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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind auf dem Gebiet von integrierten Schaltungsstrukturen und insbesondere einer selbstausgerichteten, eingebetteten Phasenänderungs-Speicherzelle.
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HINTERGRUND
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In den letzten Jahrzehnten war die Skalierung von Merkmalen bei integrierten Schaltungen eine Antriebskraft hinter einer ständig wachsenden Halbleiterindustrie. Das Skalieren auf immer kleinere Merkmale ermöglicht erhöhte Dichten von funktionalen Einheiten auf der begrenzten Grundfläche von Halbleiterchips. Zum Beispiel ermöglicht eine schrumpfende Transistorgröße die Einbringung einer erhöhten Anzahl von Speicherbauelementen auf einem Chip, was die Herstellung von Produkten mit erhöhter Kapazität ermöglicht. Das Streben nach immer höherer Kapazität ist jedoch nicht ohne Grund. Die Notwendigkeit, die Performance jedes Bauelements zu optimieren, wird immer wichtiger.
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Eingebettete SRAM und DRAM haben Probleme mit der Nichtflüchtigkeit und weichen Fehlerraten, während eingebettete FLASH-Speicher zusätzliche Maskierungsschichten oder Verarbeitungsschritte während der Herstellung erfordern, für die Programmierung eine hohe Spannung benötigen und Probleme mit der Ausdauer und Zuverlässigkeit haben. Nichtflüchtige Speicher, die auf Widerstandsänderungen basieren, bekannt als RRAM/ReRAM, arbeiten typischerweise bei Spannungen von mehr als IV, erfordern typischerweise einen Hochspannungs-Formungsschritt (>1V), um ein Filament zu bilden, und weisen typischerweise hohe Widerstandswerte auf, die die Lese-Performance begrenzen. Für nichtflüchtige eingebettete Niederspannungsanwendungen können Betriebsspannungen von weniger als IV und kompatibel mit CMOS-Logikprozessen wünschenswert oder vorteilhaft sein
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Eine Variabilität herkömmlicher und bekannter Herstellungsprozesse auf dem Stand der Technik kann die Möglichkeit einschränken, solche Prozesse künftig z.B. in den 10-nm- oder Sub-10-nm-Bereich auszudehnen. Folglich kann die Herstellung der funktionalen Komponenten, die für Knoten zukünftiger Technologie benötigt werden, die Einführung von neuen Methoden oder die Integration neuer Techniken in aktuelle Herstellungsprozesse oder anstelle von aktuellen Herstellungsprozessen erfordern.
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Daher sind noch erhebliche Verbesserungen im Bereich der Herstellung und des Betriebs nichtflüchtiger Vorrichtungen erforderlich.
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Figurenliste
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- Als erstes Beispiel zeigt 1 eine gewinkelte dreidimensionale Ansicht eines PCM, implementiert als ein Kreuzpunkt-Speicherarray, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist ein Diagramm einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle, die in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen hergestellt wurde.
- 3A-3H sind Querschnittsdiagramme, die einen Prozess zur Herstellung einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle gemäß Ausführungsbeispielen veranschaulichen.
- 4A-4B zeigen eine gewinkelte dreidimensionale Ansicht, die den Herstellungsprozess nach der Bildung der unteren Elektrodenfinnen zeigt.
- 5A und 5B sind Draufsichten eines Wafers und von Dies, die einen oder mehrere eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen mit einem Zweischicht-Selektor gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen.
- 6 stellt ein Blockdiagramm eines elektronischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar.
- 7 ist eine Querschnitt-Seitenansicht einer Integrierte-Schaltung- (IC-) Bauelementanordnung, die einen oder mehrere eingebettete, nicht-flüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichtetem PCM-Speicher umfassen kann, gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen.
- 8 stellt eine Rechenvorrichtung gemäß einer Implementierung der Offenbarung dar.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Eine selbstausgerichtete, eingebettete Phasenänderungs-Speicherzelle wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details ausgeführt, wie beispielsweise spezifische Material- und Struktursysteme, um ein tiefgreifendes Verständnis von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Merkmale, wie etwa einfache oder duale Damascene-Verarbeitung, nicht detailliert beschrieben, um die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele visuelle Darstellungen sind, und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. In einigen Fällen werden verschiedene Operationen wiederum als mehrere diskrete Operationen beschrieben, in einer Weise, die für das Verständnis der vorliegenden Offenbarung am hilfreichsten ist, jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen zwingend von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass diese Operationen in der Reihenfolge der Präsentation ausgeführt werden.
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Eine bestimmte Terminologie kann auch in der nachfolgenden Beschreibung zum Zweck der Referenz verwendet werden und soll nicht einschränkend sein. Zum Beispiel beziehen sich Ausdrücke wie „obere“, „untere“ und „über“, „unter“, „unten“ und „oben“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Ausdrücke wie beispielsweise „vorne“, „hinten“, „Rück-“ und „Seiten-“ beschreiben die Ausrichtung und/oder die Position von Abschnitten der Komponente innerhalb eines konsistenten aber beliebigen Bezugsrahmens, der Bezug nehmend auf den Text und die zugeordneten Zeichnungen deutlich gemacht wird, die die erörterte Komponente beschreiben. Eine solche Terminologie kann die Wörter umfassen, die vorangehend spezifisch erwähnt wurden, Ableitungen davon und Wörter ähnlicher Bedeutung.
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Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können sich auf eine Front-End-of-Line (FEOL) Halbleiter-Verarbeitung und -Strukturen beziehen. FEOL ist der erste Abschnitt der Herstellung einer integrierten Schaltung (IC; integrated circuit), wo die individuellen Bauelemente (z.B. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, etc.) in dem Halbleitersubstrat oder der -Schicht strukturiert werden. FEOL deckt im Allgemeinen alles ab bis zu (aber nicht einschließlich) der Abscheidung von Metall-(Zwischen-)Verbindungsschichten. Nach der letzten FEOL-Operation ist das Ergebnis üblicherweise ein Wafer mit isolierten Transistoren (z.B. ohne jegliche Drähte).
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Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können sich auf eine Back-End-of-Line (BEOL) Halbleiter-Verarbeitung und -Strukturen beziehen. BEOL ist der zweite Abschnitt einer IC-Herstellung, wo die individuellen Bauelemente (z.B. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, etc.) mit einer Verdrahtung auf dem Wafer verbunden werden, z.B. der Metallisierungs-Schicht oder - Schichten. BEOL umfasst Kontakte, Isolierschichten (Dielektrika), Metallebenen und Bond-Positionen für Chip-zu-Package-Verbindungen. Bei dem BEOL-Teil der Herstellungsstufe werden Kontakte (Anschlussflächen), (Zwischen)-Verbindungsdrähte (interconnect wires), Vias und dielektrische Strukturen gebildet. Für moderne IC-Prozesse können bei dem BEOL mehr als zehn Metallschichten hinzugefügt werden.
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Nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiele können an FEOL-Verarbeitung und -Strukturen, BEOL-Verarbeitung und -Strukturen, oder sowohl FEOL- als auch BEOL-Verarbeitung und - Strukturen anwendbar sein. Genauer gesagt, obwohl ein exemplarisches Verarbeitungsschema dargestellt sein kann, das ein FEOL-Verarbeitungsszenario verwendet, können solche Ansätze auch an eine BEOL-Verarbeitung anwendbar sein. Auf ähnliche Weise, obwohl ein exemplarisches Verarbeitungsschema dargestellt sein kann, das ein BEOL-Verarbeitungsszenario verwendet, können solche Ansätze auch an eine FEOL-Verarbeitung anwendbar sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung richten sich ein oder mehrere Ausführungsbeispiele auf das Bauen eines selbstausgerichteten, eingebetteten Phasenänderungsspeichers (PCM; phase change memory). Eine Metallbitleitung kann verwendet werden, um eine selbstausgerichtete Phasenänderungs-Speicherzelle zu erzeugen, in der obere und untere Elektroden ohne große Bedenken wegen lithografischer Fehlausrichtung gebildet werden. Solche Ausführungsbeispiele können Anwendungen für einen oder mehrere von Kreuzpunkt-Speicher, eingebettetem Speicher, Speicher und Speicherarrays finden.
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Um einen Kontext zu schaffen, sind nichtflüchtige Speicherbauelemente, wie z.B. ein Magnettunnelübergang- (MTJ-; MTJ = magnetic tunnel junction) Speicherbauelement oder ein Resistiver-Direktzugriffsspeicher- (RRAM; resistive random access memory) Bauelement von einem Phänomen der Widerstandsschaltung zur Speicherung von Informationen abhängig. Ein nichtflüchtiges Speicherbauelement fungiert als variabler Widerstand, wobei der Widerstandswert des Bauelements zwischen einem Hoher-Widerstandswert-Zustand und einem Niedriger-Widerstandswert-Zustand schalten kann. Ein nichtflüchtiges Speicherbauelement kann mit einem Selektorelement gekoppelt werden, um eine Speicherzelle zu bilden. Der Selektor kann ein flüchtiges Schaltelement sein, das in Reihe mit dem nichtflüchtigen Speicherbauelement geschaltet wird. Eine große Sammlung solcher Speicherzellen bildet eine Schlüsselkomponente des nichtflüchtigen eingebetteten Speichers.
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Der Phasenänderungsspeicher (auch bekannt als PCM, PCME, PRAM, PCRAM, OUM (ovonischer einheitlicher Speicher) und C-RAM oder CRAM (Chalkogenid-RAM)) ist eine Art nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher. PCM nutzt den großen Widerstandskontrast zwischen kristallinen (geringer Widerstand) und amorphen (hoher Widerstand) Phasen des Phasenänderungsmaterials, um ein oder mehrere Bits in einer einzigen Zelle zu halten.
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Als erstes Beispiel zeigt 1 eine gewinkelte dreidimensionale Ansicht eines PCM, implementiert als Kreuzpunkt-Speicherarray, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Bezugnehmend auf 1 umfasst eine integrierte Schaltungsstruktur 100 eine erste Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 104 entlang einer ersten Richtung über einem Substrat. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 104 eine Mehrzahl von Bitleitungen. Eine Mehrzahl von PCM-Speicherzellen 106 befindet sich auf einzelnen einen der ersten Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 104. Einzelne der Mehrzahl von PCM-Speicherzellen 106 umfassen eine untere Elektrode (oder ein Selektorelement) 108, die mit einem oberen Speicherelement 110 gekoppelt ist. Eine zweite Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 102 befindet sich auf der Mehrzahl der unteren Elektrode 108. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 102 eine Mehrzahl von Wortleitungen. Die zweite Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 102 ist entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung. Bei einem Ausführungsbeispiel haben einzelne aus der Mehrzahl der Speicherelemente 106 eine Länge entlang der ersten Richtung, die ungefähr einer Länge entlang der zweiten Richtung entspricht, wie dargestellt wird.
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Typischerweise wird die PCM-Speicherzelle 106 hergestellt durch diskretes Strukturieren der Mehrzahl der Speicherelemente 110 und der unteren Elektroden 108 vor der ersten Mehrzahl von leitfähigen Leitungen 104 (z.B. Bitleitungen). Das heißt, es wird Elektrodenmaterial abgeschieden und geätzt, gefolgt vom Abscheiden und Ätzen des Speichermaterials, um eine PCM-Speicherzelle 106 zu bilden. Schließlich wird die Bitleitung über die PCM-Speicherzellen 106 strukturiert. Obwohl dieser Prozess bestimmungsgemäß funktioniert, kann der Prozess auch zu einer Fehlausrichtung zwischen den unteren Elektroden 110 und den Speicherelementen 106 führen.
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In Übereinstimmung mit den hier offenbarten Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zur Herstellung eines selbstausgerichteten, eingebetteten Phasenänderungsspeichers (PCM) bereitgestellt. 2 ist ein Diagramm einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle 200, die in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen hergestellt wurde.
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Gemäß dem offenbarten Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung 200 eine untere Elektrode 208, eine leitfähige Leitung 204 über der unteren Elektrode 208 und ein PCM-Speicherelement 210, das zwischen die untere Elektrode 208 und die leitfähige Leitung 204 gekoppelt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das PCM-Speicherelement 210 eine Phasenänderungsmaterialschicht, die selbstausgerichtet mit der leitfähigen Leitung 204 (z.B. Bitleitung) ist und im Wesentlichen die gleiche Form und Abmessungen wie die leitfähige Leitung 204 aufweist. Dementsprechend umfassen das PCM-Speicherelement 210 und die untere Elektrode 208 eine selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzelle 206. Darüber hinaus kann die PCM-Schicht entlang der ersten Richtung im Wesentlichen die gleiche Länge wie die leitfähige Leitung 204 haben und kann daher mit einer oder mehreren benachbarten PCM-Speicherzellen 206 gemeinschaftlich verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die untere Elektrode 208 statt einer zylindrischen Form eine dünne rechteckige Form haben, die als eine Finne oder eine Platte bezeichnet wird. Bei dem gezeigten Beispiel ist die erste Richtung der leitfähigen Leitung 204 in einer Y-Richtung, und die Finne der unteren Elektrode 208 ist orthogonal zu der ersten Richtung ausgerichtet, so dass die Breite der Finne der unteren Elektrode 208 im Wesentlichen die gleiche ist wie die des PCM-Speicherelements 210. Da das PCM-Speicherelement 210 mit der leitfähigen Leitung 204 selbstausgerichtet ist, ist auch die Breite der unteren Elektrode 208 im Wesentlichen gleich der leitfähigen Leitung 204.
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Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die selbstausgerichtete, eingebettete PCM-Speicherzelle 206 mit der Metallschicht, die die leitfähige Leitung 204 aufweist, strukturiert oder selbstausgerichtet, weil sich die Bitleitungsstruktur in das PCM-Speicherelement 210 überträgt und so, wie gezeigt, Streifen-PCM-Speicherzellen 200 statt diskrete Zylinder erzeugt (siehe 1). Durch eine solche Anordnung wird eine Fehlausrichtung in X- und Y-Richtung deutlich reduziert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die untere Elektrode 208 mit einem Transistor verbunden sein (nicht gezeigt). Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die PCM-Speicherzelle 200 ein Kreuzpunktarray umfasst, kann die untere Elektrode 208 mit einer zweiten leitfähigen Leitung 202, z.B. einer Wortleitung, gekoppelt sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die PCM-Speicherelemente 210 aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe bestehend aus Germanium (Ge), Antimon (Sb) und Tellur (Te) ausgewählt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel können die unteren Elektroden 208 aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe bestehend aus Wolframnitrid (WN), Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN) und Titanaluminiumnitrid (TiAlN) ausgewählt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Mehrzahl der leitfähigen Leitungen aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe bestehend aus Wolfram (W), Tantal (Ta), Titan (Ti) und Titan-Aluminiumnitrid (TiAl) ausgewählt ist.
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3A-3HF sind Querschnittsdiagramme, die einen Prozess zur Herstellung einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle gemäß Ausführungsbeispielen veranschaulichen. Der Prozess kann mit der Bildung von Wortleitungen 302 auf einem Substrat 300 beginnen, wie in 3A gezeigt. 3B zeigt den Prozess, nachdem eine Elektrodenmetallschicht 304 über den Wortleitungen 302 gebildet wurde und eine Opferschicht über der Elektrodenmetallschicht 304 gebildet wurde. 3C zeigt den Prozess, nachdem die Opferschicht 306 strukturiert wurde, um Abstandshalter zu bilden, die zur Bildung der unteren Elektroden-Finnen verwendet werden, und eine Hartmaske 308 über der strukturierten Opferschicht 306 gebildet wurde. 3D zeigt den Prozess, nachdem die Hartmaske 308 entfernt wurde, mit Ausnahme von Abschnitten, die die Seitenwände der strukturierten Opferschicht 306 bedecken, wodurch Hartmasken-Finnen 310 gebildet werden. 3E zeigt den Prozess nach dem Entfernen der Elektrodenmetallschicht 304 mit Ausnahme von Abschnitten unter den Hartmasken-Finnen 310, die über den Wortleitungen 302 die unteren Elektroden-Finnen 312 bilden, wie in 3F gezeigt ist, nach dem Entfernen der Hartmasken-Finnen 310.
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4A-4B zeigen eine gewinkelte dreidimensionale Ansicht, die den Herstellungsprozess nach der Bildung der unteren Elektrodenfinnen zeigt. 4A veranschaulicht den Herstellungsprozess, nachdem eine Phasenänderungs-Speichermaterialschicht 414 über die unteren Elektroden-Finnen 412 Deckschicht-abgeschieden wurde und anschließend eine Metallschicht 416 über die Phasenänderungs-Speichermaterialschicht 414 Deckschicht-abgeschieden wurde.
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4B zeigt eine gewinkelte dreidimensionale Ansicht, nachdem die Metallschicht 416 und die Phasenänderungs-Speichermaterialschicht 414 von 4A geätzt wurden, um eine Bitleitung 418 und entsprechende Phasenänderungs-Speicherelemente 420 über jeder unteren ElektrodenFinne 412 zu bilden, um eine Mehrzahl von selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzellen 422 zu bilden. Gemäß den offenbarten Ausführungsbeispielen wird das Phasenänderungs-Speicherelement 420 kontinuierlich entlang derselben Richtung wie die Bitleitung 418 gebildet und ist selbstausgerichtet zu dieser Bitleitung 418.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die unteren Elektroden Selektorbauelemente oder Selektortransistoren sein. Zum Beispiel können bei einem Ausführungsbeispiel die Selektor-Transistoren Metall-Oxid-Halbleiter- (MOS-; metal-oxide semiconductor) Transistoren sein, oder sind Bipolartransistoren. Bei einem Ausführungsbeispiel haben die Selektor-Transistoren eine dreidimensionale Architektur, wie beispielsweise ein Trigate-Bauelement, ein unabhängig zugegriffenes Doppel-Gate-Bauelement oder einen FIN-FET.
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Bei einem Ausführungsbeispiel bestehen Verbindungsleitungen, wie die oben beschriebenen Bit- und Wortleitungen, aus einer oder mehreren metallischen oder metallhaltigen leitfähigen Strukturen. Die leitfähigen Verbindungsleitungen werden in der Technik manchmal auch bezeichnet als Leiterbahnen, Drähte, Leitungen, Metall, Verbindungsleitungen oder einfach Verbindungen. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel enthält jede der Verbindungsleitungen eine Barriereschicht und ein leitfähiges Füllmaterial. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Barriereschicht aus einem Metallnitridmaterial, wie z.B. Tantalnitrid oder Titannitrid. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das leitfähige Füllmaterial aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Cu, Al, Ti, Zr, Hf, V, Ru, Co, Ni, Pd, Pt, W, Ag, Au oder Legierungen derselben.
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Verbindungsleitungen, wie z.B. die oben beschriebenen Bit- und Wortleitungen, können als Gitterstruktur hergestellt werden, wobei der Begriff „Gitter“ hier als Bezeichnung für eine Gitterstruktur mit engem Abstand verwendet wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist der enge Abstand durch herkömmliche Lithographie nicht direkt zu erreichen. Zum Beispiel kann zuerst eine Struktur auf Basis herkömmlicher Lithographie ausgebildet werden, aber der Abstand kann mittels Abstandshalter-Maskenstrukturierung halbiert werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Weiter kann der Originalabstand durch eine zweite Runde einer Abstandhalter-Masken-Strukturierung geviertelt werden. Dementsprechend können hierin beschriebene Gitter-artige Strukturen leitfähige Leitungen aufweisen, die mit einem konstanten Abstand beabstandet sind und eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen. Die Struktur kann durch einen Abstands-Halbierungs- oder Abstands-Viertelungs- oder einen anderen Abstands-Teilungs-Ansatz hergestellt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel, wie durchgehend in der vorliegenden Beschreibung verwendet, können lithographische Operationen unter Verwendung einer 193nm Immersions-Lithographie (i193), Extrem-Ultraviolett- (EUV; extreme ultra-violet)- und/oder Elektronenstrahl-Direkt-Schreib- (EBDW; electron beam direct write) Lithographie oder ähnlichem ausgeführt werden. Ein Positiv-Ton- oder ein Negativ-Ton-Resist können verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine lithographische Maske eine Dreischichtmaske bestehend aus einem topographischen Maskierungsabschnitt, einer anti-reflektierenden Beschichtungs- (ARC; anti-reflective coating) Schicht und einer Photoresistschicht. Bei einem bestimmten solchen Ausführungsbeispiel ist der topographische Maskierungsabschnitt eine Kohlenstoff-Hartmasken- (CHM; carbon hardmask) Schicht und die anti-reflektierende Beschichtungs-Schicht ist eine Silizium-ARC-Schicht.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hier in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschriebenen Schichten und Materialien typischerweise auf oder über einem darunter liegenden Halbleitersubstrat gebildet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel repräsentiert ein darunterliegendes Halbleitersubstrat ein allgemeines Arbeitsstück-Objekt, das zum Herstellen integrierter Schaltungen verwendet wird. Das Halbleitersubstrat umfasst häufig einen Wafer oder ein anderes Stück aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial. Geeignete Halbleitersubstrate umfassen, sind aber nicht beschränkt auf einkristallines Silizium, polykristallines Silizium und Silizium auf Isolator (SOI; Silicon On Insulator) sowie ähnliche Substrate, die aus anderen Halbleitermaterialien gebildet sind. Das Halbleitersubstrat, abhängig von der Stufe der Herstellung, umfasst häufig Transistoren, integrierte Schaltungsanordnung und ähnliches. Das Substrat kann auch Halbleitermaterialien, Metalle, Dielektrika, Dotierstoffe und andere Materialien umfassen, die sich üblicherweise in Halbleitersubstraten finden. Darüber hinaus können die hier beschriebenen Strukturen, obwohl nicht abgebildet, als oder auf den darunter liegenden Back-End-of-Line- (BEOL)-Verbindungsschichten niedrigerer Ebene hergestellt werden
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden Selektor-Bauelemente, wie z.B. untere Elektroden, als FEOL-Bauelemente in oder auf einem Substrat hergestellt. Das Substrat kann aus einem Halbleitermaterial bestehen, das einem Herstellungsprozess widerstehen kann und in dem Ladung migrieren kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Substrat ein Bulk-Substrat, umfassend eine kristalline Silizium-, Silizium/Germanium- oder Germanium-Schicht dotiert mit einem Ladungsträger, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Phosphor, Arsen, Bor oder eine Kombination derselben, um eine aktive Region zu bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Konzentration von Silizium-Atomen in dem Bulk-Substrat größer als 97%. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht das Bulk-Substrat aus einer epitaxialen Schicht, gewachsen auf einem einzelnen kristallinen Substrat, z.B. einer epitaxialen Siliziumschicht, die auf einem Bor-dotierten monokristallinen Bulk-Silizium-Substrat gewachsen ist. Das Bulk-Substrat kann alternativ aus einem Material der Gruppe III-V bestehen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bulk-Substrat ein III-V Material, wie beispielsweise aber nicht beschränkt auf Galliumnitrid, Galliumphosphid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Indiumantimonid, Indiumgalliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid, Indiumgalliumphosphid oder eine Kombination derselben. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bulk-Substrat ein III-V Material und die Ladungsträger-Dotierstoff-Verunreinigungsatome sind solche wie beispielsweise aber nicht beschränkt auf Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur.
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Die hierin beschriebenen integrierten Schaltungsstrukturen können in einer elektronischen Vorrichtung umfasst sein. Als Beispiel einer solchen Vorrichtung, sind die 5A und 5B Draufsichten eines Wafers und von Dies, die eine oder mehrere eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen mit einem Zweischicht-Selektor gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen.
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Bezugnehmend auf 5A und 5B, kann ein Wafer 500 aus einem Halbleitermaterial bestehen und kann einen oder mehrere Dies 502 mit Integrierte-Schaltung- (IC-) Strukturen, die auf einer Oberfläche des Wafers 500 gebildet sind, umfassen. Jeder der Dies 502 kann eine wiederholende Einheit eines Halbleiterprodukts sein, umfassend irgendeine geeignete IC (z.B. ICs umfassend einen oder mehrere eingebettete, nichtflüchtigen Speicherstrukturen, die selbstausgerichtete, eingebettete PCM-Speicherzellen aufweisen, wie oben beschrieben wurde). Nachdem die Herstellung des Halbleiter-Produkts abgeschlossen ist, kann der Wafer 500 einem Vereinzelungsprozess unterzogen werden, bei dem jeder der Dies 502 von einem anderen getrennt wird, um einzelne „Chips“ des Halbleiterprodukts bereitzustellen. Insbesondere können Strukturen, die eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen umfassen, die einen unabhängig skalierten Selektor aufweisen, wie hierin offenbart wird, die Form des Wafers 500 (z. B. nicht vereinzelt) oder die Form des Dies 502 (z. B. vereinzelt) annehmen. Der Die 502 kann eine oder mehrere eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen umfassen, die auf selbstausgerichteten PCM-Speicherzellen basieren, und/oder eine unterstützende Schaltungsanordnung, um elektrische Signale zu routen, sowie irgendwelche andere IC-Komponenten. Bei einigen Ausführungsbeispielen können der Wafer 500 oder der Die 502 ein zusätzliches Speicherbauelement (z.B. ein Statischer-Direktzugriffsspeicher- (SRAM - Static Random Access Memory) -Bauelement), ein Logikbauelement (z.B. ein AND-, OR-, NAND-, oder NOR-Gate) oder irgendein anderes geeignetes Schaltungselement umfassen. Mehrere dieser Bauelemente können auf einem einzelnen Die 502 kombiniert werden. Zum Beispiel kann ein Speicher-Array, das durch mehrere Speicherbauelemente gebildet ist, auf demselben Die 502 wie eine Verarbeitungsvorrichtung oder andere Logik gebildet sein, die ausgebildet ist zum Speichern von Informationen in den Speicherbauelementen oder Ausführen von Anweisungen, die in dem Speicher-Array gespeichert sind.
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Hierin offenbarte Ausführungsbeispiele können verwendet werden, um eine große Vielfalt unterschiedlicher Arten integrierter Schaltungen und/oder mikroelektronischer Bauelemente herzustellen. Beispiele solcher integrierten Schaltungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Prozessoren, Chipsatz-Komponenten, Graphik-Prozessoren, digitale Signalprozessoren, Microcontroller und ähnliches. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Halbleiterspeicher hergestellt werden. Ferner können die integrierten Schaltungen oder andere mikroelekronische Bauelemente in einer Vielzahl von elektronischen Bauelementen verwendet werden, die in der Technik bekannt sind. Zum Beispiel in Computer-Systemen (z.B. Desktop, Laptop, Server), Mobiltelefonen, persönlicher Elektronik, etc. Die integrierten Schaltungen können mit einem Bus und anderen Komponenten in den Systemen gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Prozessor durch einen oder mehrere Busse mit einem Speicher, einem Chipsatz, etc. gekoppelt sein. Jeder von dem Prozessor, dem Speicher und dem Chipsatz kann potenziell unter Verwendung der hierin offenbarten Ansätze hergestellt werden.
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6 stellt ein Blockdiagramm eines elektronischen Systems 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar. Das elektronische System 600 kann z.B. einem tragbaren System, einem Computersystem, einem Prozesssteuerungssystem oder irgendeinem anderen System entsprechen, das einen Prozessor und einen zugehörigen Speicher verwendet. Das elektronische System 600 kann einen Mikroprozessor 602 (mit einem Prozessor 604 und einer Steuerungseinheit 606), eine Speichervorrichtung 608 und eine Ein-/Ausgabe-Vorrichtung 610 umfassen (es wird darauf hingewiesen, dass das elektronische System 600 eine Mehrzahl von Prozessoren, Steuereinheiten, Speichervorrichtungseinheiten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten bei verschiedenen Ausführungsbeispielen haben kann). Bei einem Ausführungsbeispiel weist das elektronische System 600 eine Reihe von Anweisungen auf, die Operationen definieren, die vom Prozessor 604 an Daten durchgeführt werden sollen, sowie andere Transaktionen zwischen dem Prozessor 604, der Speichervorrichtung 608 und der Ein-/Ausgabevorrichtung 610. Die Steuereinheit 606 koordiniert die Operationen des Prozessors 604, der Speichervorrichtung 608 und der Ein-/Ausgabe-Vorrichtung 610, indem sie einen Satz von Operationen zyklisch durchläuft, die bewirken, dass Anweisungen aus der Speichervorrichtung 608 abgerufen und ausgeführt werden. Die Speichervorrichtung 608 kann eine nichtflüchtige Speicherzelle umfassen, wie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Speichervorrichtung 608 in den Mikroprozessor 602 eingebettet, wie in 6 dargestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Prozessor 604 oder eine andere Komponente des elektronischen Systems 600 eine oder mehrere eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichteten PCM-Speicherzellen wie jenen, die hier beschrieben sind.
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7 ist eine Querschnitt-Seitenansicht einer Integrierte-Schaltung- (IC-) Bauelementanordnung, die einen oder mehrere eingebettete, nicht-flüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichtetem PCM-Speicher umfassen kann, gemäß einem oder mehreren hierin offenbarten Ausführungsbeispielen.
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Unter Bezugnahme auf 7 umfasst eine IC-Bauelementanordnung 700 Komponenten, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen integrierten Schaltungsstrukturen aufweisen. Die IC-Bauelementanordnung 700 weist eine Anzahl von Komponenten auf, die auf einer Schaltungsplatine 702 angeordnet sind (die z. B. eine Hauptplatine sein kann). Die IC-Bauelementanordnung 700 umfasst Komponenten, die auf einer ersten Fläche 740 der Schaltungsplatine 702 und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche 742 der Schaltungsplatine 702 angeordnet sind. Im Allgemeinen können Komponenten auf einer oder beiden Flächen 740 und 742 angeordnet sein. Insbesondere können irgendwelche geeigneten der Komponenten der IC-Bauelementanordnung 700 eine Anzahl von eingebetteten nichtflüchtigen Speicherstrukturen mit einem selbstausgerichteten PCM-Speicher umfassen, wie hierin offenbart.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Schaltungsplatine 702 eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) sein, umfassend mehrere Metallschichten, die voneinander durch Schichten aus dielektrischem Material getrennt und durch elektrisch leitfähige Vias verbunden sind. Irgendeine einzelne oder mehrere der Metallschichten können in einer gewünschten Schaltungsstruktur gebildet sein, um elektrische Signale (optional in Verbindung mit anderen Metallschichten) zwischen den Komponenten zu routen, die mit der Schaltungsplatine 702 gekoppelt sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Schaltungsplatine 702 ein Nicht-PCB-Substrat sein.
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Die IC-Bauelementanordnung 700, die in 7 dargestellt ist, umfasst eine Package-auf-Interposer-Struktur 736, die mit der ersten Fläche 740 der Schaltungsplatine 702 durch Kopplungskomponenten 716 gekoppelt ist. Die Kopplungskomponenten 716 können die Package-auf-Interposer-Struktur 736 elektrisch und mechanisch mit der Schaltungsplatine 702 koppeln und können Lötkugeln umfassen (wie in 7 gezeigt ist), Vor- und Rücksprung, ein Haftmittel, ein Unterfüllmaterial und/oder irgendeine andere geeignete elektrische und/oder mechanische Kopplungsstruktur.
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Die Package-auf-Interposer-Struktur 736 kann ein IC-Package 720 umfassen, das mit einem Interposer 704 durch Kopplungskomponenten 718 gekoppelt ist. Die Kopplungskomponenten 718 können jegliche geeignete Form für die Anwendung annehmen, wie z.B. die Formen, die vorangehend Bezug nehmend auf die Kopplungskomponenten 716 beschrieben wurden. Obwohl ein einzelnes IC-Package 720 in 7 gezeigt ist, können mehrere IC-Packages mit dem Interposer 704 gekoppelt sein. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Interposer mit dem Interposer 704 gekoppelt sein können. Der Interposer 704 kann ein dazwischenliegendes Substrat bereitstellen, das verwendet wird, um die Schaltungsplatine 702 und das IC-Package 720 zu überbrücken. Das IC-Package 720 kann zum Beispiel ein Die (den Die 702 von 7B) oder irgendeine andere geeignete Komponente sein oder selbige umfassen. Im Allgemeinen kann der Interposer 704 eine Verbindung zu einem weiteren Abstand ausbreiten oder eine Verbindung zu einer unterschiedlichen Verbindung umleiten. Zum Beispiel kann der Interposer 704 das IC-Package 720 (z.B. ein Die) mit einem Kugelgitterarray (BGA; ball grid array) der Kopplungskomponenten 716 zum Koppeln mit der Schaltungsplatine 702 koppeln. Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das IC-Package 720 und die Schaltungsplatine 702 an gegenüberliegende Seiten des Interposers 704 angebracht. Bei anderen Ausführungsbeispielen können das IC-Package 720 und die Schaltungsplatine 702 an einer gleichen Seite des Interposers 704 angebracht sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können drei oder mehr Komponenten mithilfe des Interposers 704 zwischenverbunden sein.
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Der Interposer 704 kann aus einem Epoxidharz, einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, einem Keramikmaterial oder einem Polymermaterial gebildet sein, wie beispielsweise Polyimid. Bei einigen Implementierungen kann der Interposer 704 aus wechselnden starren oder flexiblen Materialien gebildet sein, die dieselben Materialien umfassen können, die vorangehend zur Verwendung in einem Halbleitersubstrat beschrieben wurden, wie beispielsweise Silizium, Germanium und andere Gruppe III-V und Gruppe IV Materialien. Der Interposer 704 kann Metall-Verbindungen 710 und Vias 708 umfassen, umfassend aber nicht beschränkt auf Silizium-Durchkontaktierungen (TSV; through-silicon via) 706. Der Interposer 704 kann ferner eingebettete Bauelemente 714 umfassen, umfassend sowohl passive als auch aktive Bauelemente. Solche Bauelemente können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Kondensatoren, Entkopplungs-Kondensatoren, Widerstände, Induktoren, Sicherungen, Dioden, Transformatoren, Sensoren, ESD-Bauelemente (ESD = elektrostatische Entladung; electrostatic discharge) und Speicherbauelemente. Komplexere Bauelemente, wie beispielsweise Radiofrequenz- (RF-) Bauelemente, Leistungsverstärker, Leistungsmanagement-Bauelemente, Antennen, Arrays, Sensoren und Mikroelektromechanisches-System-(MEMS-) Bauelemente können ebenfalls auf dem Interposer 704 gebildet sein. Die Package-auf-Interposer-Struktur 736 kann die Form von jeglicher Package-auf-Interposer-Struktur annehmen, die in der Technik bekannt ist.
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Die IC-Bauelementanordnung 700 kann ein IC- Package 724 umfassen, das mit der ersten Fläche 740 der Schaltungsplatine 702 durch Kopplungskomponenten 722 gekoppelt ist. Die Kopplungskomponenten 722 können die Form von irgendwelchen der Ausführungsbeispiele annehmen, die vorangehend Bezug nehmend auf die Kopplungskomponenten 716 erörtert wurden, und das IC-Package 724 kann die Form von irgendwelchen der Ausführungsbeispiele annehmen, die vorangehend Bezug nehmend auf das IC-Package 720 erörtert wurden.
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Die IC-Bauelementanordnung 700, die in 7 dargestellt ist, umfasst eine Package-auf-Package-Struktur 734, die mit der zweiten Fläche 742 der Schaltungsplatine 702 durch Kopplungskomponenten 728 gekoppelt ist. Die Package-auf-Package-Struktur 734 kann ein IC-Package 726 und ein IC-Package 732 umfassen, die durch Kopplungskomponenten 730 miteinander gekoppelt sind, derart, dass das IC-Package 726 zwischen der Schaltungsplatine 702 und dem IC-Package 732 angeordnet ist. Die Kopplungskomponenten 728 und 730 können die Form von irgendeinem der Ausführungsbeispiele der Kopplungskomponenten 716 annehmen, die oben erörtert wurden, und die IC-Packages 726 und 732 können die Form von irgendeinem der Ausführungsbeispiele des oben erörterten IC-Packages 720 annehmen. Die Package-auf-Package-Struktur 734 kann gemäß irgendeiner der im Stand der Technik bekannten Package-auf-Package-Strukturen ausgebildet sein.
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8 stellt eine Rechenvorrichtung 800 gemäß einer Implementierung der Offenbarung dar. Die Rechenvorrichtung 800 häust eine Platine 802. Die Platine 802 kann eine Anzahl von Komponenten umfassen, umfassend aber nicht beschränkt auf einen Prozessor 804 und zumindest einen Kommunikationschip 806. Der Prozessor 804 ist physisch und elektrisch mit der Platine 802 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen ist der zumindest eine Kommunikationschip 806 auch physisch und elektrisch mit der Platine 802 gekoppelt. Bei weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 806 Teil des Prozessors 804.
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Abhängig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 800 andere Komponenten umfassen, die physisch und elektrisch mit der Platine 802 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf einen flüchtigen Speicher (z.B. DRAM), einen nichtflüchtigen Speicher (z.B. ROM), einen Flash-Speicher, einen Graphikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Krypto-Prozessor, einen Chipsatz, eine Antenne, ein Display, eine Touchscreen-Anzeige, eine Touchscreen-Steuerung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, ein GPS-Bauelement (global positioning system; globales Positionierungssystem), einen Kompass, ein Akzelerometer, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera, und eine Massenspeichervorrichtung (wie beispielsweise Festplattenlaufwerk, CD (compact disk), DVD (digital versatile disk) usw.).
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Der Kommunikationschip 806 ermöglicht eine drahtlose Kommunikation für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 800. Der Ausdruck „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Bauelemente, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle etc. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung modulierter, elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Ausdruck impliziert nicht, dass die zugeordneten Bauelemente nicht irgendwelche Drähte enthalten, obwohl sie dies bei einigen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht tun. Der Kommunikationschip 806 kann irgendeine Anzahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, umfassend aber nicht beschränkt auf Wi-Fi (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon, sowie irgendwelche anderen drahtlosen Protokolle, die bezeichnet werden als 3G, 4G, 5G, und darüber hinaus. Die Rechenvorrichtung 800 kann eine Mehrzahl von Kommunikationschips 806 umfassen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 806 zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit kürzerem Bereich, wie beispielsweise Wi-Fi und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikationschip 806 kann zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit längerem Bereich, wie beispielsweise GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, und andere.
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Der Prozessor 804 der Rechenvorrichtung 800 umfasst einen Integrierte-Schaltung-Die, der innerhalb des Prozessors 804 gehäust ist. Bei einigen Implementierungen der Offenbarung umfasst der Integrierte-Schaltung-Die des Prozessors eine oder mehrere eingebettete nichtflüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichtetem PCM-Speicher gemäß Implementierungen der Ausführungsbeispiele der Offenbarung. Der Ausdruck „Prozessor“ kann sich auf irgendein Bauelement oder einen Abschnitt eines Bauelements beziehen, das/der elektronische Daten aus Registern und/oder Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder Speichern gespeichert werden können.
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Der Kommunikationschip 806 umfasst auch einen Integrierte-Schaltung-Die, der innerhalb des Kommunikationschips 806 gehäust ist. Gemäß einer anderen Implementierung der Ausführungsbeispiele der Offenbarung umfasst der Integrierte-Schaltung-Die des Kommunikationschips einen oder mehrere eingebettete, nicht-flüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichtetem PCM-Speicher gemäß Implementierungen der Ausführungsbeispiele der Offenbarung.
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Bei weiteren Implementierungen kann eine andere Komponente, die innerhalb der Rechenvorrichtung 800 gehäust ist, einen Integrierte-Schaltung-Die enthalten, der einen oder mehrere eingebettete, nicht-flüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichtetem PCM-Speicher gemäß Implementierungen der Ausführungsbeispiele der Offenbarung umfasst.
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Bei verschiedenen Implementierungen kann die Rechenvorrichtung 800 ein Laptop, ein Netbook, ein Notebook, ein Ultrabook, ein Smartphone, ein Tablet, ein PDA (persönlicher digitaler Assistent), ein ultramobiler PC, ein Mobiltelefon, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Drucker, ein Scanner, ein Monitor, eine Set-Top-Box, eine Unterhaltungs-Steuereinheit (entertainment control unit), eine Digitalkamera, ein tragbarer Musikspieler oder ein digitaler Videorecorder sein. Bei weiteren Implementierungen kann die Rechenvorrichtung 900 jegliches andere elektronische Bauelement sein, das Daten verarbeitet.
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Daher umfassen die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele eingebettete, nicht-flüchtige Speicherstrukturen mit selbstausgerichteten PCM-Speicherelementen.
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Die vorangegangene Beschreibung von veranschaulichenden Implementierungen von Ausführungsbeispielen der Offenbarung, umfassend was in der Zusammenfassung beschrieben ist, soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung auf die präzisen offenbarten Formen begrenzen. Während spezifische Implementierungen und Beispiele der Offenbarung hierin zur Veranschaulichung beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Modifikation innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung möglich, wie es Fachleute auf dem relevanten Gebiet erkennen werden.
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Diese Modifikationen können an der Offenbarung auf der Grundlage der zuvor ausgeführten Beschreibung durchgeführt werden. Die Ausdrücke, die in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, sollten nicht derart betrachtet werden, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Implementierungen einschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind. Stattdessen soll der Schutzbereich der Offenbarung vollständig durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt sein, die gemäß etablierter Vorgaben der Anspruchsinterpretation ausgelegt werden sollen.
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Ausführungsbeispiel 1: Eine integrierte Schaltungsstruktur umfasst eine untere Elektrode. Eine leitfähige Leitung ist über der unteren Elektrode entlang einer ersten Richtung über einem Substrat. Ein Speicherelement ist zwischen die untere Elektrode und die leitfähige Leitung gekoppelt, wobei das Speicherelement eine Phasenänderungsmaterialschicht aufweist, die mit der leitfähigen Leitung selbstausgerichtet ist.
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Ausführungsbeispiel 2: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht im Wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die leitfähige Leitung aufweist.
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Ausführungsbeispiel 3: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-2, wobei das Speicherelement und die untere Elektrode eine selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzelle umfassen.
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Ausführungsbeispiel 4: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-3, wobei die selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzelle als Kreuzpunkt-Speicherarray implementiert ist.
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Ausführungsbeispiel 5: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-4, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht im Wesentlichen die gleiche Länge entlang der ersten Richtung wie die leitfähige Leitung aufweist.
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Ausführungsbeispiel 6: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-5, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht mit einer oder mehreren benachbarten PCM-Speicherzellen gemeinschaftlich verwendet wird.
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Ausführungsbeispiel 7: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-6, wobei die untere Elektrode eine Finne aufweist.
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Ausführungsbeispiel 8: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-7, wobei eine Breite der unteren Elektrodenfinne entlang einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung ausgerichtet ist, so dass die Breite der unteren Elektrodenfinne im Wesentlichen die gleiche ist wie das Speicherelement.
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Ausführungsbeispiel 9: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-3, 5-8, wobei die untere Elektrode mit einem Transistor gekoppelt ist.
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Ausführungsbeispiel 10: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-8, wobei die untere Elektrode mit einer zweiten leitfähigen Leitung unter der unteren Elektrode entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung gekoppelt ist.
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Ausführungsbeispiel 11: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-10, wobei das Speicherelement aus einem Material besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Germanium, Antimon und Tellur ausgewählt ist.
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Ausführungsbeispiel 12: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1-11, wobei die untere Elektrode aus einem Material besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Wolframnitrid, Tantal, Titannitrid und Titan-Aluminiumnitrid ausgewählt ist.
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Ausführungsbeispiel 13: Die integrierte Schaltungsstruktur umfasst eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen entlang einer ersten Richtung über einem Substrat. Eine Mehrzahl von Phasenänderungs-Speicherzellen ist auf einzelnen einen der ersten Mehrzahl von leitfähigen Leitungen, wobei jede eine der Mehrzahl von Phasenänderungs-Speicherzellen eine mit einem Speicherelement gekoppelte untere Elektrode aufweist, wobei das Speicherelement eine Phasenänderungsmaterialschicht umfasst, die mit der leitfähigen Leitung selbstausgerichtet ist. Eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen ist entlang einer zweiten Richtung, orthogonal zu der ersten Richtung, über dem Substrat und gekoppelt mit den unteren Elektroden.
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Ausführungsbeispiel 14: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht im Wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die leitfähige Leitung aufweist.
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Ausführungsbeispiel 15: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-14, wobei das Speicherelement und die untere Elektrode eine selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzelle umfassen.
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Ausführungsbeispiel 16: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-15, wobei die selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzelle als Kreuzpunkt-Speicherarray implementiert ist.
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Ausführungsbeispiel 17: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-16, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht im Wesentlichen die gleiche Länge entlang der ersten Richtung wie die leitfähige Leitung aufweist.
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Ausführungsbeispiel 18: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-17, wobei die Phasenänderungsmaterialschicht mit einer oder mehreren benachbarten PCM-Speicherzellen gemeinschaftlich verwendet wird.
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Ausführungsbeispiel 19: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-18, wobei die untere Elektrode eine Finne aufweist.
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Ausführungsbeispiel 20: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-19, wobei eine Breite der unteren Elektrodenfinne entlang einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung ausgerichtet ist, so dass die Breite der unteren Elektrodenfinne im Wesentlichen die gleiche ist wie das Speicherelement.
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Ausführungsbeispiel 21: Die integrierte Schaltungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 13-20, wobei das Speicherelement aus einem Material besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Germanium, Antimon und Tellur ausgewählt ist.
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Ausführungsbeispiel 22: Ein Verfahren zum Herstellen einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle umfasst das Bilden einer Wortleitung auf einem Substrat. Eine Elektrodenmetallschicht wird über den Wortleitungen gebildet. Eine Opferschicht wird über der Elektrodenmetallschicht gebildet und die Opferschicht wird strukturiert, um Abstandshalter zu bilden. Eine Hardmaske wird über der Struktur zur Opferschicht gebildet, und die Hardmaske wird mit Ausnahme der Abschnitte entfernt, die die Seitenwände der strukturierten Opferschicht bedecken, um Hardmaskenfinnen zu bilden. Der Elektroden-Metallschicht wird mit Ausnahme von Abschnitten unter den Hartmasken-Finnen entfernt, um über den Wortleitungen untere Elektroden-Finnen zu bilden. Eine Phasenänderungsmaterialschicht wird Deckschicht-abgeschieden, gefolgt von einer Metallschicht, über den unteren Elektrodenfinnen. Die Metallschicht und die Phasenänderungsmaterialschicht werden geätzt, um eine Bitleitung und entsprechende Phasenänderungs-Speicherelemente über jeder unteren Elektrodenfinne zu bilden.
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Ausführungsbeispiel 23: Das Verfahren zum Herstellen einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle gemäß Ausführungsbeispiel 22, ferner umfassend das Entfernen der Hartmasken-Finnen vor dem Deckschicht-Abscheiden der Phasenänderungs-Speicher-Materialschicht.
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Ausführungsbeispiel 24: Das Verfahren zum Herstellen einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle gemäß Ausführungsbeispiel 22-23, ferner umfassend das Bilden der jeweiligen Phasenänderungs-Speicherelemente aus einem Material, das aus der Gruppe bestehend aus Germanium, Antimon und Tellur ausgewählt ist.
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Ausführungsbeispiel 25: Das Verfahren zum Herstellen einer selbstausgerichteten, eingebetteten PCM-Speicherzelle gemäß Ausführungsbeispiel 22-24, ferner umfassend das Bilden der jeweiligen Phasenänderungs-Speicherelemente und der entsprechenden Elektrodenfinnen als selbstausgerichtete eingebettete PCM-Speicherzellen.
