DE102004014965B4 - Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle (10),
bei welchem als Speicherelement (11) zwischen einer unteren und einer oberen Elektrode (14, 18) ein durch Einbringen mindestens einer Spezies aktivierter Bereich (16') einer Festkörperelektrolyt-Schicht (16) vorgesehen wird und
bei welchem das geometrische Ausgestalten des Speicherelements (11) und des aktivierten Bereichs (16') der Festkörperelektrolyt-Schicht (16) durch das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen die Festkörperelektrolyt-Schicht (16) aktivierenden Spezies in die unstrukturierte Festkörperelektrolyt-Schicht (16) erfolgt und die Festkörperelektrolyt-Schicht nicht strukturiert wird.

Description

  • Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle.
  • Beim Herstellen von nichtflüchtigen Speicherzellen wird bei manchen Typen ein Speicherelement dadurch ausgebildet, dass in einen Festkörperelektrolyten mindestens eine Spezies eingebracht wird, wodurch im Festkörperelektrolyten in dem Bereich, in welchem die mindestens eine Spezies eingebracht wird, ein aktivierter Bereich entsteht, der als eigentliches Speicherelement verwendet werden kann und verwendet wird.
  • Problematisch ist dabei, dass bei herkömmlichen Herstellungsverfahren das Material des Festkörperelektrolyten selbst zunächst abgeschieden, dann aktiviert und dann auch strukturiert wird. Im Rahmen der Herstellungsschritte beim Strukturieren des Materials des aktivierten Festkörperelektrolyten sowie bei nachfolgenden Weiterverarbeitungsschritten, insbesondere beim Polieren, können jedoch unerwünschte Veränderungen des Materials des aktivierten Festkörperelektrolyten oder gar Schädigungen dieses Materials entstehen, zum Beispiel durch Verunreinigungen, durch induzierte Randeffekte oder Kanteneffekte und dergleichen.
  • Dieses Problem tritt beim Strukturieren des aktivierten Festkörperelektrolyten und beim Strukturieren des nicht aktivierten Festkörperelektrolyten auf.
  • Darüber hinaus sind die Fülleigenschaften bekannter Abscheideprozesse von Materialien für Festkörperelektrolyten nicht geeignet, besonders klein ausgebildete Strukturen, wie Ausnehmungen oder dergleichen zu verfüllen, um eine möglichst hohe Integrationsdichte zu erreichen.
  • Die US 2003/0049912 A1 betrifft ein Verfahren zum Ausbilden programmierbarer Speicherzellen auf der Grundlage von Chalcogenidmaterialien. Gezeigt wird die Ausbildung eines Chalcogenidmaterials in einem Isolationsbereich. Unterhalb des Chalcogenidmaterials befindet sich in einem Durchkontaktierungsloch eine erste Elektrode. Vorgesehen ist ein Anreicherungsprozess im Übergang zwischen zwei Herstellungszuständen unter Verwendung einer Bestrahlung. Zur Füllung des Durchkontaktierungslochs findet ein Füllen durch Abscheiden und CMP statt.
  • Die US 2002/0123248 A1 betrifft Verfahren zur Dotierung von Chalcogenidmaterialien mit Metallen. Vorgesehen wird dabei ein Reservoirbereich, der auf einer vorgegebenen Struktur abgeschieden und strukturiert wird. Über dem Reservoir wird dann ein Chalcogenidmaterial konform abgeschieden, so dass das Reservoir darin eingebettet vorliegt. Dabei wird nach der Aktivierung das Chalcogenidmaterial lateral strukturiert und zwar zur räumlichen Abgrenzung oder Begrenzung des Speicherelements, jeweils gefolgt von einer Einbettung in einem Isolationsmaterial.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle anzugeben, bei welchem eine möglichst hohe Integrationsdichte der auszubildenden Speicherzelle ohne Schädigungen des vorgesehenen aktivierten Festkörperelektrolytmaterials erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
  • Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle, bei welchem als Speicherelement zwischen einer unteren und einer oberen Elektrode ein durch Einbringen mindestens einer Spezies aktivierter Bereich einer Festkörperelektrolyt-Schicht vorgesehen wird und bei welchem das geometrische Ausgestalten des Speicherelements und des aktivierten Bereichs der Festkörperelektrolyt-Schicht durch das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen die Festkörperelektrolyt-Schicht aktivierenden Spezies in die unstrukturierte Festkörperelektrolyt-Schicht erfolgt und die Festkörperelektrolyt-Schicht nicht strukturiert wird.
  • Es ist somit eine Idee, das geometrische Ausgestalten und/oder das Strukturieren des Speicherelements selbst, zum Beispiel zum Erzielen einer möglichst hohen Integrationsdichte, durch geeignetes räumliches Beschränken der Ausdehnung des Speicherelements, dadurch zu erreichen, dass entsprechend das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen den Festkörperelektrolyten aktivierenden Spezies gewählt und realisiert wird.
  • Im Gegensatz zu Verfahren aus dem Stand der Technik entfallen somit diejenigen Verfahrensschritte, die ein räumliches Partitionieren des Speicherelements und des damit in Zusammenhang stehenden aktivierten Bereichs des Festkörperelektrolyten in materieller Hinsicht vorsehen. Insbesondere können somit bestimmte Strukturierungsschritte, Ätzschritte und Polierschritte entfallen, die beim Stand der Technik zu den oben bereits erwähnten Nachteilen führen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Einbringen der mindestens einen Spezies durch Diffundieren, Implantieren, insbesondere maskiert, und/oder durch Legieren erfolgt, wobei sich insbesondere ein thermisches Annealen und/oder thermisches Aktivieren anschließt.
  • Vorzugsweise wird das Diffundieren der mindestens einen Spezies aus einem primären Reservoir oder aus einem Teil davon heraus realisiert.
  • Entsprechend ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle möglich, das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen den Festkörperelektrolyten aktivierenden Spezies über das geometrische Ausgestalten des Diffundierens und/oder über das geometrische Ausgestalten des primären Reservoirs oder des mit dem Festkörperelektrolyten in Kontakt stehenden Bereichs oder Teils des primären Reservoirs zu realisieren.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Diffundieren durch Bestrahlen mit Strahlung und/oder thermisch initiiert und/oder unterhalten wird, insbesondere durch Bestrahlen bzw. thermisches Behandeln des primären Reservoirs.
  • Dabei kann als das Diffundieren initiierende und/oder unterhaltende Strahlung elektromagnetische Strahlung, Teilchenstrahlung, Elektronenstrahlung und/oder Neutronenstrahlung verwendet werden.
  • Ferner ist es dabei von Vorteil, wenn als das Diffundieren initiierende und/oder unterhaltende Strahlung UV-Strahlung verwendet wird.
  • Dabei ist es insbesondere denkbar, dass das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen den Festkörperelektrolyten aktivierenden Spezies über das geometrische Ausgestalten des Bestrahlens selbst, der Strahlung und/oder der Strahlungsquelle erfolgt.
  • Bei einer anderen Alternative oder einer zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das geometrische Ausgestalten des Einbringens der min destens den Festkörperelektrolyten aktivierenden Spezies über das Vorsehen und das geeignete Strukturieren eines Maskenbereichs erfolgt.
  • Zum Beispiel kann auf diese Art und Weise die räumliche Ausdehnung des bestrahlten Bereichs des primären Reservoirs durch Beschränkung des Strahlungsbündels erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann durch den Maskenbereich auch derjenige Bereich des Festkörperelektrolyten definiert werden, der in Kontakt gebracht wird mit dem Material des primären Reservoirs der mindestens einen den Festkörperelektrolyten aktivierenden Spezies.
  • Es ist bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass das Speicherelement im Wesentlichen zwischen einer ersten oder unteren Elektrodeneinrichtung oder einem ersten oder unteren Elektrodenbereich und einer zweiten oder oberen Elektrodeneinrichtung oder einem zweiten oder oberen Elektrodenbereich und/oder seitlich oder lateral davon ausgebildet wird.
  • Bei einer anderen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle ist es vorgesehen,
    • – dass zunächst ein Träger mit einem Oberflächenbereich bereitgestellt und/oder ausgebildet wird,
    • – dass auf dem Oberflächenbereich des Trägers in im Wesentlichen elektrisch isolierter Form eine erste oder untere Elektrodeneinrichtung mit einem Oberflächenbereich ausgebildet wird,
    • – dass dann auf dem Oberflächenbereich der ersten oder unteren Elektrodeneinrichtung ein Festkörperelektrolyt mit einem Oberflächenbereich ausgebildet wird,
    • – dass dann auf dem Oberflächenbereich des Festkörperelektrolyten ein Maskenbereich ausgebildet und strukturiert wird,
    • – dass durch das Strukturieren an definierten Stellen im Maskenbereich Ausnehmungen ausgebildet werden, durch welche der Festkörperelektrolyt mit seinem Oberflächenbereich lo kal in einem Bereich oder in mehreren Bereichen freigelegt wird, an denen ein Speicherelement auszubilden ist,
    • – dass dann auf den freiliegenden Bereichen des Oberflächenbereichs des Festkörperelektrolyten ein primäres Reservoir ausgebildet wird, welches mindestens eine Spezies enthält, durch welche der Festkörperelektrolyt aktiviertar ist,
    • – dass dann oder gleichzeitig mit dem vorangehenden Schritt das Diffundieren der mindestens einen Spezies aus dem primären Reservoir in inhärent lokaler Art und Weise in den Festkörperelektrolyten hinein derart erfolgt,
    • – dass zumindest ein Teil des Festkörperelektrolyten aktiviert und als aktivierter Bereich ausgebildet wird, und
    • – dass dann das primäre Reservoir oder der mit dem Festkörperelektrolyten direkt in Kontakt stehende Bereich davon in elektrischen Kontakt gebracht wird mit einer zweiten oder oberen Elektrodeneinrichtung.
  • Dabei kann es erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass das primäre Reservoir vollständig aufgebraucht wird und dass die zweite oder obere Elektrodeneinrichtung in direkten Kontakt gebracht wird mit dem aktivierten Bereich des Festkörperelektrolyten oder Festkörperelektrolytbereichs.
  • Bei einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass zwischen dem zweiten oder oberen Elektrodenbereich und dem primären Reservoir ein sekundäres Reservoir vorgesehen wird, insbesondere unter Ausbilden und Vorsehen einer ein weiteres Diffundieren der mindestens einen Spezies modulierenden oder unterdrückenden Diffusionsbarriere zwischen dem primären Reservoir und dem sekundären Reservoir und/oder insbesondere im Inneren der Ausnehmung des Maskenbereichs.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass als eine den Festkörperelektrolyten aktivierende Spezies Ionen verwendet wer den. Diese Ionen können insbesondere Silberionen sein, vorzugsweise Silberkationen.
  • Diese und weitere Aspekte werden auch anhand der nachstehenden Bemerkungen weiter erläutert:
    Verwendung kann die Erfindung auch bei der Integration einer nichtflüchtigen Speicherzelle in einen CMOS Prozess finden. Die Speicherzelle wird auch als PMC oder programmable metallization cell bezeichnet, siehe (1), (2), (3).
  • Bislang gibt es auf dem Gebiet noch keine vollständig in einen CMOS-Prozess integrierten Zellen und daher ebenfalls noch keine Produkte auf der PMC-Technologie, siehe (1), (2), (3). Bisher wird für die Zelle das aktive Material, d.h. das Festkörperelektrolytmaterial) in ein geätztes Vialoch abgeschieden, siehe (1), (2), (3). Dabei befindet sich das Vialoch in einem Standarddielektrikum, wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Daran anschließend wird das Festkörperelektrolytmaterial strukturiert, z.B. entweder durch einen geeigneten Ätzprozess oder einen chemischmechanischen Polierprozess, z.B. CMP. Beim Ätzen und/oder beim Polieren kann es jedoch zu unerwünschten Schädigungen des Materials kommen, z.B. durch Verunreinigungen, induzierte Rand/Kanteneffekte etc. Ein weiterer Nachteil kann darin gesehen werden, dass die Fülleigenschaften des Festkörperelektrolytmaterials nicht optimal sind, d.h. es kann zu unerwünschten Voids oder Saumbildungen beim Zuwachsen des vorher geschaffenen Vialochs kommen. Weiterhin müssen die zur kritischen Strukturierung des aktiven Materials erforderlichen Sonderprozesse u.U. erst neu entwickelt bzw. zusätzlich in den CMOS-Prozessfluss eingebracht werden, was zusätzliche Kosten zur Folge hat.
  • Denkbar ist unter anderem ein Integrationsprozess, bei dem das aktive Material, also die Festkörperelektrolytschicht im Speicherzellenfeld oder Array nicht geätzt werden muss. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil einer signifikant erhöhten Skalierbarkeit, da sich die Zelle im Wesentlichen durch die Eindiffusion z.B. des Silbers in die Festkörperelektrolytschicht selbstjustiert ausbildet.
  • Grundlegende Ideen sind dabei unter anderem die Anleitung zur Herstellung einer exzellent skalierbaren PMC Speicherzelle, die Ausbildung einer solchen Speicherzelle durch einen selbstjustierten Diffusionsprozess, bei dem z.B. das Silber als aktivierende Spezies nur in Festkörperelektrolytbereiche eindiffundiert, die direkt unter einem in das Dielektrikum geätzten Loch liegen, die Ausbildung einer PMC-Speicherzelle, bei der das Abscheiden des Festkörperelektrolytmaterials in ein zuvor geätztes Loch vermieden wird, und die Ausbildung einer PMC-Speicherzelle, bei der das Ätzen des Festkörperelektrolytmaterials im Speicherzellenfeld oder Array vermieden wird und daher eine hohe Speicherdichte erreichbar ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
  • 1–8 sind geschnittene Seitenansichten von Zwischenstufen, die bei der Herstellung einer nichtflüchtigen Speicherzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden können.
  • Nachfolgend werden strukturell und/oder funktionell ähnliche, vergleichbare oder äquivalente Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird eine Detailbeschreibung dieser Elemente wiederholt.
  • Die Abfolge der 1 bis 8 zeigt in seitlicher Querschnittsansicht Zwischenstufen, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstel len einer nichtflüchtigen Speicherzelle 10 erreicht werden können.
  • In 1 ist ein Zwischenzustand gezeigt, bei welchem zunächst ein Träger 20 vorgegeben wird. Dieser Träger 20 kann ein Halbleitermaterialbereich sein, der entsprechend vorgefertigt eine zugrunde liegende CMOS-Schaltung in seinem Inneren oder im Oberflächenbereich 20a davon enthält. Auf dem vorhandenen Träger 20 oder Halbleitermaterialbereich 20 mit den bereits vorgefertigten CMOS-Elementen werden dann eine Schicht eines dielektrischen Materials 12, eine Schicht eines ersten oder unteren Elektrodenbereichs 14 sowie eine Schicht eines Festkörperelektrolyten 16 in nicht aktivierter Form ausgebildet. Dabei liegt die dielektrische Schicht 12 auf dem Oberflächenbereich 20a des Trägers 20 auf und besitzt selbst einen Oberflächenbereich 12a. die Schicht der ersten oder unteren Elektrodeneinrichtung 14 oder des ersten oder unteren Elektrodenbereichs 14 liegt auf dem Oberflächenbereich 12a der dielektrischen Schicht 12 auf und besitzt selbst einen Oberflächenbereich 14a, auf welchem die Schicht des Festkörperelektrolyten 16 mit seinem Oberflächenbereich 16a aufgebracht ist.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand, welcher in der 2 dargestellt ist, wird dann auf dem Oberflächenbereich 16a des Festkörperelektrolyten 16 ein Maskenbereich 17 ausgebildet. Dies geschieht in dem Ausführungsbeispiel, welches in den 1 bis 8 dargestellt ist, durch aufeinander folgendes und ganzflächiges Ausbilden einer ersten weiteren Dielektrikumsschicht 17-1 mit einem Oberflächenbereich 17-1a und einem darauf folgenden zweiten weiteren Dielektrikumsbereich 17-2 mit einem Oberflächenbereich 17-2a. Es wird also auf die Anordnung der 1 eine dielektrische Schicht oder eine Kombination mehrerer dielektrischer Schichten aufgebracht, um das Festkörperelektrolytmaterial 16 abzudecken. Das erste Dielektrikum 17-1 kann zum Beispiel ein Siliziumnitrid Si3N4 sein. Das zweite Dielektrikum 17-2 kann zum Beispiel ein Siliziumoxid SiO2 sein. Es sind aber auch andere dielektrische Kombinationen denkbar.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand der 3 wird dann an einer definierten Stelle X im Maskenbereich 17 eine Ausnehmung 17-3 mit einem Wandbereich 17-3w und mit einem Bodenbereich 17-3b geschaffen, durch welche die Position des auszubildenden Speicherelements 11 wiedergegeben wird. Diese Ausnehmung 17-3 kann mittels eines Lithografieprozesses dargestellt werden, wobei in das zweite weitere Dielektrikum 17-2 zum Beispiel Löcher geätzt werden, wobei es dann bei einer vorteilhaften Ausführungsform in Bezug auf das erste weitere Dielektrikum 17-1 zu einer hohen Ätzselektivität derart kommt, dass das erste weitere Dielektrikum 17-1 als Ätzstoppschicht dient und zunächst höchstens zum Teil rückgeätzt wird, so dass der Festkörperelektrolyt 16 bedeckt bleibt.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand der 4 wird dann das verbleibende Material der ersten weiteren Dielektrikumsschicht 17-1 auf dem Grund 17-3b der geschaffenen Ausnehmung 17-3 durch einen geeigneten Prozess entfernt, zum Beispiel durch ein nasschemisches Ätzverfahren, so dass der Festkörperelektrolyt 16 zu einem Teil 16' mit dem Oberflächenbereich 16a' freigelegt wird, und zwar ohne dass die Festkörperelektrolytschicht 16 geschädigt wird oder nennenswert geschädigt wird.
  • Bei der Verwendung einer einzigen Dielektrikumsschicht für den Maskenbereich 17 über dem Festkörperelektrolyten 16 endet die beschriebene Ätzung für die Ausnehmung 17-3 oder die entsprechende Reinigung des Bodenbereichs der Ausnehmung 17-3 durch nasschemisches Ätzen direkt auf der Oberfläche 16a bzw. in eingeschränkter Form 16a' des Festkörperelektrolyten 16.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand der 5 wird dann in konformer Art und Weise eine Schicht 20 für ein primäres Reservoir 20' abgeschieden. In dem in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Prozess wird dabei eine Anodenschicht ausgebildet, die als Ionenspender in Bezug auf das Festkörperelektrolytmaterial 16 dienen kann und zum Beispiel aus Silber, Kupfer oder dergleichen gebildet ist oder diese Materialien enthält. Bei diesem Ausbildungsvorgang in Bezug auf die Schicht 20 des primären Reservoirs 20' werden sowohl die noch bestehenden Oberflächenbereiche 17a des Maskenbereichs 17 als auch die Wände 17-3w und der Bodenbereich 17-3b der Ausnehmung 17-3 und mithin der freigelegte Oberflächenbereich 16a' des Festkörperelektrolyten mit dem Material 20 des primären Reservoirs 20' abgedeckt. Die Schicht 20 des primären Reservoirs 20' muss dünn genug sein, damit sich Transparenz zum Beispiel für UV-Strahlung ergibt, damit an der Grenzfläche 16a' zum Festkörperelektrolyten 16 ein Prozess der so genannten Fotodiffusion aus dem primären Reservoir 20' als Ionenspender angeregt werden kann, wodurch dann eine Eindiffusion der aktivierenden Spezies, insbesondere also der Ionen in das Festkörperelektrolytmaterial 16 erfolgen kann.
  • Bei einem Spezialfall werden die Abscheidung der Ionenspezies und die Fotodiffusion in einem einzigen Schritt realisiert, z.B. durch Sputtern, wobei das Ionenspendermaterial im Beisein eines UV-haltigen Plasmas abgeschieden wird.
  • Im Übergang zur Zwischenstufe der 6 wird dann die Bestrahlung mittels UV-Strahlung durchgeführt, so dass die Teilchen der Spezies, die zu einer Aktivierung des Festkörperelektrolytmaterials 16 führen können, an der Grenzfläche 16a' zwischen dem Festkörperelektrolytmaterial 16 und dem dort aufliegenden Teil des primären Reservoirs 20' durch die Bestrahlung zum Eindiffundieren in das Festkörperelektrolytmaterial 16 angeregt werden. Zusätzlich können das Halbleitersubstrat oder der Halbleitermaterialbereich 20 dabei erwärmt werden, um die Eindiffusion der aktivierenden Spezies und insbesondere Ionen in das Festkörperelektrolytmaterial 16 zu unterstützen.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand der 7 kann dann optional zunächst eine Diffusionsbarriere 21 ausgebildet werden, welche das Innere der Ausnehmung 17-3 im Wandbereich 17-3w und im Bodenbereich 17-3b konform auskleidet. Es folgt dann ein Prozessschritt, bei welchem in die Ausnehmung 17-3 Material für ein sekundäres Reservoir 20'' als weiteren Ionenspender abgeschieden wird, wodurch die Ausnehmung 17-3 vollständig gefüllt wird, so dass sich ein sekundäres Reservoir 20'' ergibt. Die optionale Diffusionsbarriere 21 kann zum Beispiel durch eine Metallabscheidung, zum Beispiel unter Verwendung von Titan oder Titannitrid, und/oder durch einen Oxidationsvorgang an der Oberfläche 16a' des freigelegten Festkörperelektrolytmaterials 16 erfolgen, so dass sich dort eine GeOx-Schicht einstellt. Dies hat den Vorteil, dass eine unerwünschte übermäßige Diffusion der Ionen oder der aktivierenden Spezies während nachfolgender Prozessschritte vermieden werden kann oder unterdrückt werden kann. Durch anschließendes Polieren erreicht man dann die in der 7 gezeigte Struktur, wobei der Poliervorgang auf der Oberfläche 17-2a des zweiten weiteren Dielektrikums 17-2 des Maskenbereichs 17 endet.
  • Im Übergang zum Zwischenzustand der 8 wird dann noch das Material für die zweite oder obere Elektrodeneinrichtung 18 oder für den zweiten oder oberen Elektrodenbereich 18 mit dem Oberflächenbereich 18a ausgebildet. Dies folgt zum Beispiel durch Abscheiden und anschließendes Strukturieren. Damit wird die PMC-Speicherzelle 10 mit dem aktivierten Teil 16' des Festkörperelektrolytbereichs 16 als Speicherelement 11 abgeschlossen. Die weitere Prozessierung kann dann die Standard-CMOS-Back-End-Prozesse umfassen, wie das Ausbilden einer oder mehrerer Isolationsschichten, das Ausbilden einer oder mehrerer Metallisierungsschichten oder Metallisierungslagen, das Ausbilden einer oder mehrerer Kontaktlagen sowie einer Passivierung.
  • Die in der Ausführungsform der 1 bis 8 dargestellten Prozessschritte können auch mehrmals nacheinander auf einem Halbleitermaterialbereich oder einem Halbleitersubstrat ausgeführt werden, um PMC-Zellen 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übereinander zu stapeln und somit die Integrationsdichte der Zellen 10 zu erhöhen.
  • Zwischen den oben beschriebenen ausgeführten einzelnen Prozessschritten der beschriebenen Ausführungsform kann es zweckmäßig und/oder vorteilhaft sein, thermische Nachbehandlungsschritte und/oder Reinigungsschritte einzufügen. Diese sind ohne weitere Einschränkungen als weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar.
  • Als weitere Ausgestaltung sind ebenfalls Abänderungen des Prozessflusses denkbar, die mehrere Schritte kombinieren, so z.B. das Abscheiden und das gleichzeitige Eintreiben oder Aktivieren, z.B. durch Fotodiffusion, des bzw. durch das Ionenspendermaterial in die Festkörperelektrolytschicht durch geeignete Abscheidemethoden.
  • Als weitere Ausgestaltung sind ebenfalls Abänderungen des Prozessflusses denkbar, bei denen einzelne Prozessschritte weg gelassen werden, um eine PMC-Zelle auszubilden, so z.B. die Ausbildung einer Diffusionsbarrierenschicht oder das Ausbilden eines Ionenspenderreservoirs.
  • Zitierte Literatur:
    • (1): M.N. Kozicki, M. Yun, L. Hilt, A. Singh, Electrochemical Society Proc., Vol. 99-13, (1999) 298
    • (2): M.N. Kozicki, M. Yun, S.J. Yang, J.P. Aberouette, J.P. Bird, Superlattices and Microstructures, Vol. 27, No. 5/6, (2000) 485–488
    • (3): R. Neale, "Micron to look again at nonvolatile amorphous memory", Electronic Engineering Design (2002), Vol. 74, Nr. 903, pp 56–64.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Herstellen einer nichtflüchtigen Speicherzelle (10), bei welchem als Speicherelement (11) zwischen einer unteren und einer oberen Elektrode (14, 18) ein durch Einbringen mindestens einer Spezies aktivierter Bereich (16') einer Festkörperelektrolyt-Schicht (16) vorgesehen wird und bei welchem das geometrische Ausgestalten des Speicherelements (11) und des aktivierten Bereichs (16') der Festkörperelektrolyt-Schicht (16) durch das geometrische Ausgestalten des Einbringens der mindestens einen die Festkörperelektrolyt-Schicht (16) aktivierenden Spezies in die unstrukturierte Festkörperelektrolyt-Schicht (16) erfolgt und die Festkörperelektrolyt-Schicht nicht strukturiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der mindestens einen Spezies durch einen Prozess aus der Gruppe erfolgt, die besteht aus Diffundieren, Implantieren und Legieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der mindestens einen Spezies maskiert erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Einbringen der mindestens einen Spezies ein thermisches Annealen oder thermisches Aktivieren anschließt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffundieren aus einem primären Reservoir (20') oder einem Teil davon heraus erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geometrische Ausgestalten des Einbringens der aktivierenden Spezies über das geometrische Ausgestalten des Diffundierens erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geometrische Ausgestalten des Einbringens der aktivierenden Spezies über das geometrische Ausgestalten des primären Reservoirs (20) oder des mit der Festkörperelektrolyt-Schicht (16) in Kontakt stehenden Bereichs des primären Reservoirs (20') erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffundieren durch Bestrahlen mit Strahlung initiiert und/oder unterhalten wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffundieren thermisch initiiert und/oder unterhalten wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlung Strahlung aus der Gruppe verwendet wird, die besteht aus elektromagnetischer Strahlung, Teilchenstrahlung, Elektronenstrahlung und Neutronenstrahlung.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlung UV-Strahlung verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das geometrische Ausgestalten des Einbringens der aktivierenden Spezies über das geometrische Ausgestalten des Bestrahlens erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass zunächst ein Träger (25) mit einem Oberflächenbereich (25a) bereitgestellt wird, – dass auf dem Oberflächenbereich (25a) des Trägers (25) die untere Elektrode (14) mit einem Oberflächenbereich (14a) ausgebildet wird, – dass dann auf dem Oberflächenbereich (14a) der unteren Elektrode (14) ganzflächig die Festkörperelektrolyt-Schicht (16) mit einem Oberflächenbereich (16a) ausgebildet wird, – dass dann auf dem Oberflächenbereich (16a) der unstrukturierten Festkörperelektrolyt-Schicht (16) ein Maskenbereich (17) ausgebildet und strukturiert wird, – dass durch das Strukturieren des Maskenbereichs (17) an definierten Stellen im Maskenbereich (17) Ausnehmungen (17-3) ausgebildet werden, durch welche die unstrukturierte Festkörperelektrolyt-Schicht (16) mit ihrem Oberflächenbereich (16a) lokal in einem Bereich oder in mehreren Bereichen (16a') freigelegt wird, an denen das Speicherelement (11) auszubilden ist, – dass dann auf den freiliegenden Bereichen (16a') des Oberflächenbereichs (16a) der unstrukturierten Festkörperelektrolyt-Schicht (16) ein primäres Reservoir (20') ausgebildet wird, welches mindestens eine Spezies enthält, durch welche der Festkörperelektrolyt (16) aktivierbar ist, – dass dann oder gleichzeitig mit dem vorangehenden Schritt das Diffundieren der mindestens einen Spezies aus dem primären Reservoir (20') in inhärent lokaler Art und Weise in die unstrukturierte Festkörperelektrolyt-Schicht (16) hinein derart erfolgt, – dass ein Teil (16') der unstrukturierten Festkörperelektrolyt-Schicht (16) lokal aktiviert und als aktivierter Bereich (16') ausgebildet wird und – dass dann das primäre Reservoir (20') oder der lokal aktivierte Bereich mit der oberen Elektrode (18) in elektrischen Kontakt gebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass das primäre Reservoir (20') vollständig aufgebraucht wird und – dass die obere Elektrode (18) in direkten Kontakt gebracht wird mit dem aktivierten Bereich (16') der Festkörperelektrolyt-Schicht (16).
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oberen Elektrode (18) und dem primären Reservoir (20') oder, falls dieses vollständig aufgebracht ist, dem aktivierten Bereich der Festkörperelektrolyt-Schicht ein sekundäres Reservoir (20'') vorgesehen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Reservoir (20'') unter Vorsehen einer ein weiteres Diffundieren der mindestens einen Spezies modulierenden Diffusionsbarriere (21) zwischen dem primären Reservoir (20') oder, falls dieses vollständig aufgebracht ist, dem aktivierten Bereich der Festkörperelektrolyt-Schicht und dem sekundären Reservoir (20'') vorgesehen wird.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Reservoir (20'') im Inneren der Ausnehmung (17-3) des Maskenbereichs (17) vorgesehen wird.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als eine den Festkörperelektrolyten (16) aktivierende Spezies Ionen verwendet werden, insbesondere Silberionen, vorzugsweise Silberkationen.
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