DE102006023608A1

DE102006023608A1 - Programmierbare resistive Speicherzelle mit einer programmierbaren Widerstandsschicht

Info

Publication number: DE102006023608A1
Application number: DE102006023608A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ufert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: KR20070112026A; DE102006023608B4; JP2007311807A

Abstract

Programmierbare resistive Speicherzelle mit einer unteren Elektrode 20, einer programmierbaren Widerstandsschicht 22 und mit einer oberen Elektrode 24, wobei zwischen der unteren Elektrode 20 und der programmierbaren Widerstandsschicht 22 eine untere Maske 21 und zwischen der programmierbaren Widerstandsschicht 22 und der oberen Elektrode 24 eine obere Maske 23 vorgesehen ist und wobei die untere Maske 21 und die obere Maske 23 stromhemmende Bereiche aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine programmierbare resistive Speicherzelle mit, einer programmierbaren Widerstandsschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer resistiven Speicherzelle mit einer programmierbaren Widerstandsschicht.
Herkömmliche elektronische Datenspeicher, wie beispielsweise der Dynamic Random Access Memory (DRAM) oder das Flash-RAM, stoßen zunehmend an Grenzen, wenn sie modernen Anforderungen gerecht werden sollen. Herkömmliche Konzepte zur elektronischen Datenspeicherung, wie sie auch beim DRAM oder Flash-RAM zum Einsatz kommen, speichern Informationseinheiten in Kondensatoren, wobei ein geladener bzw. ungeladener Zustand eines Kondensators etwa die beiden logischen Zustände „1" oder „0" darstellen kann. Im Falle des DRAM sind die Kondensatoren extrem klein ausgeführt, um eine hohe Informationsdichte und Integration zu erreichen und erfordern daher ein ständiges Auffrischen des gespeicherten Informationsinhalts. Dies erfordert neben zusätzlichen Speicher-Controllern zur Auffrischung auch einen erheblichen Energiebedarf. Das Flash-RAM behält zwar den in ihm gespeicherten Informationsgehalt auch ohne Zufuhr von Energie, jedoch sind die einzelnen Flash-RAM-Speicherzellen relativ groß und benötigen eine hohe Spannung zum Schreiben einer Information. Moderne elektronische Datenspeicher müssen daher in der Lage sein, eine hohe Informationsdichte, eine kurze Zugriffszeit und eine Nichtflüchtigkeit zuvereinen. Die Nichtflüchtigkeit bezeichnet hier die Eigenschaft eines elektronischen Datenspeichers, dass dieser den Informationsgehalt auch ohne Energiezufuhr von außen eine längere Zeit zuverlässig abspeichern kann.
Die Anforderungen hinsichtlich der Integrationsdichte und der Nichtflüchtigkeit werden vor allem bei portablen Anwendungen deutlich, da dort sowohl der verfügbare Platz beschränkt ist als auch die als Stromversorgung dienenden Batterien nur eine beschränkte Energie und Spannung bereitstellen können. Um die Nichtflüchtigkeit mit einer kurzen Zugriffszeit und einer hohen Integration zu verbinden, wird in Wissenschaft und Industrie intensiv an Alternativen für den DRAM oder den Flash-RAM gearbeitet. Unter anderem stellen dabei die so genannten resistiven elektronischen Speicher ein vielversprechendes Konzept dar.
Neben beispielsweise Festkörperelektrolyten, Phasenübergangszellen und anderen speziellen Materialien kann auch in Übergangsmetalloxidschichten ein entsprechender hoch- und niederohmiger elektrischer Zustand zuverlässig und stabil einer derartigen Oxidschicht aufgeprägt werden. Einem niederohmigen Zustand kann so beispielsweise ein logischer Zustand „1", und einem hochohmigen Zustand ein logischer Zustand „0" zugeordnet werden. Derartige Schichten erlauben des Weiteren auch eine Differenzierung mehrerer resistiver Zustände, sodass in einer Zelle auch mehrere zuverlässig unterscheidbare logische Zustände abgespeichert werden können, was auch als Multibitfähigkeit bezeichnet wird.
Die Informationsspeicherung in einer Übergangsmetalloxid(ÜMO)-schicht basiert auf dem Prinzip, dass in einem ÜMO durch lokale Erwärmung ein niederohmiges Filament gebildet werden kann. Die lokale Erwärmung wird durch einen Strom durch das initial hochohmige ÜMO erzeugt. Das Filament schließt dadurch das ansonsten hochohmige ÜMO kurz und verändert dadurch den effektiven elektrischen Widerstand wesentlich. Durch Anlegen einer Spannung kann ein hinreichend ge ringer Messstrom zur Bestimmung des resistiven und damit logischen Zustands einer ÜMO-Speicherzelle bestimmt werden. Ein bestehendes Filament kann durch einen hinreichend hohen Strom wieder unterbrochen werden und die ÜMO-Speicherzelle kehrt damit in einen hochohmigen Zustand zurück. Dieser Prozess ist reversibel und ist auch in technisch relevanten Wiederholraten im Bereich von 10⁶ bereits nachgewiesen worden. Eine ÜMO-Speicherzelle wird dabei in der Regel aus einer unteren Elektrode, einer oberen Elektrode und einer dünne dazwischen angeordneten ÜMO-Schicht gebildet. Die minimale Größe einer derartigen ÜMO-Speicherzelle ist dabei hauptsächlich durch lithographische Beschränkungen hinsichtlich der Strukturierung der Elektroden gegeben.
Ein einzelnes Filament, das den elektrischen Widerstand einer ÜMO-Speicherzelle wesentlich absenkt, ist dabei oft viel kleiner im Querschnitt als die minimale Kontaktfläche der Elektroden, die durch moderne Lithografie- und Strukturierungsverfahren erreicht werden kann. Daher bilden sich während des Programmierens einer ÜMO-Speicherzelle zunächst mehrere Filamente aus, bis dass ein erstes Filament die obere und die untere Elektrode kurzschließt. Damit endet auch die weitere Ausbildung der übrigen Filamente, die ab dem Kurzschluss durch das erste zusammenhängende Filament nicht weiter wachsen. Die Bildung der übrigen Filamente ist jedoch im Hinblick auf die Programmierung unnötig, da ein einzelnes Filament zur zuverlässigen Definition des resistiven Zustands der ÜMO-Speicherzelle genügt. Auch unterliegt die räumliche Ausdehnung bzw, die Größe der Querschnittsfläche des mindestens erforderlichen Filaments keiner Kontrolle und es wird auch hier unnötig Volumen des ÜMO verändert. Das Ausbilden der übrigen Filamente und das unnötige Verändern von Volumen benötigt jedoch auch Strom und damit wird unnötig Energie verbraucht. Gerade für moderne Anwendungen ist es jedoch erwünscht, den Energiebedarf zum Schreiben und Lesen von modernen elektronischen Datenspeichern möglichst gering zu halten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte programmierbare resistive Speicherzelle mit einer programmierbaren Widerstandsschicht bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer programmierbaren resistiven Speicherzelle mit einer programmierbaren Widerstandsschicht bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die programmierbare resistive Speicherzelle gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren zur Herstellung einer programmierbaren resistiven Speicherzelle gemäß Anspruch 18 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine programmierbare resistive Speicherzelle mit einer unteren Elektrode, einer programmierbaren Widerstandsschicht und mit einer oberen Elektrode vorgesehen. Zwischen der unteren Elektrode und der programmierbaren Widerstandsschicht ist eine untere Maske und zwischen der programmierbaren Widerstandsschicht und der oberen Elektrode ist eine obere Maske vorgesehen. Die untere Maske und die obere Maske weisen dabei stromhemmende Bereiche auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer resistiven Speicherzelle vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer unteren Elektrode, Ausbilden einer unteren Maske mit stromhemmenden Bereichen, Ausbilden einer programmierbaren Wider standsschicht, Ausbilden einer oberen Maske mit stromhemmenden Bereichen, und Ausbilden einer oberen Elektrode.
Die erfindungsgemäße resistive Speicherzelle mit einer unteren Maske und einer oberen Maske mit stromhemmenden Bereichen schränkt den Raum, in dem sich leitende Filamente in der programmierbaren Widerstandsschicht bilden können, wesentlich ein. Somit ist nach wie vor gewährleistet, dass sich wenigstens ein durchgängiges leitendes Filament zur Überführung der initial hochohmigen programmierbaren resistiven Speicherzelle in einen niederohmigen Zustand ausbilden kann. Jedoch ist die Gesamtzahl der sich nur teilweise bildenden weiteren Filamente stark eingeschränkt. Auch wird durch das erfindungsgemäße Vorsehen zweier Masken im Sinne einer Eindämmung der Querschnitt und damit auch das Volumen der sich ausbildenden Filamente reduziert. Damit kann in wesentlichem Umfang der benötigte Energieaufwand zur Bildung wenigstens eines Filaments verringert werden.
Durch das gemeinsame Vorsehen zweier Masken auf beiden Seiten der programmierbaren Widerstandsschicht wird die Formation der Filamente kanalisiert und es wird nicht nur die Gesamtzahl der Filamente, sondern auch deren räumliche Ausdehnung im Sinne schlankerer Filamente begünstigt. Damit wird im Allgemeinen das Filament nur in nötigem Umfang ausgebildet und ein Aufheizen nicht benötigter Bereiche kann somit entfallen. Dies reduziert weiter die erforderlichen Programmierströme und verringert wesentlich den erforderlichen Energiebedarf.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Strom hemmenden Bereiche einen Isolator. Somit sind in vorteilhafter Weise Teile der programmierbaren Widerstandsschicht in den stromhemmenden Bereichen von den Elekt roden separiert. An diesen Stellen ist die Bildung eines leitenden Filaments stark unterdrückt. Vorzugsweise enthalten die stromhemmenden Bereiche ein Metalloxid, beispielsweise Zinkoxid. Metalloxide, besonders Zinkoxid, bilden stabile stromhemmende Bereiche und sind vermittels etablierter und reproduzierbarer Fertigungstechniken in Form einer Maske auf Elektrodenmaterial oder auf dem Material der programmierbaren Widerstandsschicht abscheid- und strukturierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt eine laterale Ausdehnung, d. h. in der entlang einer Ebene einer Elektrode, der stromhemmenden Bereiche in einem Bereich von 2 bis 20 nm. Dieser Bereich der Maskierung ist für resistive Speicherzellen mit einer üblichen lateralen Ausdehnung im Bereich von 20 bis 100 nm von Vorteil, da somit einerseits die Ausbildung unerwünschter weiterer leitender Filamente unterdrückt wird und gleichzeitig die Bildung wenigstens eines Filaments weiterhin gewährleistet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die stromhemmenden Bereiche jeweils wenigstens ein Nanopartikel, dessen laterale Ausdehnung in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt. Nanopartikel können dabei in vorteilhafter Weise die stromhemmenden Bereiche der unteren und/oder der oberen Maske bilden, da sie sich aus den bereits genannten Materialien in oben genannter Größenordnung einfach ausbilden bzw. positionieren lassen. Eine Häufung zweier oder mehrerer Nanopartikel unter Bildung eines einzelnen zusammenhängenden stromhemmenden Bereiches ist dabei möglich, eine streng periodische Anordnung der stromhemmenden Bereiche ist nicht erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwischen zwei benachbarten stromhemmenden Bereichen freie Bereiche angeordnet, deren laterale Ausdehnung in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt. Somit ist gewährleistet, dass sich wenigstens ein leitendes Filament durch einen entsprechenden Überlapp von freien Bereichen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bilden kann. Das Verhältnis der lateralen Ausdehnung der stromhemmenden Bereiche zu der lateralen Ausdehnung der freien Bereiche reduziert einerseits den erforderlichen Programmierstrom – und damit den erforderlichen Energieaufwand, stellt jedoch gleichzeitig ein zuverlässiges Programmieren der programmierbaren Widerstandsschicht durch Bildung von leitenden Filamente sicher.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Schichtdicke der unteren und/oder der oberen Maske in einem Bereich von 1 bis 10 nm. Eine Maske mit einer Dicke in oben genanntem Bereich hat sich als ausreichend erwiesen, um die Bildung von leitenden Filamenten teilweise zu unterdrücken und trägt dabei gleichzeitig in vorteilhafter Weise nicht wesentlich zur Vergrößerung der einzelnen resistiven Speicherzelle bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die untere Maske innerhalb der programmierbaren Widerstandsschicht angeordnet und grenzt an die untere Elektrode an. Ferner kann die obere Maske innerhalb der oberen Elektrode angeordnet sein und kann an die programmierbare Widerstandsschicht angrenzen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung der resistiven Speicherzelle, indem das jeweilige Material – das Material der programmierbaren Widerstandsschicht bzw. das Material der oberen Elektrode – einfach auf der jeweiligen Maske aufgetragen wird. Zu sätzliche Schichten und Materialien sind somit nicht nötig und die räumliche Ausdehnung der einzelnen resistiven Speicherzelle kann möglichst klein ausfallen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die programmierbare Widerstandsschicht ein Übergangsmetalloxid. Die programmierbare Widerstandsschicht kann dabei auch ein weiteres Übergangsmetalloxid enthalten, somit eine Mischung aus zwei verschiedenen Übergangsmetalloxiden aufweisen. Dabei kann wenigstens eines der Übergangsmetalle Niob, Titan, Nickel, Chrom, Cobalt, Mangan, Vanadium, Tantal, Hafnium oder Eisen eines der Übergangsmetalloxide bilden. Ferner kann die programmierbare Widerstandsschicht wenigstens eines der Metalle Strontium, Blei, Praseodym oder Calcium enthalten.
Die oben genannten Materialien weisen vorteilhafte Eigenschaften im Sinne einer programmierbaren Widerstandsschicht auf, da sie wohldefiniert abgeschieden werden können und eine zuverlässige programmierbare resistive Speicherzelle bilden können. Ferner kann durch die Mischung wenigstens zweier Übergangsmetalloxide und/oder durch Zusatz weiterer Metalle der initiale Widerstand, der Widerstand in einem niederohmigen Zustand, der Widerstand in einem hochohmigen Zustand, oder ein temperaturabhängiger Widerstand der programmierbaren Widerstandsschicht festgelegt und stabil eingestellt werden. Somit kann in vorteilhafter Weise eine weitere Optimierung hinsichtlich der nötigen Spannungen und Ströme der programmierbaren Widerstandsschicht erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die programmierbare Widerstandsschicht von einer Isolierschicht umgeben. Somit können einzelne resistive Spei cherzellen auch dicht nebeneinander angeordnet sein, ohne dass eine Wechselwirkung benachbarter Speicherzellen die Zuverlässigkeit der Speicherung von logischen Zuständen verringert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält bzw. enthalten die untere und/oder die obere Elektrode wenigstens eines der Metalle Wolfram, Platin, Titan oder Palladium. Diese Metalle lassen sich sowohl vermittels etablierter und reproduzierbarer Herstellungsmethoden abscheiden und strukturieren und werden ferner durch die lokale Aufheizung der programmierbaren Widerstandsschicht zur Bildung von leitenden Filamenten nicht wesentlich verändert bzw. beeinflusst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen der unteren Elektrode und der unteren Maske ein Kontakt angeordnet, wobei der Kontakt von einer isolierenden Kontaktformschicht umgeben ist und wobei der Kontakt eine Kontaktfläche zu der programmierbaren Widerstandsschicht gegenüber der Fläche der ersten Elektrode verringert. Der Kontakt kann ferner nach unten verjüngend ausgeführt sein. Somit kann während der Herstellung die Größe des Kontakts durch definiertes Zurücksetzen – beispielsweise durch Polieren – eingestellt und verringert werden. Der Kontakt verringert die effektive Fläche gegenüber der Elektrode und trägt damit weiter zur Reduzierung der Bildung von unerwünschten weiteren Filamenten bei, während die Ausbildung wenigstens eines leitenden Filaments zur Speicherung eines resistiven Zustandes weiterhin gewährleistet bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Ausbilden der unteren Elektrode die Schrit te: Ätzen eines Grabens in einem Substrat, Auffüllen des Grabens mit einem leitenden Material und Polieren des leitenden Materials. Ist das Substrat isolierend, so können mehrere erste Elektroden oder auch Leitungsbahnen zur Kontaktierung mehrerer Kontakte nebeneinander strukturiert werden, wobei diese voneinander elektrisch isoliert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Ausbilden der unteren Elektrode ferner folgende Schritte umfassen: Ausbilden einer Kontaktformschicht, Ausbilden eines Grabens in der Kontaktformschicht, Ausfüllen des Grabens in der Kontaktformschicht mit einem leitenden Material, und Polieren der Kontaktformschicht und des leitenden Materials in dem Graben. Der Graben kann dabei nach unten verjüngend in der Kontaktformschicht ausgebildet sein. Das Polieren des leitenden Materials in dem Graben und der Kontaktformschicht kann somit zur Verkleinerung einer oberen Fläche des Kontakts erfolgen. Die effektive Kontaktfläche kann somit nicht nur eingestellt werden und durch einen separaten Schritt eines Polierens verändert werden, sondern kann auch sublithografisch erfolgen, d.h. die Kontaktfläche kann gegenüber eventuell bestehender lithografischer Beschränkungen weiter verkleinert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ausbilden der Nanopartikel selbstorganisiert. Dabei kann das selbstorganisierte Ausbilden der Nanopartikel vermittels eines Block-Copolymers erfolgen. Selbstorganisierte Verfahren liefern in vorteilhafter Weise im Wesentlichen regelmäßige Anordnungen von Partikeln mit im Wesentlichen gleichen Dimensionen, und dies auch aus vorteilhaften isolierenden Materialien oder Metalloxidmaterialien. Die Maske muss durch das selbstorganisierte Ausbilden von Na nopartikeln nicht strukturiert werden, sondern es genügt lediglich ein Ausbildungsschritt. Ferner können vermittels Block-Copolymeren viele Materialien in Form von Nanopartikeln regelmäßig und zuverlässig ausgebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ausbilden der programmierbaren Widerstandsschicht durch ein reaktives Sputtern. Dabei können wenigstens zwei Übergangsmetalle in einer sauerstoffhaltigen Prozessatmosphäre zerstäubt werden, und der Sauerstoffpartialdruck der sauerstoffhaltigen Prozessatmosphäre kann dabei wenigstens gesättigt sein. So oxidieren die zerstäubten Übergangsmetalle in ihrem jeweils höchsten Oxidationsgrad. Damit ist ein stöchiometrisch ausgeglichenes Ausbilden der beiden Übergangsmetalloxide gewährleistet, und lokale Sauerstoff- und Oxidationsdefizite treten nicht auf. Damit ist die ausgebildete programmierbare Widerstandsschicht sowohl hinsichtlich ihres initialen Widerstandes als auch hinsichtlich ihres temperaturabhängigen Widerstandes einstellbar und durch eine gesättigte Oxidation stabil. Aufwändige Diffusionsschutzbarrieren und andere Verkapselungen können somit entfallen. Die Prozessatmosphäre kann ferner u. A. zum Abtransport von Prozessprodukten ein inertes Gas, z. B. Argon, enthalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Polieren durch einen chemisch-mechanischen Vorgang. Chemisch-mechanische Poliervorgänge (CMP) sind bereits etablierter Teil reproduzierbarer Herstellungsprozesse und weisen einen konstanten und gut beherrschbaren Materialabtrag auf und können ferner auch zu wohl definierten Zeitpunkten gestoppt werden und ermöglichen damit auch wohl definierte Schichtdicken.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1C schematisch herkömmliche programmierbare resistive Speicherzellen;
2A bis 2F schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A bis 3I schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A bis 4H schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5A und 5B schematisch eine programmierbare resisitive Speicherzelle als Teil einer integrierten Schaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A zeigt schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle mit einer unteren Elektrode 10, einer programmierbaren Widerstandsschicht 11 und einer oberen Elektrode 12. Durch Anlegen elektrischer Signale an die untere Elektrode 10 und obere Elektrode 12 kann ein Strom durch die programmierbare Widerstandsschicht 11 fließen, der die programmierbare Widerstandsschicht 11 lokal aufheizt, wodurch sich der elektrische Widerstand lokal ändern kann. Eine endliche lokale Stromdichte in der programmierbaren Widerstandsschicht 11 führt zu einer lokalen Aufheizung und somit insgesamt zu dem Ausbilden eines leitenden Bereiches 18, wie in 1B gezeigt. Dabei umfasst der leitende Bereich 18 oft mehrere breite Filamente 181, 182, 183 und 184.
Sobald eines der Filamente einen Kurzschluss zwischen der unteren Elektrode 10 und der oberen Elektrode 12 bildet, wie hier gezeigt das breite Filament 183, nimmt die programmierbare resistive Speicherzelle einen niederohmigen Zustand ein, und alle übrigen Filamente 181, 182 und 184 dehnen sich nicht weiter aus. Bis zu der Bildung des durchgängigen breiten Filaments 183 wurde jedoch der gesamte leitende Bereich 18 der programmierbaren Widerstandsschicht 11 lokal aufgeheizt und in seiner ursprünglichen Leitfähigkeit verändert. So sind beispielsweise die Filamente 181, 182 und 184 ohne Bedeutung, da sie keinen wesentlichen Beitrag zur Leitfähigkeit leisten und der Energieaufwand zu deren Bildung ist zur Definition eines niederohmigen Zustandes der programmierbaren resistiven Speicherzelle nicht notwendig.
Um die Anzahl der weiteren Filamente und auch deren Ausdehnung zu verringern, kann eine Maske 13 zwischen der unteren Elektrode 10 und der programmierbaren Widerstandsschicht 11 vorgesehen sein, wie in 1C schematisch dargestellt. Die Maske 13 schränkt die effektive Fläche der unteren Elektrode 10 zur programmierbaren Widerstandsschicht 11 wesentlich ein, und es bilden sich schmale Filamente 191, 192 und 193. Die Maske 13 reduziert die effektive Fläche der unteren Elektrode 10 auf die Öffnungen 14. Damit ist es den Filamenten nur noch möglich, sich bei Öffnungen 14 der Maske 13 zu bilden. Diese Reduktion der effektiven Kontaktfläche hat zur Folge, dass sich einerseits weniger Filamente ausbilden und andererseits auch die räumliche Ausdehnung eines einzelnen Filaments wesentlich reduziert wird, wie durch einen Vergleich des schmalen Filaments 192 mit dem breiten Filament 183 aus 1B deutlich wird.
Die 2A bis 2F zeigen schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird, wie in 2A gezeigt, eine erste untere Elektrode 20 bereitgestellt. Dies kann auf einem Substrat, z. B. auf einem Silizium-Substrat oder auf anderen bereits strukturierten Elementen – wie in der Halbleiterfertigung üblich – erfolgen. Die erste untere Elektrode 20 wird dabei in vorteilhafter Weise aus einem erst bei hohen Temperaturen schmelzenden Element, z.B. Wolfram, Platin, Titan oder Palladium, vermittels konventionellem Sputter-Verfahren oder jedem beliebigen anderen Abscheideverfahren, z.B. Aufdampfen, Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Physical Layer Deposition (PLD), bereitgestellt.
Auf die erste untere Elektrode 20 wird, wie in 2B gezeigt, eine erste untere Maske 21 ausgebildet. Dabei weist die erste untere Maske 21 stromhemmende Bereiche auf, die durch Öffnungen 210 voneinander getrennt sind. Die stromhemmenden Bereiche weisen dabei in vorteilhafter Weise eine laterale Ausdehnung in einem Bereich von 2 bis 20 nm auf. Die Öffnungen 210 zwischen den stromhemmenden Bereichen weisen dabei eine laterale Ausdehnung in einem Bereich von 2 bis 20 nm auf. Die Schichtdicke der ersten unteren Maske 21 kann ferner in einem Bereich von 1 bis 10 nm liegen. Die stromhemmenden Bereiche der ersten unteren Maske 21 sind ferner in vorteilhafter Weise aus einem Isolator, vorzugsweise einem Metalloxid wie beispielsweise Zinkoxid. Die erste untere Maske 21 kann dabei durch herkömmliche Lithografie- und Abscheidungsverfahren strukturiert werden. Vorzugsweise wird die erste untere Maske 21 in Form von durch einen selbstorganisierten Prozess ausgebildete Nanopartikel gebildet. Ein oder mehrere Nanopartikel stellen dabei die stromhemmenden Bereiche der ersten unteren Maske 21 dar, während die Bereiche zwischen den Nanopartikeln die Öffnungen 210 darstellen.
Dies kann in vorteilhafter. Weise durch die Verwendung von so genannten Diblock-Copolymeren erfolgen. Diese Diblock-Copolymere enthalten vorzugsweise Polynorborene und Polynorborendicarboxylsäure. Zur Herstellung der ersten unteren Maske 21 werden die Copolymere zunächst synthetisiert und nach einer Trocknung wieder in Lösung gebracht, in die dann die entsprechende stöchiometrische Menge einer Metallverbindung, beispielsweise Zinkchlorid zur Bildung von Zinkoxidnanopartikeln, in Lösung in Tetrahydrofuran (THF) eingebracht wird. Dem obigen Beispiel folgend, verbinden sich dann die Zn²⁺-Kationen in der Lösung mit den Carboxylgruppen des zweiten Copolymers im Block. Diese Lösung wird dann auf die erste untere Elektrode 20 gebracht, und die erste untere Maske 21 wächst in einem selbstorganisierten Prozess, beispielsweise in Form einer hexagonalen Anordnung von Zinkoxid-Nanopartikeln, auf. Die Lösung kann dabei mittels Schleudern aufgebracht werden oder durch ein Eintauchen auf die Elektrode 20 gebracht werden. Die Metallverbindung kann daraufhin vermittels Natronhydroxid (NaOH) in ein Metalloxid umgewandelt werden und das Copolymer mittels Plasma-Etching entfernt werden.
Es verbleibt auf der ersten unteren Elektrode 20 die Nanopartikel umfassende erste untere Maske 21. Durch entsprechende Wahl der Prozessparameter kann die laterale Größe von Nanopartikeln und der freien Bereiche dazwischen zwischen 1 und 20 nm variiert werden. Die erste untere Maske 21 reduziert somit die effektive Kontaktfläche zwischen der ersten unteren Elektrode 20 und der ersten programmierbaren Widerstandsschicht 22, die, wie in 2C gezeigt, auf der ersten unteren Elektrode 20 und der ersten unteren Maske 21 ausgebildet wird.
Die erste programmierbare Widerstandsschicht 22 wird dabei durch übliche Abscheidungsverfahren, wie beispielsweise einem reaktiven Sputtern, ausgebildet. Dabei werden ein oder mehrere Übergangsmetalle, beispielsweise Niob, Titan, Nickel, Zirkon, Chrom, Kobalt, Mangan, Vanadium, Tantal, Hafnium oder Eisen, in einer Prozessatmosphäre zerstäubt, wobei die Prozessatmosphäre Sauerstoff enthält. Vorzugsweise ist der Sauerstoffpartialdruck der Sauerstoff enthaltenden Prozessatmosphäre gesättigt, sodass die zerstäubten Übergangsmetalle in ihrem jeweils höchsten Oxidationsgrad oxidieren, und somit jeweils ein stabiles gesättigtes Oxid bilden. Als programmierbare Widerstandsschicht können auch Sulfide, wie beispielsweise CdS oder CdCrS zum Einsatz kommen. Der Anteil eines einzelnen Übergangsmetalloxids an der Widerstandsschicht 22 wird durch die entsprechende Zerstäubungsrate und den dadurch bestimmten Gehalt des zerstäubten Übergangsmetalls in der Prozessatmosphäre bestimmt. Die erste programmierbare Widerstandsschicht 22 enthält damit wenigstens ein Übergangsmetalloxid, vorzugsweise eine Mischung aus wenigstens zwei Übergangsmetalloxiden, in dem bzw. in der durch elektrische Signale ein leitendes Filament ausgebildet werden kann. Die Abscheidung des Mischoxidmaterials kann dabei durch reaktives Co-Sputtern, Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Atomic Layer Deposition (ALD), erfolgen. Die Prozessatmosphäre während des Sputterns der ersten unteren Elektrode 20 kann ferner Argon oder ein andres übliches inertes Prozessgas, wie z. B. Helium, Neon, oder Stickstoff, umfassen. Die erste programmierbare Widerstandsschicht 22 kann ferner die freien Bereiche 210 der ersten unteren Maske 21 ausfüllen, und an an die erste untere Elektrode 20 angrenzen. Auf die erste programmierbare Widerstandsschicht 22 wird eine erste obere Maske 23 mit freien Bereichen 230 zwischen stromhemmenden Bereiche ausgebildet.
Auf die erste obere Maske 23 wird eine erste obere Elektrode 24 aufgebracht. Die erste obere Maske 23 und die erste obere Elektrode 24 können dabei analog durch Herstellungsverfahren bzw. mit Materialien, wie in Bezug auf die erste untere Maske 21 bzw. die erste untere Elektrode 20 beschrieben, ausgebildet werden. Die erste obere Elektrode 24 füllt dabei die freien Bereiche 230 der ersten oberen Maske 23 aus, und grenzt damit an die erste programmierbare Widerstandsschicht 22 an. Dies ist in 2D und 2E gezeigt.
Durch das Anlegen von elektrischen Signalen zwischen der ersten unteren Elektrode 20 und der ersten oberen Elektrode 24 kann sich in der ersten programmierbaren Widerstandsschicht 22 ein leitender Bereich 25 ausbilden, wie in 2F gezeigt. Der leitende Bereich 25 besteht dabei aus mindestens einem durchgängigen Filament 251 und weiteren, gegebenenfalls nur teilweise ausgebildeten Filamenten 252. Die erste untere Maske 21 und die erste obere Maske 23 können dabei in vorteilhafter Weise derart gegeneinander ausgerichtet sein, dass sich die effektive Kontaktfläche, gebildet durch die offenen Bereiche 210 der ersten unteren Maske 21 und der freien Bereiche 230 der ersten oberen Maske 23, minimiert wird. Damit ist der Bereich, in dem sich der leitende Bereich 25 in der ersten programmierbaren Widerstandsschicht 22 ausbilden kann, reduziert. Es entstehen daher wenige nur teilweise ausgebildete Filamente 252, und auch die räumliche Ausdehnung von durchgängigen Bereichen, wie beispielsweise dem ersten durchgängigen Filament 251, wird minimiert. Damit ist insgesamt das Volumen, das zur Programmierung der programmierbaren Widerstandsschicht in seiner Leitfähigkeit verändert werden muss, reduziert. Der Bereich, der zur Änderung der elektrischen Leitfähigkeit aufgeheizt werden muss, wird dadurch minimiert, und damit ist auch der erforderliche Programmierstrom in vorteilhafter Weise wesentlich reduziert. Insbesondere wird auch durch eine verringerte Querschnittsausdehnung eines durchgängigen Filaments ein wesentlich geringerer Löschstrom, bzw. RESET-Strom, benötigt, um die programmierbare resistive Speicherzelle wieder in einen hochohmigen Zustand zu überführen. Damit erfordert die erfindungsgemäße programmierbare resistive Speicherzelle wesentlich niedrigere Programmierströme und kann daher mit einer verringerten Leistungsaufnahme betrieben werden. Dies ist insbesondere von Interesse bei mobilen Anwendungen und reduziert darüber hinaus auch die entstehende Abwärme der Bauteile wesentlich.
Die 3A bis 3I zeigen schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung. Zunächst wird, wie in 3A gezeigt, ein Substrat 30, z. B. ein Silizium-Substrat oder andere wie in der Halbleiterfertigung üblich bereits strukturierte Elemente, bereitgestellt. In dem Substrat 30, wie in 3B gezeigt, wird ein Graben 300 ausgebildet. Dies kann durch gerichtete oder ungerichtete Ätzverfahren, auch in Verbindung mit Ätzmasken, erfolgen. Der Graben 300 in dem Substrat 30 dient als Form für eine zweite untere Elektrode 31, wie in 3C gezeigt. Zur Bildung der zweiten unteren Elektrode 31 wird der Graben 300 zunächst mit einem leitenden Material aufgefüllt, woraufhin das leitende Material und gegebenenfalls auch das Substrat 30 poliert werden, um eine planare Oberfläche für die weiteren Herstellungsschritte bereitzustellen. Das Polieren kann dabei durch einen chemisch-mechanischen Poliervorgang (CMP) erfolgen.
Wie in 3D gezeigt, wird auf das Substrat 30 eine untere Isolierschicht 32 aufgebracht. In dieser unteren Isolierschicht 32 wird ein Graben 320 zur Öffnung der zweiten unteren Elektrode 31 ausgebildet, wie in 3E gezeigt. Auf die zweite untere Elektrode 31 wird eine zweite untere Maske 33 ausgebildet, woraufhin der Graben 320 und die freien Bereiche der zweiten unteren Maske 33 mit einer zweiten programmierbaren Widerstandsschicht 34 ausgefüllt werden, wie in 3F gezeigt. Gegebenenfalls kann zum Bereitstellen einer planaren Oberfläche wieder ein Poliervorgang erfolgen.
Auf die zweite programmierbare Widerstandsschicht 34 wird eine zweite obere Maske 35 und eine zweite obere Elektrode 36 aufgebracht, wie in 3G gezeigt. Wie in 3H gezeigt, kann zur Passivierung und zum Schutz die programmierbare resistive Speicherzelle abschließend mit einer oberen Isolierschicht 37 versehen werden, woraufhin weitere Prozessschritte, beispielsweise eine Kontaktierung, erfolgen können.
Durch Anlegen von elektrischen Signalen an der zweiten unteren Elektrode 31 und an der zweiten oberen Elektrode 36 kann wieder ein leitendes Filament 38 in der zweiten programmierbaren Widerstandsschicht 34 gebildet werden, wie in 3I gezeigt, bzw. zurückgebildet werden, wie in 3H gezeigt. Das erfindungsgemäße Vorsehen der zweiten unteren Maske 33 und der zweiten oberen Maske 35 reduziert die effektive Kon taktfläche der zweiten unteren Elektrode 31 zu der zweiten programmierbaren Widerstandsschicht 34 und von der zweiten oberen Elektrode 36 zu der zweiten programmierbaren Widerstandsschicht 34. Dadurch ist die Bildung von für die Programmierung der Speicherzelle nicht wesentlichen Filamenten in der zweiten programmierbaren Widerstandsschicht 34 gehemmt, und es wird in effektiver Weise der Programmierstrom zur Bildung bzw. Rückbildung eines einzelnen, in vorteilhafter Weise auch dünnen, durchgängigen Filaments 38 verwendet.
Hinsichtlich der Herstellung und der Materialien der Masken 33, 35, der Elektroden 31, 36 und der Widerstandsschicht 34 kommen die in Verbindung mit den 2A bis 2F beschriebenen Methoden bzw. Materialien zum Einsatz.
Die 4A bis 4H zeigen schematisch eine programmierbare resistive Speicherzelle in verschiedenen Stadien während der Herstellung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ausgehend von dem in 4A gezeigten Substrat 40 wird ein Graben 400 in dem Substrat 40 ausgebildet, wie in 4B gezeigt. Das Substrat 40 kann z. B. ein Silizium-Substrat oder andere bereits strukturierte Elementen – wie in der Halbleiterfertigung üblich – enthalten. Der Graben 400 in dem Substrat 40 dient zur Bildung einer dritten unteren Elektrode 41, wie in 4C gezeigt. Die Oberfläche der dritten unteren Elektrode 41 und des Substrats 40 können zur Bereitstellung einer planaren Oberfläche für die folgenden Prozessschritte poliert werden.
Wie in 4D gezeigt, wird auf das Substrat 40 und die dritte untere Elektrode 41 eine Kontaktformschicht 420 und ein Kontakt 430 ausgebildet. Die Kontaktformschicht 420 kann dabei durch ein CVD-Verfahren beispielsweise aus SiO₂ oder Si₃N₄ abgeschieden werden. In vorteilhafter Weise weist dabei der Kontakt 430 eine nach unten verjüngende Form auf. Ferner kann die Öffnung in der Kontaktformschicht 420 sublithografisch erfolgen, so dass eine Kontaktfläche von dem Kontakt 430 zur dritten unteren Elektrode 41 möglichst klein, im Wesentlichen jedoch klein gegenüber herkömmlichen Lithografieverfahren, ausgebildet werden kann. Ausgehend von der in 4D gezeigten Kontaktformschicht 420 und dem Kontakt 430 kann die Kontaktformschicht 420 und der Kontakt 430 poliert und damit in der Höhe reduziert werden. Durch die sich nach unten verjüngende Ausführung des Kontakts 430 wird eine Oberfläche des Kontakts 43 durch das Polieren reduziert, wie in 4E gezeigt. Ist die gewünschte Oberfläche des Kontakts 43 bzw. die gewünschte Höhe des Kontakts 43 und der Kontaktformschicht 42 erreicht, so wird eine mittlere Isolierschicht 45 mit einem Graben strukturiert. Auf dem Kontakt 43 wird eine dritte untere Maske 44 aufgebracht, und der Graben und die freien Bereiche der dritten unteren Maske 44 mit einer dritten programmierbaren Widerstandsschicht 46 ausgefüllt. Daraufhin kann wieder ein Polieren erfolgen.
Auf die dritte programmierbare Widerstandsschicht 46 wird eine dritte obere Maske 47, und eine dritte obere Elektrode 48 ausgebildet, wie in 4F gezeigt. Zur Passivierung und zum Schutz der programmierbaren resistiven Speicherzelle kann, wie in 4G gezeigt, eine weitere obere Isolierschicht 49 aufgebracht werden. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reduziert der Steckerkontakt bestehend aus der dritten unteren Elektrode 41 und dem Kontakt 43 weiter die effektive Kontaktfläche zwischen dem Kontakt 43 und der dritten programmierbaren Widerstandsschicht 46, und schränkt somit in Verbindung mit der dritten unteren Maske 44 und der dritten oberen Maske 47 den Bereich, in dem sich ein leiten des Filament 460 bilden kann, stark ein. Wie in 4H gezeigt, kann sich ein durchgängiges leitendes Filament 460 nur an bestimmten Stellen ausbilden, und der Strombedarf zur Programmierung der resistiven Speicherzelle ist damit wesentlich reduziert.
Hinsichtlich der Herstellung und der Materialien der Masken 44, 47, der Elektroden bzw. Kontakte 41, 43, 48 und der Widerstandsschicht 46 kommen die in Verbindung mit den 2A bis 2F beschriebenen Methoden bzw. Materialien zum Einsatz.
Die 5A und 5B zeigen schematisch eine programmierbare resisitive Speicherzelle als Teil einer integrierten Schaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5A gezeigt, sind zunächst dotierte Bereiche 51 in einem Substrat 50 vorgesehen. Dabei ist ein dotierter Bereich 51 über ein Via 53 mit einer Bitline 55 verbunden. Wordlines 52 umfassen eine Gate-Elektrode und steuern somit die Leitung zwischen dotierten Bereichen 51. Dotierte Bereiche 51 mit können auch mit Vias 54 an vierte untere Elektroden 56 gekoppelt werden. Auf den vierten unteren Elektroden 56 ist eine vierte untere Maske 57 angeordnet. Zwischen den vierten unteren Masken 57 und einer vierten oberen Maske 59 ist eine vierte programmierbare Widerstandsschicht 58, in der durch elektrische Signale Filamente ausgebildet und durchbrochen werden können, angeordnet. Eine vierte obere Elektrode 60 wird über ein Via 61 mit weiteren Komponenten der integrierten Schaltung verbunden.
Durch Aktivieren der entsprechenden Bitleitung 55 und der entsprechenden Wordline 52 kann ein elektrisches Signal zwischen dem Via 61, der vierten oberen Elektrode 60, der vier ten oberen Maske 59, der vierten programmierbaren Widerstandsschicht 58, der vierten unteren Maske 57, der vierten unteren Elektrode 56, dem Via 54, zweier benachbarter dotierter Bereiche 51 – gekoppelt vermittels der entsprechenden Wordline 52, dem Via 53 und der Bitline 55 zur Programmierung bzw. zum Auslesen eines resisitiven Zustandes eines Bereiches der vierten programmierbaren Widerstandsschicht 58 angelegt werden.
In 5B sind als Schaltbild zwei resistive Speicherzellen 73 gezeigt. Die resisitiven Speicherzellen 73 sind über Auswahltransistoren 72 an einer gemeinsamen Bitline 70 angeschlossen. Durch entsprechendes Aktivieren der Auswahltransistoren 72 mit den Wordlines 71 kann ein elektrisches Signal zwischen der Bitline 70, über einen freigeschalteten Auswahltransistor 72, eine resistive Speicherzelle 73 und der Elektrode 74 angelegt werden. Dieses elektrische Signal kann zur Führung eines Stromes durch die entsprechende resistive Speicherzelle 73 zur Programmierung oder zum Auslesen des resistiven Zustandes der resistiven Speicherzelle 73 erfolgen. Ein integrierter Speicherbaustein enthält dann eine Vielzahl von resisitiven Speicherzellen 73, die jeweils einen Auswahltransistor 73 zugeordnet sind, und eine entsprechende, oft zueinander senkrecht angeordneter Schar von Bitlines 70 und Schar von Wordlines 71.
Hinsichtlich der Herstellung und der Materialien der Masken 57, 59, der Elektroden bzw. Kontakte 56, 60 und der Widerstandsschicht 58 kommen die in Verbindung mit den 2A bis 2F beschriebenen Methoden bzw. Materialien zum Einsatz.

10: untere Elektrode
11: Programmierbare Widerstandsschicht
12: obere Elektrode
13: Maske
14: Öffnung
18: leitender Bereich
181: breites Filament
182: breites Filament
183: breites Filament
184: breites Filament
19: leitender Bereich
191: schmales Filament
192: schmales Filament
193: schmales Filament
20: erste untere Elektrode
21: erste untere Maske
22: erste programmierbare Widerstandsschicht
23: erste obere Maske
24: erste obere Elektrode
25: erster leitender Bereich
210: Öffnung
230: Öffnung
251: erstes durchgängiges Filament
252: Filament
30: Substrat
31: zweite untere Elektrode
32: untere Isolierschicht
33: zweite untere Maske
34: zweite programmierbare Widerstandsschicht
35: zweite obere Maske
36: zweite obere Elektrode
37: obere Isolierschicht
38: zweites durchgängiges Filament
300: Graben
320: Graben
40: Substrat
41: dritte untere Elektrode
42: Kontaktformschicht
43: Kontakt
44: dritte untere Maske
45: mittlere Isolierschicht
46: dritte programmierbare Widerstandsschicht
47: dritte obere Maske
48: dritte obere Elektrode
49: weitere obere Isolierschicht
400: Graben
420: Kontaktformschicht
430: Kontakt
460: zweites durchgängiges Filament
50: Substrat
51: Dotierung
52: Wordline
53: Via
54: Via
55: Bitline
56: vierte untere Elektrode
57: vierte untere Maske
58: vierte programmierbare Widerstandsschicht
59: vierte obere Maske
60: vierte obere Elektrode
61: Via
70: Bitline
71: Wordline
72: Auswahltransistor
73: resistive Speicherzelle
74: Kontakt

Claims

Programmierbare resistive Speicherzelle mit – einer unteren Elektrode (20, 31, 41, 56); – einer programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58); und mit – einer oberen Elektrode (24, 36, 48, 60), wobei zwischen der unteren Elektrode (20, 31, 41, 56) und der programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) eine untere Maske (21, 33, 44, 57) und zwischen der programmierbaren Widerstandschicht (22, 34, 46, 58) und der oberen Elektrode (24, 36, 48, 60) eine obere Maske (23, 35, 47, 59) vorgesehen ist, und wobei die untere Maske (21, 33, 44, 57) und die obere Maske (23, 35, 47, 59) stromhemmende Bereiche aufweisen.
Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei die stromhemmenden Bereiche einen Isolator enthalten.
Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die stromhemmenden Bereiche ein Metalloxid, vorzugsweise Zinkoxid, enthalten.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei die stromhemmenden Bereiche eine laterale Ausdehnung aufweisen, die in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die stromhemmenden Bereiche jeweils wenigstens ein Nanopartikel umfassen, und wobei die laterale Ausdehnung der Nanopartikel in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5 wobei zwischen zwei benachbarten stromhemmenden Bereichen freie Berei che angeordnet sind, und wobei die freien Bereiche eine laterale Ausdehnung aufweisen, die in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Schichtdicke der unteren Maske (21, 33, 44, 57) und/oder der oberen Maske (23, 35, 47, 59) in einem Bereich von 1 bis 10 nm liegt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die untere Maske (21, 33, 44, 57) innerhalb der programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) angeordnet ist und an die untere Elektrode (20, 31, 41, 56) angrenzt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die obere Maske (23, 35, 47, 59) innerhalb der oberen Elektrode (24, 36, 48, 60) angeordnet ist und an die programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) angrenzt.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) ein Übergangsmetalloxid enthält.
Speicherzelle nach Anspruch 10, wobei die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) ein weiteres Übergangsmetalloxid enthält.
Speicherzelle nach Anspruch 10 oder 11, wobei wenigstens eines der Übergansmetalle Niob, Titan, Nickel, Zirkon, Chrom, Kobalt, Mangan, Vanadium, Tantal, oder Eisen ein Oxid bildet.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) we nigstens eines der Metalle Strontium, Blei, Praseodym, oder Calcium enthält.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) von einer Isolierschicht (32, 45) umgeben ist.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die untere Elektrode (20, 31, 41, 56) und/oder die obere Elektrode (24, 36, 48, 60) wenigstens eines der Metalle Wolfram, Platin, oder Palladium enthalten/enthält.
Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zwischen der unteren Elektrode (20, 31, 41, 56) und der unteren Maske (21, 33, 44, 57) ein Kontakt (43) angeordnet ist, wobei der Kontakt (43) von einer isolierenden Kontaktformschicht (42) umgeben ist, und wobei der Kontakt (43) eine Kontaktfläche zu der programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) gegenüber der Fläche der unteren Elektrode (20, 31, 41) verringert.
Speicherzelle nach Anspruch 16, wobei der Kontakt (42, 420) nach unten verjüngend ausgeführt ist.
Verfahren zur Herstellung einer resistiven Speicherzelle, umfassend die Schritte: – Ausbilden einer unteren Elektrode (20, 31, 41, 56); – Ausbilden einer unteren Maske (21, 33, 44, 57) mit stromhemmenden Bereichen; – Ausbilden einer programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58); – Ausbilden einer oberen Maske (23, 35, 47, 59) mit stromhemmenden Bereichen; und – Ausbilden einer oberen Elektrode (24, 36, 48, 60).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ausbilden der unteren Elektrode (20, 31, 41, 56) die Schritte umfasst: – Ätzen eines Grabens (300, 400) in einem Substrat (30, 40); – Auffüllen des Grabens (300, 400) mit einem leitenden Material; und – Polieren des leitenden Materials.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich umfassend die Schritte: – Ausbilden einer Kontaktformschicht (420); – Ausbilden eines Grabens in der Kontaktformschicht (420); – Ausfüllen des Grabens in der Kontaktformschicht (420) mit leitendem Material; und – Polieren der Kontaktformschicht (420) und des leitenden Materials in dem Graben, sodass ein Kontakt (43), umgeben von der Kontaktformschicht (42, 420), auf der unteren Elektrode (20, 31, 41, 56) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20 wobei der Graben nach unten verjüngend in der Kontaktformschicht (42, 420) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Polieren des leitenden Materials in dem Graben und der Kontaktformschicht (42, 420) zur Verkleinerung einer oberen Fläche des Kontakts (43, 430) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Ausbilden der unteren Maske (21, 33, 44, 57) auf der unteren Elektrode (20, 31, 41, 56) und das Ausbilden der programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) auf der unteren Maske (21, 33, 44, 57) erfolgt, sodass die stromhemmenden Bereiche der unteren Maske (21, 33, 44, 57) an einer Unterseite an die untere Elektrode (20, 31, 41, 56) angrenzen und ansonsten an die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) angrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das Ausbilden der oberen Maske (23, 35, 47, 59) auf der programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) und das Ausbilden der oberen Elektrode (24, 36, 48, 60) auf der oberen Maske (23, 35, 47, 59) erfolgt, sodass die stromhemmenden Bereiche der oberen Maske (23, 35, 47, 59) an einer Unterseite an die programmierbare Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) angrenzen und ansonsten an die obere Elektrode (24, 36, 48, 60) angrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das Ausbilden der unteren Maske (21, 33, 44, 57) und/oder der oberen Maske (23, 35, 47, 59) durch das Ausbilden von Nanopartikeln erfolgt, wobei eine laterale Ausdehnung der Nanopartikel in einem Bereich von 2 bis 20 nm liegt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Ausbilden der Nanopartikel selbstorganisiert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das selbstorganisierte Ausbilden der Nanopartikel vermittels eines Block-Copolymers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei das Ausbildender programmierbaren Widerstandsschicht (22, 34, 46, 58) durch ein reaktives Sputtern erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei wenigstens zwei Übergangsmetalle in einer sauerstoffhaltigen Prozessatmosphäre zerstäubt werden, und wobei der Sauerstoff-Partialdruck der sauerstoffhaltigen Prozessatmosphäre wenigstens gesättigt ist, sodass die Übergangsmetalle in ihrem jeweils höchsten Oxidationsgrad oxidieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das Polieren durch ein chemisch-mechanischen Vorgang erfolgt.