DE112022001841T5

DE112022001841T5 - Resistiver überzug einer phasenänderungsspeicherzelle

Info

Publication number: DE112022001841T5
Application number: DE112022001841.0T
Authority: DE
Inventors: Kangguo Cheng; Zuoguang Liu; Juntao Li; Ruilong Xie
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2024-02-15
Also published as: WO2022207630A2; BR112023015962A2; WO2022207630A3; CN117083994A; IL304417A; JP2024511919A; GB202314406D0; US11545624B2; CA3207064A1; GB2619651A; US20220310913A1

Abstract

Eine Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle weist auf: eine erste Elektrode, ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist, eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist, sowie einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements und mit dem PCM-Material.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Computerspeicher und spezifischer auf Speichereinheiten aus einem Phasenänderungsmaterial mit resistiven Überzügen.
Ein Phasenänderungsspeicher (PCM) kann sowohl für Training als auch für Inferenz bei analogem Computing für künstliche Intelligenz eingesetzt werden. Die PCM-Strukturen können memristive Phasenänderungseinheiten mit einstellbaren Leitfähigkeiten und einem insgesamt hohen Widerstand der Einheit mit hoher Retention zur Minimierung des Energieverbrauchs aufweisen. Dieses Einstellen kann das Resultat der Erzeugung einer amorphen Phase in dem PCM-Material sein. Der Widerstand des PCM-Materials kann sich jedoch über die Zeit hinweg ändern, so dass ein negativer Einfluss auf die Unversehrtheit der gespeicherten Daten möglich ist.
KU RZDARSTELLU NG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle auf: eine erste Elektrode, ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist, eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist, sowie einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements und mit dem PCM-Material.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Herstellen einer PCM-Zelle auf: Bilden einer ersten Elektrode, Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode, Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht, Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht und den resistiven Überzug hindurch erstreckt, Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug sowie Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine PCM-Zelle auf: eine erste Elektrode, ein Heizelement in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit der ersten Elektrode, ein PCM-Material in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement, eine zweite Elektrode in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem PCM-Material sowie einen ersten resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement und mit dem PCM-Material.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine PCM-Zelle auf: eine erste Elektrode, ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist, eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist, sowie einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements, wobei der resistive Überzug einen L-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel, der sich entlang der Seitenwand des Heizelements erstreckt, und einem zweiten Schenkel aufweist, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Herstellen einer PCM-Zelle auf: Bilden einer ersten Elektrode, Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode sowie Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht hindurch erstreckt. Das Verfahren weist außerdem auf: Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht und auf einem Teilbereich des Heizelements derart, dass ein Teilbereich des Heizelements nicht mit dem resistiven Überzug bedeckt ist, Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug sowie Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nunmehr wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nur als ein Beispiel und unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer PCM-Zelle, die einen resistiven Überzug aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A bis 2C zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten der PCM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Zuständen und den Fluss eines elektrischen Stroms durch diese hindurch.
3A bis 3C zeigen jeweils schematische Darstellungen der elektrischen Pfade der 2A bis 2C gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4A bis 4G zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen der PCM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen PCM-Zelle mit einem alternativen resistiven Überzug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6A bis 6C zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten der alternativen PCM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Zuständen und den Fluss eines elektrischen Stroms durch diese hindurch.
7A bis 7H zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen der alternativen PCM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen PCM-Zelle mit einem weiteren alternativen resistiven Überzug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen PCM-Zelle mit einem weiteren alternativen resistiven Überzug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Alternative Ausführungsformen können konzipiert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen verschiedene Verbindungen und positionelle Beziehungen (z.B. über, unter, benachbart etc.) zwischen Elementen dargelegt sind. Bei diesen Verbindungen und/oder positionellen Beziehungen kann es sich um direkte oder indirekte handeln, wenn nichts anderes spezifiziert ist, und die vorliegende Offenbarung soll in dieser Hinsicht nicht beschränkend sein. Dementsprechend kann sich ein Koppeln von Entitäten entweder auf ein direktes oder ein indirektes Koppeln beziehen, und bei einer positionellen Beziehung zwischen Entitäten kann es sich um eine direkte oder eine indirekte positionelle Beziehung handeln. Als ein Beispiel für eine indirekte positionelle Beziehung weisen Bezugnahmen in der vorliegenden Beschreibung auf ein Bilden einer Schicht „A“ über einer Schicht „B“ Situationen auf, in denen sich eine oder mehrere dazwischenliegende Schicht(en) (z.B. Schichten „C“ und „D“) zwischen der Schicht „A“ und der Schicht „B“ befindet/befinden, solange die relevanten Eigenschaften und Funktionalitäten der Schicht „A“ und der Schicht „B“ durch die dazwischenliegende(n) Schicht(en) nicht wesentlich geändert werden.
Zur Interpretation der Ansprüche und der Beschreibung sind die folgenden Definitionen und Abkürzungen zu verwenden. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „weist auf“, „aufweisend“, „umfasst“, „umfassend“, „weist auf“, „aufweisend“, „enthält“ oder „enthaltend“ oder irgendeine andere Variation derselben eine nicht ausschließende Inklusion abdecken. Zum Beispiel ist eine Zusammensetzung, ein Gemisch, ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Auflistung von Elementen aufweist, nicht zwangsläufig nur auf diese Elemente beschränkt, sondern kann weitere Elemente umfassen, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder die einer derartigen Zusammensetzung, einem derartigen Gemisch, einem derartigen Prozess, einem derartigen Verfahren, einem derartigen Gegenstand oder einer derartigen Vorrichtung inhärent sind. Darüber hinaus gelten jegliche numerischen Bereiche, die hierin enthalten sind, einschließlich ihrer Grenzen, wenn nichts anderes explizit angegeben ist.
Zu Zwecken der Beschreibung beziehen sich im Folgenden die Begriffe „oberer/obere/oberes“, „unterer/untere/unteres“, „rechts“, „links“, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“ sowie Ableitungen derselben auf die beschriebenen Strukturen und Verfahren, wie sie in den Zeichnungsfiguren orientiert sind. Die Begriffe „darüberliegend“, „oben auf“, „auf der Oberseite“, „positioniert auf“ oder „positioniert oben auf“ bedeuten, dass sich ein erstes Element, wie beispielsweise eine erste Struktur, auf einem zweiten Element befindet, wie beispielsweise auf einer zweiten Struktur, wobei sich dazwischenliegende Elemente, wie beispielsweise eine Grenzflächenstruktur, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element befinden können. Der Begriff „direkter Kontakt“ bedeutet, dass ein erstes Element, wie beispielsweise eine erste Struktur, und ein zweites Element, wie beispielsweise eine zweite Struktur, ohne irgendwelche dazwischenliegende leitende Schichten, isolierende Schichten oder Halbleiterschichten an der Grenzfläche der zwei Elemente verbunden sind. Es ist anzumerken, dass der Ausdruck „selektiv in Bezug auf“, wie zum Beispiel „ein erstes Element selektiv in Bezug auf ein zweites Element“, bedeutet, dass ein erstes Element geätzt werden kann und das zweite Element als ein Ätzstopp wirken kann.
Der Kürze halber können herkömmliche Techniken in Bezug auf eine Fertigung einer Halbleitereinheit und einer integrierten Schaltung (IC) hierin im Detail beschrieben sein oder nicht beschrieben sein. Darüber hinaus können die verschiedenen Funktionen und Prozessschritte, die hierin beschrieben sind, in ein umfassenderes Verfahren oder einen umfassenderen Prozess integriert werden, das oder der zusätzliche Schritte oder Funktionalitäten aufweist, die hierin nicht im Detail beschrieben sind. Insbesondere sind verschiedene Schritte bei der Herstellung von Halbleitereinheiten und ICs auf Grundlage von Halbleitern allgemein bekannt, und so werden der Kürze halber viele herkömmliche Schritte nur kurz erwähnt oder werden gänzlich weggelassen, ohne die allgemein bekannten Prozessdetails bereitzustellen.
Allgemein fallen die verschiedenen Prozesse, die zur Bildung eines Mikro-Chips verwendet werden, der in einen IC gepackt wird, in vier allgemeine Kategorien, und zwar Schichtabscheidung, Entfernung/Ätzen, Halbleiterdotierung sowie Strukturieren/Lithographie.
Bei einer Abscheidung kann es sich um irgendeinen Prozess handeln, bei dem ein Material auf dem Wafer aufgewachsen wird, dieser mit einem Material beschichtet wird oder ein Material auf andere Weise auf diesen transferiert wird. Zur Verfügung stehende Technologien umfassen unter anderem physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), elektrochemische Abscheidung (ECD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) und in jüngerer Zeit atomare Schichtabscheidung (ALD). Bei einer weiteren Abscheidungstechnologie handelt es sich um plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), bei der es sich um einen Prozess handelt, bei dem die Energie innerhalb des Plasmas verwendet wird, um Reaktionen an der Wafer-Oberfläche zu induzieren, die ansonsten höhere Temperaturen erfordern würden, die mit der herkömmlichen CVD verknüpft sind. Ein Beschuss mit energetischen Ionen während der PECVD-Abscheidung kann außerdem die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Schicht verbessern.
Bei Entfernung/Ätzen kann es sich um irgendeinen Prozess handeln, bei dem Material von dem Wafer entfernt wird. Beispiele umfassen Ätzprozesse (entweder nass oder trocken), chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) und dergleichen. Bei einem Beispiel für einen Entfernungsprozess handelt es sich um lonenstrahlätzen (IBE). Allgemein bezieht sich IBE (oder Fräsen) auf ein trockenes Plasmaätzverfahren, bei dem eine entfernt liegende Ionen-/Plasma-Quelle mit breitem Strahl eingesetzt wird, um Substratmaterial durch ein physikalisch inertes Gas und/oder chemisch reaktive Gasmittel zu entfernen. Wie andere Trockenplasmaätz-Techniken weist IBE Vorteile auf, wie beispielsweise Ätzrate, Anisotropie, Selektivität, Gleichmäßigkeit, Aspektverhältnis sowie Minimierung von Substratschäden. Bei einem weiteren Beispiel für einen trockenen Entfernungsprozess handelt es sich um reaktives lonenätzen (RIE). Allgemein wird bei RIE ein chemisch reaktives Plasma verwendet, um Material zu entfernen, das auf Wafern abgeschieden wurde. Bei RIE wird das Plasma durch ein elektromagnetisches Feld unter einem niedrigen Druck (Vakuum) erzeugt. Hochenergetische Ionen aus dem RIE-Plasma greifen die Wafer-Oberfläche an und reagieren mit dieser, um Material zu entfernen.
Bei der Halbleiterdotierung handelt es sich um eine Modifikation von elektrischen Eigenschaften durch Dotieren von zum Beispiel Transistor-Sources und -Drains im Allgemeinen durch Diffusion und/oder durch lonenimplantation. Diesen Dotierprozessen folgt ein Tempern in einem Ofen oder ein schnelles thermisches Tempern („RTA“). Das Tempern dient dazu, die implantierten Dotierstoffe zu aktivieren. Schichten sowohl aus Leitern (z.B. aus Polysilicium, Aluminium, Kupfer etc.) als auch aus Isolatoren (z.B. aus verschiedenen Formen von Siliciumdioxid, Siliciumnitrid etc.) werden dazu verwendet, Transistoren und ihre Komponenten zu verbinden und zu trennen. Ein selektives Dotieren von verschiedenen Bereichen des Halbleitersubstrats ermöglicht eine Änderung der Leitfähigkeit des Substrats bei Anlegen einer Spannung. Indem Strukturen dieser verschiedenen Komponenten erzeugt werden, können Millionen von Transistoren hergestellt und miteinander verdrahtet werden, um den komplexen Schaltungsaufbau einer modernen mikroelektronischen Einheit zu bilden.
Bei der Halbleiter-Lithographie kann es sich um die Bildung von dreidimensionalen Relief-Bildern oder Strukturen auf dem Halbleitersubstrat für einen nachfolgenden Transfer der Struktur auf das Substrat handeln. Bei der Halbleiter-Lithographie werden die Strukturen mittels eines lichtempfindlichen Polymers gebildet, das als ein Photoresist bezeichnet wird. Um die komplexen Strukturen, aus denen ein Transistor besteht, und die vielen Drähte herzustellen, welche die Millionen von Transistoren einer Schaltung verbinden, werden Lithographie- und Ätzstruktur-Transferschritte mehrere Male wiederholt. Jede Struktur, die auf den Wafer gedruckt wird, wird in Bezug auf die zuvor gebildeten Strukturen ausgerichtet, und nach und nach werden die Leiter, Isolatoren und selektiv dotierten Bereiche hergestellt, um die endgültige Einheit zu bilden.
1 ist eine Querschnittsansicht einer PCM-Zelle 100 zur Verwendung zum Beispiel in einer (nicht gezeigten) integrierten Schaltung. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die PCM-Zelle 100 auf: eine untere Elektrode 102, ein Heizelement 104, einen Isolator 106, einen resistiven Überzug 108, einen Abstandshalter 110, ein PCM-Material 112 sowie eine obere Elektrode 114. Das Heizelement 104 befindet sich in einem direkten Kontakt mit und ist elektrisch verbunden mit der unteren Elektrode 102 an dem unteren Ende, und das Heizelement 104 erstreckt sich von diesem aus zu einem gegenüberliegenden oberen Ende hin. Der untere Teilbereich des Heizelements 104 ist von dem Isolator 106 umgeben, der sich in einem direkten Kontakt mit der Seitenwand des Heizelements 104 und der Oberseite der unteren Elektrode 102 befindet. Der Isolator 106 befindet sich außerdem in einem direkten Kontakt mit der unteren Seite des resistiven Überzugs 108, die sich in einem direkten Kontakt mit dem Heizelement 104 befindet und mit diesem elektrisch verbunden ist. Das Heizelement 104 erstreckt sich durch den resistiven Überzug 108 und den Abstandshalter 110 hindurch, welche die Seitenwand des Heizelements 104 umgeben und sich in einem direkten Kontakt mit dieser befinden. Die Unterseite des Abstandshalters 110 befindet sich in einem direkten Kontakt mit der Oberseite des resistiven Überzugs 108, und das obere Ende des Heizelements 104 endet gleichzeitig mit dem oberen Ende des Abstandshalters 110 (d.h. ist bündig mit diesem). Das PCM-Material 112 erstreckt sich über dem Abstandshalter 110, dem resistiven Überzug 108, dem Isolator 106 sowie dem Heizelement 104 und befindet sich in einem direkten Kontakt mit diesen. Dadurch ist das PCM-Material 112 mit dem oberen Ende des Heizelements 104 und der äußeren Seite des resistiven Überzugs 108 elektrisch verbunden. Die obere Seite des PCM-Materials 112 befindet sich außerdem in einem direkten Kontakt mit der oberen Elektrode 114 und ist mit dieser elektrisch verbunden.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann ein Querschnitt der PCM-Zelle 100 (in 1 in die Seite hinein) quadratisch sein, wenngleich er bei anderen Ausführungsformen rechteckig, oval, kreisförmig oder von irgendeiner beliebigen anderen geeigneten Form sein kann. Darüber hinaus sind die Breiten des PCM-Materials 112 und der oberen Elektrode 114 gleich, während die Breite des Heizelements 104 im Vergleich wesentlich verringert ist (z.B. drei bis sieben Mal geringer oder etwa fünf Mal geringer). Dadurch lässt sich sagen, dass die PCM-Zelle 100 eine Pilz-Konfiguration aufweist, bei der ein elektrischer Strom von der unteren Elektrode 102 durch das Heizelement 104, den resistiven Überzug 108 und das PCM-Material 112 hindurch zu der oberen Elektrode 114 fließen kann. Darüber hinaus kann die PCM-Zelle 100 bei der unteren Elektrode 102 mit dem Substrat 116 und bei der oberen Elektrode 114 mit einem Durchkontakt 118 elektrisch verbunden sein. Bei dem Substrat 116 kann es sich um eine Komponente einer integrierten Schaltung handeln, wie zum Beispiel um einen Feldeffekttransistor, und bei dem Durchkontakt 118 kann es sich zum Beispiel um eine Metallzwischenverbindung handeln.
Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen die untere Elektrode 102 und die obere Elektrode 114 aus einem elektrisch sehr leitfähigen Material, wie beispielsweise aus einem Metall oder einer metallischen Verbindung, zum Beispiel Titannitrid (TiN) oder Wolfram (W). Bei dem Heizelement 104 handelt es sich um eine Elektrode, die aus TiN oder einem Metall mit einem höheren Widerstand besteht, wie zum Beispiel Titanwolfram (TiW), Tantalnitrid (TaN) oder Titanaluminid (TiAl), und es weist eine vergleichsweise schmale Querschnittsfläche auf, die den elektrischen Strom fokussiert, der durch die PCM-Zelle 100 fließt. Dadurch wird ermöglicht, dass Heizelemente 104 durch resistive Erwärmung während eines Stromimpulses Wärme erzeugen, die dazu verwendet werden kann, die Temperatur des PCM-Materials 112 selektiv zu ändern, zum Beispiel über die Kristallisationstemperatur und die Schmelztemperatur des PCM-Materials 112. Darüber hinaus kann das Heizelement 104 aus vielen verschiedenen elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, die in mehreren Schichten angeordnet sein können.
Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen der Isolator 106 und der Abstandshalter 110 aus einem dielektrischen (elektrisch isolierenden) Material, wie zum Beispiel aus Siliciumnitrid (SiN), Siliciumoxid (SiO) oder Siliciumnitridcarbid (SiNC). Bei einigen Ausführungsformen weist der Isolator 106 das gleiche Material wie der Abstandshalter 110 auf, und bei anderen Ausführungsformen weist der Isolator 106 ein Material auf, das sich von jenem des Abstandshalters 110 unterscheidet. Der resistive Überzug 108 besteht aus einem leitfähigen Material mit einem Widerstand, der typischerweise höher als jener von üblicherweise verwendeten reinen Metallleitern ist, wie beispielsweise Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Titan (Ti), Gold (Au) oder Silber (Ag). Bei derartigen Materialien kann es sich zum Beispiel um Alumniumnitrid (AIN), Bornitrid (BN), Aluminiumoxid (AlO), TaN, TiN, Wolframnitrid (WN), Cobaltwolfram (CoW), Nickelwolfram (NiW) oder Ytrriumoxid (YO) handeln. Der Widerstand des resistiven Überzugs 108 ist im Wesentlichen höher als der Widerstand des Heizelements 104 (z.B. fünf bis fünfzig Mal höher oder etwa zwanzig Mal höher). Des Weiteren ist der Widerstand des resistiven Überzugs 108 im Wesentlichen höher als der Widerstand des PCM-Materials 112 in einem polykristallinen Zustand mit einem geringen Widerstand (z.B. zehn bis vierzig Mal höher oder etwa zwanzig Mal höher) und im Wesentlichen niedriger als der Widerstand des PCM-Materials 112 in einem amorphen Zustand mit einem hohen Widerstand (z.B. fünf bis fünfzig Mal niedriger oder etwa zehn Mal niedriger). Der spezifische elektrische Widerstand des resistiven Überzugs 108 kann zum Beispiel im Bereich von 0,1 Ohm Mikrometer (Ω µm) bis 1 Kiloohm Mikrometer (kΩ µm) liegen.
Bei der dargestellten Ausführungsform besteht das PCM-Material 112 im Wesentlichen aus einem Phasenänderungsmaterial, wie beispielsweise aus einem Germaniumantimontellur(GST)-, einem Galliumantimontellur(GaST)- oder einem Silberiridiumantimontellurid(AIST)-Material, wenngleich andere Materialien verwendet werden können, soweit geeignet. Beispiele für andere PCM-Materialien können ein Germaniumtellur-Verbindungsmaterial (GeTe), Siliciumantimontellur(Si-Sb-Te)-Legierungen, Galliumantimontellur(Ga-Sb-Te)-Legierungen, Germaniumwismuthtellur(Ge-Bi-Te)-Legierungen, Indiumtellur(In-Se)-Legierungen, Arsenantimontellur(As-Sb-Te)-Legierungen, Silberindiumantimontellur(Ag-In-Sb-Te)-Legierungen, Ge-In-Sb-Te-Legierungen, Ge-Sb-Legierungen, Sb-Te-Legierungen, Si-Sb-Legierungen, Ge-Te-Legierungen sowie Kombinationen derselben umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf diese. Das PCM-Material 112 kann undotiert oder dotiert sein (z.B. dotiert mit einem oder mehreren von Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Silicium (Si) oder Ti). Die Begriffe „ist im Wesentlichen zusammengesetzt aus“ und „bestehen im Wesentlichen aus“, wie sie hierin in Bezug auf Materialien von verschiedenen Schichten verwendet werden, weisen darauf hin, dass andere Materialien, wenn vorhanden, die grundlegenden Eigenschaften der besagten Materialien nicht wesentlich ändern. Ein PCM-Material 112, das im Wesentlichen aus einem GST-Material besteht, weist zum Beispiel keine anderen Materialien auf, welche die grundlegenden Eigenschaften des GST-Materials wesentlich ändern.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann die PCM-Zelle 100 als eine Speicherzelle betrieben werden, indem ein elektrischer Stromimpuls von der unteren Elektrode 102 zu der oberen Elektrode 114 hindurchgeleitet wird, um die PCM-Zelle 100 zu programmieren. Dies kann bei einer Vielzahl von Spannungen und/oder für eine Vielzahl von Zeitdauern durchgeführt werden, um einen Wert aus der PCM-Zelle 100 zu lesen oder in diese zu schreiben. Für einen Schreibvorgang kann zum Beispiel eine hohe Spannung (z.B. 1 Volt (V) bis 4 V) während einer kurzen Zeitdauer verwendet werden, was bewirken kann, dass das Heizelement 104 das PCM-Material 112 lokal über dessen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Wenn das Fließen des Stroms endet, kann das PCM-Material 112 rasch abkühlen, so dass in einem Prozess, der als „Zurücksetzen“ bezeichnet wird, eine amorphe Zone 120 gebildet wird. Bei der Zone 120 handelt es sich um einen kuppelförmigen Bereich aus dem PCM-Material 112, das eine amorphe Konfiguration aufweist, wenngleich sich der Rest des PCM-Materials 112 weiterhin in einer polykristallinen Konfiguration befindet. Im Allgemeinen weist diese amorphe Konfiguration keine definitive Struktur auf. In der Zone 120 können jedoch lokale, getrennte kristalline Nuklei vorhanden sein (d.h. kleine kristallisierte Bereich aus dem Phasenänderungsmaterial 112). Die Erzeugung der Zone 120 kann eine Erhöhung des elektrischen Widerstands über die PCM-Zelle 100 hinweg im Vergleich zu einer ausschließlich polykristallinen Konfiguration verursachen (nach Art der PCM-Zelle 100 in 2A). Diese Widerstandswerte der PCM-Zelle 100 können ohne Ändern des Zustands des PCM-Materials 112 (einschließlich jenes der Zone 120) oder des Widerstandswerts der PCM-Zelle 100 gelesen werden, zum Beispiel durch Senden eines Stromimpulses bei einer geringen Spannung (z.B. 0,2 V) von der unteren Elektrode 102 zu der oberen Elektrode 114.
Darüber hinaus kann das PCM-Material 112 durch „Setzen“ der PCM-Zelle 100 neu beschrieben und in eine ausschließlich polykristalline Konfiguration zurückgeführt werden. Bei einer Art, das PCM-Material 112 neu zu beschreiben, wird ein hoher elektrischer Spannungsimpuls (z.B. 1 V bis 4 V) während einer kurzen Zeitspanne (z.B. 10 Nanosekunden (ns)) verwendet, der bewirken kann, dass sich das PCM-Material 112 über seinen Kristallisationspunkt hinaus, jedoch nicht bis zu seinem Schmelzpunkt erwärmt. Da die Kristallisationstemperatur niedriger als die Schmelztemperatur ist, kann das PCM-Material 112 getempert werden und Kristalle bilden, wenn das Fließen des Stroms endet. Bei einer anderen Art, das PCM-Material 112 neu zu beschreiben, wird ein elektrischer Impuls mit einer vergleichsweise langen abfallenden Flanke verwendet (z.B. 1 Mikrosekunde) (im Gegensatz zu einem quadratischen Impuls mit einer vergleichsweise kurzen abfallenden Flanke in der Größenordnung von Nanosekunden), der ausreichend stark ist, um das PCM-Material 112 über seinen Schmelzpunkt hinaus zu erwärmen, wonach das PCM-Material 112 langsam abgekühlt wird, so dass eine Bildung von Kristallen ermöglicht wird. Jeder dieser Prozesse bewirkt, dass der elektrische Widerstand über die PCM-Zelle 100 hinweg im Vergleich dazu abnimmt, wenn eine amorphe Zone 120 vorliegt (nach Art der PCM-Zelle 100 in 1). Dieser neue Widerstandswert kann dann unter Verwendung eines Stroms bei einer geringen Spannung (z.B. 0,2 V) gelesen werden, ohne den Zustand des PCM-Materials 112 oder den Widerstandswert der PCM-Zelle 100 zu ändern.
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Schmelztemperatur des PCM-Materials 112 etwa 600 °C. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Kristallisationstemperatur des PCM-Materials 112 etwa 180 °C. Darüber hinaus kann der Prozess des Setzens und Zurücksetzens der PCM-Zelle 100 wiederholt erfolgen, und bei einigen Ausführungsformen können verschiedene Zonen 120 mit verschiedenen Widerständen in den PCM-Materialien 112 erzeugt werden (z.B. aufgrund dessen, dass verschiedene Abmessungen der Zone 120 und/oder verschiedene Mengen an Kristallisations-Nuklei in der Zone 120 vorliegen, wie in den 2B und 2C gezeigt). Dadurch wird ermöglicht, dass die PCM-Zelle 100 mehrere unterscheidbare Widerstände aufweist, die durch Variieren der Zurücksetz-Parameter erzeugt werden können. Wenn in Betracht gezogen wird, dass die PCM-Zelle 100 Informations-Digits repräsentiert, können diese Digits dadurch nicht-binär sein (im Gegensatz zu üblichen Bits). Bei einigen Ausführungsformen kann die PCM-Zelle 100 jedoch dadurch als ein Bit verwendet werden, dass entweder eine gleichmäßige Zone 120 in dem PCM-Material 112 vorliegt oder nicht vorliegt. Bei derartigen Ausführungsformen können die PCM-Zellen 100 einen hohen Widerstand (auch bekannt als Ausgabe einer niedrigen Spannung oder „0“) oder einen niedrigen Widerstand aufweisen (auch bekannt als Ausgabe einer hohen Spannung oder „1“).
Die Komponenten und die Konfiguration der PCM-Zelle 100 ermöglichen das Enthalten des resistiven Überzugs 108, während weiterhin ein direkter Kontakt zwischen dem Heizelement 104 und dem PCM-Material 112 ermöglicht wird. Dadurch wird verhindert, dass der resistive Überzug 108 das Programmieren der PCM-Zelle 100 beeinflusst (z.B. den Setz-Widerstand ändert), wie es der Fall wäre, wenn der resistive Überzug 108 insgesamt zwischen dem Heizelement 104 und dem PCM-Material 112 positioniert wäre. Darüber hinaus reduziert der Abstandshalter 110 die Kontaktfläche zwischen dem Heizelement 104 und dem PCM-Material 112 auf lediglich die Abmessung der Oberseite des Heizelements 104. Dadurch wird die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Heizelement 104 und dem PCM-Material 112 derart reduziert, dass der elektrische Strom, der von dem Heizelement 104 aus fließt, konzentriert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass der elektrische Impuls eine geringe Energie aufweist, da eine kleinere Fläche des PCM-Materials 112 vorliegt, die während des Zurücksetzens beziehungsweise des Setzens geschmolzen oder kristallisiert wird. Dies steht im Kontrast zu einer Situation, in der ein Abstandshalter 110 nicht vorhanden ist, so dass sich das PCM-Material 112 in einem Kontakt mit der Oberseite und den Seiten des Heizelements 104 befindet, wobei der elektrische Impuls eine höhere Energie benötigen würde, um die Phase des PCM-Materials 112 zu beeinflussen.
Die 2A bis 2C zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten der PCM-Zelle 100 in unterschiedlichen Zuständen und den Fluss eines elektrischen Stroms durch diese. Die 3A bis 3C zeigen jeweils schematische Darstellungen der elektrischen Pfade der 2A bis 2C. Spezifischer befindet sich das PCM-Material 112 in den 2A und 3A ausschließlich in einer polykristallinen Konfiguration, in den 2B und 3B weist das PCM-Material 112 eine kleine amorphe Zone 120 auf, und in den 2C und 3C weist das PCM-Material 112 eine große amorphe Zone 120 auf. Daher werden die 2A bis 2C sowie 3A bis 3C in Verbindung miteinander erörtert.
Bei den dargestellten Ausführungsformen liegt der elektrische Widerstand des resistiven Überzugs 108 zwischen dem elektrischen Widerstand des PCM-Materials 112 in einer polykristallinen Phase und dem elektrischen Widerstand des PCM-Materials 112 in einer amorphen Phase (nach Art der Zone 120). Der Widerstand des PCM-Materials 112 in einer amorphen Phase kann zum Beispiel einhundert Mal größer als der Widerstand des PCM-Materials 112 in einer kristallinen Phase sein. Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Widerstand des resistiven Überzugs 108 zum Beispiel zwischen 10 und vierzig Mal größer als der Widerstand des PCM-Materials 112 in einer kristallinen Phase sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Widerstand des resistiven Überzugs 108 zum Beispiel etwa zwanzig Mal größer als der Widerstand des PCM-Materials 112 in einer kristallinen Phase sein. Wenn der kristalline Widerstand des PCM-Materials 112 zum Beispiel zwischen 10 kΩ und 100 kΩ liegen kann, dann kann der amorphe Widerstand des PCM-Materials 112 zwischen 1 Megaohm (MΩ) und 10 MΩ liegen, und der Widerstand des resistiven Überzugs 108 kann zwischen 200 kΩ und 2 MΩ liegen.
Wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, fließt ein elektrischer Strom durch sämtliche zur Verfügung stehende Pfade. Wenn ein Satz von parallelen Pfaden vergleichbare Widerstände aufweist, dann fließt ein elektrischer Strom in vergleichbaren Mengen durch diese hindurch. Wenn die Pfade jedoch signifikant unterschiedliche Widerstände aufweisen, dann fließt der elektrische Strom durch den (die) Pfad(e) mit dem geringeren Widerstand in einer größeren Menge. In einer derartigen Situation wird der Gesamtwiderstand des Satzes von parallelen Pfaden durch den Widerstand des Pfads (der Pfade) mit dem geringeren Widerstand dominiert.
Bei der dargestellten Ausführungsform von 2A liegt das PCM-Material 112 ausschließlich in einer polykristallinen Phase vor. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 122 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 ein besserer Leiter als der resistive Überzug 108 ist, erstreckt sich der Pfad 122 geradlinig durch das PCM-Material 112 hindurch bis zu der oberen Elektrode 114. Die Ursache dafür, dass es sich bei dem Pfad 122 um den dominanten elektrischen Pfad handelt, ist in 3A gezeigt. 3A zeigt die PCM-Zelle 100 auf der linken Seite als ein physikalisches Schaubild und auf der rechten Seite als ein elektrisches Schaubild. Wie vorstehend angemerkt, wandert der elektrische Impuls von der unteren Elektrode BE zu der oberen Elektrode TE, und der Widerstand des kristallisierten PCM-Materials C ist geringer jener des resistiven Überzugs L und des Isolators I. Daher erstreckt sich der Pfad 122 durch das PCM-Material C hindurch.
Bei der dargestellten Ausführungsform der 2B weist das PCM-Material 112 eine kleine amorphe Zone 120 auf. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 124 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 und der resistive Überzug 108 bessere Leiter als die amorphe Zone 102 sind, vermeidet der Pfad 124, durch den Großteil der amorphen Zone 120 hindurch zu verlaufen. Stattdessen verzweigt sich der Pfad 124 derart, dass ein Teil des Pfads 124 durch den resistiven Überzug 108 und den kristallinen Teilbereich des PCM-Materials 112 hindurch zu der oberen Elektrode 114 hin verläuft und ein Teil des Pfads 124 durch einen kleinen Teilbereich der amorphen Zone 120 und den kristallinen Teilbereich des PCM-Materials 112 hindurch bis zu der oberen Elektrode 114 verläuft. Die Ursache, dass es sich bei dem Pfad 124 um den dominanten elektrischen Pfad handelt, ist in 3B gezeigt. 3B stellt die PCM-Zelle 100 auf der linken Seite als ein physikalisches Schaubild und auf der rechten Seite als ein elektrisches Schaubild dar. Wie vorstehend erwähnt, wandert der elektrische Impuls von der unteren Elektrode BE zu der oberen Elektrode TE. Der Widerstand des kristallisierten PCM-Materials C ist geringer als jener des resistiven Überzugs L, des Isolators I und der Zone Z, und der Widerstand des resistiven Überzugs L ist geringer als jener der Zone Z. Daher erstreckt sich der Pfad 124 hauptsächlich durch den resistiven Überzug L und das PCM-Material C hindurch.
Bei der dargestellten Ausführungsform von 2C weist das PCM-Material 112 eine große amorphe Zone 120 auf. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 126 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 und der resistive Überzug 108 bessere Leiter als die amorphe Zone 120 sind, vermeidet der Pfad 126, durch den Hauptteil der amorphen Zone 120 hindurch zu verlaufen. Da die amorphe Zone 120 so groß ist, vermeidet der Pfad 126 die amorphe Zone 120 insgesamt, so dass er sich durch den resistiven Überzug 108 und das kristalline PCM-Material 112 hindurch bis zu der oberen Elektrode 114 erstreckt. Die Ursache dafür, dass es sich bei dem Pfad 126 um den dominanten elektrischen Pfad handelt, ist in 3C gezeigt. 3C stellt die PCM-Zelle 100 auf der linken Seite als ein physikalisches Schaubild und auf der rechten Seite als ein elektrisches Schaubild dar. Wie vorstehend erwähnt, wandert der elektrische Impuls von der unteren Elektrode BE zu der oberen Elektrode TE. Der Widerstand des kristallisierten PCM-Materials C ist geringer als jener des resistiven Überzugs L, des Isolators I und der Zone Z, und der Widerstand des resistiven Überzugs L ist geringer als jener der Zone Z. Daher erstreckt sich der Pfad 124 hauptsächlich durch den resistiven Überzug L und das PCM-Material C hindurch.
Das Resultat der Pfade 122 bis 126, die sich voneinander unterscheiden, wenn sich die PCM-Zelle 100 in verschiedenen Zuständen befindet, besteht darin, dass der Effekt der Widerstands-Drift in dem PCM-Material 112 (z.B. in der Zone 120) durch den resistiven Überzug 108 abgeschwächt wird. Dies liegt daran, dass der Widerstand des resistiven Überzugs 108 konstant ist, während sich der Widerstand des PCM-Materials 112 über die Zeit hinweg ändern kann (z.B. dadurch, dass sich die Abmessung der amorphen Zone 120 über die Zeit hinweg ändert).
Die 4A bis 4G zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen einer PCM-Zelle 100. In 4A wird ein Substrat 116 bereitgestellt, und eine untere Elektrode 102 wird auf dem Substrat 116 gebildet. Darüber hinaus wird ein Dielektrikum 128 auf dem Substrat 116 gebildet, um die untere Elektrode 102 von anderen Komponenten elektrisch zu isolieren, wenn notwendig. Das Substrat 116 kann aus irgendeinem beliebigen geeigneten Halbleitermaterial bestehen. Zum Beispiel kann das Substrat 116 mit irgendeiner beliebigen Art eines Halbleitersubstrats oder Wafers gebildet werden, das oder der Silicium, Siliciumgermanium, ein Halbleitermaterial der Gruppe IV, ein Halbleitermaterial der Gruppe III-V, ein Halbleitermaterial der Gruppe II-VI, einen Silicium-auf-Isolator (SOI) oder ein anderes bekanntes Halbleitermaterial aufweisen, die in Halbleiterchips verwendet werden, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Substrat 116 eine oder mehrere Halbleitereinheiten auf, wie beispielsweise Transistoren, Isolationsgräben, Kontakte und dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die untere Elektrode 102 auf einer Halbleitereinheit oder auf einem Kontakt in dem Halbleitersubstrat 116. Bei einigen Ausführungsformen ist die untere Elektrode mit einem (nicht gezeigten) Kontakt verbunden, der sich durch ein (nicht gezeigtes) Zwischenebenendielektrikum hindurch bis zu einem darunterliegenden Zugriffschaltungsaufbau oder zu Transistoren in dem Substrat 116 erstreckt (nicht gezeigt). In 4B werden ein Isolator 106, ein resistiver Überzug 108 sowie ein Dielektrikum 130 auf der unteren Elektrode 102 und dem Dielektrikum 128 gebildet. In 4C wird ein Durchkontaktloch durch das Dielektrikum 130, den resistiven Überzug 108 und den Isolator 106 hindurch gebildet (bis hinunter zu der unteren Elektrode 102). Dieses Durchkontaktloch wird dann gefüllt, um das Heizelement 104 zu bilden. In 4D wird das Dielektrikum 130 entfernt, um den resistiven Überzug 108 und einen Teilbereich der Seitenwände und das obere Ende des Heizelements 104 freizulegen.
In 4E wird ein Abstandshalter 110 gebildet, indem zum Beispiel eine Schicht aus einem Abstandshaltermaterial abgeschieden wird, das Abstandshaltermaterial maskiert wird und RIE verwendet wird, um das überschüssige Abstandshaltermaterial zu entfernen. Bei einigen Ausführungsformen bestehen der Isolator 106, der Abstandshalter 110, das Dielektrikum 128 und das Dielektrikum 130 aus dem gleichen Material, und bei anderen Ausführungsformen unterscheiden sich einige oder sämtliche derselben voneinander. In 4F wird der Teilbereich des resistiven Überzugs 108, der sich nicht unter dem Abstandshalter 110 befindet, entfernt, um einen Teilbereich des Isolators 106 freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt dies während des RIE-Prozesses, der in 4E verwendet wird, um den Abstandshalter 110 zu bilden. In 4G werden das PCM-Material 112 und die obere Elektrode 114 auf dem Heizelement 104, dem Isolator 106, dem resistiven Überzug 108 sowie dem Abstandshalter 110 gebildet. Dies kann zum Beispiel unter Verwendung von einer oder mehreren Masken und RIE-Prozessen erfolgen.
Dadurch kann die PCM-Zelle 100 derart hergestellt werden, dass der resistive Überzug 108 lediglich unter einem Teilbereich des PCM-Materials 112 vorhanden ist und es nicht erforderlich ist, eine zusätzliche Maske mit seiner schlussendlichen Abmessung zu bilden (da der Abstandshalter 110 vorhanden ist). Des Weiteren ermöglicht ein Bilden eines Abstandshalters 110, dass die Höhe des Heizelements 104 nicht so kritisch wie bei einigen anderen Ausführungsformen ist. Bei einigen dieser anderen Ausführungsformen kann die Oberseite des Heizelements 104 zum Beispiel bündig mit der Oberseite des resistiven Überzugs 108 sein. Bei derartigen Ausführungsformen befinden sich die Seitenwände des Heizelements 104 nicht in einem Kontakt mit dem PCM-Material 112, obwohl kein Abstandshalter 110 vorliegt. Da der resistive Überzug 108 jedoch sehr dünn sein kann (z.B. 1 Nanometer (nm) bis 10 nm), kann es schwierig sein, das Heizelement 104 so zu planarisieren, dass es mit dem resistiven Überzug 108 bündig ist, ohne einen Teil des resistiven Überzugs 108 zu entfernen.
5 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen PCM-Zelle 200. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die PCM-Zelle 200 vergleichbar mit der PCM-Zelle 100 (die in 1 gezeigt ist), mit der Ausnahme, dass sich der resistive Überzeug 208 entlang der äußeren Seite und der oberen Seite in einem Kontakt mit dem PCM-Material 112 befindet und der Abstandshalter 210 sich entsprechend unterscheidet. Dadurch werden dort die gleichen Bezugszeichen für die PCM-Zelle 200 verwendet, wo die entsprechenden Komponenten die gleichen wie in der PCM-Zelle 100 sind. Für Komponenten der PCM-Zelle 200, die sich von jenen in der PCM-Zelle 100 unterscheiden, werden jedoch Bezugszeichen verwendet, die um einhundert höher sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist der resistive Überzug 208 einen L-förmigen Querschnitt mit einem Schenkel 232, der sich von dem Heizelement 104 nach außen erstreckt, und einem Schenkel 234 auf, der sich entlang der Seitenwand des Heizelements 104 erstreckt. Und daher befindet sich die obere Seite des Schenkels 234, die bündig mit den Oberseiten des Abstandshalters 210 und des Heizelements 104 ist, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material 112 und ist mit diesem elektrisch verbunden, und die äußere Seite des Schenkels 232 befindet sich in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material 112 und ist mit diesem elektrisch verbunden.
Die 6A bis 6C zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten der PCM-Zelle 200 in verschiedenen Zuständen und den Fluss eines elektrischen Stroms durch diese hindurch. Bei der dargestellten Ausführungsform von 6A befindet sich das PCM-Material 112 ausschließlich in einer polykristallinen Phase. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 222 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 ein besserer Leiter als der resistive Überzug 208 ist, erstreckt sich der Pfad 222 geradlinig durch das PCM-Material 112 bis zu der oberen Elektrode 114.
Bei der dargestellten Ausführungsform der 6B weist das PCM-Material 112 eine kleine amorphe Zone 120 auf. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 224 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 und der resistive Überzug 208 bessere Leiter als die amorphe Zone 120 sind, vermeidet der Pfad 224, durch den Großteil der amorphen Zone 120 hindurch zu verlaufen. Stattdessen verzweigt sich der Pfad 224 derart, dass ein Teil des Pfads 224 durch den Schenkel 234 und den kristallinen Teilbereich des PCM-Materials 112 bis zu der oberen Elektrode 114 verläuft, ein Teil des Pfads 224 durch den Schenkel 232 und den kristallinen Teilbereich des PCM-Materials 112 bis zu der oberen Elektrode 114 verläuft und ein Teil des Pfads 224 durch einen kleinen Teilbereich der Zone 120 und den kristallinen Teilbereich des PCM-Materials 112 bis zur oberen Elektrode 114 verläuft.
Bei der dargestellten Ausführungsform von 6C weist das PCM-Material 112 eine große amorphe Zone 120 auf. Da es sich bei dem Heizelement 104 um ein leitfähiges Material handelt und bei dem Isolator 106 nicht, fließt ein elektrischer Impuls hauptsächlich entlang eines Pfads 226 von der unteren Elektrode 102 aus und durch das Heizelement 104 hindurch. Da das kristalline PCM-Material 112 und der resistive Überzug 208 bessere Leiter als die amorphe Zone 120 sind, vermeidet der Pfad 226, durch den Großteil der amorphen Zone 120 zu verlaufen. Da die amorphe Zone 120 so groß ist, vermeidet der Pfad 226 die amorphe Zone 120, so dass er sich durch den Schenkel 232 des resistiven Überzugs 208 und das kristalline PCM-Material 112 hindurch bis zu der oberen Elektrode 114 erstreckt.
Das Resultat der Pfade 222 bis 226, die sich unterscheiden, wenn sich die PCM-Zelle 200 in verschiedenen Zuständen befindet, besteht darin, dass der Effekt der Widerstands-Drift in dem PCM-Material 112 (z.B. in der Zone 120) durch den resistiven Überzug 208 abgeschwächt wird. Dies liegt daran, dass der Widerstand des resistiven Überzugs 208 konstant ist, während sich der Widerstand des PCM-Materials 112 über die Zeit hinweg ändern kann (z.B. dadurch, dass sich die Abmessung der Zone 120 über die Zeit hinweg ändert).
Die 7A bis 7H zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Herstellen der PCM-Zelle 200. In 7A wird ein Substrat 116 bereitgestellt, und eine untere Elektrode 102 wird auf dem Substrat 116 gebildet. Darüber hinaus wird ein Dielektrikum 128 auf dem Substrat 116 gebildet, um die untere Elektrode 102 von anderen Komponenten zu isolieren, wenn notwendig. In 7B werden ein Isolator 106 und ein Dielektrikum 130 auf der unteren Elektrode 102 und dem Dielektrikum 128 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen bestehen der Isolator 106 und das Dielektrikum 130 aus dem gleichen Material, und bei anderen Ausführungsformen bestehen sie aus verschiedenen Materialien. Bei den letzteren derartigen Ausführungsformen ist es möglich, dass nur eine einzige dicke Schicht eines Isolators 106 abgeschieden wird (ohne eine zweite Abscheidung des Dielektrikums 130). In 7C wird ein Durchkontaktloch durch das Dielektrikum 130 und den Isolator 106 hindurch gebildet (bis hinunter zu der unteren Elektrode 102). Dieses Durchkontaktloch wird dann gefüllt, um das Heizelement 104 zu bilden. In 7D wird das Dielektrikum 130 entfernt, um den Isolator 106 sowie einen Teilbereich der Seitenwände und das obere Ende des Heizelements 104 freizulegen. Bei einer Ausführungsform, bei der es sich bei dem Isolator 106 um eine dicke Schicht handelt, die den Platz des Dielektrikums 130 einnimmt, kann ein tiefengesteuerter Ätzvorgang durchgeführt werden (z.B. ein zeitlich festgelegter zurücksetzender Ätzvorgang), um den Isolator 106 auf seine endgültige Dicke zu reduzieren.
In 7E wird ein resistiver Überzug 208 auf dem Isolator 106 und der Seitenwand sowie der Oberseite des Heizelements 104 gebildet. In 7F wird ein Abstandshalter 210 gebildet, zum Beispiel indem eine Schicht aus einem Abstandshaltermaterial abgeschieden wird, das Abstandshaltermaterial maskiert wird und RIE verwendet wird, um das überschüssige Abstandshaltermaterial zu entfernen. Bei einigen Ausführungsformen bestehen der Isolator 106, der Abstandshalter 210, das Dielektrikum 128 sowie das Dielektrikum 130 aus dem gleichen Material, und bei anderen Ausführungsformen unterscheiden sich einige oder sämtliche derselben voneinander. In 7G wird ein Teilbereich des resistiven Überzugs 208, der sich nicht unter dem Abstandshalter 210 befindet, entfernt, um einen Teilbereich des Isolators 206 und die Oberseite des Heizelements 104 freizulegen. Darüber hinaus wird die Oberseite des Abstandshalters 210 so planarisiert, dass sie bündig mit den Oberseiten des Heizelements 104 und des resistiven Überzugs 208 ist. In 7H werden das PCM-Material 112 und die obere Elektrode 114 auf dem Heizelement 104, dem Isolator 106, dem resistiven Überzug 208 sowie dem Abstandshalter 210 gebildet. Dies kann zum Beispiel unter Verwendung von einer oder mehreren Masken und RIE-Prozessen erfolgen.
Dadurch kann die PCM-Zelle 200 derart hergestellt werden, dass sich der resistive Überzug 208 nur unter einem Teilbereich des PCM-Materials 112 befindet und dass es nicht erforderlich ist, eine zusätzliche Maske mit seiner endgültigen Abmessung zu bilden (da der Abstandshalter 210 vorhanden ist). Ferner ermöglicht die Bildung des Abstandshalters 210, dass die Höhe des Heizelements 104 nicht so kritisch ist wie bei einigen anderen Ausführungsformen.
8 ist eine Querschnittsansicht einer PCM-Zelle 300 mit Isolatoren 306-1 bis 306-4 (insgesamt „Isolatoren 306“) sowie resistiven Überzügen 308-1 bis 308-4 (insgesamt „resistive Überzüge 308“). Bei der dargestellten Ausführungsform ist die PCM-Zelle 300 vergleichbar mit der PCM-Zelle 100 (die in 1 gezeigt ist), mit der Ausnahme, dass mehrere resistive Überzüge 308 und mehrere Isolatoren 306 vorhanden sind und sich ein Abstandshalter 310 ebenfalls entsprechend unterscheidet. Dadurch werden dort die gleichen Bezugszeichen für die PCM-Zelle 300 verwendet, wo die entsprechenden Komponenten die gleichen wie in der PCM-Zelle 100 sind. Für die Komponenten der PCM-Zelle 300, die sich von jenen in der PCM-Zelle 100 unterscheiden, werden jedoch Bezugszeichen verwendet, die um 200 größer sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich jeder resistive Überzug 308 in einem direkten Kontakt mit dem Heizelement 104 und dem PCM-Material 112 und ist mit diesen elektrisch verbunden, wenngleich sich jeder resistive Überzug 308 nicht in einem direkten Kontakt mit irgendeinem anderen resistiven Überzug 308 befindet. Stattdessen sind die resistiven Überzüge 308 durch Isolatoren 306 voneinander beabstandet. Wenngleich in 8 vier Isolatoren 306 und vier resistive Überzüge 308 gezeigt sind, kann es bei anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Isolatoren 306 und resistive Überzüge 308 geben.
Die mehreren Isolatoren 306 und resistiven Überzüge 308 können zum Beispiel durch Hinzufügen von mehreren abwechselnden Schichten während eines Schritts gebildet werden, der vergleichbar mit jenem in 4B dargestellten ist. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die Isolatoren 306 aus einem anderen Material als jenem des Abstandshalters 310, so dass der Abstandshalter 310 während eines Prozesses nicht geätzt wird, der die Teilbereiche der Isolatoren 306-2 bis 306-4 und der resistiven Überzüge 308-1 bis 308-4 entfernt, um einen Teil des Isolators 306-1 während eines Schritts freizulegen, der vergleichbar mit jenem in 4F dargestellten ist.
Wenngleich die resistiven Überzüge 308 auf die gleiche Weise wie ein einzelner resistiver Überzug 108 funktionieren (der in 1 gezeigt ist), ermöglicht das Vorliegen von mehreren resistiven Überzügen 308 eine größere Auswahl bei den Materialien für die resistiven Überzüge 308. Wenn zum Beispiel ein spezieller Gesamtwiderstand verlangt wird, kann im Vergleich mit einer Ausführungsform mit nur einem einzigen resistiven Überzug 108 ein Material mit einem höheren Widerstand verwendet werden. Dies liegt daran, dass mehrere resistive Überzüge 308 als parallele Widerstände wirken, die den Gesamtwiderstand verringern können. Wenn die Verwendung eines speziellen Materials gewünscht ist, kann dadurch dann die Anzahl von Isolatoren 306 und resistiven Überzügen 308 dementsprechend vorgegeben werden.
9 ist eine Querschnittsansicht einer PCM-Zelle 400 mit Isolatoren 406-1 bis 406-4 (insgesamt „Isolatoren 406“) und einem resistiven Überzug 408. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die PCM-Zelle 400 vergleichbar mit der PCM-Zelle 200 (die in 5 gezeigt ist), mit der Ausnahme, dass es mehrere Schenkel 434-1 bis 434-4 (insgesamt „Schenkel 434“) des resistiven Überzugs 408 gibt, die durch mehrere Isolatoren 406-1 bis 406-4 (insgesamt „Isolatoren 406“) voneinander beabstandet sind, und ein Abstandshalter 410 unterscheidet sich ebenfalls entsprechend. Dadurch werden dort die gleichen Bezugszeichen für die PCM-Zelle 400 verwendet, wo die entsprechenden Komponenten die gleichen wie in der PCM-Zelle 200 sind. Für Komponenten der PCM-Zelle 400, die sich von jenen in der PCM-Zelle 200 unterscheiden, werden jedoch Bezugszeichen verwendet, die um 200 höher sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist der resistive Überzug 408 einen Querschnitt mit Rippen mit einem Schenkel 432, der sich entlang der Seitenwand des Heizelements 104 erstreckt, und Schenkeln 434 auf, die sich von dem Heizelement 104 nach außen erstrecken. Dadurch befindet sich die obere Seite des Schenkels 432, die bündig mit den Oberseiten des Abstandshalters 410 und des Heizelements 104 ist, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material 112 und ist mit diesem elektrisch verbunden, und die äußeren Seiten der Schenkel 434 befinden sich in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material 112 und sind mit diesem elektrisch verbunden. Wenngleich in 9 vier Isolatoren 406 und vier Schenkel 434 gezeigt sind, kann es bei anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Isolatoren 406 und Schenkel 434 geben.
Die mehreren Isolatoren 406 und der resistive Überzug 408 können zum Beispiel durch Hinzufügen mehrerer abwechselnder Schichten (nach Art der 4B) nach einem Schritt gebildet werden, der vergleichbar mit jenem in 7E dargestellten ist. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die Isolatoren 406 aus einem anderen Material als jenem des Abstandshalters 410, so dass der Abstandshalter 410 während eines Prozesses nicht geätzt wird, bei dem die Teilbereiche der Isolatoren 406-2 bis 406-4 und des resistiven Überzugs 408 entfernt werden, um einen Teil des Isolators 406-1 während eines Schritts freizulegen, der vergleichbar mit jenem in 7G dargestellten ist.
Wenngleich der resistive Überzug 408 auf die gleiche Weise funktioniert wie der resistive Überzug 208 (der in 5 gezeigt ist), ermöglicht das Vorliegen mehrerer Schenkel 434 eine größere Wahl bei den Materialien für den resistiven Überzug 408. Wenn zum Beispiel ein spezieller Gesamtwiderstand gefordert wird, dann kann im Vergleich zu einer Ausführungsform mit nur zwei Schenkeln 232 und 234 (nach Art des resistiven Überzugs 208) ein Material mit einem höheren Widerstand verwendet werden. Dies liegt daran, dass mehrere Schenkel 434 als parallele Widerstände wirken, die den Gesamtwiderstand des resistiven Überzugs 408 verringern können. Wenn die Verwendung eines speziellen Materials gewünscht ist, dann kann dadurch die Anzahl von Isolatoren 306 und Schenkeln 434 dementsprechend vorgegeben werden.
Weitere Erörterung einiger exemplarischer Ausführungsformen
Im Folgenden werden nicht-exklusive Beschreibungen einiger exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angegeben.
Eine PCM-Zelle gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dieser Offenbarung weist unter anderen möglichen Dingen auf: eine erste Elektrode; ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist; ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist; eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist; sowie einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements und mit dem PCM-Material.
Die PCM-Zelle des vorhergehenden Abschnitts kann optional zusätzlich und/oder alternativ irgendeines/irgendeine oder mehrere der folgenden Merkmale, Konfigurationen und/oder zusätzlichen Komponenten aufweisen:
Eine weitere Ausführungsform der vorstehenden PCM-Zelle, wobei sich das PCM-Material in einem direkten Kontakt mit einem Ende des Heizelements befindet.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: einen elektrisch isolierenden Abstandshalter in einem direkten Kontakt mit der Seitenwand des Heizelements und mit einem Teilbereich des resistiven Überzugs derart, dass sich der resistive Überzug nur an einem äußeren Ende des resistiven Überzugs, das dem Heizelement gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem resistiven Überzug.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, wobei: eine Breite des PCM-Materials gleich dem dreifachen bis siebenfachen einer Breite des Heizelements ist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer PCM-Zelle gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dieser Offenbarung weist unter anderen möglichen Dingen auf: Bilden einer ersten Elektrode; Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht; Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht und den resistiven Überzug hindurch erstreckt; Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug; sowie Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
Das Verfahren des vorhergehenden Abschnitts kann optional zusätzlich und/oder alternativ irgendeines/irgendeine oder mehrere der folgenden Merkmale, Konfigurationen und/oder zusätzlichen Komponenten aufweisen:
Eine weitere Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens, die des Weiteren aufweist: Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf dem resistiven Überzug; wobei sich das Heizelement durch die zweite elektrisch isolierende Schicht hindurch erstreckt.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Entfernen der zweiten elektrisch isolierenden Schicht nach dem Bilden des Heizelements.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich der ersten elektrisch isolierenden Schicht freizulegen.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Bilden eines dielektrischen Abstandshalters auf dem resistiven Überzug um das Heizelement herum, bevor der Teilbereich des resistiven Überzugs entfernt wird.
Eine PCM-Zelle gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dieser Offenbarung weist unter anderen möglichen Dingen auf: eine erste Elektrode; ein Heizelement in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit der ersten Elektrode; ein PCM-Material in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement; eine zweite Elektrode in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem PCM-Material; sowie einen ersten resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement und mit dem PCM-Material.
Die PCM-Zelle des vorhergehenden Abschnitts kann optional zusätzlich und/oder alternativ irgendeines/irgendeine oder mehrere der folgenden Merkmale, Konfigurationen und/oder zusätzlichen Komponenten aufweisen:
Eine weitere Ausführungsform der vorstehenden PCM-Zelle, die des Weiteren aufweist: einen dielektrischen Abstandshalter, der das Heizelement umgibt und sich auf einem Teilbereich des ersten resistiven Überzugs derart befindet, dass sich das Heizelement nur an einem Ende des Heizelements, das der ersten Elektrode gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet und sich der erste resistive Überzug nur an einem äußeren Ende des ersten resistiven Überzugs, das dem Heizelement gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem ersten resistiven Überzug.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: einen zweiten resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement und mit dem PCM-Material, wobei der zweite resistive Überzug von dem ersten resistiven Überzug beabstandet ist.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem ersten resistiven Überzug und dem zweiten resistiven Überzug.
Eine PCM-Zelle gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dieser Offenbarung weist unter anderen möglichen Dingen auf: eine erste Elektrode; ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist; ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist; eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist; sowie einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements, wobei der resistive Überzug einen L-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel, der sich entlang der Seitenwand des Heizelements erstreckt, und einem zweiten Schenkel aufweist, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt.
Die PCM-Zelle des vorhergehenden Abschnitts kann optional zusätzlich und/oder alternativ irgendeines/irgendeine oder mehrere der folgenden Merkmale, Konfigurationen und/oder zusätzlichen Komponenten aufweisen:
Eine weitere Ausführungsform der vorstehenden PCM-Zelle, die des Weiteren aufweist: einen dielektrischen Abstandshalter, der über einem Teilbereich des resistiven Überzugs derart positioniert ist, dass sich der resistive Überzug nur an einem ersten Ende des ersten Schenkels und einem zweiten Ende des zweiten Schenkels in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem resistiven Überzug.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, wobei der resistive Überzug des Weiteren aufweist: einen dritten Schenkel, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt und von dem zweiten Schenkel beabstandet ist.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeiner der vorstehenden PCM-Zellen, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem zweiten Schenkel und dem dritten Schenkel.
Ein Verfahren zum Herstellen einer PCM-Zelle gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dieser Offenbarung weist unter anderen möglichen Dingen auf: Bilden einer ersten Elektrode; Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht hindurch erstreckt; Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht und auf einem Teilbereich des Heizelements derart, dass ein Teilbereich des Heizelements nicht mit dem resistiven Überzug bedeckt ist; Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug; sowie Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
Das Verfahren des vorhergehenden Abschnitts kann optional zusätzlich und/oder alternativ irgendeines/irgendeine oder mehrere der folgenden Merkmale, Konfigurationen und/oder zusätzlichen Komponenten aufweisen:
Eine weitere Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens, wobei das Bilden des resistiven Überzugs aufweist: Bilden des resistiven Überzugs über dem Heizelement; sowie Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich des Heizelements freizulegen.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich der ersten elektrisch isolierenden Schicht freizulegen.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Bilden eines dielektrischen Abstandshalters auf dem resistiven Überzug um das Heizelement herum, bevor der Teilbereich des resistiven Überzugs entfernt wird.
Eine weitere Ausführungsform von irgendeinem der vorstehenden Verfahren, die des Weiteren aufweist: Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht, bevor das Heizelement gebildet wird.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zu Zwecken der Darstellung präsentiert, sollen jedoch nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein. Für den Fachmann sind viele Modifikationen und Variationen ersichtlich, ohne von dem Umfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber auf dem Mark zu findenden Technologien am besten zu erläutern oder andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die hierin offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle, die aufweist: eine erste Elektrode; ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist; ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist; eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist; und einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements und mit dem PCM-Material.
PCM-Zelle nach Anspruch 1, wobei sich das PCM-Material in einem direkten Kontakt mit einem Ende des Heizelements befindet.
PCM-Zelle nach Anspruch 2, die des Weiteren aufweist: einen elektrisch isolierenden Abstandshalter in einem direkten Kontakt mit der Seitenwand des Heizelements und mit einem Teilbereich des resistiven Überzugs derart, dass sich der resistive Überzug nur an einem äußeren Ende des resistiven Überzugs, das dem Heizelement gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
PCM-Zelle nach Anspruch 1, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem resistiven Überzug.
PCM-Zelle nach Anspruch 4, wobei eine Breite des PCM-Materials gleich dem dreifachen bis siebenfachen einer Breite des Heizelements ist.
Verfahren zum Herstellen einer Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer ersten Elektrode; Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht; Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht und den resistiven Überzug hindurch erstreckt; Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug; und Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
Verfahren nach Anspruch 6, das des Weiteren aufweist: Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf dem resistiven Überzug; wobei sich das Heizelement durch die zweite elektrisch isolierende Schicht hindurch erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren aufweist: Entfernen der zweiten elektrisch isolierenden Schicht nach dem Bilden des Heizelements.
Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren aufweist: Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich der ersten elektrisch isolierenden Schicht freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren aufweist: Bilden eines dielektrischen Abstandshalters auf dem resistiven Überzug um das Heizelement herum, bevor der Teilbereich des resistiven Überzugs entfernt wird.
Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle, die aufweist: eine erste Elektrode; ein Heizelement in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit der ersten Elektrode; ein PCM-Material in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement; eine zweite Elektrode in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem PCM-Material; und einen ersten resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement und mit dem PCM-Material.
PCM-Zelle nach Anspruch 11, die des Weiteren aufweist: einen dielektrischen Abstandshalter, der das Heizelement umgibt und sich auf einem Teilbereich des ersten resistiven Überzugs derart befindet, dass sich das Heizelement nur an einem Ende des Heizelements, das der ersten Elektrode gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet und sich der erste resistive Überzug nur an einem äußeren Ende des ersten resistiven Überzugs, das dem Heizelement gegenüberliegt, in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
PCM-Zelle nach Anspruch 11, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem ersten resistiven Überzug.
PCM-Zelle nach Anspruch 11, die des Weiteren aufweist: einen zweiten resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit dem Heizelement und dem PCM-Material, wobei der zweite resistive Überzug von dem ersten resistiven Überzug beabstandet ist.
PCM-Zelle nach Anspruch 14, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem ersten resistiven Überzug und dem zweiten resistiven Überzug.
Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle, die aufweist: eine erste Elektrode; ein Heizelement, das mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist; ein PCM-Material, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist; eine zweite Elektrode, die mit dem PCM-Material elektrisch verbunden ist; und einen resistiven Überzug in einem direkten Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einer Seitenwand des Heizelements, wobei der resistive Überzug einen L-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel, der sich entlang der Seitenwand des Heizelements erstreckt, und einem zweiten Schenkel aufweist, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt.
PCM-Zelle nach Anspruch 16, die des Weiteren aufweist: einen dielektrischen Abstandshalter, der über einem Teilbereich des resistiven Überzugs derart positioniert ist, dass sich der resistive Überzug nur an einem ersten Ende des ersten Schenkels und einem zweiten Ende des zweiten Schenkels in einem direkten Kontakt mit dem PCM-Material befindet.
PCM-Zelle nach Anspruch 16, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen und in einem direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und dem resistiven Überzug.
PCM-Zelle nach Anspruch 16, wobei der resistive Überzug des Weiteren aufweist: einen dritten Schenkel, der sich von dem Heizelement nach außen erstreckt und von dem zweiten Schenkel beabstandet ist.
PCM-Zelle nach Anspruch 19, die des Weiteren aufweist: eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem zweiten Schenkel und dem dritten Schenkel.
Verfahren zum Herstellen einer Phasenänderungsspeicher(PCM)-Zelle, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer ersten Elektrode; Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden eines Heizelements, das sich von der ersten Elektrode aus und durch die erste elektrisch isolierende Schicht hindurch erstreckt; Bilden eines resistiven Überzugs auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht und auf einem Teilbereich des Heizelements derart, dass ein Teilbereich des Heizelements nicht mit dem resistiven Überzug bedeckt ist; Bilden eines PCM-Materials auf dem Heizelement und dem resistiven Überzug; und Bilden einer zweiten Elektrode auf dem PCM-Material.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Bilden des resistiven Überzugs aufweist: Bilden des resistiven Überzugs über dem Heizelement; und Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich des Heizelements freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren aufweist: Entfernen eines Teilbereichs des resistiven Überzugs, um einen Teilbereich der ersten elektrisch isolierenden Schicht freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 23, das des Weiteren aufweist: Bilden eines dielektrischen Abstandshalters auf dem resistiven Überzug um das Heizelement herum, bevor der Teilbereich des resistiven Überzugs entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren aufweist: Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht, bevor das Heizelement gebildet wird.