DE102007016066A1 - Resistance switching element for switching between electrically high and low impedance states, has resistance switching area extending from one electrode to another electrode, where area comprises transition metal oxide nitride - Google Patents

Resistance switching element for switching between electrically high and low impedance states, has resistance switching area extending from one electrode to another electrode, where area comprises transition metal oxide nitride Download PDF

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Abstract

The element (10) has a resistance switching area extending from a lower electrode (12) to an upper electrode (18), where the resistance switching area comprises transition metal oxide nitride. The resistance switching area comprises a resistance switching layer (16) with two planar contact boundary surfaces (14, 20), which contact the respective electrodes. The contact boundary surfaces run parallel to each other. The resistance switching layer exhibits a thickness between 20 nano meter and 100 nano meter in a direction perpendicular to the contact boundary surfaces. Independent claims are also included for the following: (1) a memory component with a memory cell (2) a memory module with a set of integrated circuits comprising a set of memory cells (3) a computer system with an input device, an output device, a processing device and a memory (4) a method for manufacturing a resistance memory component (5) a method for storing information.

Description

Details einer oder mehrerer Implementierungen werden in den beiliegenden beispielhaften Zeichnungen und der beispielhaften Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen.details One or more implementations are included in the attached exemplary drawings and the exemplary description below explained. Other features will be apparent from the description and the drawings and from the claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1A und 1B zeigen ein Schemadiagramm eines ersten beispielhaften Widerstandsschaltelements in einem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand beziehungsweise niedrigem spezifischem Widerstand; 1A and 1B 10 is a schematic diagram of a first exemplary resistance switching element in a high resistivity or low resistivity state;

2A und 2B zeigen ein Schemadiagramm eines weiteren beispielhaften Widerstandsschaltelements in einem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand beziehungsweise niedrigem spezifischem Widerstand; 2A and 2 B 10 is a schematic diagram of another exemplary resistance switching element in a high resistivity or low resistivity state;

3 zeigt ein Strom-Spannungs-Diagramm, das beispielhafte Schaltprozesse demonstriert; 3 shows a current-voltage diagram demonstrating exemplary switching processes;

4 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Speicherzelle, die ein TMON-Schaltelement umfaßt; 4 FIG. 12 is a circuit diagram of an exemplary memory cell including a TMON switch element; FIG.

5A bis 5G zeigen ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements; 5A to 5G show an exemplary method of manufacturing a switching element;

6 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften Speicherbauelements und 6 shows a cross-section of an exemplary memory device and

7 zeigt ein beispielhaftes Computersystem. 7 shows an exemplary computer system.

Ausführliche BeschreibungFull description

Bei einem Aspekt wird ein beispielhaftes Schaltelement für reversibles Schalten zwischen einem elektrisch hochohmigen Zustand und einem elektrisch niedrigohmigen Zustand beschrieben. Ein Verhältnis des elektrischen Widerstands des hochohmigen Zustands bezüglich des niedrigohmigen Zustands kann zum Beispiel mindestens 10 betragen. Bei einem weiteren Beispiel kann das Verhältnis des Widerstands in dem hochohmigen Zustand bezüglich des niedrigohmigen Zustands mindestens 100 betragen. Bei einem Aspekt kann ein Schaltelement sich schnell schalten lassen, beispielsweise in dem Gebiet der Schaltzeiten herkömmlicher DRAM/SRAM-Speicherzellen oder nicht mehr als ein Faktor von 10 langsamer, als Beispiel. Ein Schaltelement kann zwei Elektrodenmittel und ein sich zwischen den beiden Elektrodenmitteln erstreckendes schaltbares Medium umfassen, d. h., das schaltbare Medium kann eines der Elektrodenmittel mit dem anderen verbinden. Bei einem Beispiel kann das schaltbare Medium zwischen den beiden Elektrodenmitteln angeordnet sein.at One aspect is an exemplary switching element for reversible Switching between an electrically high-impedance state and an electrical one Low-impedance state described. A ratio of electrical resistance of the high resistance state of the low resistance state may be at least 10, for example. at In another example, the ratio of the resistance in the high-impedance state with respect to be at least 100 low-ohmic condition. In one aspect a switching element can be switched quickly, for example in the field of switching times of conventional DRAM / SRAM memory cells or no more than a factor of 10 slower, as an example. One Switching element can be two electrode means and one between the comprising switchable medium extending both electrode means, d. h., The switchable medium can with one of the electrode means connect to the other. In one example, the switchable medium be arranged between the two electrode means.

Bei einem Aspekt kann das schaltbare Medium zwei verschiedene stabile Zustände aufweisen, d. h. einen hochohmigen Zustand und einen niedrigohmigen Zustand, zwischen denen das schaltbare Medium reversibel umgeschaltet werden kann. Bei einem weiteren Beispiel kann das schaltbare Medium mehr als zwei stabile Zustände aufweisen. Dementsprechend kann das schaltbare Medium mindestens einen hochohmigen Zustand, einen niedrigohmigen Zustand und einen mittelohmigen Zustand aufweisen, als Beispiel.at In one aspect, the switchable medium can be two different stable ones conditions have, d. H. a high-impedance state and a low-resistance State between which the switchable medium reversibly switched can be. In another example, the switchable medium may be more as two stable states exhibit. Accordingly, the switchable medium can be at least one high-impedance state, a low-impedance state and a medium-ohmic State, as an example.

Bei einem Aspekt kann dieses Schaltelement als eine nichtflüchtige Speicherzelle implementiert sein, wobei jeder der stabilen Widerstandszustände einen separaten nichtflüchtigen Speicherungsstatus der Speicherzelle darstellen kann. Das Lesen der gespeicherten Informationen kann erfolgen durch Bestimmen des Widerstands des schaltbaren Mediums ohne Änderung seines Widerstandszustands, d. h. ohne Löschen der darin gespeicherten Informationen. Bei einem Aspekt kann das schaltbare Medium ein Übergangsmetalloxinitridmaterial (TMOxNy) umfassen, das mindestens zwei verschiedene Widerstandszustände aufweisen kann. Zu dem Schalten zwischen diesen Zuständen kann es beispielsweise als Reaktion auf einen über Elektrodenmittel an das Übergangsmetalloxinitridmaterial angelegten Strom- oder Spannungsimpuls kommen. Bei einem Aspekt umfaßt das Übergangsmetalloxinitrid Übergangsmetall-(TM)-Material, das zusammen mit Stickstoff (N) mindestens eine stromleitende Verbindung bilden kann, d. h., das gemäß diesem Aspekt in dem schaltbaren Medium implementierte Übergangsmetall kann ein stromleitendes Übergangsmetallnitrid bilden, als Beispiel. Der spezifische elektrische Widerstand des Übergangsmetallnitrids kann niedriger sein als der spezifische elektrische Widerstand des aufgebrachten Übergangsmetalloxinitrids (TMOxNy).In one aspect, this switching element may be implemented as a nonvolatile memory cell, wherein each of the stable resistance states may represent a separate nonvolatile storage status of the memory cell. The reading of the stored information can be done by determining the resistance of the switchable medium without changing its resistance state, ie without erasing the information stored therein. In one aspect, the switchable medium may comprise a transition metal oxynitride (TMO x N y ) material that may have at least two different resistance states. For example, switching between these states may occur in response to a current or voltage pulse applied to the transition metal oxynitride material via electrode means. In one aspect, the transition metal oxynitride comprises transition metal (TM) material which together with nitrogen (N) can form at least one current-carrying compound, ie, the transition metal implemented in the switchable medium according to this aspect can form a transition metal-conducting nitride, for example. The specific electrical resistance of the transition metal nitride may be lower than the specific electrical resistance of the deposited transition metal oxynitride (TMO x N y ).

Bei einem Aspekt kann der absolute Gehalt an Sauerstoff und/oder Stickstoff in dem beispielhafterweise als ein schaltbares Medium angewendeten Übergangsmetalloxinitrid (TMOxNy) von dem Oxidationszustand des Übergangsmetalls abhängen. Das Übergangsmetalloxinitrid kann in einer substöchiometrischen Zusammensetzung erscheinen, wobei weniger Sauerstoff und/oder Stickstoff als in einer stöchiometrischen Zusammensetzung vorliegt. Bei einem Aspekt kann ein Atomgehaltsverhältnis zwischen Stickstoff und Sauerstoff beispielsweise zwischen y/x = 0,5% und y/x = 10% liegen. Dennoch kann auch eine andere Konzentration von Sauerstoff und/oder Stickstoff angewendet werden.In one aspect, the absolute content of oxygen and / or nitrogen in the transition metal oxynitride (TMO x N y ), which is exemplarily used as a switchable medium, may depend on the oxidation state of the transition metal. The transition metal oxynitride may appear in a substoichiometric composition with less oxygen and / or nitrogen than in a stoichiometric composition. For example, in one aspect, an atomic ratio of nitrogen to oxygen may be between y / x = 0.5% and y / x = 10%. Nevertheless, a different concentration of oxygen and / or nitrogen can be used.

Wenn ein ausreichend intensiver Strom- oder Spannungsimpuls über Elektrodenmittel (als Beispiel) an das Übergangsmetalloxinitrid angelegt wird, können mindestens einige der Metall-Oxid-Bindungen des Übergangsmetalloxonitrids aufgrund des elektrischen Felds, das von einem angelegten Spannungsimpuls verursacht wird, oder aufgrund einer Erhitzung, die durch einen Stromfluß in dem Medium verursacht wird, aufbrechen. Zu der Erhitzung kann es beispielsweise lokal kommen. Bei einem Aspekt kann das für das Schaltmedium angewendete Übergangsmetalloxinitridmaterial eine Atom- oder Ionenmobilität innerhalb des Mediums aufweisen, die für Stickstoffatome oder -ionen höher ist als für Metallatome oder -ionen, wie etwa die Atome oder Ionen des für das Übergangsmetalloxinitridmaterial angewendeten Übergangsmetalls. Dementsprechend lassen sich aufgrund der höheren Mobilität von Stickstoff aufgebrochene Metall-Oxid-Bindungen leichter durch Metall-Nitrid-Bindungen als durch Metall-Metall-Bindungen ersetzen. Wegen einer höheren spezifischen elektrischen Leitfähigkeit in der Nähe der Metall-Nitrid- im Vergleich zu den Metall-Oxid-Bindungen nahm der spezifische Widerstand des Mediums durch das Aufbrechen von Metall-Oxid-Bindungen und die Ausbildung von Metall-Nitrid-Bindungen ab. Dementsprechend kann ein Erhitzen des Materials durch einen Stromimpuls oder das von einer angelegten Spannung verursachte elektrische Feld zumindest lokal abnehmen, bis ein intensiverer Strom- oder Spannungsimpuls angelegt wird.If a sufficiently intense current or voltage pulse across electrode means (as an example) to the transition metal oxynitride can be created at least some of the metal-oxide bonds of the transition metal oxonitride due of the electric field, that of an applied voltage pulse caused, or due to heating, by a Current flow in causing the medium to break up. It can be used for heating for example, come locally. In one aspect, this may be for the switching medium applied transition metal oxynitride material an atomic or ionic mobility within the medium, that for nitrogen atoms or ions is higher as for Metal atoms or ions, such as the atoms or ions of the transition metal oxynitride material applied transition metal. Accordingly, due to the higher mobility of nitrogen can be broken Metal oxide bonds easier due to metal-nitride bonds than through metal-metal bonds replace. Because of a higher specific electrical conductivity near the metal nitride compared to the metal-oxide bonds took the specific Resistance of the medium by the breaking up of metal-oxide bonds and the formation of metal-nitride bonds from. Accordingly, can heating the material by a current pulse or that of an applied voltage caused at least electric field decrease locally until a more intense current or voltage pulse is created.

Deshalb kann das Übergangsmetalloxinitridmaterial eine Eigenstabilisierung bei einem Zustand aufweisen, wo einige der Metall-Oxid-Bindungen durch Metall-Nitrid-Bindungen ersetzt werden, was in ihrer Nähe einen niedrigeren elektrischen Widerstand verursacht. Dieser Zustand kann einen nichtflüchtigen Zustand niedrigen spezifischen Widerstands oder einen "EIN"-Zustand des Schaltelements darstellen, während der Zustand mit weniger Metall-Nitrid-Bindungen und mehr Metall-Oxid-Bindungen als ein nichtflüchtiger Zustand mit hohem spezifischem Widerstand oder ein "AUS"-Zustand des Schaltelements angesehen werden kann. Ein Strom- oder Spannungsimpuls, der das Schaltelement von dem "AUS"- Zustand zu dem "EIN"-Zustand bringt, wie oben beispielhaft beschrieben, kann als ein "SETZ"-Impuls angesehen werden.Therefore may be the transition metal oxynitride material have a self-stabilization in a state where some The metal-oxide bonds are replaced by metal-nitride bonds, resulting in their Near one causes lower electrical resistance. This condition can a non-volatile one State of low resistivity or "ON" state of the switching element, while the state with fewer metal-nitride bonds and more metal-oxide bonds than one nonvolatile High resistivity state or "off" state of the switching element can be viewed. A current or voltage pulse that is the Switching element from the "OFF" state to the "ON" state as described above by way of example, may be considered as a "SET" pulse become.

Bei einem Aspekt in einem Zustand mit niedrigem spezifischem Widerstand kann das schaltbare Medium einen stromleitenden Faden umfassen, der sich zumindest teilweise zwischen den mindestens zwei Elektrodenmitteln erstreckt. Der stromleitende Faden kann reich an Metall-Stickstoff-Bindungen sein, d. h., in dem stromleitenden Faden kann eine höhere Konzentration an Metall-Stickstoff-Bindungen als in dem Rest des schalbaren Mediums vorliegen. Bei einem Beispiel kann sich der stromleitende Faden kontinuierlich von einem Elektrodenmittel zu dem anderen Elektrodenmittel erstrecken. Der stromleitende Faden kann als ein Konduktanzkanal zwischen den Elektrodenmitteln dienen und dadurch bewirken, daß das schaltbare Medium den "EIN"-Zustand aufweist. Bei einem beispielhaften Aspekt kann der Faden zumindest teilweise als eine amorphe Struktur ohne eine Ausbildung kristalliner Zonen ausgebildet sein.at an aspect in a low resistivity state the switchable medium may comprise an electrically conductive thread, at least partially between the at least two electrode means extends. The current-carrying thread can be rich in metal-nitrogen bonds, d. h., In the current-conducting thread, a higher concentration of metal-nitrogen bonds than present in the rest of the formable medium. For an example For example, the current-conducting thread may be continuous with an electrode agent extend to the other electrode means. The current-conducting thread may serve as a conductance channel between the electrode means and thereby cause the switchable medium has the "ON" state. In an exemplary aspect, the thread may be at least partially as an amorphous structure without formation of crystalline zones be educated.

Ausgehend von einem Zustand mit niedrigem spezifischem Widerstand, d. h. einem "EIN"-Zustand und bei Anlegen eines Strom- oder Spannungsimpulses mit ausreichender Energie kann ein stromleitender Faden elektrisch oder thermisch zerstört werden, und das schaltbare Medium kann zu seinem anfänglichen Zustand hohen spezifischen Widerstands zurückkehren, d. h. einem "AUS"-Zustand des Schaltelements. Ein derartiger Strom- oder Spannungsimpuls kann als ein "RÜCKSETZ"-Impuls angesehen werden. Wegen der höheren Mobilität von Stickstoff innerhalb des als schaltbares Medium angewendeten Übergangsmetallnitridmaterials im Vergleich zu der Mobilität von Metallatomen oder -ionen, und da die Bindungsenergie zwischen Metallatomen und Stickstoffatomen innerhalb eines spezifischen Standardvolumens (z. B. Mikrocluster, Nanocluster) niedriger sein kann als Bindungsenergien zwischen zwei Metallatomen, kann der Maximalstrom oder die Maximalspannung für einen "RÜCKSETZ"-Impuls eines ein Übergangsmetalloxinitrid als schaltbares Medium umfassenden Schaltelements niedriger sein als für andere, Metall-Metall-Bindungen bildende schaltbare Medien in einem "EIN"-Zustand, als Beispiel.outgoing from a state of low resistivity, i. H. an "on" state and at Applying a current or voltage pulse with sufficient energy a current-conducting thread can be destroyed electrically or thermally, and the switchable medium can reach its initial state of high resistivity to return, d. H. an "off" state of the switching element. Such a current or voltage pulse may be considered as a "RESET" pulse. Because of the higher Mobility of Nitrogen within the transition metal nitride material used as the switchable medium in comparison to mobility of metal atoms or ions, and because the bonding energy is between Metal atoms and nitrogen atoms within a specific standard volume (eg, microcluster, nanocluster) may be lower than binding energies between two metal atoms, can be the maximum current or the maximum voltage for a "RESET" pulse of a transition metal oxynitride as a switchable one Medium comprehensive switching element to be lower than for others, Metal-to-metal bonds forming switchable media in an "ON" state, for example.

Ein erstes Beispiel eines Widerstandsschaltelements, das als eine nichtflüchtige Speicherzelle implementiert werden kann, ist in Verbindung mit 1A und 1B nachstehend beschrieben. Bei diesem Beispiel kann ein Widerstandsschaltelement 10 eine erste (untere) Elektrode 12 mit einer im wesentlichen planaren ersten Kontaktoberfläche oder ersten Kontaktgrenzfläche 14 aufweisen. Über die erste Kontaktgrenzfläche 14 wird die erste Elektrode 12 mit einem Schaltgebiet verbunden, das in dem gezeigten Beispiel als eine Schaltschicht 16 ausgebildet ist. Eine zweite (obere) Elektrode 18 ist elektrisch über eine im wesentlichen planare zweite Kontaktgrenzfläche 20 mit der Schaltschicht verbunden. In dem gezeigten Beispiel verläuft die erste Kontaktgrenzfläche 14 im wesentlichen parallel zu der zweiten Kontaktgrenzfläche 20. Dementsprechend weist die Schaltschicht 16 in einer Richtung senkrecht zu den Kontaktgrenzflächen 14, 20 eine im wesentlichen konstante Schichtdicke auf. Bei einem Aspekt kann diese Schichtdicke zwischen etwa 10 nm und etwa 100 nm oder zwischen etwa 20 nm und etwa 100 nm liegen. Eine beispielhafte Schichtdicke kann etwa 60 nm betragen. Dennoch kann bei anderen Beispielen eine Schichtdicke von über 100 nm oder unter 20 nm oder sogar unter 10 nm angewendet werden. Zudem ist es nicht erforderlich, daß das Schaltgebiet eine konstante Schichtdicke aufweist oder daß Kontaktgrenzflächen planar sind. Bei einem in den Figuren nicht gezeigten weiteren Beispiel kann mindestens eine der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 18 elektrisch über eine nichtplanare Kontaktgrenzfläche oder über einen Punktkontakt mit dem Schaltgebiet 16 verbunden sein, als Beispiel.A first example of a resistance switching element that may be implemented as a non-volatile memory cell is in connection with 1A and 1B described below. In this example, a resistance switching element 10 a first (lower) electrode 12 with a substantially planar first contact surface or first contact interface 14 exhibit. Over the first contact interface 14 becomes the first electrode 12 connected to a switching region, which in the example shown as a switching layer 16 is trained. A second (upper) electrode 18 is electrically across a substantially planar second contact interface 20 connected to the switching layer. In the example shown, the first contact interface extends 14 substantially parallel to the second contact interface 20 , Accordingly, the switching layer 16 in a direction perpendicular to the contact interfaces 14 . 20 a substantially constant layer thickness. In one aspect, this layer thickness may be between about 10 nm and about 100 nm, or between about 20 nm and about 100 nm. An exemplary layer thickness may be about 60 nm. Still, with others Examples are applied a layer thickness of about 100 nm or under 20 nm or even less than 10 nm. In addition, it is not necessary that the switching region has a constant layer thickness or that contact interfaces are planar. In a further example, not shown in the figures, at least one of the first electrode 12 and the second electrode 18 electrically via a non-planar contact interface or via a point contact with the switching area 16 be connected, as an example.

Bei einem Aspekt kann das Schaltgebiet 16 aus einem Übergangsmetalloxinitrid TMOxNy wie etwa NbOxNy oder TaOxNy bestehen, als Beispiel. In einem hochohmigen Zustand kann das Übergangsmetalloxonitrid im wesentlichen homogen sein, als Beispiel. Ein derartiger Zustand hohen spezifischen Widerstands gemäß einem Beispiel ist schematisch in 1A gezeigt. Bei Anlegen eines Strom- oder Spannungsimpulses zwischen der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 18, als Beispiel, können mindestens einige der Metall-Oxid-Bindungen innerhalb des in der Schaltschicht 16 enthaltenen Übergangsmetalloxinitrids aufbrechen und statt dessen können Metall-Nitrid-Bindungen entstehen.In one aspect, the switching region 16 of a transition metal oxynitride TMO x N y such as NbO x N y or TaO x N y , for example. In a high resistance state, the transition metal oxonitride may be substantially homogeneous, for example. Such a high resistivity state according to an example is schematically illustrated in FIG 1A shown. Upon application of a current or voltage pulse between the first electrode 12 and the second electrode 18 As an example, at least some of the metal-oxide bonds can be within the in the switching layer 16 contained transition metal oxynitride break up and instead metal-nitride bonds can arise.

Bei einem Aspekt kann ein Schaltelement zum Schalten zwischen mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Widerstandsschaltgebiet umfassen, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstrecken kann und das ein Übergangsmetalloxinitrid (TMOxNy) umfassen kann. Bei einem weiteren Aspekt kann ein Speicherbauelement mindestens eine nichtflüchtige Widerstandsspeicherzelle umfassen. Die Speicherzelle kann beispielsweise eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Widerstandsspeicherungsgebiet umfassen, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt. Bei einem Aspekt kann das Widerstandsspeicherungsgebiet ein Übergangsmetalloxonitridmaterial (TMOxNy) umfassen.In one aspect, a switching element for switching between at least two different electrical resistance states may include a first electrode, a second electrode, and a resistive switching region that may extend from the first electrode to the second electrode and that includes a transition metal oxynitride (TMO x N y ). may include. In another aspect, a memory device may include at least one nonvolatile resistive memory cell. The memory cell may include, for example, a first electrode, a second electrode, and a resistance storage region extending from the first electrode to the second electrode. In one aspect, the resistive storage region may comprise a transition metal oxonitride material (TMO x N y ).

3 stellt ein beispielhaftes Strom-Spannungs-Diagramm (I-U) für einen beispielhaften "SETZ"-Impuls dar. Am Anfang weist die Schalteinrichtung einen hohen spezifischen Widerstand auf, d. h. sie ist in ihrem "AUS"-Zustand. Beim Erhöhen der Spannung U in Phase I steigt der Strom (I) erst dann signifikant an, wenn die Spannung (U) eine "SETZ"-Spannung Vs erreicht. Bei einem Aspekt können bei der "SETZ"-Spannung Vs Metall-Oxid-Bindungen aufbrechen und können durch Metall-Stickstoff-Bindungen ersetzt werden, wodurch eine Leitfähigkeit des Schaltelements erhöht wird. Um eine Beschädigung des Schaltelements zu vermeiden, die dadurch verursacht wird, daß ein starker Strom zu fließen beginnt, wenn das Schaltelement während Phase I des "Setz"-Impulses auf "EIN" gesetzt wird, kann ein Spannungsbereich auf einen maximalen Stromwert von I, gesetzt werden. Bei einem Aspekt kann bei der Spannung Vs ein stromleitender Faden 22, wie in 1B gezeigt, entstehen, wo der stromleitende Faden 22 ein Gebiet mit hoher Dichte an Metall-Stickstoff-Bindungen darstellen kann. Die Strom-Compliance Ic kann insbesondere eine sofortige Zerstörung des stromleitenden Fadens 22 verhindern, wenn er in Phase I entsteht. Selbst wenn die Spannung in Phase II des in 3 gezeigten "SETZ"-Impulses reduziert wird, bleibt dementsprechend der stromleitende Faden 22 stabil und hält das Schaltelement 10 in seinem "EIN"-Zustand. 3 FIG. 12 illustrates an exemplary current-voltage (IU) diagram for an exemplary "SET" pulse. Initially, the switching device has a high resistivity, ie, it is in its "OFF" state. When increasing the voltage U in phase I, the current (I) increases significantly only when the voltage (U) reaches a "SET" voltage V s . In one aspect, at the "SET" voltage V s, metal-oxide bonds may break and may be replaced by metal-nitrogen bonds, thereby increasing conductivity of the switching element. In order to avoid damage to the switching element caused by a strong current starting to flow when the switching element is set to "ON" during phase I of the "set" pulse, a voltage range can be set to a maximum current value of I, be set. In one aspect, at the voltage V s, an electrically conductive thread 22 , as in 1B shown, arise where the current-conducting thread 22 an area of high density of metal-nitrogen bonds. The current compliance I c can in particular an immediate destruction of the current-conducting thread 22 prevent it, if it arises in phase I. Even if the voltage in phase II of the in 3 is reduced corresponding to the "conductive" thread 22 stable and holds the switching element 10 in its "ON" state.

Um das Schaltelement 10 in seinen "AUS"-Zustand zurückzusetzen, kann ein "RÜCKSETZ"-Impuls zwischen der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 18 angelegt werden. Bei einem in 3 gezeigten Beispiel wird während des "RÜCKSETZ"-Impulses kein Strombereich angewendet. Wenn die Spannung in Phase III des in 3 gezeigten "RÜCKSETZ"-Impulses ansteigt, steigt dementsprechend der Strom mit einer großen Steigung in dem I-U-Diagramm entsprechend dem geringen Widerstand des Schaltelements in seinem "EIN"-Zustand an. Insbesondere kann der Strom den Wert des während des "SETZ"-Impulses gesetzten Strombereichs Ic übersteigen. Der Strom kann linear zunehmen, bis die Spannung einen kritischen Wert VR erreicht, wo die an den stromleitenden Faden 22 angelegte Energie oder Leistung hoch genug ist, um die Metall-Stickstoff-Bindungen innerhalb des Fadens 22 zumindest teilweise zu zerstören. Folglich schaltet das Schaltelement zurück zu seinem Zustand hohen spezifischen Widerstands, und der Strom kann in Phase IV des "RÜCKSETZ"-Impulses plötzlich abnehmen. Der "RÜCKSETZ"-Impuls kann deshalb beendet werden und die Spannung (U) zu null zurückkehren. Das Schaltelement 10 kann wiederholt zwischen den in 1A und 1B gezeigten Zuständen geschaltet werden. In diesem Aspekt kann das schaltbare Medium bistabil sein, d. h. das schaltbare Medium kann mindestens zwei stabile Zustände aufweisen und beispielsweise unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen.To the switching element 10 to reset to its "OFF" state, a "RESET" pulse between the first electrode 12 and the second electrode 18 be created. At an in 3 In the example shown, no current range is applied during the "RESET" pulse. When the voltage in phase III of the in 3 Accordingly, when the "RESET" pulse is increased, the current with a large slope in the IU diagram correspondingly increases in response to the low resistance of the switching element in its "ON" state. In particular, the current may exceed the value of the current range I c set during the "SET" pulse. The current can increase linearly until the voltage reaches a critical value V R , where the current to the conducting wire 22 applied energy or power is high enough to cause the metal-nitrogen bonds within the thread 22 at least partially destroy. Consequently, the switching element switches back to its high resistivity state, and the current can suddenly decrease in phase IV of the "RESET" pulse. The "RESET" pulse can therefore be terminated and the voltage (U) returned to zero. The switching element 10 can be repeated between the in 1A and 1B shown states are switched. In this aspect, the switchable medium can be bistable, ie the switchable medium can have at least two stable states and, for example, have different electrical conductivity.

Wie in 3 gezeigt, können bei einem Beispiel der "SETZ"-Impuls und der "RÜCKSETZ"-Impuls in beiden Richtungen angelegt werden, d. h., eine positive oder negative Vorspannung kann angelegt werden. Zum Lesen der gespeicherten Daten kann eine positive und/oder negative Lesespannung Vo angelegt werden, die kleiner ist als sowohl die Setzspannung VS und die Rücksetzspannung VR.As in 3 In one example, the "SET" pulse and the "RESET" pulse may be applied in both directions, ie, a positive or negative bias voltage may be applied. For reading the stored data, a positive and / or negative reading voltage V o may be applied, which is smaller than both the set voltage V S and the reset voltage V R.

Bei einem Aspekt kann ein Verfahren zum Speichern von Informationen das Bereitstellen eines Speicherungsgebiets wie etwa des in 1A gezeigten Schaltgebiets 16 umfassen, als Beispiel, das ein Übergangsmetalloxinitridmaterial umfaßt. Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden mindestens eines stromleitenden Fadens in dem Speicherungsgebiet umfassen, wie etwa des in 1B gezeigten leitenden Fadens 22, als Beispiel. Das Ausbilden des stromleitenden Fadens kann das Anlegen eines ersten Strom- oder Spannungsimpulses an das Speicherungsgebiet umfassen, wie etwa des in Phase I von 3 gezeigten "SETZ"-Impulses, als Beispiel.In one aspect, a method of storing information may include providing a storage area, such as in 1A shown switching area 16 As an example, comprising a transition metal oxynitride material. The method may further include forming at least one of of electrically conductive thread in the storage area, such as the one in FIG 1B shown conductive thread 22 , as an an example. Forming the current-conducting thread may include applying a first current or voltage pulse to the storage region, such as that in phase I of FIG 3 shown "SET" pulse, as an example.

In einem Aspekt kann das Ausbilden des mindestens einen stromleitenden Fadens das thermische oder elektrische Aufbrechen von Metall-Oxid-Bindungen und das Ausbilden von Metall-Stickstoff-Bindungen in dem Übergangsmetalloxinitridmaterial umfassen. Das Anlegen des ersten Strom- oder Spannungsimpulses kann beispielsweise das Anwenden einer Strom-Compliance an den an das Speicherungsgebiet angelegten Impuls umfassen. Der erste Strom- oder Spannungsimpuls kann beispielsweise über mindestens eine erste Elektrode, wie etwa die in 1A gezeigte erste Elektrode 12, angelegt werden, als Beispiel, und mindestens eine zweite Elektrode, wie etwa die in 1A gezeigte zweite Elektrode 18, als Beispiel. Diese Elektroden können elektrisch mit dem Speicherungsgebiet verbunden sein. Das Ausbilden des mindestens einen stromleitenden Fadens kann das Ausbilden des stromleitenden Fadens derart umfassen, daß er sich im wesentlichen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt, wie beispielhaft in 1B gezeigt. Bei einem Aspekt kann durch die Ausbildung des mindestens einen stromleitenden Fadens der elektrische Widerstand des Speicherungsgebiets zwischen der ersten und der zweiten Elektrode um einen Faktor von mindestens 10 herabgesetzt werden. Die Konduktanz des Speicherungsgebiets kann die gespeicherte Information darstellen.In one aspect, forming the at least one electrically conductive thread may include thermally or electrically breaking metal-oxide bonds and forming metal-nitrogen bonds in the transition metal oxynitride material. For example, applying the first current or voltage pulse may include applying a current compliance to the pulse applied to the storage region. The first current or voltage pulse may, for example, via at least a first electrode, such as those in 1A shown first electrode 12 , as an example, and at least one second electrode, such as those in 1A shown second electrode 18 , as an an example. These electrodes may be electrically connected to the storage area. The forming of the at least one current-conducting thread may include forming the current-conducting thread so as to extend substantially from the first electrode to the second electrode, as exemplified in FIG 1B shown. In one aspect, the formation of the at least one current-conducting thread can reduce the electrical resistance of the storage region between the first and second electrodes by a factor of at least ten. The conductance of the storage area may represent the stored information.

Bei einem weiteren Aspekt kann ein Verfahren das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens durch Anlegen eines zweiten Strom- oder Spannungsimpulses umfassen, wie etwa des "RÜCKSETZ"-Impulses in Phase III von 3, als Beispiel, an das Speicherungsgebiet. Bei einem Aspekt kann das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens das thermische oder elektrische Aufbrechen von Metall-Nitrid-Bindungen in dem stromleitenden Faden durch das Anlegen des zweiten Strom- oder Spannungsimpulses umfassen. Beispielhaft liefert der zweite Strom- oder Spannungsimpuls mehr Energie an das Speicherungsgebiet als der erste Strom- oder Spannungsimpuls. Bei einem Beispiel erhöht das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens den elektrischen Widerstand des Speicherungsgebiets zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode, mit dem Speicherungsgebiet verbunden, um einen Faktor von mindestens 10. Die reduzierte Konduktanz des Speicherungsgebiets kann eine andere gespeicherte Information als den Zustand mit einer erhöhten elektrischen Konduktanz darstellen.In another aspect, a method may include reducing the electrical conductance of the electrically conductive filament by applying a second current or voltage pulse, such as the "RESET" pulse in phase III of FIG 3 as an example, to the storage area. In one aspect, reducing the electrical conductance of the electrically conductive filament may include thermally or electrically fracturing metal-nitride bonds in the electrically conductive filament by applying the second current or voltage pulse. By way of example, the second current or voltage pulse supplies more energy to the storage area than the first current or voltage pulse. In one example, reducing the electrical conductance of the electrically conductive thread increases the electrical resistance of the storage region between a first and a second electrode connected to the storage region by a factor of at least 10. The reduced conductance of the storage region may contain information other than the state pose with increased electrical conductance.

Bei einem weiteren Aspekt, beispielhaft in 2A und 2B gezeigt, kann die erste Elektrode 12 ein erstes Kontaktgebiet 24 und eine stromleitende erste Diffusionsbarriere 26, zwischen dem ersten Kontaktgebiet 24 und dem Widerstandsschaltgebiet 16 angeordnet, umfassen. Weiterhin kann die zweite Elektrode 18 ein zweites Kontaktgebiet 28 und eine stromleitende zweite Diffusionsbarriere 30, zwischen dem zweiten Kontaktgebiet 28 und dem Widerstandsschaltgebiet 16 angeordnet, umfassen. Die Diffusionsbarrieren können Diffusionsbarrierenschichten 26, 30 mit einer in einer Richtung senkrecht zu den Kontaktgrenzflächen 14, 20 im wesentlichen konstanten Schichtdicke ausbilden. Bei einem Aspekt umfassen das erste und zweite Kontaktgebiet von Kontakten Material mit einer metallischen elektrischen Konduktanz, das nicht notwendigerweise erfordert, daß das erste und zweite Kontaktgebiet oder die Kontakte Metallatome oder -ionen umfassen. Bei einem Beispiel kann dotiertes Halbleitermaterial für das erste und/oder zweite Kontaktgebiet angewendet werden.In another aspect, exemplified in 2A and 2 B shown, the first electrode 12 a first contact area 24 and an electrically conductive first diffusion barrier 26 , between the first contact area 24 and the resistive switching area 16 arranged to comprise. Furthermore, the second electrode 18 a second contact area 28 and an electrically conductive second diffusion barrier 30 , between the second contact area 28 and the resistive switching area 16 arranged to comprise. The diffusion barriers can diffusion barrier layers 26 . 30 with one in a direction perpendicular to the contact interfaces 14 . 20 form a substantially constant layer thickness. In one aspect, the first and second contact regions of contacts comprise material having a metallic electrical conductance that does not necessarily require the first and second contact regions or contacts to comprise metal atoms or ions. In one example, doped semiconductor material may be applied to the first and / or second contact regions.

Bei einem Aspekt können die Diffusionsbarrierenschichten 26, 30 eine Diffusion von Metallionen von den Kontaktgebieten 24, 28 in die Widerstandsschaltschicht 16 umfassen. Bei einem weiteren Aspekt können die Diffusionsbarrierenschichten 26, 30 eine Diffusion von Stickstoff von der Widerstandsschaltschicht 16 in die Kontaktgebiete 24, 28 verhindern. Bei noch einem weiteren Aspekt können die Diffusionsbarrierenschichten 26, 30 Material mit einer niedrigeren Wärmeleitfähig keit als die Kontaktgebiete 24, 28 umfassen. Dementsprechend können in diesem Aspekt die Diffusionsbarrierenschichten 26, 30 eine Wärmediffusion von der Widerstandsschaltschicht 16 in die Kontaktgebiete 24, 28 verhindern und dadurch dazu dienen, die erforderlichen Impulsenergien für einen "SETZ"-Impuls und einen "RÜCKSETZ"-Impuls klein zu halten.In one aspect, the diffusion barrier layers 26 . 30 a diffusion of metal ions from the contact regions 24 . 28 in the resistance switching layer 16 include. In a further aspect, the diffusion barrier layers 26 . 30 a diffusion of nitrogen from the resistance switching layer 16 in the contact areas 24 . 28 prevent. In yet another aspect, the diffusion barrier layers 26 . 30 Material with a lower thermal conductivity than the contact areas 24 . 28 include. Accordingly, in this aspect, the diffusion barrier layers 26 . 30 a heat diffusion from the resistance switching layer 16 in the contact areas 24 . 28 and thereby serve to minimize the required pulse energies for a "SET" pulse and a "RESET" pulse.

Analog zu den in Verbindung mit 1A und 1B beschriebenen Beispielen stellt 2A einen "AUS"-Zustand des Schaltelements 10 gemäß dem zweiten Beispiel dar, während 2B einen "EIN"-Zustand des Schaltelements 10 darstellt. Das Schalten zwischen dem "EIN"- und dem "AUS"-Zustand kann analog zu den unter Bezugnahme auf 1A, 1B und 3 beschrieben Beispielen erfolgen.Analogous to those in connection with 1A and 1B described examples 2A an "off" state of the switching element 10 according to the second example, while 2 B an "ON" state of the switching element 10 represents. The switching between the "ON" and the "OFF" state may be analogous to that described with reference to FIG 1A . 1B and 3 described examples.

Gemäß einem Beispiel können die erste Diffusionsbarrierenschicht 26 und/oder die zweite Diffusionsbarrierenschicht 30 ein stromleitendes Übergangsmetallnitrid (TMN) wie etwa Niobnitrid (NbN) oder Titannitrid (TiN) umfassen, als Beispiel. Bei einem Aspekt kann das in mindestens einer der Diffusionsbarrierenschichten enthaltene Übergangsmetall das gleiche Übergangsmetall sein wie das in der Schaltschicht 16 enthaltene. Beispielsweise kann die Schaltschicht 16 Nioboxinitrid (NbOxNy) umfassen, während die Diffusionsbarrierenschicht Niobnitrid (NbN) umfassen kann, als Beispiel. Dennoch sind die gezeigten Beispiele nicht auf solche Materialien für die Diffusionsbarrierenschicht beschränkt, und statt dessen kann anderes stromleitendes Material für die erste und/oder die zweite Diffusionsbarrierenschicht angewendet werden.According to one example, the first diffusion barrier layer 26 and / or the second diffusion barrier layer 30 a conductive transition metal nitride (TMN) such as niobium nitride (NbN) or titanium nitride (TiN), for example. In one aspect, the transition metal contained in at least one of the diffusion barrier layers be the same transition metal as that in the switching layer 16 contained. For example, the switching layer 16 Niobium oxynitride (NbO x N y ) includes, while the diffusion barrier layer may include niobium nitride (NbN), as an example. Nevertheless, the examples shown are not limited to such materials for the diffusion barrier layer, and instead other current-conducting material may be applied to the first and / or the second diffusion barrier layer.

Bei einem Aspekt kann die erste und/oder die zweite Diffusionsbarrierenschicht eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 50 nm aufweisen, als Beispiel. Bei einem Beispiel können die Diffusionsbarrierenschichten etwa 20 nm betragen. Dennoch kann in anderen Beispielen eine Schichtdicke von über 50 nm oder unter 10 nm für die erste und/oder die zweite Diffusionsbarrierenschicht angewendet werden.at In one aspect, the first and / or the second diffusion barrier layer have a layer thickness between 10 nm and 50 nm, as an example. For an example the diffusion barrier layers are about 20 nm. Nevertheless, in other examples, a layer thickness of about 50 nm or less than 10 nm for the first and / or the second diffusion barrier layer applied become.

Bei einem weiteren Aspekt wird ein Speicherbauelement bereitgestellt, das in einem Beispiel mindestens ein Widerstandsschaltelement 10 als eine nichtflüchtige Speicherzelle umfassen kann. Eines der unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen beispielhaften Schaltelemente kann als Teil einer derartigen nichtflüchtigen Speicherzelle dienen, als Beispiel. In diesem Aspekt kann das Widerstandsschaltgebiet 16 ein Speicherungsgebiet der nichtflüchtigen Speicherzelle darstellen. Alle in Verbindung mit den beispielhaften Widerstandsschaltelementen oben beschriebenen Details und Variationen können auch für eine nichtflüchtige Speicherzelle gemäß diesem zusätzlichen Aspekt gelten.In another aspect, a memory device is provided which, in one example, includes at least one resistance switching element 10 as a nonvolatile memory cell. One of the referring to 1 and 2 Exemplary switching elements described may serve as part of such a nonvolatile memory cell, for example. In this aspect, the resistance switching area 16 represent a storage area of the nonvolatile memory cell. All of the details and variations described above in connection with the example resistor switching elements may also apply to a nonvolatile memory cell according to this additional aspect.

Bei einem Aspekt kann eine integrierte Schaltung ein Schaltelement zum Schalten zwischen mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand umfassen. Das Schaltelement kann eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Widerstandsschaltgebiet umfassen, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt. Das Schaltelement kann ein Schalter sein, der zwischen mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand geschaltet werden kann. Bei einer beispielhaften integrierten Schaltung kann dieser Schalter gemäß einem der Schaltelemente dieser Beschreibung implementiert sein, insbesondere einem der in Verbindung mit 1 und 2 oben oder mit 5 unten beschriebenen Schaltelemente 10. Dennoch ist die integrierte Schaltung nicht auf die oben gezeigten besonderen Beispiele beschränkt. Statt dessen kann eine andere Geometrie der ersten und zweiten Elektrode oder des Schaltgebiets gelten. Zudem können andere Materialien in dem Schalter der integrierten Schaltung angewendet werden. Bei einem Aspekt kann ein Speichermodul eine Vielzahl integrierter Schaltungen umfassen. Die integrierten Schaltungen können wie hierin beschrieben eine oder mehrere Speicherzellen umfassen, als Beispiel. Bei einem bestimmten Beispiel ist das Speichermodul stapelbar.In one aspect, an integrated circuit may include a switching element for switching between at least two different electrical resistance states. The switching element may include a first electrode, a second electrode and a resistive switching region extending from the first electrode to the second electrode and including a transition metal oxynitride. The switching element may be a switch that can be switched between at least two states with different electrical resistance. In an exemplary integrated circuit, this switch may be implemented according to one of the switching elements of this specification, in particular one of those described in connection with FIG 1 and 2 above or with 5 below described switching elements 10 , However, the integrated circuit is not limited to the specific examples shown above. Instead, another geometry of the first and second electrodes or the switching region may apply. In addition, other materials may be used in the integrated circuit switch. In one aspect, a memory module may include a plurality of integrated circuits. The integrated circuits may include one or more memory cells as described herein, for example. In one particular example, the memory module is stackable.

4 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer Speicherzelle, die ein Widerstandsschaltelement 10 gemäß einem Aspekt umfasst, wobei das Widerstandsschaltelement 10 ein Übergangsmetalloxinitrid (TMOxNy) als schaltbares Medium umfassen kann. Hinsichtlich des Widerstandsschaltelements 10 kann die Speicherzelle wie in 4 gezeigt weiterhin einen Auswahltransistor 32 mit einem Draingebiet 34 umfassen, das elektrisch mit der ersten Elektrode 12 des Widerstandsschaltelements 10 verbunden ist. Ein Gategebiet 36 des Auswahltransistors 32 kann elektrisch mit einer Wortleitung 38 einer beispielhaften Speicherzelle verbunden sein. Bei dem gezeigten Beispiel kann ein Sourcegebiet 40 des Auswahltransistors 32 elektrisch geerdet sein. Bei einem Aspekt kann die zweite Elektrode 18 des Widerstandsschaltelements 10 elektrisch mit einer Bitleitung 42 verbunden sein. 4 shows an exemplary circuit diagram of a memory cell, the resistance switching element 10 according to one aspect, wherein the resistance switching element 10 may comprise a transition metal oxynitride (TMO x N y ) as a switchable medium. With regard to the resistance switching element 10 can the memory cell as in 4 further show a selection transistor 32 with a drainage area 34 electrically connected to the first electrode 12 the resistance switching element 10 connected is. A gate area 36 of the selection transistor 32 can be electric with a word line 38 be connected to an exemplary memory cell. In the example shown, a source region 40 of the selection transistor 32 be electrically grounded. In one aspect, the second electrode 18 the resistance switching element 10 electrically with a bit line 42 be connected.

Beim Öffnen eines Kanals des Auswahltransistors 32 durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an die Wortleitung 38 wird die erste Elektrode 12 des Schaltelements 10 geerdet und ein mit der Bitleitung 42 verbundener Leseverstärker 44 kann einen Widerstandswert des Schaltelements 10 detektieren. Bei einem Aspekt kann der Leseverstärker 44 zumindest zwischen einem Zustand hohen spezifischen Widerstands und einem Zustand niedrigen spezifischen Widerstands des Schaltelements 10 unterscheiden. Diese Detektion kann eine Leseoperation der in der Speicherzelle gespeicherten Informationen darstellen.When opening a channel of the selection transistor 32 by applying a corresponding voltage to the word line 38 becomes the first electrode 12 of the switching element 10 grounded and one with the bit line 42 connected sense amplifier 44 may be a resistance value of the switching element 10 detect. In one aspect, the sense amplifier 44 at least between a high resistivity state and a low resistivity state of the switching element 10 differ. This detection may represent a read operation of the information stored in the memory cell.

Gemäß einem in 4 gezeigten Beispiel kann der Auswahltransistor 32 ein Feldeffekttransistor sein. Die erste Elektrode 12 kann beispielsweise direkt mit dem Draingebiet 34 des Auswahltransistors 32 verbunden sein. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Kontaktloch, wie etwa ein stromleitender Durchkontakt, eine dazwischen angeordnete Zwischenverbindung zwischen der ersten Elektrode 12 und dem Draingebiet 34 des Auswahltransistors 32 bereitstellen. Dennoch ist eine Speicherzelle nicht auf die beispielhafte Schaltung wie in 4 gezeigt beschränkt.According to a in 4 As shown, the selection transistor 32 be a field effect transistor. The first electrode 12 For example, you can go directly to the drainage area 34 of the selection transistor 32 be connected. In another example, a contact hole, such as an electrically conductive via, may have an interconnect therebetween between the first electrode 12 and the drainage area 34 of the selection transistor 32 provide. Nevertheless, a memory cell is not limited to the example circuit as in FIG 4 shown limited.

Bei einem Aspekt kann ein Speicherbauelement mehrere nichtflüchtige Speicherzellen umfassen, die in Reihen und Spalten mindestens eines Arrays angeordnet sind. Mindestens einige der Speicherzellen können eine erste (untere) Elektrode 12, eine zweite (obere) Elektrode 18, eine Widerstandsspeicherungsschicht 16 und einen Auswahltransistor 32 umfassen. Analog zu oben beschriebenen beispielhaften Schaltelementen kann die Widerstandspeicherungsschicht 16 zwischen der ersten (unteren) Elektrode 12 und der zweiten (oberen) Elektrode angeordnet sein. Bei einem Aspekt kann die Widerstandsspeicherungsschicht Übergangsmetalloxinitridmaterial (TMOxNy) umfassen. Der Auswahltransistor 32 für mindestens einige der nichtflüchtigen Speicherzellen kann ein Draingebiet 34 umfassen, das elektrisch mit der jeweiligen ersten Elektrode 12 verbunden ist. Bei einem Aspekt kann das Speicherbauelement für jede Reihe des mindestens einen Arrays eine stromleitende Wortleitung 38 umfassen, die elektrisch mit mindestens einigen Gatekontakten 36 der Auswahltransistoren 32 der Speicherzellen in der jeweiligen Reihe verbunden ist. Zudem kann das Speicherbauelement für jede Spalte des mindestens einen Arrays eine stromleitende Bitleitung 42 umfassen, die elektrisch mit mindestens einigen der zweiten Elektroden 18 der Speicherzellen in der Spalte verbunden ist.In one aspect, a memory device may include a plurality of nonvolatile memory cells arranged in rows and columns of at least one array. At least some of the memory cells may include a first (lower) electrode 12 , a second (upper) electrode 18 a resistance storage layer 16 and a selection transistor 32 include. Analogously to exemplary switching elements described above, the resistance storage layer 16 between the first (bottom ren) electrode 12 and the second (upper) electrode. In one aspect, the resistance storage layer may comprise transition metal oxynitride material (TMO x N y ). The selection transistor 32 for at least some of the nonvolatile memory cells may be a drainage area 34 electrically connected to the respective first electrode 12 connected is. In one aspect, for each row of the at least one array, the memory device may include a current-carrying wordline 38 which are electrically connected to at least some gate contacts 36 the selection transistors 32 the memory cells in the respective row is connected. In addition, the memory component can have a current-conducting bit line for each column of the at least one array 42 electrically connected to at least some of the second electrodes 18 the memory cells in the column is connected.

Bei einem weiteren Aspekt kann eine elektronische Einrichtung, wie etwa ein Computer (zum Beispiel ein mobiler Computer), ein Mobiltelefon, ein Pocket-PC, ein Smartphone, ein PDA, als Beispiel, oder jede andere Art von Verbraucherelektronikeinrichtung wie etwa ein Fernseher, ein Radio oder ein anderes Haushaltselektronikgerät, als Beispiel, eine oder mehrere Speicherzellen umfassen, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Widerstandsspeicherungsgebiet umfassen, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und aus Übergangsmetalloxinitrid besteht. Bei einem Aspekt kann das Widerstandsspeicherungsgebiet mindestens eines von Nioboxinitrid (NbOxNy) und Tantaloxinitrid (TaOxNy) umfassen.In another aspect, an electronic device, such as a computer (eg, a mobile computer), a mobile phone, a pocket PC, a smartphone, a PDA, for example, or any other type of consumer electronics such as a television set may be included As an example, the radio or other domestic electronic device may include one or more memory cells including a first electrode, a second electrode, and a resistance storage region extending from the first electrode to the second electrode and made of transition metal oxynitride. In one aspect, the resistive storage region may comprise at least one of niobium oxynitride (NbO x N y ) and tantalum oxynitride (TaO x N y ).

Bei einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen des Widerstandsspeicherbauelements unter Bezugnahme auf 5A bis 5G beschrieben. Bei einem Aspekt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Widerstandsspeicherbauelements das Bereitstellen einer ersten Elektrode mit einer ersten Kontaktgrenzfläche; Anordnen einer Übergangsmetalloxinitrid-TMOxNy-Schicht an der ersten Kontaktgrenzfläche, wo die Übergangsmetalloxinitridschicht eine zweite Kontaktgrenzfläche bildet, und Anordnen einer zweiten Elektrode an der zweiten Kontaktgrenzfläche umfassen.In another aspect, a method of fabricating the resistive memory device is described with reference to FIG 5A to 5G described. In one aspect, a method of fabricating a resistive memory device may include providing a first electrode having a first contact interface; Placing a transition metal oxynitride-TMO x N y layer at the first contact interface where the transition metal oxynitride layer forms a second contact interface, and disposing a second electrode at the second contact interface.

Wie in 5A gezeigt kann ein Durchgangsloch 48 in einer Intermetalldielektrikumsschicht (IMD) 46 durch Anwenden von lithographischen Techniken bereitgestellt werden, als Beispiel. Dieses Durchgangsloch 48 kann zumindest teilweise mit der ersten Elektrode 12 gefüllt sein. Gemäß einem bestimmten Beispiel wie in 5A gezeigt, kann das Durchgangsloch 48 mit dem ersten Kontaktgebiet 24 gefüllt sein. Bei einem Beispiel kann das erste Kontaktgebiet 24 durch einen Wolframplug (W-Plug) ausgebildet sein. Bei anderen Beispielen kann anderes stromleitendes Material angewendet werden. Bei einem Beispiel kann das Bereitstellen einer ersten Elektrode das elektrische Verbinden der ersten Elektrode mit einem Source- und/oder Draingebiet (Source-/Draingebiet) eines Auswahltransistors umfassen.As in 5A shown can be a through hole 48 in an intermetal dielectric layer (IMD) 46 by applying lithographic techniques, for example. This through hole 48 can be at least partially with the first electrode 12 be filled. According to a specific example like in 5A shown, the through hole 48 with the first contact area 24 be filled. In an example, the first contact area 24 be formed by a Wolframplug (W-plug). In other examples, other electrically conductive material may be used. In one example, providing a first electrode may include electrically connecting the first electrode to a source and / or drain region (source / drain region) of a selection transistor.

Bei einem weiteren beispielhaften Schritt, wie in 5B gezeigt, können die erste Diffusionsbarrierenschicht 26, eine Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' und eine lithographische Hartmaske 50 danach auf dem ersten Kontaktgebiet 24 abgeschieden werden. Dementsprechend kann bei einem Aspekt das Bereitstellen der ersten Elektrode 12 das Abscheiden der stromleitenden ersten Diffusionsbarriere 26 auf dem ersten Kontaktgebiet 24 umfassen. Die erste Diffusionsbarriere 26 kann die erste Kontaktgrenzfläche 14 bilden. Bei einem Beispiel kann die erste Diffusionsbarrierenschicht 26 Niobnitrid umfassen, das durch reaktives DC-Magnetronsputtern von einem Niobtarget bei einer beispielhaften Temperatur von etwa 250°C bis 300°C, bei einer beispielhaften Sputterleistungsdichte von etwa 2,5 bis 3 W/cm2 und bei einem beispielhaften Druck von 3·10–3 bis 4·10–3 mbar hergestellt werden kann. Der Prozentsatz an Stickstoff in dem Argon-Sputtergas beträgt möglicherweise etwa 35% bis 40%, als Beispiel. Bei einem Aspekt kann die Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' ein Übergangsmetalloxidmaterial wie etwa Nioboxid (Nb2O5) oder Tantaloxid (Ta2O5) umfassen, als Beispiel. Eine Nioboxidschicht gemäß einem Beispiel kann unter Verwendung reaktiven DC-Magnetronsputterns von einem Niobtarget bei einer beispielhaften Temperatur von etwa 250°C und mit einem beispielhaften Sauerstoffprozentsatz von etwa 40% in dem Sputtergas hergestellt werden. Die lithographische Hartmaskenschicht 50 kann Siliziumnitrid (wie etwa Si3N4) umfassen, als Beispiel.In another example step, as in 5B shown, the first diffusion barrier layer 26 , a resistance switching area preparation layer 16 ' and a lithographic hard mask 50 afterwards in the first contact area 24 be deposited. Accordingly, in one aspect, providing the first electrode 12 depositing the current-conducting first diffusion barrier 26 in the first contact area 24 include. The first diffusion barrier 26 can be the first contact interface 14 form. In one example, the first diffusion barrier layer 26 Include niobium nitride obtained by DC reactive magnetron sputtering from a niobium target at an exemplary temperature of about 250 ° C to 300 ° C, at an exemplary sputtering power density of about 2.5 to 3 W / cm 2 and at an exemplary pressure of 3 x 10 5 -3 to 4 · 10 -3 mbar can be produced. The percentage of nitrogen in the argon sputtering gas may be about 35% to 40%, for example. In one aspect, the resistive switching region preparation layer 16 ' For example, a transition metal oxide material such as niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) may be included. A niobium oxide film according to one example can be made using reactive DC magnetron sputtering from a niobium target at an exemplary temperature of about 250 ° C and with an exemplary oxygen percentage of about 40% in the sputtering gas. The lithographic hard mask layer 50 may include silicon nitride (such as Si 3 N 4 ), for example.

Bei einem weiteren beispielhaften Schritt, wie in 5C gezeigt, kann ein Implantationsfenster 52 in der lithographischen Hartmaske 50 geöffnet werden. Das Implantationsfenster 52 kann durch reaktives Ionenätzen strukturiert werden, als Beispiel. Bei einem nächsten beispielhaften Schritt kann eine Ionenimplantierung 54 auf die Einrichtung angewendet werden. Bei einem Aspekt kann Stickstoffionenimplantierung bei einer beispielhaften Ionenenergie von etwa 50 keV und einem beispielhaften Fluß von etwa 1016 cm–2 angewendet werden. Die Einrichtung kann dann in einer inerten Atmosphäre, die Stickstoffgas umfaßt, getempert werden, als Beispiel. Bei einem Aspekt kann dies zur Ausbildung eines Übergangsmetalloxinitrids innerhalb der Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' zumindest in einem Gebiet unter dem Implantationsfenster 52 führen, d. h. wo Ionen implantiert worden sind. Dieses Übergangsmetalloxinitrid kann mindestens teilweise das Widerstandsschaltgebiet 16 bilden, wie in 5D gezeigt, als Beispiel. Im Fall eines für die Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' verwendeten Nioboxidmaterials kann das resultierende Widerstandsschaltgebiet Nioboxinitrid umfassen.In another example step, as in 5C can be shown an implantation window 52 in the lithographic hard mask 50 be opened. The implantation window 52 can be patterned by reactive ion etching, as an example. In a next exemplary step, ion implantation 54 be applied to the device. In one aspect, nitrogen ion implantation may be applied at an exemplary ion energy of about 50 keV and an exemplary flux of about 10 16 cm -2 . The device may then be tempered in an inert atmosphere comprising nitrogen gas, for example. In one aspect, this may result in the formation of a transition metal oxynitride within the resistive switching region preparation layer 16 ' at least in one area under the implantation window 52 lead, ie where ions have been implanted. This transition metal oxynitride may be at least partially the resistance switching region 16 form as in 5D shown as an example. In the case of one for the resistive switching area preparation layer 16 ' The resulting resistive switching region may include niobium oxynitride.

Dementsprechend kann bei einem Aspekt das Anordnen der Übergangsmetalloxinitridschicht, wie etwa der beispielhaften Schaltschicht oder des Schaltgebiets 16, in 5D gezeigt, das Abscheiden des Übergangsmetalloxids, wie etwa der in 5C gezeigten beispielhaften Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' an der ersten Kontaktgrenzfläche 14 umfassen. Es kann weiterhin das Implantieren von Stickstoffionen 54 in das Übergangsmetalloxid und Tempern des mit Stickstoff implantierten Übergangsmetalloxids umfassen, um ein Übergangsmetalloxinitrid, wie etwa das in 5D gezeigte beispielhafte Widerstandsschaltgebiet 16, zu erhalten. Vor oder nach dem Tempern kann die lithographische Hartmaske 50 entfernt werden. Falls Siliziumnitrid als Material für die lithographische Hartmaske 50 verwendet wird, kann es beispielsweise mit heißer Phosphorsäure entfernt werden.Accordingly, in one aspect, arranging the transition metal oxynitride layer, such as the exemplary switching layer or the switching region 16 , in 5D shown the deposition of the transition metal oxide, such as in 5C shown exemplary Widerstandsschaltgebietsbereitbereitungsschicht 16 ' at the first contact interface 14 include. It may also involve the implantation of nitrogen ions 54 into the transition metal oxide and annealing the nitrogen implanted transition metal oxide to form a transition metal oxynitride such as that described in U.S. Pat 5D shown exemplary resistor switching area 16 , to obtain. Before or after annealing, the lithographic hard mask 50 be removed. If silicon nitride as the material for the lithographic hard mask 50 is used, it can be removed, for example, with hot phosphoric acid.

Bei einem in 5E gezeigten Aspekt können die zweite Diffusionsbarriere 30 und das zweite Kontaktgebiet 28 als eine geschichtete Struktur auf der Widerstandsschaltgebietsvorbereitungsschicht 16' und dem Widerstandsschaltgebiet 16 abgeschieden werden, d. h. an der zweiten Kontaktgrenzfläche 20 in weiteren beispielhaften Aufwachsschritten. Dementsprechend kann bei einem Aspekt das Anordnen der zweiten Elektrode 18 das Abscheiden der stromleitenden zweiten Diffusionsbarriere 30 an der zweiten Kontaktgrenzfläche 20 und das Abscheiden des zweiten Kontaktgebiets 28 an der zweiten Diffusionsbarriere 30 umfassen. Die zweite Diffusionsbarrierenschicht 30 kann beispielsweise Niobnitrid umfassen und kann durch reaktives DC-Magnetronsputtern von einem Niobtarget ähnlich der ersten Diffusionsbarriere hergestellt werden, als Beispiel. Das zweite Kontaktgebiet 28 kann Platin umfassen und kann beispielsweise durch DC-Magnetronsputtern hergestellt werden. Danach kann eine Speicherstapelätzmaske 56 aus Siliziumnitrid, als Beispiel, durch LPCVD (low Pressure chemical vapor deposition) abgeschieden werden, als Beispiel, und auf dem zweiten Kontaktgebiet 28 strukturiert werden. Die Speicherstapelätzmaske 56 kann als eine Hartmaske zum Strukturieren eines Speicherstapels durch reaktives Ionenätzen der nicht bedeckten Schichtsequenz dienen, wie beispielhaft in 5F gezeigt. Bei in 5G gezeigten späteren beispielhaften Schritten kann eine Zwischenisolationsschicht 58 aus Siliziumoxid (wie etwa SiO2), als Beispiel, durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und nachfolgendes chemischmechanisches Polieren (CMP) hergestellt werden. Nach dem Entfernen der Speicherstapelätzmaske 56 kann das zweite Kontaktgebiet 28 elektrisch über die Bitleitung 42 angeschlossen werden, wie beispielhaft in 5G gezeigt.At an in 5E shown aspect, the second diffusion barrier 30 and the second contact area 28 as a layered structure on the resistance switching region preparation layer 16 ' and the resistive switching area 16 are deposited, ie at the second contact interface 20 in further exemplary growth steps. Accordingly, in one aspect, disposing the second electrode 18 the deposition of the current-conducting second diffusion barrier 30 at the second contact interface 20 and depositing the second contact region 28 at the second diffusion barrier 30 include. The second diffusion barrier layer 30 For example, it may comprise niobium nitride and may be prepared by reactive DC magnetron sputtering from a niobium target similar to the first diffusion barrier, for example. The second contact area 28 may include platinum and may be made by, for example, DC magnetron sputtering. Thereafter, a memory stack etching mask 56 silicon nitride, for example, by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) are deposited, as an example, and in the second contact area 28 be structured. The memory stack etching mask 56 may serve as a hard mask for patterning a memory stack by reactive ion etching the uncovered layer sequence, as exemplified in US Pat 5F shown. At in 5G As shown in later exemplary steps, an intermediate insulation layer 58 of silicon oxide (such as SiO 2 ), for example, by chemical vapor deposition (CVD) and subsequent chemical mechanical polishing (CMP). After removing the memory stack etching mask 56 can the second contact area 28 electrically via the bit line 42 be connected as exemplified in 5G shown.

6 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften Speicherbauelements, das mehrere Speicherzellen umfaßt, die in mindestens einem Array angeordnet sein können. Das Speicherbauelement kann als ein Speichermodul implementiert sein. Bei einem Beispiel kann das Speichermodul stapelbar sein. Bei einem Aspekt kann eine Speicherzelle einer der 1, 2 und 5 und gemäß der beispielhaften Schaltung von 4 implementiert werden. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel kann der Transistor 32, wie etwa ein Feldeffekttransistor, in oder auf einem Halbleitersubstrat 60, wie etwa einem Silizium auf Isolator (SOI) implementiert sein, als Beispiel. Das Substrat 60 kann eine Substratoberfläche 62 und eine Substratnormalrichtung 64 umfassen. Die erste Elektrode 12 ist elektrisch mit dem Draingebiet 34 des Transistors 32 verbunden, während das Sourcegebiet 40 elektrisch über eine Masseleitung 65 geerdet ist. Das Transistorgate wird von der Wortleitung 38 gesteuert, die mehrere Transistorgates innerhalb der gleichen Reihe verbinden kann. Die Bitleitung 42 ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 18 verbunden und kann mehrere Speicherzellen oder Schaltelemente innerhalb der gleichen Spalte des mindestens einen Arrays verbinden. Isolationsschichten, wie etwa das Intermetalldielektrikum 46 oder die Zwischenisolationsschicht 58, ähnlich den oben beschriebenen Beispielen können ebenfalls in dem Beispiel von 6 angewendet werden. Bei einem Aspekt, wie beispielhaft in 6 gezeigt, ist die Widerstandsspeicherungsschicht 16 zumindest teilweise über dem Draingebiet 34 in der Substratnormalrichtung 64 positioniert. Bei einem Beispiel können die Kontaktgrenzflächen 14, 20 senkrecht zu der Substratnormalrichtung verlaufen, d. h. die Schaltschicht kann im wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche verlaufen. 6 FIG. 12 shows a cross-section of an exemplary memory device that includes a plurality of memory cells that may be arranged in at least one array. The memory device may be implemented as a memory module. In one example, the memory module may be stackable. In one aspect, a memory cell may be one of 1 . 2 and 5 and according to the exemplary circuit of 4 be implemented. At the in 6 As shown, the transistor 32 , such as a field effect transistor, in or on a semiconductor substrate 60 , such as silicon on insulator (SOI), as an example. The substrate 60 can be a substrate surface 62 and a substrate normal direction 64 include. The first electrode 12 is electric with the drain area 34 of the transistor 32 connected while the source area 40 electrically via a ground line 65 is grounded. The transistor gate is from the word line 38 which can connect multiple transistor gates within the same row. The bit line 42 is electrically connected to the second electrode 18 and may connect multiple memory cells or switching elements within the same column of the at least one array. Insulation layers, such as the intermetallic dielectric 46 or the intermediate insulation layer 58 , similar to the examples described above, can also be used in the example of 6 be applied. In one aspect, such as in FIG 6 shown is the resistance storage layer 16 at least partially above the drainage area 34 in the substrate normal direction 64 positioned. In one example, the contact interfaces 14 . 20 perpendicular to the substrate normal direction, ie the switching layer may be substantially parallel to the substrate surface.

Bei noch einem weiteren, beispielhaft in 7 gezeigten Aspekt kann ein Computersystem 66 wie etwa ein Computer (z. B. ein mobiler Computer oder ein Server), ein Mobiltelefon, ein Pocket-PC, ein Smartphone oder ein PDA, als Beispiel, eine Eingabevorrichtung 68 und eine Ausgabevorrichtung 70 umfassen. Bei einem anderen Aspekt kann das Computersystem als irgendeine andere Art von Verbraucherelektronikeinrichtung, wie etwa ein Fernseher, ein Radio oder irgendein Haushaltselektronikgerät implementiert sein, als Beispiel, oder irgendeine Art von Speicherungseinrichtung, wie etwa eine Chipkarte oder eine Speicherkarte, als Beispiel.In yet another, exemplary in 7 The aspect shown may be a computer system 66 such as a computer (eg, a mobile computer or a server), a mobile phone, a pocket PC, a smartphone, or a PDA, for example, an input device 68 and an output device 70 include. In another aspect, the computer system may be implemented as any other type of consumer electronics device, such as a television, a radio, or any household electronic device, for example, or any type of storage device, such as a smart card or memory card, for example.

Bei einem Beispiel kann die Eingabevorrichtung 68 Eingabetasten, eine Tastatur, einen Touchscreen, einen Trackball, eine Computermaus, einen Joystick oder irgendeine andere Art von Eingabevorrichtung oder Eingabeschnittstelle umfassen. Bei einem weiteren Beispiel umfaßt die Eingabevorrichtung 68 eine Audioeingabe wie etwa ein Mikrofon. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Eingabevorrichtung 68 eine Videoeingabe wie etwa eine Kamera umfassen. Bei dem beispielhaften Computersystem 66 von 7 umfaßt die Eingabevorrichtung 68 eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 72. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 72 kann eine Netzschnittstelle umfassen, die das Computersystem 66 mit einem drahtlosen Netz, wie etwa einem LAN (local area network), einem WAN (wide area network) oder einem Telekommunikationsnetz verbindet, als Beispiel. Jede Art von uni-, bi- oder multidirektioner drahtloser Kommunikation kann in diesem Zusammenhang angewendet werden. Bei einem weiteren Aspekt kann die Eingabevorrichtung 68 eine Netzschnittstelle umfassen, die das Computersystem 66 mit einem verdrahteten Netz verbindet.In one example, the input device 68 Include input keys, a keyboard, a touch screen, a trackball, a computer mouse, a joystick, or any other type of input device or input interface. In another example, the input device comprises 68 an audio input, such as a microphone. In yet another example, the input device may 68 a video input such as a camera include. In the exemplary computer system 66 from 7 includes the input device 68 a wireless communication device 72 , The wireless communication device 72 can include a network interface that hosts the computer system 66 to a wireless network, such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a telecommunications network, for example. Any type of unidirectional, bi-directional or multidirectional wireless communication can be used in this context. In a further aspect, the input device 68 include a network interface that the computer system 66 connects to a wired network.

Bei einem Beispiel kann die Ausgabevorrichtung 70 eine Videoausgabe wie etwa eine Displayschnittstelle oder eine Displayeinrichtung umfassen. Bei einem weiteren Beispiel kann die Ausgabevorrichtung 70 eine Audioeinrichtung wie etwa einen Lautsprecher umfassen. Bei dem beispielhaften Computersystem 66 von 7 umfaßt die Ausgabevorrichtung 70 eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 74. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 74 der Ausgabevorrichtung 70 kann eine Netzschnittstelle umfassen, die das Computersystem 66 mit einem drahtlosen Netz, wie etwa einem LAN (local area network), einem WAN (wide area network) oder einem Telekommunikationsnetz verbindet, als Beispiel. Jede Art von uni-, bi- oder multidirektioner drahtloser Kommunikation kann in diesem Zusammenhang angewendet werden. Bei einem weiteren Aspekt kann die Ausgabevorrichtung 70 eine Netzschnittstelle umfassen, die das Computersystem 66 mit einem verdrahteten Netz verbindet.In one example, the output device 70 a video output such as a display interface or display device. In another example, the output device 70 an audio device such as a speaker. In the exemplary computer system 66 from 7 includes the dispenser 70 a wireless communication device 74 , The wireless communication device 74 the output device 70 can include a network interface that hosts the computer system 66 to a wireless network, such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a telecommunications network, for example. Any type of unidirectional, bi-directional or multidirectional wireless communication can be used in this context. In a further aspect, the output device 70 include a network interface that the computer system 66 connects to a wired network.

Das beispielhafte Computersystem 66 von 7 umfaßt weiterhin eine Verarbeitungsvorrichtung 76 und eine oder mehrere Speicherkomponenten oder Speicher 78. Bei einem bestimmten Beispiel kann das Computersystem 66 weiterhin einen Systembus 80 umfassen, der verschiedene Systemkomponenten einschließlich den Speicher 78 mit der Verarbeitungsvorrichtung 76 koppelt. Die Verarbeitungsvorrichtung 76 kann Arithmetik-, Logik- und/oder Steueroperationen durchführen durch Zugreifen auf den Speicher 78, als Beispiel. Der Speicher 78 kann Informationen und/oder Anweisungen zur Verwendung in Kombination mit der Verarbeitungsvorrichtung 76 speichern. Bei einem Beispiel kann in dem Speicher 78 ein BIOS (basic input/output system), das die grundlegenden Routinen speichert und Informationen zwischen Elementen innerhalb des Computersystems 66 übertragen hilft, wie etwa beim Hochfahren, gespeichert sein. Der Systembus 80 kann einer von verschiedenen Arten von Busstrukturen sein, einschließlich eines Speicherbusses oder eines Speichercontrollers, eines peripheren Busses und eines lokalen Busses unter Verwendung einer einer Vielzahl von Busarchitekturen.The exemplary computer system 66 from 7 further comprises a processing device 76 and one or more memory components or memory 78 , For a given example, the computer system may 66 continue a system bus 80 include various system components including the memory 78 with the processing device 76 coupled. The processing device 76 can perform arithmetic, logic and / or control operations by accessing the memory 78 , as an an example. The memory 78 may be information and / or instructions for use in combination with the processing device 76 to save. In one example, in the memory 78 a basic input / output system (BIOS) that stores the basic routines and information between items within the computer system 66 transfer, such as when booting, be stored. The system bus 80 may be one of several types of bus structures, including a memory bus or a memory controller, a peripheral bus, and a local bus using one of a variety of bus architectures.

Der Speicher 78 kann eine oder mehrere Speicherzellen 82 umfassen. Mindestens einige der Speicherzellen 82 können eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein Widerstandsspeicherungsgebiet umfassen, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und Übergangsmetalloxinitrid umfaßt. Bei einem Beispiel können eine oder mehrere der oben beschriebenen Speicherzellen oder eine oder mehrere der oben beschriebenen integrierten Schaltungen als eine oder mehrere der Speicherzellen 82 des Speichers 78 angewendet werden. Zudem können ein oder mehrere der oben beschriebenen Speichermodule als der Speicher 78 angewendet werden, als Beispiel. Bei einem beispielhaften Computersystem 66 kann der Speicher 78 einen Datenspeicher umfassen. Bei einem weiteren Beispiel kann der Speicher 78 einen Codespeicher umfassen. Bei einem beispielhaften Aspekt kann der Speicher 78 als ein Datenspeicher zum Speichern computerlesbarer Anweisungen, Datenstrukturen, Programmodule und/oder anderer Daten für die Operation des Computersystems 66 implementiert sein. Bei einem weiteren Aspekt kann der Speicher 78 als ein graphischer Speicher oder als ein Eingabe-/Ausgabepuffer implementiert sein. Bei einem Aspekt ist der Speicher 78 fest mit dem Systembus 80 des Computersystems 66 verbunden. Bei einem weiteren Aspekt ist der Speicher 78 als eine entfernbare Komponente implementiert, wie etwa eine Speicherkarte oder eine Chipkarte, als Beispiel.The memory 78 can one or more memory cells 82 include. At least some of the memory cells 82 may include a first electrode, a second electrode, and a resistance storage region extending from the first electrode to the second electrode and comprising transition metal oxynitride. In one example, one or more of the memory cells described above or one or more of the integrated circuits described above may be one or more of the memory cells 82 of the memory 78 be applied. In addition, one or more of the memory modules described above may be used as the memory 78 be applied as an example. In an example computer system 66 can the memory 78 include a data store. In another example, the memory 78 include a code memory. In an exemplary aspect, the memory may 78 as a data store for storing computer readable instructions, data structures, program modules and / or other data for the operation of the computer system 66 be implemented. In another aspect, the memory may 78 be implemented as a graphical memory or as an input / output buffer. In one aspect, the memory is 78 fixed to the system bus 80 of the computer system 66 connected. In another aspect, the memory is 78 as a removable component, such as a memory card or smart card, for example.

Eine Reihe von Beispielen und Implementierungen sind beschrieben worden. Andere Beispiele und Implementierungen können insbesondere eines oder mehrere der obigen Merkmale umfassen. Dennoch versteht sich, daß verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Dementsprechend liegen andere Implementierungen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.A Series of examples and implementations have been described. Other examples and implementations may be one or more include several of the above features. Nevertheless, it is understood that different Modifications can be made. Accordingly lie other implementations within the scope of the following Claims.

Claims (33)

Schaltelement zum Schalten zwischen mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand, umfassend: – eine erste Elektrode; – ein zweite Elektrode und – ein Widerstandsschaltgebiet, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt.Switching element for switching between at least two states with different electrical resistance, comprising: - a first one Electrode; - one second electrode and - one Resistor switching area extending from the first electrode to the second electrode and comprises a transition metal oxynitride. Schaltelement nach Anspruch 1, wobei das Widerstandsschaltgebiet eine Widerstandsschaltschicht mit einer ersten planaren Kontaktgrenzfläche, die die erste Elektrode kontaktiert, und einer zweiten planaren Kontaktgrenzfläche umfaßt, die im wesentlichen parallel zu der ersten Kontaktgrenzfläche verläuft und die zweite Elektrode kontaktiert.The switching element of claim 1, wherein the resistive switching region a resistance switching layer having a first planar contact interface, the contacted the first electrode, and a second planar contact interface, the extends substantially parallel to the first contact interface and contacted the second electrode. Schaltelement nach Anspruch 2, wobei die Widerstandsschaltschicht in einer Richtung senkrecht zu der ersten und zweiten Kontaktgrenzfläche eine Dicke zwischen 20 nm und 100 nm aufweist.A switching element according to claim 2, wherein the Wi Resistance switching layer in a direction perpendicular to the first and second contact interface has a thickness between 20 nm and 100 nm. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Widerstandsschaltschicht mindestens eines von NbOxNy und TaOxNy umfaßt.A switching element according to any one of the preceding claims, wherein the resistance switching layer comprises at least one of NbO x N y and TaO x N y . Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Elektrode ein erstes Kontaktgebiet und eine zwischen dem ersten Kontaktgebiet und dem Widerstandsschaltgebiet angeordnete stromleitende erste Diffusionsbarriere umfaßt.Switching element according to one of the preceding claims, wherein the first electrode has a first contact area and one between the first contact region and the resistance switching region arranged current-conducting first diffusion barrier comprises. Schaltelement nach Anspruch 5, wobei die zweite Elektrode ein zweites Kontaktgebiet und eine zwischen dem zweiten Kontaktgebiet und dem Widerstandsschaltgebiet angeordnete stromleitende zweite Diffusionsbarriere umfaßt.A switching element according to claim 5, wherein the second electrode a second contact region and one between the second contact region and the resistance switching region arranged electrically conductive second Diffusion barrier includes. Schaltelement nach Anspruch 6, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Diffusionsbarriere ein stromleitendes Übergangsmetallnitrid umfaßt.Switching element according to claim 6, wherein at least one the first and second diffusion barriers, an electrically conductive transition metal nitride includes. Schaltelement nach Anspruch 6 oder 7, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Diffusionsbarriere eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 50 nm umfaßt.A switching element according to claim 6 or 7, wherein at least one of the first and second diffusion barriers has a layer thickness between 10 nm and 50 nm. Speicherbauelement, umfassend mindestens eine Speicherzelle, umfassend: – eine erste Elektrode; – ein zweite Elektrode und – ein Widerstandsspeicherungsgebiet, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt.Memory device comprising at least one memory cell, full: - one first electrode; - one second electrode and - one Resistive storage area extending from the first electrode to the second electrode and comprises a transition metal oxynitride. Speicherbauelement nach Anspruch 9, wobei das Widerstandsspeicherungsgebiet eine Widerstandsspeicherungsschicht mit einer ersten planaren Kontaktgrenzfläche, die die erste Elektrode kontaktiert, und einer zweiten planaren Kontaktgrenzfläche, die die zweite Elektrode kontaktiert, umfaßt, wobei die zweite Kontaktgrenzfläche im wesentlichen parallel zu der ersten Kontaktgrenzfläche verläuft.The memory device of claim 9, wherein the resistive storage region a resistance storage layer having a first planar contact interface, the contacted the first electrode, and a second planar contact interface, the contacting the second electrode, wherein the second contact interface is substantially runs parallel to the first contact interface. Speicherbauelement nach Anspruch 9 oder 10, umfassend einen Auswahltransistor mit einem Source-/Draingebiet, das elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist.Memory device according to claim 9 or 10, comprising a select transistor having a source / drain region electrically connected to the first electrode. Speicherbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend mehrere Speicherzellen, die in Reihen und Spalten mindestens eines Arrays angeordnet sind, wobei jede Speicherzelle folgendes umfaßt: – eine erste Elektrode; – eine zweite Elektrode; – eine Widerstandsspeicherungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt; und – einen Auswahltransistor mit einem Source-/Draingebiet, das elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist; und wobei das Speicherbauelement für jede Reihe des mindestens einen Arrays eine stromleitende Wortleitung umfaßt, die elektrisch mit mindestens einigen Gatekontakten der Auswahltransistoren der Speicherzellen in der jeweiligen Reihe verbunden ist, und für jede Spalte des mindestens einen Arrays eine stromleitende Bitleitung, die elektrisch mit mindestens einigen der zweiten Elektroden der Speicherzellen in der Spalte verbunden ist.Memory device according to one of claims 9 to 11, comprising a plurality of memory cells arranged in rows and columns at least one array are arranged, each memory cell comprising: - a first one Electrode; - one second electrode; - one Resistivity storage layer between the first electrode and the second electrode and comprising a transition metal oxynitride; and - one Selection transistor with a source / drain region that is electrically connected to the first electrode; and wherein the memory device for every Row of at least one array, an electrically conductive word line comprises the electrically with at least some gate contacts of the selection transistors the memory cells in the respective row is connected, and for each column of the at least one array, an electrically conductive bit line electrically connected to at least some of the second electrodes of the memory cells in the column is connected. Speicherbauelement nach Anspruch 12, wobei die Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat mit einer Substratnormalrichtung angeordnet sind und wobei für mindestens einige der Speicherzellen die Widerstandsspeicherungsschicht mindestens teilweise über dem Source-/Draingebiet in einer Substratnormalrichtung angeordnet ist.The memory device of claim 12, wherein the memory cells disposed on a semiconductor substrate having a substrate normal direction are and where for at least some of the memory cells the resistance storage layer at least partially over the source / drain region arranged in a substrate normal direction is. Speichermodul, umfassend eine Vielzahl integrierter Schaltungen, wobei die integrierten Schaltungen eine oder mehrere Speicherzellen umfassen, umfassend: – eine erste Elektrode; – ein zweite Elektrode und – ein Widerstandsspeicherungsgebiet, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt.Memory module comprising a plurality of integrated Circuits, wherein the integrated circuits one or more Memory cells comprising: A first electrode; - a second one Electrode and - one Resistive storage area extending from the first electrode to the second electrode and comprises a transition metal oxynitride. Speichermodul nach Anspruch 14, wobei das Widerstandsspeicherungsgebiet mindestens eines von Nioboxinitrid und Tantaloxinitrid umfaßt.The memory module of claim 14, wherein the resistive storage region at least one of niobium oxynitride and tantalum oxynitride. Speichermodul nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Speichermodul stapelbar ist.A memory module according to claim 14 or 15, wherein said Memory module is stackable. Computersystem umfassend eine Eingabevorrichtung, eine Ausgabevorrichtung, eine Verarbeitungsvorrichtung und einen Speicher, wobei der Speicher folgendes umfaßt: – eine erste Elektrode; – ein zweite Elektrode und – ein Widerstandsspeicherungsgebiet, das sich von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt und ein Übergangsmetalloxinitrid umfaßt.Computer system comprising an input device, an output device, a processing device and a Memory, the memory comprising: A first electrode; - a second one Electrode and - one Resistive storage area extending from the first electrode to the second electrode and comprises a transition metal oxynitride. Computersystem nach Anspruch 17, wobei eine oder mehrere der Eingabevorrichtung und Ausgabevorrichtung eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung umfaßt.The computer system of claim 17, wherein one or a plurality of the input device and output device a wireless Communication device comprises. Computersystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Computersystem ein Server ist.A computer system according to claim 17 or 18, wherein said Computer system is a server. Computersystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Computersystem ein mobiler Computer ist.Computer system according to one of claims 17 to 19, wherein the computer system is a mobile computer. Verfahren zum Herstellen eines Widerstands speicherbauelements, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: – Bereitstellen einer ersten Elektrode mit einer ersten Kontaktgrenzfläche; – Anordnen einer Übergangsmetalloxinitridschicht an der ersten Kontaktgrenzfläche, wo die Übergangsmetalloxinitridschicht eine zweite Kontaktgrenzfläche bildet; und – Anordnen einer zweiten Elektrode an der zweiten Kontaktgrenzfläche.Method for producing a resistance memory component, the method comprising: - Provide a first Electrode having a first contact interface; - Arranging a transition metal oxynitride layer at the first contact interface, where the transition metal oxynitride layer forms a second contact interface; and - Arrange a second electrode at the second contact interface. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Bereitstellen einer ersten Elektrode das elektrische Verbinden der ersten Elektrode mit einem Source-/Draingebiet eines Auswahltransistors umfaßt.The method of claim 21, wherein providing a first electrode, the electrical connection of the first electrode comprising a source / drain region of a selection transistor. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Bereitstellen der ersten Elektrode das Abscheiden einer stromleitenden ersten Diffusionsbarriere auf einem ersten Kontaktgebiet umfaßt, wobei die erste Diffusionsbarriere die erste Kontaktgrenzfläche bildet, und wobei das Anordnen der zweiten Elektrode das Abscheiden einer stromleitenden zweiten Diffusionsbarriere an der zweiten Kontaktgrenzfläche und Abscheiden eines zweiten Kontaktgebiets an der zweiten Diffusionsbarriere umfaßt.The method of claim 21 or 22, wherein providing the first electrode depositing a current-conducting first Diffusion barrier comprises on a first contact area, wherein the first diffusion barrier forms the first contact interface, and wherein disposing the second electrode comprises depositing a electrically conductive second diffusion barrier at the second contact interface and Depositing a second contact region on the second diffusion barrier includes. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Anordnen der Übergangsmetalloxinitridschicht folgendes umfaßt: – Abscheiden eines Übergangsmetalloxids an der ersten Kontaktgrenzfläche; – Implantieren von Stickstoffionen in das Übergangsmetalloxid und – Tempern des mit Stickstoff implantierten Übergangsmetalloxids, um ein Übergangsmetalloxinitrid zu erhalten.A method according to any one of claims 21 to 23, wherein said arranging the transition metal oxynitride layer comprising: - Separate a transition metal oxide at the first contact interface; - Implant of nitrogen ions in the transition metal oxide and - tempering of the nitrogen-implanted transition metal oxide to form a transition metal oxynitride receive. Verfahren zum Speichern von Informationen, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: – Bereitstellen eines Speicherungsgebiets, das ein Übergangsmetalloxinitridmaterial umfaßt; und – Ausbilden mindestens eines stromleitenden Fadens in dem Speicherungsgebiet durch Anlegen eines ersten Strom- oder Spannungsimpulses an das Speicherungsgebiet.Method for storing information, wherein the method comprises: - Provide a storage region containing a transition metal oxynitride material comprises; and - Training at least one current-conducting thread in the storage area by applying a first current or voltage pulse to the storage area. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Ausbilden mindestens eines stromleitenden Fadens das thermische oder elektrische Aufbrechen von Metall-Oxid-Verbindungen und Ausbilden von Metall-Nitrid-Bindungen umfaßt.The method of claim 25, wherein forming at least one electrically conductive thread, the thermal or electrical Breaking up metal-oxide compounds and forming metal-nitride bonds includes. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Anlegen des ersten Strom- oder Spannungsimpulses das Anwenden einer Strom-Compliance für den an das Speicherungsgebiet angelegten Impuls umfaßt.A method according to claim 25 or 26, wherein the application the first current or voltage pulse applying a current compliance for the pulse applied to the storage area. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Anlegen des ersten Strom- oder Spannungsimpulses an das Speicherungsgebiet das Anlegen des ersten Strom- oder Spannungsimpulses über mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode umfaßt, die elektrisch mit dem Speicherungsgebiet verbunden sind, und wobei das Ausbilden mindestens eines stromleitenden Fadens das Ausbilden des stromleitenden Fadens derart umfaßt, daß er sich im wesentlichen von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode erstreckt.A method according to any one of claims 25 to 27, wherein said applying the first current or voltage pulse to the storage area the application of the first current or voltage pulse over at least a first electrode and at least one second electrode, the electrically connected to the storage area, and wherein the Forming at least one current-conducting thread forming the electrically conductive thread such that it is essentially of extending the first electrode to the second electrode. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ausbilden des mindestens einen stromleitenden Fadens den elektrischen Widerstand des Speicherungsgebiets zwischen der ersten und der zweiten Elektrode um einen Faktor von mindestens 10 herabsetzt.The method of claim 28, wherein forming the at least one current-conducting thread the electrical resistance of the storage area between the first and second electrodes minimizes a factor of at least 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, weiterhin umfassend das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens durch Anlegen eines zweiten Strom- oder Spannungsimpulses an das Speicherungsgebiet.The method of any one of claims 25 to 29, further comprising reducing the electrical conductance of the current-conducting thread by applying a second current or voltage pulse to the Storage area. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens das thermische oder elektrische Aufbrechen von Metall-Nitrid-Bindungen in dem stromleitenden Faden durch das Anlegen des zweiten Strom- oder Spannungsimpulses umfaßt.The method of claim 30, wherein reducing the electrical conductance of the electrically conductive thread the thermal or electrical disruption of metal-nitride bonds in the current-conducting Thread by applying the second current or voltage pulse includes. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der zweite Strom- oder Spannungsimpuls mehr Energie an das Speicherungsgebiet liefert als der erste Strom- oder Spannungsimpuls.The method of claim 30 or 31, wherein the second Current or voltage pulse more energy to the storage area delivers as the first current or voltage pulse. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei das Reduzieren der elektrischen Konduktanz des stromleitenden Fadens den elektrischen Widerstand des Speicherungsgebiets zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode, mit dem Speicherungsgebiet verbunden, um einen Faktor von mindestens 10 erhöht.The method of any one of claims 30 to 32, wherein reducing the electrical conductance of the electrically conductive thread the electrical Resistance of the storage area between a first and a second electrode, connected to the storage area to a Factor increased by at least 10.
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