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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung.
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Integrierte
Schaltungen, die resistive Speicherzellen („Widerstandsänderungsspeicherzellen") aufweisen, sind
bekannt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, ein Speichervorrichtungs-Herstellungsverfahren
anzugeben, mit dem integrierte Schaltungen hoher Qualität und hoher
Reproduzierbarkeit hergestellt werden können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe stellt die Erfindung Herstellungsverfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und
20 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen beziehungsweise Weiterbildungen
des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
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Der
Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung angenommen,
dass die Speichervorrichtung eine Festkörperelektrolytspeichervorrichtung,
und dass die Widerstandsänderungsschicht eine
Festkörperelektrolytschicht
ist. Jedoch sind die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch anwendbar
auf andere Speichervorrichtungstypen, beispielsweise magneto-resistive
Speichervorrichtungen, die andere Widerstandsänderungsschichttypen benutzen,
beispielsweise magneto-resistive Widerstandsänderungsschichten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten
Schaltung, die eine Speichervorrichtung aufweist, bereitgestellt.
Das Verfahren weist auf: Ausbilden einer Maskenschichtstruktur oberhalb
einer Verbundschichtstruktur, die eine Widerstandsänderungsschicht
sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Widerstandsänderungsschicht
angeordnet ist, aufweist; teilweises Strukturieren der Maskenschichtstruktur
unter Verwendung einer ersten Substanz; Beenden des Strukturierens
der Maskenschichtstruktur, bevor die Oberseite der Elektrodenschicht
freigelegt wird; und zumindest teilweises Freilegen der Oberseite
der Elektrodenschicht unter Verwendung einer zweiten Substanz, wobei
die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch nicht
reagiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten
Schaltung bereitgestellt, die eine Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
aufweist. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Prozesse: anordnen
einer Maskenschicht auf einer Verbundstruktur, die eine Festkörperelektrolytschicht
sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht
angeordnet ist, aufweist; strukturieren der Maskenschicht bis zu
einem ersten vertikalen Niveau unter Verwendung einer ersten Substanz,
wobei das erste vertikale Niveau oberhalb des vertikalen Niveaus
der Oberseite der Elektrodenschicht liegt; umstrukturieren der Maskenschicht
bis zu wenigstens dem vertikalen Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht
(zweites vertikales Niveau) unter Verwendung einer zweiten Substanz,
wobei die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch nicht
reagiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung reagiert die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial
nicht in dem Sinne, dass keine Cluster aus Elektrodenschichtmaterial
und zweiter Substanz ausgebildet werden.
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Im
Rahmen der Erfindung kann der Ausdruck „Maskenschichtstruktur" beispielsweise eine
einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten bedeuten. Die
einzelne Schicht oder die Mehrzahl von Schichten können beispielsweise
Hartmaskenschichten oder Fotolack-Mehrschichtsysteme sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Prozesse:
Bereitstellen einer Maskenschicht auf einer Verbundstruktur, die
eine Festkörperelektrolytschicht und
eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet
ist, aufweist; Strukturieren der Maskenschicht bis zu einem ersten vertikalen
Niveau unter Verwendung einer ersten Substanz, wobei das erste vertikale
Niveau oberhalb des vertikalen Niveaus der Oberseite der Elektrodenschicht
liegt; Umstrukturieren der Maskenschicht bis wenigstens zum vertikalen
Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht (zweites vertikales Niveau)
unter Verwendung einer zweiten Substanz, wobei die zweite Substanz
mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch nicht reagiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Ausdruck "wobei
die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch nicht
reagiert" so zu
verstehen, dass keine neue chemische Substanz ausgebildet wird,
wenn die zweite Substanz in Kontakt mit dem Elektrodenschichtmaterial kommt.
Damit bilden die zweite Substanz und das Elektrodenschichtmaterial
keine Cluster aus zweiter Substanz und Elektrodenschichtmaterial
aus, wenn diese in Kontakt miteinander kommen. Alternativ kann der
Ausdruck dahingehend verstanden werden, dass eine neue chemische
Substanz ausgebildet wird, die jedoch keine Cluster ausbildet und
damit die Glattheit der Oberfläche
der Elektrodenschicht nicht beeinträchtigt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet die erste Substanz ein Fluorplasmagas und/oder
ein Chlorplasmagas oder besteht aus einem dieser Gase oder einer
Kombination dieser Gase. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf
beschränkt;
jedes andere geeignete Material (beispielsweise andere chemisch
reaktive Plasmen können auch
verwendet werden).
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet die zweite Substanz ein Edelgasplasma oder
besteht hieraus. Beispielsweise beinhaltet die zweite Substanz ein
Argonplasmagas oder ein Heliumplasmagas oder besteht aus einem dieser
Gase.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Elektrodenschicht Silber auf oder besteht
aus Silber. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; jedes
andere geeignete Material, wie beispielsweise Silberflorid (AgF)
oder Silberchlorid (AgCl) kann auch verwendet werden (diese Materialien
sind beispielsweise geeignet, wenn die erste Substanz ein Chlorplasma
ist). Allgemein sollte das Material der Elektrodenschicht ein Material
sein, das leitendes Material bereitstellt, das in den Elektrolyten wandern
und unter dem Einfluss einer Spannung, die an die Elektroden angelegt
wird, einen leitenden Pfad im Elektrolyten ausbilden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Festkörperelektrolytschicht
Germaniumsulfid auf oder besteht aus Germaniumsulfid. Jedoch ist
die Erfindung nicht hierauf beschränkt; jedes andere geeignete
Material kann benutzt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Maskenschicht eine Metallschicht (allgemeiner:
leitende Schicht) und eine dielektrische Schicht, die oberhalb der
Metallschicht angeordnet ist, auf. Die Maskenschicht kann auch mehr
als zwei Schichten aufweisen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Metallschicht Titaniumnitrid und/oder Tantalnitrid
auf oder besteht aus Titaniumnitrid und/oder Tantalnitrid. Jedoch
ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; jedes andere geeignete
Material ist ebenso verwendbar.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Abstand zwischen dem ersten vertikalen Niveau und dem vertikalen
Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht 40 Prozent (allgemeiner:
bewegt sich zwischen 17% und 50%) des Abstands zwischen dem vertikalen
Niveau der Oberseite der Metallschicht und dem vertikalen Niveau
der Oberseite der Elektrodenschicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Abstand zwischen dem ersten vertikalen Niveau und dem vertikalen
Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht 10 nm.
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Allgemeiner
liegt gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung der Abstand zwischen dem ersten vertikalen Niveau
und dem vertikalen Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht zwischen
10 nm und 30 nm.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Festkörperelektrolytschicht
strukturiert unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht und
der zweiten Substanz. Auf diese Art und Weise muss keine dritte
Substanz verwendet werden. Die Materialien der Festkörperelektrolytschicht
und der zweiten Substanz können
so gewählt
werden, dass diese chemisch nicht miteinander reagieren.
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In
dieser Ausführungsform
sollte das Material der Festkörperelektrolytschicht
so gewählt
sein, dass es mit der zweiten Substanz chemisch nicht reagiert.
Die vorangehend erläuterten
Ausführungsformen
der Festkörperelektrolytspeichervorrichtung können unter
Einsatz bekannter Techniken wie der Abscheidung von Metallschichten,
Isolationsschichten, Kapselungsschichten, Passivierungsschichten, Wärmebehandlungen
und dergleichen fertig gestellt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Strukturieren einer Verbundstruktur
bereitgestellt, die eine Festkörperelektrolytschicht
sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht
angeordnet ist, aufweist. Das Verfahren weist auf: Anordnen einer Maskenschicht
auf der Verbundstruktur; Bereitstellen einer Lackschicht (Fotolack)
auf der Maskenschicht; Strukturieren der Lackschicht unter Verwendung
eines Lithographieprozesses (Belichtungsprozesses); Strukturieren
der Maskenschicht unter Verwendung der strukturierten Lackschicht;
und Strukturieren der Verbundstruktur unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht.
Das Strukturieren der Maskenschicht weist auf: Strukturieren der
Maskenschicht bis auf ein erstes vertikales Niveau unter Verwendung
einer ersten Substanz, wobei das erste vertikale Niveau oberhalb
des vertikalen Niveaus der Oberseite der Elektrodenschicht liegt,
und Strukturieren der Maskenschicht bis auf eine zweites vertikales
Niveau, das bei oder unterhalb des vertikalen Niveaus der Unterseite
der Elektrodenschicht liegt, unter Verwendung einer zweiten Substanz,
wobei die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch
nicht reagiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Speichervorrichtung
bereitgestellt, das die folgenden Prozesse aufweist: Ausbilden einer Maskenschichtstruktur
oberhalb einer Verbundschichtstruktur, die eine Festkörperelektrolytschicht
sowie eine Elektrodenschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet
ist, aufweist; teilweises Strukturieren der Maskenschichtstruktur
unter Verwendung der ersten Substanz; Stoppen des Strukturierens
der Maskenschichtstruktur, bevor die Oberseite der Elektrodenschicht
freigelegt wird; zumindest teilweises Freilegen der Oberseite der
Elektrodenschicht unter Verwendung einer zweiten Substanz, wobei
die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial chemisch nicht
reagiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Substanz ein Plasmagas.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Substanz ein Edelgasplasma.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die erste Substanz ein Fluorplasmagas.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die zweite Substanz ein Plasmagas.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die zweite Substanz ein Edelplasmagas.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die zweite Substanz ein Argonplasmagas.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Elektrodenschicht Metall auf oder besteht
aus Metall.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Elektrodenschicht Silber auf oder besteht
aus Silber.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Festkörperelektrolytschicht
Chalcogenid auf oder besteht aus Chalcogenid.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Festkörperelektrolytschicht
Germaniumsulfid auf oder besteht aus Germaniumsulfid.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Maskenschichtstruktur mehr als zwei Schichten
auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Maskenschichtstruktur eine Metallschicht
und eine und dielektrische Schicht, die oberhalb der Metallschicht
angeordnet ist, auf.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Metallschicht Titannitrid oder Tantalnitrid
auf, beziehungsweise besteht aus Titannitrid oder Tantalnitrid.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung bewegt sich die Dicke der verbleibenden Maskenschichtstruktur
nach dem Beenden des Strukturierens der Maskenschichtstruktur (mit
der ersten Substanz) zwischen 17% und 40% der Dicke der Metallschicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beträgt
die Dicke der verbleibenden Maskenschichtstruktur, nachdem das Strukturieren
der Maskenschichtstruktur (mit der ersten Substanz) beendet wurde,
mindestens 10 nm.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Festkörperelektrolytschicht
strukturiert unter Verwendung der strukturierten Maskenschichtstruktur
und der zweiten Substanz.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung reagiert die zweite Substanz chemisch nicht mit dem
Festkörperelektrolytschichtmaterial.
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Alle
vorangehend beschriebenen Ausführungsformen
können
auf analoge Art und Weise auf die folgende Ausführungsform angewandt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Strukturieren einer Verbundstruktur
bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen einer Maskenschichtstruktur
auf einer Verbundstruktur, die eine Festkörperelektrolytschicht und eine
Elektrolytschicht, die oberhalb der Festkörperelektrolytschicht angeordnet
ist, aufweist; Anordnen einer Maskenschicht auf der Maskenschichtstruktur;
Strukturieren der Maskenschicht unter Verwendung eines Belichtungsprozesses;
Strukturieren der Maskenschichtstruktur unter Verwendung der strukturierten
Maskenschicht; Strukturieren der Verbundstruktur unter Verwendung
der strukturierten Maskenschichtstruktur, wobei das Strukturieren
der Maskenschichtstruktur die folgenden Prozesse aufweist: teilweise
Strukturieren der Maskenschichtstruktur unter Verwendung einer ersten
Substanz; Beenden des Strukturierens der Maskenschichtstruktur,
bevor die Oberseite der Elektrodenschicht freigelegt wird; zumindest
teilweises Freilegen der Oberseite der Elektrodenschicht unter Verwendung
einer zweiten Substanz, wobei die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial
chemisch nicht reagiert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in
beispielsweiser Ausführungsform
näher erläutert. Es
zeigen:
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1A eine
schematische Darstellung einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
in einem ersten Speicherzustand;
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1B eine
schematische Querschnittsdarstellung einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
in einem zweiten Speicherzustand;
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2A bis 2B schematische
Querschnittsdarstellungen von Prozessstadien eines Verfahrens zum
Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung;
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3A eine
Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum
Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3B eine
Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zum
Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung;
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4A bis 4C schematische
Querschnittsdarstellungen von Prozessstadien eines Verfahrens zum
Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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5A bis 5D schematische
Querschnittsdarstellungen von Prozessstadien eines Verfahrens zum
Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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6 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen
einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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7 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen
einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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In
den Figuren können
identische beziehungsweise einander entsprechende Bereiche, Bauteile
oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sein.
Des Weiteren ist zu erwähnen,
dass die Darstellungen in den Figuren nicht maßstabsgetreu zu sein brauchen.
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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.
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Eine
CBRAM-Zelle 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.
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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 (GeSx),
Germaniumselenid (GeSex), Wolframoxid (WOx), Kupfersulfid (CuSx)
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.
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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.
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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.
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2A und 2B zeigen
ein Verfahren 200 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung.
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In
einem ersten Prozess (2A) wird eine Verbundstruktur 201 bereitgestellt,
die eine inerte Elektrodenschicht 202, eine Festkörperelektrolytschicht 203 sowie
ein reaktive Elektrodenschicht 204 aufweist. Die reaktive
Elektrodenschicht 204 ist mit einer Maskenschicht 205 bedeckt.
Die inerte Elektrodenschicht kann beispielsweise Wolfram (W) aufweisen
oder daraus bestehen, die Festkörperelektrolytschicht 203 kann
beispielsweise silberdotiertes Chalcogenidmaterial aufweisen oder
daraus bestehen, und die reaktive Elektrodenschicht 204 kann
beispielsweise Silber (Ag) aufweisen oder daraus bestehen. Die Maskenschicht
kann beispielsweise eine Maske sein, die eine Metallschicht sowie
eine dielektrische Schicht, die auf der Metallschicht angeordnet ist,
aufweist. Die Metallschicht kann beispielsweise eine TaN-Schicht
sowie eine TiN-Schicht, die auf der TaN-Schicht angeordnet ist,
aufweisen, wobei die Dicke der TaN-Schicht beispielsweise 10 nm
betragen kann, und die Dicke der TiN-Schicht beispielsweise 50 nm
betragen kann.
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In
einem zweiten Prozess (2B) wird die Maskenschicht 205 strukturiert
("geöffnet"), das heißt bis zum
vertikalen Niveau der Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 heruntergeätzt unter
Verwendung einer ersten Substanz, beispielsweise eines Fluorplasmagases,
wodurch ein Maskenöffnungsgebiet 206 erzeugt
wird. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird die Fotolackschicht (nicht gezeigt), die zu Beginn
die Maskenschicht 205 bedeckt, strukturiert, um das Maskenöffnungsgebiet 206 zu
definieren. Dann wird die Verbundstruktur 201 strukturiert
unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 205 und
einer zweiten Substanz, beispielsweise einem Argonplasmagas.
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Wenn
jedoch ein Fluorplasmagas verwendet wird, um die reaktive Elektrodenschicht 204 bis
zu einer reaktiven Elektrodenschicht 204, die Silber enthält, herunterzuätzen, wird
das Fluor mit dem Silber der reaktiven Elektrodenschicht chemisch
reagieren. Auf diese Art und Weise werden unerwünschte Silber-Fluor-Cluster auf der Oberseite
der reaktiven Elektrodenschicht 204 ausgebildet. Die Silber-Fluor-Cluster
zerstören
die Glattheit der Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 und
beeinflussen damit die elektrischen Eigenschaften der herzustellenden
Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
(die Reproduzierbarkeit verschlechtert sich).
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Diese
Situation ist in 3B gezeigt. Auf der Oberseite 301 einer
reaktiven Elektrodenschicht 204, die durch den Strukturierungsprozess
der Hartmaske 205 freigelegt wurde, wie in 2A und 2B gezeigt
ist (Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 innerhalb
des Maskenöffnungsgebiets 206),
sind Fluor-Silber-Cluster 203 entstanden, die die Glattheit beziehungsweise
Gleichförmigkeit
der Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 zerstören.
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4A bis 4C zeigen
ein Verfahren 400 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die die oben erwähnten
Probleme vermeidet.
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In
einem ersten Prozess (4A) wird eine Verbundstruktur 201 mit
einer inerten Elektrodenschicht 202, einer Festkörperelektrolytschicht 203, sowie
einer reaktiven Elektrodenschicht 204, die in dieser Reihenfolge übereinandergestapelt
sind, bereitgestellt. Die Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 wird
von einer Maskenschicht 205 bedeckt. Hier wird angenommen,
dass die Festkörperelektrolytschicht 203 eine
silberdotierte Chalcogenidmaterialschicht ist, und die reaktive
Elektrodenschicht 204 Silber beinhaltet.
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In
einem zweiten Prozess (4B) wird die Maskenschicht 205 bis
zu einem ersten vertikalen Niveau 401 strukturiert unter
Verwendung einer ersten Substanz, wobei das erste vertikale Niveau 401 oberhalb
eines vertikalen Niveaus 402 der Oberseite der reaktiven
Elektrodenschicht liegt. Dies kann beispielsweise erreicht werden
unter Verwendung einer strukturierten Fotolackschicht, kann jedoch
auch auf anderem Wege erreicht werden. Auf diese Art und Weise wird
ein Maskenöffnungsgebiet 206 erzeugt. Die
erste Substanz, die zur Strukturierung der Maskenschicht 205 hinab
zum ersten vertikalen Niveau 401 verwendet wird, kann eine
beliebige Substanz sein. Insbesondere ist es möglich, eine Substanz zu verwenden,
die mit Silber reagiert, da die erste Substanz nicht in Kontakt
mit Silber der reaktiven Elektrodenschicht 204 kommt (das
erste vertikale Niveau 401 liegt oberhalb des vertikalen
Niveaus 402 der Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204).
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In
einem dritten Prozesse (4C) wird
die Hartmaske weiter heruntergeätzt
bis wenigstens zum vertikalen Niveau 402 der Oberseite
der reaktiven Elektrodenschicht 204 unter Verwendung einer
zweiten Substanz, die mit dem Silber innerhalb der reaktiven Elektrodenschicht 204 chemisch
nicht reagiert (allgemeiner gesagt: die mit keinem Material, das
innerhalb der reaktiven Elektrodenschicht 204 enthalten
ist, chemisch reagiert). Allgemeiner: Die zweite Substanz reagiert
chemisch nicht mit dem Silber (oder einem entsprechenden anderen
Material), das in der reaktiven Elektrodenschicht 204 enthalten
ist, in dem Sinne, dass keine Cluster aus Elektrodenschichtmaterial
und zweiter Substanz ausgebildet werden.
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Auf
diese Art und Weise ist es möglich,
zum Strukturieren der Maskenschicht 205 eine Substanz zu
verwenden (beispielsweise ein Fluorplasmagas), das mit Material,
das in der reaktiven Elektrodenschicht enthalten ist, chemisch reagieren
würde,
wobei jedoch gleichzeitig das Ausbilden unerwünschter Cluster auf der Oberseite
der reaktiven Elektrodenschicht 204 vermieden werden kann.
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Wie
bereits vorangehend angedeutet wurde, kann die erste Substanz ein
Fluorplasma sein, wobei die zweite Substanz ein Edelgasplasma sein
kann, beispielsweise ein Argonplasmagas. Der Abstand D zwischen
den ersten vertikalen Niveau 401 und dem zweiten vertikalen
Niveau 402 kann beispielsweise 10 nm oder weniger betragen.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beträgt
das Minimum von D 10 nm, und das Maximum von D 30 nm.
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Nachdem
die Maskenschicht 205 wie oben beschrieben geöffnet wurde,
kann die Verbundstruktur 201 strukturiert werden unter
Verwendung der geöffneten
Maskenschicht 205 als Strukturierungsmaske. Das Strukturieren
der Verbundstruktur 201 kann ausgeführt werden unter Verwendung
der zweiten Substanz oder unter zumindest teilweiser Verwendung
einer weiteren Substanz. Beispielsweise kann, um die reaktive Elektrodenschicht 204 zu
strukturieren, die zweite Substanz verwendet werden. Dann kann,
um die Festkörperelektrolytschicht 203 zu strukturieren,
eine dritte Substanz verwendet werden, die mit den Materialen der
Festkörperelektrolytschicht
nicht reagiert. Auf diese Art und Weise kann jede Substanz auf die
chemischen Eigenschaften der jeweiligen Schicht oder Schichten,
die durch die Substanz strukturiert wird/werden, "zugeschnitten" werden. Damit kann das
Ausbilden von Clustern auf der Oberseite der strukturierten Schichten
der Verbundstruktur 201 vermieden werden.
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5A bis 5D zeigen
eine Verfahren 500 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die als detaillierte Ausführungsform des in 4A bis 4C gezeigten
Verfahrens 400 interpretiert werden kann.
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In
einem ersten Prozess (5A) wird eine Verbundstruktur 201 bereitgestellt,
die eine inerte Elektrodenschicht 202, eine Festkörperelektrolytschicht 203 sowie
eine reaktive Elektrodenschicht 204, die in dieser Reihenfolge
aufeinandergestapelt sind, aufweist. Die inerte Elektrodenschicht 202,
die Festkörperelektrolytschicht 203 und
die reaktive Elektrodenschicht 204 können beispielsweise aus den
gleichen Materialien wie den in 4A bis 4C gezeigten
Materialien bestehen. Die Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 ist
mit einer Maskenschicht 205 bedeckt, die eine Metallschicht 501 (zum
Beispiel eine Tantalnitridschicht (TaN) oder eine Titaniumnitridschicht
(TiN)) und eine dielektrische Schicht 502, die oberhalb
der Metallschicht 501 angeordnet ist, aufweist. Auf der
Maskenschicht 205 ist eine Lackschicht (z. B. eine Fotolackschicht) 503 angeordnet.
Die Metallschicht (allgemeiner: leitende Schicht) 501 kann
beispielsweise eine TaN-Schicht sowie eine TiN-Schicht, die auf
der TaN-Schicht angeordnet ist, beinhalten, wobei die Dicke der TaN-Schicht
zum Beispiel 10 nm betragen kann und die Dicke TiN-Schicht beispielsweise
50 nm betragen kann. Die dielektrische Schicht 502 kann
beispielsweise eine Oxidschicht sein (die beispielsweise SiO2 beinhaltet oder daraus besteht). Die dielektrische Schicht 502 kann
beispielsweise eine Dicke von 80 nm aufweisen.
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In
einem zweiten Prozess (5B) wird die Lackschicht 503 strukturiert
unter Verwendung eines Lithographieprozesses (Belichtung), wodurch
ein Maskenöffnungsgebiet 206 ausgebildet
wird.
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In
einem dritten Prozess (5C) wird die Maskenschicht 205 (Hartmaske)
hinab bis zu einem ersten vertikalen Niveau 401 strukturiert,
das oberhalb des vertikalen Niveaus 402 der Oberseite der
reaktiven Elektrodenschicht 204 liegt. Dieser Strukturierprozess
wird unter Verwendung einer ersten Substanz, beispielsweise einem
Fluorplasmagas, ausgeführt.
Unter der Annahme, dass die Metallschicht 501 eine TaN-Schicht
sowie eine TiN-Schicht, die auf der TaN-Schicht angeordnet ist,
aufweist, die Dicke der TaN-Schicht 10 nm beträgt, und die Dicke der TiN-Schicht
50 nm beträgt,
wird gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zumindest die gesamte TaN-Schicht auf der Elektrodenschicht 204 verbleiben,
nachdem der Strukturierprozess ausgeführt worden ist, wobei die maximale
Dicke der TiN-Schicht nach Ausführen
des Strukturierprozesses 20 nm beträgt.
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In
einem vierten Prozess (5D) wird die Maskenschicht 205 hinab
auf ein zweites vertikales Niveau strukturiert, das bei oder unterhalb
des vertikalen Niveaus 402 der Oberseite der reaktiven
Elektrodenschicht 204 liegt, wobei das Strukturieren unter Verwenden
einer zweiten Substanz erfolgt, die mit dem Material der reaktiven
Elektrodenschicht 204 chemisch nicht reagiert. Beispielsweise
ist die zweite Substanz ein Argonplasmagas.
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Nachdem
die Maskenschicht 205 wie oben beschrieben geöffnet wurde,
kann die Verbundstruktur 201 strukturiert werden unter
Verwendung der Maskenschicht 205 als Strukturierungsmaske.
Das Strukturieren der Verbundstruktur 201 kann beispielsweise ausgeführt werden
unter Verwendung der zweiten Substanz. Bevor dies getan wird, kann die
Lackschicht 503 entfernt werden ("gestrippt" werden). Im Allgemeinen kann die Lackschicht 503 nach dem
dritten Prozess (5C) oder nach dem vierten Prozess
(5D) entfernt werden.
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3A zeigt
das Prozessstadium eines Verfahrens des Herstellens einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung, die beispielsweise den Prozessstadien entspricht, die
in den 4B und 5C gezeigt sind:
wie 3A entnommen werden kann, sind auf der Oberseite 301 der
reaktiven Elektrodenschicht 204 innerhalb des Maskenöffnungsgebiets 206 bislang
keine Cluster ausgebildet worden.
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Der
Abstand D zwischen dem ersten vertikalen Niveau 401 und
dem vertikalen Niveau 402 der Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 kann beispielsweise
mindestens 40 Prozent des Abstands D' zwischen dem vertikalen Niveau 403 der
Oberseite der Metallschicht 501 und dem vertikalen Niveau 401 der
Oberseite der reaktiven Elektrodenschicht 204 betragen.
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6 zeigt
ein Verfahren 600 zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. In einem ersten Prozess P1 wird eine Maskenschicht
auf einer Verbundstruktur angeordnet, die eine Festkörperelektrolytschicht
sowie eine Elektrodenschicht, die auf der Festkörperelektrolytschicht angeordnet
ist, aufweist. In einem zweiten Prozess P2 wird die Maskenschicht
hinab bis zu einem ersten vertikalen Niveau strukturiert unter Verwendung
einer ersten Substanz, wobei das erste vertikale Niveau oberhalb
des vertikalen Niveaus der Oberseite der Elektrodenschicht liegt.
In einem dritten Prozess P3 wird die Maskenschicht zumindest hinab
bis zu einem zweiten vertikalen Niveau strukturiert, das dass vertikale
Niveau der Oberseite der Elektrodenschicht ist, wobei das Strukturieren
unter Verwendung einer zweiten Substanz erfolgt. Die zweite Substanz
reagiert chemisch nicht mit dem Elektrodenschichtmaterial.
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7 zeigt
ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeichervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Im ersten Prozess S1 wird eine Maskenschicht auf
einer Verbundstruktur angeordnet. In einem zweiten Prozess S2 wird
eine Lackschicht auf der Maskenschicht vorgesehen. In einem dritten
Prozess S3 wird die Lackschicht unter Verwendung eines Belichtungsverfahrens
strukturiert. In einem vierten Prozess S4 wird die Maskenschicht
hinab bis zu einem ersten vertikalen Niveau strukturiert unter Verwendung
der strukturierten Lackschicht und einer ersten Substanz, wobei das
erste vertikale Niveau oberhalb des vertikalen Niveaus der Oberseite
der Elektrodenschicht liegt. In einem fünften Prozess S5 wird die Maskenschicht
hinab bis zu wenigstens einem zweiten vertikalen Niveau strukturiert,
das bei oder unterhalb des vertikalen Niveaus der Oberseite der
Elektrodenschicht liegt, unter Verwendung der strukturierten Lackschicht
und einer zweiten Substanz, wobei die zweite Substanz mit dem Elektrodenschichtmaterial
chemisch nicht reagiert. In einem sechsten Prozess S6 wird die Verbundstruktur
unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht strukturiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Speichervorrichtungen
hoher Qualität
und hoher Reproduzierbarkeit bereitgestellt.
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In
der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte beispielhafter
Ausführungsformen
der Erfindung erläutert
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird CBRAM-Chalcogenid
strukturiert, wobei die Migration von Silber vermieden wird, indem
eine Interaktion zwischen Silber und reaktiver Chemie vermieden
wird.
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Das
Design von CBRAM-Übergängen kann Mittels
PL-Ätzen
erzeugt werden. Das PL-Ätzen
kann ausgeführt
werden unter Verwendung eines Plasmaätzprozesses mit doppelter Hartmaske
(Dielektrische Schicht und Metallschicht).
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird eine Reaktion von Silber mit Plasmafluorchemie,
die zum Öffnen
der Hartmaske verwendet wird, vermieden.
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Die
doppelte Hartmaske kann geätzt
werden unter Verwendung einer Lackmaske, wobei die gesamte Hartmaske
(dielektrische Schicht und Metallschicht) unter Verwendung von Fluorchemie
geätzt wird,
das heißt
der Ätzprozess
wird auf der Silberschicht gestoppt. Nachdem die auf der Hartmaske angeordnete
Lackschicht "gestrippt" worden ist, wird die
dielektrische Hartmaske zum Strukturieren von Silber basierendem
Chalcogenid unter Verwendung von Argonchemie verwendet. Unter Verwendung
dieser Prozesssequenz wird eine chemische Reaktion zwischen dem
Silber am Ende des Hartmaskenöffnungsprozesses
und der Fluorchemie beobachtet. Um die Silberschicht (Elektrodenschicht)
ohne Korrosionseffekte zu ätzen,
kann Argonplasmachemie zum Einsatz kommen. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wird das öffnen
der Hartmaske früher
gestoppt, gerade vor dem öffnen
der Silberschicht, und das Ätzen
der verbleibenden Metallhartmaskenschicht mit Argonplasma, beispielsweise
Silber- und Germaniumsulfidstrukturierung, wird auf einen Zeitpunkt
nach dem Strippen der Lackschicht verschoben.
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Wie
deutlich geworden ist, käme
die Silberschicht in direkten Kontakt mit dem Fluorplasmagas, wenn
das Fluorplasma dazu verwendet werden würde, den gesamten Hartmaskenstapel
zu ätzen,
und wenn der Ätzprozess
in der Silberschicht gestoppt werden würde. Deshalb würden Ag-F-Cluster überall auf
der freiliegenden Oberseite des Wafers aufwachsen. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird jedoch der Kontakt zwischen dem Silbermaterial und
dem Fluorplasmagas vermieden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der Schritt des Öffnens der Hartmaske nur teilweise
ausgeführt:
eine dünne
Resthartmaske verbleibt auf der Oberseite der Silberschicht während des
Hartmaskenöffnungsprozesses.
Die Lackschicht wird entfernt; das Ätzen der Resthartmaske wird während des
CB-Stapel-Strukturierungsprozesses (mit
derselben Nicht-Korrosionschemie)
verzögert. Die
verbleibende Hartmaske wird in einem eigenen Prozess geöffnet (mit
Argonplasma). Unter Bezugnahme auf 5B bedeutet
der Ausdruck "CB-Stapel" den Stapel, der
durch die Schichten 203 und 204 ausgebildet wird.
Der Ausdruck "PL-Stapel" bedeutet den Stapel,
der durch die Schichten 203, 204, 205 und 503 ausgebildet
ist.
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Während des Ätzprozesses
der Hartmaske ermöglicht
eine bestimmte Wellenlänge
("pink trace") die Möglichkeit,
zu prüfen,
ob das Silber während
des Hartmaskenöffnungsprozesses
in Kontakt mit der Fluorchemie ist oder nicht. Die teilweise Hartmaskenöffnung ermöglicht es,
alle Defekte aufgrund der Reaktion von Silber auf dem geöffneten
Gebiet zu unterdrücken
(3A).
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Im
Rahmen der Erfindung bedeutet „verbinden" und „Koppeln" sowohl direktes
als auch indirektes Verbinden und Koppeln.
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- 100
- CBRAM-Zelle
- 101
- erste
Elektrode
- 102
- zweite
Elektrode
- 103
- Festkörperelektrolytblock
- 104
- erste
Oberfläche
- 105
- zweite
Oberfläche
- 106
- Isolationsstruktur
- 107
- Leitungsbrücke
- 200
- Verfahren
- 201
- Verbundstruktur
- 202
- inerte
Elektrodenschicht
- 203
- Festkörperelektrolyt
- 204
- reaktive
Elektrodenschicht
- 205
- Maskenschicht
- 206
- Maskenöffnungsgebiet
- 301
- Oberseite
- 302
- Cluster
- 400
- Verfahren
- 401
- erstes
vertikales Niveau
- 402
- zweites
vertikales Niveau
- D,
D'
- Abstand
- 500
- Verfahren
- 501
- Metallschicht
- 502
- Dielektrische
Schicht
- 503
- Lackschicht
- 600
- Verfahren