DE102004004863B4 - Resistiv arbeitende Speicherzelle - Google Patents

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Abstract

Speicherzelle,
– welche als resistiv arbeitende und elektrisch auslesbare Speicherzelle ausgebildet ist,
– mit einer ersten Metallelektrode,
– mit einer zweiten Metallelektrode und
– mit einer aktiven Schicht eines aktiven Materials, die zwischen der ersten Metallelektrode und der zweiten Metallelektrode angeordnet ist,
– wobei die aktive Schicht folgende Komponenten aufweist:
(a) eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
Figure 00000002
– wobei R1 und R4 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -Aryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl, -CS-Alkyl, -CS-Aryl, -CS-Heteroaryl, -Halogen, -CN und/oder -NO2 und
– wobei R1 und R2, R2 und R3, R3 und R4 zusammen einen Ring bilden können,
(b) eine Verbindung
Figure 00000003
– wobei R5 bis R7 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -NH2, -N(Alkyl)2, -N(Aryl)2, -N(Heteroaryl)2, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl,...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine resistiv arbeitende Speicherzelle.
  • 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.
  • 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 Yang 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 ist und dass die aktive Schicht nur mittels Vakuumbedampfung aufgebracht werden kann.
  • Die US 5,144,473 A beschreibt Anzeigeelemente für organische Dünnschichtanzeigen. Dort werden TSF-, also Tetraselenfulvalen-Verbindungen als Donormoleküle im Zusammenhang mit Akzeptormolekülen vom Chinon-Typ auf der Basis von Dicyanonaphtochinonen beschrieben. Es handelt sich aber bei den genannten Gegenständen um Anzeigeelemente, wobei durch die Wahl der Donormoleküle und Akzeptormoleküle eine entsprechende Farbgebung über die Modifikation der entsprechenden Absorbtionsspektren erreicht werden soll, und zwar insbesondere in feldstärkeabhängiger Art und Weise. Die entsprechenden Anordnungen beziehen sich ausschließlich auf Schichtanordnungen für Anzeigeelemente.
  • Die US 5,849,403 A betrifft eine organische Dünnschichteinrichtung unter Verwendung gemischt und stapelartig angeordneter Ladungstransferkomplexe aus einer Mehrzahl Donormoleküle und einer Mehrzahl Akzeptormoleküle zur Ausbildung von Mischkristallen. Auch hier ist die gemeinsame Verwendung von Tetraselenfulvalen-Verbindung als Donormoleküle mit Naphtochinon-Verbindungen oder Benzochinon-Verbindungen als Akzeptormoleküle beschrieben. Aber auch hier geht es beim Aufbau von Schichtstrukturen um die Anpassung entsprechender Absorbtionsspektren.
  • Die GB 1 600 789 A1 beschreibt eine Anzeigeeinrichtung auf der Grundlage eines elektrochromen optischen Effekts, wobei es darum geht, durch die Kombination elektroaktiver Akzeptormaterialien mit elektro-aktiven Donormaterialien eine elektrisch induzierte Farbreaktion in entsprechenden Materialschichten zu erreichen. Als Akzeptormaterialien kommen hier wieder Benzochinonverbindungen und als Donormaterialien Tetraselenfulvalen-Verbindungen in Frage. Jedoch sind wiederum nur Anzeigeeinrichtungen betroffen.
  • Die EP 0 454 874 A1 betrifft ebenfalls ein organisches Dünnschichtelement, wobei zwischen zwei Elektroden eine organische Dünnschicht mit Ladungstransferkomplexmaterialien vorgesehen ist. Dabei ist es Zielsetzung, die Struktur und/oder die Orientierung der organischen Dünnschicht derart zu steuern, dass sich eine Anwendung als Anzeigeelement anbietet. Die EP 0 454 874 A1 betrifft insbesondere Thia- und/oder Selen-Fulvalenyl-Verbindungen und entsprechende elektrochemische leitfähige Komplexe, die diese neue Verbindung als einen Elektronendonor enthalten. Damit wird eine Verbindungsklasse bereitgestellt, die besonders geeignete Elektronendonoreigenschaften aufweist, wobei gleichzeitig eine besonders hohe thermische Stabilität und eine elektrische Leitfähigkeit erreicht werden können.
  • Aus der US 5,151,528 ist ein Ladungsübertragungskomplex zwischen einem Derivat des Benzochinons und einem Elektronendonor sowie ein entsprechender Herstellungsprozess bekannt. Es geht dabei um die Fortbildung so genannter organischer elektrofotografischer Materialien, wobei insbesondere bestimmte Herstellungsverfahren im Sinne einer Organosynthese vorgestellt werden.
  • Aus dem wissenschaftlichen Artikel "Journal of Solid State Chemistry 168, Seite 486–496 aus dem Jahre 2002 sind komplex bildende Verbindungen auf der Grundlage so genannter Hexamethylentetratellurfulvalene HMTTeF bekannt, die über ihre Elektronenakzeptorfähigkeiten als Ladungsübertragungskomplexe fungieren können.
    •
  • 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 ist es, neue aktive Materialien vorzuschlagen, die in den Speicherzellen verwendet werden können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Speicherzelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
    •
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Speicherzelle,
    • – welche als resistiv arbeitende und elektrisch auslesbare Speicherzelle ausgebildet ist,
    • – mit einer ersten Metallelektrode,
    • – mit einer zweiten Metallelektrode und
    • – mit einer aktiven Schicht eines aktiven Materials, die zwischen der ersten Metallelektrode und der zweiten Metallelektrode angeordnet ist,
    • – wobei die aktive Schicht folgende Komponenten aufweist:
    • (a) eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
      Figure 00050001
      Figure 00060001
    • – wobei R1 und R4 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -Aryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl, -CS-Alkyl, -CS-Aryl, -CS-Heteroaryl, -Halogen, -CN und/oder -NO2 und
    • – wobei R1 und R2, R2 und R3, R3 und R4 zusammen ein Ring bilden können,
    • (b) eine Verbindung
      Figure 00060002
    • – wobei R5 bis R7 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -NH2, -N(Alkyl)2, -N(Aryl)2, -N(Heteroaryl)2, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl, -CS-Alkyl, -CS-Aryl, -CS-Heteroaryl, -Halogen, -CN und/oder -NO2 und
    • – wobei R5 und R6 bzw. R7 und R8 jeweils zusammen ein Ring bilden können, und
    • (c) ein Polymer, in denen die Verbindungen der allgemeinen Formeln Ia oder Ib und II gelöst vorliegen.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Zellenaufbaus sind reversible Schaltbarkeit, ein Verhältnis zwischen den ON- und OFF-Widerständen von 40 oder höher, nicht destruktives Lesen, da keine Notwendigkeit des Wiederbeschreibens nach dem Lesen besteht, nichtflüchtige Informationsspeicherung, Funktionalität 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 5:1 bis 1:5
  • Der Gewichtsanteil des Polymers an der Gesamtmenge des aktiven Materials bewegt sich im Bereich von 0 bis 80 Gew.-% In einer besonderen Ausführungsform liegt der Gewichtsanteil des Polymers an der Gesamtmenge des aktiven Materials im Bereich von 40 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 elektrisch isolierende Eigenschaften hat und mit den Komponenten (a) und (b) kompatibel ist.
  • Besonders bevorzugte Polymere sind zum Beispiel Polyether, Polyacrylate, Polyethersulfone, Polyethersulfide, Polyetherketone, Polychinoline, Polychinoxaline, 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 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. Anschließend 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 sein 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 mittels Spinncoating auf die Elektrode aufgebracht werden. Als Lösungsmittel eignen sich beispielsweise N-Methylpyrrolidon, γ-Butyrolacton, Methoxypropylacetat, Ethoxyethylacetat, Cyclohexanon, Cyclopentanon, Ether des Ethylenglykols wie Diethylenglykoldiethylether, Ethoxye thylpropionat, 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 werden das Substrat behandelt, 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 der Aufbau der Zelle sehr einfach ist, so dass die Herstellung kostengünstig erfolgen kann. Für die erfindungsgemäße Zelle sind lediglich zwei Elektroden und eine dazwischen liegende aktive Schicht notwendig. Die Zelle weist eine reversible, reprodu zierbare Schaltbarkeit unter verschiedenen Bedingungen wie zum Beispiel in Gegenwart von Luft und Feuchte und in einem breiten Temperaturbereich auf.
  • Die aktive Schicht kann mittels linienkompatibler Techniken wie Spinncoating oder Bedampfen aufgebracht werden, ohne dass dafür Sondertechniken notwendig sind.
  • Die Haftung der Schicht auf den Elektroden ist hervorragend und das Verhältnis des Zustands mit niedrigem Widerstand zum Zustand des höheren Widerstands höher als 40 beträgt.
  • 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 4,07 g Tetraselenafulvalen in 70 g dest. N-Methylpyrrolidon (VLSI-Selectipur®) oder dest. γ-Butyrolacton (VLSI-Selectipur®) 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 4,63 g Tetramethyltetraselenafulvalen in 60 g dest. N-Methylpyrrolidon (VLSI-Selectipur®) oder dest. γ-Butyrolacton (VLSI-Selectipur®) 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 1,04 g Tetracyano-p-benzochinon und 2,32 g Tetramethyltetraselenafulvalen in 50 g dest. N-Methylpyrrolidon (VLSI-Selectipur®) oder dest. γ-Butyrolacton (VLSI-Selectipur®) 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 00160001
  • 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 (VLSI-Selectipur®) 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 u/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 Bei spiel 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 der allgemeinen Formeln Ia oder Ib und der allgemeine Formel II auch durch das allgemein bekannte Verfahren der Co-Verdampfung aufgetragen werden. Auf den nach Beispiel 1 prozessierten Siliziumwafer werden die zwei Komponenten der allgemeinen Formeln Ia oder Ib und der allgemeine Formel II 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 dem Schaltschema, das in 1 dargestellt ist.
  • Für die Messung wurde das SourceMeter Series 2400 der Firma Keithley verwendet. Die Zellen zeigen ein typische I(U) Charakteristik, wie sie in 2 dargestellt ist.
  • Die Zellen schalten von einem hochohmigen Zustand bei ca. –4,2 V an in einen stabilen niederohmigen Zustand und bei +6 V wieder zurück in einen stabilen hochohmigen Zustand. Diese beiden resistiv unterschiedlichen Zustände sind auch im spannungslosen Fall stabil.

Claims (10)

  1. Speicherzelle, – welche als resistiv arbeitende und elektrisch auslesbare Speicherzelle ausgebildet ist, – mit einer ersten Metallelektrode, – mit einer zweiten Metallelektrode und – mit einer aktiven Schicht eines aktiven Materials, die zwischen der ersten Metallelektrode und der zweiten Metallelektrode angeordnet ist, – wobei die aktive Schicht folgende Komponenten aufweist: (a) eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
    Figure 00200001
    – wobei R1 und R4 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -Aryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl, -CS-Alkyl, -CS-Aryl, -CS-Heteroaryl, -Halogen, -CN und/oder -NO2 und – wobei R1 und R2, R2 und R3, R3 und R4 zusammen einen Ring bilden können, (b) eine Verbindung
    Figure 00210001
    – wobei R5 bis R7 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben können: -H, -Alkyl, -Aryl, -Heteroaryl, -O-Alkyl, -O-Aryl, -O-Heteroaryl, -NH2, -N(Alkyl)2, -N(Aryl)2, -N(Heteroaryl)2, -SH, -S-Alkyl, -S-Aryl, -S-Heteroaryl, -CO-Alkyl, -CO-Aryl, -CO-Heteroaryl, -CS-Alkyl, -CS-Aryl, -CS-Heteroaryl, -Halogen, -CN und/oder -NO2 und – wobei R5 und R6 bzw. R7 und R8 jeweils zusammen einen Ring bilden können, und (c) ein Polymer, in denen die Verbindungen der allgemeinen Formeln Ia oder Ib und II gelöst vorliegen.
  2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Komponenten (a) zur Komponente (b) von 5:1 bis 1:5 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 80 Gewichtsprozent beträgt.
  4. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Film bildendes Trägermaterial ist.
  5. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyether, Polyethersulfone, Polyacrylate, Polyethersulfide, Polyetherketone, Polychinoline, Polychinoxaline, Polybenzoxazole, Polybenzimidazole oder Polyimide.
  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 des aktiven Materials zwischen 20 und 2000 nm beträgt.
  8. Speicherzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des aktiven Materials zwischen 20 und 200 nm liegt.
  9. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Metallelektrode 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 Metallelektrode um 40° bis 140°, bevorzugt 90°, in Bezug auf die zweite Metallelektrode verdreht ist.
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