DE2845289C2 - Speicherelement eines durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbaren Halbleiterspeichers - Google Patents

Speicherelement eines durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbaren Halbleiterspeichers

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DE2845289C2 DE2845289A DE2845289A DE2845289C2 DE 2845289 C2 DE2845289 C2 DE 2845289C2 DE 2845289 A DE2845289 A DE 2845289A DE 2845289 A DE2845289 A DE 2845289A DE 2845289 C2 DE2845289 C2 DE 2845289C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicherelement eines durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbaren Halbleiterspeichers, bei dem das Speicherelement eine positive und negative Elektrode und zwischen den Elektroden eine Speicherschicht und Isolierschicht sowie wahlweise eine die positive Elektrode abdeckende Sperrschicht aufweist, wobei die Speicherschicht aus mehreren Schichten besteht, von denen eine erste Schicht aus einem auf Tellur basierenden Chalkogenid aufgebaut ist, das in seinem amorphen Zustand einen höheren elektrischen Widerstand als in seinem kristallinen Zustand aufweist und vom einen Zustand in den anderen durch Anlegen eines elektrischen Signals an die beiden Elektroden schaltbar ist, eine zweite, zwischen der positiven Elektrode oder der Sperrschicht und der ersten Schicht angeordnete Schicht im wesentlichcii aus Tellur besteht und mehr Anteile Tellur enthält als die erste Schicht und eine zwischen der ersten Schicht und der negativen Elektrode vorgesehene dritte Schicht Germanium und Tellur enthält.
Aus der Liieraturstcllc »Electronics«. 1970. Seiten 5b bis 60. isl ein Speicherelement dir einen nicht flüchtigen, wiederholt programmierbaren Speicher bekannt, das aus einem amorphen Halbleiter besieht, der von einem Zustand hohen Widerstandes in einen Zustand niedrigen Widerstandes geschallet «erden kann. Das bekannte Halbleiterelement ist zwischen zwei Elektroden angebracht, wobei durch Anlegen eines Spannungsimpulses an die Elektroden, dessen Amplitude größer als die Schwellwertspannung des amorphen Halbleiterelementes ist, zwischen den Elektroden ein leitfähiger, kristalliner Faden mit niedrigem Widerstand zwischen den Elektroden ausgebildet wird. Dieser den Setzzustand des amorphen Halbleiterelementes darstellende leitfähige, kristalline Faden bleibt auch nach Beendigung des Impulses zwischen den Elektroden erhalten. Erst mittels einer Rückstell-Impulsgruppe geeigneter Stromstärke und Dauer wird der kristalline Pfad niedrigen Widerstandes in den amorphen Zustand mit einem hohen Widerstand zurückgeführt. Die erforderliche Schwellwertspannung zur Überführung des amorphen Halbleiterelementes ir den kristallinen Zustand ist bei dem bekannten Halbleiterelement über eine Vielzahl von Setz- und Rückstellzyklen nicht konstant, da bei den ersten Setz- und Rückstellzyklen die erforderliche Schwellwertspannung hoch ist und sich erst allmählich mit zunehmender Anzahl von Setz- und Rückstellzyklen absenkt. Dieses Absenken der Schwellwertspannung tritt in Abhängigkeit von wiederholten Rückstellperationen auf, bei denen das Speicherelement aus dem Leitungszustand in den Zustand hohen Widerstandes zurückgestellt wird. Eine Änderung der Schwellwertspanrung über der Anzahl der Setz- und Rückstellzyklen bedingt jedoch einen ständigen Abgleich der zum Setzen bzw. Rückstellen des Speicherelementes erforderlichen Steuerschaltungen.
Die Veränderung der Schwellwertspannung über der Anzahl der Setz- und Rückstellzyklen ist im wesentlichen auf die Wanderung elektrischer Ladungsträger sowie auf die thermische Diffusion der Bestandteile des Speichermaterials zu den beiden Elektroden zurückzuführen. Verwendet man als amorphes Speichermaterial eine Zusammensetzung von Germanium und Tellur, so führt dies dazu, daß Germanium und Germanium-Tellur-Kristalle zur negativen Elektrode und Tellur-Kristal le zur positiven Elektrode wandern. Diese Substanz wanderung erzeugt Bereiche, die wegen des nicht richtigen Verhältnisses der Bestandteile beim Schalten inaktiv sind, so daß der Bereich, in dem das Verhältnis der Bestandteile für das Schalten geeignet ist in seiner effektiven Stärke reduziert wird und die Schwellwertspannung dadurch verringert wird, so daß dieser Bereich in seiner äußeren Wirkung einer viel dünneren Schicht gleicht. Diese Substan/wanderung erzeugt außerdem Konzentrationsgradienten, so daß die Diffusion als ein ausgleichender Prozeß wirkt und ein Gleichgewicht erzeugt. Zusätzlich zu den genannten Vorgängen können thermische Gradienten zu dem Prozeß beitragen.
Aus der US-PS 38 86 577 isl eine Halbleiter-Spcichervorrichtung bekannt, bei der zwischen zwei Elektroden eine schichtweise aufgebaute Speicher-Sperrschicht vorgesehen ist, wobei die Speicher- bzw. Sperrschicht aus im wesentlichen Germanium und Tellur sowie einer darauf angebrachten Molybdänschiehl besteht, während die Sperrschicht im wesentlichen aus einer Metallschicht, vorzugsweise Aluminium besteht. Mittels einer zusä'l/lichen. /w sehen der |->< >siti\en Elektrode und der amorphen Halbleiter-.Speicherschicht \οrgescheuen Tellurschicht wird erreicht, daß aufgrund des bereits mit Tellur-Kristallen angereicherten Bereichs um die positive Elektrode tier Abfall der Schwellwertspannung auf einen konstanten Wert bereits nach wenigen Sei/ und Rückstell/\klen erreicht ist. so daß das betreffende
Halbleiter-Speicherelement nach diesen wenigen Setz- und Rückstellzyklen auf die betreffende Schwellwertspannung eingestellt werden kann. Damit wird zwar der Schwellwertspannungsabfall verringert, jedoch nicht beseitigt
Aus der DE-OS 28 22 264 ist ein amorpher Halbleiterspeicher bekannt, bei dem zwischen einer positiven und negativen Elektrode eine Speicher- bzw. Sper. schicht vorgesehen ist, die aus mehreren Einzelschichten besteht Eine an die positive Elektrode oder an eine die positive Elektrode abdeckende Sperrschicht anschließende Schicht besteht aus einem im wesentlichen Tellur aufweisenden Metall, während eine daran anschließende Schicht aus einem auf Tellur basierenden Chalkogenid besteht, das in seinem amorphen Zustand einen höheren elektrischen Widerstand und in seinem kristallinen Zustand einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist und vom einen Zustand in den anderen durch Anlegen eines elektrischen Signals an die beiden Elektroden schaltbar ist. Eine zwischen dieser Schicht und der negativen Elektrode angeordnete dritte Schicht ist im wesentlichen zu gleichen Teilen aus Germanium und Tellur zusammengesetzt. Bei dieser bekannten Speichervorrichtung weist die Schwellwertspannung einen von Beginn der Setz- und Rückstellzyklen konstanten Wert auf und bleibt über eine sehr große Anzahl von Setz- und Rückstellzyklen konstant. Durch Konstanthalten der Schichtstärke für die amorphe Halbleiter-Speicherschicht und durch Reduzieren der Tellurschicht wird ein Speicherelement gewonnen, das eine Schwellwertspannung von weniger als 10 Volt aufweist und das neben der konstanten Schwellwertspannung nahezu die gesamte Lebensdauer des Speicherelementes auch bei höheren Temperaturen gut speichert. Die Schwellwertspannung des bekannten Speicherelementes ist jedoch über die gesamte Lebensdauer des .Speicherelementes temperaturempfindlich. Darüber hinaus wird während der ersten Setz- und Rückstellzyklen infolge der vom metallischen Leiter herabsinkenden Wärme das Aufheizen an der Schnittstelle zwischen der Tellurschicht und der amorphen Halbleiter-Speicherschicht begrenzt und daher die Diffusion zwischen den beiden Schichten eingeschränkt. so daß das Speicherelement während der ersten Setz- und Rückstellzyklen nur schwer zurückzustellen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ein Speicherelement für einen durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbaren, amorphen Halbleiterspeicher zu schaffen, das über seine gesamte Lebensdauer eine nahezu konstante und temperaturunabhängige Schwellwertspannuiig aufweist und das auch während der ersten Setz- und Rückstellzyklen problemlos zurückzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dritte Schicht bis zu 25 bis 46 Atomprozent Germanium enthält.
Durch den strukturellen Aufbau und die Zusammensetzung der zwischen den Elektroden angeordneten Speicher- bzw. Sperrschicht wird sichergestellt, daß über die gesamte Lebensdauer des Speicherelements ' eine nahezu konstante Schwellwertspaniiung zum Setzen bzw. Rückstellen des Speicherelements gegeben ist. wobei die Schwellwertspaniiung über die gesamte Lebensdauer nahe/u temperaturunabhangig isi. Beim Rückstellen des Speichere'ementes treten auch with- * rend der ersten Set/- und Ruckstell/vklen keinerlei Probleme auf.
Vorteilhalle Ausgestaltungen der crfindungsgeniälJen Lösung bestehen darin, daß die erste Schicht aus einem Eutektikum mit 15 bis 17% Germanium besteht, wobei die Germanium-Konzentration sogar von 10 bis 25% variieren kann. Die an die positive Elektrode angrenzende zweite Schicht besteht im wesentlichen aus Tellur mit einem Germaniumgehalt von 0 bis 10%. Die an die negative Elektrode angrenzende dritte Schicht besteht aus einem Material, daß die höchste Übergangstemperatur für den glasartigen Zustand hat, sie besteht vorzugsweise aus 33% Germanium.
Anhand eines in der Zeichnung dargesteliten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch ein amorphes Speicherelement;
Fig. 2 die Temperaturen des Glasübergangs, der Kristallisation und des Schmelzens für amorphes Material mit verschiedenem Germanium-Gehalt;
F i g. 3 einen Querschnitt durch ein Speicherelement gemäß der Erfindung; und
Fig.4a und 4b Darstellungen der Schmelztemperaturveränderung und der Bestandteilkonzentration eines erfindungsgemäßen Speicherelementes.
F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Speicherelementes, das ein auf Tellur basierendes Chalkogenid benutzt. Das gesamte Speicherelement 11 sitzt auf einem geeigneten Träger 12. Das Element 11 v/ird normalerweise in einem Speicherfeld mit vertikalen und horizontalen Leitern für wahlfreien Zugriff verwendet. In Fig. 1 besteht einer dieser Leiter aus dem Leiterbereich 14 auf dem Träger 12. Das Speicherelement 11 bildet den Schnittpunkt zwischen einem Paar orthogonaler Leiter 13 und 14, von denen der Leiter 13 die positive Elektrode ist.
Der Leiter 14 ist mit einer Isolierschicht 17 aus Siliziumdioxid versehen, die ihrerseits mehrere öffnungen 10 aufweist, durch die Leitermaterial an denjenigen Stellen freigelegt wird, an denen ein Speicherelement vorgesehen werden soll. Der amorphe Halbleiterspeicher 19 wird dann mittels eines geeigneten Verfahrens über die Öffnung 10 aufgebracht. Um das Speicherelement fertigzustellen, wird eine kristalline Tellur-Schicht 20 durch Zerstäubungen über das Speichermaterial aufgetragen und eine Sf ι ent 21 aus hitze oder feuerbeständigem Metall ais Sperrschicht darübergelegt, ehe die elektrisch leitfähige Metallschicht 13 geschaffen wird. Wie in der US-Patentschrift 38 86 587 beschrieben, wird über die Metallschicht 20 Tellur gewählt, um die Tellur-Wanderung auf die positive Elektrode während der Setz/Rückstell-Zyklen nach Möglichkeit zu verschieben oder zu unterbinden. Für die Schicht 21 wird ein Stoff gewählt, der eine Sperre für eine Substanzwanderung aus der Schicht 13 (z. B. Aluminium) bildet. Wie oben angegeben, neigt das Tellur dazu, den Abfall der Schwellwertspannung zu verändern, beseitigt ihn jedoch nicht. In gemäß Fig. I aufgebauten Strukturen beginnt die Scliwellwertspannung bei einem relativ niedrigen Wert, wächst dann auf mehr als 10 Volt nach relativ wenigen Setz/Rückstell-Zyklen an. was natürlich nicht zufriedenstellend ist.
Ein typisches amorphes Material von der Zusammensetzung GciiTof- SbjSj hat eine kritische Durchschlagfeldstärke von etwa 3.5 ■ 10"' V/cm (vgl. beispielsweise Buckles und Holmberg. «Electrical Characteristics and Threshold Switching in Amorphous Semiconductors«, veröffentlicht in Solid State Electronics. 1975, Band 18, Seiten 127 bis !47). Daher soll die maximale Schwellwertspaniiung für ein derartiges Element 7 Volt
plus einen Spannungsabfall von etwa 0,7 Volt über einer Isolationsdiode betragen. Da die thermische Diffusion von Germanium in die Tellur-Schicht während des Rückstell-Abschnittes eines Setz/Rückstell-Zyklus erfolgt, so daß das Durchschalten des Elementes auf einem Teil seines Weges in die Tellur-Schicht (zusätzlich zu der amorphen Schicht) stattfindet. Es war oben ausgeführt worden, daß Germanium in Richtung der positiven Elektrode während des bei der Rückstelloperation auftretenden thermischen Effekts diffundieren kann, und daß Germanium-Tellur Kristalle auf die negative Elektrode, also in entgegengesetzter Richtung unter dem Einfluß des elektrischen Feldes wandern. Die sich ergebende Wirkung besteht in der Ausbildung eines abgestuften Struktur über den Querschnitt des Elementes, wie das in der DE-OS 28 22 264 ausgeführt ist. Außerdem läßt eine nur minderwertige Speicherwirkung des Elementes bei hohen Temperaturen die Vermutung zu, daß Germanium in die Tellur-Schicht diffundiert und eine mittlere, Tellur-angereicherte Durchschalt-Zusammensetzung erzeugt.
Die oben erwähnten Maßnahmen und Analysen an einem Speicherelement gemäß F i g. 1 sahen vor, daß die Tellur-Schicht eine Stärke von mehr als 0,5 μιη und die amorphe Schicht eine Stärke von etwa 0,2 μιη hatten. Durch Konstanthalten der Schichtstärke für das amorphe Material und Reduzieren der Tellur-Schichtstärke, kann ein Element erhalten werden, das eine Schwellwertspannung von weniger als 10 Volt besitzt und eine relativ konstante Schwellwertspannung über seine gesamte Lebenszeit hin zeigt und auch bei höheren Temperaturen gut speichert. Jedoch sind — wie oben ausgeführt wurde — derartige Elemente während der ersten Setz/Rückstell-Zyklen nur schwer zurückzustellen, da die vom obersten metallischen Leiter herabsinkende Wärme das Aufheizen an der Schnittstelle zwischen Tellur und dem amorphen Material begrenzt und daher die Diffusion zwischen den beiden Schichten begrenzt. Amorphe Durchschaltmaterialien, die wenigstens zu einem Teil etwa 23%iges Germanium enthalten, ergaben gute Speicherfähigkeit bei hoher Temperatur. Die Schmelztemperatur der Speichermaterialien bei einer derartigen Zusammensetzung beträgt etwa 450° C, was auch etwa dem Schmelzpunkt von Tellur entspricht, und dies erklärt die Schwierigkeit beim Zurückstellen des Elementes während der ersten wenigen Setz/Rückstell-Operationen. Wenn ein Element zurückgesetzt wird, muß der Fadenbereich wenigstens auf die Schmelztemperatur des Durchschaltmaterials gebracht und dann schnell abgeschreckt werden. Wenn die Schmelztemperatur nicht erreicht werden kann, stellt sich das Element nicht zurück. Die eutektische Verbindung stellt sich am leichtesten zurück, da sie den niedrigsten Schmelzpunkt in dem GeTe-Binär-System hat. Wenn die Diffusion zwischen den beiden Schichten nicht schnell auftritt, dann bildet sich in der Nähe der Schnittstelle der beiden Chalkogenide ein Eutektikum aus, bis das Element einige Setz/Rückstell-Zyklen durchlaufen hat Der eutektische Punkt für das binäre Ge-Te-System liegt bei M etwa 15 bis 17% Germanium und dem Rest Tellur.
Zur nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Weiterbildung wird zunächst auf Fig.2 Bezug genommen, die verschiedene Temperaturkurven für Tellur-GermaniuiTi-Systeme als Funktion des Germanium-Gehalts, wie aus der Literatur bekannt, zeigt Die Kurve Tm zeigt die Veränderung der Schmelztemperatur dieser Systeme. Die Kurve Tx stellt die Temperatur dar, bei der das amorphe Material kristallisiert, und zwar als Funktion des Germanium-Gehalts im System. Die Kurve Tc, stellt einen Glasübergang dar, der weiter unten noch beschrieben wird. Diese Kurven teilen die Flächen in der grafischen Darstellung nach Fig. 2 in vier unterschiedliche Teilflächen auf. Fläche 1 repräsentiert diejenigen Temperaturen, bei denen das amorphe System in seinem amorphen Zustand bleibt. Fläche Il stellt diejenigen Temperaturen dar, bei denen das amorphe System langsam zu kristallisieren beginnt. Fläche III repräsentiert diejenigen Temperaturen, bei denen das System schnell kristallisiert. Fläche IV repräsentiert diejenigen Temperaturen, bei denen das System geschmolzen ist. Um daher ein amorphes Speicherelement zu schaffen, dessen Schweiiwertspannung temperaturunempfindlich ist, müssen die Zusammensetzungen und Arbeitstemperaturen so gewählt werden, daß man in der Fläche I bleibt.
Man sieht nun aus F i g. 2, daß die Zusammensetzung mit der niedrigsten Schmelztemperatur (die eutektische Temperatur) ein Tellur-Germanium-System mit etwa 15 bis 17% Germanium ist. Ferner ist die Zusammensetzung mit der höchsten Glasübergangstemperatur und daher der stabilsten amorphen Zusammensetzung ein System mit ungefähr 33% Germanium, und der Rest ist Tellur. Gt-uTet* wird als die unterste Schicht gewählt, so daß bei hohen Temperaturen (bis zu Taund Τχ = 230° C) der Herstellung gearbeitet werden kann. Wenigstens eine Schicht muß während der Verarbeitung im amorphen Zustand vorliegen, oder das Element kann sich während des Tests nicht zurückstellen.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elements zeigt Fig. 3. Die Struktur ist ersichtlich ähnlich derjenigen aus der eingangs erwähnten DE-OS 28 22 264, jedoch mit der Ausnahme, daß die Zusammensetzung zur Gewinnung einer Speicherfähigkeit bei hohen Temperaturen, einer frühen Einschreibfähigkeit und einer Herstellung bei höheren Temperaturen verändert ist.
Gemäß Fig.3 ist das Speicherelement auf einem geeigneten isolierenden Träger 22 aufgebaut, der aus einem Halbleiter bestehen kann. Der negative Leiter 24 wird dann auf diesem aus einem leitfähigen Stoff wie etwa Molybdän aufgebracht. Dann wird eine Isolierschicht zweckmäßig aus Siliziumdioxid 27 darübergeiegt, das eine öffnung 25 zur Ausbildung des Speicherelementes bleibt. Die jeweiligen öffnungen 25 sind an den Schnittstellen mit orthogonalen Leitern angeordnet, und bilden auf diese Weise das Speicherfeld. Eine Schicht 28 (dritte Schicht) wird dann in die öffnung 25 eingebracht und besteht aus einer Germanium-Tellur-Zusammensetzung mit einem etwa 33%igen Germanium-Gehalt, der jedoch von 25 bis 45% variieren kann. Eine erste Schicht 30 wird dann über die Germanium-reiche Schicht aufgebracht und besteht aus einem amorphen Material in der Nähe seines Eutektikums mit etwa 15 bis 17% Germanium, wobei auch dieser Prozentsatz zwischen 10 und 25% variieren kann. Eine zweite Schicht 29 in Form eines mit Tellur angereicherten Materials wird dann ausgebildet, die etwa 0 bis 10% Germanium und den Rest Tellur enthält Diese Schichtstruktur wird dann mit einem Sperrmetall 31 etwa aus Molybdän oder TitoWw bedeckt Das auf diese Weise gebildete Speicherelement wird mit einem sehr gut leitenden Leiter 23 bedeckt der aus Aluminium oder Gold bestehen kann.
Die erste amorphe Schicht 30 hat die niedrigste Schmelztemperatur in der Mitte des Elements, bei der
die höchsten Temperaturen während der Rückstelloperation erreicht werden. Dies ist wichtig zur Unterstützung des Rücksetzens des Elementes sowie bei der Ausbildung seiner gegliederten Struktur. Die Schicht 28 ist so zusammengesetzt, daß sie zum Durchschalten des Speicherelementes beitragen kann oder nicht beitragen kann, und nach der Bildung normalerweise kristallin und stets in einem leitenden Zustand vorliegen kann. Die Tellur-reiche Schicht 29 wird normalerweise kristallin und in einem leitfähigen Zustand sein, nachdem das Element gebildet worden ist.
Das dünne Germanium-reiche Material der Schicht 28 und das dünne Tellur-reiche Material der Schicht 29 sind von Bedeutung, da große thermische Gradienten über diesen Bereichen auftreten. Da diese Schichten sehr kleine Stärken haben, arbeitet das Element bei niedriger Spannung, bei der Diffusionseffekte in diese nicht durchschaltenden Bereiche minimal werden. Ferner ist von Bedeutung der Umstand, daß die mittlere Germanium-Tellur-Zusammensetzung für alle drei Schichten sein sein sollte, daß die Glasübergangstemperatur der mittleren Zusammensetzung höher ist als die maximale Speichertemperatur, die das Element erfahren wird.
Fig.4A zeigt eine grafische Darstellung, bei der die ausgezogene Linie die Germanium-Konzentration in Atomprozent in der ursprünglich für die Struktur gemäß Fig. 3 niedergeschlagenen Form als Funktion des Abstandes der jeweiligen Schichten von der obersten oder positiven Elektrode darstellt. Die gestrichelte Linie aus F i g. 4A gibt die Zusammensetzungsverteilung an, die sich ausbildet, nachdem das Element mehrere Setz-Rückstellzyklen lang betrieben worden ist. F i g. 4B ist eine grafische Darstellung, bei der die ausgezogene Linie die Schmelztemperaturverteilung in °C der jeweiligen Zusammensetzungen in der ursprünglich niedergeschlagenen Form als Funktion des Abstandes von der obersten oder positiven Elektrode darstellt. Auch hier stellt die gestrichelte Linie die Schmelztemperaturverteilung dar, die sich nach Ausführung vieler Seiz/Rüeksteii-Zykien ausbildet.
Es wurde ein elektrisch veränderbares amorphes Speicherelement beschrieben, dessen Schwellwertspannung relativ konstant und temperaturunempfindlich über die gesamte Lebensdauer des Elementes ist. Dadurch, daß das Element als eine gegliederte Struktur aus Bereichen unterschiedlicher Konzentrationen von Germanium in einem Tellur-Gcrmanium-System aufgebaut wird, wird eine Struktur erhalten, die eine mittlere Glaszustandsübergangstemperatur über der Temperatur hat, die während der Herstellung und des Betriebes des Elementes auftreten kann. Weiter ermöglichen die äußeren Bereiche oder Schichten große thermische Gradienten und stellen so sicher, daß der eutektische oder Durchschaltbereich während der Rückstelloperation schmelzen wird. Die Bereiche oder Schichten der gegliederten Struktur sind so gewählt, daß sie die Stufenstruktur approximieren, die in einem derartigen System nach mehreren Setz/Rückstell-Zyklen auftreten und daher die konstante Schwellwertspannung sicherstellen.
Insgesamt wurde ein elektrisch veränderbares amorphes Speicherelement beschrieben, das von einem Zustand hohen Widerstandes in einen Zustand niedrigen Widerstandes schaltbar ist und eine stabile Schwellwertschaltung hat, die über die gesamte Lebensdauer des Elementes temperaturunempfindlich ist. Das Speicherelement wird durch eine gegliederte Struktur von wenigstens drei Bereichen oder Schichten aus amorphem Material gebildet, das aus der auf Tellur basierenden Chalkogenid-Klasse gewählt ist, und speziell ein Tellur-Germanium-System ist. Das mittlere oder zentrale Gebiet wird aus eutektischem Material gebildet, das 15 bis 17% Germanium enthält, obgleich dieser Bereich von 10 bis 25% variieren kann. Der obere Bereich oder das Gebiet, das der positiven Elektrode am nächsten ist, besteht in erster Linie aus Tellur mit etwa 0 bis etwa 10% Germanium. Der untere Bereich oder der der negativen Elektrode am nächsten liegende Bereich besteht aus einem Material, das die höchste Glaszustandsübergangstemperatur hat und etwa 33% Germanium enthält, obgleich dieser Prozentsatz auch von 25 bis 45% Germanium variieren kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Speicherelement eines durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbarer. Halbleiterspeichers, bei dem das Speicherelement eine positive und negative Elektrode und zwischen den Elektroden eine Speicherschicht und Isolierschicht sowie wahlweise eine die positive Elektrode abdeckende Sperrschicht aufweist, wobei die Speicherschicht aus mehreren Schichten besteht, to von denen eine erste Schicht aus einem auf Tellur basierenden Chalkogenid aufgebaut ist, das in seinem amorphen Zustand einen höheren elektrischen Widerstand als in seinem kristallinen Zustand aufweist und vom einen Zustand in den anderen durch Anlegen eines elektrischen Signall an die beiden Elektroden schaltbar ist, eine zweite, zwischen der positiven Elektrode oder der Sperrschicht und der ersten Schicht angeordnete Schicht im wesentlichen aus Tellur besteht und mehr Anteile 2" Tellur enthält als die erste Schicht und eine zwischen der ersten Schicht und der negativen Elektrode vorgesehene dritte Schicht Germanium und Tellur enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (28) bis zu 25 bis 46 Atomprozent 2=> Germanium enthält.
2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (28) etwa 33 Atomprozent Germanium enthält.
3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30) 10 bis 25 Atomprozent, vorzugsweise 15 bis 17 Atomprozent Germanium enthält.
4. Speicherelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite r> Schicht (29) mindestens 90 Atomprozent Tellur enthält.
DE2845289A 1977-10-31 1978-10-18 Speicherelement eines durch Anlegen elektrischer Signale in seinem Inhalt veränderbaren Halbleiterspeichers Expired DE2845289C2 (de)

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Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4272562A (en) * 1979-06-19 1981-06-09 Harris Corporation Method of fabricating amorphous memory devices of reduced first fire threshold voltage
US4350994A (en) * 1979-10-04 1982-09-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Semiconductor device having an amorphous metal layer contact
US4494136A (en) * 1979-10-04 1985-01-15 Wisconsin Alumni Research Foundation Semiconductor device having an amorphous metal layer contact
IL61671A (en) * 1979-12-13 1984-04-30 Energy Conversion Devices Inc Diode and rom or eeprom devices using it
FR2478879A1 (fr) * 1980-03-24 1981-09-25 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation de dispositifs a effet memoire a semi-conducteurs amorphes
US4499557A (en) * 1980-10-28 1985-02-12 Energy Conversion Devices, Inc. Programmable cell for use in programmable electronic arrays
JPS57189393A (en) * 1981-05-18 1982-11-20 Seiko Epson Corp Semiconductor storage device
EP0095283A3 (de) * 1982-05-15 1984-12-27 The British Petroleum Company p.l.c. Speicheranordnung
AU562641B2 (en) 1983-01-18 1987-06-18 Energy Conversion Devices Inc. Electronic matrix array
US4847732A (en) * 1983-09-15 1989-07-11 Mosaic Systems, Inc. Wafer and method of making same
JP2673424B2 (ja) * 1984-02-21 1997-11-05 エンバィアロンメンタル・リサーチ・インスティテュート・オブ・ミシガン 集積回路用サブストレート
US5166901A (en) * 1986-05-14 1992-11-24 Raytheon Company Programmable memory cell structure including a refractory metal barrier layer
US5019887A (en) * 1987-03-27 1991-05-28 Canon Kabushiki Kaisha Non-single crystalline photosensor with hydrogen and halogen
DE3927033C2 (de) * 1988-08-23 2000-12-21 Seiko Epson Corp Halbleiterbauelement mit Antifuse-Elektrodenanordnung und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH0671089B2 (ja) * 1990-04-26 1994-09-07 セイコーエプソン株式会社 書込み専用半導体記憶装置の製造方法
US5414271A (en) * 1991-01-18 1995-05-09 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable memory elements having improved set resistance stability
US5296716A (en) * 1991-01-18 1994-03-22 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable, directly overwritable, multibit single cell memory elements and arrays fabricated therefrom
US5341328A (en) * 1991-01-18 1994-08-23 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable memory elements having reduced switching current requirements and increased write/erase cycle life
US5166758A (en) * 1991-01-18 1992-11-24 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable phase change memory
WO1993004506A1 (en) * 1991-08-19 1993-03-04 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable, directly overwritable, multibit single cell memory elements and arrays fabricated therefrom
RU94016378A (ru) * 1991-08-19 1996-08-27 Энерджи Конвершн Дивайсиз Одноячеечные элементы памяти и матрицы, изготавливаемые из них, способы модуляции в монокристаллическом полупроводниковом материале
US5359205A (en) * 1991-11-07 1994-10-25 Energy Conversion Devices, Inc. Electrically erasable memory elements characterized by reduced current and improved thermal stability
US5294846A (en) * 1992-08-17 1994-03-15 Paivinen John O Method and apparatus for programming anti-fuse devices
US5314840A (en) * 1992-12-18 1994-05-24 International Business Machines Corporation Method for forming an antifuse element with electrical or optical programming
US5424655A (en) * 1994-05-20 1995-06-13 Quicklogic Corporation Programmable application specific integrated circuit employing antifuses and methods therefor
US5909049A (en) * 1997-02-11 1999-06-01 Actel Corporation Antifuse programmed PROM cell
US5933365A (en) * 1997-06-19 1999-08-03 Energy Conversion Devices, Inc. Memory element with energy control mechanism
US6888750B2 (en) 2000-04-28 2005-05-03 Matrix Semiconductor, Inc. Nonvolatile memory on SOI and compound semiconductor substrates and method of fabrication
EP1312120A1 (de) 2000-08-14 2003-05-21 Matrix Semiconductor, Inc. Dichte matrizen und ladungsspeicheranordnungen und verfahren zur herstellung
US6580124B1 (en) 2000-08-14 2003-06-17 Matrix Semiconductor Inc. Multigate semiconductor device with vertical channel current and method of fabrication
US6900468B2 (en) * 2001-02-20 2005-05-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Indium chalcogenide, gallium chalcogenide, and indium-gallium chalcogenide phase-change media for ultra-high-density data-storage devices
US6897514B2 (en) 2001-03-28 2005-05-24 Matrix Semiconductor, Inc. Two mask floating gate EEPROM and method of making
US6841813B2 (en) 2001-08-13 2005-01-11 Matrix Semiconductor, Inc. TFT mask ROM and method for making same
US6593624B2 (en) 2001-09-25 2003-07-15 Matrix Semiconductor, Inc. Thin film transistors with vertically offset drain regions
US6881623B2 (en) * 2001-08-29 2005-04-19 Micron Technology, Inc. Method of forming chalcogenide comprising devices, method of forming a programmable memory cell of memory circuitry, and a chalcogenide comprising device
WO2003065377A1 (fr) * 2002-02-01 2003-08-07 Hitachi, Ltd. Memoire
US6853049B2 (en) 2002-03-13 2005-02-08 Matrix Semiconductor, Inc. Silicide-silicon oxide-semiconductor antifuse device and method of making
US6737675B2 (en) 2002-06-27 2004-05-18 Matrix Semiconductor, Inc. High density 3D rail stack arrays
KR100481866B1 (ko) * 2002-11-01 2005-04-11 삼성전자주식회사 상변환 기억소자 및 그 제조방법
DE10310573A1 (de) * 2003-03-11 2004-09-30 Infineon Technologies Ag Nicht-flüchtige, integrierte Speicherzelle und Verfahren zum Einschreiben oder Auslesen einer Information in die / aus der Speicherzelle
TWI245288B (en) * 2003-03-20 2005-12-11 Sony Corp Semiconductor memory element and semiconductor memory device using the same
US7381611B2 (en) 2003-08-04 2008-06-03 Intel Corporation Multilayered phase change memory
FR2861887B1 (fr) * 2003-11-04 2006-01-13 Commissariat Energie Atomique Element de memoire a changement de phase a cyclabilite amelioree
US7718987B2 (en) * 2004-02-19 2010-05-18 Agency For Science, Technology And Research Electrically writable and erasable memory medium having a data element with two or more multiple-layer structures made of individual layers
US7038231B2 (en) * 2004-04-30 2006-05-02 International Business Machines Corporation Non-planarized, self-aligned, non-volatile phase-change memory array and method of formation
US7781758B2 (en) * 2004-10-22 2010-08-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
FR2880177B1 (fr) * 2004-12-23 2007-05-18 Commissariat Energie Atomique Memoire pmc ayant un temps de retention et une vitesse d'ecriture ameliores
EP1677371A1 (de) 2004-12-30 2006-07-05 STMicroelectronics S.r.l. Zweiteiliger Widerstandsheizer für Phasenwechselspeicher und Herstellungsmethode
WO2007053581A2 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 Sideromics, Llc Growth control of oral and superficial microorganisms using gallium compounds
US7973384B2 (en) * 2005-11-02 2011-07-05 Qimonda Ag Phase change memory cell including multiple phase change material portions
US7459717B2 (en) * 2005-11-28 2008-12-02 Macronix International Co., Ltd. Phase change memory cell and manufacturing method
US7688619B2 (en) * 2005-11-28 2010-03-30 Macronix International Co., Ltd. Phase change memory cell and manufacturing method
US7723712B2 (en) * 2006-03-17 2010-05-25 Micron Technology, Inc. Reduced power consumption phase change memory and methods for forming the same
EP1850378A3 (de) * 2006-04-28 2013-08-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Speichervorrichtung und Halbleiterbauelement
US7863593B2 (en) * 2007-07-20 2011-01-04 Qimonda Ag Integrated circuit including force-filled resistivity changing material
FR2922368A1 (fr) * 2007-10-16 2009-04-17 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une memoire cbram ayant une fiabilite amelioree
US7903457B2 (en) * 2008-08-19 2011-03-08 Macronix International Co., Ltd. Multiple phase change materials in an integrated circuit for system on a chip application
US8324605B2 (en) 2008-10-02 2012-12-04 Macronix International Co., Ltd. Dielectric mesh isolated phase change structure for phase change memory
US8363463B2 (en) * 2009-06-25 2013-01-29 Macronix International Co., Ltd. Phase change memory having one or more non-constant doping profiles
US20110049456A1 (en) * 2009-09-03 2011-03-03 Macronix International Co., Ltd. Phase change structure with composite doping for phase change memory
US8426242B2 (en) 2011-02-01 2013-04-23 Macronix International Co., Ltd. Composite target sputtering for forming doped phase change materials
US8946666B2 (en) 2011-06-23 2015-02-03 Macronix International Co., Ltd. Ge-Rich GST-212 phase change memory materials
US8932901B2 (en) 2011-10-31 2015-01-13 Macronix International Co., Ltd. Stressed phase change materials
US8993374B2 (en) 2012-08-03 2015-03-31 Micron Technology, Inc. Phase change material gradient structures and methods
TWI549229B (zh) 2014-01-24 2016-09-11 旺宏電子股份有限公司 應用於系統單晶片之記憶體裝置內的多相變化材料
US9627395B2 (en) 2015-02-11 2017-04-18 Sandisk Technologies Llc Enhanced channel mobility three-dimensional memory structure and method of making thereof
US9672906B2 (en) 2015-06-19 2017-06-06 Macronix International Co., Ltd. Phase change memory with inter-granular switching
US9478495B1 (en) 2015-10-26 2016-10-25 Sandisk Technologies Llc Three dimensional memory device containing aluminum source contact via structure and method of making thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3271591A (en) * 1963-09-20 1966-09-06 Energy Conversion Devices Inc Symmetrical current controlling device
JPS5324270Y1 (de) * 1968-11-21 1978-06-22
US3886587A (en) * 1973-07-19 1975-05-27 Harris Corp Isolated photodiode array
US3980505A (en) * 1973-09-12 1976-09-14 Buckley William D Process of making a filament-type memory semiconductor device
US3886577A (en) * 1973-09-12 1975-05-27 Energy Conversion Devices Inc Filament-type memory semiconductor device and method of making the same
US3877049A (en) * 1973-11-28 1975-04-08 William D Buckley Electrodes for amorphous semiconductor switch devices and method of making the same
US4115872A (en) * 1977-05-31 1978-09-19 Burroughs Corporation Amorphous semiconductor memory device for employment in an electrically alterable read-only memory

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5488739A (en) 1979-07-14
DE2845289A1 (de) 1979-06-07
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JPS6057708B2 (ja) 1985-12-16
FR2407572A1 (fr) 1979-05-25
GB2007020B (en) 1982-03-03
BR7806710A (pt) 1979-05-08
GB2007020A (en) 1979-05-10

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