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Die
Erfindung betrifft integrierte Schaltkreise, Verfahren zum Herstellen
eines integrierten Schaltkreises und Speichermodule.
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1 zeigt
eine herkömmliche
programmierbare Anordnung 100, bei welcher in ein Substrat 101 aus
einem Dielektrikum gemäß einem
Damaszener-Verfahren ein Oberflächenbereich
des Dielektrikums 101 strukturiert wird, so dass Gräben gebildet werden.
Auf der oberen Oberfläche
des Substrats 101 sowie den Graben-Seitenwänden und
Grabenböden
ist eine Diffusionsbarrierenschicht 102 aufgebracht. Die
Diffusionsbarrierenschicht 102 (welche elektrisch leitfähiges Material
sein kann) ist auf den Seitenwänden
und dem Boden der zu bildenden ersten Elektroden 103 angeordnet.
Lateral zwischen den zu bildenden ersten Elektroden 103 und
den Bereichen der Diffusionsbarrierenschicht 102 elektrisch isolierend
ist eine Isolationsschicht 107, beispielsweise hergestellt
aus Siliziumnitrid, vorgesehen auf der oberen Oberfläche des
Substrats, welche frei ist von dem Material der Diffusionsbarrierenschicht 102. Eine
Mehrzahl von ersten Elektroden 103, hergestellt aus Wolfram
oder Nickel, sind nebeneinander angeordnet und auf der Diffusionsbarrierenschicht 102 aufgebracht,
wobei optional ein Barriere-Liner zwischen der Diffusionsbarrierenschicht 102 und
der jeweiligen ersten Elektrode 103 vorgesehen ist. Eine innenleitende
Schicht ist auf die planarisierte Oberfläche der ersten Elektrode 103 sowie
die freigelegte Diffusionsbarriereschicht 102 in Form einer
isolierenden Matrix 104, üblicherweise aus Germanium-Sulfid (GeS)
oder Germanium-Selenid (GeSe), aufgebracht. Die isolierende Matrix
wird auch als erste funktionale Schicht 104 bezeichnet.
Auf der ersten funktionalen Schicht 104 ist eine zweite funktionale Schicht 105, üblicherweise
hergestellt aus Silber, aufgebracht und auf der zweiten funktionalen
Schicht 105 ist eine Abdeck-Schicht 106 aufgebracht.
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Mittels
Fotodiffusion, anders ausgedrückt unter
Einstrahlung von UV-Licht, beispielsweise der Wellenlänge von
ungefähr
500 nm und/oder einer entsprechenden Temperaturbehandlung der programmierbaren
Anordnung 101, wird Silber aus der zweiten funktionalen
Schicht 105 in die erste funktionale Schicht 104 eingetrieben.
Das in die erste funktionale Schicht 104 eingebrachte Silber
bildet anschaulich elektrisch leitfähige Bereiche innerhalb der an
sich elektrisch isolierenden Matrix aus Germanium-Selenid oder Germanium-Sulfid.
Die Abdeck-Schicht 106 schützt die
funktionalen Schichten 104, 105 während des
Fotodiffusions-Prozesses.
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Durch
Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung zwischen einer
auf die funktionalen Schichten 104, 105 nach Entfernung
der Abdeck-Schicht 106 aufgebrachten oberen Elektrode 201 (vergleiche
programmierbare Anordnung 200 in 2) werden
zwischen der oberen Elektrode 201 und einer entsprechenden
ersten Elektrode 103 Metalldendriten 202 gebildet
aufgrund eines Reduktions-/Oxidations-Prozesses, welcher zwischen
den Materialien der ersten funktionalen Schicht 104 und der
zweiten funktionalen Schicht 105 und gegebenenfalls der
oberen Elektrode 201 auftritt. Die obere Elektrode 201 ist üblicherweise
aus einem relativ leicht oxidierbaren Material hergestellt, beispielsweise
aus Silber.
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Bei
Ausbilden von dem Dendriten 202 zwischen der oberen Elektrode 201 und
einer jeweiligen ersten Elektrode 103 verändert sich
der elektrische Widerstand zwischen der jeweiligen ersten Elektrode 103 und
der oberen Elektrode 201, welche im Folgenden auch als
zweite Elektrode 201 bezeichnet wird.
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Um
eine möglichst
große
Anzahl von ersten Elektroden in einer programmierbaren Anordnung, beispielsweise
in einem Speicher-Array,
vorgegebener Größe unterzubringen
ist es wünschenswert,
die laterale Auflösung
so weit wie möglich
zu erhöhen, anders
ausgedrückt
den Abstand zwischen den ersten Elektroden so weit wie möglich zu
verringern.
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Je
geringer jedoch der Abstand zwischen den ersten Elektroden wird,
desto größer wird
die Gefahr eines Nebensprech-Effekts, anschaulich die Gefahr, dass,
obwohl gewünscht
ist, einen Dendriten zwischen einer ersten Elektrode 103 und
der zweiten Elektrode 201 auszubilden, es dazu kommen kann, dass
ein Dendrit zwischen einer benachbarten anderen ersten Elektrode 103 und
der zweiten Elektrode 201 ausgebildet wird. Dies kann resultieren
in einem Ausbilden von Nebensprech-Dendriten 203 bei einer an
sich nicht zu programmierenden Elektrode während des Programmierens einer
anderen ersten Elektrode 103 aufgrund von elektrostatischen
Randeffekten und der überlappenden
elektrostatischen Felder, die dadurch beeinflusst werden.
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Wie
im Folgenden noch näher
erläutert
wird liefern Ausführungsbeispiele
der Erfindung einen einfachen Mechanismus zum Verhindern eines möglichen
Nebensprechens zwischen benachbarten ersten Elektroden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein integrierter Schaltkreis mit einer programmierbaren
Anordnung bereitgestellt. Die programmierbare Anordnung weist beispielsweise
auf ein Substrat mit einer Hauptprozessierungsfläche, mindestens zwei erste
Elektroden, wobei jede erste Elektrode der zwei ersten Elektroden
eine Seitenfläche aufweist,
die in einem jeweiligen Winkel bezüglich der Hauptprozessierungsfläche angeordnet
ist, wobei sich die beiden Seitenflächen einander gegenüberliegend
angeordnet sind, mindestens eine zweite Elektrode, und innenleitendes
Material zwischen jeder ersten Elektrode der mindestens zwei ersten Elektroden
und der mindestens einen zweiten Elektrode, wobei die mindestens
eine zweite Elektrode zumindest teilweise zwischen den Seitenflächen der mindestens
zwei einander gegenüberliegend
angeordneten ersten Elektroden angeordnet ist.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein integrierter Schaltkreis mit einer programmierbaren
Anordnung bereitgestellt. Die programmierbare Anordnung weist beispielsweise
auf mindestens zwei erste Elektroden, einen Graben zwischen den
mindestens zwei ersten Elektroden, innenleitendes Material auf mindestens
einem Teil der Graben-Seitenflächen der
mindestens zwei ersten Elektroden, und mindestens eine zweite Elektrode
in dem Graben auf mindestens einem Teil des innenleitenden Materials
zwischen den mindestens zwei ersten Elektroden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein integrierter Schaltkreis mit einer programmierbaren
Anordnung bereitgestellt. Die programmierbare Anordnung weist beispielsweise
auf ein Substrat mit einer Hauptprozessierungsfläche, mindestens zwei Anoden,
wobei jede Anode der zwei Anoden eine Seitenfläche aufweist, die in einem
jeweiligen Winkel bezüglich
der Hauptprozessierungsfläche
angeordnet ist, wobei sich die beiden Seitenflächen einander gegenüberliegend
angeordnet sind, mindestens eine Kathode, und innenleitendes Material
zwischen jeder Anode der mindestens zwei Anoden und der mindestens
einen Kathode, wobei die mindestens eine Kathode zumindest teilweise
zwischen den Seitenflächen
der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Anoden
angeordnet ist.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten
Schaltkreises mit einer programmierbaren Anordnung bereitgestellt.
Mindestens zwei erste Elektroden werden auf eine Hauptprozessierungsfläche eines
Substrats aufgebracht derart, dass jede erste Elektrode der zwei
ersten Elektroden eine Seitenfläche
aufweist, die in einem jeweiligen Winkel bezüglich der Hauptprozessierungsfläche angeordnet ist,
wobei sich die beiden Seitenflächen
einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Innenleitendes Material wird auf mindestens einem
Teil der Seitenflächen
der mindestens zwei Elektroden aufgebracht. Mindestens eine zweite
Elektrode wird auf mindestens einen Teil des innenleitenden Materials
zwischen den Seitenflächen
der mindestens zwei ersten Elektroden aufgebracht.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten
Schaltkreises mit einer programmierbaren Anordnung bereitgestellt.
Gemäß dem Verfahren wird
beispielsweise ein Graben zwischen mindestens zwei ersten Elektroden
gebildet. Innenleitendes Material wird auf mindestens einem Teil
der Graben-Seitenflächen
der mindestens zwei ersten Elektroden aufgebracht. Mindestens eine
zweite Elektrode wird in dem Graben auf mindestens einem Teil des
innenleitenden Materials zwischen den mindestens zwei ersten Elektroden
aufgebracht.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Speichermodul bereitgestellt. Das Speichermodul
kann eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen aufweisen, wobei
mindestens ein integrierter Schaltkreis der Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen
eine programmierbare Anordnung aufweist. Die programmierbare Anordnung
weist auf ein Substrat mit einer Hauptprozessierungsfläche, mindestens
zwei erste Elektroden, wobei jede erste Elektrode der zwei ersten
Elektroden eine Seitenfläche aufweist,
die in einem jeweiligen Winkel bezüglich der Hauptprozessierungsfläche angeordnet
ist, wobei sich die beiden Seitenflächen einander gegenüberliegend
angeordnet sind, mindestens eine zweite Elektrode, und ionenleitendes
Material zwischen jeder ersten Elektrode der mindestens zwei ersten Elektroden
und der mindestens einen zweiten Elektrode, wobei die mindestens
eine zweite Elektrode zumindest teilweise zwischen den Seitenflächen der mindestens
zwei einander gegenüberliegend
angeordneten ersten Elektroden angeordnet ist.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Speichermodul bereitgestellt. Das Speichermodul
kann eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen aufweisen, wobei
mindestens ein integrierter Schaltkreis der Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen
eine programmierbare Anordnung aufweist. Die programmierbare Anordnung
weist beispielsweise auf mindestens zwei erste Elektroden, einen
Graben zwischen den mindestens zwei ersten Elektroden, innenleitendes
Material auf mindestens einem Teil der Graben-Seitenflächen der
mindestens zwei ersten Elektroden, und mindestens eine zweite Elektrode
in dem Graben auf mindestens einem Teil des innenleitenden Materials
zwischen den mindestens zwei ersten Elektroden.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen gelten, so weit sinnvoll,
für die
integrierten Schaltkreise, die Verfahren zum Herstellen eines integrierten
Schaltkreises, sowie die Speichermodule.
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Die
mindestens zwei ersten Elektroden können mindestens zwei Anoden
sein und die mindestens eine zweite Elektrode kann mindestens eine
Kathode sein.
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Das
innenleitende Material kann auf den Seitenflächen der mindestens zwei ersten
Elektroden zumindest teilweise als innenleitende Schicht angeordnet
sein.
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Die
innenleitende Schicht kann zwischen den mindestens zwei ersten Elektroden
angeordnet sein.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das innenleitende Material
aus Chalkogenid-Material hergestellt, beispielsweise aus einem Material,
das ausgewählt
ist aus einer Gruppe von Materialien, bestehend aus: CdSe, ZnCdS,
CuO2, TiO2, NiO,
CoO, Ta2O5, WO2, Al:ZnOx, Al2O3, Cu:MoOx, SrTiOx, Nb2O5-x, Pr1-xCaxMnO3, Cr:SrZrO3, Nb:SrTiO3.
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Die
innenleitende Schicht kann aus Metallionen enthaltendem Chalkogenid-Material
hergestellt sein.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Chalkogenid-Material ausgewählt aus
einer Gruppe von Materialien bestehend aus Schwefel, Selen, Germanium,
Tellur, oder einer Kombination dieser Materialien.
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Die
Metallionen können
hergestellt sein aus einem Metall, ausgewählt aus einer Gruppe von Metallen,
bestehend aus: Schwefel, Kupfer, Zink, oder einer Kombination dieser
Materialien.
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Die
mindestens zwei ersten Elektroden oder die mindestens eine zweite
Elektrode können
oder kann aus einem Silberenthaltenden Material hergestellt sein.
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In
noch einer Weiterbildung der Erfindung weist der integrierte Schaltkreis
einen Metalldendriten auf, der sich erstreckt von der mindestens
einen zweiten Elektrode in das innenleitende Material hinein in
Richtung einer ersten Elektrode der mindestens zwei ersten Elektroden.
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In
noch einer andern Weiterbildung der Erfindung weist der integrierte
Schaltkreis einen Metalldendriten auf, der sich erstreckt von einer
ersten Elektrode der mindestens zwei ersten Elektroden in das innenleitende
Material hinein in Richtung der mindestens einen zweiten Elektrode.
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Ferner
kann der integrierte Schaltkreis aufweisen einen Graben zwischen
den mindestens zwei ersten Elektroden, wobei das innenleitende Material zumindest
teilweise an den Seitenflächen
der mindestens zwei ersten Elektroden in dem Graben angeordnet ist,
und wobei die mindestens eine zweite Elektrode zumindest teilweise
in dem Graben angeordnet ist.
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Ferner
kann der integrierte Schaltkreis aufweisen eine dielektrische Schicht
auf oder über
der mindestens zwei ersten Elektroden und der mindestens einen zweiten
Elektrode.
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In
einer Ausgestaltung der Speichermodule sind mindestens einige der
integrierten Schaltkreise aufeinander oder übereinander gestapelt angeordnet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Für ähnliche
oder identische Elemente in den Figuren werden, soweit zweckmäßig, identische
Bezugszeichen verwendet. Die Figuren sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu,
stattdessen wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Ausführungsbeispiele
der Erfindung zu erläutern.
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Es
zeigen
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1 eine
Querschnittsansicht einer programmierbaren Anordnung;
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2 eine
Querschnittsansicht einer programmierbaren Anordnung, in der ein
unerwünschtes
Bilden eines Dendriten zwischen einer ersten Elektrode und einer
zweiten Elektrode dargestellt ist;
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3a eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3b eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt einer programmierbaren Anordnung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei ein Bilden horizontal ausgerichteter Dendriten
dargestellt ist;
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5a eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
ersten Herstellungszeitpunkts;
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5b eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
zweiten Herstellungszeitpunkts;
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5c eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
dritten Herstellungszeitpunkts;
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5d eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
vierten Herstellungszeitpunkts;
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5e eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
fünften Herstellungszeitpunkts;
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5f eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung während eines
sechsten Herstellungszeitpunkts;
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6 eine
Querschnittsansicht durch eine programmierbare Anordnung gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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7A und 7B ein
Speichermodul (7A) und ein stapelbares Speichermodul (7B)
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben
sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten
oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten
Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen
Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das innenleitende Material (auch bezeichnet als
Ionenleitermaterial) zumindest teilweise als innenleitende Schicht
auf den Seitenflächen
der mindestens zwei ersten Elektroden angeordnet.
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Ferner
kann die innenleitende Schicht zwischen den mindestens zwei ersten
Elektroden angeordnet sein.
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Das
Ionenleitermaterial kann aus Chalkogenid-Material hergestellt sein.
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Unter
einem Chalkogenid-Material ist im Rahmen dieser Beschreibung beispielsweise
jede beliebige Verbindung zu verstehen, welche Schwefel, Selen,
Germanium und/oder Tellur aufweist. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Ionenleitermaterial beispielsweise eine Verbindung, welche
aus einem Chalkogenid und mindestens einem Metall der Gruppe I oder
Gruppe II des Periodensystems gebildet wird, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber.
Alternativ weist das Chalkogenid-Material Germanium-Sulfid (GeS)
oder Germanium-Selenid
(GeSe) auf.
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Ferner
kann das Ionenleitermaterial aus Metallionen enthaltendem Chalkogenid-Material
hergestellt sein, wobei die Metallionen gebildet werden können aus
einem Metall, welches ausgewählt
wird aus einer Gruppe von Metallen, bestehend aus Silber, Kupfer
und Zink, oder aus einer Kombination dieser Metalle.
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Die
mindestens zwei ersten Elektroden oder/und die mindestens eine zweite
Elektrode wird/werden gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung aus einem Silber enthaltendem Material
gebildet.
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3b zeigt
eine Draufsicht auf eine programmierbare Anordnung 300,
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Speicherzellen-Anordnung. 3a zeigt
eine Querschnittsansicht durch die programmierbare Anordnung 300 entlang
der Schnittlinie A-A' in 3b.
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In
der Draufsicht von 3b ist die in 3a dargestellte
oben auf die Anordnung aufgebrachte zweite Dielektrikumschicht aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die programmierbare Anordnung 300 (welche,
wie alle Ausführungsbeispiele
der Erfindung, in einem integrierten Schaltkreis oder in mehreren
Schaltkreisen enthalten sein kann) vier Speicherzellen 301, 302, 303, 304,
auf, welche in Zeilen und Spalten innerhalb eines regelmäßigen Matrix-Arrays
angeordnet sind. Allgemein kann jedoch eine beliebige Anzahl von
Speicherzellen regelmäßig oder
auch unregelmäßig innerhalb
der Speicherzellen-Anordnung 300 vorgesehen sein, gegebenenfalls Tausende
oder Millionen von Speicherzellen, welche in einem alternativen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Zick-Zack-Struktur angeordnet sein können.
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Wie
in 3a dargestellt ist, ist jede Speicherzelle 301, 302, 303, 304 derart
gebildet, dass eine erste Diffusionsbarrierenschicht 312 (welche elektrisch
leitfähiges Material
sein kann) auf den Seitenwänden
und dem Boden von zu bildenden ersten Gräben oder Löchern 307, welche
im Folgenden noch näher
erläutert
werden, aufgebracht werden. Lateral zwischen den zu bildenden ersten
Gräben oder
Löchern 307 und
den Bereichen der Diffusionsbarrierenschicht 312 elektrisch
isolierend ist eine isolierende Schicht 306, beispielsweise
hergestellt aus Siliziumnitrid (in einem alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung beispielsweise hergestellt aus Siliziumoxid, Tantaloxid,
Aluminiumoxid, oder elektrisch isolierendem Kohlenstoff), vorgesehen
auf der oberen Oberfläche
des dielektrischen Substrats 305, hergestellt aus Siliziumoxid
oder Siliziumnitrid oder irgendeinem anderen elektrisch isolierenden
Material, wobei die obere Oberfläche
des dielektrischen Substrats 305 frei ist von dem Material
der Diffusionsbarrierenschicht 312.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden erste Gräben 307 gebildet,
die sich in das Dielektrikum 305 hinein erstrecken, wobei,
nachdem die erste Diffusionsbarrierenschicht 312 auf dem strukturierten
Dielektrikum abgeschieden worden ist, auf den Seitenwänden und
auf den Böden
der ersten Gräben
oder Löcher 307 Liner-Schichten mittels
Abscheidung gebildet werden, beispielsweise hergestellt aus Titan
(Ti), Titan-Nitrid (TiN), Tantal (Ta) oder Tantal-Nitrid (TaN).
Dann kann Metall zum Bilden der Kontakt-flugs 308 auf die
Liner-Schichten gemäß einem
Damaszener-Prozess aufgebracht werden.
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Nachdem
die Kontakt-flugs 308 gebildet worden sind, kann ein zweites
Dielektrikum 501 (auch bezeichnet als Zwischenschicht-Dielektrikum)
auf der Hauptprozessierungsfläche
(siehe 5a) abgeschieden werden, wobei
das zweite Dielektrikum 501 das gleiche oder ein anderes
Dielektrikum sein kann als das Dielektrikum 305 des Substrats.
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Dann
können
zweite Gräben
oder Löcher 310 durch
das zweite Dielektrikum 501 gebildet werden derart, dass
die Kontaktflugs 308 zumindest teilweise freigelegt werden.
In einem anschließenden Prozess
kann eine zweite Diffusionsbarrierenschicht 309 auf die
resultierende Struktur aufgebracht werden derart, dass die zweite
Diffusionsbarrierenschicht 309 die Seitenwände und
den Boden der zweiten Gräben
oder Löcher 310 sowie
die freigelegt Oberfläche
des zweiten Dielektrikums 501 bedeckt. Dann kann zum Bilden
der ersten Elektroden 311 Metall in die zweiten Gräben oder
Löcher 310 gefüllt werden.
Beispielsweise kann als das Metall Wolfram, alternativ Nickel, verwendet
werden. Das Metall der zu bildenden ersten Elektrode 311,
das sich über
der oberen Oberfläche
der zweiten Gräben
oder Löcher 310 erstreckt,
wird dann entfernt, beispielsweise mittels eines chemisch mechanischen
Polierverfahrens (Chemical Mechanical Polishing, CMP).
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Die
erste dielektrische Schicht 501 (siehe Querschnittsansicht 500 in 5a)
wird dann entfernt, womit dritte Gräben oder Löcher 511 gebildet werden
(siehe Querschnittsansicht 510 in 5b).
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Somit
kann, wie in 5b gezeigt ist, das Zwischenmetall-Dielektrikum 501 vollständig entfernt werden,
so dass anschaulich freistehende Strukturen gebildet werden aus
dem jeweiligen Metall der ersten Elektroden 311 und möglicherweise,
wenn vorgesehen, einer jeweiligen Liner-Schicht 504 und der zweiten
Diffusionsbarrierenschicht 309. Das Zwischenmetall-Dielektrikum 501 kann
entfernt werden mittels nasschemischen Ätzens oder mittels Trockenätzens.
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Wie
in 5o dargestellt wird innenleitendes Material,
beispielsweise Chalkogenid (beispielsweise GeS oder GeSe), auf die
in 5b gezeigte Struktur (siehe Querschnittsansicht 520 in 5c)
aufgebracht.
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Als
Ionenleitermaterial kann allgemein ein beliebiger geeigneter Festkörperelektrolyt,
ein Metallionen enthaltendes Glas, ein Metallionen enthaltender
amorpher Halbleiter, ein Chalkogenid-Glas, welches optional Metallionen
enthält,
oder dergleichen vorgesehen sein. Allgemein enthält das Chalkogenid-Material
beispielsweise, wie oben beschrieben wurde, eine Verbindung, welche
Schwefel, Selen und/oder Tellur enthält, beispielsweise auch in
ternären,
quaternären
oder höhergradigen
Verbindungen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist das innenleitende Material 309 ein
Material auf, das ausgewählt
ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus:
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- • CdSe
oder ZnCdS (in diesen Ausführungsbeispielen
kann beispielsweise Silber für
das Metall verwendet werden),
- • CuO2, TiO2, NiO, CoO,
Ta2O5 (in diesen
Ausführungsbeispielen
kann beispielsweise Titan oder Nickel für das Metall verwendet werden),
- • WO2, Al:ZnOx, Al2O. (in diesen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise
Aluminium für
das Metall verwendet werden),
- • Cu:MoOx, SrTiOx, Nb2O5-x, Pr1-xCaxMnO3, Cr:SrZrO3, Nb:SrPiO3 (in diesen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise
Kupfer für
das Metall verwendet werden).
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Beispielsweise
wird der Innenleiter 521 gebildet aus einem Chalkogenid-Glas,
welches eine Metallionen-Verbindung enthält, wobei das Metall ausgewählt wird
aus verschiedenen Metallen der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems,
beispielsweise Silber, Kupfer, Zink oder einer Kombination derselben.
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Der
Innenleiter 521 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 5 nm
bis ungefähr
300 nm auf, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von
ungefähr
10 nm bis ungefähr
40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von ungefähr 20 nm.
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Eine
zweite funktionale Schicht 522, gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung hergestellt aus Silber, wird ganzflächig aufgebracht,
so dass die innenleitende Schicht 521, die auch als erste
funktionale Schicht bezeichnet wird, vollständig bedeckt wird.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die zweite funktionale Schicht 522 eine
Mehrzahl elektrisch leitfähiger
Schichten aufweisen, die übereinander
gestapelt angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
können
zwei, drei, vier oder sogar mehr übereinander gestapelt angeordnete
elektrisch leitfähige
Schichten in der zweiten funktionalen Schicht 522 vorgesehen
sein. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die zweite funktionale Schicht 522 einen
Schichtenstapel aufweisen enthaltend Ag/Cu/Ag/Cu.
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Die
zweite funktionale Schicht 522 weist eine Schichtdicke
in einem Bereich von ungefähr
5 nm bis ungefähr
50 nm auf, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von
ungefähr
10 nm bis ungefähr
30 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von ungefähr 20 nm.
In einem anschließenden
Diffusionsschritt, der in den Figuren nicht gezeigt ist, wird ultraviolettes
Licht mit einer Wellenlänge
von weniger als ungefähr
500 nm auf die Anordnung gestrahlt, die in einer Querschnittsansicht
gezeigt ist, womit eine Diffusion eines Teils des Silbers der zweiten
funktionalen Schicht 522 in die innenleitende Schicht 521,
anschaulich einer isolierenden Matrix, bewirkt wird, womit ein elektrisch
leitfähiger
Bereich innerhalb der innenleitenden Schicht 521 gebildet
wird, wobei die elektrisch leitfähigen
Bereiche voneinander elektrisch isoliert sind mittels der isolierenden
Matrix , die hergestellt ist aus dem innenleitenden Material oder den
innenleitenden Materialien. Als eine Alternative oder zusätzlich kann
ein Teil des Silbers der zweiten funktionalen Schicht 522 in
die innenleitende Schicht 521 eingetrieben werden mittels
eines entsprechenden Erhitzungsschritts (beispielsweise mittels
eines entsprechenden Temperschritts), indem die Anordnung erhitzt
wird.
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Wie
in 5d gezeigt ist, wird, nachdem Silber-Material
in die innenleitende Schicht 521 zum Bilden einer oberen
Elektrode, im Folgenden auch bezeichnet als zweite Elektrode, diffundiert
worden ist, Material für
die zweite Elektrode in einen vierten Graben 523 gebracht,
welcher gebildet wird zwischen den ersten Elektroden 311 und
der zweiten funktionalen Schicht 522, derart, dass die
jeweiligen vierten Gräben 523 gefüllt und
möglicherweise überfüllt werden
mit dem Material für
die zweite Elektrode.
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Das
Aspektverhältnis
der dritten Gräben 523 beträgt gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung 1:10, beispielsweise 1:5, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung 1:2.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist es optional vorgesehen, vorher vollständig und
ganzflächig
eine zusätzliche
Liner-Schicht auf der zweiten funktionalen Schicht 522 abzuscheiden, wobei
Titan (Ti), Titan-Nitrid (TiN), Tantal (Ta), oder Tantal-Nitrid
(TaN) als eine Liner-Schicht
vorgesehen sein kann, wobei die Liner-Schicht möglicherweise auch als Diffusionsbarriere
dient, beispielsweise in dem Fall, dass Kupfer oder Silber als das
Material 531 für
die zweite Elektrode verwendet wird (siehe Querschnittsansicht 530 in 5d).
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Nunmehr
ist die Speicherzellen-Anordnung 300 fertig gestellt, es
können
jedoch noch die in den 5e und 5f dargestellten
zusätzlichen
Verfahrensschritte in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung
vorgesehen sein.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Teil des Materials der
zweiten Elektrode, das die vierten Gräben 523 überfüllt, und
zusätzlich
ein Teil der innenleitenden Schicht 521 entfernt wird mittels
eines chemisch mechanischen Polier-Prozesses derart, dass die obere Oberfläche der
ersten Elektroden 311 freigelegt wird (siehe Querschnittsansicht 540 in 5e).
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Dann
kann eine dritte dielektrische Schicht 551 ganzflächig auf
der planarisierten Oberfläche
der Schichtenanordnung gemäß 5e abgeschieden werden
(siehe Querschnittsansicht 550 in 5f).
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Wie
in 4 dargestellt ist, sind somit Teile der innenleitenden
Schicht 521 auf den Seitenwänden der ersten Elektroden
bzw. der Liner-Schichten der ersten Elektroden aufgebracht, wobei
die Seitenwände
der ersten Elektroden im Wesentlichen senkrecht, allgemein in einem
Winkel von ungleich 0° (beispielsweise
in einem Winkel α,
für den
gilt 0° < α < 102°) zu der
Hauptprozessierungsoberfläche
des Substrats 305 angeordnet sind, wobei die Hauptprozessierungsoberfläche parallel
zu der oberen Oberfläche
der ersten Elektroden 311 verläuft. Die zweite Elektrode 531 weist
Abschnitte auf, welche zwischen den Seitenflächen der ersten Elektroden
enthalten sind, wobei in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung
es vorgesehen sein kann, dass die zweite Elektrode 531 durch
die dritte Dielektrikumschicht 551 hindurch noch eine leitfähige Verbindung
zu ihrer Ansteuerung aufweist.
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Alternativ
kann die Ansteuerung in einem Peripherie-Gebiet der Speicherzellen-Anordnung 300, welches
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
hier nicht gezeigt ist, vorgesehen sein.
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Durch
Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der zweiten Elektrode 531 und
einer jeweiligen ersten Elektrode 311 wird ein begrenztes
elektrisches Feld erzeugt, in 4 dargestellt
mittels Ellipsen 401.
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Das
erzeugte elektrische Feld bewirkt, wenn die das elektrische Feld
erzeugende elektrische Spannung größer ist als eine Schwellenspannung der
jeweiligen Speicherzelle, das horizontale Ausbilden, anders ausgedrückt das
horizontale Wachsen, eines metallisch leitfähigen Dendriten 402 zwischen der
zweiten Elektrode 531 und der jeweiligen ersten Elektrode 311,
wodurch die elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Speicherzelle,
beispielsweise die Leitfähigkeit
eines elektrischen Bereichs zwischen der ersten Elektrode 311 und
der zweiten Elektrode 531 verändert wird. Dies ermöglicht das
Einspeichern von Information in eine jeweilige Speicherzelle, beispielsweise
als eine binäre
Information, als eine ternäre
Information oder als eine quaternäre Information oder als eine
Information mit einer noch größeren Anzahl
von Bits, abhängig
von der Fähigkeit
des Erfass-Schaltkreises und seiner Erfassungs-Granularität der jeweiligen
Eigenschaft der Speicherzelle mittels Ausbildens der Dendriten zwischen
der zweiten Elektrode 531 und der jeweiligen ersten Elektrode 311.
Die Dendriten 402, auch bezeichnet als horizontale Filamente,
bewirken eine erhebliche Reduktion des elektrischen Widerstandes
der innenleitenden Schicht 521 zwischen der zweiten Elektrode 531 und einer
jeweiligen ersten Elektrode 311. Die Veränderung
des elektrischen Widerstandes wird gemessen und auf diese Weise
wird die in der Speicherzelle gespeicherte Information ausgelesen.
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Anschaulich
wirkt die zweite Elektrode hinsichtlich der benachbarten Speicherzellen,
anders ausgedrückt
der zu einer anzusteuernden ersten Elektrode jeweils örtlich benachbart
angeordneten anderen ersten Elektrode, als Faraday'scher Käfig. Auf
diese Weise ist der aktive Bereich, auf welchen das Bilden der Filamente
wirkt, wesentlich größer als bei
vertikalen Filamenten. Dies ist vorteilhaft im Rahmen der Steuerung
des "An"-Widerstands (repräsentierend
eine erste binäre
Information, d. h. einen ersten logischen Wert "0")
bzw. des "Aus"-Widerstands (repräsentierend
eine zweite binäre
Information, d. h. einen zweiten logischen Wert "1") sowie
die Streuung der jeweiligen Schwellenspannungen zwischen unterschiedlichen
Speicherzellen in einem Speicherzellen-Array. Für eine erste Elektrode mit
einem Durchmesser von 65 nm ergibt sich beispielsweise ein aktiver
Bereich bei herkömmlichen
vertikalen Filamenten von ungefähr
3.200 nm2, wohingegen bei einem Durchmesser
von 65 nm der ersten Elektroden und einer Höhe von ersten Elektroden von
130 nm sich ein aktiver Bereich von 25.000 nm2 ergibt,
womit der aktive Bereich um den Faktor 8 vergrößert wird.
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Anschaulich
ist somit gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, das Material zwischen jeweils zwei einander
benachbarten Elektroden, welche als untere Elektrode an der jeweiligen
Speicherzelle fungiert, zu entfernen, zumindest teilweise zu strukturieren
und in diese Struktur die innenleitende Schicht und das Dotier-Metallmaterial der
zweiten funktionalen Schicht auf die innenleitende Schicht in dieser
Struktur aufzubringen und somit ein Wachstum von Dendriten zu ermöglichen
in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene erfolgt,
welche parallel zu der Hauptprozessierungsfläche der Speicherzellenanordnung
ist.
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Auf
diese Weise wird das Nebensprechen beim Programmieren zweier einander
benachbarter Speicherzellen erheblich reduziert, wodurch die Verlässlichkeit
einer Speicherzelle erhöht
wird und auch unerwünschte
Kriecheffekte der mittels der Dendriten gebildeten leitfähigen Bereiche
reduziert werden. Auch kann die Streuung der Widerstände und Schwellenspannungen
zwischen den einzelnen Speicherzellen in dem gesamten Speicherzellen-Array
erheblich reduziert werden.
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht 600 einer programmierbaren Anordnung
gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
programmierbare Anordnung aus 6 ist ähnlich der
programmierbaren Anordnung 550, die in 5f gezeigt
ist mit dem Unterschied, dass das Material 531 für die zweite
Elektrode teilweise ersetzt wird durch ein anderes elektrisch leitfähiges Material
oder durch ein elektrisch isolierendes Material. Dieses Ersetzen
kann durchgeführt
werden unter Verwendung eines anisotropischen Ätzprozesses (beispielsweise
RIE), gefolgt von einem Damaszener-Prozess zum Abscheiden des Ersetzungs-Materials 601.
In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ein Unterfüllen
des Materials 531 für
die zweite Elektrode vorgesehen sein, gefolgt von einem Füllen und Überfüllen des
isolierenden Materials, welches dann planarisiert werden kann (beispielsweise
mittels eines CMP-Prozesses).
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Wie
in den 7A und 7B dargestellt ist,
können
in einigen Ausführungsbeispielen
Speichereinrichtungen, wie solche, wie sie hier beschrieben worden
sind, in Modulen verwendet werden.
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In 7A ist
ein Speichermodul 700 dargestellt, auf welchem eine oder
mehrere Speichereinrichtungen 704 auf einem Substrat 702 angeordnet sind.
Die Speichereinrichtung 704 kann eine Mehrzahl von Speicherzellen
aufweisen, wobei jede Speicherzelle ein Speicherelement gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet. Das Speichermodul 700 kann ferner
eine oder mehrere elektronische Einrichtungen 706 aufweisen,
welche enthalten können
einen oder mehrere Speicher, einen oder mehre Verarbeitungs-Schaltkreise, einen
oder mehrere Steuer-Schaltkreis, einen oder mehrere Adressierungs-Schaltkreise,
einen oder mehrere Bus-Verbindungs-Schaltkreise, oder einen oder
mehrere andere Schaltkreise oder elektronische Einrichtungen, welche
auf einem Modul mit einer Speichereinrichtung, wie beispielsweise
der Speichereinrichtung 704, kombiniert werden können. Zusätzlich kann
das Speichermodul 700 mehrere elektrische Verbindungen 708 aufweisen,
welche verwendet werden können zum
Verbinden des Speichermoduls 700 mit anderen elektronischen
Komponenten, einschließlich
anderer Module.
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Wie
in 7B dargestellt ist, können in einigen Ausführungsbeispielen
der Erfindung diese Module stapelbar sein, so dass ein Stapel 750 gebildet werden
kann. Beispielsweise kann ein stapelbares Speichermodul 752 eine
oder mehrere Speichereinrichtungen 756 enthalten, welche
auf einem stapelbaren Substrat 754 angeordnet sind. Die
Speichereinrichtung 756 weist Speicherzellen auf, welche Speicherelemente
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwenden. Das stapelbare Speichermodul 752 kann
ferner eine oder mehrer elektronische Einrichtungen 756 enthalten,
welche enthalten können
einen oder mehrere Speicher, einen oder mehrere Verarbeitungs-Schaltkreise,
einen oder mehrere Steuer-Schaltkreise, einen oder mehrere Adressier-Schaltkreise,
einen oder mehrere Bus-Verbindungs-Schaltkreise, oder eine oder mehrere
andere Schaltkreise oder elektronische Einrichtungen, welche kombiniert
werden können
auf einem Modul mit einer Speichereinrichtung, wie beispielsweise
der Speichereinrichtung 756. Elektrische Verbindungen 760 werden
verwendet zum Verbinden des stapelbaren Speichermoduls 752 mit
anderen Modulen in dem Stapel 750, oder mit anderen elektronischen Einrichtungen.
Andere Module in dem Stapel 750 können zusätzliche stapelbare Speichermodule
enthalten, welche gleich sind dem stapelbaren Speichermodul 752,
welches oben beschrieben worden ist, oder von anderen Arten von
stapelbaren Modulen, wie beispielsweise stapelbare Verarbeitungs-Module,
stapelbare Steuer-Module, stapelbare Kommunikations-Module oder
andere Module, welche elektronische Komponenten enthalten.