DE102006009254B3 - Integrated electronic circuit e.g. flash memory, manufacturing method, involves forming intermediate layer made of active electrode material and containing nitrogen of specific concentration on solid electrolyte - Google Patents

Integrated electronic circuit e.g. flash memory, manufacturing method, involves forming intermediate layer made of active electrode material and containing nitrogen of specific concentration on solid electrolyte

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Abstract

The method involves provided a substrate (11), and forming an inert electrode (12). A solid electrolyte (13) is formed on the electrode by a sputtering process that takes place in a defined process atmosphere having argon, nitrogen, ammonia, or nitrogen dioxide. An intermediate layer (14) made of an active electrode material e.g. silver, and containing nitrogen with a concentration of 15 percentages is formed on the electrolyte. An active electrode (152) made of active electrode material is formed on the layer. The electrolyte contains specific percentage of germanium and germanium selenide. An independent claim is also included for a programmable resistive cell that is formed on a substrate.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen. The invention relates to a method for manufacturing an integrated electronic circuit with a programmable resistive cells. Die Erfindung betrifft weiterhin programmierbare resistive Zellen und einen integrierten elektronischen Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen. The invention further relates to programmable resistive cell and an integrated electronic data store with programmable resistive cells.
  • Die Anforderungen an hochintegrierte elektronische Schaltkreise wachsen ständig. The requirements for highly integrated electronic circuits are constantly growing. Vor allem bei elektronischen Datenspeichern, programmierbaren Logikbausteinen und bei Mikroprozessoren gilt es, die Integration immer weiter voranzutreiben und damit die Dichte der funktionalen elektronischen Elemente immer weiter zu erhöhen. Especially in electronic data storage devices, programmable logic devices and microprocessors it is, continues to advance the integration and thus to increase the density of functional electronic elements and on. Bei elektronischen Datenspeichern zielt die fortschreitende Entwicklung im Wesentlichen auf die Informationsdichte, die Zugriffsgeschwindigkeit und darauf, ob und wie lange der elektronische Datenspeicher einen Informationsgehalt ohne Zufuhr von Energie von außen zuverlässig speichern kann. For electronic data stores the progressive development mainly to the information density, access speed, and whether and how long the electronic data storage capable of storing an information content without the supply of energy from outside reliable targets. Letzteres wird auch als die so genannte Flüchtigkeit eines Speichers bezeichnet. The latter is also referred to as the so-called volatility of a memory.
  • Während flüchtige Speicher, so wie beispielsweise ein DRAM (Dynamic Random Access Memory), den Informationsgehalt nur kurze Zeit speichern – und daher ständig aufgefrischt werden müssen – hat die Halbleiterindustrie auch eine Reihe von nicht-flüchtigen Speichern entwickelt, so wie beispielsweise den sog. Flash-RAM. While volatile memory, such as for example, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), just store the information content of a short time - and therefore constantly need to be updated - the semiconductor industry has also developed a number of non-volatile memories, such as, for example, so-called flash. -R.A.M. Ein Flash-RAM behält zwar zuverlässig die in ihm gespeicherten Informationen über mehrere Jahre ohne Energiezufuhr von außen, jedoch ist zum Beschreiben eines Flash-RAMs viel Energie notwendig und die Integration mög lichst vieler Flash-RAM-Speicherzellen auf einem Substrat gegebener und oft stark begrenzter Größe stößt aufgrund der ausgedehnten Dimensionen derartiger Zellen schnell an Grenzen. Although a flash RAM retains reliable the information stored in it for several years without any external energy supply, but to describe a flash RAM much energy is required and the integration of AS POSSIBLE many Flash-RAM memory cells on a substrate of given and often very limited size encounters due to the vast dimensions of such cells are quickly reached.
  • Die wissenschaftliche und industrielle Forschung sucht daher intensiv nach neuen Konzepten für nicht-flüchtige Speicher. Therefore, the scientific and industrial research studied intensively for new concepts for non-volatile memory. Ein vielversprechender Vertreter eines derartigen nichtflüchtigen Speichers ist ein elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Speicherzellen. A promising representatives of such a non-volatile memory is an electronic data memory with programmable resistive memory cells. Diese programmierbaren resistiven Zellen können ihren elektrischen Widerstand durch das gezielte Anlegen von elektrischen Signalen verändern, während der so programmierte elektrische Widerstand bei Abwesenheit der Signale zuverlässig erhalten bleibt. These programmable resistive cells may change their electrical resistance by the selective application of electrical signals during the so-programmed electrical resistance in the absence of the signals remains reliably obtained. Somit kann eine solche Speicherzelle zwei oder auch mehrere logische Zustände durch entsprechende Programmierung ihres elektrischen Widerstandes speichern. Thus, save by programming their electrical resistance such a memory cell two or more logical states. Eine binär codierte Speicherzelle speichert dann beispielsweise in einem hochohmigen Zustand die Information „0" und in einem niederohmigen Zustand die Information „1". A memory cell stores binary coded then, for example in a high impedance state, the information "0" and in a low state, the information "1".
  • Ein bereits hochentwickeltes und gut verstandenes Materialsystem zur Realisierung programmierbarer resistiver Speicherzellen stellen die sog. Festkörperelektrolyte dar. In derartigen Materialen kann sich durch Anlegen elektrischer Signale ein leitender Pfad aus einem aktiven Elektrodenmaterial bilden. An already highly developed and well understood material system for the realization of programmable resistive memory cells are the so-called. Solid electrolytes. In such materials can be formed by applying electrical signals, a conductive path from an active electrode material. Ionen aus diesem aktiven Elektrodenmaterial sind im Festkörperelektrolyten beweglich und können daher durch ein elektrisches Feld im Elektrolyten bewegt werden. Ions from this electrode active material are mobile in the solid electrolyte and thus can be moved by an electric field in the electrolyte. Schließt ein Pfad aus Ionen den ansonsten hochohmigen Festkörperelektrolyten zwischen zweier Elektroden kurz, so sinkt der effektive elektrische Widerstand drastisch. Includes one path of ions the otherwise high-resistance solid electrolyte between two electrodes short so the effective electrical resistance drops dramatically. Durch Umkehr der Polarität des elektrischen Signals kann der Pfad aus Ionen wieder zu rückgebildet werden, und die programmierbare resistive Speicherzelle wird wieder in einen hochohmigen Zustand zurückgeführt. By reversing the polarity of the electrical signal path of ion can be formed back to back, and the programmable resistive memory cell is returned to a high impedance state. Als Gegenelektrode einer aktiven Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial dient oft eine sog. inerte Elektrode, die aus einem Material besteht, das nicht in den Elektrolyten eindringt. As a counter electrode of an active electrode made of active electrode material is often a so-called. Inert electrode consisting of a material that does not penetrate into the electrolyte used.
  • Von großem Interesse ist dabei eine mögliche Integration von Festkörperelektrolyten in bereits bestehende und etablierte Herstellungsprozesse für hochintegrierte elektronische Schaltkreise. here is a possible integration of solid state electrolytes into existing and established manufacturing processes for highly integrated electronic circuits of great interest. Ein solcher Prozess ist beispielsweise der sog. CMOS-Prozess, mit dem in mehreren Hundert Einzelschritten ein elektronischer Schaltkreis mit Hilfe von Lithographie-, Abscheidungs- und Ätztechniken hergestellt wird. Such a process is for example the so-called. CMOS process, in hundreds of individual steps, an electronic circuit by means of lithography, deposition and etching techniques is prepared by the.
  • Da die für Festkörperelektrolyt-Systeme notwendigen Materialien, wie Germanium, Selen, Silber oder Kupfer, in bestehenden CMOS-Prozessen bisher nicht vorkommen, gilt es, die oben genannten Materialien zuverlässig und mit hoher Reproduzierbarkeit in einen CMOS-Prozess zu integrieren. Since the necessary solid electrolyte systems materials, such as germanium, selenium, silver or copper, so far not found in existing CMOS processes to integrate the above materials reliably and with high reproducibility in a CMOS process applies. Als kritische Probleme haben sich gewisse Inkompatibilitäten herausgestellt, wie beispielsweise bei der Verwendung von Germanium-Selenid und Silber. The critical problems, certain incompatibilities have been found, such as in the use of germanium selenide and silver. So wächst Silber – ein aktives Elektrodenmaterial – in dünnen Schichten nur in inhomogener Form auf Festkörperelektrolyten auf. So growing silver - an electrode active material - in thin layers only in inhomogeneous form solid electrolyte. Diese inhomogene Elektrodenschicht, teilweise auch koagulierte Inseln umfassend, führt dann im folgenden Verlauf der Prozessierung zu Schwierigkeiten bei der Strukturierung von weiteren elektronischen Elementen oder Leitungs- bzw. Isolationsschichten. This inhomogeneous electrode layer, partly coagulated islands comprising, then performs the following course of processing difficulties in the patterning of other electronic elements or conduction or insulation layers. Will man im Stand der Technik eine unvorteilhafte inhomogene Form der aktiven Elektrode verhindern, so muss man deren Schichtdicke erhöhen. If one wants to prevent an unfavorable inhomogeneous form of the active electrode in the prior art, so it is necessary to increase their film thickness. Dies wirkt jedoch wieder dem Ziel einer erhöhten In tegration und größeren Packungsdichte der programmierbaren resistiven Zellen entgegen. However, this has again toward the goal of increased in tegration and greater packing density of programmable resistive cells.
  • Aus der US 2005/0286211 A1 ist eine Speicherzelle mit einer Inverter Elektrode, einer aktiven Elektrode und einem Festkörperelektrolyt dazwischen bekannt, bei dem Material aus der aktiven Elektrode in das Festkörperelektrolyt eindringt. From US 2005/0286211 A1 a memory cell having an inverter electrode, an active electrode and a solid electrolyte therebetween is known, penetrates the material from the active electrode into the solid electrolyte. Einen ähnlichen Aufbau beschreibt die US 2003/0049912 A1 und die US 2003/0068862 A1. A similar structure is described in US 2003/0049912 A1 and US 2003/0068862 A1.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Speicherzellen bereitzustellen, das ein homogenes Wachstum aktiver Elektrodenmaterialien in dünnen Schichten auf Festkörperelektrolyten ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an integrated electronic circuit with a programmable resistive memory cells, which enables a homogeneous growth of active electrode materials in thin layers on solid electrolyte.
  • Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine programmierbare resistive Zelle bereitzustellen, die mit einer reduzierten räumlichen Ausdehnung eine höhere Integration gestattet. It is a further object of the present invention to provide a programmable resistive cell, which allows having a reduced spatial extension higher integration.
  • Diese Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die programmierbare resistive Zelle gemäß Anspruch 25 gelöst, sowie durch den Datenspeicher gemäß Anspruch 35. These objects are achieved by the method according to claim 1 and the programmable resistive cell according to claim 25, as well as by the data memory according to claim 35th
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst: In einem ersten Schritt wird ein Substrat bereitgestellt. According to a first aspect of the present invention, a method for manufacturing an integrated electronic circuit with a programmable resistive cells is provided, comprising the following steps: In a first step a substrate is provided. Dieses Substrat – üblicherweise ein Halbleitersubstrat aus Silizium – kann dabei bereits elektronische Elemente, wie beispielsweise Transistoren, Leitungs- oder Isolationsschichten enthalten. This substrate - typically a semiconductor substrate made of silicon - can contain already electronic elements such as transistors, management or insulation layers. Auf dem Substrat wird in einem nächsten Schritt eine inerte Elektrode ausgebildet. On the substrate, an inert electrode is formed in a next step. Zu dieser inerten Elektrode besteht vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zu bereits vorhandenen elektronischen Elementen und/oder Leitungselementen des Substrats. Preferably, to this inert electrode, an electrical contact to existing electronic elements and / or conducting elements of the substrate. Auf der inerten Elektrode wird in einem folgenden Schritt ein Festkörperelektrolyt ausgebildet. On the inert electrode, a solid electrolyte is formed in a following step. In diesem ionenleitfähigen Festkörperelektrolyten können Ionen durch elektrische Signale bewegt werden, die so einen leitenden Pfad ausbilden können um damit den effektiven elektrischen Widerstand des Festkörperelektrolyten drastisch abzusenken. In this ion-conductive solid electrolyte ions can be moved by electrical signals which can thus form a conductive path to thereby lower the effective electric resistance of the solid electrolyte dramatically. Auf dem Festkörperelektrolyten wird daraufhin eine Zwischenschicht ausgebildet, die aus aktivem Elektrodenmaterial und Stickstoff besteht. On the solid electrolyte then an intermediate layer is formed, which consists of active electrode material and nitrogen. Auf die Zwischenschicht wird in einem abschließenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine aktive Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial ausgebildet. In the intermediate layer an active electrode made of active electrode material is formed in a final step of the process of the invention. Zur Komplettierung des integrierten elektronischen Schaltkreises können nun weitere Prozessschritte erfolgen, die Teil eines an sich bereits bekannten Herstellungsprozesses sind, so beispielsweise Teil eines CMOS-Prozesses. To complete the integrated electronic circuit can now be further process steps that are part of an already known manufacturing process, such as part of a CMOS process.
  • Durch das erfindungsgemäße Ausbilden einer Zwischenschicht, die sowohl ein aktives Elektrodenmaterial als auch Stickstoff aufweist, wird das Ausbilden einer aktiven Elektrode aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf dem Festkörperelektrolyt wesentlich begünstigt. The inventive forming an intermediate layer, which has both an active electrode material and nitrogen, forming an active electrode from the active electrode material on the solid electrolyte is significantly favored. Die Zwischenschicht, die Stickstoff aufweist, verhindert ein inhomogenes Ausbilden aktiven Elektrodenmaterials in Form von koagulierten Inseln oder in anderen nachteiligen Formen auf dem Festkörperelektrolyten. The intermediate layer comprising nitrogen, prevents inhomogeneous forming the electrode active material in the form of coagulated islands or in other adverse forms on the solid electrolyte. Der Stickstoff der Zwischenschicht führt zu einem homogen Ausbilden der aktiven Elektrode im weiteren Prozessverlauf, und dies auch von aktivem Elektrodenmaterial in Form dünner Schichten. The nitrogen of the intermediate layer results in a homogeneous formation of the active electrode in the further course of the process, and this electrode active material in the form of thin layers. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit eine vorteilhafte Weiterprozessierung des integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen, da es das Ausbilden einer dünnen homogenen aktiven Elektrode ermöglicht. The inventive method thus allows an advantageous Weiterprozessierung of the integrated electronic circuit with programmable resistive cells because it allows the formation of a thin homogeneous active electrode.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine programmierbare resistive Zelle auf einem Substrat vorgesehen, die die im Folgenden beschriebenen Komponenten umfasst. According to a second aspect of the present invention, a programmable resistive cell is provided on a substrate, comprising the components described in the following. Das Substrat – üblicherweise ein Halbleitersubstrat aus Silizium – kann dabei bereits elektronische Elemente, wie beispielsweise Transistoren, Leitungs- oder Isolationsschichten enthalten. The substrate - typically a semiconductor substrate made of silicon - can contain already electronic elements such as transistors, management or insulation layers. Auf dem Substrat ist eine inerte Elektrode vorgesehen, zu der vorzugsweise ein elektrischer Kontakt von bereits vorhandenen elektronischen Elementen oder Leitungselementen des Substrats besteht. On the substrate, an inert electrode is provided, to which preferably comprises an electric contact of already existing electronic elements or line elements of the substrate. Auf der inerten Elektrode ist ein ionenleitfähiger Festkörperelektrolyt angeordnet, in dem vermittels elektrischer Signale Ionen bewegt werden können, die so einen leitenden Pfad ausbilden können. On the inert electrode an ion-conductive solid electrolyte is disposed, ions can be moved in the means of electrical signals, which can thus form a conductive path. Auf dem Festkörperelektrolyten ist ferner eine Zwischenschicht angeordnet, die ein aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält. On the solid electrolyte, an intermediate layer is further arranged which contains an electrode active material and nitrogen. Auf dieser Zwischenschicht ist dann eine aktive Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial angeordnet. On this intermediate layer, an active electrode made of active electrode material is then placed.
  • Die erfindungsgemäße programmierbare resistive Zelle weist eine reduzierte räumliche Ausdehnung auf, und kann daher in einer größeren Packungsdichte auf einem Bauteil integriert werden. The programmable resistive cell of the invention has a reduced spatial extent, and therefore can be integrated in a larger packing density on a component. Die reduzierte räumliche Ausdehnung wird durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Zwischenschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der aktiven Elektrode ermöglicht. The reduced spatial extension is made possible by the invention providing an intermediate layer between the solid electrolyte and the active electrode. Die Zwischenschicht ermöglicht eine homogene aktive Elektrode auch in Form dünner Schichten. The intermediate layer allows a homogeneous active electrode in the form of thin layers.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein integrierter elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen vorgesehen. According to a third aspect of the present invention, an integrated electronic data memory is provided with programmable resistive cells. Da die erfindungsgemäßen programmierbaren resistiven Zellen eine reduzierte räumliche Ausdehnung aufweisen, können diese in einer größeren Pa ckungsdichte auf dem integrierter elektronischer Datenspeicher integriert werden. Since programmable resistive cells of the invention have a reduced spatial extent, this may be in a larger packing density Pa are integrated on the integrated electronic data storage. Der erfindungsgemäße integrierte elektronische Datenspeicher kann somit bei einer gegebenen Substratgröße mehr Speicherkapazität aufweisen, bzw. erfordert bei einer gegebenen geforderten Speicherkapazität einen wesentlich reduzierten Materialeinsatz. The integrated electronic data storage according to the invention can thus have more storage capacity for a given substrate size, or requires, for a given memory capacity required a substantially reduced use of material.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Festkörperelektrolyt einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% und enthält vorzugsweise Germanium-Selenid. According to one embodiment of the present invention, the solid electrolyte contains a germanium proportion in the range of 30% to 50% and preferably contains germanium selenide. Dieses Material weist hervorragende Festkörperelektrolyteigenschaften auf, und erlaubt die Herstellung zuverlässiger Elemente und Bauteile. This material has excellent solid electrolyte properties, and allows the production of reliable elements and components.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden des Festkörperelektrolyten durch einen Sputter-Prozess. According to a further embodiment of the present invention, the formation of the solid electrolyte is made by a sputtering process. Während eines Sputter-Prozesses werden ein oder mehrere Festkörpermaterialien in einem Vakuum oder in einer wohl definierten Prozessatmosphäre zerstäubt. During a sputtering process, one or more solid materials in a vacuum or in a well-defined process atmosphere are atomized. Die Prozessbedingungen erlauben dabei einen reinen Niederschlag und eine stabile Schichtbildung des zerstäubten Materials auf einem Substrat. The process conditions thereby allow a pure precipitate and a stable film formation of the sputtered material on a substrate. Die definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. The process defined atmosphere can contain argon, which does not affect as an inert noble gas, the material during the sputtering process.
  • Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Stickstoffkonzentration in der Zwischenschicht mindestens 15%. In the present invention, the nitrogen concentration is at least 15% in the intermediate layer. Dieser Stickstoffanteil in der Zwischenschicht hat sich als vorteilig erwiesen, um einerseits ein homogenes und zuverlässiges Wachstum der darauf folgenden aktiven Elektrode zu gewährleisten und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften nicht wesentlich zu beeinflussen. This nitrogen content in the intermediate layer has proved vorteilig, on the one hand to ensure a homogeneous and reliable growth of the next active electrode and at the same time not to influence the electrical properties significantly. Die Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise zwischen 1,5nm und 5nm dick. The intermediate layer is preferably between 1.5 nm and 5 nm thick.
  • Eine derartige Zwischenschicht genügt, um das homogene Wachstum der aktiven Elektrode zu gewährleisten, und ist gleichzeitig dünn genug, um die programmierbare resistive Zelle nicht wesentlich zu vergrößern. Such an intermediate layer is sufficient to ensure the homogeneous growth of the active electrode and is also thin enough to not substantially increase the programmable resistive cell.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden der Zwischenschicht durch einen Sputter-Prozess. According to a further embodiment of the present invention, the forming of the intermediate layer is carried out by a sputtering process. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material der Zwischenschicht während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. A defined process atmosphere can contain argon, which does not affect the inert gas, the inert material of the intermediate layer during the sputtering process. Ferner kann die Prozessatmosphäre Stickstoff (N 2 ), Ammoniak (NH 3 ), oder Stickstoffdioxid (NO 2 ) enthalten. Further, the process atmosphere can be nitrogen (N 2), ammonia (NH 3) or nitrogen dioxide (NO 2) contained. Während des Sputterns wird der gasförmige Stickstoff gespalten, bzw. der Stickstoff aus einer gasförmigen Stickstoffverbindung, wie beispielsweise dem NH 3 oder dem NO 2 , abgespalten, sodass der atomare Stickstoff während der Zerstäubung und des Niederschlags in das aktive Elektrodenmaterial integriert werden kann. During sputtering, the gaseous nitrogen is cleaved, or nitrogen from a gaseous nitrogen compound, such as the NH 3 or NO 2, cleaved, so that the atomic nitrogen during sputtering, and the precipitate can be integrated into the active electrode material. So wird der Stickstoff stabil in die Schicht auf dem Substrat eingebaut. Thus, the nitrogen is stably incorporated into the layer on the substrate. Die oben genannten gasförmigen Stickstoffverbindungen haben sich als vorteilhaft im Sinne einer reproduzierbaren und zuverlässigen Durchführung eines Sputter-Prozesses erwiesen. The gaseous nitrogen compounds above have been found to be advantageous in the context of a reproducible and reliable implementation of a sputtering process. Die Stoffe sind ferner einfach zu handhaben und erfordern keine extensiven Sicherheitsvorkehrungen und es entstehen des Weiteren keine gefährlichen Reaktionsprodukte. The fabrics are also easy to handle and do not require extensive safety precautions and there are furthermore no hazardous reaction products.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die aktive Elektrode homogen auf der Zwischenschicht ausgebildet. According to a further embodiment of the present invention, the active electrode is homogeneously formed on the intermediate layer. Die aktive Elektrode ist somit kontinuierlich und gleichmäßig auf der Zwischenschicht mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke über die horizontale Ausbreitung der Zwischenschicht ausgebildet. The active electrode is thus continuously and uniformly formed on the intermediate layer having a substantially constant layer thickness over the horizontal extension of the intermediate layer. Die homogene aktive Elektrode erlaubt eine weitere vorteilhafte Prozessie rung in einer sicheren und reproduzierbaren Weise, und kann dabei – zur Erhöhung der Integration – möglichst dünn ausgeführt werden. The homogeneous active electrode allows a further advantageous Prozessie tion in a safe and reproducible manner, and is able to - to increase the integration - be as thin as possible. Um homogene aktive Elektroden ohne Zwischenschicht zu erzielen, musste bisher die Schichtdicke der aktiven Elektrode in nachteiliger Weise drastisch erhöht werden, was enge Grenzen bezüglich einer Integration von möglichst vielen programmierbaren resistiven Zellen auf einen gegebenen Substrat setzt. In order to achieve homogeneous active electrode without an intermediate layer, previously had to be drastically increased, the layer thickness of the active electrode disadvantageously, which sets strict limits regarding the integration of as many programmable resistive cells on a given substrate.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die aktive Elektrode durch einen Sputter-Prozess ausgebildet. According to a further embodiment of the present invention, the active electrode is formed by a sputtering process. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das aktive Elektrodenmaterial während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. A defined process atmosphere can contain argon, which does not affect the inert noble gas electrode active material during the sputtering process.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenschicht und die aktive Elektrode durch einen gemeinsamen Sputter-Prozess ausgebildet. According to a further embodiment of the present invention, the intermediate layer and the active electrode is formed by a common sputtering process. Dabei enthält die Prozessatmosphäre nur beim Sputtern der Zwischenschicht eine gasförmige Stickstoffverbindung, wie zum Beispiel Stickstoff (N 2 ), Ammoniak (NH 3 ), oder Stickstoffdioxid (NO 2 ). The process atmosphere containing a gaseous nitrogen compound, such as nitrogen (N 2), ammonia (NH 3) or nitrogen dioxide (NO 2) only when sputtering the intermediate layer. Das Substrat kann dabei in der selben Prozesskammer verbleiben und es können zwei Schichten eben dort ausgebildet werden. The substrate can remain in the same process chamber and there can be formed the same place two layers. Dies reduziert wesentlich eine Kontamination und eine nachteilige Veränderung der Substratoberfläche bzw. der dort bereits aufgebrachten Schichten. This substantially reduces contamination and any adverse changes to the substrate surface or the previously deposited layers therein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine weitere Zwischenschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der Zwischenschicht vorgesehen. According to a further embodiment of the present invention, a further intermediate layer between the solid electrolyte and the intermediate layer is provided. Diese weitere Zwischenschicht enthält vorzugsweise Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff. This additional intermediate layer contains solid electrolyte material, an electrode active material and nitrogen. Damit dient die weitere Zwischenschicht als Übergangsschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der Zwischenschicht und verbessert weiter die Wachstumsbedingungen der Schichtenfolge insgesamt. So that the further intermediate layer serves as a transition layer between the solid electrolyte and the intermediate layer and further improves the growth conditions of the total layer sequence. Dabei kann die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht mindestens 15% betragen. The nitrogen concentration may be in the additional intermediate layer comprises at least 15%. Die weitere Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise zwischen 1,5nm und 5nm dick. The further intermediate layer is preferably between 1.5 nm and 5 nm thick. Dies genügt um das homogene Wachstum der gesamten Schichtenfolge zu gewährleisten und die weitere Zwischenschicht ist gleichzeitig dünn genug, um die programmierbare resistive Zelle nicht wesentlich zu vergrößern. This is sufficient to ensure the homogeneous growth of the entire layer sequence and the other intermediate layer is thin enough not to significantly increase the programmable resistive cell.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht durch einen Sputter-Prozess. According to a further embodiment of the present invention, forming the further intermediate layer is carried out by a sputtering process. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material der weiteren Zwischenschicht während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. A defined process atmosphere can contain argon, which does not affect as an inert noble gas, the material of the further intermediate layer during the sputtering process. Ferner kann die Prozessatmosphäre Stickstoff (N 2 ), Ammoniak (NH 3 ), oder Stickstoffdioxid (NO 2 ), enthalten. Further, the process atmosphere can be nitrogen (N 2), ammonia (NH 3) or nitrogen dioxide (NO 2), included. Dadurch kann wieder atomarer Stickstoff während der Zerstäubung und des Niederschlags in die weitere Zwischenschicht integriert werden. Characterized atomic nitrogen during sputtering, and the precipitate can be integrated into the further intermediate layer again.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die weitere Zwischenschicht, die Zwischenschicht und die aktive Elektrode durch einen gemeinsamen Sputterprozess ausgebildet. According to a further embodiment of the present invention, the further intermediate layer, the intermediate layer and the active electrode is formed by a common sputtering process. Dabei enthält die Prozessatmosphäre nur beim Sputtern der weiteren Zwischenschicht und der Zwischenschicht eine gasförmige Stickstoffverbindung, wie zum Beispiel Stickstoff (N 2 ), Ammoniak (NH 3 ), oder Stickstoffdioxid (NO 2 ). The process atmosphere containing a gaseous nitrogen compound, such as nitrogen (N 2), ammonia (NH 3) or nitrogen dioxide (NO 2) only during the sputtering of the further intermediate layer and the intermediate layer. Das Substrat kann dabei folglich in der selben Prozesskammer verbleiben und es können drei Schichten eben dort ausgebildet werden. The substrate can therefore remain in the same process chamber, and there can be formed the same place three layers.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das aktive Elektrodenmaterial Silber, das sich in ionisierter Form in vorteilhafter Weise gut durch den Festkörperelektrolyten bewegen kann und so einen niederohmigen leitenden Pfad zwischen zwei sich gegenüberstehenden Elektroden ausbilden kann. According to a further embodiment of the present invention contains the electrode active material silver, in ionized form to move well through the solid electrolyte in an advantageous manner and thus can form a low-resistance conductive path between two opposing electrodes. Damit wird der Festkörperelektrolyt von einem hochohmigen Initialzustand in einen niederohmigen Zustand reversibel überführt. So that the solid electrolyte is transferred reversibly from a high impedance initial state to a low state.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Es zeigen: Show it:
  • 1A 1A eine erste schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß dem Stand der Technik, a first schematic representation of the layer structure according to the prior art,
  • 1B 1B eine zweite schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß dem Stand der Technik, a second schematic representation of the layer structure according to the prior art,
  • 1C 1C eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, a schematic representation of the layer structure according to a first embodiment of the present invention,
  • 1D 1D eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem leitenden Pfad, a schematic representation of the layer structure according to the first embodiment of the present invention having a conductive path,
  • 1E 1E eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, a schematic representation of the layer structure according to a second embodiment of the present invention,
  • 2 2 eine schematische Darstellung einer programmierbaren resistiven Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und a schematic diagram of a programmable resistive cell according to a third embodiment of the present invention, and
  • 3 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. a flow chart of the method according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 1A 1A zeigt eine erste schematische Darstellung einer Schichtenabfolge nach dem Stand der Technik. shows a first schematic representation of a sequence of layers according to the prior art. Auf einem ersten Substrat On a first substrate 11 11 ist dabei eine erste inerte Elektrode is a first inert electrode 12 12 angeordnet. arranged. Auf der ersten inerten Elektrode On the first inert electrode 12 12 wird ein erster Festkörperelektrolyt , a first solid electrolyte 13 13 ausgebildet. educated. Soll nun eine dünne Schicht aus aktivem Elektrodenmaterial auf dem ersten Festkörperelektrolyten If now a thin layer of electrode active material on the first solid electrolyte 13 13 abgeschieden werden, so kann es zu einer inhomogenen ersten aktiven Elektrode to be deposited, so there may be a first active electrode inhomogeneous 150 150 kommen. come. Wie hier gezeigt, kann es sogar – in nachteiliger Weise – zur Bildung von koagulierten Inseln kommen. As shown here, it can even - come to the formation of coagulated Islands - unfavorably. Die Oberfläche The surface 1500 1500 der ersten aktiven Elektrode the first active electrode 150 150 weist hier eine unebene Oberflächentopologie auf. has an uneven surface topology here. Dies erschwert, oder verhindert sogar, das zuverlässige Aufbringen weiterer Schichten im Laufe des Herstellungsprozesses. This makes it difficult, or even prevent, the reliable application of further layers during the manufacturing process. Ferner können die elektrischen Eigenschaften aktiven Elektrode einer programmierbaren resistiven Zelle empfindlich gestört sein, und damit kann das zuverlässige Anlegen elektrischer Signale unmöglich werden. Further, the electrical characteristics of the active electrode of a programmable resistive cell may be severely disturbed, and thus the reliable application of electric signals to be impossible.
  • In In 1B 1B ist eine zweite schematische Darstellung der Schichtenabfolge gemäß einem bekannten verbesserten Stand der Technik gezeigt. there is shown a second schematic representation of the sequence of layers according to a known improved prior art. Hierbei wird die Inselbildung bzw. die inhomogene Ausbildung der aktiven Elektrodenschicht durch eine erhöhte Schichtdicke Here, the island formation and the inhomogeneous formation of the active electrode layer by an increased layer thickness 101 101 verhindert. prevented. Die zweite aktive Elektrode The second active electrode 151 151 ist im hier gezeigten Fall mit einer erhöhten Schichtdicke is in the case shown here, with an increased layer thickness 101 101 aufgetragen. applied. Damit kann zwar die zweite aktive Elektrode Thus, although, the second active electrode 151 151 homogen auf dem ersten Festkörperelektrolyten homogeneously on the first solid electrolyte 13 13 abgeschieden werden, aber die hierzu erforderliche erhöhte Schichtdicke are deposited, but this required increased thickness 101 101 der zweiten aktiven Elektrode the second active electrode 151 151 stellt ein wesentliches Hindernis für eine Verkleinerung der aktiven Strukturen in einer integrierten Schaltung dar. Der erste Festkörperelektrolyt represents a major obstacle to a reduction in the active structures in an integrated circuit. The first solid electrolyte 13 13 befindet sich hier wieder auf einer ersten inerten Elektrode is here again on a first inert electrode 12 12 und mit dieser zusammen auf einem ersten Substrat and together with the latter on a first substrate 11 11 . ,
  • 1C 1C und and 1D 1D zeigen schematisch die Schichtenabfolge gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. show schematically the sequence of layers according to a first embodiment of the present invention. Auf dem ersten Substrat On the first substrate 11 11 ist wieder die erste inerte Elektrode is again the first inert electrode 12 12 und darauf der erste Festkörperelektrolyt and then the first solid electrolyte 13 13 ausgebildet. educated. Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf dem ersten Festkörperelektrolyten According to the first embodiment of the present invention on the first solid electrolyte 13 13 eine erste Zwischenschicht a first intermediate layer 14 14 ausgebildet, die ein homogenes und dünnes Aufbringen einer dritten aktiven Elektrode formed that a homogeneous and thin deposition of a third electrode active 152 152 ermöglicht. allows. Die reduzierte Schichtdicke The reduced thickness 102 102 der ersten Zwischenschicht the first intermediate layer 14 14 und der dritten aktiven Elektrode and the third active electrode 152 152 fällt dabei im Vergleich zur erhöhten Schichtdicke falls thereby increased in comparison with the layer thickness 101 101 wesentlich geringer aus. considerably lower. Erfindungsgemäß kann also auf dicke Schichten verzichtet werden, und wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Integration werden somit umgangen. According to the invention can therefore be dispensed with thick layers, and essential restrictions on the integration are thus avoided. Ferner weist die dritte aktive Elektrode Further, the third active electrode 152 152 eine vorteilhafte homogene ebene Oberfläche an advantageous homogeneous planar surface 1520 1520 auf, um weitere Elemente und Schichten, wie beispielsweise eine hier gezeigte erste Zuleitung on to further elements and layers, such as a first lead shown here 16 16 , ungestört und zuverlässig aufbringen zu können. To be able to muster undisturbed and reliable.
  • 1D 1D zeigt die Funktion des ersten Festkörperelektrolyten shows the function of the first solid electrolyte 13 13 als ein Element mit einem programmierbaren Widerstand. as an element having a programmable resistance. Durch Anlegen elektrischer Signale zwischen der ersten inerten Elektrode By applying electrical signals between the first inert electrode 12 12 und der dritten aktiven Elektrode and the third active electrode 152 152 kann sich im ersten Festkörperelektrolyten may be the first solid electrolyte 13 13 ein leitender Pfad a conductive path 17 17 aus aktiven Elektrodenmaterial aus dem ersten Festkörperelektrolyten of the electrode active material from the first solid electrolyte 13 13 , der Zwischenschicht , The intermediate layer 14 14 und der dritten aktiven Elektrode and the third active electrode 152 152 ausbilden. form. Dieser leitende Pfad This conductive path 17 17 schließt den ansonsten hochohmigen ersten Festkörperelektrolyten closes the otherwise high-ohm first solid electrolyte 13 13 kurz, und verringert den Widerstand zwischen der ersten iner ten Elektrode short, and reduces the resistance between the first electrode iner th 12 12 und der dritten aktiven Elektrode and the third active electrode 152 152 . , Durch entsprechende Umpolung der elektrischen Signale kann der leitende Pfad By appropriate reversal of the electrical signals, the conductive path may 17 17 wieder zurückgebildet werden, und die Struktur kehrt wieder in einen hochohmigen Zustand, wie in be re-formed, and the structure returns to a high impedance state, as in 1C 1C gezeigt, zurück. shown back.
  • 1E 1E zeigt schematisch die Schichtenabfolge gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. schematically shows the layer sequence in accordance with a second embodiment of the present invention. Auf dem ersten Substrat On the first substrate 11 11 ist wieder die erste inerte Elektrode is again the first inert electrode 12 12 und darauf ein weiterer Festkörperelektrolyt and then another solid electrolyte 130 130 ausgebildet. educated. Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf dem weiteren Festkörperelektrolyten According to the second embodiment of the present invention is applied to the further solid electrolyte 130 130 zunächst eine weitere Zwischenschicht First, a further intermediate layer 18 18 und darauf die erste Zwischenschicht and then the first intermediate layer 14 14 ausgebildet. educated. Die weitere Zwischenschicht The further intermediate layer 18 18 enthält dabei sowohl aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff als auch Festkörperelektrolyt-Material. it contains both an electrode active material and nitrogen as well as solid electrolyte material. Die Schichtfolge weiterer Festkörperelektrolyt The layer sequence of further solid electrolyte 130 130 – weitere Zwischenschicht - further intermediate layer 18 18 – erste Zwischenschicht - first intermediate layer 14 14 erlaubt in besonders vorteilhafter Weise ein dünnes und homogenes Aufbringen der dritten aktiven Elektrode allowed in a particularly advantageous manner, a thin and homogeneous application of the third active electrode 152 152 . ,
  • 2 2 zeigt eine schematische Darstellung einer programmierbaren resistiven Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a schematic diagram of a programmable resistive cell according to a third embodiment of the present invention. Auf einem zweiten Substrat On a second substrate 21 21 ist dabei eine zweite inerte Elektrode is a second inert electrode 22 22 ausgebildet. educated. Auf der zweiten inerten Elektrode On the second inert electrode 22 22 wird eine Isolationsschicht an insulation layer 28 28 strukturiert ausgebildet. formed structured. Die strukturierte Isolationsschicht The structured insulating layer 28 28 dient zur Definition einzelner Zellen mit programmierbaren elektrischen Widerstand. is used to define individual cells with programmable electric resistance. In einem Graben der strukturierten Isolationsschicht In a trench of the structured insulation layer 28 28 befindet sich ein zweiter Festkörperelektrolyt There is a second solid electrolyte 23 23 auf dem eine zweite Zwischenschicht on which a second intermediate layer 24 24 das Ausbilden einer dünnen homogenen vierten aktiven Elektrode forming a thin homogeneous fourth active electrode 25 25 gestattet. allowed. Die Oberfläche The surface 250 250 der vierten aktiven Elektrode the fourth active electrode 25 25 erlaubt dabei in vorteilhafter Weise das Aufbringen weiterer Elemente, so beispielsweise einer zweiten Zuleitung allow in an advantageous manner, the application of further elements, such as a second feed line 26 26 , die sich in einer strukturierten weiteren Isolationsschicht , Resulting in a structured further insulating layer 29 29 befindet. located. Das erfindungsgemäße Vorsehen der zweiten Zwischenschicht The provision according to the invention the second intermediate layer 24 24 gestattet das Ausbilden der Schichtkombination der zweiten Zwischenschicht allows the formation of the layer combination of the second intermediate layer 24 24 und der vierten aktiven Elektrode and the fourth active electrode 25 25 mit einer weiteren reduzierten Schichtdicke with a further reduced thickness 200 200 . , Damit kann die Gesamthöhe der Schichtenfolge minimiert und damit die Integration, bei zuverlässiger Herstellung des gesamten Bauteils, erhöht werden. Thus the total amount of the layer sequence can be minimized and thus the integration, are in reliable production of the entire component, increased.
  • Die Substrate substrates 11 11 , . 21 21 sind in der Regel als ein Siliziumsubstrat ausgeführt, auf das hochentwickelte und etablierte Fertigungsprozesse, so wie beispielsweise ein CMOS-Prozess, angewendet werden können, um integrierte elektronische Schaltkreise zu realisieren. are usually executed as a silicon substrate, with the highly developed and established manufacturing processes, can be used as such as a CMOS process, to realize integrated electronic circuits. Besondere Anforderungen an das Material der inerten Elektroden Specific requirements for the material of the inert electrode 11 11 , . 22 22 werden nicht gestellt, obwohl es von Vorteil ist, die inerten Elektroden are not provided, although it is advantageous to select the inert electrodes 11 11 , . 22 22 aus einem leitenden Material auszubilden, dass sich nicht in den Festkörperelektrolyten form of a conductive material that is not in the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 löst. solves. Beispiele hierfür sind dotiertes oder undotierten polykristallines Silizium oder die in der Halbleiterindustrie üblichen Metalle, wie beispielsweise Gold, Wolfram oder Aluminium. Examples include doped or undoped polycrystalline silicon, or customary in the semiconductor industry, metals such as gold, tungsten or aluminum.
  • Die Festkörperelektrolyte The solid electrolytes 13 13 , . 23 23 bestehen beispielsweise aus Germanium-Selenid oder Germanium-Sulfid. for example consist of germanium-selenide or germanium-sulfide. Weitere günstige Materialien stellen Germanium-Tellurid, Silicium-Selenid, Silicium-Sulfid, Blei-Sulfid, Blei-Selenid, Blei-Tellurid, Zinn-Sulfid, Zinn-Selenid, Zinn-Tellurid, Zink-Sulfid, Zink-Selenid, Cadmium-Sulfid oder Cadmium-Selenid dar. Die oben genannten Materialien erlauben die Realisierung von programmierbaren resistiven Zellen in hinreichend hoher Integration und bei vorteilhaften Betriebstemperaturen im Bereich üblicher Umgebungstemperaturen. More cheap materials are germanium telluride, silicon-selenide, silicon-sulfide, lead sulfide, lead selenide, lead telluride, tin sulfide, tin selenide, tin telluride, zinc sulfide, zinc selenide, cadmium sulfide or cadmium selenide. the above-mentioned materials allow the realization of programmable resistive cell in a sufficiently high integration and advantageous operating temperatures in the range of usual ambient temperatures.
  • In vorteilhafter Weise enthalten die Zwischenschichten Advantageously, the intermediate layers contain 14 14 , . 24 24 und die aktiven Elektroden and the active electrode 152 152 , . 25 25 Silber, Zink, Kupfer oder Natrium, die sich in oben genannten Festkörperelektrolyt-Materialien gut bewegen können und eben dort einen leitenden Pfad ausbilden können. Silver, zinc, copper, or sodium, which can move said solid electrolyte materials well in above and can form a conductive path just there. Ferner enthalten die Zwischenschichten Further, the intermediate layers contain 14 14 , . 24 24 neben dem aktiven Elektrodenmaterial Stickstoff. in addition to the electrode active material nitrogen. Damit können die aktiven Elektroden Thus, the active electrode 152 152 , . 25 25 in vorteilhafter Weise dünn und homogen auf den Zwischenschichten advantageously thin and homogeneous on the interlayers 14 14 , . 24 24 ausgebildet werden. be formed. Die Dicke der Zwischenschichten The thickness of the intermediate layers 14 14 , . 24 24 kann dabei lediglich 1,5nm bis 5nm betragen. can amount to only 1.5 nm to 5 nm.
  • 3 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a flow chart of the method for manufacturing an integrated electronic circuit with a programmable resistive cell according to a fourth embodiment of the present invention. In einem Vorbereitungsschritt S1 wird ein Substrat mit einer inerten Elektrode in eine Prozesskammer (PK) eingebracht. In a preparatory step S1, a substrate having an inert electrode in a process chamber (PK) is introduced.
  • Daraufhin wird die Prozesskammer in einem ersten Evakuationsschritt S2 evakuiert, um eine definierte Prozessatmosphäre zu ermöglichen. Thereafter, the process chamber is evacuated in a first Evakuationsschritt S2 to permit a defined process atmosphere.
  • Nach der Evakuation der Prozesskammer wird in einem ersten Einlassschritt S3 Argon eingelassen, dies vorteilhafterweise mit einem Fluss von 150 sccm (Standard cm 3 pro min.). After the evacuation of the process chamber is introduced into a first inlet step S3 argon, this advantageously a flow of 150 sccm (standard cm 3 per min.).
  • Daraufhin erfolgt in einem ersten Abscheidungsschritt S4 das Abscheiden eines Festkörperelektrolyten, beispielsweise von Germanium-Selenid (40:60) mit einer Schichtdicke im Bereich von 10nm bis 50nm. Then, depositing a solid electrolyte, such as germanium selenide (40:60) with a layer thickness in the range of 10 nm to 50 nm, in a first deposition step S4. Der Festkörperelektrolyt kann durch RF- Sputtern in der Prozesskammer abgeschieden werden, wobei eine Radiofrequenz (RF) von 13,56 MHz bei einer Leistung von 200W bis 300W zum Einsatz kommt. The solid electrolyte can be deposited by RF sputtering in the process chamber, wherein a radio frequency (RF) of 13.56 MHz at a power of 200W to 300W is used.
  • Nach erfolgter Abscheidung des Festkörperelektrolyten wird die Prozesskammer in einem zweiten Evakuationsschritt S5 erneut evakuiert, um wieder eine definierte Prozessatmosphäre für den folgenden Abscheidungsschritt bereitzustellen. After deposition of the solid electrolyte, the process chamber is evacuated again in a second Evakuationsschritt S5 to provide a defined process atmosphere for the following deposition step again.
  • Nach der Evakuation der Prozesskammer wird in einem zweiten Einlassschritt S6 Argon mit einer gasförmigen Stickstoffverbindung in die Prozesskammer eingelassen. After the evacuation of the process chamber S6 argon is introduced with a gaseous nitrogen compound in the process chamber in a second inlet step. Anstatt Argon können jedoch auch andere übliche inerte Prozessgase wie z. Instead of argon but other conventional inert process gases such can. B. Stickstoff (N 2 ), Helium (He), Neon (Ne) oder Krypton (Kr) zum Einsatz kommen. Come as nitrogen (N 2), helium (He), neon (Ne) or krypton (Kr) used. Als gasförmige Stickstoffverbindung kommen beispielsweise Stickstoff (N 2 ), Ammoniak (NH 3 ) oder Stickstoffdioxid (NO 2 ) zum Einsatz. As a gaseous nitrogen compound, for example, nitrogen come (N 2), ammonia (NH 3) or nitrogen dioxide (NO 2) is used. Vorteilhafterweise liegt der Argonfluss im Bereich von 10 sccm bis 50 sccm und der Fluss der Stickstoffverbindung, beispielsweise Stickstoff (N 2 ), im Bereich von 5 sccm bis 20 sccm. Advantageously, the argon flow is from 10 sccm to 50 sccm and the flow of the nitrogen compound, for example nitrogen (N 2), sccm in the range of 5 to 20 sccm. Als gasförmige Stickstoffverbindungen kommen allgemein diejenigen Verbindungen in Betracht, bei denen atomarer Stickstoff durch ein Plasma abgetrennt werden kann, und deren abgespaltenen Reste nicht in das abzuscheidende Material eingebaut werden. As gaseous nitrogen compounds generally those compounds come into consideration, where atomic nitrogen can be removed by a plasma, and the split-off residues are not incorporated into the material to be deposited. So wird beispielsweise bei der Verwendung von Ammoniak (NH 3 ) und Silber der Stickstoff N durch das Plasma in atomarer Form abgespalten und mit dem zerstäubten Silber zur Bildung einer Silber-Stickstoff-Schicht abgeschieden, während der Wasserstoff H des Ammoniaks nicht in die Schicht eingebaut wird sondern mit dem inerten Prozessgas, hier beispielsweise mit dem Argon, aus der Prozesskammer geführt wird. For example, with the use of ammonia (NH 3) and silver of nitrogen N is cleaved by the plasma in atomic form and deposited with the atomized silver to form a silver-nitrogen layer, while the hydrogen H of the ammonia is not incorporated into the layer is but is performed with the inert process gas, here for example with argon, from the process chamber.
  • Mittels DC-Sputterns wird mit einer Leistung im Bereich von 1,5kW bis 3kW bei einem Substratdurchmesser von 20cm bis 30cm die Zwischenschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 1,5 bis 5nm in einem zweiten Abscheidungsschritt S7 abgeschieden. By DC sputtering, is deposited with a power ranging from 1.5 kW to 3 kW for a substrate diameter of 20cm to 30cm, the intermediate layer with a layer thickness in the range of 1.5 to 5 nm in a second deposition step S7. Die Anwesenheit der gasförmigen Stickstoffverbindung während des Sputterns führt zu einem reaktiven Sputtern und zu einer Integration von Stickstoff in die abgeschiedene Silberschicht auf dem Substrat. The presence of gaseous nitrogen compound during sputtering results in a reactive sputtering and to an integration of nitrogen in the deposited silver layer on the substrate. Der Stickstoffgehalt liegt dabei bei mindestens 15%. The nitrogen content is present at least 15%.
  • Nach Abscheiden der Zwischenschicht wird die Prozesskammer erneut in einem dritten Evakuationsschritt S8 evakuiert um für die weiteren Prozesse wieder eine definierte Prozessatmosphäre bereitzustellen. After deposition of the intermediate layer, the process chamber is evacuated again in a third Evakuationsschritt S8 to provide a defined process atmosphere again for the further processes.
  • Vor der Abscheidung der aktiven Elektrodenschicht wird erneut Argon in die Prozesskammer in einem dritten Einlassschritt S9 eingelassen, vorteilhafterweise mit einem Fluss im Bereich von 10 sccm bis 50 sccm. Prior to deposition of the electrode active layer Argon is introduced into the process chamber in a third inlet step S9 again, advantageously with a flow in the range of 10 sccm to 50 sccm.
  • Durch Argon-Gas-Sputtern wird daraufhin die aktive Elektrodenschicht, beispielsweise bestehend aus Silber, mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 50 nm in einem dritten Abscheidungsschritt S10 abgeschieden. Thereafter, the active electrode layer, for example consisting of silver, with a layer thickness in the range of 10 nm to 50 nm in a third deposition step S10 is deposited by argon gas sputtering. Die DC-Leistung liegt dabei in einem Bereich von 1,5kW bis 3kW für ein Substratdurchmesser von 20cm bis 30cm. The DC power lies in a range from 1.5 kW to 3 kW for a substrate diameter from 20cm to 30cm. Der Argonfluss liegt in einem Bereich von 10 sccm bis 50 sccm. The argon flow is in a range of 10 sccm to 50 sccm.
  • Die Prozesskammer kann ferner derart gestaltet sein, dass auch weitere Prozessschritte S11 bei Verbleib des Substrats in der selben Prozesskammer und bei Minimierung der Kontamination durchgeführt werden können. The process chamber can further be designed such that also other process steps S11 can be carried out at whereabouts of the substrate in the same process chamber, and while minimizing contamination. Hierzu zählen beispiels weise das Abscheiden einer Abdeckschicht aus Tantalnitrid (TaN) oder entsprechend anderer verwandter Materialien. These include example as depositing a cover layer of tantalum nitride (TaN) or according to other related materials.
  • Zur Komplettierung des integrierten elektronischen Schaltkreises folgt dann eine weitere Prozessierung S12. To complete the integrated electronic circuit a further processing S12 then follows.
  • 11 11
    erstes Substrat first substrate
    12 12
    erste inerte Elektrode first inert electrode
    13 13
    erster Festkörperelektrolyt the first solid electrolyte
    14 14
    erste Zwischenschicht first intermediate layer
    16 16
    erste Zuleitung first supply line
    17 17
    leitender Pfad conductive path
    18 18
    weitere Zwischenschicht further intermediate layer
    101 101
    erhöhte Schichtdicke increased layer thickness
    102 102
    reduzierte Schichtdicke reduced layer thickness
    130 130
    weiterer Festkörperelektrolyt Another solid electrolyte
    150 150
    erste aktive Elektrode first active electrode
    151 151
    zweite aktive Elektrode second active electrode
    152 152
    dritte aktive Elektrode third active electrode
    1500 1500
    Oberfläche der ersten aktiven Elektrode Surface of the first active electrode
    1520 1520
    Oberfläche der dritten aktiven Elektrode Surface of the third active electrode
    21 21
    zweites Substrat second substrate
    22 22
    zweite inerte Elektrode second inert electrode
    23 23
    zweiter Festkörperelektrolyt second solid electrolyte
    24 24
    zweite Zwischenschicht second intermediate layer
    25 25
    vierte aktive Elektrode fourth active electrode
    26 26
    zweite Zuleitung second lead
    28 28
    Isolationsschicht insulation layer
    29 29
    weitere Isolationsschicht further insulating layer
    200 200
    weitere reduzierte Schichtdicke further reduced layer thickness
    250 250
    Oberfläche der vierten aktiven Elektrode Surface of the fourth active electrode
    S1 S1
    Vorbereitungsschritt preparation step
    S2 S2
    erster Evakuationsschritt first Evakuationsschritt
    S3 S3
    erster Einlassschritt first intake step
    S4 S4
    erster Abscheidungsschritt the first deposition step
    S5 S5
    zweiter Evakuationsschritt second Evakuationsschritt
    S6 S6
    zweiter Einlassschritt second inlet Step
    S7 S7
    zweiter Abscheidungsschritt second deposition step
    S8 S8
    dritter Evakuationsschritt third Evakuationsschritt
    S9 S9
    dritter Einlassschritt third intake step
    S10 S10
    dritter Abscheidungsschritt third deposition step
    S11 S11
    weitere Prozessschritte further process steps
    S12 S12
    weitere Prozessierung further processing

Claims (35)

  1. Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Substrats ( A method for manufacturing an integrated electronic circuit with a programmable resistive cell, comprising the steps of: - providing a substrate ( 11 11 , . 21 21 ); ); – Ausbilden einer inerten Elektrode ( (Forming an inert electrode - 12 12 , . 22 22 ); ); – Ausbilden eines Festkörperelektrolyten ( (Forming a solid electrolyte - 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) auf der inerten Elektrode ( ) (On the inert electrode 12 12 , . 22 22 ); ); – Ausbilden einer Zwischenschicht ( (Forming an intermediate layer - 14 14 , . 24 24 ) auf dem Festkörperelektrolyten ( ) (On the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ), wobei die Zwischenschicht ( ), Wherein the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) aus einem aktiven Elektrodenmaterial und Stickstoff mit einer Konzentration von mindestens 15% besteht; ) Consists of an active electrode material and nitrogen at a concentration of at least 15%; und – Ausbilden einer aktiven Elektrode ( (Forming an active electrode - and 152 152 , . 25 25 ) aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf der Zwischenschicht ( ) From the electrode active material (on the intermediate layer 14 14 , . 24 24 ). ).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Festkörperelektrolyt ( The method of claim 1, wherein the solid electrolyte ( 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% enthält. ) Contains a germanium content in the range of 30% to 50%.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Festkörperelektrolyt ( The method of claim 1 or 2, wherein the solid electrolyte ( 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) Germanium-Selenid enthält. ) Germanium selenide contains.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausbilden des Festkörperelektrolyten ( A method according to any one of claims 1 to 3, wherein forming the solid electrolyte ( 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) durch einen Sputterprozess erfolgt. ) Is performed by a sputtering process.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt, die Argon enthält. The method of claim 4, wherein said sputtering is performed in a defined process atmosphere contains argon.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der Zwischenschicht ( Method according to one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) zwischen 1,5nm und 5nm liegt. ) Is between 1.5 nm and 5 nm.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ausbilden der Zwischenschicht ( A method according to any one of claims 1 to 6, wherein the forming of the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) durch einen Sputterprozess erfolgt. ) Is performed by a sputtering process.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt. The method of claim 7, wherein the sputtering is carried out in a defined process atmosphere.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die definierte Prozessatmosphäre Argon enthält. The method of claim 8, wherein the defined process atmosphere contains argon.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die definierte Prozessatmosphäre wenigstens eines der Gase – Stickstoff (N 2 ) – Ammoniak (NH 3 ) – Stickstoffdioxid (NO 2 ) enthält. The method of claim 8 or 9, wherein the defined process atmosphere of at least one of the gases - nitrogen (N 2) - ammonia (NH 3) - nitrogen dioxide (NO 2).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die aktive Elektrode ( A method according to any one of claims 1 to 10, wherein the active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) homogen auf der Zwischenschicht ( ) Homogeneous (on the intermediate layer 14 14 , . 24 24 ) ausgebildet wird. is formed).
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ausbilden der aktiven Elektrode ( A method according to any one of claims 1 to 11, wherein forming the active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) durch einen Sputterprozess erfolgt. ) Is performed by a sputtering process.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt, die Argon enthält. The method of claim 12, wherein the sputtering is carried out in a defined process atmosphere contains argon.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Ausbilden der Zwischenschicht ( A method according to any one of claims 1 to 13, wherein forming the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) und das Ausbilden der aktiven Elektrode ( ) And forming the active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) in einem gemeinsamen Sputterprozess erfolgt, wobei nur beim Sputtern der Zwischenschicht ( ,) Is carried out in a common sputtering process wherein (only during the sputtering of the intermediate layer 14 14 , . 24 24 ) eine Prozessatmosphäre eine gasförmige Stickstoffverbindung enthält. ) A process atmosphere containing a gaseous nitrogen compound.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine weitere Zwischenschicht ( Method according to one of claims 1 to 14, wherein a further intermediate layer ( 18 18 ) zwischen dem Festkörperelektrolyten ( ) (Between the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) und der Zwischenschicht ( ) And the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) ausgebildet wird. is formed).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die weitere Zwischenschicht ( The method of claim 15, wherein the further intermediate layer ( 18 18 ) Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält. Containing) solid electrolyte material and an electrode active material nitrogen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht ( The method of claim 16, wherein the nitrogen concentration (in the further intermediate layer 18 18 ) mindestens 15% beträgt. ) At least 15%.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Dicke der weiteren Zwischenschicht ( Method according to one of claims 15 to 17, wherein the thickness of the further intermediate layer ( 18 18 ) zwischen 1,5nm und 5nm liegt. ) Is between 1.5 nm and 5 nm.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht ( A method according to any one of claims 15 to 18, wherein forming the further intermediate layer ( 18 18 ) durch einen Sputterprozess erfolgt. ) Is performed by a sputtering process.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt. The method of claim 19 wherein the sputtering process is carried out in a defined process atmosphere.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die definierte Prozessatmosphäre Argon enthält. The method of claim 20, wherein the defined process atmosphere contains argon.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die definierte Prozessatmosphäre wenigstens eines der Gase – Stickstoff (N 2 ) – Ammoniak (NH 3 ) – Stickstoffdioxid (NO 2 ) enthält. The method of claim 20 or 21, wherein the defined process atmosphere of at least one of the gases - nitrogen (N 2) - ammonia (NH 3) - nitrogen dioxide (NO 2).
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht ( A method according to any one of claims 15 to 22, wherein forming the further intermediate layer ( 18 18 ), das Ausbilden der Zwischenschicht ( ), The formation of the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) und das Ausbilden der aktiven Elektrode ( ) And forming the active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) in einem gemeinsamen Sputterprozess erfolgt, wobei nur beim Sputtern der weiteren Zwischenschicht ( ,) Is carried out in a common sputtering process wherein (only during the sputtering of the further intermediate layer 18 18 ) und der Zwischenschicht ( ) And the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) eine Prozessatmosphäre eine gasförmige Stickstoffverbindung enthält. ) A process atmosphere containing a gaseous nitrogen compound.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das aktive Elektrodenmaterial Silber enthält. Method according to one of claims 1 to 23, wherein the electrode active material contains silver.
  25. Programmierbare resistive Zelle, die auf einem Substrat ( Programmable resistive cell (on a substrate 11 11 , . 21 21 ) gebildet ist und – eine inerte Elektrode ( ) Is formed and - an inert electrode ( 12 12 , . 22 22 ), – einen Festkörperelektrolyten ( ), - a solid electrolyte ( 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) auf der inerten Elektrode ( ) (On the inert electrode 12 12 , . 22 22 ), – eine Zwischenschicht ( ), - an intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) auf dem Festkörperelektrolyten ( ) (On the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ), wobei die Zwischenschicht ( ), Wherein the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) aus einem aktiven Elektrodenmaterial und Stickstoff mit einer Konzentration von mindestens 15% besteht, und – eine aktive Elektrode ( ) Consists of an active electrode material and nitrogen at a concentration of at least 15%, and - an active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf der Zwischenschicht ( ) From the electrode active material (on the intermediate layer 14 14 , . 24 24 ) umfasst. ) Includes.
  26. Zelle nach Anspruch 25, wobei der Festkörperelektrolyt ( Cell (according to claim 25, wherein the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% enthält. ) Contains a germanium content in the range of 30% to 50%.
  27. Zelle nach Anspruch 25 oder 26, wobei der Festkörperelektrolyt ( Cell (according to claim 25 or 26, wherein the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) Germanium-Selenid enthält. ) Germanium selenide contains.
  28. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Dicke der Zwischenschicht ( Cell according to one of claims 25 to 27, wherein the thickness of the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) zwischen 1,5nm und 5nm liegt. ) Is between 1.5 nm and 5 nm.
  29. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die aktive Elektrode ( Cell according to one of claims 25 to 28, wherein the active electrode ( 152 152 , . 25 25 ) auf der Zwischenschicht ( ) (On the intermediate layer 14 14 , . 24 24 ) homogen ausgebildet ist. ) Is homogeneously formed.
  30. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei eine weitere Zwischenschicht ( A cell according to any one of claims 25 to 29, wherein a further intermediate layer ( 18 18 ) zwischen dem Festkörperelektrolyten ( ) (Between the solid electrolyte 13 13 , . 23 23 , . 130 130 ) und der Zwischenschicht ( ) And the intermediate layer ( 14 14 , . 24 24 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  31. Zelle nach Anspruch 30, wobei die weitere Zwischenschicht ( The cell of claim 30, wherein the further intermediate layer ( 18 18 ) Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält. Containing) solid electrolyte material and an electrode active material nitrogen.
  32. Zelle nach Anspruch 31, wobei die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht ( The cell of claim 31, wherein the nitrogen concentration (in the further intermediate layer 18 18 ) mindestens 15% beträgt. ) At least 15%.
  33. Zelle nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Dicke der weiteren Zwischenschicht ( Cell according to one of claims 30 to 32, wherein the thickness of the further intermediate layer ( 18 18 ) zwischen 1,5nm und 5nm liegt. ) Is between 1.5 nm and 5 nm.
  34. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei das aktive Elektrodenmaterial Silber enthält. according to any one of claims 25 to 33, wherein said electrode active material comprises silver cell.
  35. Integrierter elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen gemäß einem der Ansprüche 25 bis 34. Integrated electronic data memory with programmable resistive cell according to any one of claims 25 to 34th
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