DE102004004047B3 - Resistiv arbeitender Speicher für Low-Voltage-Anwendungen - Google Patents

Resistiv arbeitender Speicher für Low-Voltage-Anwendungen Download PDF

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Abstract

Es werden neue Speicherzellen bereitgestellt, die zwei Elektroden aufweisen und eine dazwischen angeordnete Schicht aus einem aktiven Material, das Hexakisbenzylthiobenzol, Dichlordicyan-p-benzochinon und gegebenenfalls ein Polymer enthält. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellen bereitgestellt sowie die neue Verwendung einer Zusammensetzung, die als aktives Material für die Speicherzellen verwendet werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit resistiv arbeitendem Speicher für Low-Voltage-Anwendungen.
  • Eine der wesentlichen Bestrebungen bei der Weiterentwicklung moderner Speichertechnologien ist die Erhöhung der Integrationsdichte, so dass der Verringerung der Strukturgrößen der den Speichereinrichtungen zugrunde liegenden Speicherzellen eine große Bedeutung zukommt. Die weiteren Bestrebungen bestehen darin, neue Speicherzellen zu entwickeln, die bei niedrigerer Spannung geschaltet werden können.
  • In den letzten Jahren sind mehrere mikroelektronische Elemente und insbesondere Speicherzellen beschrieben worden, die eine Größe von wenigen Nanometern aufweisen. Ein Konzept für den Aufbau derartiger Speicherzellen besteht darin, zwischen zwei Elektroden eine aktive Schicht anzuordnen, die abhängig von der Spannung gewisse Eigenschaften wie zum Beispiel ferromagnetische Eigenschaften oder elektrischen Widerstand reversibel verändern können. Abhängig von der angelegten Spannung kann die Zelle zwischen zwei Zuständen geschaltet werden, so dass ein Zustand zum Beispiel den Informationszustand "0" und der andere Zustand dem Informationszustand "1" zugeordnet werden kann.
  • Es sind gemäß dem Stand der Technik verschiedene Speicherzellen mit einer aktiven Schicht beschrieben worden.
  • Die Zelle, die zwischen zwei Elektroden eine aktive Schicht aufweist, die abhängig von der angelegten Spannung den elektrischen Widerstand ändern kann, weist gegenüber den Zellen, die zwischen zwei Elektroden ein ferroelektrisches Material aufweist, den Vorteil auf, dass sie ein deutlich höheres Signalverhältnis zwischen dem OFF- und ON-Zustand hat und nach dem Lesevorgang nicht neu beschrieben werden muss, da das Auslesen des Zustands nicht destruktiv ist.
  • Bandyopadhyay et al.: Applied Physics Letters, Vol. 82, Seiten 1215–1217 "Large conductance switching memory effects in organic molecules for data-storage applications" beschreiben eine zwischen zwei Elektroden angeordnete aktive Schicht bestehend aus Bengalrosa (4,5,6,7-Tetrachlor-2',4',5',7'-tetraiodfluorescin) mit einem Polyallylaminhydrochloridpolymer. Die Elektrode besteht aus Indium-Zinn-Oxid auf Glas. Die Herstellung der aktiven Schicht ist aber sehr umständlich und verlangt eine mehrstündige Ofenbehandlung im Vakuum. Darüber hinaus ist die aktive Schicht auf die Indium-Zinn-Oxid-Elektrode beschränkt.
  • Eine weitere Speicherzelle mit einem aktiven Material, das ein schaltbares Verhalten aufweist, ist in Ma et al.: "Applied Physics Letters, Vol. 80, 2002, Seiten 2997–2999 "Organic Electrical Bistable Devices and Rewritable Memory Cells" beschrieben. Das aktive Material besteht aus 2-Amino-4,5-imidazoldicarbonitril (AIDCN). Die Speicherzelle gemäß diesem Stand der Technik besteht aus mehreren Schichten, die wie folgt aufgebaut sind: eine auf Glas abgeschiedene Aluminiumanode, eine darauf angeordnete AIDCN-Schicht, eine Metallschicht, eine weitere AIDCN-Schicht und eine Kathode. Dieses System erfordert für die Schaltbarkeit die oben beschriebenen fünf Lagen, was die Herstellung sehr komplex macht. Ein weiterer Nachteil der Zellen gemäß diesem Stand der Technik ist, dass die Zellen nur mit Aluminiumelektroden schaltbar sind und dass die aktive Schicht nur mittels Vakuumbedampfung aufgebracht werden kann.
  • Gemäß C.P. Jarrett et al. in „Field effect measurements in doped conjugated polymer films: Assessment of charge carrier mobilities", in J. Appl. Phys. 77(12), 15. Juni 1995, S. 6289–6294 wird die Leitfähigkeit und die Feldeffekt-Mobilität unter Verwendung von Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistoren und Akzeptor-Dichte-Messungen unter Verwendung von Metall-Isolator-Halbleiter-Dioden durchgeführt. Die Messungen wurden an dünnen Polymerfilmen des organischen Halbleiters Poly(beta'-dodecyloxy-alpha,alpha',alpha',alpha''-terthienyl), die unter Verwendung von 2,3-Dichlor-5,6-dicyano-1,4-benzochinon (DDQ) als oxidierendem Mittel mit verschiedenen Leitfähigkeiten dotiert wurden, durchgeführt. Es wurde gefunden, dass die Feldeffektmobilität und die Leitfähigkeit dieser Filme beim Dotieren superlinear zunahmen, während die Transistorverstärkung, d.h. das ON-/Off-Verhältnis, abnahm.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, weitere Speicherzellen mit einer zwischen zwei Elektroden angeordneten aktiven Schicht vorzuschlagen, wobei die Speicherzellen eine hohe Integrationsdichte ermöglichen, zwischen zwei stabilen Zuständen von unterschiedlichem elektrischem Widerstand schaltbar sind, durch gängige Verfahren in der Mikroelektronik einfach zu verarbeiten sind und die Verwendung der in der Mikroelektronik gängigen Elektroden erlauben.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Speicherzellen vorzuschlagen, die bei sehr geringer Spannung schaltbar sind.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, neue aktive Materialien vorzuschlagen, die in den Speicherzellen verwendet werden können.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Speicherzelle mit zwei Elektroden und einer dazwischen angeordneten aktiven Schicht gelöst, wobei die aktive Schicht umfasst: (a) Hexakisbenzylthiobenzol (CAS: 127022-77-9), (b) Dichlordicyan-p-benzochinon (DDQ) und gegebenenfalls (c) ein Polymer.
  • Figure 00040001
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Zellenaufbaus sind reversible Schaltbarkeit, ein Verhältnis zwischen den ON- und OFF-Widerständen von 10 oder höher, nicht destruktives Lesen, da keine Notwendigkeit des Wiederbeschreibens nach dem Lesen besteht, nichtflüchtige Informationsspeicherung, Funktionali tät bis herunter zu Filmstärken von ca. 20 nm, eine hohe thermische Stabilität, Schaltbarkeit in Gegenwart von Luft und Feuchtigkeit, einfacher und kostengünstiger Aufbau der Zelle und die Eignung der Speicherzelle für die Herstellung in mehreren Lagen, wie zum Beispiel in der Kupferdamascenetechnik.
  • Das Verhältnis der Komponente (a) zu (b) kann in breiten Bereichen variiert werden. In einer besonderen Ausführungsform ist das Verhältnis von (a) zu (b) im Bereich von 1 : 4 bis 4 : 1.
  • Der Gewichtsanteil des Polymers an der Gesamtmenge des aktiven Materials bewegt sich im Bereich von 0 bis 70 Gew.-%.
  • In einer besonderen Ausführungsform liegt der Gewichtsanteil des Polymers an der Gesamtmenge des aktiven Materials im Bereich von 25 bis 60 Gew.-%.
  • Das gegebenenfalls verwendete Polymer dient vorzugsweise als filmbindendes Trägermaterial und ist für die Aktivität des aktiven Materials nicht von entscheidender Bedeutung. Im Allgemeinen kann jedes Polymer verwendet werden, das elektronisch isolierende Eigenschaften hat und mit den Komponenten (a) und (b) kompatibel ist.
  • Besonders bevorzugte Polymere sind zum Beispiel Polyether, Polyacrylate, Polyethersulfon, Polyethersulfid, Polyetherketon, Polychinoline, Polychinoxaline sowie Polybenzoxazole, Polybenzimidazole oder Polyimide bzw. deren Vorstufen.
  • Das Polymer kann entweder als Homopolymer oder als Copolymer mit weiteren polymerisierbaren Wiederholungseinheiten ausgebildet sein. Das Polymer kann alleine oder als Mischung von verschiedenen Polymeren vorliegen.
  • Das Substrat auf dem die Elektroden aufgebracht worden sind bzw. in dem die Elektroden eingearbeitet wurden, kann Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid sein oder ein beliebiges Material, das eine beliebige Verbindung von Silizium, Germanium oder Gallium enthält. Des weiteren kann das Substrat auch ein Polymer sein, das heißt Kunststoff, der gefüllt oder ungefüllt ist oder als Formteil oder Folie vorliegt, sowie Keramik, Glas oder Metall sein. Das Substrat kann auch ein bereits prozessiertes Material sein und ein bis mehrere Lagen aus Kontakten, Leiterbahnen, Isolierschichten und weiteren mikroelektronischen Bauteilen enthalten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat Silizium, das bereits entsprechend Front-End-Off-Line (FEOL) prozessiert ist, das heißt bereits elektrische Bauteile wie Transistoren, Kondensatoren etc. – gefertigt und Siliziumtechnik – enthält. Zwischen dem Substrat und der nächsten Elektrode befindet sich vorzugsweise eine Isolierschicht, insbesondere dann, wenn das Substrat elektrisch leitend ist. Jedoch können auch zwischen dem Substrat und der nächsten Elektrode mehrere Schichten vorhanden sein.
  • Das Substrat kann als Trägermaterial dienen oder aber eine elektrische Funktion (Auswertung, Steuerung) erfüllen. Für den letztgenannten Fall gibt es elektrische Kontakte zwischen dem Substrat und den Elektroden, die auf das Substrat aufgebracht werden. Diese elektrischen Kontakte sind beispielsweise mit einem elektrischen Leiter gefüllte Kontaktlöcher (Vias). Es ist jedoch möglich, dass die Kontakte von unteren in die oberen Lagen, durch Metallisierung in den Randbereichen des Substrats bzw. der Chips erfolgen.
  • Die erfindungsgemäße aktive Schicht ist kompatibel mit einer Vielzahl der in der Mikroelektronik herkömmlich verwendeten Elektroden. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Cu, Al, AlCu, AlSiCu, Ti, TiN, Ta, TaN, W, TiW, TaW, WN, WCN sowie gängige Kombinationen dieser Elektroden. Weiterhin können, in Kombination mit den oben genannten Schichten bzw. Materialien auch dünne Schichten aus Silizium, Titansiliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbonitrid vorhanden sein.
  • Die Abkürzungen, wie zum Beispiel TiN geben keine exakten stöchiometrischen Verhältnisse wieder, da das Verhältnis der Komponenten in möglichen Grenzen beliebig geändert werden kann.
  • Zur Abscheidung der oben genannten Elektrodenschichten sind verschiedene Verfahren geeignet. Diese können zum Beispiel PVD, CVD, PECVD, Aufdampfen, Electro-Platting, Electroless-Platting oder Atomic Layer Deposition (ALCVD) sein. Jedoch sind die Methoden nicht auf diese beschränkt und alle in der Mikroelektronik verwendeten Verfahren zur Herstellung von Elektroden können prinzipiell verwendet werden.
  • Die Abscheidung der Elektrode kann aus der Gasphase oder aus Lösung erfolgen.
  • Die Elektroden können mittels verschiedenen gängigen Techniken strukturiert werden. Die Strukturierung kann zum Beispiel mittels Lochmasken, Drucktechniken oder Lithografie erfolgen. Als Drucktechniken sind insbesondere Siebdruck, Mikrokontaktdrucken oder Nanoimprinting besonders bevorzugt.
  • Die Elektroden können aber auch zum Beispiel mittels der so genannten Damascene-Technik strukturiert werden. Hierzu wird beispielsweise eine über dem Substrat liegende Isolierschicht (vorzugsweise aus Siliziumoxid) durch Lithografie und Ätzung strukturiert. Nach dem Strippen des Fotolacks wird die Elektrodenschicht abgeschieden, so dass sie während der Strukturierung entstandenen Gräben oder Löcher in der Isolierschicht vollständig mit den Elektrodenmaterialien gefüllt sind. An schließend wird ein Teil dieser Materialien, der oberhalb der Oberfläche der Isolierschicht steht, zurückgeschliffen. Der Schleifprozess kann mittels der so genannten CMP-Technik erfolgen (chemisch-mechanische Planarisierung). Es entstehen dabei beispielsweise Leiterbahnen und/oder Kontaktlöcher, die mit den Elektrodenmaterialien gefüllt und in die Isolierschicht eingebettet sind, so dass sie die gleiche Höhe haben wie die Isolierschicht.
  • Nachdem das aktive Material auf die Elektrode abgeschieden wird, kann die obere Elektrode genauso wie die untere erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die oberen Leiterbahnen quer zu den unteren Leiterbahnen angeordnet. Somit entsteht an jedem Kreuzpunkt der oberen Elektrode mit der unteren Elektrode eine so genannte Crosspoint-Zelle, die aus drei Schichten, nämlich untere Elektrode, aktives Material und obere Elektrode besteht.
  • Die laterale Geometrie der Zelle ist nicht auf die oben genannte Crosspoint-Anordnung beschränkt, da aber die Crosspoint-Anordnung eine sehr hohe Integrationsdichte ermöglicht, ist sie für die vorliegende Erfindung bevorzugt.
  • Die oben beschriebenen Sandwichstrukturen der Speicherzellen bestehend aus zwei Elektroden und der dazwischen liegenden Schicht aus dem aktiven Material, kann nicht nur einmal sondern auch mehrere Male in übereinander gestapelter Form auf das Substrat aufgebracht werden. Dabei entstehen mehrere Ebenen für die Speicherzellen, wobei jede Ebene aus zwei Elektroden und der dazwischen liegenden Schicht aus dem aktiven Material besteht. Natürlich können auch mehrere Zellen in einer Ebene sein (cell array). Die verschiedenen Ebenen können mit einem Isolator voneinander getrennt sind oder es ist auch möglich, dass für zwei übereinander liegende Ebenen nicht vier, sondern nur drei Elektroden verwendet werden, da sie (mittlere Elektrode) als obere Elektrode für die untere Ebene und als untere Elektrode für die obere Ebene dienen kann.
  • Das aktive Material kann zum Beispiel durch Herstellung einer Lösung, die die Komponenten (a) und (b) enthält und gegebenenfalls ein Polymer auf die Elektrode aufgebracht werden. Als Lösungsmittel eignen sich beispielsweise n-Methylpyrrolidon, γ-Butarolacton, Methoxypropylacetat, Ethoxyethylacetat, Cyclohexanon, Cyclopentanon, Ether des Ethylenglykols wie Diethylenglykoldiethylether, Ethoxyethylpropionat, oder Ethyllactat. Als Lösungsmittel kann auch eine Mischung der oben genannten Lösungsmittel mit gegebenenfalls weiteren Lösungsmitteln verwendet werden. Die Formulierung kann auch Additive wie zum Beispiel Haftvermittler (zum Beispiel Silane) enthalten.
  • Das aktive Material kann aber auch mittels Vakuumbedampfung erfolgen. Hierzu werden gleichzeitig die Komponenten (a) und (b) (Coverdampfung) auf die Elektrode abgeschieden oder die Komponenten werden direkt hintereinander aufgebracht und bilden somit die aktive Schicht ohne Polymer.
  • Nach Spincoating oder Vakuumbedampfung erfolgt jeweils ein Temperschritt, zum Beispiel auf einer Heizplatte (hot plate) oder in einem Ofen, um den Film zu trocknen oder gegebenenfalls die Reaktion zu vervollständigen, insbesondere dann, wenn die Komponenten (a) und (b) auf die Elektrode mittels Vakuumbedampfung abgeschieden werden. Im Falle der Vakuumbedampfung kann die Temperaturbehandlung aber auch in der Vakuumkammer durchgeführt werden oder gar ausgelassen werden.
  • Die Stärke der Schicht, die das aktive Material enthält, bewegt sich im Bereich von vorzugsweise zwischen 20 und 2000 nm, wobei der Bereich zwischen 20 und 200 nm besonders bevorzugt ist.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle sind, dass die Schicht mit sehr kleinen Spannungen, die vorzugsweise weniger als ein Volt betragen, schaltbar ist, was mit den zukünftigen Speicherdesigns kompatibel ist und nur einen geringen Energieverbrauch ermöglicht.
  • Der weitere Vorteil ist, dass der Aufbau der Zelle sehr einfach ist, so dass die Herstellung kostengünstig erfolgen kann. Die Zelle weist eine reversible, reproduzierbare Schaltbarkeit unter verschiedenen Bedingungen wie zum Beispiel in Gegenwart von Luft und Feuchte und in einem breiten Temperaturbereich auf.
  • Die Haftung der Schicht auf den Elektroden ist hervorragend und das Verhältnis des Zustands mit höherem Widerstand zum Zustand des niedrigem Widerstands höher als 10. Die Herstellung kann mittels gängigen lithografischen Prozessen erfolgen, da die aktive Schicht mit einer Vielzahl von Prozessen kompatibel ist. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Zelle ist es, dass die aktive Schicht mit gängigen Elektroden kompatibel ist. Die aktive Schicht ist mit den Elektroden und Elektrodenkombinationen, die in der Mikroelektronik eingesetzt werden, schaltbar und es ist hervorzuheben, dass die Schaltbarkeit insbesondere mit Kupfer sehr zuverlässig ist. Das ist deswegen wichtig, da Kupfer im Vergleich zu den anderen elektrischen Leitern, die standardmäßig in der Elektronik verwendet werden, den geringsten elektrischen Widerstand aufweist. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Zelle wird anhand von Beispielen näher erörtert.
    •
  • Beispiel 1: Herstellung der unteren Elektrode
  • Auf einem Siliziumwafer mit isolierender SiO oder SiN Oberfläche wird über ein Aufdampfverfahren im Hochvakuum oder durch ein Sputterverfahren das Metall der unteren Elektrode (Bottom Elektrode) aufgebracht. Als Metalle können alle in der Mikroelektronik relevanten Metalle wie z.B. Kupfer, Aluminium, Gold, Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid oder Tantalnitrid verwendet werden. Die Strukturierung der Metalle kann entweder durch Aufbringung der Metalle über Schattenmasken erfolgen oder durch lithographische Strukturierung mit anschließender Ätzung der vollflächig aufgebrachten Metalle nach bekannten Verfahren.
  • Beispiel 2: Herstellung von Polymerlösungen
  • 25 g Polyether, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyimid, Polybenzoxazol, Polybenzimidazol oder Polymethacrylat werden mit 2,27 g Dichlor-dicyan-p-benzochinon und 8,11 g Hexakisbenzylthiobenzol in 70 g dest. N-Methylpyrrolidon oder dest. γ-Butyrolacton gelöst. Der Lösevorgang erfolgt zweckmäßig auf einer Rüttelapparatur bei Raumtemperatur. Anschließend wird die Lösung durch einen 0.2 μm Filter in ein gereinigtes, partikelfreies Probenglas druckfiltriert. Die Viskosität der Polymerlösung kann durch Variation der gelösten Masse an Polymer verändert werden.
  • Beispiel 3: Herstellung von Polymerlösungen
  • 20 g Polyether, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyimid, Polybenzoxazol, Polybenzimidazol oder Polymethacrylat werden mit 2,27 g Dichlor-dicyan-p-benzochinon und 4,07 g Hexakisbenzylthiobenzol in 60 g dest. N-Methylpyrrolidon oder dest. γ-Butyrolacton gelöst. Der Lösevorgang erfolgt zweckmäßig auf einer Rüttelapparatur bei Raumtemperatur. Anschließend wird die Lösung durch einen 0.2 μm Filter in ein gereinigtes, partikelfreies Probenglas druckfiltriert. Die Viskosität der Polymerlösung kann durch Variation der gelösten Masse an Polymer verändert werden.
  • Beispiel 4: Herstellung von Polymerlösungen
  • 10 g Polyether, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyimid, Polybenzoxazol, Polybenzimidazol oder Polymethacrylat werden mit 1,15 g Dichlor-dicyan-p-benzochinon und 5 g Hexakisbenzylthiobenzol in 50 g dest. N-Methylpyrrolidon oder dest. γ-Butyrolacton gelöst. Der Lösevorgang erfolgt zweckmäßig auf einer Rüttelapparatur bei Raumtemperatur. Anschließend wird die Lösung durch einen 0.2 μm Filter in ein gereinigtes, partikelfreies Probenglas druckfiltriert. Die Viskosität der Polymerlösung kann durch Variation der gelösten Masse an Polymer verändert werden.
  • Beispiel 5: Verbesserung der Haftung durch Haftvermittlerlösungen
  • Durch Verwendung von Haftvermittlern kann die Haftung der Polymere auf in der Mikroelektronik relevanten Oberflächen wie z. B. Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tantalnitrid, Tantal, Kupfer, Aluminium, Titan oder Titannitrid verbessert werden.
  • Als Haftvermittler können z. B. folgende Verbindungen verwendet werden:
  • Figure 00130001
  • 0,5 g Haftvermittler (z.B. N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan) werden in ein gereinigtes, partikelfreies Probenglas bei Raumtemperatur in 95 g Methanol, Ethanol oder Isopropanol und 5 g VE Wasser gelöst. Nach 24 h stehen bei Raumtemperatur ist die Haftvermittlerlösung einsatzbereit. Diese Lösung ist maximal 3 Wochen verwendbar. Der Haftvermittler soll eine monomolekulare Schicht auf der Oberfläche ergeben. Der Haftvermittler kann zweckmäßigerweise durch Schleudertechnik aufgetragen werden. Dazu wird die Haftvermittlerlösung über ein 0,2 μm Vorfilter aufgetragen und 30 s bei 5000 μ/min geschleudert. Anschließend erfolgt ein Trocknungsschritt 60 s bei 100°C.
  • Beispiel 6: Auftragen eines Polymers durch Schleuderverfahren
  • Auf den nach Beispiel 1 prozessierten Siliziumwafer oder eventuell nach Beispiel 5 vorbehandelten prozessierten Siliziumwafer wird die filtrierte Lösung des Polymers nach Beispiel 2 bis 4 mittels einer Spritze auf den Wafer aufgetragen und mit einer Schleuder gleichmäßig verteilt. Die Schichtdicke sollte im Bereich von 50–500 nm liegen. Anschließend wird das Polymer auf einer Heizplatte für 1 min. bei 120°C und für 4 min. auf 200°C erhitzt.
  • Beispiel 7: Aufdampfen der aktiven Komponenten
  • Neben dem Verfahren des Schleudern der gelösten aktiven Komponenten (Donor und Akzeptor) in einem Polymer können die Komponenten Hexakisbenzylthiobenzol und Dichlor-dicyan-p-benzochinon auch durch das allgemein bekannte Verfahren der Co-Verdampfung aufgetragen werden. Auf den nach Beispiel 1 prozessierten Siliziumwafer werden die zwei Komponenten Hexakisbenzylthiobenzol und Dichlor-dicyan-p-benzochinon möglichst in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 bis zu einer Schichtdicke von 10–300 nm co-verdampft. Der Wafer sollte dabei auf 10–30°C gekühlt werden.
  • Beispiel 8: Herstellung der Top-Elektrode über eine Schattenmaske
  • Auf den nach Beispiel 6 oder 7-prozessierten Siliziumwafer wird über eine Schattenmaske das Metall der Top-Elektrode durch ein Aufdampfverfahren im Hochvakuum oder durch ein Sputterverfahren aufgebracht. Als Metalle können alle in der Mikroelektronik relevanten Metalle wie z.B. Kupfer, Aluminium, Gold, Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid oder Tantalnitrid verwendet werden.
  • Beispiel 9: Herstellung der Top-Elektrode durch einen lithographischen Prozess
  • Auf den nach Beispiel 6 oder 7 prozessierten Siliziumwafer wird das Metall der Top-Elektrode durch ein Aufdampfverfahren im Hochvakuum oder durch ein Sputterverfahren vollflächig aufgebracht. Als Metalle können alle in der Mikroelektronik relevanten Metalle wie z.B. Kupfer, Aluminium, Gold, Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid oder Tantalnitrid verwendet werden. Zur Strukturierung der Top-Elektrode wird durch ein Spin-On Verfahren ein Photolack auf das Metall gebracht, belichtet und strukturiert. Anschließend wird das nicht mit dem Photolack bedeckte Metall mit einer Ätze nach bekannten Verfahren entfernt. Der noch vorhandene Photolack wird mit einem geeigneten Stripper entfernt.
  • Beispiel 10: Herstellung der Top-Elektrode durch ein Lift-Off Verfahren
  • Auf den nach Beispiel 6 oder 7 prozessierten Siliziumwafer wird eine Photolack nach bekannten Verfahren aufgebracht, belichtet und strukturiert. Anschließend wird das Metall der Top-Elektrode durch ein Aufdampfverfahren im Hochvakuum oder durch ein Sputterverfahren vollflächig aufgebracht. Als Metalle können alle in der Mikroelektronik relevanten Metalle wie z.B. Kupfer, Aluminium, Gold, Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid oder Tantalnitrid verwendet werden. Durch einen Lift-Off Prozess wird der Photolack und das auf ihm haftende Metall entfernt.
  • Beispiel 11: Messung I(U) Charakteristik
  • Die Messung der I(U) Charakteristik erfolgt nach folgendem Schaltschema:
  • Figure 00160001
  • Die Zellen zeigen folgende typische I(U) Charakteristik:
  • Figure 00170001
  • Die Zellen schalten von einem hochohmigen Zustand bei ca. –0,6 V an in einen stabilen niederohmigen Zustand und bei +0,2 V wieder zurück in einen stabilen hochohmigen Zustand. Diese beiden resistiv unterschiedlichen Zustände sind auch im spannungslosen Fall stabil.

Claims (14)

  1. Speicherzelle mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode und einer aktiven Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei die aktive Schicht folgende Komponenten aufweist: (a) Hexakisbenzylthiobenzol (b) Dichlor-dicyan-p-benzochinon; und gegebenenfalls (c) ein Polymer.
  2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Komponenten (a) : Komponente (b) von 1 : 4 bis 4 : 1 beträgt.
  3. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Polymers an der Gesamtmenge des aktiven Materials im Bereich zwischen 0 bis 70 Gew.-% beträgt.
  4. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein filmbildendes Trägermaterial ist.
  5. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyether, Polyacrylat, Polyethersulfon, Polyethersulfid, Polyetherketon, Polyphinolin, Polychinoxalin, Polybenzoxazol, Polybenzimidazol oder Polyimid.
  6. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle auf ein Substrat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, eine beliebige Verbindung von Silizium, Germanium oder Gallium, ein Polymer, Keramik, Glas oder Metall aufgebracht ist.
  7. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der aktiven Schicht zwischen 20 und 2000 nm beträgt.
  8. Speicherzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der aktiven Schicht zwischen 20 und 200 nm liegt.
  9. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Elektrode aus Kupfer, Aluminium, Aluminiumkupfer, Aluminiumsiliziumkupfer, Titan, Tantal, Wolfram, Titannitrid, TiW, TaW, WN, WCN oder Tantalnitrid sowie deren Kombinationen besteht.
  10. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode um 40° bis 140°, bevorzugt 90°, in Bezug auf die zweite Elektrode verdreht ist.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Substrats; Strukturieren einer ersten Elektrode; Abscheiden einer Schicht, enthaltend die Komponente (a) Hexakisbenzylthiobenzol; (b) Dichlor-dicyan-p-benzochinon; und gegebenenfalls (c) ein Polymer; und (d) Abscheiden einer zweiten Elektrode auf das aktive Material.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung von Komponenten (a) und (b) mittels Vakuumverdampfung erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung des aktiven Materials durch Spincoating einer Lösung enthaltend Komponente (a), (b) und (c) erfolgt.
  14. Verwendung einer Zusammensetzung als aktive Schicht, die folgende Komponenten aufweist: (a) Hexakisbenzylthiobenzol; (b) Dichlor-dicyan-p-benzochinon; und gegebenenfalls (c) ein Polymer, in einer Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10.
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