DE102007045812A1

DE102007045812A1 - Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle, Speicherzelle sowie integrierte Schaltung

Info

Publication number: DE102007045812A1
Application number: DE102007045812A
Authority: DE
Inventors: Igor Dr. Kasko; Michael Dr. Kund
Original assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Infineon Technologies AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: US20090073743A1; DE102007045812B4

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle bereitgestellt, die eine mit metallischem Material dotierte Festkörperelektrolytschicht sowie einer Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektolytschicht angeordnet ist, aufweist. Das Verfahren weist auf: Dotieren einer Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial und Erzeugen einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht vor dem Erzeugen der Elektrodenschicht ausgeführt wird.

Description

Die Speicherdichte von Speichervorrichtungen hat sich in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich gesteigert. Mit zunehmender Speicherdichte werden an die Präzision/Reproduzierbarkeit entsprechender Herstellungsverfahren immer höhere Anforderungen gestellt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, die Reproduzierbarkeit der Verfahren zur Herstellung von Speichervorrichtungen zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß Patentanspruch 1 bereit. Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle gemäß Patentanspruch 13 bereit. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle gemäß Patentanspruch 23 bereitgestellt. Schließlich stellt die Erfindung eine Speicherzelle gemäß Patentanspruch 24 sowie eine integrierte Schaltung gemäß Patentsanspruch 25 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Speicherzelle eine Festkörperelektrolytspeicherzelle/Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtung ist. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die im Folgenden beschriebenen Prinzipien können auch auf andere Typen von Speicherzellen/Speichervorrichtungen angewandt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle bereitgestellt. Die Festkörperelektrolytspeicherzelle beinhaltet eine mit metallischem Material dotierte Festkörperelektrolytschicht und eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht vorgesehen ist. Das Verfahren beinhaltet die Prozesse des Dotierens einer Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Material unter Verwendung eines thermischen Dissolutionsprozesses, und das Ausbilden einer Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht. Das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht wird vor dem Ausbilden der Elektrodenschicht ausgeführt.
Normalerweise wird die Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht ausgebildet, bevor der Dotierprozess ausgeführt wird, da die Elektrodenschicht als Dotiermaterialquelle beim Dotieren der Festkörperelektrolytschicht verwendet wird (der Dotierprozess wird ausgeführt, indem die Elektrodenschicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird, die bewirkt, dass Material aus der Elektrodenschicht heraus in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert). Im Gegensatz hierzu wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Elektrodenschicht ausgebildet, nachdem der Dotierprozess ausgeführt wurde, das heißt die Elektrodenschicht wird nicht als Dotierquelle verwendet. Durch das „Trennen" des Prozesses des Dotierens der Festkörperelektrolytschicht von dem Prozess des Erzeugens der Elektrodenschicht kann der Festkörperelektrolytschicht-Dotierprozess mit erhöhter Genauigkeit ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Prozess des Dotierens der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt, indem wenigstens einmal die folgende Prozesssequenz ausgeführt wird: Abscheiden einer Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial beinhaltet oder aus metallischem Dotiermaterial besteht, auf der Festkörperelektrolytschicht, wobei die Dotierschicht anschließend einem thermischen Dissolutionsprozess unterzogen wird, der bewirkt, dass metallisches Dotiermaterial in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
In dieser Ausführungsform ist es möglich, eine einzelne dicke Dotierschicht (beispielsweise eine Elektrodenschicht, die auch als Dotierquelle von metallischem Material dient) durch mehrere dünne Dotierschichten zu „ersetzen". Ein Effekt einer solchen Ersetzung ist, dass die Konzentration von metallischem Dotiermaterial innerhalb der Festkörperelektrolytschicht mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Dicken der wenigstens einen Dotierschicht und/oder die Parameter des wenigstens einen thermischen Dissolutionsprozesses so gewählt, dass nach jeder Wärmebehandlung eine gleichförmig dotierte Festkörperelektrolytschicht erhalten wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Gesamtmenge metallischen Dotiermaterials, die in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert, eingestellt, indem die Dicken der Dotierschichten und/oder die Parameter der thermischen Dissolutionsprozesse und/oder die Gesamtmenge/Gesamtkonzentration des metallischen Dotiermaterials, das in den Dotierschichten enthalten ist, variiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Wärmebehandlungsprozess ausgeführt, derart, dass das gesamte metallische Dotiermaterial, das in der entsprechenden Dotierschicht enthalten ist, in die Festkörperelektrolytschicht diffundiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Elektrolytschicht Elektrodenmaterial, das das gleiche Material ist wie das metallische Dotiermaterial, wobei der Grad der Konzentration des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht der gleiche oder im Wesentlichen der gleiche ist wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dotierschichten Legierungen auf oder bestehen aus Legierungen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Festkörperelektrolytschicht Chalcogenidmaterial auf oder besteht hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Dicken der Dotierschichten 10 nm bis 15 nm oder weniger.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Wärmebehandlungstemperaturen während der Wärmebehandlungsprozesse 250°C bis 350°C.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Dauern der Wärmebehandlungsprozesse 10 min bis 30 min.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht so ausgeführt, dass die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 30% bis 35% beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration metallischen Dotiermaterials innerhalb der Dotierschichten 60% bis 100%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration metallischen Dotiermaterials innerhalb der Dotierschichten in etwa 80%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dotierschichten Silber (Ag) auf oder bestehen hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dotierschichten AgTa auf oder bestehen hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der Festkörperelektrolytschicht 50 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Summe der Dicken aller Dotierschichten, die zum Dotieren einer Festkörperelektrolytschicht verwendet werden, 30 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle bereitgestellt. Die Festkörperelektrolytspeicherzelle beinhaltet eine dotierte Festkörperelektrolytschicht sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet einen Prozess des Dotierens einer Festkörperelektrolytschicht unter Verwendung eines Photodissolutionsprozesses, und einen Prozess des Erzeugens einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, wobei der Prozess des Dotierens der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, bevor die Elektrodenschicht erzeugt (aufgebracht) wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Prozess des Dotierens der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt, indem wenigstens einmal folgende Prozesse ausgeführt werden: Abscheiden einer Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial enthält oder aus metallischem Dotiermaterial besteht, oberhalb der Festkörperelektrolytschicht; und Ausführen eines Photodissolutionsprozesses, wodurch bewirkt wird, dass metallisches Dotiermaterial in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Dicken der wenigstens einen Dotierschicht und/oder die Parameter des wenigstens einen Photodissolutionsprozesses so gewählt, dass nach jedem Photodissolutionsprozess eine gleichförmig dotierte Festkörperelektrolytschicht erhalten wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Gesamtmenge metallischen Dotiermaterials, die in die Festkörperelektrolytschicht diffundiert, eingestellt, indem die Dicke der Dotierschichten und/oder die Parameter der Photodissolutionsprozesse und/oder die Gesamtmenge/die Gesamtkonzentration des metallischen Dotiermaterials, das in den Dotierschichten enthalten ist, variiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein Photodissolutionsprozess so ausgeführt, dass das gesamte metallische Dotiermaterial, das in den entsprechenden Dotierschichten enthalten ist, in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Elektrode Elektrodenmaterial, das das gleiche Material ist wie das metallische Dotiermaterial, wobei der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht der gleiche bzw. annährend gleiche ist wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dotierschichten Legierungen auf bzw. sie bestehen hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Festkörperelektrolytschichten Chalcogenidmaterial auf oder bestehen hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein Wärmebehandlungsprozess während oder nach dem wenigstens einem Photodissolutuionsprozess ausgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Dicken der Dotierschichten in etwa 10 nm oder weniger.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Photodissolutuionsprozesse ausgeführt unter Verwendung von ungefähr 115 mW/cm² und einer Wellenlänge von 405 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Belichtungszeiten während den Photodissolutuionsprozessen in etwa 20 min.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtbestrahlungsdosis in etwa 140 J/cm².
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht derart ausgeführt, dass die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb des Festkörperelektrolytschichtmaterials 30% bis 35% beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb der Dotierschichten zwischen 60% bis 100%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb der Dotierschichten in etwa 80%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dotierschichten AgTa auf oder bestehen hieraus. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Festkörperelektrolytschicht Chalcogenidmaterial auf oder besteht hieraus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der Festkörperelektrolytschicht 50 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Summe der Dicken der verwendeten Dotierschichten 30 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle bereitgestellt. Die Festkörperelektrolytspeicherzelle weist eine dotierte Festkörperelektrolytschicht und eine Elektrodenschicht, die auf der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist, auf. Das Verfahren beinhaltet den Prozess des Dotierens einer Festkörperelektrolytschicht, und einen Prozess des Erzeugens einer Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, bevor die Elektrodenschicht erzeugt wird.
In Rahmen der Erfindung beinhaltet die Formulierung „Erzeugen einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht" sowohl das Erzeugen der Elektrodenschicht direkt auf der Festkörperelektrolytschicht als auch das Erzeugen einer Verbundsstruktur auf der Festkörperelektrolytschicht, die eine Elektrodenschicht und eine Zwischenschicht, die zwischen der Elektrodenschicht und der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist, aufweist. Weiterhin können mehr als eine Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und der Festkörperelektrolytschicht vorgesehen werden.
Nachdem das Abscheiden der Elektrodenschicht ausgeführt worden ist, kann die Festkörperelektrolytspeicherzelle fertig gestellt werden, indem typische Back-End-Of-Line-Prozesse ausgeführt werden (Abscheiden von mehreren Metallschichten, Isolationsschichten, Passivierungsschichten, etc.).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Festkörperelektrolytspeicherzelle bereitgestellt, die eine Festkörperelektrolytschicht, die mit metallischem Dotiermaterial dotiert ist, und eine Elektrodenschicht, die auf der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist, aufweist. Die Elektrodenschicht beinhaltet Elektrodenmaterial, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial ist (beispielsweise Silber (Ag)). Der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials in der Elektrodenschicht ist derselbe oder annährend derselbe wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der dotierenden Festkörperelektrolytschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine integrierte Schaltung bereitgestellt, die wenigstens eine Speicherzelle aufweist. Die Speicherzelle weist auf: eine Festkörperelektrolytschicht, die mit metallischem Dotiermaterial dotiert ist, und eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht vorgesehen ist. Die Elektrodenschicht weist Elektrodenmaterial auf, das dasselbe Material wie das metallische Dotiermaterial ist. Der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials in der Elektrodenschicht ist derselbe oder annährend derselbe wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der mit metallischem Dotiermaterial dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Speichermodul bereitgestellt, das wenigstens eine integrierte Schaltung aufweist, die wenigstens eine Speicherzelle beinhaltet. Die Speicherzelle weist auf: eine Festkörperelektrolytschicht, die mit metallischem Dotiermaterial dotiert ist, sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht vorgesehen ist. Die Elektrodenschicht weist Elektrodenmaterial auf, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial ist. Der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht ist derselbe oder annährend derselbe wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der mit metallischem Material dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Speichermodul stapelbar.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert.
Es zeigen:
1A eine schematische Querschnittsdarstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle in einem ersten Speicherzustand.
1B eine schematische Querschnittsdarstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle in einem zweiten Speicherzustand.
2A bis 2D Herstellungsstadien eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3A bis 3D Herstellungsstadien eines Verfahrens zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ein Verfahren zum Herstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Verfahren zum Herstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Verfahren zum Herstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7 ein Verfahren zum Herstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8 ein Verfahren zum Herstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9A ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
9B ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Da die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auf programmierbare Metallisierungszellen (PMC's = "programmable metallization cells") wie beispielsweise CBRAM-Vorrichtungen ("conductive bridging random access memory"-Vorrichtungen) anwendbar sind, soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 1a und 1b ein wichtiges Prinzip erläutert werden, das CBRAM-Vorrichtungen zugrundeliegt.
Eine CBRAM-Zelle 100 weist eine erste Elektrode 101, eine zweite Elektrode 102 sowie einen Festkörperelektrolytblock (auch als Ionenleiterblock bekannt) 103, der zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolytblock kann auch von mehreren Speicherzellen gemeinsam benutzt werden (hier nicht gezeigt). Die erste Elektrode 101 kontaktiert eine erste Oberfläche 104 des Festkörperelektrolytblocks 103, die zweite Elektrode 102 kontaktiert eine zweite Oberfläche 105 des Festkörperelektrolytblocks 103. Der Festkörperelektrolytblock 103 ist gegenüber seiner Umgebung durch eine Isolationsstruktur 106 isoliert. Die erste Oberfläche 104 ist üblicherweise die Oberseite, die zweite Oberfläche 105 die Unterseite des Festkörperelektrolytblocks 103. Die erste Elektrode 101 ist üblicherweise die obere Elektrode, die zweite Elektrode 102 die untere Elektrode der CBRAM-Zelle. Eine der ersten und zweiten Elektrode 101, 102 ist eine reaktive Elektrode, die jeweils andere eine inerte Elektrode. Beispielsweise ist die erste Elektrode 101 die reaktive Elektrode, und die zweite Elektrode 102 die inerte Elektrode. In diesem Fall kann die erste Elektrode 101 beispielsweise aus Silber (Ag), der Festkörperelektrolytblock 103 aus Chalkogenid-Material, und die Isolationsstruktur 106 aus SiO₂ oder Si₃N₄ bestehen. Die zweite Elektrode 102 kann alternativ bzw. zusätzlich Nickel (Ni), Platin (Pt), Iridium (Ir), Rhenium (Re), Tantal (Ta), Titan (Ti), Ruthenium (Ru), Molybdän (Mo), Vanadium (V), leitende Oxide, Silizide sowie Nitride der zuvor erwähnten Materialien beinhalten, und kann weiterhin Legierungen der zuvor erwähnten Materialien beinhalten. Die Dicke des Ionenleiterblocks 103 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm betragen. Die Dicke der ersten Elektrode 101 kann beispielsweise 10 nm bis 100 nm betragen. Die Dicke der zweiten Elektrode 102 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm, 15 nm bis 150 nm, oder 25 nm bis 100 nm betragen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind nicht auf die oben erwähnten Materialien und Dicken beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter Chalkogenid-Material (allgemeiner: das Material des Ionenleiterblocks 103) eine Verbindung zu verstehen, die Sauerstoff, Schwefel, Selen, Germanium und/oder Tellur aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist Chalkogenid-Material eine Verbindung aus einem Chalkogenid und zumindest einem Metall der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber. Alternativ enthält das Chalkogenid-Material Germaniumsulfid (GeS_x), Germaniumselenid (GeSe_x), Wolframoxid (WO_x), Kupfersulfid (CuS_x) oder ähnliches. Weiterhin kann das Chalkogenid-Material Metallionen enthalten, wobei die Metallionen ein Metall sein können, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Silber, Kupfer und Zink besteht bzw. aus einer Kombination oder einer Legierung dieser Metalle. Der Ionenleiterblock 103 kann aus Festkörperelektrolytmaterial bestehen.
Wenn eine Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt, wie in 1a angedeutet ist, wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus der ersten Elektrode 101 heraus löst und in den Festkörperelektrolytblock 103 hinein treibt, wo diese zu Silber reduziert werden. Auf diese Art und Weise werden silberhaltige Cluster 108 in dem Festkörperelektrolytblock 103 ausgebildet. Wenn die Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 lange genug abfällt, erhöht sich die Größe und die Anzahl der silberreichen Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 so stark, dass eine leitende Brücke (leitender Pfad) 107 zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 ausgebildet wird. Wenn die in 1b gezeigte Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt (inverse Spannung verglichen zu der in 1a dargestellten Spannung), wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus dem Festkörperelektrolytblock 103 hinaus zur ersten Elektrode 101 treibt, an der diese zu Silber reduziert werden. Damit wird die Größe und die Anzahl silberreicher Cluster 108 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 verringert. Erfolgt dies lange genug, wird die leitende Brücke 107 gelöscht.
Um den momentanen Speicherzustand der CBRAM-Zelle festzustellen, wird ein Messstrom durch die CBRAM-Zelle geleitet. Der Messstrom erfährt einen hohen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle keine leitende Brücke 107 ausgebildet ist, und erfährt einen niedrigen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle eine leitende Brücke 107 ausgebildet ist. Ein hoher Widerstand repräsentiert beispielsweise logisch "0", wohingegen ein niedriger Widerstand logisch "1" repräsentiert, oder umgekehrt. Anstelle eines Messtroms kann auch eine Messpannung zum Einsatz kommen.
In der folgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D ein Verfahren 200 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert.
2A zeigt ein Herstellungsstadium, in dem eine Festkörperelektrolytschicht 201 vorgesehen wurde. Die Festkörperelektrolytschicht 201 kann beispielsweise Chalcogenidmaterial wie Germanuimsulfid (GeS) aufweisen oder daraus bestehen.
2B zeigt ein Herstellungsstadium, in welchem eine Dotierschicht 202 auf der Festkörperelektrolytschicht 201 abgeschieden wurde. Die Dotierschicht 202 weist metallisches Material 203 wie beispielsweise Silber (Ag) oder eine Legierung, die das metallische Dotiermaterial 203 beinhaltet, auf oder besteht hieraus. Nachdem die Dotierschicht 202 auf der Festkörperelektrolytschicht 201 abgeschieden worden ist, wird die Dotierschicht 202 einem thermischen Dissolutionsprozess unterzogen (Wärmebehandlungsprozess), der bewirkt, dass metallisches Dotiermaterial 203 in die Festkörperelektrolytschicht 201 diffundiert, wie in dem in 2C dargestellten Herstellungsstadium gezeigt ist. Hier wird angenommen, dass die Dotierschicht 202 aus metallischem Dotiermaterial 203 besteht, und dass die Dicke der Dotierschicht 202 sehr dünn ist. Daher diffundiert das gesamte Dotiermaterial 203 in die Festkörperelektrolytschicht 202, das heißt die Dotierschicht 202 „verschwindet". Auf diese Art und Weise wird die Festkörperelektrolytschicht 201 mit dem metallischen Dotiermaterial 203 dotiert.
In dem in 2D gezeigten Herstellungsstadium wird eine Elektrodenschicht 204 auf der dotierten Festkörperelektrolytschicht 201 abgeschieden. Hier weist die Elektrodenschicht 204 Elektrodenmaterial 205 auf, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial 203 (beispielsweise Silber) ist, oder besteht hieraus. Die Konzentration des Elektrodenmaterials 205 innerhalb der Elektrodenschicht 204 kann dieselbe Konzentration wie die Konzentration des metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Dotierschicht 202 aufweisen. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass hohe Temperaturen, die in nachfolgenden Prozessschritten der Festkörperelektrolytspeicherzelle (Back-End-Of-Line-Prozess) auftreten, das Konzentrationsprofil des metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 201 nicht beeinflussen. Die Dicke der Dotierschicht 202 und/oder die Dicke der Festkörperelektrolytschicht 201 und/oder die Konzentration des metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Dotierschicht 202 und/oder die Dauer und die Temperatur des thermischen Dissolutionsprozesses können so gewählt sein, dass ein gleichförmiges Konzentrationsprofil metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 201 erhalten wird.
Die in 2B und 2C gezeigten Herstellungsstadien können wiederholt werden, das heißt mehrere Dotierschichten 202 können abgeschieden werden, wobei nach jedem Abscheideprozess ein Wärmebehandlungsprozess (thermischer Dissolutionsprozess) ausgeführt wird. Auf diese Art und Weise erhöht jeder Wärmebehandlungsprozess den Konzentrationsgrad metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 201. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Konzentrationsgrad metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 201 sehr genau auf bestimmte Werte einzustellen. Ein Effekt dieser Herstellungsstrategie ist, dass die Dicke der Dotierschichten 202 sehr gering gehalten werden kann. Damit können Probleme vermieden werden, die im Zusammenhang mit sehr dicken Dotierschichten auftreten (nicht gleichförmige Konzentrationsprofile des metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Dotierschicht 202).
In der folgenden Beschreibung soll unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D ein Verfahren 200' zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.
3A zeigt ein Herstellungsstadium, in welchem eine Dotierschicht 202 auf der Festkörperelektrolytschicht 201 ausgebildet wurde. Die Dotierschicht 202 weist metallisches Dotiermaterial 203 wie Silber (Ag) oder eine Legierung, die das metallische Dotiermaterial 203 beinhaltet, auf oder besteht hieraus.
Nachdem die Dotierschicht 202 auf der Festkörperelektrolytschicht 201 abgeschieden wurde, wird die Dotierschicht 202 einen Photodissolutionsprozess (und optional wenigstens einen Wärmebehandlungsprozess) unterzogen, der bewirkt, dass metallisches Dotiermaterial 203 in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert, wie in dem in 3C angedeuteten Herstellungsstadium gezeigt ist. Hier wird angenommen, dass die Dotierschicht 202 aus metallischem Dotiermaterial 203 besteht, und dass die Dicke der Dotierschicht 202 sehr dünn ist. Als Folge hiervon diffundiert das gesamte metallische Dotiermaterial 203 in die Festkörperelektrolytschicht 202, das heißt die Dotierschicht 202 „verschwindet". Auf diese Art und Weise wird die Festkörperelektrolytschicht 201 mit dem metallischen Dotiermaterial 203 dotiert.
In dem in 3D gezeigten Herstellungsstadium wird eine Elektrodenschicht 204 auf der dotierten Festkörperelektrolytschicht 201 abgeschieden. Hier weist die Elektrodenschicht 204 Elektrodenmaterial 205 auf, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial 203 (beispielsweise Silber) ist, oder besteht hieraus. Die Konzentration des Elektrodenmaterials 205 in der Elektrodenschicht 204 kann die gleiche Konzentration sein wie die Konzentration des metallischen Dotiermaterials 203 in der Dotierschicht 202. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass hohe Temperaturen, die in nachfolgenden Behandlungsprozessen der Festkörperelektrolytspeicherzelle auftreten (Back-End-Of-Line-Prozess), das Konzentrationsprofil des metallischen Dotiermaterials 203 in der Festkörperelektrolytschicht 201 nicht beeinflussen.
Die Dicke der Dotierschicht 202 und/oder die Dicke der Festkörperelektrolytschicht 201 und/oder die Konzentration des metallischen Dotiermaterials 203 in der Dotierschicht 202 und/oder die Dauer und Stärke des thermischen Dissolutionsprozesses können hinzu gewählt werden, dass ein gleichförmiges Konzentrationsprofil metallischen Dotiermaterials 203 in der Festkörperelektrolytschicht 201 erhalten wird.
Die in 3B und 3C gezeigten Herstellungsstadien können wiederholt werden, das heißt mehrere Dotierschichten 202 können abgeschieden werden, wobei nach jedem Abscheideprozess ein Photodissolutionsprozess (und optional ein Wärmebehandlungsprozess) ausgeführt wird. Somit erhöht jeder Photodissolutionsprozess den Konzentrationsgrad metallischen Dotiermaterials 203 in der Festkörperelektrolytschicht 201. Damit ist es möglich, den Konzentrationsgrad metallischen Dotiermaterials 203 innerhalb der Festkörperelektrolytschicht 201 sehr genau auf bestimmte Werte einzustellen. Ein Effekt dieser Herstellungsstrategie ist, dass die Dicke der Dotierschichten 202 sehr gering gehalten werden kann. Somit können Probleme vermieden werden, die im Zusammenhang mit dünnen Dotierschichten (nicht gleichförmige Konzentrationsprofile von metallischem Dotiermaterial 203 in der Dotierschicht 202) auftreten.
4 zeigt ein Verfahren 300 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess 301 wird eine Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial dotiert. In einem zweiten Prozess 302 wird eine Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht abgeschieden.
5 zeigt ein Verfahren 400 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess 401 wird eine Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial dotiert unter Verwendung eines Photodissolutionsprozesses. In einem zweiten Prozess 402 wird eine Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht abgeschieden.
6 zeigt ein Verfahren 500 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren beinhaltet einen ersten Prozess 501 des Dotierens einer Festkörperelektrolytschicht unter Verwendung eines thermischen Dissolutionsprozesses, und einen zweiten Prozess 502 des Vorsehens einer Elektrodenschicht auf der Festkörperelektrolytschicht.
7 zeigt ein Verfahren 600 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das die folgenden Prozesse beinhaltet: In einem ersten Prozess 601 wird eine Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial aufweist oder daraus besteht, auf einer Festkörperelektrolytschicht abgeschieden. In einem zweiten Prozess 602 wird bewirkt, dass das metallische Dotiermaterial in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert, indem die Dotierschicht einem Photodissolutionsprozess unterzogen wird. In einem dritten Prozess 603 wird festgestellt, ob die Dotierkonzentration der Festkörperelektrolytschicht bereits einem bestimmten Konzentrationszielwert entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird der Dotierprozess beendet. Ansonsten wird in einem vierten Prozess 604 eine Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial enthält oder daraus besteht, auf der Festkörperelektrolytschicht abgeschieden. Dann kehrt das Verfahren zum zweiten Prozess 602 zurück. Die zweiten bis vierten Prozesse 602 bis 604 werden solange ausgeführt, bis die Dotierkonzentration der Festkörperelektrolytschicht mit dem Dotierkonzentrationszielwert übereinstimmt.
8 zeigt ein Verfahren 700 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das die folgenden Prozesse beinhaltet: In einem ersten Prozess 701 wird eine Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial aufweist oder daraus besteht, auf einer Festkörperelektrolytschicht abgeschieden. In einem zweiten Prozess 702 wird das metallische Dotiermaterial dazu veranlasst, in die Festkörperelektrolytschicht zu diffundieren, indem die Dotierschicht einen thermischen Dissolutionsprozess unterzogen wird. In einem dritten Prozess 703 wird festgestellt, ob die Dotierkonzentration der Festkörperelektrolytschicht bereits einen bestimmten Dotierkonzentrationszielwert aufweist. Wenn dies der Fall ist, wird der Dotierprozess beendet. Ansonsten wird in einem vierten Prozess 704 eine Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial aufweist oder daraus besteht, auf der Festkörperelektrolytschicht abgeschieden. Dann kehrt das Verfahren zum zweiten Prozess 702 zurück. Die zweiten bis vierten Prozesse 702 bis 704 werden solange ausgeführt, bis die Dotierkonzentration der Festkörperelektrolytschicht den Dotierkonzentrationszielwert erreicht hat.
Wie in 9A und 9B gezeigt ist, können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Speicherzellen/integrierten Schaltungen in Modulen zum Einsatz kommen. In 9A ist ein Speichermodul 900 gezeigt, das ein oder meherere Speicherzellen/integrierte Schaltungen 904 aufweist, die auf einem Substrat 902 angeordnet sind. Das Speichermodul 900 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 906 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, die mit Speichervorrichtung(en) eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise den Speicherzellen/integrierten Schaltungen 904. Weiterhin kann das Speichermodul 900 eine Mehrzahl elektrischer Verbindungen 908 aufweisen, die eingesetzt werden können, um das Speichermodul 900 mit anderen elektronischen Komponenten, beispielsweise anderen Modulen, zu verbinden.
Wie in 9B gezeigt ist, können diese Module stapelbar ausgestaltet sein, um einen Stapel 950 auszubilden. Beispielsweise kann ein stapelbares Speichermodul 952 ein oder mehrere Speicherzellen/integrierte Schaltungen 956 enthalten, die auf einem stapelbaren Substrat 954 angeordnet sind. Das stapelbare Speichermodul 952 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 958 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, und die mit Speichervorrichtungen eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise mit den Speicherzellen/integrierten Schaltungen 956. Elektrische Verbindungen 960 werden dazu benutzt, um das stapelbare Speichermodul 952 mit anderen Modulen innerhalb des Stapels 950 zu verbinden. Andere Module des Stapels 950 können zusätzliche stapelbare Speichermodule sein, die dem oben beschriebenen stapelbaren Speichermodul 952 ähneln, oder andere Typen stapelbarer Module sein, beispielsweise stapelbare Verarbeitungsmodule, Kommunikationsmodule, oder Module, die elektronische Komponenten enthalten.
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, den Dotierprozess einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung besser zu steuern (das heißt den Dotiergrad und das Dotierprofil eines CBRAM-Stapels mit Silber (Ag) zu steuern). Des Weiteren wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die thermische Stabilität der Festkörperelektrolytspeichervorrichtung (beispielsweise ein CBRAM-Stapel) verbessert.
Es gibt zwei Haupt-Herangehensweisen für Silberdissolution in Chalcogenidmaterialien: Silber-Photodissolution und Silber-Thermodissolution. Silber-Photodissolution hat, verglichen mit Silber-Thermodissolution, den Vorteil, dass eine bessere Mikrostruktur erhalten wird, da die Ausbildung großer silberreicher Cluster sowie deren Kristallisierung verhindert werden kann.
Jedoch weist das Silber-Photodissolutionsverfahren mehrere Beschränkungen auf:

– die Silberdicke muss aufgrund der Lichtabsorption eingestellt werden,
– das Dotieren dickerer Chalcogenidschichten ist beschränkt aufgrund von Silberdickenbeschränkungen,
– es ist schwierig, das Ausmaß des Dotierens zu steuern,
– die Silberdissolution von einer Silberelektrode, die sich in Kontakt mit dem Chalcogenidmaterial befindet, kann sich während nachfolgender Herstellungsschritte fortsetzen (thermischer Stress, das Beaufschlagen mit einem Plasma, usw.), was in einer Modifizierung (oder sogar in einer Verschlechterung) der CBRAM-Zelleneigenschaften resultiert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein CBRAM-Stapel-Herstellungsverfahren in zwei Hauptprozesse unterteilt: a) das Dotieren von Chalcogenid, und b) das Herstellen der Ag-Elektrode.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Dotieren von Chalcogenid mittels einer Ag-Photodissolution ausgeführt, die als ein Vielschrittprozess realisiert ist, der aus einer Sequenz von Ag-Abscheidung und Photodissolution besteht. Die Ag-Dicke sowie die Photodissolutionparameter werden so eingestellt, dass eine vollständige und gleichförmige Ag-Dissolution in dem Chalcogenidfilm erzielt wird. Das schrittweise Dotieren verbessert die Dotiergleichförmigkeit und verhindert das Ausbilden von Ag-Extrusionen. Die finale Ag-Konzentration kann durch die Gesamtmenge abgeschiedenen Silbers leicht gesteuert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden anstelle von reinen Ag-Abscheidungen Ag- Legierungen verwendet, um eine bessere Filmmorphologie während des Filmabscheideprozesses zu erzielen. Die Effektivität des Photodissolutionsprozesses kann auch durch die Kombination mit thermischem Behandeln während oder nach der Photodissolution verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zum Herstellen der Ag-Elektrode eine Ag-Legierung verwendet, die eine Ag-Konzentration nahe der Ag-Konzentration des dotierten Chalcogenidmaterials aufweist. Dieselbe Konzentration von Ag in beiden Materialien verhindert das Ausbilden eines Ag-Konzentrationsgradienten und verhindert damit auch die Diffusion von Ag von der Ag-Elektrode zu dem Ag-dotierten Chalcogenid während den nachfolgenden Prozessschritten.
Dieser Effekt trägt dazu bei, die thermische Stabilität der CBRAM-Zelle zu verbessern.
Effekte von Ausführungsformen der Erfindung sind:

– es ist möglich, die Ag-Konzentration in dem Chalcogenidmaterial besser zu steuern,
– es ist möglich, das Chalcogenidmaterial gleichförmig zu dotieren,
– es ist möglich, die Chalcogenidfilme für verbesserte Funktionalität zu dotieren (Ag-Menge ist nicht begrenzt durch optisch transparente Ag-Filmerfordernisse wie in anderen Verfahren),
– eine verbesserte thermische Stabilität der Zelle kann erhalten werden durch das Herstellen der Topelektrode mit einer bestimmten Ag-Konzentration.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Dotierprozesse und die Elektrodenherstellprozesse voneinander getrennt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Vielschrittdotierprozess von Chalcogenid ausgeführt ((sehr) dünne Ag-Filmabscheidung/Photodissolution für vollständige Ag-Dissolution).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein thermisch unterstütztes Ag-Dissolutionsverfahren (während oder nach den Photodissolutionsschritten) ausgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Elektrode hergestellt mit einer Ag-Konzentration, die nahe der Ag-Konzentration im Chalcogenid liegt.
Das thermische Dotieren von Chalcogenidmaterial in dem CBRAM-Stapel kann gesteuert werden durch das Design des Mehrschichtstapels (Ag- oder Ag-Legierungs-Elektrode in Kontakt mit Chalcogenid), und durch die Wärmebehandlungsbedingungen des Mehrschichtstapels. Die Ag-enthaltende Elektrodenschicht wird als Ag-Quelle für das Dotieren von Chalcogenid verwendet, und als Elektrode zum Bereitstellen der CBRAM-Zellenfunktionalität. Nachteile dieser Herangehensweise sind:

– das Dotieren von Chalcogenid erfolgt mittels der nicht begrenzten Ag-Quelle (d. h. es ist schwierig, die maximale Ag-Konzentration zu steuern; deshalb kann ein hoher Ag-Konzentrationsgradient in einer lokalen Übersaturierung und Kristallisierung resultieren);
– der Ag-Dissolutionsprozess kann während eines nachfolgenden Prozessierens des Wafer weiterhin auftreten, was in einer Modifizierung (oder sogar Verschlechterung) der CBRAM-Zelleneigenschaften resultiert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden diese Nachteile umgangen, indem die Herstellung des CBRAM-Stapels in zwei Hauptschritte zerlegt wird: a) das Dotieren von Chalcogenid, und b) die Herstellung einer Ag-Elektrode:

a) Das Dotieren von Chalcogenid wird ausgeführt unter Verwendung einer thermischen Ag-Dissolution, die als Mehrschrittprozess realisiert ist, der eine Sequenz von Ag-Abscheidung und thermischem Erwärmen aufweist. Die Ag-Dicke und das Wärmebehandeln werden so eingestellt, dass eine vollständige und einheitliche Ag-Dissolution in dem Chalcogenidfilm erzielt wird. Das schrittweise Dotieren verbessert die Dotier-Gleichförmigkeit und verhindert die Bildung von Ag-Extrusionen. Die endgültige Ag-Konzentration kann leicht gesteuert werden durch die Gesamtmenge von abgeschiedenem Ag. Anstelle von reinen Ag-Abscheidungen können Ag-Legierungen verwendet werden, um eine bessere Filmmorphologie während des Filmabscheideprozesses zu erzielen.
b) Um die Ag-Elektrode herzustellen, wird eine Ag-Legierung verwendet, die eine Ag-Konzentration nahe der Ag-Konzentration des Chalcogenidmaterials aufweist. Dieselbe Konzentration von Silber in weiten Materialien verhindert das Ausbilden eines Ag-Konzentrationsgradienten und verhindert auch die Ag-Diffusion von der Elektrode zum Chalcogenidmaterial während nachfolgender Prozessschritte. Dieser Effekt verbessert die thermische Stabilität der CBRAM-Zelle.

Die vorangehenden Ausführungsformen wurden in Kontext von Elektroden beschrieben, die Silber und Silber-enthaltendes Chalcogenid aufweisen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Materialien/Elemente beschränkt; beliebige geeignete Materialien können verwendet werden, um die gleichen Effekte hervorzurufen.
Im Rahmen der Erfindung beinhalten die Begriffe „verbunden" und „gekoppelt" sowohl direktes als auch indirektes Verbinden und Koppeln.

100: CBRAM-Zelle
101: erste Elektrode
102: zweite Elektrode
103: Festkörperelektrolytblock
104: erste Oberfläche
105: zweite Oberfläche
106: Isolationsstruktur
107: leitender Pfad
108: Cluster
201: Festkörperelektrolytschicht
202: Dotierschicht
203: Dotiermaterial
204: Elektrodenschicht
205: Elektrodenmaterial
900: Speichermodul
902: Substrat
904: Speicherzelle/Integrierte Schaltung
906: elektronische Vorrichtung
908: elektrische Verbindung
950: Stapel
952: Speichermodul
954: stapelbares Substrat
956: Speicherzelle/Integrierte Schaltung
958: elektronische Vorrichtung
960: elektrische Verbindung

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle, mit den folgenden Prozessen: – Dotieren einer Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial unter Verwendung eines thermischen Dissolutionsprozesses, und – Abscheiden einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht vor der Erzeugung der Elektrodenschicht ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, indem zumindest einmal die folgende Sequenz von Prozessen ausgeführt wird: – Abscheiden einer Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial aufweist oder daraus besteht, oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, – Beaufschlagen der Dotierschicht mit einem thermischen Dissolutionsprozess, wodurch bewirkt wird, dass metallisches Dotiermaterial in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Dicken der Dotierschichten und die Parameter der thermischen Dissolutionsprozesse so gewählt werden, dass nach jedem Wärmebehandlungsprozess eine gleichförmig mit metallischem Material dotierte Festkörperelektrolytschicht erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Gesamtmenge metallischen Dotiermaterials, das in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert, eingestellt wird durch Variieren der Dicken der Dotierschichten, der Parameter der thermischen Dissolutionsprozesse, und der Gesamtmenge metallischen Dotiermaterials, das in den Dotierschichten enthalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei wenigstens ein Wärmebehandlungsprozess ausgeführt wird, derart, dass das gesamte metallische Dotiermaterial, das in den entsprechenden Dotierschichten enthalten ist, in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Dicken der Dotierschichten 10 nm bis 15 nm betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Wärmebehandlungstemperatur während den Wärmebehandlungsprozessen zwischen 250°C und 350°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Dauern der Wärmebehandlungsprozesse zwischen 10 min bis 30 min betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht so ausgeführt wird, dass die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb des Festkörperelektrolytschichtmaterials 30% bis 35% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Konzentration des metallischen Dotiermaterials in den Dotierschichten zwischen 60% und 100% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Konzentration des metallischen Dotiermaterials innerhalb der Dotierschichten in etwa 80% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Elektrodenschicht Elektrodenmaterial aufweist, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial ist, wobei der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht derselbe oder annähernd derselbe ist wie der Konzentrationsgrad des metallische Dotiermaterials innerhalb der dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle, mit den folgenden Prozessen: – Dotieren der Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial unter Verwendung eines Photodissolutionsprozesses, und – Erzeugen einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, bevor die Elektrodenschicht erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, indem zumindest einmal die folgende Prozesssequenz ausgeführt wird: – Abscheiden einer Dotierschicht, die metallisches Dotiermaterial aufweist oder daraus besteht, oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, – Ausführen eines Photodissolutionsprozess, derart, dass metallisches Dotiermaterial in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Dicken der Dotierschichten und die Parameter der Photodissolutionsprozesse so gewählt sind, dass nach jedem Photodissolutionsprozess eine gleichförmig mit metallischem Material dotierte Festkörperelektrolytschicht erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Gesamtmenge an metallischem Dotiermaterial, das in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert, eingestellt wird, indem die Dicken der Dotierschichten, die Parameter der Photodissolutionsprozesse sowie die Gesamtmenge an metallischem Dotiermaterial, das in den Dotierschichten enthalten ist, variiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 16, wobei wenigstens ein Photodissolutionsprozess ausgeführt wird, derart, dass das gesamte metallische Dotiermaterial, das in den entsprechenden Dotierschichten enthalten ist, in die Festkörperelektrolytschicht hinein diffundiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 17, wobei die Elektrode Elektrodenmaterial aufweist, das das gleiche Material wie das Dotiermaterial ist, wobei der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht der gleiche oder annährend der gleiche ist wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der mit metallischem Material dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 18, wobei die Dotierschichten Legierungen aufweisen oder hieraus bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 19, wobei die Festkörperelektrolytschichten Chalcogenidmaterial aufweisen oder daraus bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 20, wobei wenigstens ein Wärmebehandlungsprozess während oder nach wenigstens einem Photodissolutuionsprozess ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 21, wobei die Dicken der Dotierschichten ungefähr 10 nm betragen.
Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle, die eine mit metallischem Material dotierte Festkörperelektrolytschicht sowie eine oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnete Elektrodenschicht aufweist, wobei das Verfahren aufweist: – Dotieren einer Festkörperelektrolytschicht mit metallischem Dotiermaterial, und – Erzeugen einer Elektrodenschicht oberhalb der Festkörperelektrolytschicht, wobei das Dotieren der Festkörperelektrolytschicht ausgeführt wird, bevor die Elektrodenschicht ausgebildet wird.
Speicherzelle, mit: – einer Festkörperelektrolytschicht, die mit metallischem Material dotiert ist, und – einer Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist, wobei die Elektrodenschicht Elektrodenmaterial aufweist, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial ist, – wobei der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht der gleiche oder annährend der gleiche ist wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der mit metallischem Material dotierten Festkörperelektrolytschicht.
Integrierte Schaltung mit wenigstens einer Speicherzelle, wobei die Speicherzelle aufweist: – eine Festkörperelektrolytschicht, die mit metallischem Dotiermaterial dotiert ist, und – eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet ist, wobei die Elektrodenschicht Elektrodenmaterial aufweist, das das gleiche Material wie das metallische Dotiermaterial ist, – wobei der Konzentrationsgrad des Elektrodenmaterials innerhalb der Elektrodenschicht derselbe oder annährend derselbe ist wie der Konzentrationsgrad des metallischen Dotiermaterials innerhalb der mit metallischem Material dotierten Festkörperelektrolytschicht.