DE102004029436B4 - Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs (16) für ein Speicherelement (10) einer Festkörperelektrolytspeicherzelle (1),
– bei welchem der Festkörperelektrolytmaterialbereich (16) aus oder mit einem Chalcogenidmaterial (16') ausgebildet wird,
– bei welchem zunächst mindestens ein erster Materialbereich (16'') aus mindestens einem dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegenden ersten Material (16-1) in im Wesentlichen reiner Form ausgebildet wird, und zwar aus der Gruppe von Materialien, die gebildet wird von Ge und Si,
– bei welchem dann an der so erhaltenen Struktur ein thermischer Behandlungsschritt unter Anwesenheit mindestens eines zweiten dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegenden Materials (16-2) durchgeführt wird, und
– bei welchem dadurch das Chalcogenidmaterial (16') des Festkörperelektrolytmaterialbereichs (16) erzeugt wird, und zwar mit oder aus einer Verbindung aus der Gruppe, die gebildet wird von GeSex, GeSx, SiSex und SiSx,
– wobei das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegende Material (16-2) oder ein Teil davon gasförmig als...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs für ein Speicherelement einer Festkörperelektrolytspeicherzelle.
  • Bei der Herstellung so genannter Festkörperelektrolytspeicherzellen werden zur Ausbildung des dabei als Speicherelement vorzusehenden Festkörperelektrolytmaterialbereichs heutzutage vorwiegend Sputterprozesse verwendet. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch die unzureichende Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften sowie insbesondere die mangelnde Schichthomogenität. Darüber hinaus bestehen Schwierigkeiten bei derartigen Sputterverfahren im Hinblick auf das Erfüllen immer rigoroserer Dimensionsanforderungen im Hinblick auf eine zu erreichende Höchstintegration entsprechender Speicherelemente und Speichereinrichtungen. Auch die Verwendung so genannter CVD-Prozesse kann dabei nur bedingt Abhilfe schaffen, weil derartige Prozesse auf Materialkombinationen beruhen, die vergleichsweise temperaturempfindlich sind und daher bei den sich anschließenden Weiterverarbeitungsprozessen zu Schwierigkeiten führen können.
  • Aus der Druckschritt US 2004/0124406 A1 ist die Verwendung von GeSe als Festkörperelektrolytmaterial bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs zu schaffen, welches auf besonders einfache und gleichwohl zuverlässige Art und Weise dünne und niedrig dimensioniert ausgedehnte Strukturen erzeugen kann.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs für ein Speicherelement einer Festkörperelektrolytspeicherzelle wird aus einem oder mit einem Chalcogenidmaterial ein Festkörperelektrolytmaterialbereich ausgebildet. Dabei wird zunächst mindestens ein erster Materialbereich aus mindestens einem und dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegenden ersten Material in im Wesentlichen reiner Form ausgebildet. Dann wird an der sich so ergebenden oder an der so erhaltenen Struktur ein thermischer Behandlungsschritt durchgeführt, und zwar unter Anwesenheit mindestens eines zweiten dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegenden Materials. Dabei wird das Chalcogenidmaterial des Festkörperelektrolytmaterialbereichs erzeugt.
  • Es ist somit eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung, den für den Festkörperelektrolytmaterialbereich notwendigen Bestandteil aus Chalcogenidmaterial dadurch zu erzeugen, dass zunächst ein zugrunde liegendes erstes Material vorgesehen wird und dann an diesem unter Anwesenheit eines zweiten zugrunde liegenden Materials ein thermischer Behandlungsschritt durchgeführt wird, und dadurch insgesamt eine Umwandlung zu dem notwendigen Chalcogenidmaterial des Festkörperelektrolytmaterialbereichs durchzuführen.
  • Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterial bereichs kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegende Material als ein Teil davon als ein weiterer Materialbereich oder in einem weiteren Materialbereich bereitgestellt wird.
  • Zusätzlich dazu ist es vorgesehen, dass das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegende Material oder ein Teil davon als eine Prozessatmosphäre oder in einer Prozessatmosphäre bereitgestellt wird.
  • Beide Möglichkeiten des Bereitstellens des mindestens einem zweiten und dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegenden Materials können auch miteinander kombiniert oder miteinander abwechselnd erfolgen.
  • Bei einem solchen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegende Material als ein Teil davon als Flüssigkeit oder in einer Flüssigkeit bereitsgestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren Maßnahme ist es vorgesehen, dass alternativ oder zusätzlich der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon thermisch initiiert und/oder thermisch durchgeführt werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten des Initiierens und/oder des Durchführens des thermischen Behandlungsschritts denkbar.
  • Zum Beispiel kann es vorgesehen sein, dass der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon im Rahmen eines Bestrahlungsschritts mit einem Laser oder einem Laserstrahl initiiert und/oder thermisch durchgeführt werden, insbesondere in lokaler oder lokalisierter Art und Weise.
  • Bei einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs ist es vorgesehen, dass der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon im Rahmen eines Ofenprozesses und/oder im Rahmen eines RTA-Prozesses durchgeführt werden.
  • Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs kann es vorgesehene sein, dass zunächst sukzessive und/oder alternierend nähere Schichten des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegenden Materials abgeschieden werden und dass dann der thermische Behandlungsschritt erfolgt, das heißt die thermische Behandlung wird insbesondere an einem Stapel einer Abfolge der ersten und zweiten Materialien für den Chalcogenidmaterialbereich durchgeführt.
  • Bei einem solchen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine erste dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegende Material ein Material aus der Gruppe ist oder aufweist, die gebildet wird von Germanium Ge, Silizium Si, Wolfram W und beliebigen Mischungen oder Verbindungen davon.
  • Des Weiteren kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial zugrunde liegende Material Se2S2O ist oder aufweist.
  • Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der nachstehenden Erklärungen näher erläutert.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere unter anderem eine Methode zur Herstellung dünner GeSe- und GeS-Chalcogenidschichten mittels thermischer Verfahren.
  • Mit der vorliegenden Erfindungsmeldung wird eine Methode beschrieben, dünne Chalcogenidschichten herzustellen, wie z. B. aus GexSe1-x und GexS1-x, die als Festkörperelektrolytmaterialien in Halbleiterspeicherelementen eingesetzt werden können. Denkbar sind z. B. auch Si-Se oder Si-S.
  • Bisher wurden verschiedene Sputterprozesse Prozesse zur Abscheidung von GeSe und GeS Schichten vorgeschlagen. Diese Prozesse haben jedoch den inhärenten Nachteil, nicht volumenproduktionstauglich für kleine laterale Dimensionen, insbesondere unterhalb von 100 nm zu sein, da die Reproduzierbarkeit und Schichthomogenität der Prozesse nicht ausreichend gut ist [1], [2]. Dazu kommt, dass der Sputterprozess für das Füllen sehr kleiner Kontaktlöcher nicht geeignet ist, da sich an den Unterseiten der Seitenwände Löcher im Material, so genannte "voids", Materialsäume, so genannte "seams" ausbilden, die die Funktionsfähigkeit der Schichten (als Festkörperelektrolytmaterial zu fungieren) herabsetzen oder es sogar gänzlich unbrauchbar machen, da die Materialeigenschaften an diesen Schwachstellen deutlich von denen der restlichen Schicht abweichen.
  • Zur Herstellung dünner GexSe1-x Schichten ist neben den genannten Sputterverfahren bisher nur eine PECVD Abscheidung durch Verwendung von German (GeH4) bekannt [3], [4]. Durch Plasma CVD (PECVD) sind jedoch durch die hohe Energie einzelner Teilchen im Plasma strukturelle Schädigungen der Schicht zu erwarten.
  • Ein Nachteil der CVD Prozesse, die GeH4 als Germaniumträgergas benutzen, ist die Tatsache, dass das GeH4 für thermisches CVD von GexSe1-x und GexS1-x Schichten nicht geeignet ist, da die Zersetzungstemperatur von GeH4 sehr hoch ist. Kombinierte Ge- und Se-CVD Prozesse sind tendenziell schwierig zu erstellen, da sie bei niedrigen Temperaturen ablaufen müssen, um amorphe Ge-Se und/oder Ge-S-Schichten herzustellen.
  • Im Rahmen dieser Erfindung wird die Elektrolytschicht GexSe1-x bzw. GexS1-x der Speicherzelle in einem Zweistufenprozess gebildet. Dies hat den Vorteil, dass kritische Prozesse getrennt werden können (Abscheidung und Thermal Annealing). Da man bei der Abscheidung nur reine (einkomponentige) Materialien abscheidet, hat man den Vorteil erhöhter Reinheit und vereinfachter Prozessführung und Prozesskontrolle. Darüber hinaus hat dieser Prozess den Vorteil, dass die Ge-Se- bzw. Ge-S-Schicht selbstjustiert zu dem Kontaktloch gebildet werden kann.
  • Bei einer PMC Zelle ist es ein zielführender Ansatz, ein Kontaktloch mit einem Chalcogenidmaterial (z. B. mittels CVD Prozess) zu füllen. Mit CVD können schmale Kontaktlöcher mit ungünstigen (hohen) Aspektverhältnissen gefüllt werden. Das vorgeschlagene CVD Verfahren ermöglicht die reproduzierbare Herstellung extrem dünner Schichten mit genügender Kantenbedeckung, so dass die Schichten auch in schmale Kontaktlochöffnungen konform eingefüllt werden können, was bei der Skalierung der lateralen geometrischen Dimension notwendig ist. Weitere Vorteile von mittels CVD abgeschiedenen Schichten sind deren Schichthomogenität, Dichte und Reinheit. Diese Erfindungsmeldung ist jedoch nicht auf die Schichtabscheidung mittels CVD begrenzt, sondern es können ebenfalls andere Abscheideverfahren eingesetzt werden, um die Ausgangsschicht(en) abzuscheiden.
  • Durch Verwendung eines bisher noch nicht genutzten Verfahrens, nacheinander reines Germanium und Selen (bzw. Schwefel) abzuscheiden und diese Einzelschichten und/oder Multilagen anschließend in einer geeigneten (evtl. Schwefel oder Selen enthaltenden) Atmosphäre nachzutempern, kann die Herstellung von Germaniumselenid (Ge-Se) und Germaniumsulfid (Ge-S) erfolgen. Eine weitere Möglichkeit, die in dieser Erfindungsmeldung genannt wird, ist, eine reine Germaniumschicht einer geeigneten Selen-(bzw. Schwefel-)haltigen Atmosphäre auszusetzen, um so den Ge-Se- bzw. den Ge-S-Schichtwachstumsprozess zu betreiben. Denkbar sind auch entsprechende Strukturen oder Prozesse mit oder aus Si, Si-Se oder Si-S.
  • Ausführungsform a) (1A bis 1E)
  • Germanium wird abgeschieden (z. B. mittels CVD, ALD, Sputtern, Spin-On, Spray-Coating, PLD, o. ä.) und in selenhaltiger (bzw. schwefelhaltiger) Atmosphäre thermisch (mittels Ofenprozess oder RTA-Prozess) nachbehandelt, so dass sich abhängig von der Dauer und der gewählten Temperatur eine Selen- bzw. eine Schwefeldiffusion in die Germaniumschicht eine Ge-Se- bzw. eine Ge-S-Schicht ausbildet. Denkbar sind auch entsprechende Strukturen mit oder aus Si, Si-Se oder Si-S.
  • Es sind folgende Bildungsvorschriften denkbar: Ge(s) + Se(g) => GexSe1-x(s) oder Ge(s) + H2Se(g) => GexSe1-x(s) + H2 bzw. Ge(s) + S(g) => GexS1-x(s) oder Ge(s) + H2S(g) => GexS1-x(s) + H2
  • Dabei können der Schwefel S oder das Selen Se sowohl in elementarer Gasform (z. B. in einem RF-Plasma zerlegt), sowie auch in molekularer Gas-Form in zusammengesetzten Trägergasen geliefert wurden, z. B. H2Se oder H2S. Im Allgemeinen ist durch das thermische Nachbehandeln eine Zunahme der Schichtdicke anzunehmen, dabei wird die Schichtdicke proportional zur eingebauten Schwefel (bzw. Selen)-Menge zunehmen. Hier kann auch jeweils Silizium Si anstelle von Germanium Ge verwendet werden.
  • Beispiel b) (1A bis 1E)
  • Eine Germanium und eine Selenschicht (oder Schwefelschicht) wird nacheinander abgeschieden. Danach findet eine thermische Nachbehandlung mittels Ofenprozess oder RTA-Verfahren statt, durch die eine Vermischung der Ge- und der Se-Schicht stattfindet. Bei Abscheidung der richtigen Schichtdicken des jeweiligen Elements kann die Gesamtstöchiometrie angepasst werden. Denkbar sind auch Ausführungen mit Si anstelle von Ge und/oder mit S anstelle von Se.
  • Beispiel c) (3A bis 3F)
  • Ein Multilagenstapel von mehreren (abwechselnd Germanium- und Selen-) Schichten (also Ge/Se/Ge/Se/... oder Ge/S/Ge/S/...) wird nacheinander abgeschieden. Die Einzelschichten lässt man z. B. anschließend in einer Inertgasatmosphäre oder einer selen-(bzw. schwefel-)haltigen Atmosphäre thermisch miteinander reagieren. Die Stöchiometrie der Endschicht wird durch Dickenanpassung der Einzelschichten erreicht.
  • Der Nachweis der Erfindung bei einem Wettbewerber ist möglich, da im Streitfall bei Besichtigung der verwendete Prozessablauf offensichtlich ist. Dass beispielsweise ein CVD Verfahren zum Abscheiden der Ge-Schicht eingesetzt wurde, kann an der Kantenbedeckung in einem Kontaktloch nachgewiesen werden und/oder an Restgasverunreinigungen in der Schicht.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • 1A–1E sind schematische und geschnittene Seitenansichten von Zwischenstufen, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs erreicht werden.
  • 2A–2E sind schematische und geschnittene Seitenansichten von Zwischenstufen, die bei einem möglichen Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs erreicht werden.
  • 3A–3F sind schematische und geschnittene Seitenansichten von Zwischenstufen, die bei einem möglichen Verfahren zum Herstellen eines Festkör perelektrolytmaterialbereichs erreicht werden.
  • Nachfolgend werden strukturell ähnliche, vergleichbare oder äquivalente Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird eine detaillierte Beschreibung wiederholt.
  • Die Abfolge der 1A–1E beschreibt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs 16, und zwar auf der Grundlage schematischer und geschnittener Seitenansichten von Zwischenstufen, die bei der Ausführung des Verfahrens erreicht werden.
  • In 1A werden zunächst ein Grundmaterial oder Substrat 20 mit einem Oberflächenbereich 20a und darauf eine erste, untere oder Bottomelektrode 14 mit einem Oberflächenbereich 14a ausgebildet und/oder bereitgestellt.
  • Im Übergang zu dem in 1B gezeigten Zwischenzustand wird dann auf dem Oberflächenbereich 14a der ersten, unteren oder Bottomelektrode 14 ein erster Materialbereich 16'' aus einem ersten Material 16-1 ausgebildet, wobei dieses erste Material 16-1 für die auszubildende Chalcogenidschicht oder für den auszubildenden Materialbereich aus einem Chalcogenidmaterial oder mit einem Chalcogenidmaterial grundlegend ist. Dabei entsteht eine freie Oberfläche 16a'', 16-1a.
  • Im Übergang zu dem in 1C gezeigten Zwischenzustand wird dann die Struktur aus der 1B einer Prozessgasatmosphäre 30 ausgesetzt, die als einen Bestandteil ein zweites Material 16-2 aufweist oder aus diesem besteht, wobei das zweite Material 16-2 ebenfalls für das auszubildende Chalcogenidmaterial grundlegend ist. Es kann sich zum Beispiel bei dem ersten Material 16-1 um Germanium und/oder Silizium handeln, welches in fester Form vorgesehen wird, wogegen das zweite grundlegende Material 16-2 dann entweder in Verbindung oder in elementarer Form gasförmig, z. B. als Selen in gasförmiger Form, vorgesehen ist.
  • Im Übergang zu dem in 1D gezeigten Zwischenzustand findet dann die Ausbildung des Materialbereichs 16 oder Festkörperelektrolytmaterialbereichs 16 statt, welcher durch das Festkörperelektrolytmaterial 16 gebildet wird, welches seinerseits entsteht aus einer Umwandlung des ersten Materials 16-1 für das Chalcogenidmaterial 16 in Anwesenheit des zweiten Materials 16-2 für das Chalcogenidmaterial 16' und zwar im Rahmen eines thermischen Behandlungsschritts. Dieser thermische Behandlungsschritt kann, wie das oben beschrieben wurde, thermisch initiiert und/oder geführt werden; er kann jedoch auch auf der Grundlage anderer Energiequellen initiiert und/oder geführt werden, z. B. auf der Grundlage anderer elektromagnetischer Strahlungstypen, auf der Grundlage von Teilchenstrahlung usw. Durch die Fertigstellung des Festkörperelektrolytmaterialbereichs 16 aus dem Festkörperelektrolytmaterial 16' oder Chalcogenidmaterial 16' entsteht dann die in 1D gezeigte Struktur mit einem freien Oberflächenbereich 16a, 16a'.
  • Im Übergang zu dem in 1E gezeigten Zwischenzustand wird dann auf der freien Oberfläche 16a, 16a' der in der 1D gezeigten Struktur eine zweite, obere oder Bottomelektrode 18 mit einem Oberflächenbereich 18a ausgebildet. Auf diese Art und Weise ergibt sich dann ein entsprechendes Speicherelement 10 für die Festkörperelektrolytspeicherzelle 1.
  • Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für einen Festkörperelektrolytmaterialbereich 16 gemäß den 1A bis 1E besteht also darin, ein erstes grundlegendes Material 16-1 festkörperartig auf einem Oberflächenbereich 14a der Bottomelektrode 14 bereitzustellen und das zweite grundlegende Material 16-2 dann in gasförmiger Art und Weise als Prozessgasatmosphäre oder als Teil der Prozessgasatmosphäre im Rahmen des thermischen Behandlungsschritts anzubieten.
  • Die Abfolge der 2A bis 2E zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht ebenfalls Zwischenstufen, die bei einem möglichen Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs erreicht werden. Dabei entsprechen die 2A und 2B im Wesentlichen den 1A und 1B.
  • 2A zeigt die dieser Ausführungsform zugrundezulegende Ausgangsstruktur, die im übrigen mit der Ausgangsstruktur, die in 1A gezeigt ist, im Wesentlichen übereinstimmt. In 2A werden zunächst ein Grundmaterial oder Substrat 20 mit einem Oberflächenbereich 20a und darauf eine erste, untere oder Bottomelektrode 14 mit einem Oberflächenbereich 14a ausgebildet und/oder bereitgestellt.
  • Im Übergang zu dem in 2B gezeigten Zwischenzustand wird dann auf dem Oberflächenbereich 14a der ersten, unteren oder Bottomelektrode 14 ein erster Materialbereich 16'' aus einem ersten Material 16-1 ausgebildet, wobei dieses erste Material 16-1 für die auszubildende Chalcogenidschicht oder für den auszubildenden Materialbereich aus einem Chalcogenidmaterial oder mit einem Chalcogenidmaterial grundlegend ist. Dabei entsteht eine freie Oberfläche 16a'', 16-1a.
  • Im Übergang zu dem in 2C gezeigten Zwischenzustand wird dann auf der freien Oberfläche 16a, 16-1a des ersten und für das Chalcogenidmaterial grundlegenden Materialbereichs 16'' aus dem ersten grundlegenden Material 16-1 ein zweiter Materialbereich 16''' aus einem zweiten für das Chalcogenidmaterial grundlegenden Material 16-2 mit einer freien Oberfläche 16a''', 16-2a ausgebildet. Das erste grundlegende Material 16-1 und das zweite grundlegende Material 16-2 für das Chalcogenidmaterial liegen also gemäß der in 2C gezeigten Struktur in enger Nachbarschaft und in innigem Kontakt miteinander vor.
  • Im Übergang zu der in 2D gezeigten Zwischenstufe wird dann der thermische Behandlungsschritt ausgeführt, wobei dann eine Umwandlung der bereitgestellten grundlegenden Materialien 16-1 und 16-2 zum Festkörperelektrolytmaterial 16' oder Chalcogenidmaterial 16 des Festkörperelektrolytmaterialbereichs 16 mit freiem Oberflächenbereich 16a, 16a' stattfindet.
  • Im Übergang zu dem in 2E gezeigten Zwischenzustand wird dann auf der freien Oberfläche 16a, 16a' der in der 2D gezeigten Struktur eine zweite, obere oder Bottomelektrode 18 mit einem Oberflächenbereich 18a ausgebildet. Auf diese Art und Weise ergibt sich dann ein entsprechendes Speicherelement 10 für die Festkörperelektrolytspeicherzelle 1.
  • Das mögliche Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs gemäß der Abfolge der 2A bis 2E basiert also darauf, dass das erste für das Chalcogenidmaterial grundlegende Material 16-1 und das zweite für das Chalcogenidmaterial grundlegende Material 16-2 als Einzelschichten nacheinander und in innigem Kontakt miteinander auf der ersten, unteren oder Bottome lektrode 14 ausgebildet werden und dadurch gemeinsam in festkörperartiger Form während des thermischen Behandlungsschritts zur Umwandlung in den Festkörperelektrolytmaterialbereich 16 bereitstehen.
  • Die Abfolge der 3A bis 3F zeigt, wiederum in Form schematischer und geschnittener Seitenansichten, Zwischenstufen eines möglichen Verfahrens zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs.
  • Ausgangspunkt dieses möglichen Verfahrens ist die in 3A gezeigte Grundstruktur, die im Wesentlichen der Grundstruktur der 1A und 2A entspricht. In 3A werden zunächst ein Grundmaterial oder Substrat 20 mit einem Oberflächenbereich 20a und darauf eine erste, untere oder Bottomelektrode 14 mit einem Oberflächenbereich 14a ausgebildet und/oder bereitgestellt.
  • Im Übergang zu dem in 3B gezeigten Zwischenzustand wird eine Struktur erzeugt, die im Wesentlichen der Struktur aus den 1B und 2B entspricht. Im Übergang zu dem in 3B gezeigten Zwischenzustand wird dann auf dem Oberflächenbereich 14a der ersten, unteren oder Bottomelektrode 14 ein erster Materialbereich 16'' aus einem ersten Material 16-1 ausgebildet, wobei dieses erste Material 16-1 für die auszubildende Chalcogenidschicht oder für den auszubildenden Materialbereich aus einem Chalcogenidmaterial oder mit einem Chalcogenidmaterial grundlegend ist. Dabei entsteht eine freie Oberfläche 16a'', 16-1a.
  • Im Übergang zu dem in 3C gezeigten Zwischenzustand wird dann eine Struktur erzeugt, die im Wesentlichen der Struktur aus der 2C entspricht. Im Übergang zu dem in 3C gezeigten Zwischenzustand wird dann auf der freien Oberfläche 16a'', 16-1a des ersten und für das Chalcogenidmaterial grundlegenden Materialbereichs 16'' aus dem ersten grundlegenden Material 16-1 ein zweiter Materialbereich 16''' aus einem zweiten für das Chalcogenidmaterial grundlegenden Material 16-2 mit einer freien Oberfläche 16a''', 16-2a ausgebildet. Das erste grundlegende Material 16-1 und das zweite grundlegende Material 16-2 für das Chalcogenidmaterial liegen also gemäß der in 2C gezeigten Struktur in enger Nachbarschaft und in innigem Kontakt miteinander vor.
  • Im Übergang zu der in 3D gezeigten Zwischenstufe dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden dann die im Zusammenhang mit den 3B und 3C genannten Verfahrensschritte in der bekannten Reihenfolge wiederholt, so dass die in 3D dargestellte Struktur entsteht, bei welcher sich Materialbereiche 16'' und 16'' des ersten grundlegenden Materials 16-1 bzw. des zweiten grundlegenden Materials 16-2 alternierend abwechseln, so dass eine Abfolge von beispielsweise vier Schichten entsteht, die auf dem freien Oberflächenbereich 14a der ersten, unteren oder Bottomelektrode 14 in dieser Reihenfolge ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es aber denkbar, dass eine kleinere Anzahl, z. B. von 3, oder eine größere Anzahl, z. B. von 5, 6, 7, ..., für diese Schichtenabfolge gewählt wird. Weiterhin ist es auch denkbar, dass nicht immer dieselben materiellen Zusammensetzungen für die einzelnen Schichten gewählt werden, sondern dass bezüglich der grundlegenden Materialien oder auch ihrer Konzentrationen in den einzelnen Schichten variiert wird.
  • Im Übergang zu dem in 3E gezeigten Zwischenzustand wird dann der thermische Behandlungsschritt durchgeführt, durch welchen sich dann die Abfolge der Materialschichten aus dem ersten grundlegenden Material 16-1 und dem zweiten grundlegenden Material 16-2 in den Festkörperelektrolytmaterialbereich 16 umwandelt, welcher aus dem Festkörperelektrolytmaterial 16' bzw. Chalcogenidmaterial 16' besteht und eine freie Oberfläche 16a, 16a' aufweist.
  • Im Übergang zu dem in 3F gezeigten Zwischenzustand wird dann auf der freien Oberfläche 16a, 16a' der in der 3D gezeigten Struktur eine zweite, obere oder Bottomelektrode 18 mit einem Oberflächenbereich 18a ausgebildet. Auf diese Art und Weise ergibt sich dann ein entsprechendes Speicherelement 10 für die Festkörperelektrolytspeicherzelle 1.
  • Zitierte Literatur
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Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Festkörperelektrolytmaterialbereichs (16) für ein Speicherelement (10) einer Festkörperelektrolytspeicherzelle (1), – bei welchem der Festkörperelektrolytmaterialbereich (16) aus oder mit einem Chalcogenidmaterial (16') ausgebildet wird, – bei welchem zunächst mindestens ein erster Materialbereich (16'') aus mindestens einem dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegenden ersten Material (16-1) in im Wesentlichen reiner Form ausgebildet wird, und zwar aus der Gruppe von Materialien, die gebildet wird von Ge und Si, – bei welchem dann an der so erhaltenen Struktur ein thermischer Behandlungsschritt unter Anwesenheit mindestens eines zweiten dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegenden Materials (16-2) durchgeführt wird, und – bei welchem dadurch das Chalcogenidmaterial (16') des Festkörperelektrolytmaterialbereichs (16) erzeugt wird, und zwar mit oder aus einer Verbindung aus der Gruppe, die gebildet wird von GeSex, GeSx, SiSex und SiSx, – wobei das mindestens eine zweite dem Chalcogenidmaterial (16') zugrunde liegende Material (16-2) oder ein Teil davon gasförmig als eine Prozessatmosphäre oder in einer Prozessatmosphäre bereitgestellt wird, und zwar in Form eines Gases mit oder aus der Gruppe von Materialien, die gebildet wird von H2Se und H2S, und – wobei das Chalcogenidmaterial (16') des Festkörperelektrolytmaterialbereichs (16) durch einen Prozess gemäß einer oder mehrerer der folgenden Reaktionsgleichungen erzeugt wird: Ge + H2Se → GexSe + He2, Si + H2Se → SixSe1-x + H2, Ge + H2S → GexS1-x + H2 und Si + H2S → SixS1-x + H2.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon thermisch initiiert und/oder thermisch durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon im Rahmen eines Bestrahlungsschritts mit einem Laser initiiert und/oder thermisch durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Behandlungsschritt oder ein Teil davon im Rahmen eines Ofenprozesses und/oder im Rahmen eines RTA-Prozesses durchgeführt werden.
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