DE102006048384A1 - Schichtstrukturen mit Chalkogenid-Materialien - Google Patents

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Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Schichtstruktur bereitgestellt, die eine erste Schicht mit Chalkogenid-Material enthält und eine zweite Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht Silber und ein anderes Material enthält, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert. Alternativ ist die zweite Schicht eine Keimschicht, die auf der ersten Schicht abgeschieden ist und die Kupfer und optional ein anderes Material enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft Schichtstrukturen, die im Rahmen der Halbleitertechnologie eingesetzt werden können.
  • Die Entwicklung der Halbleiterspeicher-Technologie wird wesentlich angetrieben durch das Erfordernis nach einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Halbleiterspeicher in Verbindung mit der Miniaturisierung der Merkmalsgrößen. Jedoch kann eine weitere Miniaturisierung der Halbleiterspeicherkonzepte basierend auf Speicherkondensatoren schwierig sein aufgrund der großen Ladungsmenge, die erforderlich ist zum Schreiben auf bzw. zum Lesen von den Speicherkondensatoren, was zu einem hohen Strombedarf führt. Daher werden immer wieder neue Speicherzellen-Konzepte entwickelt, die charakterisiert sind durch eine wesentlich geringere Ladungsmenge, die erforderlich ist für eine Schreiboperation bzw. für eine Leseoperation. Eine solche viel versprechende neue Speicherarchitektur sind Halbleiterspeicher mit Widerstands-Speicherelementen, die ein bipolares Schaltverhalten zeigen.
  • Um eine maximale Dichte von Speichereinheiten bereitzustellen, ist es wünschenswert, ein Speicherzellenfeld bereitzustellen, welches eine Mehrzahl von Speicherzellen aufweist, welche üblicherweise in einer Matrix in Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei Spalten-Zuführleitungen und Zeilen-Zuführleitungen vorgesehen sind, welche auch als Wortleitungen bzw. Bitleitungen bezeichnet werden. Eine übliche aktuelle Speicherzelle ist an den Kreuzungspunkten der Zuführleitungen angeordnet, wobei die Zuführleitungen aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt sind. Die Wortleitungen und die Bitleitungen sind jeweils mit der Speicherzelle elektrisch verbunden mittels einer oberen Elektrode (auch bezeichnet als Top-Elektrode) und einer unteren Elektrode (auch bezeichnet als Bottom-Elektrode). Um den Informationsgehalt in einer bestimmten Speicherzelle an dem adressierten Kreuzungspunkt zu verändern, oder um den Inhalt der Speicherzelle auszulesen, werden die entsprechende Wortleitung und die entsprechende Bitleitung ausgewählt entweder mittels eines Schreibstroms oder mittels eines Lesestroms. Üblicherweise werden die Wortleitungen und die Bitleitungen gesteuert mittels geeigneter Steuermittel.
  • Es gibt mehrere Speicherzellen, die in eine solche Speicherzellenanordnung passen.
  • Beispielsweise weist ein Vielfachzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM) eine Mehrzahl von Speicherzellen auf, wobei jede Speicherzelle einen Kondensator aufweist, der mit einem so genannten Auswähl-Transistor verbunden ist. Indem selektiv eine Spannung an den entsprechenden Auswähl-Transistor mittels einer jeweiligen Wortleitung und einer jeweiligen Bitleitung angelegt wird ist es möglich, elektrische Ladung als eine Informationseinheit (Bit) in dem Kondensator während eines Schreibprozesses zu speichern und diese wieder während eines Leseprozesses auszulesen mittels des Auswähl-Transistors. Eine RAM-Speichereinrichtung ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff, d.h. Daten können unter jeder beliebigen Adresse gespeichert werden und können unter dieser Adresse später wieder ausgelesen werden. Eine andere Art von Halbleiterspeichern sind die so genannten dynamischen Vielfachzugriffsspeicher (Dynamic Random Access Memory, DRAM), welche im Allgemeinen nur ein einziges, entsprechend gesteuertes kapazitives Element aufweisen, beispielsweise einen Grabenkondensator, wobei die Kapazität des Grabenkondensators verwendet wird zum Speichern eines Bits in Form von elektrischer Ladung. Die elektrische Ladung verbleibt jedoch nur für eine relativ kurze Zeitdauer in einer DRAM-Speicherzelle, so dass ein so genanntes Auffrischen ("refresh") regelmäßig durchgeführt werden muss, im Rahmen dessen der Informationsgehalt der jeweiligen Speicherzelle ausgelesen wird und wieder in die Speicherzelle eingeschrieben wird.
  • Da es wünschenswert ist, so viele Speicherzellen wie nur möglich in einer RAM-Speichereinrichtung unterzubringen, ist es ein Bestreben, die Speicherzellen so einfach wie möglich auszubilden und auf dem kleinstmöglichen Raum unterzubringen, d.h. die Speicherzellen zu skalieren. Bisher eingesetzte Speicherkonzepte (Flash-Speicher wie beispielsweise Floating Gate-Speicher oder DRAM) werden aufgrund ihrer Funktionsweise, die basiert auf der Speicherung von elektrischen Ladungsträgern, voraussichtlich physikalischen Skalierungsbeschränkungen unterliegen, die in absehbarer Zeit erreicht werden. Ferner stellen in dem Fall von Flash-Speicherzellen die erforderlichen hohen Schaltspannungen und die begrenzte Anzahl von Lesezyklen und Schreibzyklen und in dem Fall von DRAM-Speicherzellen die begrenzte Dauer der Speicherung eines Ladungszustands zusätzliche Probleme dar.
  • Eine Conductive Bridging-Vielfachzugriffsspeicher-Speicherzelle (Conductive Bridging Random Access Memory, CBRAM) auch bezeichnet als programmierbare Metallisationszelle (Programmable Metallization Cell, PMC) kann zwischen unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten mittels bipolaren elektrischen Pulsens geschaltet werden. In der einfachsten Ausführungsform kann ein solches Element zwischen einem sehr großen Widerstandswert (Aus-Widerstand) und einem erheblich niedrigeren Widerstandswert (Ein-Widerstand) geschaltet werden durch Anlegen kurzer Strompulse oder Spannungspulse. Die Schaltraten können kürzer sein als eine Mikrosekunde. Sehr große Verhältnisse des Aus-Widerstands (R(off)) zu dem Ein-Widerstand (R(on)) werden in dem Fall der CBRAM-Speicherzellen erreicht aufgrund des sehr hochohmigen verwendeten Festkörperelektrolyt-Materials in dem nicht-programmierten Zustand. Typische Werte sind R(off)/R(on) > 106 bei einem Aus-Widerstand R(off) > 1010 Ω und einem aktiven Zellenbereich von kleiner als 1 μm2. Gleichzeitig ist diese Technologie üblicherweise charakterisiert durch niedrige Schaltspannungen von weniger als 100 mV zum Initiieren der Löschoperation und weniger als 300 mV zum Initiieren der Schreiboperation.
  • Strukturell ist eine CBRAM-Speicherzelle ein resistives Speicherelement mit einer inerten Kathoden-Elektrode, einer reaktiven Anoden-Elektrode und einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist. Der Begriff "Festkörperelektrolyt" ist im Rahmen dieser Beschreibung beispielsweise so zu verstehen, dass er alle Festkörpermaterialien umfasst, in denen mindestens einige Ionen unter Einfluss eines elektrischen Feldes bewegt werden können. Die Chalkogenid-Materialien, die üblicherweise mittels herkömmlicher Sputter-Prozesse abgeschieden werden, weisen üblicherweise eine amorphe Struktur auf und enthalten zumeist überflüssige Chalkogenide, die nur schwach gebunden sind, so dass diese schwach gebundenen Chalkogenid-Atome sich wie Cluster ansammeln und nicht entfernt werden können. Dies führt zu der Ausbildung von Ag-Chalkogenid-Konglomeraten oder Vorsprungsdefekten (protrusion defects) in der Ag-dotierten Elektrodenschicht. Zusätzlich ist das Ätzen von Edelmetallen wie beispielsweise Silber schwierig, da beispielsweise für Silber derzeit keine geeignete Ätz-Chemie existiert.
  • Die Rauhigkeit der Schnittstelle zwischen der Schicht aus einem Chalkogenid-Material und der Silberschicht, die darauf abgeschieden ist, stellt nicht nur im Rahmen eines Herstellungsprozesses einer CBRAM Speicherzelle ein Problem dar, sondern in allen Anwendungen, in welchen eine Silberschicht auf ein Chalkogenid-Material abzuscheiden ist. Beispielsweise im Rahmen der Herstellung von Phasenänderungs-Vielfachzugriffsspeicher-Speicherzellen (Phase Change Random Accesss Memory, PCRAM), wobei eine Form einer PCRAM-Speicherzelle auch bezeichnet wird als "Ovonics Unified Memory" (OUM) oder als "Chalkogenid-RAM" können Konglomerate oder Vorsprungsdefekte auftreten, wenn eine Silberschicht auf die Chalkogenid-Materialien abgeschieden wird.
  • Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf für die Erfindung, wie sie in den folgenden Ausführungsformen beschrieben ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schichtstruktur vorgesehen mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, und einer zweiten Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht Metallatome oder Metallionen enthält.
  • Ferner sind gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Verfahren zum Herstellen von Schichtstrukturen vorgesehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schichtstruktur vorgesehen mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material enthält und mit einer zweiten Schicht, die Silber enthält sowie ein Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Schichtstruktur bereitgestellt, die eine erste Schicht aufweist, welche Chalkogenid-Material enthält sowie eine zweite Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, welche Kupfer und optional andere Materialien enthält.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzelle mit einer ersten Schicht bereitgestellt, die ein Chalkogenid-Material enthält und eine auf oder über der ersten Schicht abgeschiedenen zweiten Schicht, wobei die zweite Schicht Silber und mindestens ein anderes Material enthält, welches die Mobilität (im Folgenden auch bezeichnet als Beweglichkeit) von Silberatomen oder Silberionen reduziert (oder hemmt).
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzelle bereitgestellt mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, und einer darauf abgeschiedenen zweiten Schicht, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, die Kupfer und gegebenenfalls andere Materialien enthält.
  • Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur bereitgestellt, wobei die Schichtstruktur eine erste Schicht aufweist, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material enthält und eine zweite Schicht, die Silber und anderes Material enthält, welches andere Material die Mobilität der Silberatome oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur bereitgestellt, wobei die Schichtstruktur eine erste Schicht aufweist, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht, welche eine Keimschicht mit Kupfer und optional anderen Materialien ist.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle bereitgestellt, wobei die Speicherzelle eine erste Schicht aufweist, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht, die Silber sowie ein Material enthält, das die Mobilität der Silberatome oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle bereitgestellt, wobei die Speicherzelle eine erste Schicht aufweist, die ein Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, die Kupfer und optional andere Materialien enthält.
  • Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Schicht ein Chalkogenid-Material auf, ausgewählt aus der Gruppe von Materialien bestehend aus einer Verbindung oder mehreren Verbindungen von Schwefel (S), Selen (Se) und/oder Tellur (Te) mit Arsen (As), Germanium (Ge), Bismut (Bi), Nickel (Ni), Silizium und/oder Zink (Zn).
  • Die erste Schicht kann ein Chalkogenid-Material aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Materialien bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Weiterhin kann die erste Schicht Metallionen enthalten, wobei die Metallionen unter einem Einfluss eines elektrischen Feldes mobil sind.
  • Die erste Schicht kann eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm aufweisen.
  • Weiterhin kann die zweite Schicht Silber und/oder Tantal aufweisen.
  • Die zweite Schicht besteht gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Wesentlichen aus Tantal (Ta) und Silber (Ag).
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die zweite Schicht im Wesentlichen aus Tantal und Silber, wobei der Gehalt von Tantal in einem Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent liegt.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Schicht eine Dicke von weniger als 100 nm auf.
  • Die zweite Schicht kann eine Schichtdicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweisen.
  • Weiterhin kann die zweite Schicht eine Dicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Schichtstruktur eine dritte Schicht auf, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  • Die dritte Schicht kann Silber aufweisen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schichtstruktur bereitgestellt mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, und einer zweiten Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, und Kupfer und optional andere Materialien aufweist, wenn eine dritte Schicht vorgesehen ist in dem Fall, dass die. zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die erste Schicht ein Chalkogenid-Material aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus einer Verbindung oder mehreren Verbindungen von Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Arsen, Germanium, Bismut, Nickel, Silizium und/oder Zink.
  • Die erste Schicht kann ein Chalkogenid-Material aufweisen ausgewählt aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Germanium-Selenid und Germanim-Sulfid.
  • Die erste Schicht kann eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm aufweisen.
  • Weiterhin kann die erste Schicht Metallionen aufweisen, wobei die Metallionen unter einem Einfluss eines elektrischen Feldes mobil sind.
  • Weiterhin kann die zweite Schicht Kupfer enthalten und das andere Material kann ein Material sein ausgewählt aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal (Ta), Wolfram (W), Titan (Ti), Molybdän (Mo) und Ruthenium (Ru).
  • Die zweite Schicht kann im Wesentlichen aus Kupfer bestehen. Alternativ kann die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium bestehen.
  • Ferner kann die Schichtstruktur eine dritte Schicht aufweisen, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  • Die dritte Schicht kann Silber enthalten oder im Wesentlichen aus Silber bestehen.
  • Die zweite Schicht kann ferner eine Dicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 1 nm.
  • Die zweite Schicht kann ferner eine Dicke aufweisen von weniger als 1 nm.
  • Die zweite Schicht kann eine Schichtdicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweisen.
  • Weiterhin wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Speicherzelle bereitgestellt, die eine Schichtstruktur aufweist mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, und einer zweiten Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, das die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die zweite Schicht Silber und/oder Tantal aufweisen, wobei der Gehalt an Tantal in einem Bereich von ungefähr 3 Atomprozent bis ungefähr 50 Atomprozent liegen kann.
  • Die zweite Schicht kann ferner eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm aufweisen.
  • Die Speicherzelle kann eine CBRAM-Speicherzelle sein oder eine PCRAM-Speicherzelle.
  • Weiterhin kann die Speicherzelle eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm haben.
  • Die Schichtstruktur kann ferner eine auf der zweiten Schicht oder über der zweiten Schicht abgeschiedene dritte Schicht aufweisen, wobei die dritte Schicht Silber aufweisen kann oder im Wesentlichen aus Silber bestehen kann.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzelle bereitgestellt, die eine Schichtstruktur aufweist, wobei die Schichtstruktur eine erste Schicht enthält, die Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht eine auf oder über der ersten Schicht abgeschiedene Keimschicht ist und die zweite Schicht Kupfer und optional andere Materialien enthält, wenn eine dritte Schicht vorgesehen ist in dem Fall, dass die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  • Die zweite Schicht kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung aus Kupfer bestehen und das andere Material kann ausgewählt sein aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  • Die zweite Schicht kann im Wesentlichen aus Kupfer bestehen, alternativ im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium.
  • Die Schichtstruktur kann ferner eine dritte Schicht aufweisen, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden ist. Die dritte Schicht kann Silber aufweisen oder im Wesentlichen aus Silber bestehen. Weiterhin kann die zweite Schicht eine Dicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm.
  • Die Speicherzelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine CBRAM-Speicherzelle oder eine PCRAM-Speicherzelle sein.
  • Die Speicherzelle kann eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm aufweisen.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Speicherstruktur wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erste Schicht abgeschieden, wobei die erste Schicht Chalkogenid-Material enthält. Optional kann das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert werden. Weiterhin wird eine zweite Schicht abgeschieden, wobei die zweite Schicht Silber enthält sowie ein anderes Material, welches die Mobilität von Silbertatomen oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die zweite Schicht abgeschieden unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses, wobei das erste Sputter-Target ein Ag-Target ist und das zweite Sputter-Target ein Ta-Target.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite Schicht abgeschieden unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target Silber und Tantal enthält.
  • Weiterhin kann die zweite Schicht abgeschieden werden unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das eine Target im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur eine erste Schicht abgeschieden, wobei die erste Schicht Chalkogenid-Material enthält. Optional wird das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert. Ferner wird eine zweite Schicht abgeschieden, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden wird. Die zweite Schicht weist Kupfer und optional andere Materialien auf.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, die zweite Schicht abzuscheiden unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Kupfer-Target als erstes Sputter-Target und einem zweiten Sputter-Target, wobei das Material des zweiten Sputter-Targets ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  • Weiterhin kann die zweite Schicht abgeschieden werden unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target Kupfer aufweist und optional ein Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Verfahrens mit einem Target, wobei das Target im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle vorgesehen, bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, wobei die erste Schicht Chalkogenid-Material enthält. Optional wird das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert. Weiterhin wird eine zweite Schicht abgeschieden, wobei die zweite Schicht Silber aufweist und anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur bereitgestellt, bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, die Chalkogenid-Material enthält. Das Chalkogenid-Material wird optional mit Metallionen dotiert. Weiterhin wird eine zweite Schicht abgeschieden, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist und Kupfer enthält und optional andere Materialien.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine Chalkogenid-Material-Silberschicht-Schnittstelle;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 7 ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schichtstruktur bereitgestellt, die eine erste Schicht mit Chalkogenid-Material und eine zweite Schicht, welche Silber und zusätzlich ein anderes Material oder mehrere andere Materialien enthält, welches oder welche die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert oder hemmt, aufweist.
  • Der Ausdruck "reduzieren der Mobilität von Silberionen" ist im Rahmen dieser Beschreibung beispielsweise derart zu verstehen, dass die Mobilität der Silberionen oder Silberionen reduziert wird in einer Schicht bestehend beispielsweise im Wesentlichen aus Silber.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Schicht, welche Chalkogenid-Material enthält, eine Schicht sein, die im Wesentlichen aus einem Chalkogenid-Material besteht oder eine Schicht, die ein Chalkogenid-Material enthält sowie andere Materialien wie beispielsweise Metallionen, so dass sie beispielsweise als ein Festkörperelektrolyt dient. Die im Wesentlichen aus Chalkogenid-Materialien bestehenden Schichten können beispielsweise in einer PCRAM-Speicherzelle verwendet werden, wobei die Chalkogenid-Materialien enthaltende Schicht, welche mit Metallionen dotiert sein kann, beispielsweise auch in einer CBRAM-Speicherzelle eingesetzt werden kann. Jedoch können andere Anwendungen von Schichten ebenfalls möglich sein und fallen in den Bereich der vorliegenden Erfindung.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in 2 gezeigt ist, ist eine Schicht aus einem Chalkogenid-Material 22 auf oder über einem Träger 21, beispielsweise einem Substrat, beispielsweise hergestellt aus Siliziumoxid, bereitgestellt, sowie eine zusätzliche Schicht 23, die Silber enthält und die auf dem Chalkogenid-Material 22 abgeschieden ist. Wie in 2 gezeigt ist, können in einigen Anwendungen auch andere Schichten wie beispielsweise die Schicht 24, vorhanden sein. Der Zweck der anderen Schicht 24 kann beispielsweise sein, dass sie als eine Anode in einer CBRAM-Speicherzelle oder als ein Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle dient. Die zusätzliche Schicht 24, wie sie in 2 gezeigt ist, besteht im Wesentlichen aus Silber, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung klar zu beschreiben, wenn die Schichtstruktur der vorliegenden Erfindung mit der in 1 gezeigten Schichtstruktur verglichen wird. In 1 besteht die Schicht 11 beispielsweise im Wesentlichen aus einem Chalkogenid-Material und die Schicht 12 besteht im Wesentlichen aus elementarem Silber. Wie in 1 dargestellt führt üblicherweise das Abscheiden von Silber direkt auf dem Chalkogenid-Material zu Konglomeraten oder Vorsprungsdefekten an der Schnittstelle zwischen der Schicht des Chalkogenid-Materials und der Silberschicht. Daher wird eine viel glattere Schnittstelle zwischen den Schichten 22/23 und 23/24 erhalten, indem eine Schicht 23 Silber und zusätzlich ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert oder im Wesentlichen hemmt oder unterdrückt, enthält.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Schicht 23 im Wesentlichen aus Silber (Ag) und einem anderen Material, welches die Mobilität von Silberionen reduziert. Wenn Silber gemeinsam mit einem anderen Material, welches die Mobilität der Silberatome reduziert, abgeschieden wird, so wird die Rauhigkeit der Oberfläche reduziert und eine glattere Oberfläche kann erhalten werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Chalkogenid-Schicht 22 vorgesehen und darauf die Schicht 23, wobei die Schicht 23 Silber (Ag) und Tantal (Ta) enthält.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die silberhaltige Schicht 23 im Wesentlichen aus Tantal und Silber. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die silberhaltige Schicht 23 im Wesentlichen aus Tantal und Silber, wobei der Gehalt von Tantal im Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent liegt.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schichtstruktur eine zusätzliche Schicht auf, die auf oder über der silberhaltigen Schicht 23 abgeschieden ist, wobei die zusätzliche Schicht 24 Silber enthält. Eine solche zusätzliche Schicht 24 kann beispielsweise eine Funktion einer Anode aufweisen, beispielsweise in einer CBRAM-Speicherzelle oder eine Funktion als Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle. Jedoch ist diese zusätzliche Schicht nicht unbedingt notwendig und in jeder Schichtstruktur vorhanden, da die silberhaltige Schicht 23 sowohl als Anode oder auch als Heizkontakt dienen kann.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die zusätzliche Schicht im Wesentlichen aus Silber. Dies hat den Vorteil, dass herkömmliche Prozesse und Materialien verwendet werden können zum Präparieren der Anode beispielsweise einer CBRAM-Speicherzelle.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Chalkogenid-Schicht 22 typischerweise ein Chalkogenid-Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Verbindungen von Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Halbleitern oder Metallen wie beispielsweise Arsen, Germanium, Bismut, Nickel, Silizium (beispielsweise Silizium-Schwefel oder Silizium-Selen) und Zink.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Chalkogenid-Material für die Chalkogenid-Schicht 22 ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Die Dicke der silberhaltigen Schicht 23 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dicke der silberhaltigen Schicht 23 geringer als 100 nm. Die silberhaltige Schicht 23 ist üblicherweise in einem physikalischen Kontakt mit Festkörperelektrolyt-Material, in anderen Worten mit der Chalkogenid-Schicht 23. In dem Fall, dass keine zusätzlichen Schichten wie beispielsweise die Schicht 24 vorhanden sind, kann es wünschenswert sein, die silberhaltige Schicht 23 mit einer Dicke von mehr als 100 nm zu wachsen.
  • Wie in 2 dargestellt ist, sind drei Schichten 21, 22, 23 vorgesehen und die Schicht 24 ist eine optionale Schicht, die, wenn gewünscht, vorhanden sein kann, die jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist. Wenn gewünscht, kann nicht nur eine sondern eine Mehrzahl von zusätzlichen Schichten vorgesehen sein, wobei die zusätzlichen Schichten auf der silberhaltigen Schicht 23 abgeschieden sind.
  • Indem die silberhaltige Schicht 23 auf der Chalkogenid-Schicht 22 bereitgestellt wird, kann die Schnittstelle der Schichten 22/23 eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% erreichen.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in 3 dargestellt ist, wird eine Schichtstruktur bereitgestellt, die eine erste Schicht 31 aufweist, welche Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht 32, die eine Keimschicht ist, und die auf der ersten Schicht 31 abgeschieden ist.
  • Die Keimschicht 32 enthält typischerweise Kupfer (Cu) und optional andere Materialien. Indem die Keimschicht 32 bereitgestellt wird, werden die Glattheit und die Dicken-Uniformität der Schnittstelle zwischen dem Chalkogenid-Material und der Keimschicht erhöht. Es ist möglich, eine Glattheit der Schnittstellen zwischen der Keimschicht und der Chalkogenid-Material enthaltenden Schicht zu erhalten, die vergleichbar ist mit der Schnittstelle zwischen den Schichten 22/23 aus 2.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Keimschicht 32 aus Kupfer und einem zusätzlichen Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium. Wenn gewünscht, dann ist es möglich, entweder eine teilweise oder eine vollständige Diffusion von Kupfer aus der Schicht 32 in die Schicht 31 zu bewirken, wobei die Schicht 31 ein Chalkogenid-Material aufweist. Wenn beispielsweise die Schicht 32 im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium hergestellt ist, würde nach einer vollständigen Diffusion von Kupfer nur eine Rutheniumschicht auf der Oberfläche 31 verbleiben.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schicht 32 Kupfer und Ruthenium. Zusätzliche Materialien sind nicht notwendig und eine Schicht, die im Wesentlichen aus Kupfer besteht, ist ausreichend, um eine glatte Schnittstelle zwischen dem Festkörperelektrolyten und der reaktiven Anode bereitzustellen. Nichtsdestotrotz kann es für bestimmte Zwecke und Anwendungen wünschenswert sein, zusätzliche Materialien in die Schicht 32 einzufügen.
  • Das für die Schicht 31 in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Chalkogenid-Material ist typischerweise ein Chalkogenid-Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Verbindungen aus Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Metallen wie beispielsweise Arsen, Germanium, Bismut, Nickel und Zink.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Chalkogenid-Material für die Schicht 31 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Die Dicke der Keimschicht 32 liegt in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 5 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der Schicht 32 weniger als 100 nm.
  • Indem eine Keimschicht 32 auf der Schicht aus einem Chalkogenid-Material bereitgestellt wird, ist es möglich, eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% der Schicht 32 zu erhalten. Es ist dann möglich, eine zusätzliche Schicht 33 auf der Keimschicht zu wachsen, beispielsweise mittels elektrochemischen Metallisierens (Galvanisierens) oder mittels Sputterns. Die Schicht 33 kann beispielsweise als eine Anode in einer CBRAM-Speicherzelle oder als ein Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle dienen.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzelle bereitgestellt, die ein Chalkogenid-Material enthält, und eine auf dem Chalkogenid-Material abgeschiedene Schicht, wobei die Schicht Silber enthält und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert oder im Wesentlichen unterdrückt. Der Speicher kann jede Art von Speicher sein, in dem ein Chalkogenid-Material verwendet wird. Solche Speicherzellen sind beispielsweise CBRAM-Speicherzellen oder PBRAM-Speicherzellen.
  • Strukturell ist eine CBRAM-Speicherzelle ein resistives Speicherelement mit einer inerten Kathoden-Elektrode, einer reaktiven Anoden-Elektrode und einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist. Der Begriff "Festkörperelektrolyt", wie er im Rahmen dieser Beschreibung verwendet wird, umfasst Chalkogenid-Material, in dem mindestens einige Ionen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegt werden können.
  • Der Festkörperelektrolyt, der in der CBRAM-Speicherzelle verwendet wird, ist typischerweise eine Chalkogenid-Metall-Verbindung oder mehrere Chalkogenid-Metall-Verbindungen (auch bezeichnet als Chalkogenid-Material), welches oder welche Ionen eines elektrisch leitfähigen Materials enthält oder enthalten, wobei das elektrisch leitfähige Material üblicherweise Silber ist. Chalkogenid-Materialien, die eingesetzt werden können, sind Verbindungen aus Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Metallen wie beispielsweise Arsen, Germanium, Bismut, Nickel und Zink. Die Chalkogenid-Material/Silberionen-Verbindung kann erhalten werden mittels Photodissolution einer Silberschicht, mittels Co-Abscheidens von Chalkogenid-Material und Silber (oder anderer Materialien) mittels Sputterns unter Verwendung einer Quelle, die das Chalkogenid oder das Metall enthält, oder mittels anderer Prozesse, wie beispielsweise mittels Dotierens, mittels thermischer Dissolution, etc.
  • Um einen Festkörperelektrolyten für die CBRAM-Speicherzelle zu erhalten, werden ausgehend von Chalkogenid-Materialien Metallionen in das Chalkogenid-Netzwerk eingeführt. Üblicherweise wird Silber in das Chalkogenid-Material eingeführt, indem eine dünne Silberschicht, die auf dem Chalkogenid-Material abgeschieden ist, typischerweise mit Licht einer Wellenlänge von weniger als 500 nm belichtet wird. Wenn ausreichend Silber vorhanden ist, resultiert dieser Prozess in der Sättigung des Chalkogenid-Materials mit Silber durch die Ausbildung einer Silber-Verbindung mit dem Chalkogenid-Material. Solche Silber-Verbindungen können oder können nicht eine definierte Stöchiometrie aufweisen. In einigen Fällen kann der Silbergehalt in dem Chalkogenid-Material unter dem Sättigungsgrad liegen, aber in anderen Fällen ist es wünschenswert, das Chalkogenid-Material mit Silber oder anderen Metallionen vollständig zu sättigen. Der Gehalt der Metallionen in dem Chalkogenid-Material kann gesteuert werden mittels der Dicke der Silberschicht, die der Photodissolution unterzogen wird.
  • Mittels Anlegens eines elektrischen Feldes zwischen den zwei Elektroden ist es möglich, einen leitfähigen Pfad (anschaulich ein leitfähiges Filament) durch das Trägermaterial herzustellen und diesen wieder zu entfernen (anders ausgedrückt, zu löschen). Abhängig von der Polarität des elektrischen Pulses, der zwischen die Anoden-Elektrode und die Kathoden-Elektrode angelegt wird, kann die reaktive Anoden-Elektrode elektrochemisch aufgelöst werden und die metallreichen Anlagerungen aus dem Trägermaterial werden verstärkt, was dann zu einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Elektroden führt. Indem der elektrische Puls umgekehrt wird, wird die elektrisch leitfähige Verbindung aufgelöst und die Metallionen werden von dem Trägermaterial auf der Anoden-Elektrode abgeschieden.
  • Wenn die reaktive Anoden-Elektrode elektrochemisch aufgelöst wird, so dass die metallreichen Anlagerungen in dem Festkörperelektrolyten ausgebildet werden, so wird die typischerweise verwendete Anode aus Silber hergestellt oder weist Silber auf, in dem Fall, dass Silberionen ebenfalls in dem Chalkogenid-Material vorhanden sind. Die Kathode, die in einer CBRAM-Speicherzelle verwendet wird, kann hergestellt sein aus jedem leitfähigen Material, da die Kathode inert ist und nicht an den elektrochemischen Prozessen teilnimmt. Typische Materialien für die Kathode sind beispielsweise Wolfram, Titannitrid (TiN), Titan-Wolfram (TiW), Titan-Aluminium-Wolfram (TiAlW), Titan-Aluminium-Stickstoff (TiAlN), obwohl andere leitfähige Materialien ebenfalls verwendet werden können.
  • Die Oberflächen des Chalkogenid-Materials, das mittels Sputter-Prozessen abgeschieden wird, weisen eine amorphe Struktur auf und enthalten üblicherweise überflüssige Chalkogenide, die nur schwach gebunden sind, so dass diese schwach gebundenen Chalkogenid-Atome sich clusterähnlich ansammeln und nicht entfernt werden können, was zu einer Ausbildung von Silber-Chalkogenid-Konglomeraten oder Vorsprungsdefekten führt in der Silber-dotierten Schicht und der Elektrodenschicht. Zusätzlich ist das Ätzen von Edelmetallen schwierig, da für ein Ätzen von Silber beispielsweise keine geeignete Ätz-Chemie existiert. Es ist daher schwierig, eine homogene, planare Anode für die CBRAM-Speicherzellen, bei denen beispielsweise Silber verwendet wird, zu erhalten.
  • PCRAM-Speicherzellen andererseits verwenden das einzigartige. Verhalten von Chalkogenid-Glas. Bei den PCRAM-Speicherzellen ist ein Chalkogenid-Material zwischen zwei Elektroden angeordnet. Die interne Organisation von Chalkogenid-Glas kann strukturell geändert werden mittels Anwendens von Hitze von beispielsweise einem Kristallin-Zustand in einen Amorph-Zustand. Der Kristallin-Zustand und der Amorph-Zustand haben unterschiedliche typische elektrische Widerstandswerte und dies bildet die Basis dafür, Daten zu speichern. Der amorphe Hoch-Widerstand-Zustand wird verwendet zum Repräsentieren einer binären "1" und der kristalline Niedrig-Widerstand-Zustand repräsentiert eine binäre "0".
  • PCRAM kann eingerichtet sein in einer Anzahl unterschiedlicher Arten. In einem Prozess werden Dioden verwendet als Auswähl-Elemente anstelle von Transistoren. Es ist ferner möglich, die PCRAMs in so genannten Kreuzungspunkt-Speicherzellen anzuordnen, welche gebildet werden einfach aus selbst-justierten Chalkogenid-Zellen, die zwischen den Adressleitungen angeordnet sind.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzelle bereitgestellt mit einer Schichtstruktur, enthaltend eine erste Schicht mit Chalkogenid-Material und eine zweite Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert oder im Wesentlichen hemmt. Weitere Schichten können ebenfalls vorhanden sein, wenn dies erforderlich ist. Typischerweise gibt es ferner eine Schicht, die als eine Anode dient und eine Schicht, die als Kathode für die Speicherzelle dient. Die Kathodenschicht ist typischerweise auf der einen Seite der Schicht, die ein Chalkogenid-Material enthält, angeordnet und die Anode ist auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht, die das Chalkogenid-Material enthält, angeordnet. Jedoch kann die Anode auch die zweite Schicht, die Silber und zusätzlich ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, enthält, sein, oder die andere Schicht kann auf der Schicht, die Silber und das andere Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, abgeschieden sein, so dass sie als Anode wirkt.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Speicherzelle die zweite Schicht auf, welche zweite Schicht Silber (Ag) und Tantal (Ta) enthält.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Speicherzelle die zweite Schicht auf, welche im Wesentlichen aus Tantal und Silber besteht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Speicherzelle die zweite Schicht auf, welche zweite Schicht im Wesentlichen aus Tantal und Silber besteht, wobei der Gehalt von Tantal in einem Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent liegt.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Speicherzelle eine Schichtstruktur auf, die eine dritte Schicht enthält, welche auf der zweiten Schicht abgeschieden ist, wobei die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber besteht. Die dritte Schicht kann beispielsweise eine Funktion einer Anode haben, beispielsweise in einer CBRAM-Speicherzelle oder die Funktion eines Heizkontakts in einer PCRAM-Speicherzelle. Jedoch muss die dritte Schicht, wie oben beschrieben worden ist, nicht notwendigerweise vorhanden sein, da die zweite Schicht eine Funktion sowohl als Anode als auch als Heizkontakt haben kann.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Speicherzelle typischerweise ein Chalkogenid-Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Materialien bestehend aus Verbindungen von Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Metallen wie beispielsweise Arsen, Germanium, Bismut und Nickel.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Chalkogenid-Material für die erste Schicht der Speicherzelle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Die Dicke der zweiten Schicht der Speicherzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der zweiten Schicht der Speicherzelle weniger als 100 nm. Wenn dies gewünscht ist, ist es möglich, die zweite Schicht der Speicherzelle mit einer Dicke von mehr als 100 nm zu wachsen, insbesondere in Fällen, in denen keine zusätzliche Schicht auf der zweiten Schicht der Speicherzelle abgeschieden wird und die zweite Schicht die Funktion einer Anode oder eines Heizkontakts hat.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
  • In dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Speicherzelle bereitgestellt mit einer Schichtstruktur, die eine erste Schicht aufweist, welche Chalkogenid-Material enthält, sowie eine zweite Schicht, welche eine Keimschicht ist und welche auf der ersten Schicht abgeschieden ist.
  • Die Keimschicht der Speicherzelle gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist typischerweise Kupfer (Cu) und optional andere Materialien auf. Indem die Keimschicht bereitgestellt wird, werden die Glattheit und die Uniformität der Schnittstelle zwischen dem Chalkogenid-Material und der Keimschicht erhöht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bezogen auf die vierte Ausführungsform der Erfindung besteht die Keimschicht aus Kupfer und einem zusätzlichen Material ausgewählt aus der Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium. Wenn dies gewünscht ist, ist es möglich, entweder eine teilweise oder eine vollständige Diffusion von Kupfer aus der Keimschicht in die erste Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, zu bewirken. Wenn beispielsweise die Keimschicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium hergestellt ist, würde nach der Diffusion von Kupfer nur noch eine Rutheniumschicht auf der Oberfläche der ersten Schicht zurückbleiben.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die zweite Schicht Kupfer und Ruthenium. Zusätzliche Materialien sind nicht erforderlich und eine Schicht, die im Wesentlich aus Kupfer besteht, ist ausreichend, um eine glatte Schnittstelle zwischen dem Festkörperelektrolyten und der reaktiven Anode bereitzustellen. Nichtsdestotrotz kann es für bestimmte Zwecke und Anwendungen wünschenswert sein, zusätzliche Materialien in die zweite Schicht einzuführen.
  • Das Chalkogenid-Material, das für die erste Schicht in dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, ist typischerweise ein Chalkogenid-Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Verbindungen aus Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Metallen wie beispielsweise Arsen, Germanium, Bismut, Nickel, Silizium und Zink.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Chalkogenid-Material für die erste Schicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Die Dicke der Keimschicht ist in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 50 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der Keimschicht weniger als 1 nm.
  • Indem eine Keimschicht auf der Schicht aus einem Chalkogenid-Material bereitgestellt wird, ist es möglich, eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% der Keimschicht zu erhalten. Es ist dann möglich, eine oder mehrere Schichten auf der Keimschicht abzuscheiden, beispielsweise mittels elektrochemischen Metallisierens (Galvanisierens) oder mittels Sputterns. Die zusätzliche Schicht(en) kann/können beispielsweise als eine Anode in einer CBRAM-Speicherzelle oder als ein Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle dienen.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
  • Im Folgenden werden viele spezifische Details von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben mit Bezugnahme auf die Verfahren zum Herstellen der Schichtstrukturen gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung und der Speicherzellen, die die Schichtstrukturen gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung enthalten. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass die Erfindung zusätzliche Ausführungsformen aufweisen kann, mit im Rahmen dieser Beschreibung nicht beschriebenen Materialien eingesetzt werden kann und dass die Erfindung ausgeführt werden kann ohne die im Folgenden beschriebenen Details.
  • In dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Ablaufdiagramm 40 in 4 dargestellt.
  • Die Schichtstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise hergestellt werden mittels eines herkömmlichen Prozesses eines Abscheidens einer ersten Schicht, die ein Chalkogenid-Material enthält (Prozess 42) und, wenn gewünscht, mittels Strukturierens des Chalkogenid-Materials. Das Abscheiden des Chalkogenid-Materials wird durchgeführt unter Verwendung beispielsweise von reaktiven Sputter-Prozessen mit Targets, die ausgewählt werden beispielsweise aus einer Gruppe von Materialien wie beispielsweise Schwefel, Selen und/oder Tellur einerseits und Germanium, Bismut, Nickel, Silizium und/oder Zink andererseits.
  • Die Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt in diesem spezifischen Beispiel ungefähr 50 nm bis ungefähr 100 nm.
  • Wenn dies gewünscht ist, kann ein Metall, beispielsweise Silber in das Chalkogenid-Material eingefügt werden (Prozess 44), um einen Festkörperelektrolyten auszubilden.
  • Das Einfügen von Silber kann durchgeführt werden entweder mittels Belichtens einer dünnen Silberschicht, die auf dem Chalkogenid-Material abgeschieden wird, mit Licht einer Wellenlänge von typischerweise weniger als 500 nm oder in einem Sputter-Prozess unter Verwendung eines Silber-Sputtertargets. Nach dem Ausbilden des Festkörperelektrolyten kann diese Schicht beispielsweise mittels RF-Plasma gereinigt werden, wenn erforderlich.
  • Auf der Schicht des Festkörperelektrolyten wird eine zweite Schicht, die Silber (Ag) und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, enthält, abgeschieden (Prozess 46). Das Abscheiden der Schicht, die Silber (Ag) und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatome oder Silberionen reduziert, enthält, kann durchgeführt werden mittels Co-Sputterns unter Verwendung eines Silber-Targets und eines Targets eines Materials, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert oder, indem ein Verbindungs-Target verwendet wird. Beispielsweise kann, wenn die Silberschicht Tantal enthält, entweder das Co-Sputtern unter Verwendung eines Silber-Targets und eines Tantal-Targets durchgeführt werden oder ein Sputter-Prozess unter Verwendung eines AgTa-Verbindungs-Targets.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schichtstruktur der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Schicht auf, die Silber und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, enthält. Diese Schicht besteht im Wesentlichen aus Tantal und Silber. Auf diese Weise wird das Abscheiden der Schicht, die Silber und Tantal enthält, durchgeführt mittels eines Prozesses eines Co-Sputterns unter Verwendung eines Silber-Sputter-Targets und eines Tantal-Sputter-Targets. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die resultierende Schicht Silber und Tantal, wobei der Gehalt von Tantal in einem Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht ist.
  • Die Dicke der Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, ist in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dicke der Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, weniger als 100 nm. In dem Fall, dass keine zusätzlichen Schichten für eine Anode abgeschieden sind, kann es ferner wünschenswert sein, die Schicht 23 mit einer Dicke aufzuwachsen, welche größer ist als 100 nm.
  • Wenn dies erforderlich ist, kann eine zusätzliche Schicht dann abgeschieden und strukturiert werden unter Verwendung herkömmlicher Prozesse. Die Materialien für die zusätzlichen Schichten können beispielsweise Silber oder Kupfer sein, wenn die Schichtstruktur in einer CBRAM-Speicherzelle verwendet werden soll, oder jedes beliebige andere herkömmliche leitfähige Material für den Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle.
  • In dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung bereitgestellt, wie in einem Ablaufdiagramm 50 in 5 dargestellt.
  • Die Schichtstruktur gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann hergestellt werden beispielsweise mittels eines herkömmlichen Prozesses eines Abscheidens von Chalkogenid-Material (Prozess 52) und, wenn gewünscht, mittels Strukturierens des Chalkogenid-Materials. Das Abscheiden des Chalkogenid-Materials wird durchgeführt unter Verwendung beispielsweise reaktiver Sputter-Prozesse mit Targets, die ausgewählt sind beispielsweise aus Schwefel, Selen und/oder Tellur einerseits und Germanium, Bismut, Nickel und/oder Zink andererseits.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Chalkogenid-Material für die Schicht 22 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Germanium-Selenid (GeSe) und Germanium-Sulfid (GeS).
  • Die Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt in diesem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ungefähr 50 nm bis 100 nm.
  • Wenn dies gewünscht ist, kann beispielsweise Metall, beispielsweise Silber, in das Chalkogenid-Material eingeführt werden (Prozess 54), so dass ein Festkörperelektrolyt ausgebildet wird. Das Einführen von Silber kann beispielsweise entweder mittels Belichtens einer dünnen Silberschicht, die auf dem Chalkogenid-Material abgeschieden wird, mit Licht einer Wellenlänge von typischerweise weniger als 500 nm durchgeführt werden oder in einem Sputter-Prozess unter Verwendung eines Silber-Sputter-Targets. Nach dem Ausbilden des Festkörperelektrolyten kann diese Schicht gereinigt werden, beispielsweise mittels RF-Plasma, wenn erforderlich.
  • Auf die Schicht des Chalkogenid-Materials wird eine Keimschicht abgeschieden (Prozess 56). Die Keimschicht weist typischerweise Kupfer (Cu) und optional andere Materialien.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Keimschicht aus Kupfer und einem zusätzlichen Material ausgewählt aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  • Das Abscheiden der Keimschicht kann durchgeführt werden mittels Sputterns unter Verwendung eines Kupfer-Targets, wenn eine Schicht erwünscht ist, die im Wesentlichen aus Kupfer besteht. Alternativ kann das Abscheiden durchgeführt werden unter Verwendung eines Co-Sputterns mit einem Kupfer-Target und einem oder mehreren Targets anderer Materialien, wenn die Keimschicht zusätzliche Materialien enthalten soll. Alternativ kann das Abscheiden durchgeführt werden unter Verwendung eines Verbindungs-Targets, wie beispielsweise eines Kupfer-Ruthenium- Targets, wenn eine Schicht gewünscht ist, die Kupfer und Ruthenium enthält. Wenn die Keimschicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine dritte Schicht mit einer Verbindung, die eine andere ist als die Keimschicht, bereitgestellt.
  • Nach dem Abscheiden der Keimschicht und einem optionalen Strukturieren der Keimschicht kann ein teilweises oder ein vollständiges Diffundieren von Kupfer aus der Keimschicht in die Chalkogenid-Schicht hinein durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer Temperaturbehandlung. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine vollständige Diffusion von Kupfer aus der Keimschicht in die Chalkogenid-Schicht durchgeführt werden mittels Photodissolution. Wenn beispielsweise die Keimschicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium hergestellt ist, würde nach der Diffusion von Kupfer nur eine Rutheniumschicht als eine Keimschicht auf der Oberfläche der Chalkogenid-Schicht verbleiben.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Keimschicht Kupfer und Ruthenium. Zusätzliche Materialien sind nicht notwendig und eine Schicht, die im Wesentlichen aus Kupfer besteht, ist ausreichend zum Bereitstellen einer glatten Schnittstelle zwischen dem Festkörperelektrolyten und der reaktiven Anode. Nichtsdestotrotz kann es für bestimmte Zwecke oder Anwendungen wünschenswert sein, zusätzliche Materialien in die Keimschicht einzuführen.
  • Die Dicke der Keimschicht ist in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 500 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der Keimschicht weniger als 100 nm.
  • Indem eine Keimschicht auf der Schicht aus einem Chalkogenid-Material bereitgestellt wird, ist es möglich, eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% der Keimschicht zu erhalten. Es ist dann möglich, eine oder mehrere zusätzliche Schichten auf der Keimschicht aufzubringen, beispielsweise mittels elektrochemischen Metallisierens (Galvanisierens) oder mittels Sputterns. Die eine oder mehreren zusätzlichen Schichten können beispielsweise als eine Anode in einer CBRAM-Speicherzelle dienen oder als Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle.
  • Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle bereitgestellt, wie es in einem Ablaufdiagramm 60 in 6 dargestellt ist.
  • Beispielsweise kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Metallisierung für die Kathode auf einem Substrat abgeschieden werden und unter Verwendung lithographischer Techniken strukturiert werden. Beispielsweise können Wolfram, Titannitrid (TiN), Titan-Wolfram (TiW), Titan-Aluminium-Wolfram (TiAlW) oder andere Materialien als Elektrodenmaterial für die Kathode verwendet werden.
  • Nach dem Strukturieren der Kathode wird das Chalkogenid-Material abgeschieden und strukturiert (Prozess 62). Das Abscheiden des Chalkogenid-Materials wird durchgeführt beispielsweise unter Verwendung von reaktiven Sputter-Prozessen mit Targets, die beispielsweise ausgewählt sind aus Schwefel, Selen und/oder Tellur einerseits und Germanium, Bismut, Nickel und/oder Zink andererseits.
  • Die Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt ungefähr 50 nm bis ungefähr 100 nm in diesem bestimmten Ausführungsbeispiel. Die Größe der Speicherzelle kann ungefähr 1 μm × 1 μm betragen, wobei sowohl größere Speicherzellen als auch kleinere Speicherzellen hergestellt werden können unter Verwendung der im Rahmen dieser Beschreibung dargelegten Prozesse.
  • Nachfolgend kann, wenn gewünscht, ein Metall, beispielsweise Silber, in das Chalkogenid-Material eingeführt werden (Prozess 64), so dass ein Festkörperelektrolyt ausgebildet wird.
  • Das Einführen von Silber kann durchgeführt werden beispielsweise entweder mittels Belichtens einer dünnen Silberschicht, die auf dem Chalkogenid-Material abgeschieden ist, mit Licht einer Wellenlängen. von typischerweise weniger als 500 nm oder in einem Sputter-Prozess unter Verwendung eines Silber-Sputter-Targets. Nach dem Ausbilden des Festkörperelektrolyten kann diese Schicht mittels RF-Plasma gereinigt werden, wenn erforderlich.
  • Auf die Chalkogenid-Schicht wird eine Schicht, die Silber (Ag) und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, enthält, abgeschieden (Prozess 66). Das Abscheiden der Schicht, die Silber und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, enthält, kann durchgeführt werden mittels Co-Sputterns unter Verwendung eines Silber-Targets und eines Targets eines Materials, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, oder unter Verwendung eines Verbindungs-Targets. Beispielsweise kann, wenn die Silberschicht Tantal enthält, entweder ein Co-Sputtern unter Verwendung eines Silber-Targets und eines Tantal-Targets durchgeführt werden oder ein Sputter-Prozess unter Verwendung eines AgTa-Verbindungs-Targets.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht bei der Schichtstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schicht, die Silber und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, im Wesentlichen aus Tantal und Silber. Das Abscheiden der Schicht, die Silber und Tantal enthält, wird durchgeführt mittels eines Co-Sputter-Prozesses unter Verwendung von einem Silber-Sputter-Target und einem Tantal-Sputter-Target. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat die resultierende Schicht, die Silber und Tantal enthält, einen Gehalt von Tantal in einem Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent bezogen auf das gesamte Gewicht der Schicht.
  • Die Dicke der Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, ist in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dicke der Schicht, die Silber und ein anderes Material enthält, das die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, geringer als 100 nm. In dem Fall, dass keine zusätzlichen Schichten für eine Anode abgeschieden werden, kann es wünschenswert sein, die Schicht, die Silber und ein andere Material enthält, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert, zu wachsen bis zu einer Dicke die größer ist als 100 nm. Wenn erforderlich kann dann eine zusätzliche Schicht abgeschieden werden und strukturiert werden unter Verwendung herkömmlicher Prozesse. Die Materialien für die zusätzliche Schicht können beispielsweise Silber oder Kupfer sein, wenn die Schichtstruktur in einer CBRAM-Speicherzelle verwendet werden soll oder jedes beliebige herkömmliche leitfähige Material, wenn die Schichtstruktur als Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle verwendet werden soll.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
  • Eine Speicherzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Teil einer Anordnung sein, die eine Mehrzahl oder Vielzahl von Speicherzellen enthält, die beispielsweise an den Kreuzungspunkten zwischen jeweils einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet sind.
  • Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Prozess zum Herstellen einer Speicherzelle bereitgestellt, wie er in einem Ablaufdiagramm 70 in 7 dargestellt ist.
  • Beispielsweise kann ein Metallisieren für die Kathode auf einem Substrat abgeschieden und strukturiert werden unter Verwendung lithographischer Techniken. Beispielsweise können als ein Elektrodenmaterial für die Kathode Wolfram, Titan-Nitrid, Titan- Wolfram, Titan-Aluminium-Wolfram oder andere Materialien verwendet werden.
  • Nachdem die Kathode strukturiert worden ist, wird das Chalkogenid-Material abgeschieden und strukturiert (Prozess 72). Das Abscheiden des Chalkogenid-Materials wird durchgeführt unter Verwendung beispielsweise eines reaktiven Sputter-Prozesses mit Targets, die ausgewählt sind beispielsweise aus Schwefel, Selen und/oder Tellur einerseits und Germanium, Bismut, Nickel und/oder Zink andererseits.
  • Die Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt in diesem spezifischen Ausführungsbeispiel ungefähr 50 nm bis ungefähr 100 nm. Die Größe der Speicherzelle kann ungefähr 1 μm × 1 μm betragen, aber es können sowohl größere als auch kleinere Speicherzellen unter Verwendung des hier beschriebenen Prozesses hergestellt werden.
  • Danach wird, wenn gewünscht, ein Metall, beispielsweise Silber, in das Chalkogenid-Material eingeführt, so dass ein Festkörperelektrolyt ausgebildet wird (Prozess 74). Das Einführen von Silber kann durchgeführt werden beispielsweise entweder mittels Belichtens einer dünnen Silberschicht, die auf dem Chalkogenid-Material abgeschieden ist, mit Licht einer Wellenlängen von typischerweise weniger als 500 nm oder in einem Sputter-Prozess unter Verwendung eines Silber-Sputter-Targets. Nach dem Ausbilden des Festkörperelektrolyten kann diese Schicht gereinigt werden, beispielsweise mittels RF-Plasma, wenn erforderlich.
  • Auf die Schicht des Chalkogenid-Materials wird ein Material für eine Keimschicht abgeschieden (Prozess 76). Die Keimschicht weist typischerweise Kupfer (Cu) auf und optional ein anderes Material oder mehrere andere Materialien.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Keimschicht im Wesentlichen aus Kupfer und einem zusätzlichen Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  • Das Abscheiden der Keimschicht kann durchgeführt werden mittels Sputterns unter Verwendung eines Kupfer-Targets, wenn gewünscht ist, dass die Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht. Alternativ kann das Abscheiden durchgeführt werden unter Verwendung von Co-Sputtern mit einem Kupfer-Target und einem oder mehreren Targets aus einem oder mehreren anderen Materialien, wenn die Keimschicht zusätzliche Materialien enthalten soll. Alternativ kann das Abscheiden durchgeführt werden unter Verwendung eines Verbindungs-Targets wie beispielsweise einem Kupfer-Ruthenium-Target, wenn eine Schicht gewünscht ist, die Kupfer und Ruthenium enthalten soll.
  • Nach dem Abscheiden der Keimschicht und einem optionalen Strukturieren kann ein teilweises oder ein vollständiges Diffundieren von Kupfer aus der Keimschicht in das Chalkogenid-Material durchgeführt werden beispielsweise mittels einer Temperaturbehandlung. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine vollständige Diffusion von Kupfer aus der Keimschicht in die Chalkogenid-Schicht durchgeführt werden mittels Photodissolution. Wenn beispielsweise die Keimschicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium hergestellt ist, dann würde nach der Diffusion von Kupfer nur noch eine Rutheniumschicht als Keimschicht auf der Oberfläche der Chalkogenid-Schicht verbleiben.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Keimschicht Kupfer und Ruthenium. Zusätzliche Materialien sind nicht erforderlich und eine Schicht, die im Wesentlichen aus Kupfer besteht, ist ausreichend, um eine glatte Schnittstelle zwischen dem Festkörperelektrolyten und der reaktiven Anode bereitzustellen. Nichtsdestotrotz kann es für bestimmte Zwecke und Anwendungen wünschenswert sein, zusätzliche Materialien in die Keimschicht einzufügen.
  • Die Dicke der Keimschicht ist in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 500 nm. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der Keimschicht weniger als 1 nm.
  • Indem eine Keimschicht auf der Schicht eines Chalkogenid-Materials bereitgestellt wird, ist es möglich, eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% der Keimschicht zu erhalten. Es ist dann möglich, eine zusätzliche Schicht oder mehrere zusätzliche Schichten, beispielsweise eine dritte Schicht, auf die Keimschicht abzuscheiden, beispielsweise mittels elektrochemischen Metallisierens (Galvanisierens) oder mittels Sputterns. Die eine zusätzliche Schicht oder die mehreren zusätzlichen Schichten kann/können beispielsweise als eine Anode in einer CBRAM-Speicherzelle oder als ein Heizkontakt in einer PCRAM-Speicherzelle dienen.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
  • Eine Zelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann Teil einer Anordnung sein, die eine Mehrzahl von Speicherzellen aufweist, die jeweils zwischen einem jeweiligen Kreuzungspunkt zwischen einer Wortleitung und einer Bitleitung angeordnet sind.

Claims (61)

  1. Schichtstruktur, • mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material aufweist, und • eine zweite Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht Silber und ein anderes Material enthält, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  2. Schichtstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material aufweist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Verbindungen von Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Arsen, Germanium, Bismut, Nickel Silizium und/oder Zink.
  3. Schichtstruktur gemäß Anspruch 2, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material aufweist, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Germanium-Selenid und Germanium-Sulfid.
  4. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Schicht Metallionen aufweist, wobei die Metallionen unter Einfluss eines elektrischen Feldes bewegbar sind.
  5. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Schicht eine Dicke aufweist in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm.
  6. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Schicht Silber und Tantal enthält.
  7. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  8. Schichtstruktur gemäß Anspruch 7, wobei die zweite Schicht, die im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht, einen Gehalt von Tantal aufweist in einem Bereich von ungefähr 50 Atomprozent bis ungefähr 3 Atomprozent.
  9. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Schicht eine Dicke aufweist von weniger als 100 nm.
  10. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Schicht eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweist.
  11. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Schicht eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm aufweist.
  12. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Schichtstruktur eine dritte Schicht aufweist, die auf der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  13. Schichtstruktur gemäß Anspruch 12, wobei die dritte Schicht Silber enthält.
  14. Schichtstruktur gemäß Anspruch 13, wobei die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber besteht.
  15. Schichtstruktur, • mit einer ersten Schicht, die Chalkogenid-Material aufweist, und • mit einer zweiten Schicht, die auf oder über der ersten Schicht abgeschieden ist, wobei die zweite Schicht eine Keimschicht ist und Kupfer und optional anderes Material aufweist, wenn eine dritte Schicht bereitgestellt wird in dem Fall, dass die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  16. Schichtstruktur gemäß Anspruch 15, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material aufweist, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus einer Verbindung aus Schwefel, Selen und/oder Tellur mit Arsen, Germanium, Bismut, Nickel, Silizium und/oder Zink.
  17. Schichtstruktur gemäß Anspruch 16, wobei die erste Schicht ein Chalkogenid-Material aufweist, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Germanium-Selenid und Germanium-Sulfid.
  18. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die erste Schicht eine Dicke hat in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm.
  19. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die erste Schicht Metallionen aufweist, wobei die Metallionen unter Einfluss eines elektrischen Feldes mobil sind.
  20. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die zweite Schicht Kupfer enthält und das Material ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  21. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  22. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium besteht.
  23. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, mit einer dritten Schicht, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  24. Schichtstruktur gemäß Anspruch 23, wobei die dritte Schicht Silber aufweist.
  25. Schichtstruktur gemäß Anspruch 24, wobei die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber besteht.
  26. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei die zweite Schicht eine Dicke hat in einem Bereich von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 50 nm.
  27. Schichtstruktur gemäß Anspruch 26, wobei die zweite Schicht eine Dicke aufweist von ungefähr 0,3 nm bis ungefähr 1 nm.
  28. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei die zweite Schicht eine Dicke aufweist von weniger als 1 nm.
  29. Schichtstruktur gemäß einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei die zweite Schicht eine Dicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweist.
  30. Speicherzelle, mit einer Schichtstruktur, die aufweist: • eine erste Schicht, die Chalkogenid-Material aufweist, und • eine zweite Schicht, die Silber und ein anderes Material aufweist, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  31. Speicherzelle gemäß Anspruch 30, wobei die zweite Schicht Silber und Tantal enthält.
  32. Speicherzelle gemäß Anspruch 31, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  33. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht, wobei der Gehalt von Tantal in einem Bereich liegt von ungefähr 3 Atomprozent bis ungefähr 50 Atomprozent.
  34. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei die zweite Schicht eine Dicke aufweist in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm.
  35. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle ist.
  36. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle ist.
  37. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei die Speicherzelle eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm aufweist.
  38. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 30 bis 37, wobei die Schichtstruktur eine dritte Schicht aufweist, die auf der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  39. Speicherzelle gemäß Anspruch 38, wobei die dritte Schicht Silber enthält.
  40. Speicherzelle gemäß Anspruch 39, wobei die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber besteht.
  41. Speicherzelle, mit einer Schichtstruktur, die aufweist: • eine erste Schicht, die Chalkogenid-Material enthält, • eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht eine auf oder über der ersten Schicht abgeschiedene Keimschicht ist, und Kupfer und optional ein anderes Material enthält, wenn eine dritte Schicht vorgesehen ist in dem Fall, dass die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  42. Speicherzelle gemäß Anspruch 41, wobei die zweite Schicht Kupfer enthält und das Material ausgewählt ist aus der Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  43. Speicherzelle gemäß Anspruch 41 oder 42, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht.
  44. Speicherzelle gemäß Anspruch 41 oder 42, wobei die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium besteht.
  45. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 41 bis 44, wobei die Schichtstruktur eine dritte Schicht aufweist, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden ist.
  46. Speicherzelle gemäß Anspruch 45, wobei die dritte Schicht Silber enthält.
  47. Speicherzelle gemäß Anspruch 46, wobei die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber besteht.
  48. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 41 bis 47, wobei die zweite Schicht eine Dicke aufweist in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm.
  49. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 41 bis 48, wobei die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle ist.
  50. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 41 bis 48, wobei die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle ist.
  51. Speicherzelle gemäß einem der Ansprüche 41 bis 50, wobei die Speicherzelle eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm aufweist.
  52. Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur, • bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, die Chalkogenid-Material enthält, • bei dem optional das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert wird, und • bei dem eine zweite Schicht abgeschieden wird, wobei die zweite Schicht Silber und ein anderes Material, welches die Mobilität von Silberatomen und Silberionen reduziert, enthält.
  53. Verfahren gemäß Anspruch 52, bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht durchgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Silber-Target als erstes Sputter-Target und mit einem Tantal-Target als zweites Sputter-Target.
  54. Verfahren gemäß Anspruch 52, bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target Silber und Tantal enthält.
  55. Verfahren gemäß Anspruch 52, bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  56. Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur, • bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, die Chalkogenid-Material enthält, • bei dem optional das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert wird, und • bei dem eine zweite Schicht, die eine Keimschicht ist, auf oder über der ersten Schicht abgeschieden wird und wobei die zweite Schicht Kupfer und optional andere Materialien enthält.
  57. Verfahren gemäß Anspruch 56 bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses, wobei ein Kupfer-Target als erstes Sputter-Target verwendet wird und wobei als zweites Sputter-Target ein Target mit einem Material verwendet wird, das ausgewählt wird aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  58. Verfahren gemäß Anspruch 56, bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target Kupfer und optional ein Material enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe von Materialien bestehend aus Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän und Ruthenium.
  59. Verfahren gemäß Anspruch 56, bei dem das Abscheiden der zweiten Schicht ausgeführt wird unter Verwendung eines reaktiven Sputter-Prozesses mit einem Target, wobei das Target im Wesentlichen aus Silber und Tantal besteht.
  60. Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle, • bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, die Chalkogenid-Material enthält, • bei dem optional das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert wird, und • bei dem eine zweite Schicht abgeschieden wird, die Silber und ein anderes Material enthält, welches die Mobilität von Silberatomen oder Silberionen reduziert.
  61. Verfahren zum Herstellen einer Schichtstruktur, • bei dem eine erste Schicht abgeschieden wird, die Chalkogenid-Material enthält, • bei dem optional das Chalkogenid-Material mit Metallionen dotiert wird, und • bei dem eine zweite Schicht abgeschieden wird, die eine Keimschicht ist und die Kupfer und optional ein anderes Material enthält.
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