesamten Chalkogenidglasschicht 2 nicht erfolgen, da zur Bildung eines niederohmigen Kanales zwischen den Elektroden eine Zeit im ms-Bereich benötigt würde. Das niederohmige Gebiet 5 besitzt eine laterale Ausdehnung von einigem μνη. Die Deckschicht 3 wird nach der energetischen Behandlung nicht entfernt. Diese metallische Schicht 6 wird als Teil der Deckelektrode genutzt.

Unterhalb des niederohmigen Gebietes 5 findet der Schaitprozeß statt, wobei der Schwellspannung 9V beträgt. An dieser Stelle bildet sich auch der Speicherkanal 7 aus.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schalt-und Speicherelementen auf Chalkogenidbasis unter Verwendung einer Grundelektrode und einer Deckschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gefüge der Chalkogenidglasschicht (2) an örtlich definierten Gebieten an der Grenzfläche zur Grundelektrode (1) bzw. zur Deckschicht (3) mittels Energiezufuhr verändert und/oder eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die Umgebung erhält.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr mittels Laser- oder Elektronen- oder Ionenstrahl erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundelektrode (1) selbst oder, wenn die Grundelektrode (1) aus einem Schichtsystem besteht, die an der Grenzfläche zwischen amorphem Chalkogenidglas und Grundelektrode (1) angeordnete Schicht aus einem hochschmelzendem und/oder diffusionshemmendem Material, wie z. B. Molybdän, Platinsilicid, Kohlenstoff oder einer Titan-Wolfram-Verbindung, besteht.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) entweder aus einer Hiifsschicht oder aus einer metallischen Schicht (6) oder einer Deckelektrode besteht, wobei die metallische Schicht (6) aus einem hochschmelzendem und/oder einem diffusionshemmendem Material, wie z. B. Molybdän oder einer Wolfram-Titan-Verbindung, besteht.

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