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Die
Erfindung betrifft Schichtstrukturen, die im Rahmen der Halbleitertechnologie
eingesetzt werden können.
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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.
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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.
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Es
gibt mehrere Speicherzellen, die in eine solche Speicherzellenanordnung
passen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
diesen und anderen Gründen
besteht ein Bedarf für
die Erfindung, wie sie in den folgenden Ausführungsformen beschrieben ist.
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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.
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Ferner
sind gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung Verfahren zum Herstellen von Schichtstrukturen vorgesehen.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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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).
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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).
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Weiterhin
kann die erste Schicht Metallionen enthalten, wobei die Metallionen
unter einem Einfluss eines elektrischen Feldes mobil sind.
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Die
erste Schicht kann eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm
bis ungefähr
500 nm aufweisen.
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Weiterhin
kann die zweite Schicht Silber und/oder Tantal aufweisen.
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Die
zweite Schicht besteht gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung im Wesentlichen aus Tantal (Ta) und
Silber (Ag).
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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.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Schicht eine
Dicke von weniger als 100 nm auf.
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Die
zweite Schicht kann eine Schichtdicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweisen.
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Weiterhin
kann die zweite Schicht eine Dicke aufweisen in einem Bereich von
ungefähr
10 nm bis ungefähr
100 nm.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Schichtstruktur eine
dritte Schicht auf, die auf oder über der zweiten Schicht abgeschieden
ist.
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Die
dritte Schicht kann Silber aufweisen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
besteht die dritte Schicht im Wesentlichen aus Silber.
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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.
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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.
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Die
erste Schicht kann ein Chalkogenid-Material aufweisen ausgewählt aus
einer Gruppe von Chalkogenid-Materialien bestehend aus Germanium-Selenid
und Germanim-Sulfid.
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Die
erste Schicht kann eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm
bis ungefähr
500 nm aufweisen.
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Weiterhin
kann die erste Schicht Metallionen aufweisen, wobei die Metallionen
unter einem Einfluss eines elektrischen Feldes mobil sind.
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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).
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Die
zweite Schicht kann im Wesentlichen aus Kupfer bestehen. Alternativ
kann die zweite Schicht im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium bestehen.
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Ferner
kann die Schichtstruktur eine dritte Schicht aufweisen, die auf
oder über
der zweiten Schicht abgeschieden ist.
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Die
dritte Schicht kann Silber enthalten oder im Wesentlichen aus Silber
bestehen.
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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.
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Die
zweite Schicht kann ferner eine Dicke aufweisen von weniger als
1 nm.
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Die
zweite Schicht kann eine Schichtdicken-Uniformität von ungefähr ± 1% aufweisen.
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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.
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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.
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Die
zweite Schicht kann ferner eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 nm
bis ungefähr
100 nm aufweisen.
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Die
Speicherzelle kann eine CBRAM-Speicherzelle sein oder eine PCRAM-Speicherzelle.
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Weiterhin
kann die Speicherzelle eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm haben.
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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.
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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.
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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.
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Die
zweite Schicht kann im Wesentlichen aus Kupfer bestehen, alternativ
im Wesentlichen aus Kupfer und Ruthenium.
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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.
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Die
Speicherzelle gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine CBRAM-Speicherzelle oder eine PCRAM-Speicherzelle
sein.
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Die
Speicherzelle kann eine Größe von ungefähr 1 μm × 1 μm aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Chalkogenid-Material-Silberschicht-Schnittstelle;
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2 eine
Querschnittsansicht einer Schichtstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 eine
Querschnittsansicht einer Schichtstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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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;
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6 ein
Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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7 ein
Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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".
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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.
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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.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Speicherzelle die zweite Schicht auf, welche
zweite Schicht Silber (Ag) und Tantal (Ta) enthält.
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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.
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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.
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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.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle. In einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
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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.
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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.
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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.
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Die
Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt in diesem spezifischen Beispiel
ungefähr
50 nm bis ungefähr
100 nm.
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Wenn
dies gewünscht
ist, kann ein Metall, beispielsweise Silber in das Chalkogenid-Material eingefügt werden
(Prozess 44), um einen Festkörperelektrolyten auszubilden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Die
Schichtdicke des Chalkogenid-Materials beträgt in diesem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung ungefähr
50 nm bis 100 nm.
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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.
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Auf
die Schicht des Chalkogenid-Materials wird eine Keimschicht abgeschieden
(Prozess 56). Die Keimschicht weist typischerweise Kupfer
(Cu) und optional andere Materialien.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Prozess zum Herstellen einer Speicherzelle
bereitgestellt, wie er in einem Ablaufdiagramm 70 in 7 dargestellt
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Speicherzelle eine CBRAM-Speicherzelle. Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Speicherzelle eine PCRAM-Speicherzelle.
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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.