DE2443178C2 - Speichervorrichtung mit einer Halbleiterschicht - Google Patents

Speichervorrichtung mit einer Halbleiterschicht

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DE2443178C2
DE2443178C2 DE2443178A DE2443178A DE2443178C2 DE 2443178 C2 DE2443178 C2 DE 2443178C2 DE 2443178 A DE2443178 A DE 2443178A DE 2443178 A DE2443178 A DE 2443178A DE 2443178 C2 DE2443178 C2 DE 2443178C2
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Description

Ge/, Tee Xr Yo mit folgenden Komponenten besteht:
40
A — 5 bis 60 Atomprozent B ·* 30 bis 95 Atomprozent C - 0 bis 10 Atomprozent, wenn X Anti-
mon (Sb) oder Wismuth (Bi) ist oder C-= 0 bis 40 Atomprozent, wenn X Arsen
(As) ist D «· 0 bis 10 Atomprozenl, wenn Y
Schwefel (S) ist oder D - 0 bis 20 Atomprozent, wenn Y Selen
(Se) ist. und daß die Zwischenzone (9)
mit Te angereichert ist.
5. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenzone als dünne Schicht (32) des die Zwischenzone (9) anreichernden Elements zwischen dem Halbleitermaterial (6') und der Elektrode (8) ausgebildet ist. bo
6. Speichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (32) eine Dikke von weniger als 0,2 μιη aufweist.
7. Speichervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (32) bs aus Tellur besteht.
8. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodengrenzschicht (8a, Sa') aus amorphem Molybdän besteht
9. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (Sb, Sb') aus Aluminium besteht
10. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (6') und die Elektrode (8) in Sandwich-Bauweise auf einem Siliziumplättchen (2') aufgebaut sind.
11. Speichervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß auf dem Siliziumplättchen (2') eine Isolierschicht (2a',)mit einer Durchbrechung (24) aufgetragen ist, innerhalb der eine Elektrodenschicht (4') in Verbindung einerseits mit dem Siliziumplättchen (2') und andererseits mit der Halbleiterschicht (6') steht.
12. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Halbleiterschicht (6, 6') durch größenordnungsmäßig zehn Rücksetzzyklen, die jeweils aus einer Anzahl von kurzen Rücksetzgleichstromimpulsen bestehen, gealtert ist
Die Erfindung bezieht sich auf eine Speichervorrichtung mit einer Halbleiterschicht aus einem im wesentlichen amorphen, elektrisch nicht leitfähigen und aus mindestens zwei Elementen zusammengesetzten Halbleitermaterial der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung.
Eine derartige Speichervorrichtung ist bereits bekannt (US-PS 32 71 591). Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche Speichervorrichtungen im Laufe der Zeit — nach einer großen Anzahl von Schaltvorgängcn — ihre physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der maßgebenden Schwellenspannung, ändern. Diese »Alterungserscheinungen« führen gelegentlich zu falschen Schaltvorgängen, wodurch die Speichervorrichtungen nicht mehr zuverlässig arbeiten.
Darüber hinaus ist auch eine matrixförmige Anordnung derartiger Speichervorrichtungen bekannt (US-PS 36 99 543). die auf einem Halbleitersubstrat aus Silizium integriert aufgebaut sind. Hierbei handelt es sich um im wesentlichen einkristallines Substratmaterial, das speziell mit Verunreinigungen dotiert ist, so wie dies in der klassischen Halbleitertechnik zur Herstellung von Transistoren, Dioden oder anderer Bauelemente bekannt ist. Diese Bauelemente haben eine oder mehrere durch in einem äußeren Isolationsüberzug auf dem Substrat vorgesehene öffnungen freigegebene Anschlußklemmen. Die X- oder y-Leitungen der Matrix werden durch in Abstände und parallel angeordnete Bänder aus leitfähigem Material gebildet, die auf der das Halbleiter-Substrat überdeckenden Isolation abgelagert sind. Die Speicher-Matrix weist außerdem eine aufgetragene Speichervorrichtung auf, die einen Film aus dem eingangs genannten Speicher-Halbleitermaterial auf dem Substrat an jedem aktiven Kreiuzungspunkt der Matrix besitzt. Der Film des Speicher-Halbleitermaterials ist zwischen den dazugehörenden X- oder Y- Leitungen aus leitfähigem Material in Reibe mit der isolierenden Diode oder dem Transistor geschaltet, wenn ein solches trennendes Element vorhanden ist.
Die aufgetragene Speichervorrichtung, die in der zugeordneten Speicher-Matrix verwendet wird, ist eine
bistabile Zweiklemmen-Vorrichtung mit einer Schicht aus amorphem Speicher-Halbleitermaterial, das in einen stabilen, niederohmigen Zustand getriggert werden kann, wenn die an die in Abständen angeordneten Teile der Schicht angelegte Spannung über eine gegebene Schwellcnspannung hinausgeht und ein Strom für eine ausreichend lange Zeit (z.B. 1 — lOG.nsec oder mehr) fließen kann, damit nach dessen Beendigung durch die langsame Abkühlung des entstanden, erwärmten Strompfads eine Umwandlung des Teiles des Films, durch den der Strom geflossen ist, zu einem niederohmigen, kristaiiinen oder mehr geordneten Zustand bewirkt wird. Dieser Zustand bleibt unbegrenzt bestehen, sogar wenn die angelegte Spannung und der Strom abgeschaltet sind, bis eine Rückstellung zu einem hochohmigen Zustand erfolgt, indem ein hoher Strom kurzzeitig als Rückstellstromimpuls (z.B. 1 Impuls von 15OmA für 10 MikroSekunden) durchgeschickt wird. Es hat sich gezeigt, daß der Setzstromimpuls nur auf einen schmalen Fadenpfad eines Durchmessers von im allgemeinen kleiner 5—10 Mikrometer fließt, der der einzige Teil des amorphen Films ist, der sich in einen geordneteren oder kristallischen niederohmigen Zustand umwandelt. Der Rest des Körpers aus Speicher-Halbleitermaterial verbleibt in seinem von Anfang an hochohmigen, amorphen Zustand.
Bei einem Lesevorgang auf der Speicher-Matrix für die Bestimmung, ob sich eine Speichervorrichtung an einem bestimmten Kreuzungspunkt in einem niederohmigen oder hochohmigen Zustand befindet, wird eine unter dem Schwellenspannungswert liegende Spannung an die dazu gehörenden X- und K-Leitung gegeben, welche nicht ausreicht, die Speichervorrichtung von einem hochohmigen Zustand in einen niederohmigen Zustand zu triggern, und welche eine Polarität aufweist, die den Stromfluß in Richtung niederer Impedanz des dazugehörenden, isolierenden Elementes leitet, wobei dann die resultierenden Strom- oder Spanniingswerte festgestellt werden.
Offensichtlich ist die Zuverlässigkeit von Speicher-Matrizen, in denen Informationen gespeichert werden, bei Rechnern und dergleichen von weittragender Wichtigkeit und manche Absatzbeschränkungen mußten bis jetzt wegen der Schwellenspannungserniedrigung der Vorrichtung hingenommen werden, die manchmal nach einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Betriebszyklen der Matrix und manchmal nach längerer Anwendung auftrat. Seitens des Erfinders ist festgestellt worden, daß das kerzzeitige Versagen vieler dieser Matrizen aufgrund eines Schadens in den Speichervorrichtungen an den gebräuchlichen flachschmelzenden (Refraktor-)Metallelektroden auftrat, die elektrisch das Speicher-Halbleitermaterial mit den X- oder V-Leitungen verbinden, die an der Oberseite der Speicher-Halbleiterfilme an den Kreuzungspunkten der Matrix aufgetragen sind. Diese X- oder V-Leitungen sind gewöhnlich Aluminiumauflagen und die Elektroden, die zwischen den Aluminitnnleitern und dem Speicher-Halbleitermaterial liegen, Siind üblicherweise amorphe Molybdänfilme, welche U- a. bei Anlegen einer positiven Spannung an das Aluminium eine Wanderung des Aluminiums in das Speicher- Halbleitermaterial vermeiden sollen.
Es wurde Außerdem festgestellt, daß mit vielen Wiederholungen von Setz-Rück-Zyklen die Schwcllenspannungscharafcleristiken der Speichervorrichtung nach und nach abnehmen. Wenn beispielsweise die Dicke des Speicher-Halbleiterfilms bei der anfänglichen Herstellung der Matrix eine Schv.ellenspannung von 14 Volt
bei Raumtemperatur (25°C) vorsah und den üblichen Prüfungen unterzogen wurde, bei denen die Speichervorrichtung etwa 20—30 Setz-Rückstell-Zyklen ausgesetzt war, so kann bei der darauffolgenden Anwendung mit mehreren hundert oder tausend von Setz-Zykien der Schwellenspannungswert weiter nach und nach abnehmen, bis auf einen Punkt bei oder unter 8 Volt Diese Schwellcnabnahme stellt ein ernsthaftes Problem dar. wenn die Lesespannung über einen abgefallenen
to Schwellungsspannungswert hinausgeht, da dann diese Lesespannung alle nicht gesetzten Speichervorrichtungen, an denen die Spannung anliegt, setzen oder triggern wird und damit die in der Matrix gespeicherte Binärinformation zerstört. Eine typische, bei Matrizen
is der Anmelderin verwendete Lesespannung liegt in der Nähe von 5 Volt und die dabei verwendete Setz-Spannußg liegt bei etwa 25 Volt Auf den ersten Blick mag es erscheinen, daß die beschriebene Schwellenabnahme nicht zu einem Problem werden würde, indem die Schwellenspannungswerte des Films die 5 Volt erreichten (oder wie groß auch immer der Pegel der Lesespannungen incl. der Toleranzen sein mag). Eine Speichervorrichtung mit einer gegebenen Anfangs-Schwellenspannung bei Raumtemperatur wird jedoch eine im wesentlichen niedrigere Anfangs-Schwellenspannung bei wesentlich höherer Umgebungstemperatur haben, so daß beispielsweise eine Speichervorrichtung mit einer Schwellenspannung von 8 Volt bei Raumtemperatur eine Schwellenspannung von 5 Volt bei einer Umge-
bungstemperatur von 1000C haben kann. Eine Schwellenabnahme kann somit besonders bedeutsam für Geräte sein, die bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden sollen, oder die Betriebsdaten haben, welche eine verläßliche Arbeitsweise dabei gewährleisten. (Es sollte auch angemerkt werden, daß die Schwellenspannungcn bei Abnahme der Umgebungstemperatur zunehmen, so daß ein Speicher-Halbleiterfilm in seiner Dicke durch die in einem gegebenen System verwendeten Standard-Setzspannungen begrenzt ist.) Auf jeden Fall ist es offenbar wichtig, daß die Speichervorrichtungen der Speicher-Matrizen eine tatsächlich stabilisierte Schwellenspannung für ein gegebenes Bezugsnormal oder für Raumtemperatur haben müssen, so daß die Zuverlässigkeit der Matrix innerhalb einer langen Lebensdauer bei weitgesteckten Temperaturbereichen vonO—100"C gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speichervorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Zuverlässigkeit der
so Speichervorrichtung sowohl hinsichtlich kurzer als auch hinsichtlich langer Zeiträume verbessert wird; dabei sollen sich die bisher festgestellten Alterungseffekte möglichst vermeiden, jedenfalls aber so weit vermindern lassen, daß sie sich im Betrieb der Speichervorrichtung
r>s nicht mehr nachteilig auswirken. Hierunter fällt auch eine Stabilisierung der Schwellenspannung.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht.
In Abkehr von dem bisherigen Fachwissen wird bei der Erfindung nicht für eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung der Elemente im Halbleitermaterial gesorgt. Dagegen wird die Konzentration des elektronegaiweren Elements in Nachbarschaft der positiven
b5 Elektrode erhöht. Nur einige wenige Rücksetzzyklen genügen, um die sich bisher erst nach sehr vielen Rücksetzzyklen ergebende Änderung der Schwellenspannung zu bewerkstelligen, d. h. diese auf einen solchen
»Endwert« zu stabilisieren. Die Erfindung ermöglicht daher bereits nach kurzer Zeit eine »künstliche Alterung«, wodurch stabile Verhältnisse erzielt und das Ausfallen der Speichervorrichtung im Betrieb vermieden werden kann.
Die Erfindung ist ganz besonders gut anwendbar bei solchen Halbleitermaterialien, die insbesondere auf Tellur basieren und glasartiges, chalkogcncs Material der Formel
GcTenX, Y/,
aufweisen, wobei:
A = 5 bis 60 Atomprozent
B = 30 bis 95 Atomprozent
C= 0 bis 10 Atomprozent, wenn X Antimon
(Sb) oder Wismulh (Bi) ist oder
C= 0 bis 40 Atomprozent, wenn X Arsen
(As) ist
D = 0 bis 10 Atomprozent, wenn Y Schwefel
(S) ist oder
D= 0 bis 20 Atomprozent, wenn Y Selen (Sc)
ist
Beim Testen solcher Vorrichtungen wurde festgestellt, daß nach zehn oder hunderttausend von Setz-Rückstell-Zyklen die Schwellenspannungen in Plateaus flach auslaufen, welche den Dicken der verwendeten Halbleiterfilme proportional sind. Wenn beispielsweise das Speichermaterial die Zusammensetzung Gei5TcsiSb2S2 besitzt, hat bei einem Spcicher-Halbleiterfilm von etwa 3.5 Mikrometer Dicke eine stabilisierte Schwellenspannung einen Wert von 12 bis 13VoIt bei Raumtemperatur und bei einem Speichcr-Halbleiterfilm von etwa 2 Mikrometern einen Wert von etwa 8 Volt bei Raumtemperatur. Es wurde dabei angenommen, daß dieses Plateau bei der Kurve der Sehwcllenspannung gegenüber der Zahl der Sctz-Rückstcll-Zyklen für die Speicher-Halblcilervorrichtungcn die Folge eines Gleichgewichts zwischen der Wanderung während des Rückstellstromflusses durch den oben erwähnten, kristallinen, fadenförmigen Weg (der hauptsächlich kristallines Tellur ist) des verhältnismäßig elektronegativen Tellurs zur positiven Elektrode und des elektropositiven Germaniums zur negativen Elektrode und dem Massentransport oder der Diffusion derselben in entgegengesetzter Richtung während und bei der Beendigung des Rückstellstromes ist. Der Rückstcllstrom wandelt den kristallinen Tellur-Pfad in einen ursprünglichen amorphen Zustand des Tellurs, Germaniums und der anderen Elemente der Zusammensetzung zurück oder vernichtet diesen Zustand, obgleich manche Kristallite des Tellurs an einigen weit voneinander getrennten Punkten des ursprünglichen fadenförmigen Pfades verbleiben können. Somit veranlaßt die Elektrowanderung das relativ elektronegative Element (beispielsweise Tellur), eine permanent kristalline, hochleitfähige Anlagerung an der positiven Elektrode und das relativ elektropositive Germanium eine verhältnismäßig leitfähige Anlagerung an der negativen Elektrode aufzubauen, wobei diese Anlagerungen bei Beendigung des Rückstell-Stromflusses nicht zerstört werden. Diese Ansammlung an Tellur an der positiven Elektrode und an Germanium an der negativen Elektrode vermindert in Wirklichkeit die Dicke der amorphen, hochohmigen Zusammensetzung aus Tellur, Germanium und anderen Elementen zwischen der Ansammlung dieser Anlagerungen. Wie schon vermerkt worden ist, ist die Sammlung dieser Elemente an der positiven und negativen Elektrode nach Rückstellung des Speicher-Halbleitermaterials entgegengesetzt, und zwar durch Diffusion
r> der Materialien in der entgegengesetzten Richtung zur Elektrowanderung, um eine progressive Abnahme des Konzentrationsgradienten dieser Elemente hervorzurufen. Der Aufbau der Tellur- und Germaniumanlagerungen hört auf, sobald ein Gleichgewicht zwischen Elektrownnclerung der Elemente in einer Richtung und ihrer Diffusion in anderer Richtung erreicht ist. Die Abnahme der Schwellcnspannung erfolgt nicht, wenn diese im allgemeinen zweiseitigen Speichervorrichtungen mit Rückstellimpulscn betrieben werden, welche in ihrer
ir> Polarität alternieren, weil dann keine ordentliche Wanderung der Elemente vorliegt, welche bei den sehr unterschiedlichen Gleichspannungs-Rückstellbedingungen einen Aufbau bezwecken.
Das beschriebene Problem der Schwcllcnabnahmc tritt auch bei Spcichcr-Halbleitervorrichtungen auf, die kristalline Fäden in ihrem niederohmigen Zustand haben und andere Zusammensetzungen aufweisen, als in der obigen Formel enthalten sind. Die oben erwähnte Schwcllenabnahmc wird jedoch bei gleichspannungsbetricbenen, nichtspcichcrndcn Schwellenvorrichtungen wie sie in der US-PS 32 71 591 beschrieben sind (mechanische Vorrichtungen) nicht beobachtet, wo eine Rückstellung der Vorrichtungen durch ein Erniedrigen des Stromes unter einen gegebenen Haltestromwert erreicht wird Bei den sehr mäßigen Strombedingungen während des Lesens oder des Setzens von nichtspeichernden Schwellenvorrichtungen oder Speichervorrichlungcn kann nicht angenommen werden können, daß irgendeine bedeutende Elektrowanderung auftritt
J5 (beispielsweise sind typische Rückstellströme von Speichervorrichtungen etwa 150 Milliampere, wogegen typische Lese- und Setzströme für diese Vorrichtungen und nichtspeichernde Schwellenvorrichtungen gut unter 10 Milliampere liegen). Das oben erwähnte Kurzzcit-Vcrsagcn von Speichervorrichtungen, bei denen die Elektrodcn-Halbleiterzwischenzone zerstört ist, kann auch als Folge der Anwesenheit von hohen Rückstellströmen angesehen werden, die auf den fadenförmigen Pfaden fließen, welche eine Breite von weniger als 10 Mikrometer haben und bei Speicher-Halbleitervorrichtungen mit einer Fadenpfad-Ausbildung ausgebildet sind.
Gemäß eines Merkmals der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Stabilisierung der Schwellenspannung einer Speichervorrichtung mit fadenförmigem Pfad nach einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Setz- und Rückstell-Zyklen erreicht werden kann, wenn während der Herstellung dieser Vorrichtungen zumindest an einer der Elektroden eine Elektroden-Halbleiterzwischenzone mit einer wesentlichen Anreicherung (d. h. einer hohen Konzentration) eines Elementes vorgesehen wird, das im übrigen während eines Rückstell-Stromflusses durch den Halbleitermaterial-Faden, der zurückgestellt wird, zu der Elektrode wandern würde.
bo Bei dem Beispiel einer Germanium-Tellur-Speicherhalbleiter/.usammcnsetzung wird somit eine Tellur-Zone von viel höherer Konzentration gebildet, als in der amorphen Zusammensetzung des Halbleitermaterials an der positiven Elektrode zumindest an dem Punkt vorhanden ist. an dem der kristalline Tellur-Fadenpfad des Halbleitermaterials endet Es kann dabei angenommen werden, daß ein solches Elektroden-Halbleitermaterial mit einer durch ein Element angereicherten Zwi-
schenzone eine Elektrowanderung während des Riiekstellstromflusses vermindert oder beendet und daß eine Diffusion des angereicherten Elements zur Herstellung eines stabilisierten Gleichgewichtszustandes bald nach verhältnismäßig wenigen Setz-Riickstell-Zyklen erfolgt. Überraschenderweise wurde auch festgestellt, daß diese schnelle Schwellenstabilisierimg sogar dann erfolgt, wenn beide Elektroden mit dem gleichen Element angereichert sind. Keine Schwellenstabilisierung liegt jedoch vor, wenn nur einer der Endpunkte des dünnen Pfades, an dem ein Rückstcllstrom ankommt, durch das Element angereichert ist, das nicht so wandert, wie beispielsweise durch Anreicherung der Zone des Halbleitermaterial neben der positiven Elektrode mit Germanium bei der diesbezüglichen Halbleiterzusammensetzung.
Gemäß der Erfindung kann die Stabilisierung der Schwellenspannung auf einen gewünschten Wert während der Herstellung der Vorrichtung auf einem Matrix-Substrat oder auf einer anderen Trägerschicht beispielsweise dadurch erreicht werden, daß eine gewünschte Menge an Tellur auf die Fläche des Halbleitermaterials zerstäubt aufgetragen wird, auf der die positive Elektrode anschließend angelegt werden soll, und daß nach Vollendung der Vorrichtung diese durch geeignete Setz- und Rückstellimpulse abwechselnd gesetzt und rückgestellt wird. In einem Beispiel mit einem 0,7 Mikrometer dicken, durch Zerstäubung aufgetragenen Film von kristallinem Tellur auf eine 1,5 Mikrometer dicken Schicht der oben als Beispiel gegebenen Zusammensetzung konnte eine wesentliche Stabilisierung der Schwellenspannung bei 11,5VoIl bei etwa lOSeiz-Rückstell-Zyklen erreicht werden, wobei das Setzsignal ein einziger, oben abgeflachter Stromimpuls mit einer Breite von 10 Millisekunden und einer Höhe von 7,5 Milliampere war (1 Millisekunde Anstiegszeil und 5 Millisekunden Abfallzeil) und jedes Rückstellsignal eine Folge von 8 Impulsen mit einer Breite von 6 Mikrosekunden und einer Höhe von 150 Milliampere war, welche jeweils 100 Mikrosekunden voneinander getrennt waren (die Rückstellstromimpulse konnten von einer Konstantstromquelle bezogen werden). Die Wiederholungsrate der Setz-Rückstell-Zyklen betrug 20 Zyklen pro Sekunde nach den ersten hundert Zyklen.
Die Elektrode, an die positive Setz- und Rückstellsignale gegeben worden sind, wies bis jetzt eine äußere Schicht aus Aluminium und eine innere Schicht aus einem eine Sperrschicht bildendem Material auf, das im allgemeinen ein Refraktormetall wie amorphes Molybdän war, das eine Wanderung des Aluminiums in das Speicher-Halbleitermaterial verhinderte (eine Wanderung würde die elektrischen Qualitäten des Gegenstandes dadurch zerstören, daß dieser kontinuierlich leitfähig gemacht werden würde). Die bei dem gegebenen Beispiel mit Tellur angereicherte Zone lag neben einer inneren Molybdän-Elektrodenschicht, durch die vorher der geeignete niederohmige Kontakt zwischen dem Aluminium und dem Speicher-Halbleitermaterial vorgesehen wurde.
Wenn auch ein solches Ergebnis weder beabsichtigt noch erwartet worden war, so hat doch die Verwendung der obengenannten, mit einem Element angereicherten Elektroden-Halbleiterzwischenzone im wesentlichen eine Erniedrigung des Kontaktwiderstandes und daher der »Durchlaß«-Lesespannung bewirkt und es wurde die Variation bei den »Durchlaß«· Lesespannungen zwischen angeblich identisch gefertigten Speichervorrichtungen vermindert Und ebenso wurde im wesentlichen die Variation von Zyklus zu Zyklus bei der Lesespannung der gleichen Vorrichtung vermindert, wenn sich die angereicherte Zone im wesentlichen über die gesamte Flüche des Speicher-Halbleitermatcrials erstreckte. Außerdem enthielten die Spannungsmessun-
r> gen während des Lescvorgangs und während der Anwendung von Setzimpulsen weniger Rauschkomponenten bei der Verwendung der mit dem Element angereicherten Zone.
Bei einer Anwendung der Erfindung an Speichervor-
K) richtungen der Sandwich-Art, welche beispielsweise integriert in einem Silicium-Pläuchen eingebaut sind (bei denen die Speichervorrichtung vertikal aufgestapelte Schichten der Elektrode und der Speicher-Halbleiter bildenden Materialien aufweist), kann die Erfindung am zweckmäßigsten dadurch ausgeführt werden, daß die Tcllur-angereicherte Zone an der äußersten Fläche des Spcicher-Haibleitermaierials vorgesehen wird, weiche am nähesten zu der außen aufgetragenen Elektrode liegt. Die Anwendung einer angereicherten Zone an der
2<i inneren Fläche des Speicher-Halbleitermaterials schafft einen weiteren Herstellungsschritt, womit Kurzschlußprobleme vermieden werden sollen, aus Gründen, die später noch erläutert werden.
Wenn bisher bei verschiedenen Arten von Halbleiter-Vorrichtungen Tellur-Kontaktschichten verwendet worden sind, so gab es doch bei solchen Verwendungen Umgebungen, die sich von der bei der Erfindung in vielem unterscheiden, so daß bei gleichspannungsbetriebencn Speichervorrichtungen mit fadenförmigen Pfad keine Lehre der Verwendung von mit Tellur angereicherten Zonen von ausreichender Konzentration oder Dicke gegeben war, um eine rasche Schwellenstabilisierung zu bewirken, sowie bei Vorrichtungen, die niederohmige Kontakt-Elektroden haben. Beispiele der früheren Ver-
j5 wendung von Tcllur-Elektrodenschichten für Halbleitervorrichtungen geben die US-PSen 32 71591; 28 69 057; 28 22 299; 28 22 298; 34 80 843 und 34 32 729. Bei diesen bekannten Verwendungen von Tellur als Elektroden wird deutlich, daß Tellur als aktives Element
4« einer Vorrichtung dient, beispielsweise als Schicht eines pn-Übergangcs. oder als Elektroden, die analog zu den eine Sperrschicht bildenden Molybdän-Elektroden sind. Demgegenüber sollte wiederholt werden, daß die tellurangereicherten Zonen gemäß der Erfindung hauptsächlich bei Vorrichtungen verwendet werden, die mit Gleichxpanniingssignalen betrieben werden und dünne Pfade aufweisen, um in erster Linie eine Schweilenspannungsstabilisicrung vorzusehen, und zwar häufig mit den eine Sperrschicht bildenden Elektroden wie Molybdän.
Bezüglich des Kurzzeit-Versagens der Speicher-Halblcitcrvorrichtungen, die in den beschriebenen Matrizen verwendet werden, ergab die Untersuchung der Fehler-Gründe, daß neben den ursprünglichen Beanspruchungen in der Schicht große Beanspruchungen auf die Molybdän-Schicht durch die Wärme ausgeübt werden, welche aufgrund der großen Rückstell-Ströme entwickelt wird, welche durch den kleinen, fadenförmigen Pfad fließen. Diese entstehenden Beanspruchungen ver-
M anlassen die Molybdänschicht, sich auszubauchen und/ oder zu springen, wobei die Schicht ihren guten Kontakt mit dem Halbleitermaterial verliert Diese Beanspruchungen werden durch Verwendung von schon von Anfang an nahezu belastungsfreie Molybdänschichten vermindert, zumal wenn Aluminium oder andere, sehr leitfähige Mctallschichten zur Bildung einer guten Wärmesenkung verwendet werden. Molybdänschichten können in einem im wesentlichen belastungsfreien Zustand
ίο
aufgetragen werden, wenn sie als sehr dünne Filme abgelagert werden, beispielsweise von 0,15 Mikrometer oder weniger (wogegen für ideale spcrrschichtbildcnde Funktionen Schichten von 0,23 Mikrometer und mehr als typisch bisher verwendet worden sind). Es ist schwierig, Molybdän in einer solchen größeren Dicke aufzutragen, ohne daß von Anfang an hohe Beanspruchungen in dem Molybdän hervorgerufen werden, und zwar aufgrund seines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu den Materialien, an die es anhaftet.
Wenn auch Aluminiumdicken von 1 — 1,5 Mikrometer für Speichervorrichtungen typisch sind, so sind jedoch Dicken von 1,75 Mikrometer und vorzugsweise von 2,0 Mikrometer am zweckmäßigsten, um ein Brechen oder Ausbauchen des Molybdäns (oder eines anderen ts Refraktormetalls) als Sperrschicht bildende Elektrode zu vermeiden. Wenn auch die oben erwähnten Dicken einer Alurninium-Elektrodenschicht bereits erwähnt worden sind (US-PS 36 99 543), so wird dabei keine Lehre der Wichtigkeit der Kombination von beanspruchungsfreiem Molybdän als innere, eine Sperrschicht bildende Elektrodenschicht (welche ein dicker Film sein könnte, wenn es Wege gäbe, einen nach Wunsch dicken, jedoch beanspruchungsfreien Film auftragen zu können) mit einer unüblich dicken, äußeren Elektrodenschicht gegeben.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar:
F i g. 1 eine typische, grundlegende Form einer Speichervorrichtung die einen fadenförmigen Strompfad bildet, deren Elektroden an einen Schaltkreis für Setz-, Rückstell- und Lesespannungen angeschlossen sind, wobei außerdem der fadenförmige Pfad in dem Halbleitermaterial der Speichervorrichtung dargestellt ist, auf dem bei seinem niederohmigen Zustand ein Strom fließt;
F i g. 2A und 2B verschiedene Spannungen und die sich ergebenden Stromfluß-Bedingungen der Speichervorrichtungen nach Fig. 1, wobei der Set/.-, Rückstell- und niederohmige Lesebetrieb der Speichervorrichtung dargestellt ist;
Fig.3 und 4 Spannungs-Strom-Charakteristiken der Speichervorrichtung nach F i g. 1 in ihrem hoch- bzw. niederohmigen Zustand:
Fig. 5 Kurven, die die Veränderung der Schwellen- 4r> spannung von einer ursprünglich hergestellten Speichervorrichtung für verschiedene Dicken des Speicher-Halblcitermaterials solcher Vorrichtungen darstellen.
dargestellt, die allgemein mit dem Bezugszeichen I versehen ist. Nach dem bisher gewohnten Aufbau war eine Speichervorrichtung dieser Art im allgemeinen aus einer Reihe von sich überlagernden, aufgesprühten Filmen gebildet, die auf einem Substrat 2 abgelagert wurden, das bei einer Speicher·Matrix der bloßgelegte Teil eines Siliciumplättchens und im Falle von einzelnen Vorrichtungen höchstwahrscheinlich ein Schichtträger aus einem geeigneten IsoUitionsmaterial war. Als erster Schichtüberzug auf den Schichtträger 2 ist eine Elektrode 4 aufgetragen, auf die vorzugsweise eine aktive Speicher-Halbleitcrmaterialschicht (3 abgelagert ist. Die Zwischenschicht zwischen der Elektrode 4 und der Speicher-Halbleiterschicht 6 bildet einen ohmschen Kontakt (und nicht eine Gleichrichtung oder einen Kontakt, der im allgemeinen bei pn-Übergängen auftritt). Die Speicher-Halbleitcrschicht 6 ist, wie oben ausgeführt, in den meisten Fällen vorzugsweise auf einem Chalkogeniden-Material gebildet, dessen Hauptelemente Tellur und Germanium sind, wobei jedoch die tatsächliche Zusammensetzung des Speichcr-Halblcitermaterials, das für die Speicher-Halbleitcrschicht 6 zweckmäßig ist, in einem weiten Bereich gemäß der Lehre der Erfindung variieren kann.
Vorzugsweise durch Zerstäubung ist auf die Speicher-Halbleitcrschicht 6 eine äußere Elektrode aufgetragen, die allgemein das Bezugszeichen 8 trägt. Die äußere Elektrode 8 besteht im wesentlichen aus einer inneren, eine Grenzschicht bildenden Schicht 8a aus einem einen ohmschen Kontakt bildenden, schwerschmelzbaren Metall wie Molybdän, vorzugsweise amorphes Molybdän, das auf die Speicher-Halbleiterschicht 6 durch Zerstäubung abgelagert ist, sowie eine äußere Schicht 86 mit höherer Leitfähigkeit aus Aluminium oder einem anderen höchstleitfähigcm Metall wie beispielsweise Kupfer, Gold oder Silber. Wenn die in I·" i g. 1 dargestellte äußere Elektrode 8 positiv im Bezug auf die innere Elektrode 4 ist, würde ohne die eine Grenzschicht bildende Schicht 8a eine Wanderung des Aluminiums oder des anderen sehr leitfähigen Metalls erfolgen, wodurch jene permanent leitfähig gemacht und die gewünschten elektrischen Schalt-Charakteristiken zerstört werden wurden.
Eine Leitung verbindet die äußere Elektrodenschicht Sb mit einem Schaltkreis 12, der wahlweise die positive Klemme einer Sct/.spannung-lmpulsquelle 14, einer Rückstcll-lmpulsqucllc 16 oder einer Lesespannungs-Qucllc 20 mit der äußeren Elektrode verbinden kann. Die innere oder untere Elektrode 4 der Speichervor
wenn die Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklcn in der Zahl
zunehmen, wobei die Kurven das Problem der Schwel- so richtung 1 sowie die anderen Klemmen der verschiede-
lenabnahme darstellen, das die Erfindung behandelt; nen, beschriebenen Spannungsquellen sind alle auf Mas-
Fig.6 eine Speichervorrichtung gemäß Fig. 1, bei der das Substrat ein Silicium-Schcibchen ist und die Vorrichtung einen Teii einer x-y-Speicher-Matrix bildet, die verschiedene Schaltelemente und Spannungsqucllen zum Setzen, Rückstellen und Lesen der Widerstandsbedingungen einer ausgewählten Speichervorrichtung der Matrix einschließt; und
F i g. 7 Kurven, welche den Effekt des Vorhandenseins oder des Fehlens von der mit Tellur angereicher- 00 migen Zustand befindet und ein Rücksetzspannungsten Zwischenzone zwischen der positiven oder negati- impuls an die Speichervorrichtung durch die Rücksctzven Elektrode und dem aktiven Halbleitermaterial einer spannungs-Quelle gegeben wird, ein Rücksetz-Strom-Speichervorrichtung auf die Veränderung der Schwel- impuls mit verhältnismäßig hoher Amplitude (beispiclslenspannung einer neugefertigten Speichervorrichtung weise 15OmA) durch jene fließt. (Die Rückstellspanaufgrund der Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklcn darstcl- bs nung-lmpulsquelle 16 kann eine konstante Stromquelle len. sein.)
In der F i g. 1 ist nun im einzelnen ein Teilausschnitt Ausgänge der Spannungsquellen 14, 16 und 20 sind
einer fadenstromwegbildenden Speichervorrichtung beispielsweise in Fig.2Λ dargestellt und die dabei er-
se gelegt. In der Verbindung zwischen Schaltkreis und der Setzspannungs-Quclle 14 ist ein Strombegrenzungswiderstand 13 eingesetzt, und in der Verbindung zwischen Schaltkreis 12 und der positiven Klemme der Lesespannungs-Quellc 20 ist ein Spannungsteiler-Widerstand 18 vorgesehen. Die Rücksetzspannung-Impulsquelle 16 ist eine sehr niederohmige Quelle, so daß, wenn sich die Speichervorrichtung 1 in einem niederoh-
zeugten, beispielhaften Ströme sind in Fig. 2B unter den entsprechenden SpannungsinspuSsen gezeigt. Wie daraus zu sehen ist, geht die Spannung der Setzspannungs-Quelle 14 über den Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung 1 hinaus, wogegen die Amplitude des Ausgangs der Lesespannungs-Quelle 20 kleiner sein muß, als der Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung 1. Bei einem Selzspannungsirnpuls, der für eine Stellung der Speichervorrichtung 1 von einem anfänglichen hochohmigen in einen niederohmigen Zustand wirksam sein soll, wird eine im allgemeinen langandauernde Impulswellenform benötigt, deren Dauer im Bereich von Millisekunden liegt, wie oben beschrieben worden ist. Ein Leseimpuls kann nach Bedarf ein breiter oder schmaler Impuls sein. Der Rückstellimpuls ist im allgemeinen von kurzer Dauer, die eher im Bereich der Mikrosekunden als der Millisekunden liegt, so daß er die Speichervorrichtung eben dann nicht stellen kann, wenn seine Amplitude über dem Schwellenspannungsweri der Speichervorrichtung hinausgeht. (Es wird angenommen, daß der hochohmige Zustand der Speichervorrichtung um soviel höher liegt als irgendeine mit dieser in Reihe befindlichen Impedanz, so daß angenommen werden kann, daß im wesentlichen die gesamte angelegte Spannung an ihr anliegt.)
In dem rückgcstellten Zustand der Speichervorrichtung 1 wirkt die Speicher-Halbleiterschicht 6, die durch und durch aus einem amorphen Material besteht, im wesentlichen als ein Isolator, so daß sich die Speichervorrichtung in einem sehr hochohmigen Zustand befindet. Wenn jedoch ein Setzspannungs-Impuls an die Elektroden 4 und 8 gelegt wird, der über den Sehwcllenspannungswert der Speichervorrichtung hinausgeht, beginnt ein Strom auf einem fadenförmigen Weg 6a in der amorphen Halbleitcrschicht 6 zu fließen, wobei der Weg über seine Glasumwandlungstemperaiur aufgeheizt werden soll. Der fadenförmige Pfad 6a hat im allgemeinen einen Durchmesser von kleiner 10 Mikrometer, wobei der genaue Durchmesser von dem Wert des Stromflusses abhängt. Der sich aus der Anwendung der Setzspannung-Impulsquelle ergebende Strom kann unter 10 Milliampere liegen. Bei Beendigung des Setzspannungs-lmpulses, dessen wegen die Hauptaufheizung des fadenförmigen Weges 6a und des umgebenden Materials aufgrund des relativ langandauernden Stromimpulses und der Natur der kristallisierbaren, amorphen Zusammensetzung der Schicht 6 (beispielsweise die beschriebene Germanium-Tellur-Zusammensetzung) angenommen wird, kristallisiert oder kristallisieren auf dem fadenförmigen Weg ein oder mehrere der Zusammensetzungselemente, bei der beispielhaften Zusammensetzung hauptsächlich Tellur. Dieses kristallisierte material sieht einen niederohrnigen Strornweg ver, so daß bei einer darauffolgenden Anwendung der Lesespannung von der Quelle 20 ein Strom durch den fadenförmigen Weg 6a der Speichervorrichtung 1 leicht fließen wird und die an den Elektroden der Speichervorrichtung anliegende Spannung wird ein Faktor des relativen Wertes des Speichervorrichtungs-Widerstandes und des in Serie mit diesem liegenden Spannungsteilerwiderstandes 18 sein.
Der hoch- oder niederohmige Zustand der Speichervorrichtung 1 kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden, entweder dadurch, daß zwischen die Elektro-Zustandslcsckreis 22 zur Feststellung der Größe der im Transformatorausgang erzeugten Spannung vorgesehen sind. Wenn sich die Vorrichtung 1 in ihrem eingestellten, niederohmigen Zustand befindet, kann der Zu-Standslesekreis 22 eine verhältnismäßig niedrige Spannung feststellen, und wenn sich die Vorrichtung 1 in ihrem zurückgestellten, hochohmigen Zustand befindet, wird jene eine verhältnismäßig hohe Spannung feststellen. Der Strom, der im allgemeinen auf den fadenförmigen Pfad 6a der Speichervorrichtung 1 während des Anliegens eines Lesespannungs-Impulses fließt, hat einen sehr mäßigen Pegel, beispielsweise 1 Milliampere.
In F i g. 3 ist die Veränderung des Stromflusses durch die Speichervorrichtung 1 in Abhängigkeit von der Veränderung der angelegten Spannung gezeigt, und zwar, wenn sich die Speichervorrichtung in ihrem verhältnismäßig hochohmigen RücksteH-Zustand befindet. In F i g. 4 ist die Veränderung des Stromes in Abhängigkeit von der an den Elektroden 4 und 8 liegenden Spannung dargestellt, wenn sich die Speichervorrichtung in ihrem verhältnismäßig niederohmigen Sctz-Zustand befindet. Wie oben erwähnt, löst vorliegende Erfindung ein Problem der .Schwellenabnahme, das wegen der wiederholten Rückstellung der Speichervorrichtung 1 auftritt. |ede Rückstellung des fadenförmigen Pfades 6a der Speicher-Halbleitcrschicht 6 von dem niederohmigen in den hochohmigen Zustand wird durch einen oder mehrere, verhältnismäßig hohe Rückstcllimpulse bewirkt, die durch die Verbindung der Rückstellspannungsquelle jo 16 in der Speichervorrichtung 1 angelegt werden. In diesem Falle kann von dem hohen Rückstellstrom angenommen werden, daß er zumindest Teile des kristallinen, fadenförmigen Pfades 6a auf Temperaturen aufheizt, welche diesen schmelzen und den Zustand des is vorher kristallinen F.lementes oder der Elemente auflösen. Bei einer schnellen Beendigung eines Rückstellstromimpulses, wobei die Heizeffekte minimal sind, verfestigen sich die vorher geschmolzenen Teile des fadenförmigen Pfades zu einer amorphen Zusammensetzung der darin vorhandenen Elemente.
Ist jedoch einmal in der Speichervorrichtung 1 ein kristalliner Pfad gebildet worden, so kann angenommen werden, daß sogar nach einem im wesentlichen vollständigen Rückstellvorgang grundsätzlich einige weitverteilte Bereiche von kristallinem Material in dem ursprünglichen Strompfad 6a verbleiben, welche die Vorrichtung in den Zustand bringen, daß ihr nachfolgender Strompfad dem ursprünglich hergestellten Strompfad 6a folgen muß. Bevor aber Gleichgewichtsbedingungen so während jedes Rückstcllstromflusses in dem fadenförmigen Pfad 6a hergestellt werden, wird, wie oben erwähnt, in jedem Fall mittels eines elektrischen Wanderungspro/.esses im Falle der typischen, beschriebenen Germanium-Tellur-Halbleiterzusammensetzung eine 5r> sehr leitfähige, kristalline Tellur-Ablagerung an der positiven Elektrode 8 und eine Ablagerung des leitfähigen Germaniums bei der negativen Elektrode 4 nach und nach aufgebaut. Damit wird die Dicke des amorphen Teiles des rückgestellten fadenförmigen Pfades 6a verbo mindert, wodurch nach und nach eine Verminderung des Schwellenspannungswertes der Speichervorrichtung im umgekehrten Verhältnis zur Dicke dieser Tellur- und Germaniumablagerung erreicht wird. In Fig.5 ist das Problem der Abnahme der Schwel-
den 8 der Speichervorrichtung 1 ein Spannungstastkreis 65 Ienspannung vom Zeitpunkt der Herstellung der Speigeschaltet wird, oder dadurch, daß — wie dargestellt — chervorrichtung an dargestellt, und zwar für verschiedeein Stromtransformator 23 oder dergl. in der von der ne Dicken der Speicher-Halbleiterschicht 6 bei be-Lesespannungsquelle 20 ausgehenden Leitung und ein stimmten Tcst-Speichervorrichtuneea. von welchen die-
se Kurven aufgenommen worden sind. Daraus ist die Feststellung zu entnehmen, daß die Schwellenspannungswerte für die verschiedenen Dicken der Speicher-Halbleiterschichten sich bei verschiedenen Werten im Verhältnis zu der Dicke der Speichcr-Halbleiterschichl 6 stabilisieren oder ausgleichen. Wie früher schon erläutert worden ist, erfolgt diese Stabilisierung aufgrund der Diffusion von Teilen der Tellur- und Germanium-Ablagerungen an den Elektroden 8 und 4 in dem amorphen Körper der Halbleiterschicht während und nach jedem Rückstellvorgang.
Ein Gleichgewicht erfolgt unter Umständen zwischen der elektrischen Wanderung und den Diffusionsprozessen, die den Aufbau der Tellur- und Germanium-Ablagerungen an den Elektroden 8 und 4 beendet. Für diesen Zustand des Gleichgewichts wird in der Speichervorrichtung 1 eine außerordentlich hohe Anzahl von Selz-Rückstell-Zyklen benötigt (beispielsweise zehntausend und hunderttausend wie F i g. 5 zeigt). Eine Abwandlung im Aufbau der Speichervorrichtung 1. wie in F i g. 6 dargestellt ist, vermindert die Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklen, um die Schwellenspannung bei einer verhältnismäßig kleinen Anzahl zu stabilisieren, se daß diese bei der Herstellung der Vorrichtung schnell und einfach erreicht werden kann. Wenn somit ein Verbraucher Speichervorrichtungen erhält, die entsprechend der Erfindung gefertigt sind, sind die Schwellenspannungen bereits stabilisiert und er kann sich auf die spezifizierten Schwellenspannungswerte der Vorrichtungen für die Referenztemperatur verlassen.
In F i g. 6 ist eine gesamte Speichervorrichtung 1' gezeigt, die auf einem Siliciumplättchcn als Substrat integriert aufgebracht ist, das allgemein mit dem Bczugs/.eichen 2' versehen ist. (Die verschiedenen entsprechenden Teile der Speichervorrichtung Γ und der vorher beschriebenen Speichervorrichtung 1 sind durch entsprechende Bezugszeichen versehen, denen ein (') zugefügt ist). Die Speichervorrichtung Γ kann einen Teil einer x-y-Speicher-Matrix bilden, wie sie beispielsweise in den US-Patent 36 99 543 beschrieben ist. In diesem Fall werden die x- oder y-Leitungcn in dem Körper des SiIiciumsubstrats 2' gebildet. Eine dieser x- oder y-I.eitungen wird durch eine η * -Zone 26 in dem Substrat 2' dargestellt, die unmittelbar unter einer n-Zonc 28 liegt, welche wiederum unmittelbar unter einer p-Zonc 30 angeordnet ist. Die p- und n-Zoncn 30 bzw. 28 des Siliziumplättchens 2' bilden einen Gleichrichter, der zusammen mit der Speichervorrichtung Γ zwischen einem der Kreuzungspunkte der A-y-Malrix angeschlossen ist. Für den Stromfluß eines solchen Gleichrichters ist es notwendig, daß die äußere Elektrode 8' der Speichervorrichtung Γ die positive Elektrode ist.
Auf das Siliziumplättchcn 2' ist im allgemeinen ein Film 2a'eines isolierenden Materials aufgetragen, bei spielsweise Siliziumdioxid. Dieser Siliziumdioxid-Film besitzt Öffnungen 24, von denen jede anfänglich das Halbleitermaterial des Siliciumplättchens freigibt, oberhalb dem eine Speichervorrichtung 1' liegen soll. Eine geeignete Elektrodenschicht 4' wird selektiv auf jedem freigelegtem Teil des Siliziumplältchcns aufgebracht, wobei diese Schicht aus einer Palladium-Silizium-Vcrbindung oder aus einem anderen geeigneten, elektrodenbildenden Material sein kann. Die Speicher-Halbleiterschicht 6' der Speichervorrichtung Γ ist vorzugsweise über dem gesamten Isolierfilm 2;ι' mittels Aufdampfung oder Zerstäubung aufgetragen und sie wird durch eine Photomaske derart abgeiit/i, daß getrennte Bereiche von ihr oberhalb der Aussparungen 24 in dem Iso lierfilm bleiben, wobei sich das Speicher-Halbleitermatcrial in die Aussparungen 24 hinein erstreckt
Gemäß dem äußerst wichtigen Merkmal vorliegender Erfindung kann die Schwellenstabilisierung bei eincr relativ kleinen Zahl von Setz-Rückstell-Zyklen da durch erhalten werden, daß in der Zwischenzone zwischen der hochschmelzenden, metallischen, eine Sperrschicht bildenden Elektrodenschicht 8a' und der Speicher-Halbleiterschicht 6' eine mit dem Element angerei-ο cherte Zone gebildet wird, das normalerweise zu der benachbarten Elektrode wandern würde, und zwar bei der Tellur-Germanium-Zusammensetzung einen mit Tellur angereicherten Bereich. Mit der mit Tellur angereicherten Zone ist das Tellur gemeint, das in einer viel is größeren Konzentration vorliegt, als solches Tellur, das in der Halbleiterzusammensetzung gefunden wird. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß eine Schicht 32 aus kristallinem Tellur mittels Zerstäubung auf die gesamte äußere Fläche der Speicher-Halbleiterschicht 6' abgelagert wird. Auf diese Tellur-Schicht 32 wird die trennschichtbildcnde, hochschmelzcnde Metallschicht 8a'und die äußere hochleitfähige Metallclcktrodcnschichl 8/>'abgclagert.
Bei der Anwendung einer Tellur-Schicht von ausrei-2r> chender Dicke (eine 0,7 Mikrometer dicke Schicht aus Tellur ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausreichend gewesen, bei dem die Speicher-Halbleitcrschicht 6' 1.5 Mikrometer betrug), kann die Schwellenspannung gegenüber der Anzahl der Setz-Rückstell-Zyjo klen in einer Kurve aufgetragen werden, wie in F i g. 7 mit der Kurve 34 gezeigt ist. Dazu muß betont werden, daß ein wesentliches Gleichgewicht bei dem Schwellcnspannungswert nach nahezu 10 Setz- Rückstell-Zyklen erreicht wird. Im Vergleich dazu, zeigt die Kurve 36 eine η minderwertige Abnahmekurvc des Schwellcnspannungswertes, wenn die Tcllurschicht 32 fehlt, und die Kurve 38 die schlechte Schwellen- Abnahmekurve, wenn die Tellur-Schicht 32 nur an einer negativen und nicht an einer positiven Elektrode liegt. Wenn eine tcllurangereicherte Zone gegenüber positiver und negativer Elektrode angewendet wird, werden die Vorteile der F.rfindung auch noch erreicht, da eine angereicherte Zone zumindest an einer der Elektroden des Elementes liegt, das normalerweise wandern würde. ν. Es ist jedoch noch nicht bekannt, ob die Gründe für eine Schwcllcnstabilisierung in diesem Fall die gleichen sind, wie wenn die Tellur-Schicht nur gegenüber der positiven Elektrode 8 abgelagert ist. Im Zusammenhang mit vorliegender Technologie ist jedoch bei der Herstellung r>(i ein weiterer Schritt nötig, um eine tellurangereichcrte Zone oberhalb der inneren Elektrodenschicht 4 in einer Weise vorzusehen, daß ein Kurzschluß vermieden wird. Somit ist es nötig, den Bereich der Tellur-Ablagerung auf der Schicht 4' ausschließlich auf den Bereich der öffnung 24 des Siliziumdioxyd-Films zu begrenzen, da, wenn solch eine Tellur-Schicht sich über den Siliziumdioxyd-Film erstreckt, die Schichten 8a'und 8b', die sich um die äußeren Ränder der Speicher-Halbleitcrschicht 6 erstrecken, mit der alleruntcrsten tellurangereicherten bo Schicht zu einem Kurzschluß der Speicher-Halblciterschicht 6' Kontakt haben würden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Ätzung durch eine Photomaske durchgeführt wird. Wenn die tcllurangereicherte Zone über die Speicher-Halblciterschicht gegeben wird, b5 kann derselbe Ätzvorgang angewendet weiden, um nach und nach die Speicher-Halbleiter- und Tellur-Schichten abzuätzen, so daß keine getrennten Bereiche davon gegenüber jeder Öffnung 24 verbleiben.
Wie oben dargelegt worden ist, werden die Schwellenspannungswerte offensichtlich bei einem viel höheren Wert stabilisiert, als die Toleranz-Schwellenspannung für ein bestimmtes Sprichersystem ist. Wie oben erläutert worden ist, wird eine Speichervorrichtung mit einer Schwelle von 8 Volt bei Raumtemperatur eine Schwellenspannung von etwa 5 Volt in der Nähe von 1000C haben. Um in diesem Fall einen Sicherheitsfaktor vorsehen zu können, ist es wünschenswert, den Schwellenspannungswert der Vorrichtung an einem Punkt zu stabilisieren, der bedeutend größer ist, als der 8 Volt Toleranz-Wert bei Raumumgebungstemperatur. In F i g. 7 ist festgehalten, daß die einzelne Speichervorrichtung ihre Schwellenspannung bei etwa 11 Volt stabilisiert hat, womit ein angemessener Sicherheitsfaktor gegeben ist. Um eine Schwellenspannungs-Stabilisierung eines derartigen Wertes zu erreichen, ist eine Speicher-Halbleiterschicht 6' von geeigneter Dicke, nötig, da der Stabilisierungspunkt eine Funktion der Spcicher-Halbleiterdicken ist, wie aus F i g. 5 zu ersehen ist.
Es sollte noch betont werden, daß die Tellurzone oder Schicht 32 am besten auf der gesamten äußeren Fläche der Speicher-Halbleiterschicht 6' und der inneren Fläche der sperrschichtbildenden Refraktor-Metallschicht 8a'ausgebildet wird, so daß die Tellurzone an dem Ende des fadenförmigen Pfades 6a'liegt und es bedeutungslos ist, wo sich diese ausbildet, und jene einen beträchtlich niederohmigen Kontakt mit der Refraktor-Mctallschicht 8a'bildet. Die Tellurschichl erniedrigt unerwarteterweise den Gesamtwiderstand der Speichervorrichtung Γ in ihrem leitenden Zustand. Sie wirkt als ein besonders gutes Material für die Stromverteilung, der von dem kleinen fadenförmigen Pfad 6a' ausgeht, und kontaktiert einen wesentlichen Teil des Rcfraktormetalls. Es könnte erwartet werden, daß durch das Hinzufügen der Tellurschicht 32 der Gesamtwiderstand nicht erniedrigt werden würde, da der Widerstand der Rcfraktormetallschicht 8a'noch in Reihe liegt mit der äußeren Elektrodenschicht 8ύ'.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist die Eliminierung eines kurzzeitigen Aussetzens aufgrund eines vorangegangenen Ausdehnens oder Sprengens der äußeren, sperrschichtbildenden Refraktor-Metallschicht. Bei der Speichervorrichtung Γ wird durch die große Masse des Substrats die Wärme leicht abgeführt, die in der Zone entstanden ist, in der der fadenförmige Pfad an der Palladium-Silizium-Elektrode 4' endet. Wie oben erläutert worden ist, hat man festgestellt, daß Ausbauchungen oder Sprünge der Refraktor-Metallelektrode unter den Beanspruchungen der hohen, durch die Speichervorrichtung fließenden RUckslell-Ströme dadurch vermieden werden, daß die Refraktor-Metallschicht unter einer verhältnismäßig beanspruchungsfreien Bedingung abgelagert wird. (Was auf einfache Weise dadurch erreicht werden kann, daß ein sehr dünner Sprühfilm verwendet wird, der eine Größe von 0,15 Mikrometer oder weniger besitzt, jedenfulls als die typische Größe von 0,23 Mikrometer oder mehr ist) und daß eine äußere Elektrodenschicht Sb' verwendet wird, die dicker als üblich ist, wobei diese Schicht zumindest um 1,75 Mikrometer dick sein soll, wenn als Material Aluminium dafür verwendet wird. Wenn für die äußere Elektrodenschicht 8b' noch bessere wärmeabführende Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Kupfer, Gold oder Silber, so können dünnere Schichten für eine gute Wärmesenke verwendet werden.
Bei der *-y-Matrix-Ausfühmng der Erfindung ist die äußere Elektrodenschicht 86'aus Aluminium oder dcrgl.
von jeder Speichervorrichtung in der Matrix mit einem Reihen- oder Zeilen-Leiter 33 verbunden, der auf der Isolationsschicht 2a' abgelagert ist. Die η+-Zonen 26 des Substrats 2' bilden einen Zeilen- oder Reihenleiter der Matrix, der in einem rechten Winkel zu dem Reihenoder Zeilen-Leiter 33 verläuft Jeder Reihen- oder Zeilen-Leiter 33 der Matrix, mit dem die äußere Elektrodenschicht 8Z> jeder Speichervorrichtung 1 verbunden ist, ist an eine Ausgangsklcmme eines Schaltkreises 12 gekoppelt, die getrennte Eingänge aufweist, welche direkt oder indirekt zu einer der entsprechenden Ausgangsklemmen der Setz-, Rückstell- und Lese-Spannungsquellcn 14, 16 und 20 verlaufen. Die anderen Klemmen dieser Spannungsqucllen können mit separa ten Eingängen eines Schaltkreises 12" verbunden sein, dessen Ausgänge mit den verschiedenen η+ -Zonen 26 der Matrix verbunden sind. Die Schaltkreise 12' und 12" verbindet eine der ausgewählten Spannungsqucllen 14, 16 oder 20 mit einer ausgewählten Reihen- und Zeilen- Leitung der Matrix um die Spannung an die Speicher vorrichtung zu liefern, die an dem Kreuzungspunkt der gewählten Reihen- und Zeilen-Leiter angeschlossen ist. Mit der Erfindung wird somit materiell die kurzzeitige sowie langzeitige Zuverlässigkeit von Speichervor- richtungen des Faden-Typus verbessert und sie erbringt auch bedeutende Verbcsserungen in der Nützlichkeit der Speichervorrichtungen der beschriebenen Art.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Speichervorrichtung mit einer Halbleiterschicht aus einem im wesentlichen amorphen, elektrisch nicht leilfähigen. aus zumindest zwei Elementen zusammengesetzten Halbleitermaterial, das zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet ist und über eine dünne Elektrodengrenzschicht aus einem schwerschmelzbaren Metall mit der eigentlichen Elektrode in Verbindung steht, das weiterhin durch einen Setzspannungsimpuls leitfähig wird, nach dem Setzspannungsimpuls leitfähig bleibt, durch einen Rücksetzimpuls wieder nichtleitend wird und nach dem Rficksetzimpuls nichtleitend bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial mindestens an einer Elektrode (8) eine Zwischenzone (9) aufweist, in der das Element des Halbleitermaterials, das während eines Rücksetzimpulsss üblicherweise zu dieser Elektrode (8) wandert, in einer wesentlich größeren Konzentration als der Konzentration dieses Elements im Halbleitermaterial vorliegt und daß die Elektrodengrenzschicht (8a, Sa') eine Dicke von 0,17 μιη oder weniger und die Elektrode (Sb, Sb') eine Dicke von mindestens 1,75 μιη aufweist.
2. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenzone (9) im Bereich der positiven Elektrode (8) angeordnet ist.
3. Speichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Zwischenzone (9) im Bereich der negativen Elektrode (4) angeordnet ist.
4. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial als im wesentlichen aus einem chalkogenen Material der Formel
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