DE102006004218B3 - Elektromechanische Speicher-Einrichtung und Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung - Google Patents

Elektromechanische Speicher-Einrichtung und Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung Download PDF

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Abstract

Es wird eine elektromechanische Speicher-Einrichtung bereitgestellt, mit mindestens einer in bzw. auf einem Substrat ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht; mit mindestens einem auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshalter, welcher so ausgebildet ist, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht neben dem mindestens einen Abstandshalter angeordnet ist; mit mindestens einer zumindest über einem Teilbereich des Substrats ausgebildeten Kohlenstoffschicht, welche die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht überkreuzt, wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht zumindest teilweise auf dem mindestens einen Abstandshalter ausgebildet ist, derart, dass ein Zwischenraum zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht gebildet ist, und wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht derart eingerichtet ist, dass sie mit der mindestens einen überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt gebracht werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Speicher-Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung.
  • Ein wichtiges Teilgebiet der Halbleitertechnologie stellt die Entwicklung von Speicherzellen (Memory Cells) bzw. Speicher-Einrichtungen aus einer oder mehrerer solcher Speicherzellen dar, d.h. die Entwicklung von Elementen zum Speichern von Daten, in der Regel in der Form von binären Informationseinheiten, i.e. Bits (Binary Digits). In diesem Zusammenhang ist unter Beschreiben (Write) bzw. Programmieren (Program) einer Speicherzelle zu verstehen, dass ein Datum (z.B. ein Bit) in die Zelle "hineingeschrieben", d.h. gespeichert wird. Ferner ist unter Auslesen (Read) bzw. Löschen (Erase) einer Speicherzelle zu verstehen, dass der Inhalt der Speicherzelle, i.e. die gespeicherte Information, ausgelesen bzw. gelöscht wird. Weiterhin wird ein Read-/Write-Vorgang auch als Zyklus (Cycle) bezeichnet, und die Zeit zwischen dem Beginn eines Read-/Write-Vorgangs und dem Beginn eines weiteren Read-/Write-Vorgangs wird als Zyklus-Zeitdauer (Cycle Time) bezeichnet.
  • Wichtige Charakteristika einer Speicherzelle in einer elektronischen Einrichtung (Device) sind u.a. niedrige (Herstellungs-)Kosten, die Nichtflüchtigkeit bzw. Nichtvolatilität der Speicherzelle (d.h. die Fähigkeit, Daten bzw. Informationen auch nach Wegnahme einer Versorgungsspannung bzw. eines Versorgungsstromes dauerhaft zu speichern), ein geringer Energieverbrauch und eine hohe Geschwindigkeit.
  • Ein wesentliches Ziel bei der Entwicklung von Speicherelementen besteht in der Entwicklung und Verbesserung von nichtflüchtigen Speicherzellen (Non-Volatile Memory Cells, NVM Cells), d.h. Speicherzellen, bei denen ein durch einmaliges Programmieren/Beschreiben der Zelle gespeicherter Zustand über einen langen Zeitraum (typischerweise ≥ 10 Jahre) erhalten bleibt, ohne dass ein regelmäßiges Auffrischen des Zellen-Inhaltes, d.h. ein Wiederbeschreiben mit derselben Information, erforderlich ist.
  • Herkömmliche Speicher-Technologien sind z.B. Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), Programmierbare Nur-Lese-Speicher (Programmable Read Only Memory, PROM), Löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicher (Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM), Elektrisch löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicher (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM), Dynamische Direktzugriffsspeicher (Dynamic Random Access Memory, DRAM) und Statische Direktzugriffsspeicher (Static Random Access Memory, SRAM).
  • ROM ist relativ kostengünstig aber nicht wiederbeschreibbar.
  • PROM kann elektrisch programmiert werden, allerdings nur ein einziges Mal, d.h. es kann nur ein einziger Schreibvorgang bzw. Schreibzyklus (write cycle) ausgeführt werden.
  • EPROM weist Lesevorgänge bzw. Lesezyklen (read cycles) auf, welche im Vergleich zu ROM-Lesezyklen oder PROM-Lesezyklen relativ schnell sind. Allerdings weist EPROM relativ lange Löschzeiten (erase times) auf, und die Zuverlässigkeit von EPROM ist nur über einige wenige iterative Schreib-/Lesezyklen (read/write cycles) hinweg gegeben.
  • EEPROM (oder "Flash") ist kostengünstig und weist einen niedrigen Energieverbrauch auf, weist jedoch lange Schreibzyklen (in der Größenordnung von Millisekunden) auf sowie eine niedrige relative Geschwindigkeit im Vergleich zu DRAM oder SRAM. Flash weist außerdem nur eine endliche Zahl an Lese-/Schreibzyklen auf, was eine geringe Langzeitzuverlässigkeit zur Folge hat.
  • Bei ROM, PROM, EPROM und EEPROM handelt es sich um nichtflüchtige (nichtvolatile) Speicher-Techniken, d.h. bei einer Unterbrechung der Energiezufuhr zum Speicher bleibt die in den Speicherzellen des Speichers gespeicherte Information erhalten.
  • Bei DRAM werden Informationen in Form von Ladungen auf Transistor-Gates, welche Transistor-Gates als Kondensatoren arbeiten, gespeichert. Aufgrund von Entladungsvorgängen in den Kondensatoren muss die gespeicherte Ladung jedoch regelmäßig im Abstand von einigen wenigen Millisekunden elektrisch "aufgefrischt" werden (sogenannter Refresh-Vorgang). Dies hat eine höhere Komplexität des System-Designs zur Folge, da für das Auffrischen der Speicherinhalte separate Schaltungstechnik erforderlich ist.
  • Bei SRAM ist ein Auffrischen der Daten nicht erforderlich, und verglichen mit DRAM ist SRAM schnell. Allerdings weist SRAM eine niedrige Speicherdichte auf und ist teurer als DRAM.
  • Sowohl SRAM als auch DRAM sind flüchtige (volatile) Speichertechniken, d.h. bei einer Unterbrechung der Energiezufuhr zum Speicher verliert der Speicher die in den Speicherzellen gespeicherte Information.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass derzeit bestehende Speichertechnologien entweder nichtflüchtig sind, dann jedoch keinen wahlfreien Zugriff (Random Access) erlauben, eine niedrige Speicherdichte, hohe Kosten und eine beschränkte Fähigkeit zu Mehrfach-Schreibvorgängen mit hoher Zuverlässigkeit der Schaltkreis-Funktion aufweisen; oder sie sind flüchtig und erschweren in diesem Fall das System-Design oder weisen eine geringe Speicherdichte auf.
  • In jüngerer Zeit aufgekommene Technologien haben versucht, die oben genannten Nachteile zu beheben. Zum Beispiel nutzen Magnetische Direktzugriffsspeicher (Magnetic Random Access Memory, MRAM) die Ausrichtung der Magnetisierung eines ferromagnetischen Bereiches zum Erzeugen einer nichtflüchtigen Speicherzelle. Analog dazu nutzen Ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (Ferroelectric Random Access Memory, FRAM) die Ausrichtung der Polarisation eines ferroelektrischen Bereiches zum Erzeugen einer nichtflüchtigen Speicherzelle.
  • MRAM verwendet ein magnetoresitives Speicherelement, unter Ausnutzung des anisotropen Magnetwiderstands bzw. des Riesen-Magnetwiderstands (Giant Magneto Resistance, GMR) ferromagnetischer Materialien, wodurch Nichtflüchtigkeit des Speicherelementes erreicht wird. Eine andere Art von MRAM-Speicherzelle, welche auf magnetischen Tunnelübergängen (Magnetic Tunnel Junctions, MTJ) beruht, ist ebenfalls untersucht worden, hat jedoch nicht zu großtechnisch kommerzialisierten MRAM-Einrichtungen (MRAM-Devices) geführt.
  • Bei FRAM wird eine zu DRAM ähnliche Schaltkreis-Architektur verwendet, welche jedoch einen ferroelektrischen Dünnschicht-Kondensator (Thin Film Ferroelectric Capacitor) verwendet. Dieser Kondensator soll seine elektrische Polarisation behalten, nachdem ein extern angelegtes elektrisches Feld entfernt wird, so dass ein nichtflüchtiger Speicher realisiert werden kann. Auf FRAM-Technologie basierende Speicher-Einrichtungen sind z.B. in [1] bis [4] beschrieben.
  • Sowohl MRAM als auch FRAM weisen einen relativ hohen Widerstand und eine geringe Speicherdichte auf. Ein zusätzlicher Nachteil von FRAM besteht in der großen Speicherzellengröße und der damit verbundenen Schwierigkeit, FRAM-Speicherzellen in großem Maßstab als integrierte Komponente herzustellen.
  • Eine andere nichtflüchtige Speicher-Technologie stellt Phase Change Memory (PCM) dar. Diese Technologie speichert Informationen mittels einer strukturellen Phasenänderung in Dünnschicht-Legierungen, welche Legierungen Elemente wie z.B. Selen oder Tellur enthalten. Diese Legierungen sollen sowohl im kristallinen Zustand als auch im amorphen Zustand stabil bleiben, wodurch die Bildung eines bistabilen Schalters ermöglicht wird. Während die Nichtflüchtigkeits-Bedingung bei PCM erfüllt ist, scheint diese Technologie jedoch darunter zu leiden, dass die Speicherelemente langsam im Betrieb sind, schwierig herzustellen sind, und dass die Zuverlässigkeit der Speicherelemente bisher nicht für eine Kommerzialisierung dieser Technologie ausreicht. Auf PCM-Technologie basierende Speicher-Einrichtungen sind z.B. in [5], [6], [7] beschrieben.
  • Eine andere Speicher-Technologie, die ebenfalls vorgeschlagen wurde, ist die sogenannte Molecular Wire Crossbar Memory (MWCM)-Technologie, siehe z.B. [8], [9], [10]. Gemäß diesem Ansatz ist es vorgesehen, Moleküle als bistabile Schalter zu verwenden. Dabei umschließen zwei Drähte, welche aus Metall oder halbleitendem Material bestehen, sandwichartig eine Schicht aus Molekülen oder Molekül-Verbindungen. Die Idee ist, chemische Verbindungen (chemical assembly) und elektrochemische Oxidationen bzw. Reduktionen dazu zu verwenden, einen "An"-Zustand bzw. "Aus"-Zustand zu realisieren. Diese Art von Speicher erfordert jedoch hochspezialisierte Draht-Übergänge (wire junctions), und aufgrund der inhärenten Instabilität von Redoxprozessen bleibt die Nichtvolatilitäts-Eigenschaft nicht dauerhaft erhalten.
  • Vor kurzem sind elektromechanische Speicher-Einrichtungen vorgeschlagen worden, welche nanoskopische Drähte wie z.B. einwandige Kohlenstoffnanoröhren (Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNT) zum Bilden von Kreuzungspunkt-Übergängen bzw. Crossbar-Übergängen (Crossbar Junctions) verwenden, um als Speicherzellen zu dienen, siehe z.B. [11], [12]. Diese Einrichtungen werden im Folgenden als Nanotube Wire Crossbar Memories (NTWCMs) bezeichnet. Bei diesen NTWCM-Einrichtungen werden Speicherzellen dadurch realisiert, dass einzelne einwandige Nanoröhren-Drähte hängend über anderen Drähten angeordnet sind, wobei die hängenden Nanoröhren-Drähte auf Stützelementen (supports) aufgebracht sind. An einen Draht oder an beide Drähte werden elektrische Signale angelegt, welche Signale bewirken, dass sich die Drähte gegenseitig anziehen oder abstoßen. Jeder physikalische Zustand (i.e. sich anziehende Drähte oder sich abstoßende Drähte) entspricht dabei einem elektrischen Zustand. Sich abstoßende Drähte stellen eine offene Schaltkreis-Verbindung dar. Sich anziehende Drähte stellen hingegen einen geschlossenen Zustand dar, wobei eine gleichgerichtete Verbindung gebildet ist. Wenn die elektrische Spannung von dem Übergang entfernt wird, so verbleiben die Drähte (z.B. aufgrund von van-der-Waals-Bindungen) in ihrem physikalischen (und damit elektrischen) Zustand, wodurch eine nichtflüchtige Speicherzelle gebildet wird.
  • Die bisher vorgeschlagenen NTWCM-Einrichtungen beruhen auf gerichtetem Wachstum oder chemischen Selbst-Anordnungs-Techniken zum Wachsen der einzelnen Nanoröhren, welche für die Speicherzellen benötigt werden. Von diesen Techniken glaubt man mittlerweile, dass sie bei Verwendung moderner Technologie schwierig im kommerziellen Maßstab anzuwenden sind. Darüberhinaus können diese Techniken inhärente Beschränkungen aufweisen, zum Beispiel hinsichtlich der Länge von Nanoröhren, welche unter Verwendung dieser Techniken zuverlässig gewachsen werden können. Zusätzlich kann es schwierig sein, die statistische Varianz der Geometrien von auf diese Weise gewachsenen Nanoröhren-Drähten zu kontrollieren.
  • Bei einer Weiterentwicklung der in [11] offenbarten NTWCM-Einrichtungen werden die hängenden nanoskopischen Drähte, welche in den NTWCM-Einrichtungen aus [11] verwendet werden, durch Bänder (ribbons) ersetzt, welche aus einer mattenförmigen Schicht (matted layer) aus Nanoröhren bzw. einer Vlies-Struktur (non-woven fabric) aus Nanoröhren gebildet sind. Diese Einrichtungen werden im Folgenden als Nanoröhren-Gurt-Strukturen (Nanotube Belt Structures) bzw. Nanotube Ribbon Crossbar Memories (NTRCMs) bezeichnet. Von diesen Nanoröhren-Gurt-Strukturen glaubt man, dass sie einfacher bei den gewünschten Integrations-Leveln und Integrations-Maßstäben (gemessen in der Anzahl der hergestellten Einrichtungen bzw. Devices) herzustellen sind, und dass sie einfacher zu kontrollieren sind.
  • Ein Nachteil der Nanoröhren-Gurt-Strukturen bzw. NTRCMs besteht jedoch darin, dass ein zuverlässiger Betrieb nur schwer möglich ist, da es bei diesen Strukturen immer einige Nanoröhren gibt, die zu kurz sind und sich daher möglicherweise nicht über den gesamten Zwischenraum bis zur anderen Seite hin erstrecken. Bei einem Löschvorgang der Speicherzelle wird dann zwar die Mehrzahl der Nanoröhren von dem Kontakt abgestoßen, eine oder mehrere Nanoröhren bleiben jedoch kontaktiert, was dazu führt, dass ein gespeichertes Bit nicht gelöscht werden kann.
    •
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine nichtflüchtige elektromechanische Speicher-Einrichtung bereitzustellen, bei der die oben genannten Nachteile zumindest teilweise überwunden bzw. reduziert sind.
  • Das Problem wird durch eine elektromechanische Speicher-Einrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
  • Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Die im Zusammenhang mit der elektromechanischen Speicher-Einrichtung beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher Einrichtung und umgekehrt.
  • Es wird eine elektromechanische Speicher-Einrichtung bereitgestellt, mit mindestens einer in oder auf einem Substrat ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht; mit mindestens einem auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshalter, welcher so ausgebildet ist, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht neben dem mindestens einen Abstandshalter angeordnet ist; mit mindestens einer zumindest über einem Teilbereich des Substrats ausgebildeten Kohlenstoffschicht, welche die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht überkreuzt, wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht zumindest teilweise auf dem mindestens einen Abstandshalter ausgebildet ist, derart, dass ein Zwischenraum zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht gebildet ist, und wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht derart eingerichtet ist, dass sie mit der mindestens einen überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt gebracht werden kann.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung wird mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht in oder auf einem Substrat gebildet. Ferner wird mindestens ein Abstandshalter auf dem Substrat gebildet, derart, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht neben dem mindestens einen Abstandshalter angeordnet ist. Weiterhin wird mindestens eine Kohlenstoffschicht zumindest über einem Teilbereich des Substrats gebildet, welche die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht überkreuzt, wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht zumindest teilweise auf dem mindestens einen Abstandshalter gebildet wird, derart, dass ein Zwischenraum zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht gebildet wird, und wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht derart gebildet wird, dass sie mit der mindestens einen überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt gebracht werden kann.
  • Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine nichtflüchtige (nichtvolatile) elektromechanische Speicher-Einrichtung ähnlich den im vorangegangenen beschriebenen NTWCM-Einrichtungen bzw. NTRCM-Einrichtungen bereitgestellt wird, wobei jedoch anstelle von Nanoröhren (bei NTWCM) bzw. Bändern (bei NTRCM) eine oder mehrere zusammenhängende Kohlenstoffschichten als Schaltelement in der Speicher-Einrichtung bzw. in einer Speicherzelle der Speicher-Einrichtung verwendet werden.
  • Die Funktionsweise der elektromechanischen Speicher-Einrichtung beruht u.a. darauf, dass an einen unteren elektrischen Kontakt bzw. eine untere Elektrode (welcher untere elektrische Kontakt bzw. welche untere Elektrode durch eine in oder auf einem Substrat ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht gebildet wird) und/oder an einen oberen elektrischen Kontakt bzw. eine obere Elektrode (welcher obere elektrische Kontakt bzw. welche obere Elektrode durch eine Kohlenstoffschicht gebildet wird) elektrische Signale (z.B. elektrische Spannungen) angelegt werden, welche Signale bewirken, dass sich die beiden Elektroden gegenseitig anziehen oder abstoßen. Die die obere Elektrode bildende Kohlenstoffschicht ist dabei so eingerichtet, dass sie mit der unteren Elektrode, d.h. der elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt gebracht werden kann. Anders ausgedrückt kann sich, wenn sich die beiden Elektroden bei Anliegen geeigneter elektrischer Signale gegenseitig aufgrund elektrischer bzw. elektrostatischer Wechselwirkungen gegenseitig anziehen, die Kohlenstoffschicht oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht so weit verformen, bis sie mit der elektrisch leitfähigen Schicht in Kontakt tritt. Umgekehrt kann sich bei elektrischer Abstoßung der beiden Elektroden die Kohlenstoffschicht wieder in die entgegengesetzte Richtung verformen, so dass der Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Schicht gelöst werden kann. Dieser Vorgang kann vielfach wiederholt werden.
  • Wie im Zusammenhang mit den NTWCM-Einrichtungen bzw. NTRCM-Einrichtungen erwähnt, entspricht jeder physikalische Zustand (i.e. sich anziehende Elektroden oder sich abstoßende Elektroden) einem elektrischen Zustand. Sich abstoßende Elektroden stellen eine offene Schaltkreis-Verbindung dar. Sich anziehende Elektroden (bzw. kontaktierte Elektroden) stellen hingegen einen geschlossenen Zustand dar, wobei eine gleichgerichtete Verbindung gebildet werden kann. Wenn die elektrische Spannung von dem Übergang entfernt wird, so verbleiben die Elektroden, d.h. insbesondere die die obere Elektrode bildende Kohlenstoffschicht, (z.B. aufgrund von van-der-Waals-Bindungen) in ihrem physikalischen (und damit elektrischen) Zustand, wodurch eine nichtflüchtige Speicherzelle gebildet wird.
  • Die elektromechanische Speicher-Einrichtung kann als eine Hybrid-Speicher-Einrichtung aufgefasst werden, welche elektrische Effekte (Erzeugen von anziehenden bzw. abstoßenden elektrischen Feldern durch Anlegen von elektrischen Signalen/Spannungen an elektrische Kontakte) mit mechanischen Effekten (mechanische, reversible Verformung einer Kohlenstoffschicht) kombiniert, um Informationen bzw. Daten nichtflüchtig bzw. dauerhaft zu speichern.
  • Anschaulich bildet die Kohlenstoffschicht ein Schaltelement bzw. einen Schalter, welcher Schalter durch Anlegen von elektrischen Signalen (Spannungen) an eine elektrisch leitfähige Schicht und/oder an die Kohlenstoffschicht zwischen einem offenen Zustand (kein Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Schicht) und einem geschlossenen Zustand (in Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Schicht) hin- und hergeschaltet werden kann. Das Hin- und Herschalten zwischen offenem und geschlossenem Zustand kann dabei mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgen, welche in der Größenordnung von ungefähr 1 Hz bis 10 GHz liegen kann, so dass die elektromechanische Speicher-Einrichtung vorteilhaft für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (High Speed Applications) verwendet werden kann.
  • Ein anderer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass durch die Verwendung einer zusammenhängenden Kohlenstoffschicht die günstigen Eigenschaften des Materials Kohlenstoff (z.B. Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, chemische Inertheit) vereint werden mit der zum Beispiel im Vergleich zu Nanoröhren wesentlich einfacheren Prozessierbarkeit von Schichtstrukturen. Beispielsweise können herkömmliche lithographische Techniken und/oder Ätztechniken zum Strukturieren der Kohlenstoffschicht verwendet werden, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem Nanoröhren an genau definierten Orten in genau definierte Richtungen gewachsen werden müssen, was einen hohen prozesstechnischen Aufwand erfordert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass durch die Verwendung einer Kohlenstoffschicht als Schaltelement ein in der elektromechanischen Speicher-Einrichtung gespeichertes Bit sicher gelöscht werden kann, da bei einer durch Anlegen von elektrischen Signalen bewirkten elektrischen bzw. elektrostatischen Abstoßung der Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Kohlenstoffschicht zuverlässig gelöst, anders ausgedrückt aufgehoben, werden kann, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem wie oben erwähnt einzelne Nanoröhren beim Löschvorgang kontaktiert bleiben und somit das Bit nicht sicher gelöscht wird.
  • Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung einer Kohlenstoffschicht als Schaltelement kann darin gesehen werden, dass weder ein Vakuumbonden noch eine Oxidation der Kontaktflächen erfolgt. Würde der Schalter bzw. das Schaltelement aus Metall bestehen, so ist bekannt, dass es hier zum Bonden der Kontaktflächen kommen kann. Eine Oxidation der Kontaktfläche, wie sie bei Verwendung von Metallen und Polysilizium auftreten kann, würde dazu führen, dass sich die Widerstände im Lauf der Zeit ändern und somit ein Auslesen des Zustands erschwert würde. Durch die Verwendung einer Kohlenstoffschicht in der elektromechanischen Speicher-Einrichtung werden diese Probleme jedoch vermieden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Substrat ein dielektrisches Material bzw. Dielektrikum aufweist. Mit anderen Worten kann ein elektrisch isolierendes Material als Substrat-Material verwendet werden.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht als elektrisch leitfähige Kohlenstoffschicht, anders ausgedrückt als metallische Kohlenstoffschicht, ausgebildet.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht ein Refraktär-Material, anders ausgedrückt ein hochschmelzendes bzw. hitzebeständiges Material, auf, zum Beispiel ein Refraktär-Metall.
  • Die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen: Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Molybdän (Mo).
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der mindestens eine Abstandshalter ein Refraktär-Material, anders ausgedrückt ein hochschmelzendes bzw. hitzebeständiges Material, auf.
  • Ein Abstandshalter kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen: Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Siliziumnitrid (Si3N4) oder ein Carbid-Material.
  • Alternativ kann Kohlenstoff als Material für einen Abstandshalter verwendet werden.
  • Ein Abstandshalter kann parallel zur Substratoberfläche beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Alternativ kann der Abstandshalter parallel zur Substratoberfläche eine andere Querschnittsform aufweisen.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann ein auf dem Substrat ausgebildeter Abstandshalter, z.B. ein Abstandshalter mit einem quadratischen Querschnitt parallel zur Substratoberfläche, eine laterale (d.h. parallel zur Substratoberfläche) Ausdehnung aufweisen, welche in der Größenordnung der minimalen Merkmalsgröße F (Minimum Feature Size) der verwendeten Technologie liegt.
  • Die laterale Ausdehnung eines Abstandshalters kann beispielsweise ungefähr 5 nm bis 200 nm betragen.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Abstandshalter eine Dicke von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweist. Unter der Dicke eines Abstandshalters ist dabei die Ausdehnung des Abstandshalters senkrecht zur Substratoberfläche zu verstehen.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Kohlenstoffschicht ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial, anders ausgedrückt ein metallisches Kohlenstoffmaterial, auf. Die Kohlenstoffschicht kann daher gemäß dieser Ausgestaltung alternativ als elektrisch leitfähige Kohlenstoffschicht bzw. metallische Kohlenstoffschicht bezeichnet werden.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Kohlenstoffschicht eine Dicke von ungefähr 1 nm bis 100 nm auf.
  • Die mindestens eine Kohlenstoffschicht kann mit Hilfe eines Abscheideverfahrens gebildet werden.
  • Als Abscheideverfahren zum Bilden der Kohlenstoffschicht kann ein in [13] beschriebenes Verfahren zum Abscheiden eines Kohlenstoffmaterials verwendet werden. Demgemäß kann zum Beispiel ein Innenraum einer Prozesskammer auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, zum Beispiel auf eine Temperatur zwischen 400°C und 1200°C (beispielsweise auf 600°C oder 950°C). Ferner kann das Substrat, einschließlich der mindestens einen in dem Substrat ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht sowie der Mehrzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshaltern, in die Prozesskammer eingebracht werden, und die Prozesskammer auf einen ersten vorbestimmten Druck, welcher weniger als 1 Pa (Pascal), zum Beispiel weniger als 1/8 Pa betragen kann, evakuiert werden. Weiterhin kann ein Gas, welches zumindest Kohlenstoff aufweist, zum Beispiel ein organisches Gas wie zum Beispiel Methan (CH4), eingeleitet werden, bis ein zweiter vorbestimmter Druck erreicht ist, welcher höher als der erste vorbestimmte Druck sein kann. Der zweite vorbestimmte Druck kann beispielsweise zwischen 10 hPa und 1013 hPa liegen, zum Beispiel zwischen 300 hPa und 700 hPa. Das Kohlenstoff-Material kann auf den auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshaltern und auf einer eventuell auf dem Substrat und/oder der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildeten Opferschicht aus dem kohlenstoffhaltigen Gas, zum Beispiel dem Methan-Gas, abgeschieden werden. Nach dem Abscheiden des Kohlenstoff-Materials kann wahlweise eine Temperung bei zum Beispiel 1050°C erfolgen.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die elektromechanische Speicher-Einrichtung eine Mehrzahl von in oder auf dem Substrat ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schichten, eine Mehrzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshaltern sowie eine Mehrzahl von Kohlenstoffschichten aufweist, und dass die elektrisch leitfähigen Schichten, die Mehrzahl von Abstandshaltern und die Mehrzahl von Kohlenstoffschichten so angeordnet sind, dass ein Kreuzungspunkt-Array bzw. Crossbar-Array gebildet ist. Anders ausgedrückt ist ein Array gebildet, bei dem elektrisch leitfähige Schichten und Kohlenstoffschichten einander kreuzen.
  • Ein solches Crossbar-Array bildet anschaulich ein Array aus mehreren elektromechanischen Speicherzellen, bei dem eine einzelne Speicherzelle durch einen Kreuzungspunkt-Übergang bzw. Crossbar-Übergang (Crossbar Junction) zwischen einer elektrisch leitfähigen Schicht (bzw. metallischen Leiterbahn) und einer diese Leiterbahn kreuzenden Kohlenstoffschicht (Kohlenstoff-Leiterbahn) realisiert wird. Die elektrisch leitfähige Schicht bildet dabei einen unteren Kontakt bzw. eine untere Elektrode, und die Kohlenstoffschicht bildet entsprechend einen oberen Kontakt bzw. eine obere Elektrode.
  • Ein Kreuzungspunkt-Array (Crossbar-Array) aus elektromechanischen Speicherzellen kann als Speicherzellen-Kern-Schaltkreis (Memory Cell Core Circuit) aufgefasst werden. Mit Hilfe eines mit dem Kern-Schaltkreis, genauer mit den Elektroden des Kern-Schaltkreises, gekoppelten Zugriffs-Schaltkreises (Access Circuit) können dem Kern-Schaltkreis Array-Adressen zugewiesen werden, um einzelne Speicherzellen der elektromechanischen Speicher-Einrichtung auszuwählen. Mit anderen Worten können mit Hilfe des Zugriffs-Schaltkreises einzelne Elektroden des Speicherzellen-Kern-Schaltkreises angesteuert werden. Ein solcher Zugriffs-Schaltkreis kann unter Verwendung von Standard-Halbleiter-Schaltkreis-Elementen bereitgestellt werden.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können je zwei benachbarte einer Mehrzahl von Abstandshaltern (z.B. in einem Kreuzungspunkt-Array) einen lateralen Abstand aufweisen, welcher in der Größenordnung der minimalen Merkmalsgröße F (Minimum Feature Size) der verwendeten Technologie liegt. Der laterale Abstand zwischen zwei benachbarten Abstandshaltern kann beispielsweise ungefähr 5 nm bis 1000 nm betragen.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die mindestens eine Kohlenstoffschicht unter Verwendung eines Lithographieverfahrens und/oder eines Ätzverfahrens strukturiert.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem Bilden der Kohlenstoffschicht mindestens eine Opferschicht auf dem Substrat und/oder auf der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht gebildet wird.
  • Die Opferschicht kann zum Beispiel Siliziumdioxid-Material aufweisen, welches beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens bzw. eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens wie z.B. PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) oder mittels eines Schleuderbeschichtungs-Verfahrens (Spin-on-Verfahren) aufgebracht werden kann. Wahlweise können auch andere Materialien, wie zum Beispiel amorphes Silizium oder Aluminiumoxid mittels PECVD bzw. Atomic Layer Deposition (ALD) als Opferschicht aufgebracht werden, wobei die vorgenannten Materialien selektiv zur Umgebung zum Beispiel mittels eines Ätzverfahrens, z.B. eines nasschemischen Ätzverfahrens (Nassätzen), entfernt werden können.
  • Mit Hilfe der Dicke der Opferschicht, welche Dicke beispielsweise im Bereich von 1 nm bis 100 nm liegen kann, kann der Abstand zwischen der unteren Kontaktelektrode (elektrisch leitfähige Schicht) und der oberen Kontaktelektrode (Kohlenstoffschicht) definiert werden, so dass dieser Abstand beliebig eingestellt, anders ausgedrückt gewählt, werden kann. Der Bereich um die Stützstellen (i.e. um die Abstandshalter) herum kann nach dem Bilden der Kohlenstoffschicht wieder freigelegt werden, zum Beispiel durch Chemisch-Mechanisches Polieren (Chemical Mechanical Polishing, CMP) oder durch Phototechnik und nasschemisches Entfernen (Nassätzen) der Opferschicht.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Zwischenraum zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht durch Entfernen der auf dem Substrat und/oder auf der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildeten Opferschicht gebildet.
  • Das Entfernen der Opferschicht kann mit Hilfe eines Nassätzverfahrens erfolgen.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente, soweit sinnvoll, mit gleichen oder identischen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen sind schematisch und daher nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
  • Es zeigen
  • 1A eine Querschnittsansicht einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 1B und 1C Querschnittsansichten der elektromechanischen Speicher-Einrichtung aus 1A während anderer Betriebszustände;
  • 2 eine Layout-Darstellung der elektromechanischen Speicher-Einrichtung aus 1A;
  • 3A bis 3F verschiedene Prozessschritte während eines Verfahrens zur Herstellung einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4A eine Querschnittsansicht einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4B und 4C Querschnittsansichten der elektromechanischen Speicher-Einrichtung aus 4A während anderer Betriebszustände;
  • 5 eine Layout-Darstellung der elektromechanischen Speicher-Einrichtung aus 4A.
  • 1A zeigt eine elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 weist ein Substrat 101 auf, welches aus einem dielektrischen Material (Dielektrikum) bzw. einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. In dem Substrat 101 sind eine erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b ausgebildet. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b können ein Refraktär-Metall, d.h. ein hochschmelzendes metallisches Material wie z.B. Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Molybdän oder andere geeignete elektrisch leitfähige Materialien wie z.B. metallischen Kohlenstoff aufweisen. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b bilden anschaulich eine erste elektrische Leiterbahn bzw. eine erste untere Elektrode 102a und eine zweite elektrische Leiterbahn bzw. eine zweite untere Elektrode 102b der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100, welche Leiterbahnen bzw. untere Elektroden 102a, 102b im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Zeichenebene der 1A verlaufen, was aus der in 2 gezeigten Layout-Darstellung der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 ersichtlich ist, aus welcher Layout-Darstellung sich die in 1A gezeigte Darstellung als Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie A-A' in 2 ergibt.
  • 2 veranschaulicht, dass die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 des gezeigten Ausführungsbeispiels als Kreuzungspunkt-Array bzw. Crossbar-Array ausgebildet ist.
  • Die in 1A bzw. 2 gezeigte elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 weist beispielhaft zwei als untere Elektroden dienende elektrisch leitfähige Schichten 102a und 102b auf. In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann eine elektromechanische Speicher-Einrichtung auch eine andere Anzahl an elektrisch leitfähigen Schichten aufweisen. Eine als Kreuzungspunkt-Array bzw. Crossbar-Array ausgebildete Speicher-Einrichtung kann z.B. eine Vielzahl (typischerweise in der Größenordnung von 106 cm–2 bis 1010 cm–2) von elektrisch leitfähigen Schichten (unteren Elektroden) aufweisen.
  • Die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 weist weiterhin eine Mehrzahl von auf dem Substrat 101 ausgebildeten Abstandshaltern 103 auf, welche so angeordnet sind, dass die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b jeweils neben bzw. zwischen mindestens zwei Abstandshaltern 103 angeordnet sind. Aus der in 2 gezeigten Layout-Darstellung der Speicher-Einrichtung 100 ist ersichtlich, dass die Abstandshalter 103 in einem regulären rechteckförmigen Array in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Anschaulich sind die Abstandshalter 103 auf Gitterplätzen eines Rechteckgitters angeordnet, wobei zwischen jeweils zwei Spalten des Gitters eine elektrisch leitfähige Schicht parallel zu den Gitterspalten angeordnet ist. Die Abstandshalter 103 können eine Dicke (senkrecht zur Substratoberfläche) von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweisen. Ferner können die Abstandshalter 103 eine laterale Ausdehnung (entlang der Gitterachsen) von ungefähr 5 nm bis 200 nm aufweisen, und der Abstand zwischen zwei benachbarten Abstandshaltern 103 entlang der Gitterachsen kann ungefähr 5 nm bis 1000 nm betragen, wobei in diesem Zusammenhang unter zwei "benachbarten" Abstandshaltern zwei Abstandshalter auf Nächste-Nachbar-(NN)-Gitterplätzen des Rechteckgitters zu verstehen ist. Die Abstandshalter 103 können ein Refraktär-Material, anders ausgedrückt ein hochschmelzendes bzw. hitzebeständiges Material, aufweisen, z.B. Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Siliziumnitrid (Si3N4) oder ein Carbid-Material. Alternativ können die Abstandshalter Kohlenstoff aufweisen.
  • Die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 weist weiterhin eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kohlenstoffschichten auf, von welchen eine erste Kohlenstoffschicht 104a in 1A gezeigt ist. Eine zweite Kohlenstoffschicht 104b, eine dritte Kohlenstoffschicht 104c sowie eine vierte Kohlenstoffschicht 104d sind aus der in 2 gezeigten Layout-Darstellung der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 ersichtlich.
  • Die erste Kohlenstoffschicht 104a, die zweite Kohlenstoffschicht 104b, die dritte Kohlenstoffschicht 104c und die vierte Kohlenstoffschicht 104d können jeweils eine Dicke (senkrecht zur Substratoberfläche) von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweisen.
  • Jede einzelne der vier Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d ist über einem Teilbereich des Substrats 100 ausgebildet und überkreuzt die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b. Die Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d sind dabei jeweils so auf entsprechenden Abstandshaltern ausgebildet, dass ein Zwischenraum 105 zwischen der Kohlenstoffschicht 104a, 104b, 104c bzw. 104d und der von der jeweiligen Kohlenstoffschicht überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. 102b gebildet ist. Mit anderen Worten wird mit Hilfe der Abstandshalter 103 ein Abstand zwischen den Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c bzw. 104d und der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b geschaffen, so dass die Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a bzw. die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b nicht berühren.
  • Anschaulich bilden die erste Kohlenstoffschicht 104a, die zweite Kohlenstoffschicht 104b, die dritte Kohlenstoffschicht 104c und die vierte Kohlenstoffschicht 104d eine erste obere Elektrode 104a, eine zweite obere Elektrode 104b, eine dritte obere Elektrode 104c und eine vierte obere Elektrode 104d, welche oberen Elektroden durch die Abstandshalter 103 gestützt werden und über den unteren Elektroden 102a, 102b hängend angeordnet sind.
  • Die erste Kohlenstoffschicht 104a, die zweite Kohlenstoffschicht 104b, die dritte Kohlenstoffschicht 104c und die vierte Kohlenstoffschicht 104d weisen ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoff-Material bzw. metallischen Kohlenstoff auf und bilden anschaulich eine erste obere Elektrode 104a, eine zweite obere Elektrode 104b, eine dritte obere Elektrode 104c bzw. eine vierte obere Elektrode 104d der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100. Die oberen Elektroden bzw. Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d verlaufen dabei im Wesentlichen parallel zueinander und werden anschaulich durch die Abstandshalter 103 gestützt.
  • Die in 1A bzw. 2 gezeigte elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 weist beispielhaft vier als obere Elektroden dienende Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c bzw. 104d auf. In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Speicher-Einrichtung auch eine andere Anzahl von Kohlenstoffschichten (bzw. oberen Elekroden) aufweisen. Eine als Kreuzungspunkt-Array bzw. Crossbar-Array ausgebildete Speicher-Einrichtung kann z.B. eine Vielzahl (typischerweise in der Größenordnung von 106 cm–2 bis 1010 cm–2) elektrisch leitfähiger Kohlenstoffschichten (oberen Elektroden) aufweisen.
  • 2 zeigt die als Kreuzungspunkt-Array bzw. Crossbar-Array ausgebildete Speicher-Einrichtung 100 als Layout-Darstellung, wobei zu erkennen ist, dass aufgrund der Crossbar-Struktur die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b zueinander parallel verlaufen, und dass die vier Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d, welche die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b überkreuzen und von den Abstandshaltern 103 gestützt werden, ebenfalls zueinander parallel verlaufen. Ferner ist gezeigt, dass die Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c und 104d die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b jeweils in einem Winkel von 90°, d.h. senkrecht, überkreuzen bzw. schneiden.
  • In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können die vorgenannten Merkmale teilweise oder ganz entfallen, d.h. eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten können z.B. schräg (nicht-parallel) zueinander verlaufen und/oder einzelne oder mehrere Kohlenstoffschichten können ebenfalls schräg (nicht-parallel) zueinander verlaufen. Ebenfalls können eine oder mehrere Kohlenstoffschichten (obere Elektroden) einer Speicher-Einrichtung eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten (untere Elektroden) der Speicher-Einrichtung in einem Winkel überkreuzen bzw. schneiden, welcher von 90° abweicht.
  • In 2 ist ferner gezeigt, dass alle Kohlenstoffschichten, d.h. die erste Kohlenstoffschicht 104a, die zweite Kohlenstoffschicht 104b, die dritte Kohlenstoffschicht 104c und die vierte Kohlenstoffschicht 104d, sowohl die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a (erste untere Elektrode) als auch die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b (zweite untere Elektrode) überkreuzen. In alternativen Ausgestaltungen ist es jedoch auch möglich, dass eine oder mehrere Kohlenstoffschichten jeweils nur einen Teil der elektrisch leitfähigen Schichten überkreuzt. Zum Beispiel können in einer alternativen Ausführungsform die erste Kohlenstoffschicht 104a und die dritte Kohlenstoffschicht 104c nur die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a überkreuzen, während die zweite Kohlenstoffschicht 104b und die vierte Kohlenstoffschicht 104d nur die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b überkreuzen.
  • Die vorangegangenen Überlegungen lassen sich in analoger Weise auf elektromechanische Speicher-Einrichtungen mit einer beliebigen Anzahl an elektrisch leitfähigen Schichten (unteren Elektroden) bzw. Kohlenstoffschichten (oberen Elektroden) übertragen.
  • In der in 1A gezeigten elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 sind die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a (erste Leiterbahn) und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b (zweite Leiterbahn) in dem Substrat 100 ausgebildet, derart, dass sie jeweils eine zu der oberen Oberfläche des Substrats 100 koplanare obere Oberfläche aufweisen. In alternativen (nicht gezeigten) Ausgestaltungen der Erfindung können die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b (und eventuell weitere nicht gezeigte elektrisch leitfähige Schichten) auch teilweise aus dem Substrat 101"herausragen" oder auf dem Substrat 101 ausgebildet sein. Die Dicke der Abstandshalter 103 kann dementsprechend gewählt werden, dass auch bei ganz oder teilweise aus dem Substrat 101 herausragenden bzw. auf dem Substrat 101 ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schichten 102a, 102b zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b und den elektrisch leitfähigen Kohlenstoffschichten 104a, 104b, 104c, 104d jeweils ein Zwischenraum 105 gebildet ist.
  • Die in 1A und 2 gezeigte elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 kann auch als ein Array aus einzelnen (in dem gezeigten Beispiel aus acht) elektromechanischen Speicherzellen angesehen werden, wobei jede einzelne elektromechanische Speicherzelle durch einen Kreuzungspunkt-Übergang (Crossbar Junction) realisiert ist.
  • Im Folgenden wird anhand der in 1A, 1B und 1C gezeigten Darstellungen die Funktionsweise der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 näher erläutert.
  • Allgemein gilt, dass bei einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung wie der in 1A gezeigten einzelne Bits bzw. die logischen Werte (z.B. "0" oder "1") einzelner Bits dadurch gespeichert werden können, dass Schaltkreis-Verbindungen, welche durch die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht und die mindestens eine Kohlenstoffschicht realisiert werden können, entweder offen oder geschlossen sind. Eine offene Schaltkreis-Verbindung kann beispielsweise eine logische "0" repräsentieren, und eine geschlossene Schaltkreis-Verbindung kann entsprechend eine logische "1" repräsentieren.
  • 1A zeigt die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 während eines ersten Betriebszustandes, bei dem die erste Kohlenstoffschicht 104a (erste obere Elektrode) weder mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a noch mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b in Kontakt ist. Anschaulich bildet somit die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a zusammen mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a eine offene Schaltkreis-Verbindung (z.B. eine logische "0" eines ersten in der entsprechenden Speicherzelle, d.h. dem Kreuzungspunkt-Übergang aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a und der ersten Kohlenstoffschicht 104a, der elektromagnetischen Speicher-Einrichtung 100 gespeicherten Bits repräsentierend), und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b bildet zusammen mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a ebenfalls eine offene Schaltkreis-Verbindung (eine logische "0" eines zweiten in der entsprechenden Speicherzelle, d.h. dem Kreuzungspunkt-Übergang aus der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b und der ersten Kohlenstoffschicht 104a, der elektromagnetischen Speicher-Einrichtung 100 gespeicherten Bits repräsentierend).
  • Zusammenfassend wird bei dem in 1A gezeigten ersten Betriebszustand in einer ersten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100, welche erste Speicherzelle durch den Kreuzungspunkt-Übergang aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a und der ersten Kohlenstoffschicht 104a realisiert ist, eine logische "0" eines ersten Bits gespeichert, und in einer zweiten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100, welche zweite Speicherzelle durch den Kreuzungspunkt-Übergang aus der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b und der ersten Kohlenstoffschicht 104a realisiert ist, eine logische "0" eines zweiten Bits gespeichert.
  • 1B zeigt die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 während eines zweiten Betriebszustandes, bei dem im Unterschied zu dem in 1A gezeigten Betriebszustand die erste Kohlenstoffschicht 104a (erste obere Elektrode) mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a (erste untere Elektrode) in Kontakt gebracht wurde, während die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b nach wie vor keinen Kontakt mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a aufweist. Das Kontaktieren der ersten Kohlenstoffschicht 104a mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass an die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und/oder an die erste Kohlenstoffschicht 104a geeignete elektrische Signale angelegt werden (z.B. mit Hilfe eines Zugriffs-Schaltkreises), welche elektrische Signale eine elektrische bzw. elektrostatische Anziehung zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a und der ersten Kohlenstoffschicht 104a bewirken. Aufgrund der elektrischen bzw. elektrostatischen Anziehung zwischen den beiden vorgenannten Schichten kann es zu einer mechanischen Verformung der ersten Kohlenstoffschicht 104a im Bereich oberhalb der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a kommen, so dass sich die erste Kohlenstoffschicht 104a anschaulich in Richtung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a verbiegt und die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a kontaktiert, siehe 1B.
  • Im Unterschied zu dem in 1A gezeigten ersten Betriebszustand der Speicher-Einrichtung 100 bildet bei dem in 1B gezeigten zweiten Betriebszustand der Speicher-Einrichtung 100 die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a zusammen mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a eine geschlossene Schaltkreis-Verbindung (eine logische "1" des in der entsprechenden Speicherzelle der elektromagnetischen Speicher-Einrichtung 100 gespeicherten ersten Bits repräsentierend). Der kontaktierte Zustand bleibt auch nach Abschalten des bzw. der elektrischen Signale erhalten, d.h. die mechanische Verformung der ersten Kohlenstoffschicht 104a über der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a bildet sich nicht ohne äußere Einwirkung zurück.
  • Zusammenfassend wird bei dem in 1B gezeigten zweiten Betriebszustand in der ersten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100 eine logische "1" des ersten Bits gespeichert, und in der zweiten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100 wird weiterhin die logische "0" des zweiten Bits gespeichert.
  • 1C zeigt die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 während eines dritten Betriebszustandes, bei dem der Kontakt der ersten Kohlenstoffschicht 104a mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a wieder gelöst wurde, während gleichzeitig die erste Kohlenstoffschicht 104a mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b in Kontakt gebracht wurde. Das Lösen des Kontaktes der ersten Kohlenstoffschicht 104a mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a kann dadurch erfolgen, dass an die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und/oder an die erste Kohlenstoffschicht 104a geeignete elektrische Signale angelegt werden (z.B. mit Hilfe eines Zugriffs-Schaltkreises), welche eine elektrische bzw. elektrostatische Abstoßung zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a und der ersten Kohlenstoffschicht 104a bewirken. Aufgrund der elektrischen bzw. elektrostatischen Abstoßung zwischen den beiden vorgenannten Schichten kann es zu einer mechanischen Verformung der ersten Kohlenstoffschicht 104a kommen, so dass diese sich anschaulich in Richtung von der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a weg verbiegt und somit der Kontakt mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a aufgehoben bzw. gelöst wird, siehe 1C. Die erste Kohlenstoffschicht 104a nimmt daher oberhalb der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a wieder den in 1A gezeigten Zustand an. Das Kontaktieren der ersten Kohlenstoffschicht 104a mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 102b erfolgt in der Weise, wie es oben im Zusammenhang mit 1B für das Kontaktieren der ersten Kohlenstoffschicht 104a mit der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 102a beschrieben wurde.
  • Bei dem in 1C gezeigten Betriebszustand der Speicher-Einrichtung 100 bildet die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a zusammen mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a wie in 1A eine offene Schaltkreis-Verbindung (eine logische "0" des ersten Bits repräsentierend), und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b bildet zusammen mit der ersten Kohlenstoffschicht 104a eine geschlossene Schaltkreis-Verbindung (eine logische "1" des zweiten Bits repräsentierend).
  • Zusammenfassend wird bei dem in 1C gezeigten dritten Betriebszustand in der ersten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100 eine logische "0" des ersten Bits gespeichert, und in der zweiten Speicherzelle der Speicher-Einrichtung 100 wird eine logische "1" des zweiten Bits gespeichert.
  • Nachfolgend wird unter Bezug auf 3A bis 3F ein Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • 3A zeigt einen ersten Prozessschritt, bei dem ein Substrat 301 bereitgestellt wird. Das Substrat 301 kann ein dielektrisches Material (Dielektrikum) bzw. ein elektrisch isolierendes Material aufweisen.
  • 3B zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem in dem Substrat 301 eine erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b gebildet werden, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b jeweils eine mit der oberen Oberfläche des Substrats 301 koplanare obere Oberfläche aufweisen. Das Bilden der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 302a und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 302b kann unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken, Abscheideverfahren und/oder Strukturierungsverfahren erfolgen, z.B. mit Hilfe eines Damascene-Verfahrens (d.h. Ätzen von Gräben in dem Substrat 301, Auffüllen der Gräben mit elektrisch leitfähigem Material und Planarisieren der Oberflächen z.B. durch Chemisch-Mechanisches Polieren (CMP)). In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können die erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und/oder die zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b auch über die obere Oberfläche des Substrats 301 hinausragen oder auf dem Substrat 301 gebildet werden. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b können eine metallische Kohlenstoffschicht oder ein Refraktär-Metall, d.h. ein hochschmelzendes metallisches Material wie z.B. Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Molybdän oder andere geeignete Materialien aufweisen. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b bilden anschaulich zwei elektrische Leiterbahnen bzw. zwei untere Elektroden der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 300, welche Leiterbahnen im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Zeichenebene der 3B verlaufen.
  • 3C zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem eine Mehrzahl von Abstandshaltern 303 auf dem Substrat 301 gebildet werden, wobei die Abstandshalter so gebildet werden, dass die erste elektrisch leitfähige Schicht 302a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 302b jeweils zwischen mindestens zwei Abstandshaltern 303 angeordnet sind. Die Abstandshalter 303 können eine Dicke (senkrecht zur Substratoberfläche) von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweisen.
  • Ferner können die Abstandshalter 303 eine laterale Ausdehnung von ungefähr 5 nm bis 200 nm aufweisen, und der Abstand zwischen zwei Abstandshaltern 303 kann ungefähr 5 nm bis 1000 nm betragen. Die Abstandshalter 303 können eine Kohlenstoffschicht oder ein Refraktär-Material, anders ausgedrückt ein hochschmelzendes bzw. hitzebeständiges Material, aufweisen, z.B. Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W), Siliziumnitrid (Si3N4) oder ein Carbid-Material.
  • Das Bilden der Abstandshalter 303 kann durch Aufbringen einer Schicht (z.B. mit Hilfe eines Abscheideverfahrens) aus einem der vorgenannten Materialien und anschließendem Strukturieren (z.B. mit Hilfe eines Lithographie-Verfahrens und/oder Ätz-Verfahrens) dieser Schicht erfolgen.
  • 3D zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem zwischen den Abstandshaltern 303 eine Opferschicht 306 (z.B. aus Siliziumdioxid) auf dem Substrat 301, auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 302a und auf der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 302b aufgebracht wird (z.B. mit Hilfe eines Abscheideverfahrens), wobei die Opferschicht 306 so gebildet wird, dass die obere Oberfläche der Opferschicht 306 mit der oberen Oberfläche der Abstandshalter 303 im Wesentlichen koplanar ist. Mit anderen Worten weist die Opferschicht 306 in dem gezeigten Beispiel im Wesentlichen dieselbe Dicke auf wie die Abstandshalter 303. Dies kann z.B. durch ein Planarisierungs-Verfahren (z.B. Chemisch-Mechanisches Polieren, CMP) erreicht werden.
  • 3E zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem auf den Abstandshaltern 303 und auf der Opferschicht 306 eine metallische (elektrisch leitfähige) Kohlenstoffschicht 304 gebildet wird. Das Bilden der elektrisch leitfähigen Kohlenstoffschicht 304 kann mit Hilfe eines Abscheideverfahrens erfolgen, wobei als Abscheideverfahren ein in [13] beschriebenes Verfahren zum Abscheiden eines Kohlenstoffmaterials verwendet werden kann. Demgemäß kann zum Beispiel ein Innenraum einer Prozesskammer auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, zum Beispiel auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1200°C (beispielsweise auf 600°C oder 950°C). Ferner kann das Substrat 301, einschließlich der in dem Substrat 301 ausgebildeten ersten elektrisch leitfähigen Schicht 302a, der in dem Substrat 301 ausgebildeten zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 302b, der Mehrzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshaltern 303 und der Opferschicht 306, in die Prozesskammer eingebracht werden, und die Prozesskammer auf einen ersten vorbestimmten Druck, welcher weniger als 1 1 Pa (Pascal), zum Beispiel weniger als 1/8 Pa betragen kann, evakuiert werden. Weiterhin kann ein Gas, welches zumindest Kohlenstoff aufweist, zum Beispiel ein organisches Gas wie zum Beispiel Methan (CH4), eingeleitet werden, bis ein zweiter vorbestimmter Druck erreicht ist, welcher höher als der erste vorbestimmte Druck sein kann. Der zweite vorbestimmte Druck kann beispielsweise zwischen 10 hPa und 1013 hPa liegen, zum Beispiel zwischen 300 hPa und 700 hPa. Das Kohlenstoff-Material kann auf den Abstandshaltern 303 sowie auf der Opferschicht 306 aus dem kohlenstoffhaltigen Gas, zum Beispiel dem Methan-Gas, abgeschieden werden. Nach dem Abscheiden des Kohlenstoff-Materials kann wahlweise eine Temperung bei zum Beispiel 1050°C erfolgen.
  • Die elektrisch leitfähige Kohlenstoffschicht 304 kann so gebildet werden, dass sie eine Dicke von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweist.
  • Nach dem Bilden der Kohlenstoffschicht 304 wird diese anschließend so strukturiert, dass eine Kreuzungspunkt-Struktur bzw. Crossbar-Struktur gebildet wird (vgl. 2). Das Strukturieren der Kohlenstoffschicht 304 kann z.B. unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken und/oder Ätzverfahren erfolgen.
  • 3F zeigt einen weiteren Prozessschritt, bei dem die Opferschicht 306 entfernt wird, so dass Zwischenräume 305 zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 302a und der Kohlenstoffschicht 304 bzw. zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 302b und der Kohlenstoffschicht 304 gebildet werden. Das Entfernen der Opferschicht 306 kann durch ein selektives Ätzverfahren (z.B. selektives Nassätzen) erfolgen.
  • 4A zeigt eine Querschnittsansicht einer als Kreuzungspunkt-Array ausgebildeten elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 zeigt eine Layout-Darstellung der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400, aus welcher Layout-Darstellung sich die in 4A gezeigte Ansicht als Querschnitt entlang der gestrichelten Linie B-B' ergibt.
  • Die in 4A bzw. 5 gezeigte elektromechanische Speicher-Einrichtung 400 unterscheidet sich von der in 1A bzw. 2 gezeigten elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 im Wesentlichen darin, dass die erste Kohlenstoffschicht 104a der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100, welche die erste elektrisch leitfähige Schicht 102a und die zweite elektrisch leitfähige Schicht 102b überkreuzt, bei der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 ersetzt ist durch vier einzelne erste Kohlenstoffschichten 404a, wobei jede der vier ersten Kohlenstoffschichten 404a jeweils auf einem Abstandshalter 103 ausgebildet ist und in dem in 4A bzw. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die links neben dem entsprechenden Abstandshalter 103 angeordnete elektrisch leitfähige Schicht 102a bzw. 102b (bzw. andere nicht gezeigte elektrisch leitfähige Schichten) überkreuzt. Mit anderen Worten wird jede der vier ersten Kohlenstoffschichten 404a jeweils nur von einem Abstandshalter 103 bzw. Stützelement getragen. Anschaulich bildet die jeweilige erste Kohlenstoffschicht 404a einen Überhang bzw. eine Ausleger artige Struktur über der entsprechenden elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. 102b. Es ist zu beachten, dass die einzelnen ersten Kohlenstoffschichten 404a nicht miteinander verbunden sind.
  • In analoger Weise sind bei der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 jeweils vier einzelne zweite Kohlenstoffschichten 404b, vier einzelne dritte Kohlenstoffschichten 404c und vier einzelne vierte Kohlenstoffschichten 404d ausgebildet.
  • Die Funktionsweise der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 gleicht der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100 und wird durch die Darstellungen in 4A, 4B und 4C, welche analog zu 1A, 1B und 1C drei verschiedene Betriebszustände der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 zeigen, verdeutlicht.
  • Wie für die elektromechanische Speicher-Einrichtung 100 im Zusammenhang mit 1A, 1B und 1C erläutert, können bei der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 logische Werte ("0" oder "1") durch offene bzw. geschlossene Kontakte zwischen den Kohlenstoffschichten (oberen Elektroden) 404a, 404b, 404c, 404d und den elektrisch leitfähigen Schichten 102a, 102b (unteren Elektroden) realisiert bzw. gespeichert werden. Das Bilden eines geschlossenen Kontaktes zwischen einer Kohlenstoffschicht und einer elektrisch leitfähigen Schicht wird erreicht durch Anlegen geeigneter elektrischer Signale an die entsprechende elektrisch leitfähige Schicht und/oder die entsprechende Kohlenstoffschicht, so dass aufgrund elektrischer bzw. elektrostatischer Wechselwirkungen eine Deformation der entsprechenden Kohlenstoffschicht 404a, 404b, 404c oder 404d (obere Elektrode) auftritt, wodurch diese sich in Richtung zu der elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. 102b (untere Elektrode) hin verbiegt und die elektrisch leitfähige Schicht 102a bzw. 102b kontaktiert. Das Lösen des Kontakts erfolgt wie oben erläutert entsprechend durch Anlegen geeigneter Signale, so dass es zu einer elektrischen bzw. elektrostatischen Abstoßung zwischen den beiden Elektroden kommt.
  • Wie aus 4B und 4C ersichtlich ist, wird, da die Kohlenstoffschichten 404a, 404b, 404c bzw. 404d nur auf einer Seite mit einem Abstandshalter 103 verbunden sind (in dem gezeigten Beispiel auf der rechten Seite, d.h. mit dem Abstandshalter 103 rechts neben der entsprechenden elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. 102b), bei einem geschlossenen Kontakt die Kohlenstoffschicht, i.e. die obere Elektrode, (in den gezeigten Querschnittsansichten der 4B und 4C die erste Kohlenstoffschicht 404a) nur an dieser einen Seite deformiert, anschaulich verbogen, während bei der elektromechanischen Speicher-Einrichtung 100, bei der die erste Kohlenstoffschicht 104a auf beiden Seiten mit einem Abstandshalter 103 verbunden ist, ein geschlossener Kontakt eine Verbiegung der ersten Kohlenstoffschicht 104a an beiden Seiten (d.h. rechts und links neben der elektrisch leitfähigen Schicht 102a bzw. 102b) zur Folge hat (vgl. 1B und 1C).
  • Ein Vorteil der in 4A bis 5 gezeigten elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 kann darin gesehen werden, dass sich mit der gezeigten Anordnung die Verspannungen in den Kohlenstoffschichten 404a, 404b, 404c bzw. 404d, welche durch die mechanische Deformation bzw. das Verbiegen beim Schließen von Kontakten entstehen, deutlich reduzieren lassen.
  • Zur Herstellung der in 4A bis 5 gezeigten elektromechanischen Speicher-Einrichtung 400 kann ein Verfahren ähnlich dem im Zusammenhang mit 3A bis 3F beschriebenen Verfahren verwendet werden, wobei im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren nach dem Aufbringen einer Kohlenstoffschicht auf die Abstandshalter 103 und die Opferschicht die Kohlenstoffschicht so strukturiert wird, dass sich die vier einzelnen ersten Kohlenstoffschichten 404a, die vier einzelnen zweiten Kohlenstoffschichten 404b, die vier einzelnen dritten Kohlenstoffschichten 404c und die vier einzelnen vierten Kohlenstoffschichten 404d ergeben, welche jeweils nur mit einem Abstandshalter 103 verbunden sind. Nach dem selektiven Entfernen der Opferschicht ergibt sich dann die in 4A bzw. 5 gezeigte Struktur mit überhängenden oberen Elektroden 404a, 404b, 404c, 404d, welche jeweils durch einen Abstandshalter 103 gestützt werden.
  • In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
    • 100
    Elektromechanische Speicher-Einrichtung
    101
    Substrat
    102a
    elektrisch leitfähige Schicht
    102b
    elektrisch leitfähige Schicht
    103
    Abstandshalter
    104a
    Kohlenstoffschicht
    104b
    Kohlenstoffschicht
    104c
    Kohlenstoffschicht
    104d
    Kohlenstoffschicht
    105
    Zwischenraum
    300
    Elektromechanische Speicher-Einrichtung
    301
    Substrat
    302a
    elektrisch leitfähige Schicht
    302b
    elektrisch leitfähige Schicht
    303
    Abstandshalter
    304
    Kohlenstoffschicht
    305
    Zwischenraum
    306
    Opferschicht
    400
    Elektromechanische Speicher-Einrichtung
    404a
    Kohlenstoffschicht
    404b
    Kohlenstoffschicht
    404c
    Kohlenstoffschicht
    404d
    Kohlenstoffschicht

Claims (20)

  1. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100), mit • mindestens einer in oder auf einem Substrat (101) ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht (102a, 102b); • mindestens einem auf dem Substrat (101) ausgebildeten Abstandshalter (103), welcher so ausgebildet ist, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b) neben dem mindestens einen Abstandshalter (103) angeordnet ist; • mindestens einer zumindest über einem Teilbereich des Substrats (101) ausgebildeten Kohlenstoffschicht (104a), welche die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b) überkreuzt, • wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a) zumindest teilweise auf dem mindestens einen Abstandshalter (103) ausgebildet ist, derart, dass ein Zwischenraum (105) zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht (104a) und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht (104a) überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht (102a, 102b) gebildet ist, und • wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a) derart eingerichtet ist, dass sie mit der mindestens einen überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht (102a, 102b) in Kontakt gebracht werden kann.
  2. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (101) ein dielektrisches Material aufweist.
  3. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b) als elektrisch leitfähige Kohlenstoffschicht ausgebildet ist.
  4. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b) ein Refraktär-Material aufweist.
  5. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b) eines der folgenden Materialien aufweist: • Tantal; • Tantalnitrid; • Titan; • Titannitrid; • Molybdän.
  6. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine Abstandshalter (103) ein Kohlenstoffmaterial oder ein Refraktär-Material aufweist.
  7. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Abstandshalter (103) eines der folgenden Materialien aufweist: • Titan; • Tantal; • Wolfram; • Siliziumnitrid; • ein Carbid-Material.
  8. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Abstandshalter (103) eine Dicke von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweist.
  9. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a) ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial aufweist.
  10. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a) eine Dicke von ungefähr 1 nm bis 100 nm aufweist.
  11. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit • einer Mehrzahl von in oder auf dem Substrat (101) ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b); • einer Mehrzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Abstandshaltern (103), welche so ausgebildet sind, dass jede der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b) zwischen mindestens zwei Abstandshaltern (103) angeordnet ist; • einer Mehrzahl von Kohlenstoffschichten (104a, 104b, 104c, 104d); • wobei die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b), die Mehrzahl von Abstandshaltern (103) und die Mehrzahl von Kohlenstoffschichten (104a, 104b, 104c, 104d) so angeordnet sind, dass ein Kreuzungspunkt-Array gebildet ist.
  12. Elektromechanische Speicher-Einrichtung (100) gemäß Anspruch 11, wobei je zwei benachbarte der Mehrzahl von Abstandshaltern (103) einen lateralen Abstand von ungefähr 5 nm bis 1000 nm aufweisen.
  13. Verfahren zum Herstellen einer elektromechanischen Speicher-Einrichtung (100; 300), bei dem • mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b; 302a, 302b) in oder auf einem Substrat (101; 301) gebildet wird; • mindestens ein Abstandshalter (103; 303) auf dem Substrat (101; 301) gebildet wird, derart, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b; 302a, 302b) neben dem mindestens einen Abstandshalter (103; 303) angeordnet ist; • mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) zumindest über einem Teilbereich des Substrats (101; 301) gebildet wird, welche die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (102a, 102b; 302a, 302b) überkreuzt, • wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) auf dem mindestens einen Abstandshalter (103; 303) gebildet wird, derart, dass ein Zwischenraum (105; 305) zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht (104a; 304) und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht (104a; 304) überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht (102a, 102b; 302a, 302b) gebildet wird, und • wobei die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) derart gebildet wird, dass sie mit der mindestens einen überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht (102a, 102b; 302a, 302b) in Kontakt gebracht werden kann.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) aus einem elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmaterial gebildet wird.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) mit Hilfe eines Abscheideverfahrens gebildet wird.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die mindestens eine Kohlenstoffschicht (104a; 304) unter Verwendung eines Lithographieverfahrens und/oder eines Ätzverfahrens strukturiert wird.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem vor dem Bilden der mindestens einen Kohlenstoffschicht (304) mindestens eine Opferschicht (306) auf dem Substrat (301) und/oder auf der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht (302a, 302b) gebildet wird.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der Zwischenraum (305) zwischen der mindestens einen Kohlenstoffschicht (304) und der mindestens einen von der mindestens einen Kohlenstoffschicht (304) überkreuzten elektrisch leitfähigen Schicht (302a, 302b) durch Entfernen der mindestens einen Opferschicht (306) gebildet wird.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Entfernen der mindestens einen Opferschicht (3O6) mit Hilfe eines Nassätzverfahrens erfolgt.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem • eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b) in oder auf dem Substrat (101) gebildet wird; • eine Mehrzahl von Abstandshaltern (103) auf dem Substrat (101) gebildet wird, derart, dass jede der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b) zwischen mindestens zwei Abstandshaltern (103) angeordnet ist; • eine Mehrzahl von Kohlenstoffschichten (104a, 104b, 104c, 104d) gebildet wird; • wobei die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (102a, 102b), die Mehrzahl von Abstandshaltern (103) und die Mehrzahl von Kohlenstoffschichten (104a, 104b, 104c, 104d) so angeordnet werden, dass ein Kreuzungspunkt-Array gebildet wird.
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