EP4702826A1

EP4702826A1 - Reram-vorrichtung und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: EP4702826A1
Application number: EP24709705.8A
Authority: EP
Inventors: Pascal Stasner; Dirk Wouters; Rainer Waser
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2023-04-24
Filing date: 2024-03-05
Publication date: 2026-03-04
Also published as: DE102023110363A1; WO2024223120A1

Abstract

Offenbart wird eine ReRAM-Vorrichtung (1) aufweisend eine in einer Passivierungsstruktur (3) eingebettete Elektrode (4) in Form einer Finne, die ein erstes Metall aufweist und die sich parallel zu einer Ebene eines Substrats (2) erstreckt, eine Gegenelektrode (5) in Form einer Schicht, die ein zweites Metall aufweist und die sich parallel zu der Ebene des Substrats erstreckt, und einen Metalloxidteil (6), der das erste Metall in oxidierter Form aufweist und der sich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode befindet, wobei die Passivierungsstruktur (3) die Elektrode (4) mit der Gegenelektrode (5) verbindet und angeordnet ist, eine Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil (6) zu blockieren. Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der ReRAM-Vorrichtung wird ebenfalls offenbart.

Description

Beschreibung

RERAM-VORRICHTUNG UND HERSTELLUNGSVERFAHREN DAFÜR

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Resistive Direktzugriffspeicher-Vorrichtung (ReRAM- Vorrichtung) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer ReRAM-Vorrichtung.

Der folgende Hintergrund soll lediglich Informationen liefern, die zum Verständnis des Zusammenhangs der hier offenbarten, erfinderischen Ideen und Konzepte erforderlich sind. Daher kann dieser Hintergrundabschnitt patentierbare Gegenstände enthalten und sollte nicht per se als Stand der Technik angesehen werden.

HINTERGRUND

Beim resistivem Schalten wird die Programmierung unterschiedlicher Widerstandswerte in einer Speicherzelle (resistive Schaltzelle) als Informationsspeicher verwendet. Dabei werden Spannungsimpulse auf eine Metall-Isolator-Metall (MIM)- Struktur angewandt, wobei der Widerstand des Isolators (in der Regel ein Oxid) wiederholt auf einen leitenden Zustand gesetzt oder auf einen höherohmigen Zustand zurückgesetzt werden kann. Resistive Schaltzellen werden in nichtflüchtigen Speichervorrichtungen und neuromorphen Schaltungen für ihr synaptisches Verhalten integriert.

Herkömmliche Skalierungstechniken bei resistiven Schaltzellen betreffen zumeist die Nanoskalierung der Metallelektroden ohne spezielle Berücksichtigung des Isolators.

Somit bleibt ein Bedarf, die Nanoskalierung von ReRAM-Vorrichtung zu erweitern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ReRAM- Vorrichtungen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Integration weiterzuentwickeln.

KURZFASSUNG

Diese Kurzfassung dient dazu, eine Auswahl von Merkmalen und Konzepten der Erfindung vorzustellen, die weiter unten in der Beschreibung erläutert werden. Diese Kurzfassung soll nicht dazu dienen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie dazu dienen, den Umfang des beanspruchten Gegenstands zu begrenzen.

Erfmdungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch eine Resistive Direktzugriffspeicher-Vorrichtung (ReRAM- Vorrichtung) gelöst. Die ReRAM- Vorrichtung hat ein Substrat. Das Substrat kann halbleitend sein und zum Beispiel ein Material wie Silizium oder Germanium aufweisen. Das Substrat kann zumeist mit einer dünnen Schicht aus einem dielektrischen Material beschichtet sein, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Hafniumoxid. So hat die ReRAM- Vorrichtung eine Passivierungsstruktur. Die Passivierungsstruktur ist zumindest auf dem Substrat.

Die ReRAM- Vorrichtung hat eine Elektrode. Die Elektrode ist auf dem Substrat angeordnet. Direkt dazwischen kann sich eine auf dem Substrat basierende Isolationsschicht (auch die Passivierungsstruktur) befinden. Die Elektrode ist in der Passivierungsstruktur eingebettet. So kann die Passivierungsstruktur die Elektrode bodenseitig und wandseitig umschließen. Deckenseitig kann die Elektrode teilweise mit der Passivierungsstruktur bedeckt sein (benachbart zu dem Metalloxidteil, siehe unten).

Die Elektrode ist in Form einer Finne ausgebildet. Hierin ist der Begriff Finne so zu verstehen, dass es sich um eine längliche und zugleich schmale Struktur handelt, dessen Länge größer ist als seine Breite und Höhe. So kann ferner verstanden werden, dass es sich dabei um eine langgestreckte Form mit schmaler Breite im Vergleich zur Länge handelt. In Längsrichtung kann die Elektrode in gleichmäßigen Abständen Erhebungen an einer Oberseite der Elektrode aufweisen (siehe i.V.m. Metalloxidteil unten). Eine Unterseite der Elektrode kann plan sein, und zum Beispiel parallel zu einer Oberseite des Substrats sein. Die Elektrode hat ein erstes Metall. So kann die Elektrode das eine leitfähige Element der MIM-Struktur der ReRAM- Vorrichtung bilden. Die Elektrode erstreckt sich parallel zu einer Ebene des Substrats. Vorzugsweise kann sich die Elektrode entlang einer ersten Richtung (X-Richtung) erstrecken. Die erste Richtung kann mit der Längsachse der Elektrode zusammenfallen.

Die ReRAM- Vorrichtung hat eine Gegenelektrode. Die Gegenelektrode ist in Form einer Schicht ausgebildet. Die Gegenelektrode weist ein zweites Metall auf. Das zweite Metall kann von dem ersten Metall verschieden sein. So kann die Gegenelektrode das andere leitfähige Element der MIM-Struktur der ReRAM- Vorrichtung bilden. Die Gegenelektrode erstreckt sich parallel zu der Ebene des Substrats, vorzugsweise entlang einer zweiten Richtung (Y-Richtung), die sich von der ersten Richtung (orthogonal) unterscheidet.

Die ReRAM- Vorrichtung hat einen Metalloxidteil. Der Metalloxidteil weist das erste Metall in oxidierter Form auf. Der Metalloxidteil kann insbesondere aus der Elektrode durch Oxidation hervorgegangen sein. So kann der Metalloxidteil das Isolationselement der MIM-Struktur der ReRAM- Vorrichtung bilden.

Der Metalloxidteil kann in Form einer Scheibe oder Säule bzw. scheibenartig oder säulenartig ausgebildet sein. Hierbei kann eine laterale Abmessung des Metalloxidteils größer sein als eine vertikale Abmessung des Metalloxidteils. Eine Abmessung des Metalloxidteils in der zweiten Richtung kann einer Abmessung der Elektrode in der zweiten Richtung entsprechen. Eine Abmessung des Metalloxidteils in der ersten Richtung kann viel kleiner sein als eine Abmessung der Elektrode in der ersten Richtung, zum Beispiel kleiner als 0,1 -mal (oder 0,05-mal oder 0,01 -mal). Eine Höhe bzw. Abmessung des Metalloxidteils in vertikaler Richtung (Z-Richtung) kann kleiner als 0,25-mal (oder 0, 1 -mal) einer Höhe bzw. Abmessung der Elektrode in vertikaler Richtung sein. Die vertikale Richtung kann einer dritten Richtung entsprechen, wobei die ersten, zweiten und dritten Richtungen zueinander senkrecht sind. Eine jeweilige Abmessung des Metalloxidteils in der ersten, zweiten bzw. dritten Richtung kann weniger als doppelt so groß sein wie eine Abmessung des Metalloxidteils in einer entsprechend anderen der ersten, zweiten bzw. dritten Richtung.

Der Metalloxidteil befindet sich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode. Der Metalloxidteil kann ebenfalls als Schaltoxidteil bezeichnet sein. Der Metalloxidteil, die Elektrode und die Gegenelektrode bilden zusammen eine (insbesondere einzelne) Speicherzelle der ReRAM- Vorrichtung aus. Dadurch wird ein resistives Schalten der ReRAM- Vorrichtung ermöglicht. Der Metalloxidteil, die Elektrode und die Gegenelektrode können zusammen die MIM-Struktur der ReRAM- Vorrichtung bilden.

Die Passivierungsstruktur verbindet die Elektrode mit der Gegenelektrode, vorzugsweise nicht-leitend (isolierend). Die Passivierungsstruktur ist angeordnet, eine Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil, vorzugsweise betriebsunabhängig und/oder komplett, zu blockieren. Insbesondere kann die Sauerstoffdiffusion aus dem Metalloxidteil in eine direkte Umgebung unterbunden sein. Somit kann die Passivierungsstruktur so zu der Elektrode, der Gegenelektrode und dem Metalloxidteil ausgebildet und angeordnet sein, dass die Sauerstoffdiffusion begrenzt wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass Zuverlässigkeit bei höherer Integrationsdichte erreicht werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Metalloxidteil kann lateral durch die Passivierungsstruktur begrenzt sein. Zum Beispiel kann der Metalloxidteil lateral unmittelbar und komplett von der Passivierungsstruktur umgeben bzw. eingekapselt sein. Vorzugsweise ist der Metalloxidteil beidseitig und in die zweite Richtung durch die Passivierungsstruktur begrenzt.

Ferner kann der Metalloxidteil in die erste Richtung durch die Passivierungsstruktur begrenzt sein. In der vertikalen Richtung, insbesondere senkrecht zu der Ebene des Substrats, kann der Metalloxidteil durch die Elektrode und die Gegenelektrode begrenzt sein. Der Metalloxidteil kann auch einen vertikalen Abstandhalterzwischen der Elektrode und der Gegenelektrode bilden. Der Metalloxidteil kann einen Raum zwischen der Passivierungsstruktur ausfüllen.

Hierdurch kann die ReRAM- Vorrichtung, insbesondere der Metalloxidteil, besser skaliert werden und dadurch höhere elektrische Zuverlässigkeit aufweisen.

Der Metalloxidteil kann in vertikaler Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats durch die Passivierungsstruktur und die Gegenelektrode, insbesondere unmittelbar und komplett, begrenzt sein. Zum Beispiel kann die Passivierungsstruktur und die Gegenelektrode den Metalloxidteil in vertikaler Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats begrenzen. Die Passivierungsstruktur kann ausgenommen von dem Metalloxidteil die Elektrode komplett und unmittelbar umschließen.

Hierdurch kann ein elektrischer Zustand der ReRAM- Vorrichtung besser kontrolliert werden und die Zuverlässigkeit verbessert werden.

Das erste Metall kann ein Übergangsmetall sein, zum Beispiel mit hoher Sauerstoffaffinität. Beispiele für das erste Metall können Tantal, Hafnium, Zirconium, Titan oder Wolfram sein. Das zweite Metall kann ein Edelmetall ist. Zum Beispiel kann das zweite Metall Platin, Iridium, Ruthenium oder Titan sein. Die Gegenelektrode kann dabei auch Titannitrid (elektrisch leitende Keramik) sein. Der Metalloxidteil kann die entsprechend oxidierte Form des ersten Metalls sein, vorzugsweise Tantaloxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid oder Wolframoxid. Die Passivierungsstruktur kann ein Dielektrikum sein, zum Beispiel ein High-k-Dielektrikum, das einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und gute Barriere-Eigenschaften gegen Sauerstoffdiffusion aufweist, insbesondere Siliziumnitrid.

Diese erleichtern das Ausbilden der ReRAM- Vorrichtung durch bekannte elektrische und dielektrische Eigenschaften in Prozessen.

Die Passivierungsstruktur kann im Wesentlichen in drei verschiedene Passivierungsabschnitte aufgeteilt sein. So kann die Passivierungsstruktur einen ersten, zweiten und dritten Passivierungsabschnitt aufweisen. Der Metalloxidteil kann den Raum zwischen den, vorzugsweise sich in der zweiten Richtung erstreckenden, parallelen ersten und zweiten Passivierungsabschnitten ausfüllen. So können die ersten und zweiten Passivierungsabschnitte in der ersten Richtung zueinander benachbart (lediglich der Metalloxidteil dazwischen) angeordnet sein.

Der dritte Passivierungsabschnitt kann sich, abschnittsweise betrachtet (bezogen auf die (eine) Elektrode), in die erste Richtung erstrecken. Der dritte Passivierungsabschnitt kann die Elektrode U-förmig umgeben, vorzugsweise im Querschnitt in die erste Richtung gesehen. Hierbei können die dritte Passivierungsschicht zusammen mit der ersten und/oder zweiten Passivierungsschicht eine geschlossene Form bilden und die Elektrode umkreisen. Die U-Form kann einen der oben genannten Abschnitte bilden. So können sich mehrere U-Formen Abschnitt für Abschnitt (Zeile für Zeile) in der zweiten Richtung ergeben. Die U-Formen können sich entlang jeweiliger ganzer Zeilen erstrecken. Eine Anzahl an U-Formen kann einer Anzahl an Zeilen (Wortleitungen) entsprechen. Jede U-Form kann sich über alle Spalten (Bitleitungen) erstrecken.

Alle drei Passivierungsabschnitte können angeordnet sein, die Sauerstoffdiffusion von der Umgebung in den Metalloxidteil und die Elektrode hinein und/oder aus dem Metalloxidteil heraus zu unterdrücken.

Unterseiten der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte und der Gegenelektrode können jeweils mit entsprechenden Abschnitten einer Oberseite des Metalloxidteils in Kontakt stehen. Dabei kann der Metalloxidteil mit der Elektrode fluchten bzw. plan mit der Elektrode gebettet sein.

Im Querschnitt der ReRAM- Vorrichtung gesehen, können sich Oberseiten der Passivierungsstruktur bzw. der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte jeweils auf gleicher Höhe oder oberhalb einer Oberseite des Metalloxidteils befinden. So können sich die Oberseiten der Passivierungsstruktur bzw. der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte jeweils in vertikaler Richtung von dem Substrat in derselben Ebene wie oder höher als die Oberseite des Metalloxidteils befinden. Die Unterseiten der Passivierungsstruktur bzw. der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte können sich jeweils in vertikaler Richtung von dem Substrat niedriger als eine Unterseite des Metalloxidteils befinden. Zum Beispiel kann die Höhe des Metalloxidteils in vertikaler Richtung von dem Substrat kleiner als 0,25-mal (oder 0,1 -mal) der Höhe der Passivierungsstruktur bzw. der jeweiligen ersten und zweiten Passivierungsabschnitte sein. Die Höhe der Passivierungsstruktur, insbesondere der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte kann größer sein als die Höhe des Metalloxidteils.

Im Querschnitt der ReRAM- Vorrichtung gesehen können sich Unterseiten der Passivierungsstruktur bzw. der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte jeweils unterhalb der Unterseite des Metalloxidteils befinden. Im Querschnitt der ReRAM- Vorrichtung gesehen können sich die Unterseiten der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte auch jeweils auf gleicher Höhe mit der Oberseite des Metalloxidteils befinden.

Die Elektrode kann sich im Querschnitt unterhalb der Gegenelektrode befinden. Dabei kann die Gegenelektrode plan auf den ersten und zweiten Passivierungsabschnitten und dem Metalloxidteil, insbesondere unmittelbar, aufliegen. Ebenfalls kann ein mit der Elektrode verbundenes Elektrodenterminal (als Elektrodenanschluss zu verstehen), das zum Abgreifen bzw. zum Beaufschlagen der Elektrode mit Strom dient, im Querschnitt der ReRAM- Vorrichtung auf der gleichen Höhe wie die Gegenelektrode sein. Das Elektrodenterminal kann an einem Endstück (stirnseitig in X-Richtung) der Elektrode aufliegen.

Folglich kann die Integration der ReRAM- Vorrichtung vereinfacht werden.

Das Substrat kann halbleitend sein, zum Beispiel auf Silizium basieren. Die Passivierungsstruktur kann ebenfalls halbleiterbasierend sein und eine elektrische Isolationsstruktur darstellen und sich zwischen der Elektrode und dem Substrat befinden.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer Resistive Direktzugriffspeicher (ReRAM)- Vorrichtung gelöst. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Substrats. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer in Form einer Finne ausgebildeten Elektrode mit einem ersten Metall auf dem Substrat. Die Elektrode erstreckt sich parallel zu einer Ebene des Substrats. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer Passivierungsstruktur an der Elektrode. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Metalloxidteils mit einer oxidierten Form des ersten Metalls zwischen der Elektrode und einer Gegenelektrode, so dass der Metalloxidteil, die Elektrode und die Gegenelektrode zusammen eine Speicherzelle der ReRAM- Vorrichtung ausbilden. Das Verfahren umfasst Bereitstellen, auf dem Metalloxidteil und der Passivierungsstruktur, der in Form einer Schicht ausgebildeten und sich parallel zu der Ebene des Substrats erstreckenden Gegenelektrode mit einem zweiten Metall. Die Passivierungsstruktur verbindet die Elektrode mit der Gegenelektrode. Die Passivierungsstruktur ist angeordnet, eine Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil, vorzugsweise betriebsunabhängig und/oder komplett, zu blockieren. Eine laterale und/oder vertikale Sauerstoffdiffusion kann unterbunden sein.

Hierdurch kann die Zuverlässigkeit bei höherer Integrationsdichte erreicht werden.

Vorzugsweise nach dem Bereitstellen des Substrats kann eine erste Teil- Passivierungsstruktur bereitgestellt werden. Vorzugsweise nach dem Bereitstellen der ersten Teil-Passivierungsstruktur kann ein erster Fotolack auf der ersten Teil- Passivierungsstruktur bereitgestellt werden. Vorzugsweise nach dem Bereitstellen des ersten Fotolacks kann die erste Teil-Passivierungsstruktur gemäß Vorgabe des ersten Fotolacks geätzt werden, um eine Aussparung in der ersten Teil-Passivierungsstruktur in Form einer Wanne mit im Wesentlichen geraden Seitenwänden auszubilden. Ein Boden der Wanne kann von dem Substrat beabstandet sein (also höher liegen in vertikaler Richtung als das Substrat). Vorzugsweise nach dem Ätzen der ersten Teil- Passivierungsstruktur kann der erste Fotolack auf der ersten Teil-Passivierungsstruktur entfernt werden.

Damit kann die Seitenwandtechnik (siehe unten) zum Ausbilden einer Finnenelektrode (hierin auch Elektrodenfinne genannt) einfach und effektiv vorbereitet werden.

Vorzugsweise nach dem Entfernen des ersten Fotolacks kann das Bereitstellen der Elektrode durchgeführt werden. Das Bereitstellen der Elektrode kann Abscheiden einer Flächenelektrode entlang einer Kontur der Aussparung bzw. an einer Oberfläche der nach dem Ätzen der ersten Teil-Passivierungsstruktur bzw. nach dem Entfernen des ersten Fotolacks vorhandenen ersten Teil-Passivierungsstruktur bei Beibehaltung einer Sauerstoffarmut, insbesondere unter Vakuumbedingungen, umfassen. Das Bereitstellen der Elektrode kann ferner, vorzugsweise nach dem Abscheiden der Flächenelektrode, Bereitstellen einer zweiten Teil-Passivierungsstruktur auf der abgeschiedenen Flächenelektrode bei Beibehaltung der Sauerstoffarmut, insbesondere unter Vakuumbedingungen, umfassen. Das Bereitstellen der Elektrode kann ferner, vorzugsweise nach dem Bereitstellen der zweiten Teil-Passivierungsstruktur, Planarisieren bis mindestens zu einer oberen Oberfläche der ersten Teil- Passivierungsstruktur umfassen, um zumindest einen die Finne bildenden Teil der abgeschiedenen Flächenelektrode lateral zwischen der ersten und zweiten Teil- Passivierungsstrukturen bzw. eine obere Oberfläche der Finne freizulegen. Der freigelegte und zumindest die Finne bildende Teil der abgeschiedenen Flächenelektrode kann als die Elektrode verstanden werden.

Durch diese Seitenwandtechnik kann eine effektiv schmale Breite der Finnenelektrode erzielt werden.

Beispielsweise nach dem Bereitstellen der Elektrode kann das Verfahren Aufeinanderfolgendes Aufbringen auf der bereitgestellten Elektrode einer ersten Hartmaske und eines zweiten Fotolacks zur Vorgabe einer Hartmasken-Ätzstruktur für die bereitgestellte Elektrode umfassen. Beispielsweise kann nach dem ganzflächigen Aufbringen der Hartmaske der zweite Fotolack ganzflächig aufgebracht werden. Danach kann der zweite Fotolack lokal an bestimmten Stellen belichtet und entwickelt werden. Das Entwickeln des Fotolacks kann belichtete (oder unbelichtete) Bereiche des zweiten Fotolacks auflösen, wodurch eine Struktur im Lack entsteht. Die Hartmasken-Ätzstruktur kann dann mittels Ätzen der ersten Hartmaske gemäß des strukturierten Lacks bereitgestellt werden.

Beispielsweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem Aufbringen der ersten Hartmaske und des zweiten Fotolacks bzw. dem Strukturieren des zweiten Fotolacks und dem Bereitstellen der Hartmasken-Ätzstruktur, kann das Verfahren Ätzen, gemäß der Vorgabe der Hartmasken-Ätzstruktur der Elektrode in eine vorbestimmte Tiefe unter Sauerstoffarmut umfassen. Beispielsweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem Ätzen der Elektrode unter Sauerstoffarmut, kann das Verfahren Aufbringen einer dritten Teil-Passivierungsstruktur zum Bedecken der Hartmasken-Ätzstruktur und der geätzten Elektrode unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut umfassen. Beispielsweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem Aufbringen der dritten Teil-Passivierungsstruktur, kann das Verfahren Planarisieren einer sich durch die dritte Teil-Passivierungsstruktur und die Elektrode ergebende Ebene umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Planarisieren bis mindestens zu oberen Oberflächen der geätzten Elektrode bzw. den genannten Erhebungen der Elektrode durchgeführt werden, um die oberen Oberflächen der geätzten Elektrode bzw. Oberseiten der Erhebungen der geätzten Elektrode freizulegen und die erste Hartmaske bzw. die (noch überbleibende) Hartmasken- Ätzstruktur zu entfernen.

Hierdurch kann nach der Seitenwandtechnik die Versatztechnik effizient vorbereitet werden.

Beispielweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem Planarisieren der Ebene, kann das Verfahren Bereitstellen, in Längsrichtung der Elektrode auf der Oberseite der Elektrode, von Pads einer zweiten Hartmaske umfassen. Die Pads können sich in die zweite Richtung erstrecken und relativ zu der vormals vorhandenen Hartmasken-Ätzstruktur der ersten Hartmaske verschoben sein, vorzugsweise in die erste Richtung. Beispielweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem Bereitstellen der Pads, kann das Verfahren in-situ Ätzen unter Sauerstoffarmut gemäß Vorgabe der zweiten Hartmaske zum Produzieren von der Verschiebung entsprechenden Erhebungen der Elektrode bzw. Aussparungen in der Elektrode umfassen. Die nach dem Ätzen resultierende Breite der Elektrodenerhebung in die erste Richtung entlang der Finne kann durch den vorausgehend festgelegten Überlapp (Verschiebung der ersten und zweiten Maske zueinander) bestimmt sein.

Mit dieser Versatztechnik können Überlappungen eingestellt werden, die genauer fertigbar sind als Linienbreiten. Beispielweise nach dem Bereitstellen der Elektrode, vorzugsweise nach dem in-situ Ätzen, kann das Bereitstellen der Passivierungsstruktur unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut durchgeführt werden. Das Bereitstellen der Passivierungsstruktur kann Bereitstellen einer vierten Teil-Passivierungsstruktur umfassen, um die Erhebungen der Elektrode zu umgeben bzw. Aussparungen in der Elektrode zu füllen. Das Bereitstellen der Passivierungsstruktur kann ferner, vorzugsweise nach dem Bereitstellen der vierten Teil-Passivierungsstruktur, Planarisieren, insbesondere ohne Sauerstoffarmut, bis mindestens zu oberen Oberflächen der Elektrode bzw. den Erhebungen der Elektrode umfassen, um die oberen Oberflächen der Elektrode bzw. Oberseiten der Erhebungen der Elektrode freizulegen und die zweite Hartmaske zu entfernen, so dass eine plane Ebene zwischen abwechselnd angeordneten (ersten und zweiten) Passivierungsabschnitten der Passivierungsstruktur und Elektrodenabschnitten der Elektrode ausgebildet wird. Die Elektrodenabschnitte können die Abschnitte sein, die oxidiert werden und dann entsprechende Metalloxidteile bilden.

So kann die Bottom -Up-Technik effektiv vorbereitet werden, wodurch anderweitige Verfahren vermieden werden können.

Nach dem Bereitstellen der Passivierungsstruktur, vorzugsweise nach dem Planarisieren bis mindestens zu der oberen Oberfläche der Elektrode bzw. den Erhebungen der Elektrode, kann das Bereitstellen des Metalloxidteils durch Aufwachsen des Metalloxidteils mittels einer Bottom -Up-Technik, wie thermisches Oxidieren, Oxidation im Sauerstoffplasma oder flächenselektive Abscheidung, an der an Luft freiliegenden Oberseite der Elektrode durchgeführt werden. Nach dem Bereitstellen des Metalloxidteils kann das Bereitstellen der Gegenelektrode durch Abscheiden der Gegenelektrode durchgeführt werden, vorzugsweise als letzter oder abschließender Schritt des Verfahrens. Das Abscheiden der Gegenelektrode kann insbesondere nicht gleichzeitig mit einem für die Elektrode vorgesehenen Elektrodenterminal erfolgen, aber dasselbe Material aufweisen. Beispielsweise können die Elektrode und die Gegenelektrode aus unterschiedlichen Metallablageschichten bereitgestellt werden. Das Abscheiden des Elektrodenterminals auf der Elektrode kann ein vorausgehendes (reduziertes/kürzeres) in-situ Ätzen umfassen, um das an Raumluft entstandene Elektrodenoxid zu entfernen und einen guten Kontakt zu gewährleisten. Das Abscheiden der Gegenelektrode kann insbesondere ohne vorausgehenden in-situ Ätzschritt erfolgen, um das Metalloxidteil unter der Gegenelektrode zum elektrischen Schalten beibehalten zu können.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Computerprogramm gelöst. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die, bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, den Computer oder eine oder mehrere Spezialvorrichtungen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren bzw. mindestens einen der Schritte davon auszuführen bzw. zu initiieren. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zum Starten/Betr eiben einer der zur Herstellung der hierin beschriebenen ReRAM- Vorrichtung verwendeten Spezialvorrichtungen, wie Produktions- und Depositionsanlagen, handeln. Die Produktions- und Depositionsanlagen können Abscheidungskammer(n), Vakuumkammer(n), Ätzanlage(n) und/oder Beschichtungsmaschine(n), wie Physical Vapor Deposition (PVD)-Anlage(n), Chemical Vapor Deposition (CVD)-Anlage(n), Sputter-Anlage(n) und/oder Lithografie-Anlage(n), umfassen.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch einen Datenträger gelöst. Das Computerprogramm kann auf dem maschinen-, prozessor- oder computerlesbaren Datenträger gespeichert sein, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium. Dazu gehört auch, dass das Computerprogramm auf einem Server oder einem Cloud-Server zum Herunterladen bereitgestellt werden kann, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie eine drahtlose Verbindung.

Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von begrenztem Nano-Oxid ReRAM-Vorrichtungen. Dabei bedeutet begrenzt, dass explizit das Nano-Oxid in der ReRAM- Vorrichtung auf einen Raum in allen Raumrichtungen beschränkt ist.

In noch anderen Worten kann ein Volumen des Schaltisolators (hier: Schaltoxid oder Metalloxidteil) in allen drei Dimensionen/ Abmessungen begrenzt sein. Diese Nano- Säulen-Konstruktion kann durch Elektroden an der Ober- und Unterseite kontaktiert sein, während sie an den Seiten der Passivierungsstruktur (Diffusionsbarriere) umschlossen ist. Das Verfahren kann eine Kombination aus einer Seitenwandtechnik mit hervorragender Einsteilbarkeit der Finnenbreite, einer Versatztechnik mit separaten Strukturierungsschritten zur Umgehung der lithografischen Auflösungsgrenzen und/oder einer thermischen Oxidation der Elektroden als Bottom -Up-Technik für selbstausgerichtetes Oxidwachstum beinhalten.

Die Seitenwandtechnik kann unter Verwendung eines oxidierbaren Materials erfolgen, das als ohmsche Elektrode in der Widerstandsschaltzelle fungiert (Ta, Hf, Zr etc.). Die kritische Abmessung der Seitenwandelektrode (hierin auch Flächenelektrode) wird nicht durch lithografische Auflösungsgrenzen eingeschränkt, da sie durch die Filmdicke/Schichtdicke während der Abscheidung des Elektrodenmaterials gesteuert wird. Das Elektrodenmaterial kann dabei den gesamten Graben (hierin auch Aussparung oder Wanne genannt) abdecken. Dabei kann zur Erzielung günstiger elektrischer Eigenschaften die Sputterdeposition in einem Winkel eingesetzt werden, der zu einer asymmetrischen Wachstumsrate auf vertikalen und horizontalen Flächen führt. Eine dicke Elektrodenschicht auf dem horizontalen Grabenboden kann die Leitfähigkeit erhöhen, während eine dünne Schicht an den Grabenwänden die laterale Abmessung der Speicherzelle skaliert. Der Graben kann zum Beispiel in Siliziumnitrid als Passivierungsstruktur geätzt und nach der Elektrodenabscheidung mit Siliziumnitrid als Passivierungsstruktur gefüllt werden, um die ohmsche Elektrodenfinne durch ein passivierendes Material zu verkapseln. Die oxidierbare Elektrode wird in-situ (ohne Unterbrechung des Vakuums) abgedeckt, um das Wachstum von nativem Oxid zu verhindern.

Bei der Versatztechnik können um einige vordefinierte Nanometer versetzte Siliziumnitrid-Passivierungspads mit zwei separaten Belichtungen für eine Speicherzelle eingesetzt werden, wodurch die lithografische Auflösungsgrenze umgangen werden kann. Die Größe der Passivierungspads kann bei diesem Prozess auch außerhalb des Nanobereichs liegen, um dennoch einen nanoskaligen Spalt durch kontrollierten Versatz der dazu ausgerichteten Pads zu erhalten. So kann die Auflösungsbegrenzung von der Skalierung der Linienbreite auf die Linienkantenrauigkeit und die Overlay -Performance verlagert werden. Dies kann zu einer besseren Kontrolle über die Abmessungen führen.

Der Deposition z.B. von Siliziumnitrid als Passivierungspads kann ein In-situ- Ätzschritt vorausgehen, um die native Oxidbildung der freiliegenden Elektrodenfinne nach dem CMP -Prozess zu entfernen. Diese versetzten Passivierungspads mit In-situ- Ätzung können eine Nano-Säule bilden und innerhalb der Finnenelektrode einkapseln, wobei die In-situ-Ätztiefe die Höhe der Nano-Säule (auch Nano-Pfeiler genannt) definieren kann. Die lateralen Abmessungen des Oxids können also durch den Versatz der Passivierungspads in einer Dimension (X-Richtung) und durch die Dicke der Elektrodenfinne(n) in der anderen Dimension (Y-Richtung) definiert sein. Beide Prozesse sind nicht durch lithografische Auflösungsgrenzen eingeschränkt.

Diese Prozessschritte lassen nur eine kleine Nano-Säule der oxidierbaren Elektrode auf der Oberfläche frei. Eine Bottom -Up-Technik wie thermische Oxidation oder Sauerstoffplasmabehandlung können danach für ein lokales, selbstausrichtendes Oxidwachstum auf der freigelegten Nano-Säule eingesetzt werden. Durch Variation von Prozessparametem wie Temperatur oder Wärmebehandlungsdauer wird die Dicke in Z- Richtung und Stöchiometrie des Oxids gesteuert, während die lateralen Abmessungen der Nano-Säule durch das passivierende Siliziumnitrid als Beispiel für die Passivierungsstruktur begrenzt bleiben können. Das resultierende Oxid kann dann für das resistive Schalten verwendet werden, ohne dass nachfolgende oder weitere beeinträchtigende Ätzprozesse erforderlich sind, die zu einer Desoxidation führen können.

Das Ergebnis der Kombination der oben genannten Prozesstechniken kann eine seitlich begrenzte Nano-Säule mit einem kontrollierten Oxidvolumen für das resistive Schalten sein, die durch passivierendes Siliziumnitrid verkapselt ist.

Die Elektrode kann dabei eine Breite von kleiner als 20nm (oder 15nm oder lOnm) haben. Hierbei könne sich Verbesserungen in der Zuverlässigkeit, der Retention und der Variabilität der Speicherzellen ergeben, die sich explizit aus der kleineren Skalierung des Oxidvolumens in der hierin beschriebenen Nano-Säulenstruktur des Schaltisolators ergeben.

Das hierin beschriebene Verfahrenskonzept hebt sich beispielsweise von bisherigen Ansätzen ab, da es die Skalierbarkeit erlaubt, das schaltende Oxidvolumen seitlich zu skalieren, um sich der Filamentgröße anzunähem. Die Passivierungsstruktur kapselt beispielsweise die Oxi d-Nano- Säule ein, um die Diffusion von Sauerstoff in die Speicherzelle zu verhindern.

Die Filamentgrößen können kleiner sein als bekannte lithografische Auflösungsgrenzen. Durch das vorliegende Verfahren kann das schaltende Oxidvolumen der ReRAM- Vorrichtung beispielsweise nicht durch die lithografischen Auflösungsgrenzen der derzeit erreichbaren Linienbreiten begrenzt sein. Dies kann hierin durch Verwendung des Wissens über eine gut kontrollierbare Schichtdicke, geringe Kantenrauigkeit und gute Overlay-Performance erzielt werden, um die Auflösungsbegrenzung in der Linienbreitenskalierung zu lösen und eine bessere Abmessungskontrolle zu erreichen.

Örtlich vermehrte Sauerstoffleerstellen können nach Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode und Gegenelektrode ein Filament bilden und den Zustand des Widerstands des Oxids festlegen. Dieses Filament kann gegenüber Sauerstoffdiffusion aufgrund von Rekombination mit den Sauerstoffleerstellen empfindlich sein, was mit einer Widerstandszustandsänderung einhergeht. Kleine Änderungen in der lokalen Sauerstoffleerstellen-Konzentration können zu großen Widerstandszustandsänderungen führen. Durch die Verkleinerung des Schaltoxids auf Filamentgröße besteht die Filamentumgebung aus einer Passivierungsstruktur anstelle von mehr Oxidvolumen. Defekte im größeren umgebenden Oxidvolumen können dazu führen, dass schädlicher freier Sauerstoff in das Filament diffundiert. Das hierin beschriebene Nano- Säulendesign des Schaltoxids kann daher durch die direkte Verkapselung des Filaments mit einer Passivierungsstruktur zu einem stabileren Filament führen und so die Probleme bezüglich Zuverlässigkeit und Retention in ReRAM- Vorrichtungen reduzieren.

Darüber hinaus kann, anstatt den Filamentdurchmesser weiter zu vergrößern, eine geometrische Begrenzung des Filamentwachstums dazu führen, dass höhere Sauerstoffleerstellen-Konzentration für gegebene Widerstandszustände erreicht werden können. Höhere Sauerstoffleerstellen-Konzentrationen korrelieren mit einer geringeren Variabilität des programmierten Widerstandszustands. Die erhöhte Sauerstoffleerstellen- Konzentration in begrenzten Zellen bzw. in begrenzten Schaltoxiden kann die Variabilität der Speicherzellen für einen bestimmten Widerstandszustand im Vergleich zu größeren, nicht begrenzten Filamenten mit geringerer Sauerstoffleerstellen-Konzentration reduzieren.

Da die hohe Variabilität und die geringe Zuverlässigkeit (begrenzte Beibehaltung eines bestimmten Zustands) zu den größten Nachteilen von ReRAM- Vorrichtungen gehören, die den großtechnischen Einsatz einschränken, ist es wichtig, die genannten Effekte kontrollieren zu können. Die Skalierung des Oxidvolumens auf kleine Filamentgrößen liegt jedoch jenseits der Grenzen der herkömmlichen lithografischen Auflösung. Diese Grenzen können mit den oben genannten Maßnahmen umgangen werden.

Die Größe der Zelle wird traditionell durch die Elektrodenüberlappung definiert, unabhängig von den Abmessungen des Oxids. Mit den oben genannten Maßnahmen können allerdings nicht nur die Elektroden (Elektrode und Gegenelektrode) skaliert werden, sondern auch das Oxid insbesondere seitlich skaliert und vertikal durch die Elektroden begrenzt.

Allgemein bietet die Lithografie die größte Flexibilität, aber die Skalierung des Oxids auf eine Filamentgröße, die kleiner als etwa lOnm Durchmesser sein kann, liegt jenseits der Grenzen der optischen Lithografie und Elektronenstrahllithografie (EBL). Das Oxid unterhalb der oberen Elektrode (Gegenelektrode) kann in mehr als einer Dimension skaliert sein. Die Seitenwandtechnik kann für eine hervorragende Skalierbarkeit eingesetzt werden, da somit die abgetragene Schichtdicke die laterale Strukturgröße definiert, die selbst im niedrigen nm-Bereich leicht kontrolliert werden kann. Das Oxidvolumen kann anschließend nanostrukturiert sein.

Hierin können Techniken wie Pillar-Ätzen, Via-Ätzen, und/oder Top-Down- Technologien entfallen, die schlechtere Skalierbarkeit als die oben genannten Methoden aufweisen. Eine Verringerung von Oxidschäden durch Ätzen des Schaltoxides und Einkapselung durch eine Passivierungsstruktur kann zu zuverlässigerem resistiven Schalten führen. Hierin kann nach Verfahrensablauf zur Herstellung der ReRAM- Vorrichtung eine laterale Passivierung bereitgestellt sein, um die Sauerstoffdiffusion in das Filament zu begrenzen. Somit kann hierin ein Verfahren zur Skalierung des schaltenden Oxidvolumens auf die Filamentgröße vorgesehen sein. Das Verfahren kann vorsehen, dass das Volumen des Schaltoxids in allen drei Dimensionen begrenzt ist (eingeschlossen). Die Skalierbarkeit dieses Verfahrens kann die Herstellung von Oxidvolumina in der Größenordnung eines Filaments ermöglichen. Diese Nano-Säulen-Struktur des Schaltoxids kann durch Elektroden an der Ober- und Unterseite kontaktiert sein, während sie an allen vier Seiten durch eine Passivierungsstruktur eingekapselt ist.

Mit den hierin beschriebenen Techniken kann eine extreme Skalierbarkeit des Schaltoxidvolumens durch Umgehung konventioneller lithografischer Auflösungsgrenzen geschaffen werden. Die resultierende Nano-Säule des Schaltoxids kann durch die Passivierungsstruktur gekapselt sein, die die Sauerstoffdiffusion in das das Schaltoxid als Filament begrenzt. Das Schaltoxid kann lokal in der Nano-Säule durch Bottom-Up-Techniken gebildet werden, ohne dass nachfolgende schädliche Ätztechniken erforderlich sind. Die Verkapselung und geometrische Begrenzung des Filaments innerhalb der Nano-Säule können Vorteile in Bezug auf Variabilität und Zuverlässigkeit haben.

Auch wenn sich einige der oben beschriebenen Aspekte auf die ReRAM- Vorrichtung oder das Verfahren zur Herstellung der ReR AM- Vorrichtung beziehen, können diese Aspekte in entsprechender Weise auch für die jeweils anderen Aspekte davon gelten.

Alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe haben die Bedeutung, die dem allgemeinen Verständnis des Fachmanns auf dem technischen Gebiet der Informationsspeichertechnologie entspricht; sie sind basierend auf den im Lexikon zu findenden Definitionen bzw. dem technischen Jargon über dieses technische Gebiet auszulegen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Erfindung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe ersetzbar, die dem Fachmann ein richtiges Verständnis vermitteln.

Mit den Begriffen "erster", "zweiter" sollen Komponenten lediglich voneinander unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente und eine zweite Komponente als erste Komponente bezeichnet werden. Es sei bemerkt, dass diese Begrifflichkeiten sowie sämtliche Zahlenangaben ("eins", "zwei", usw.) als für den Schutzbereich nicht abschließend zu verstehen sind, für den Offenbarungsgehalt aber auch als abschließend mitoffenbart sind. So kann als Beispiel der Ausdruck "zwei ABC" entweder "genau zwei ABC" oder "zwei oder mehrere ABC" bedeuten.

Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "verbunden“ ist, kann dies für den Zweck der vorliegenden Offenbarung bedeuten, dass diese Komponenten auch direkt miteinander verbunden sein können bzw. kommunizieren können. Die Begriffe "direkt" oder „unmittelbar“ indizieren dabei, dass dazwischen keine weitere Komponente vorhanden ist.

Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte sollten hierin nicht so ausgelegt werden, dass sie in einer bestimmten Reihenfolge erfolgen müssen, es sei denn, es wird ausdrücklich oder implizit etwas anderes angegeben, beispielsweise wenn diese Verfahrensschritte aus technischen Gründen nicht getauscht werden können. Auch können die Verfahrensschritte direkt nacheinander (ohne weitere dazwischenliegende Schritte) und/oder fortlaufend durchgeführt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Die gleichen oder ähnlichen Elemente in den Zeichnungen sind immer mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Detaillierte Erklärungen von bekannten Funktionen und Strukturen werden weggelassen, sofern sie von der Erfindung ablenken.

Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ReRAM-Vorrichtung;

Fig. 2A-2B Querschnitts-Ansichten von Speicherzellen einer ReRAM- Vorrichtung; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der ReRAM- Vorrichtung gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2A und 2B;

Fig. 4A-7D schematische Darstellungen von Verfahrensabfolgen gemäß dem Verfahren aus Fig. 3; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Computers zum Einsatz in dem Verfahren gemäß Fig. 3.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die ReRAM- Vorrichtung 1 und das Verfahren SO zur Herstellung der ReRAM- Vorrichtung 1 werden nun in Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben. Ohne darauf festgelegt zu sein, werden spezifische Details erläutert, um ein tieferes Verständnis der Erfindung bereitzustellen.

Darüber hinaus können hier räumlich relative Deskriptoren, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „unterhalb“, „Unterseite“, „darüber befindlich“, „ober“, „oberhalb“, „Oberseite“, „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung der in den Zeichnungen dargestellten Elemente zueinander verwendet werden. Die räumlich relativen Deskriptoren sollen zusätzlich andere Orientierungen der in Gebrauch oder im Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können entsprechend interpretiert werden. Die entsprechend angezeigten Richtungen X, Y und Z entsprechen ersten, zweiten und dritten Richtungen und werden hierin sinngemäß in den Zeichnungen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ReRAM- Vorrichtung 1. Hierbei kann die gesamte Anordnung oder eine einzelne Speicherzelle dieser Anordnung als ReRAM- Vorrichtung 1 bezeichnet sein. Die ReRAM- Vorrichtung 1 hat ein unter der Passivierungsstruktur 3 befindliches Substrat 2 (nicht gezeigt in Fig. 1). Im Speziellen kann das Substrat 2 als die Unterseite der ReRAM- Vorrichtung 1 betrachtet werden und so einseitig beschichtet sein, dass die Begriffe „oben“, „oberhalb“, „obere Oberfläche“, „höher“ etc. als die von dem Substrat 2 wegzeigende Richtung zu verstehen sind. Oberhalb des Substrats 2 befindet sich die Passivierungsstruktur 3, in die eine Mehrzahl an in Finnen geformte längliche und in X-Richtung erstreckende Elektroden 4 eingebettet sind. Der Teil der Passivierungsstruktur 3, der die Elektroden 4 einbettet kann als dritter Passivierungsabschnitt 3-3 bezeichnet sein (siehe Fig. 2A und 2B). Die Elektroden 4 erstrecken sich parallel zueinander in X-Richtung und sind in Y-Richtung jeweils in einem ersten vorbestimmten Abstand (z. B. in einem Bereich von 20nm bis lOOnm) zueinander benachbart. Die Passivierungsstruktur 3 hat ferner sich in Y-Richtung erstreckende und parallel verlaufende erste und zweite Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2, die jeweils in einem zweiten vorbestimmten Abstand (z. B. in einem Bereich von 5nm bis 15nm) zueinander benachbart sind. Der zweite vorbestimmte Abstand kann durch die dazwischen auf den jeweiligen Elektrodenabschnitten der Elektrode 4 gebildeten Metalloxidteile 6 bestimmt sein. Die Oberflächen der Metalloxidteile 6, der ersten, zweiten und/oder dritten Passivierungsabschnitte 3-1, 3-2, 3-3 und der Elektrode 4 können dabei im Wesentlichen plan sein. Hierbei können die ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 teilweise in die Elektrode 4 eingelassen sein. Auf der z.B. planen Oberfläche können die Gegenelektroden 5 aufgebracht sein. Die Gegenelektroden 5 erstrecken sich parallel zueinander in Y-Richtung und sind jeweils in einem dritten vorbestimmten Abstand (z. B. in einem Bereich von lOnm bis 50nm) zueinander beabstandet. An jeweiligen Endstücken der Elektroden 4 können entsprechende Elektrodenterminals 7 aufgebracht sein. Insbesondere können die Gegenelektrode 5 und die Elektrodenterminals 7 auf derselben Metallschicht basieren, zum Beispiel dasselbe Material aufweisen, aber in separaten und/oder hintereinander ausgeführten Prozessschritten hergestellt sein. Bemerke, dass die Abstände zwischen den entsprechenden (periodisch angeordneten) Elementen, insbesondere die ersten, zweiten und/oder dritten Abstände regelmäßig bzw. gleichmäßig sind.

Dazu zeigen Fig. 2A und 2B entsprechende ReRAM- Vorrichtungen 1 mit jeweils: einem Substrat 2, einer Passivierungsstruktur 3 aus ersten, zweiten und dritten Passivierungsabschnitten 3-1, 3-2 und 3-3, einer Elektrode 4, einer Gegenelektrode 5, einem Metalloxidteil 6 und einem Elektrodenterminal 7. Die jeweils in Bezug auf Fig. 2A und 2B dargestellten und beschriebenen Strukturen und Eigenschaften können natürlich auch für die ReRAM- Vorrichtung 1 aus Fig. 1 gelten. So können die im Einzelnen dargestellten Elemente natürlich in der Mehrzahl davon gemäß Fig. 1 implementiert sein, sind aber hierin nicht auf die Mehrzahl davon beschränkt.

In Fig. 2A und 2B ist jeweils eine ReRAM- Vorrichtung 1 gezeigt. Die ReRAM- Vorrichtung 1 hat in beiden Fällen von Fig. 2A und 2B ein Substrat, eine

Passivierungsstruktur aufweisend einen ersten, zweiten und dritten

Passivierungsabschnitt, eine Elektrode 4, eine Gegenelektrode 5, ein Metalloxidteil 6 und ein Elektrodenterminal 7.

In Fig. 2A und 2B wird jeweils die Unterseite der ReRAM- Vorrichtung 1 durch das Substrat 2 gebildet. Über dem Substrat 2 befindet sich der dritte Passivierungsabschnitt 3-3 der Passivierungsstruktur 3. Die Elektrode 4 ist in (dem dritten Passivierungsabschnitt 3-3) der Passivierungsstruktur 3 eingebettet. Dabei erstreckt sich die Elektrode in Form einer länglichen quaderförmigen Finne in X-Richtung. Die Quaderform kann die U-Form des Passivierungsabschnitts 3-3 vorgeben. Die ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 der Passivierungsstruktur 3 erstrecken sich in Form jeweils länglicher quaderförmiger Stäbe in Y-Richtung. Die ersten, zweiten und dritten Passivierungsabschnitte können einen einzigen zusammenhängenden Raum bilden.

Der wesentliche Unterschied zwischen der ReRAM- Vorrichtung 1 aus Fig. 2A und 2B liegt in der Anordnung des Metalloxids 6 in Bezug zu den Passivierungsabschnitten 3-1 und 3-2. Nachfolgend werden die unterschiedlichen Strukturen in Ebenen beschrieben.

In Fig. 2A liegt die obere Oberfläche des Substrats 2 in einer ersten Ebene, die mit der unteren Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3 zusammenfällt. Die untere Oberfläche der Elektrode 4 liegt in einer zweiten Ebene, oberhalb der ersten Ebene. Eine obere (Zwischen-)Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3, die sich zwischen der obersten Oberfläche und der unteren Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3 befindet, liegt ebenfalls in der zweiten Ebene. Die obersten Oberflächen der ersten, zweiten und dritten Passivierungsabschnitte 3-1, 3-2 und 3-3 und die jeweiligen obersten Oberflächen der Elektrode 4 und des Metalloxids 6 liegen in einer dritten Ebene, oberhalb der zweiten Ebene. Die unteren Oberflächen der Gegenelektrode 5 und des Elektrodenterminals 7 liegen ebenfalls in der dritten Ebene. Die oberen Oberflächen der Gegenelektrode 5 und des Elektrodenterminals 7 können in einer vierten Ebene liegen, oberhalb der dritten Ebene. Die untere Oberfläche des Metalloxidteils 6 liegt in einer fünften Ebene, unterhalb der dritten Ebene. Die unteren Oberflächen der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 liegen in einer sechste Ebene, unterhalb der fünften Ebene und oberhalb der zweiten Ebene.

In Fig. 2B liegt die obere Oberfläche des Substrats 2 in einer ersten Ebene, die mit der unteren Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3 zusammenfällt. Die untere Oberfläche der Elektrode 4 liegt in einer zweiten Ebene, oberhalb der ersten Ebene. Eine obere (Zwischen-)Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3, die sich zwischen der obersten Oberfläche und der unteren Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3 befindet, liegt ebenfalls in der zweiten Ebene. Die obere Oberfläche des dritten Passivierungsabschnitts 3-3, die obere Oberfläche der Elektrode 4 und die obere Oberfläche des Metalloxids 6 liegen in einer dritten Ebene, oberhalb der zweiten Ebene. Die jeweiligen unteren Oberflächen der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2, die untere Oberfläche der Gegenelektrode 5 und die untere Oberfläche des Elektrodenterminals 7 liegen ebenfalls in der dritten Ebene. Die obere Oberfläche des Elektrodenterminals 7 liegt in einer vierten Ebene, oberhalb der dritten Ebene. Die jeweiligen oberen Oberflächen der ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 liegen in einer fünften Ebene, oberhalb der vierten Ebene. Die obere Oberfläche der Gegenelektrode 5 liegt in einer sechsten Ebene, oberhalb der fünften Ebene. Der Metalloxidteil liegt zwischen der zweiten Ebene und dritten Ebene. Insbesondere liegt eine unterste Oberfläche des Metalloxidteils 6 in einer siebten Ebene, unterhalb der dritten Ebene und oberhalb der zweiten Ebene.

Die Herstellung der in Fig. 1 bzw. Fig. 2A und 2B gezeigten ReRAM- Vorrichtung 1 wird abstrahiert und vereinfacht in Fig. 3 dargestellt und in einer speziellen Verfahrensabfolge in Fig. 4A bis 7D dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens SO zur Herstellung der ReRAM- Vorrichtung 1 im Sinne der Fig. 1 bzw. Fig. 2A und 2B. Abstrahiert und vereinfacht ausgedrückt umfasst das Verfahren SO die Verfahrensschritte S1 bis S5 in zum Beispiel genau dieser Reihenfolge. Dabei wird in S1 das Substrat 2 bereitgestellt. In S2 wird auf dem Substrat 2 die in Finnenform ausgebildete Elektrode 4 bereitgestellt, die das erste Metall aufweist und sich parallel zu der Substratebene erstreckt. In S3, wird die Passivierungsstruktur 3 an der Elektrode 4 bereitgestellt. Ein Teil der letztendlichen Passivierungsstruktur 3 wird natürlich schon vor dem Bereitstellen S2 der Elektrode oberhalb des Substrats bereitgestellt. In S4 wird der Metalloxidteil 6 (oxidierte Form des ersten Metalls) zwischen der Elektrode 4 und der Gegenelektrode 5 bereitgestellt, so dass das die drei Strukturelemente Metalloxidteil 6, Elektrode 4 und Gegenelektrode 5 zusammen eine gemeinsame Speicherzelle der ReRAM- Vorrichtung 1 ausbilden. In S5 wird, auf dem Metalloxidteil 6 und auf der Passivierungsstruktur 3, die in Schichtform ausgebildete und sich parallel zu der Ebene des Substrats 2 erstreckende Gegenelektrode 5 aufweisend das zweite Metall bereitgestellt. Dabei verbindet die Passivierungsstruktur 3 die Elektrode 4 mit der Gegenelektrode 5 und blockiert die Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil 6 unabhängig davon in welchem Betrieb sich die ReRAM- Vorrichtung 1 befindet.

Die als Blöcke des Blockdiagramms in Fig. 3 dargestellten Verfahrensschritte können beispielsweise im Wesentlichen in einem maschinen-, prozessor- oder computerlesbaren Datenträger abgebildet und so von einem Computer 10 oder Prozessor 11, wie z.B. unten in Bezug auf Fig. 8 beschrieben, ausgeführt werden. Beispiele können ferner ein Computerprogramm sein oder sich auf ein solches beziehen, das einen Programmcode zur Ausführung zumindest eines Teils der Verfahrensschritte aus Fig. 3 enthält, wenn das Computerprogramm auf dem Computer 10 oder Prozessor 11 ausgeführt wird. Ein Beispiel kann auch einen flüchtigen Speicher 12 oder Dauerspeicher 13, wie z.B. ebenfalls unten in Bezug auf Fig. 8 beschrieben, aufweisen, der maschinen-, Prozessor- oder computerlesbar ist und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme mit Befehlen codiert, die die Ausführung einiger oder aller Verfahrensschritte veranlassen.

Fig. 4A-7D zeigen schematische Darstellungen der Verfahrensabfolgen im Sinne des Verfahrens SO nach Fig. 3, aber in spezifischerer Form. Weiter unten wird beschrieben, wie der Einsatz des Computer 10 bei der Herstellung der ReRAM- Vorrichtung 1 verwendet werden kann.

Fig. 4A zeigt den Zwischenschritt Al der Verfahrensabfolge. Hierbei wird ein isolierendes und oxidationsbeständiges Siliziumnitrid als Teil-Passivierungsstruktur 3, insbesondere als Diffusionsbarriere für Sauerstoff, auf einen Siliziumwafer als Substrat 2 aufgebracht. Zum Beispiel wird mittels Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) 200nm Siliziumnitrid auf einem beispielsweise 4-Zoll, 8-Zoll oder 12-Zoll Siliziumwafer aufgebracht.

Folgender Prozessablauf kann beim PECVD eingesetzt werden. Zunächst wird das Substrat 2 gereinigt, um jegliche Verunreinigungen zu entfernen, die den Abscheidungsprozess beeinträchtigen könnten. Das Substrat 2 wird dann in die Abscheidungskammer geladen, die typischerweise aus Quarz oder Edelstahl besteht. Das Substrat 2 wird dann auf eine Temperatur zwischen 200-400°C erhitzt, um es auf die Abscheidung vorzubereiten. Ein Gasgemisch, das Silan (SiH4), Ammoniak (NH3) und/oder Stickstoff (N2) enthält, wird in die Abscheidungskammer eingebracht. Das Gasgemisch wird dann unter Verwendung einer Plasmaquelle ionisiert. Das ionisierte Gas reagiert auf der Oberfläche des Substrats 2 und bildet einen dünnen Film aus Siliziumnitrid. Die abgeschiedene Teil-Passivierungsstruktur 3 wird dann bei hoher Temperatur geglüht, um seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Weiter wird per optischer Lithografie eine Ätzmaske eingesetzt, hier der Fotolack 8 mit einer Lücke von zum Beispiel 2pm, um eine Aussparung bzw. Wanne oder Graben in die Teil-Passivierungsstruktur 3 zu ätzen. Die Lücke kann auch kleiner als 300nm (oder 200nm oder lOOnm) sein. Zum Beispiel kann die Lücke auch größer als 50nm (oder 75nm oder lOOnm) sein. Die Ätzmaske ist ein Typ von Fotomaske, der für die Musterung von Prozessen wie Ätzen und Abscheiden verwendet wird. Die Ätzmaske ist typischerweise aus einem Material hergestellt, das gegenüber dem Ätzprozess widerstandsfähig ist und den Bedingungen während des Ätzens, wie hohen Temperaturen und harten Chemikalien, standhalten kann.

Folgender Prozessablauf kann bei der optischen Lithografie zur Bereitstellung des Fotolacks 8 eingesetzt werden. Ein Lack wird mithilfe einer Beschichtungsmaschine auf die Teil-Passivierungsstruktur 3 aufgebracht. Die Beschichtungsmaschine verwendet typischerweise eine Drehteller- oder Spin-Coater-Technologie, um eine gleichmäßige Schicht des Lacks auf dem Substrat zu erzeugen. Danach kann die ganze Struktur für eine kurze Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden (auch Softbake genannt), um den Lack zu trocknen und zu härten. Eine Fotomaske wird auf den aufgetragenen Lack projiziert und dabei werden belichtete Stellen verändert, um das Soll-Muster zu erzeugen. Danach können in einem Entwicklerbad die belichteten Teile des Lacks entfernt werden (im Fall von Positivlack), um den gewünschten Fotolack 8 zu hinterlassen. Der entwickelte Fotolack 8 kann weiter für eine bestimmte Zeit bei einer höheren Temperatur als der Softbake erhitzt werden (auch Hardbake genannt), um den Fotolack 8 zu härten und seine chemischen und physikalischen Eigenschaften zu verbessern.

Fig. 4B zeigt das Zwischenschritt A2 der Verfahrensabfolge. Hierbei wird die Teil- Passivierungsstruktur 3 anisotrop per Reaktivem lonen-Ätzen (RIE) geätzt. RIE nutzt chemische Reaktionen zwischen einem Gas und der Teil-Passivierungsstruktur 3, um es gezielt gemäß dem Fotolack 8 zu ätzen. Ziel dieses Zwischenschritts A2 ist die Erreichung eines im Wesentlichen vertikalen Seitenwandwinkels zur Auftragung der Flächenelektrode. In einem speziellen Beispiel kann die Aussparung eine Tiefe in einem Bereich von 50nm bis lOOnm (z.B. 65nm) und eine Breite von Ipm und 3pm (z.B. 2pm) aufweisen. Die Verwendung solcher Aussparungen anstelle von Säulen ermöglicht den Einsatz der genannten Seitenwandtechnik, eine bessere visuelle Tiefenkontrolle beim Planarisieren mit Chemi sch -mechanischem Polieren (CMP - siehe unten) innerhalb weniger nm, und eine elektrische Isolierung der Bauelemente voneinander nach dem CMP.

Folgender Prozessablauf kann beim RIE eingesetzt werden. Der Prozess beginnt mit der Platzierung der Struktur aus Al in einer Vakuumkammer. Das insbesondere auf Fluor basierende Gas (z.B. Fluoroform CHF3) wird in die Vakuumkammer eingeleitet und ionisiert, um eine Plasmaentladung zu erzeugen. Die Ionen werden dann auf das Material der Teil-Passivierungsstruktur 3 gerichtet, wodurch die Oberfläche des Materials abgetragen wird. RIE unterscheidet sich von anderen Ätzmethoden durch die Verwendung von reaktiven Gasen, die mit dem Material (hier zum Beispiel SiN) reagieren, um ein spezifisches Ätzverhalten zu erzeugen. Das Gas wird normalerweise so ausgewählt, dass es nur mit dem zu ätzenden Material reagiert und nicht mit anderen Materialien in der Nähe, um eine präzise Musterung zu gewährleisten. RLE hat den Vorteil, dass es sehr präzise und gleichmäßige Ätzmuster erzeugen kann, und es ist auch sehr effektiv bei der Ätzung von Materialien, die mit anderen Methoden schwer zu bearbeiten sind, wie z.B. dichten Siliziumnitridschichten oder metallischen Schichten. Fig. 4C zeigt den Zwischenschritt A3 der Verfahrensabfolge, bei dem die Aussparung mit der Flächenelektrode 4 gefüllt ist und die mit der Flächenelektrode 4 bedeckte Aussparung durch eine zweite Teil-Passivierungsstruktur 3, zum Beispiel SiN, aufgefüllt wird.

Hierbei wird zuerst per Sputtern die Aussparung mit einer dünnen Schicht aus ohmschen Elektrodenmaterial, zum Beispiel aus Tantal (die Flächenelektrode 4), auf der ersten geätzten Teil-Passivierungsstruktur 3 aufgebracht, die durch die Aussparung eine Stufenform aufweist. Beim Sputtern wird eine Entladung im Plasma verwendet, um Atome oder Ionen aus einem Zielmaterial herauszulösen und auf die erste Teil- Passivierungsstruktur 3 zu übertragen. Dabei wird das Zielmaterial von einem Gasstrom umgeben. Das Gas wird ionisiert und bildet ein Plasma, das das Zielmaterial beschießt und die Atome herauslöst. Diese Atome werden dann unter Sauerstoffarmut auf die erste Teil-Passivierungsstruktur 3 aufgebracht und bilden eine dünne Schicht. Dies hat den Vorteil, dass eine breite Palette von Materialien aufgebracht werden können bei hoher Schichtqualität und -dichte sowie einer hervorragenden Adhäsion zwischen dem ohmschen Elektrodenmaterial und der ersten Teil-Passivierungsstruktur 3. Die letztendliche Finnenbreite der Elektrode 4 kann durch die Schichtdicke der Flächenelektrode 4 durch Anpassen der Sputter-Dauer leicht skaliert werden. Dadurch gibt es keine Begrenzung durch die Lithografieauflösung. Hauptgrenzen sind lediglich die Schichtkontinuität und der Schichtwi der stand der Flächenelektrode 4.

Nach dem Sputtern wird die Flächenelektrode 4 unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut mit der zweiten Teil-Passivierungsstruktur 3 bedeckt, die insbesondere in-situ abgeschieden wird, um Oxidation der Flächenelektrode 4 zu vermeiden. Ähnlich wie oben in Al wird die zweite Teil-Passivierungsstruktur 3 zum Beispiel wieder per PECVD abgeschieden. Hierbei wird mindestens der Raum der Aussparung mit der zweiten Teil-Passivierungsstruktur 3, insbesondere SiN, gefüllt.

Fig. 5A und 5B zeigen denselben Zwischenschritt A4 der Verfahrensabfolge in unterschiedlichen Ansichten A4a und A4b. Dabei kommt ein erstes CMP-Planarisieren zum Einsatz. Hierbei wird eine obere Oberfläche der zweiten Teil-Passivierungsstruktur 3 so lange planarisiert bis zumindest die Elektrodenfinne 4, mit Finnenausrichtung in Z- Richtung und Erstreckung in X-Richtung, zumindest oberflächlich freigelegt ist. Durch das erste CMP-Planarisieren ist eine obere Oberfläche der Elektrodenfinne 4 plan mit den ersten und zweiten Teil-Passivierungsstrukturen 3. Beim ersten CMP-Planarisieren wird der Wafer (hier Elemente 2, 3 und 4) auf einem Poliertisch platziert. Der Poliertisch trägt den Wafer und eine Polierscheibe wird auf den Wafer gedrückt, während sie sich dreht. Eine Polierflüssigkeit, die sowohl chemische als auch mechanische Eigenschaften aufweist, wird auf die Oberfläche des Wafers (hier zweite Teil-Passivierungsstruktur 3) aufgetragen, um das Material gleichmäßig abzutragen. Während des ersten CMP- Planarisierens wird die zweite Teil-Passivierungsstruktur 3 durch eine Kombination aus chemischen und mechanischen Kräften abgetragen. Die Polierflüssigkeit enthält abrasive Materialien wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid, die die Oberfläche der zweiten Teil-Passivierungsstruktur 3 (im zeitlichen Verlauf des ersten CMP-Planarisierens auch die Flächenelektrode 4 und z.B. auch einen kleinen Teil der ersten Teil- Passivierungsstruktur 3) abreibt und gleichzeitig durch mögliche chemische Reaktionen mit der Oberfläche Material davon entfernt. CMP -Planarisierung bietet allgemein den Vorteil, Oberflächen mit sehr geringer Rauigkeit zu erzeugen, um niedrige Variabilität der Schaltelemente und eine glatte Grenzfläche für nachfolgende Prozesse zu gewährleisten. Dabei kann das Ergebnis sehr gut reproduzierbar sein bei gleichzeitig hohem Durchsatz.

Fig. 5C zeigt den Zwischenschritt A5 der Verfahrensabfolge. Dabei wird eine erste Hartmaske 9 zusammen mit einem zweiten, insbesondere strukturierten (zur Vorgabe der Ätzstruktur), Fotolack 8 zumindest auf der in dem Zwischenschritt A4 erzeugten Elektrodenfinne 4 lithografisch aufgetragen. Im Zwischenschritt A6 wird in die erste Hartmaske 9 gemäß dem zweiten Fotolack 8 (siehe Fig. 5C) ein zu ätzendes Muster geätzt, das als Ziel-Hartmaske 9 überbleibt (siehe Fig. 6A). Im Zwischenschritt A7 (siehe Fig. 6B) wird gemäß der Ziel-Hartmaske 9 in vorbestimmten Abständen (Pitches) durch Ätzen unter Sauerstoffarmut Aussparungen in der Finnenelektrode 4 erzeugt, die regelmäßig bzw. periodisch in longitudinaler Richtung der Elektrodenfinne 4 eingebracht sind. In-Situ unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut wird dann eine dritte Teil- Passivierungsstruktur 3 flächenmäßig auf die Gesamtoberfläche, zumindest in den Aussparungen der Flächenelektrode 4 und auf der Ziel-Hartmaske 9, per PECVD aufgebracht. Im Zwischenschritt A8 (siehe Fig. 6C) wird ein zweites CMP-Planarisieren durchgeführt. Hierbei wird eine obere Oberfläche der dritten Teil-Passivierungsstruktur 3 so lange planarisiert bis zumindest die obersten Oberflächen der Elektrodenfinne 4 zumindest oberflächlich freigelegt sind. Durch das zweite CMP-Planarisieren sind die obersten Oberflächen der Elektrodenfinne 4 plan mit der dritten Teil- Passivierungsstruktur 3. Beim zweiten CMP-Planarisieren wird der Wafer (hier Elemente 2, 3, 4 und 9 - in Fig. 6B der Einfachheit halber ohne Substrat 2 dargestellt) auf dem Poliertisch platziert. Der Poliertisch trägt den Wafer und die Polierscheibe wird auf den Wafer gedrückt, während sie sich dreht. Die Polierflüssigkeit wird auf die Oberfläche des Wafers (hier dritte Teil-Passivierungsstruktur 3) aufgetragen, um das Material gleichmäßig abzutragen. Während des zweiten CMP-Planarisierens wird die dritte Teil- Passivierungsstruktur 3 durch dieselbe Kombination aus chemischen und mechanischen Kräften wie beim ersten CMP-Planarisieren abgetragen. Die Polierflüssigkeit reibt die Oberfläche der dritten Teil-Passivierungsstruktur 3 (im zeitlichen Verlauf des zweiten CMP-Planarisierens auch die Ziel -Hartmaske 9 und z.B. auch einen kleinen Teil der Flächenelektrode 4) ab und entfernt gleichzeitig durch mögliche chemische Reaktionen mit der Oberfläche Material davon. Übrig bleibt eine plane Ebene zwischen den obersten Oberflächen der Flächenelektrode 4 und Abschnitten der in den Aussparungen der Flächenelektroden 4 abgeschiedenen dritten Teil-Passivierungsstruktur 3.

Fig. 6D zeigt den Zwischenschritt A9 der Verfahrensabfolge, in dem die Versatztechnik Anwendung findet. Dabei wird eine zur ersten Hartmaske versetzte zweite Hartmaske 9 als versetzte Pads lithografisch auf die in A8 bereitgestellte plane Oberfläche abgeschieden. Hierbei können gleiche Abstände bei der ersten und zweiten Hartmaske 9 verwendet werden, wobei die ersten und zweiten Hartmasken 9 relativ zueinander verschoben sind. Dabei sind nicht nur die sich in Y-Richtung erstreckenden Pads der zweiten Hartmaske in X-Richtung zueinander versetzt, sondern auch deren Überlapp mit den zu den Aussparungen der Flächenelektrode 4 komplementären Erhebungen, so dass von den Erhebungen gemäß der Vorgabe der zweiten Hartmaske 9 abgeätzt werden kann.

Fig. 7A zeigt dazu den Zwischenschritt A10 der Verfahrensabfolge. Hierbei wurde bereits entsprechend der Vorgabe der zweiten Hartmaske 9 geätzt und abermals in-situ unter Sauerstoffarmut eine vierte Teil-Passivierungsstruktur 3 flächenmäßig auf die Gesamtoberfläche, zumindest in den weiter geätzten Aussparungen der Flächenelektrode 4 und auf der zweiten Hartmaske 9, per PECVD aufgebracht.

In Fig. 7B wird der Zwischenschritt Al 1 der Verfahrensabfolge gezeigt, bei dem ein drittes CMP-Planarisieren durchgeführt wurde und die hierin beschriebenen ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 der Passivierungsstruktur 3 zwischen schmal geätzten Erhebungen der Flächenelektrode 4 verbleiben. Beim dritten CMP- Planarisieren wird eine obere Oberfläche der vierten Teil-Passivierungsstruktur 3 so lange planarisiert bis zumindest die obersten Oberflächen der Elektrodenfinne 4 wieder zumindest oberflächlich freigelegt sind. Durch das dritte CMP-Planarisieren sind die obersten Oberflächen der Elektrodenfinne 4 plan mit den dritten und vierten Teil- Passivierungsstrukturen 3. Beim dritten CMP-Planarisieren wird der Wafer (hier Elemente 2, 3, 4 und 9 - in Fig. 7A der Einfachheit halber ohne Substrat 2 dargestellt) auf dem Poliertisch platziert. Der Poliertisch trägt den Wafer und die Polierscheibe wird auf den Wafer gedrückt, während sie sich dreht. Die Polierflüssigkeit wird auf die Oberfläche des Wafers (hier dritte und vierte Teil-Passivierungsstruktur 3) aufgetragen, um das Material gleichmäßig abzutragen. Während des dritten CMP-Planarisierens werden die dritten und vierten Teil-Passivierungsstrukturen 3 durch dieselbe Kombination aus chemischen und mechanischen Kräften wie beim ersten und zweiten CMP-Planarisieren abgetragen. Die Polierflüssigkeit reibt die Oberfläche der dritten und vierten Teil- Passivierungsstrukturen 3 (im zeitlichen Verlauf des dritten CMP-Planarisierens auch die zweite Hartmaske 9 und z.B. auch einen kleinen Teil der geätzten Erhebungen der Flächenelektrode 4) ab und entfernt gleichzeitig durch mögliche chemische Reaktionen mit der Oberfläche Material davon. Übrig bleibt eine plane Ebene zwischen den obersten Oberflächen der geätzten Erhebungen der Flächenelektrode 4 und zwischen diesen geätzten Erhebungen verbleibenden dritten und vierten Teil-Passivierungsstrukturen 3.

In Fig. 7C ist der Zwischenschritt A12 der Verfahrensabfolge gezeigt, der die Bottom-Up-Technik veranschaulicht. Hierbei wird der Wafer an Luft oder mit zusätzlicher thermischer und oxidativer Unterstützung ein auf dem Material der Elektrodenfinne 4 basierendes Elektrodenoxid gebildet, das dann den letztendlichen Metalloxidteil 6 an den obersten Oberflächen der letztendlichen Elektrode 4 bildet. Die obersten Oberflächen der übrigbleibenden, periodisch, regelmäßig und/oder gleichmäßig angeordneten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 können dann plan mit den obersten Oberflächen der in Längsrichtung der Elektrode 4 entsprechend auch periodisch, regelmäßig und/oder gleichmäßig angeordneten Metalloxidteile 6 sein.

Zum Schluss wird dann noch an den Metalloxidteilen 6 eine Gegenelektrode 5 abgeschieden (siehe Zwischenschritt Al 3 in Fig. 7D). Das Abscheiden der Gegenelektrode 5 kann auch per Sputtern, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Das Abscheiden des Elektrodenterminals 7 kann vor dem Abscheiden der Gegenelektrode 5, insbesondere vor dem Bereitstellen des Metalloxidteils durchgeführt werden. Hierdurch kann Oxidation an der Elektrode 4 vermieden werden. Die Gegenelektrode 5 erstreckt sich in dieselbe Richtung, wie die ersten und zweiten Passivierungsabschnitte 3-1 und 3-2 und ist jeweils versetzt dazu angeordnet, um diese als auch den Metalloxidteil 6 zu verbinden.

Dies kann der letzte wesentliche Schritt zur Herstellung einer bereits funktionierenden ReR AM- Vorrichtung 1 sein. Bei der Herstellung können computergestützte Verfahren und Mittel eingesetzt werden. Hierzu dient auch der Computer 10 aus Fig. 8, auf den im Folgenden eingegangen wird.

Fig. 8 zeigt schematisch ein Blockdiagramm eines Computers 10, der zum Beispiel Teil der Produktions- und Depositionsanlagen zur Herstellung der ReRAM-Vorrichtung 1 sein kann. Der Computer 10 kann einen oder mehrere Teile der Produktions- und Depositionsanlagen umfassend Abscheidungskammer(n), Vakuumkammer(n), Ätzanlage(n) und/oder Beschichtungsmaschine(n), wie PVD-Anlage(n), CVD- Anlage(n), Sputter-Anlage(n) und/oder Lithografie-Anlage(n), beschreiben.

Der Computer 10 implementiert einen oder mehrere Schritte des Verfahrens SO, wie in Fig. 3 dargestellt. Insbesondere stellt der Computer 10 Funktionalität, wie Computersoftware bereit, die auf dem Computer 10 läuft und einen oder mehrere Schritte des Verfahrens SO ausführt. Insbesondere kann der Computer 10 mit Schaltungsdaten zusammenhängende Befehle ausführen, die in dem hierin beschriebenen Computerprogramm enthalten sind, und den Computer 10 veranlassen, den einen oder die mehreren Schritte des Verfahrens SO auszuführen. Die hierin beschriebenen Schaltungsdaten können kompakte Eingabedaten sein, und im Einzelnen eines oder mehrere der folgenden, insbesondere zeitaufgelösten, Daten bzw. Informationen umfassen: Materialien, Schichtdicken, Linienbreiten, elektrische Felder, Geometrie, Temperaturen, Gaszusammensetzung, Drücke, Belichtungszeiten und Ätzmethoden. Diese Elemente werden im Folgenden mit dem Begriff Kompaktdaten benannt.

Hierin ist vorgesehen, dass der Computer 10 jedwede geeignete physikalische Form annimmt. Als Beispiel kann der Computer 10 zumindest teilweise als ein eingebetteter Computer, System-on-Chip (SOC), Einplatinen-Computer (SBC), Server und/oder eine Benutzerausrüstung (UE) ausgebildet sein. Der Computer 10 kann einheitlich oder verteilt sein; einen oder mehrere Standorte Überspannen; eine oder mehrere Maschinen oder Rechenzentren überspannen; oder in einer Cloud angeordnet sein, die Cloud- Komponenten in einem Netzwerk aufweisen kann. Der Computer 10 kann ohne wesentliche räumliche oder zeitliche Begrenzung einen oder mehrere Schritte des Verfahrens SO ausführen. Als Beispiel kann der Computer 10 in Echtzeit, parallel oder im Batch -Modus einen oder mehrere Schritte des Verfahrens SO ausführen. Der Computer 10 kann zu verschiedenen Zeitpunkten oder an verschiedenen Orten, Schritt(e) des Verfahrens SO ausführen.

Der Computer 10 hat zumindest eine oder mehrere der folgenden Komponenten: einen Prozessor 11, einen flüchtigen Speicher 12, einen Dauerspeicher 13, einen Bus 14, einen Arbiter 15, eine Kommunikationsschnittstelle 16, eine Hauptstromversorgung 17 und eine Hilfsstromversorgung 18. Die Komponenten des Computers 10 können zumindest teilweise in Hardware und/oder Software ausgeführt sein. Die Verschaltung der Komponenten des Computers 10 ist lediglich der Einfachheit halber wie in Fig. 8 strukturiert. Insbesondere die Verschaltung und Anbindung kann sich in der Umsetzung aufgrund von Signalverarbeitung und Signalgebung unterscheiden.

Der Prozessor 11 hat Mittel zum Ausführen von mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehlen z. B. des hierin beschriebenen Computerprogramms. Beispielsweise kann der Prozessor 11 die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle, die in dem hierin beschriebenen Computerprogramm enthalten sind, z. B. aus dem flüchtigen Speicher 12 und/oder dem Dauerspeicher 13 laden und die Befehle dann ausführen, was wiederum den Prozessor 11 dazu veranlasst, den einen oder die mehreren Schritte des Verfahrens SO, wie z. B. in Fig. 3 dargestellt, auszuführen. Der Prozessor 11 kann ein internes Register/Cache für die Kompaktdaten, für die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle und/oder für dazugehörige Adressen aufweisen. Der Prozessor 11 kann einen FPGA, ASIC, DSP, Mikrocontroller, eine CPU und/oder GPU zum Zugreifen auf das interne Register/Cache aufweisen. Als Beispiel kann der Prozessor 11, zum Ausführen der mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle, diese von dem internen Register/Cache des Prozessors 11, dem flüchtigen Speicher 12 oder dem Dauerspeicher 13 abrufen; entschlüsseln und ausführen; und dann ein Ergebnis in das interne Register/Cache des Prozessors 11, den flüchtigen Speicher 12 oder den Dauerspeicher 13 schreiben.

Als Beispiel kann der Prozessor 11 einen Befehls-Cache, einen Daten-Cache und/oder einen Übersetzungspuffer (TLB) aufweisen. Die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle in dem Befehls-Cache können Kopien von Befehlen in dem flüchtigen Speicher 12 und/oder Dauerspeicher 13 sein und der Befehls-Cache kann das Abrufen dieser mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle durch den Prozessor 11 beschleunigen. Die Kompaktdaten in dem Daten-Cache können Kopien von Daten für die gerade auf dem Prozessor 11 ausgeführten und mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle in dem flüchtigen Speicher 12 und/oder Dauerspeicher 13 sein. Die Ergebnisse der vorherigen auf dem Prozessor 11 ausgeführten und mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle, können für den Zugriff durch nachfolgende auf dem Prozessor 11 auszuführende und mit den Kompaktdaten zusammenhängende Befehle, oder für das Schreiben in den flüchtigen Speicher 12 und/oder Dauerspeicher 13 vorgesehen sein. Der Daten-Cache kann die Lese- oder Schreiboperationen des Prozessors 11 beschleunigen. Die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Adressen in dem TLB können Adressenreferenzen zu Adressen in dem flüchtigen Speicher 12 und/oder Dauerspeicher 13 sein, um die virtuelle Adressenübersetzung für den Prozessor 11 zu beschleunigen.

Der flüchtige Speicher 12 kann ein dynamischer RAM (DRAM) oder ein statischer RAM (SRAM) sein. Der flüchtige Speicher 12 kann insbesondere als der hierin beschriebene Datenträger ausgebildet sein auf dem das hierin beschriebene Computerprogramm zumindest vorübergehend gespeichert sein kann. Darüber hinaus kann der flüchtige Speicher 12 ein einzelner oder mehrkanaliger RAM sein. Der flüchtige Speicher 12 kann einen Hauptspeicher zum Speichern von mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehlen für den Prozessor 11 aufweisen, der diese Befehle dann ausführt; oder die Kompaktdaten für den Prozessor 11 aufweisen, die der Prozessor 11 verwendet, um mit diesen zu arbeiten. Als Beispiel kann der Computer 10 diese Befehle aus dem Dauerspeicher 13 oder einer anderen Quelle (wie beispielsweise einem anderen Computer, dem Netzwerk oder der Cloud) in den flüchtigen Speicher 12 laden. Der Prozessor 11 kann dann diese Befehle aus dem flüchtigen Speicher 12 in das interne Register/Cache des Prozessors 11 laden. Um diese Befehle auszuführen, kann der Prozessor 11 diese Befehle aus dem entsprechenden internen Register/Cache abrufen und entschlüsseln. Während oder nach dem Ausführen dieser Befehle kann der Prozessor 11 ein Ergebnis (die Zwischen- oder Endresultate sein können) in das interne Register/Cache schreiben. Der Prozessor 11 kann dann das Ergebnis in den flüchtigen Speicher 12 schreiben.

Zum Beispiel führt der Prozessor 11 nur die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle im internen Register/Cache des Prozessors 11 oder im flüchtigen Speicher 12 (im Gegensatz zum Dauerspeicher 13) aus, und arbeitet nur auf den Kompaktdaten im internen Register/Cache des Prozessors 11 oder im flüchtigen Speicher 12 (im Gegensatz zum Dauerspeicher 13).

Der Dauerspeicher 13 hat einen Massenspeicher, z. B. einen nicht-flüchtigen Massenspeicher (NVM), für die Kompaktdaten oder die mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle. Der Dauerspeicher 13 kann insbesondere als der hierin beschriebene Datenträger ausgebildet sein, auf dem das hierin beschriebene Computerprogramm gespeichert sein kann. Als Beispiel kann der Dauerspeicher 13 ein Flash-Speicher sein, insbesondere SSD oder eMMC. Der Dauerspeicher 13 kann die Kompaktdaten in löschbarer oder nicht löschbarer Weise aufbewahren. Der Dauerspeicher 13 kann sich in dem Computer 10 befinden, also intern, oder sich extern dazu befinden.

Der Prozessor 11 kann direkt oder indirekt, z. B. über den Arbiter 15, mit dem Dauerspeicher 13 verbunden sein. Hierbei kann die Verbindung über einen Taktbus, Befehlsbus und Datenbus ausgestaltet sein. Dies ist lediglich schematisch anhand des Bus 14 in Fig. 8 gezeigt. Der Dauerspeicher 13 empfängt mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle und die Kompaktdaten im Zusammenhang mit einem Taktsignal, das von dem Prozessor 11 auf dem Taktbus vorgegeben wird. Hierbei taktetet das Taktsignal den Empfang der mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehle und die Kompaktdaten. Der Prozessor 11 sendet einen mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Befehl über den Befehlsbus an den Dauerspeicher 13. Ferner sendet der Prozessor 11 die Kompaktdaten entsprechend dem Befehl über den Datenbus an den Dauerspeicher 13 oder empfängt die Kompaktdaten aus dem Dauerspeicher 13 über den Datenbus.

Der Bus 14 kann hierin als ein Untersystem des Computers 10 verstanden werden, das die Kompaktdaten und/oder elektrische Leistung zwischen den Komponenten des Computers 10 überträgt. Der (eine) Bus 14 kann dabei die Komponenten des Computers 10 über den gleichen Satz von Leitungen miteinander verbinden. Der Bus 14 kann für eine dedizierte Kommunikation der Kompaktdaten zwischen zwei oder mehreren der Komponenten des Computers 10 ausgebildet sein. Der Bus 14 kann ein Systembus sein, über den der Prozessor 11 mit den anderen Komponenten des Computers 10 verbunden ist. Hierbei kann der Bus 14 synchron - die Übernahme der Kompaktdaten erfolgt bidirektional mit einer Taktflanke einer Taktung des Bus 14 - und/oder asynchron sein - keine Taktung, aber ein Handshake erfolgt zur Übernahme der Kompaktdaten. Bei einem solchen semi-synchronen Systembus ist der Bus 14 getaktet, aber Steuerleitungen ermöglichen Wartezyklen, um auch langsame Komponenten, wie den Dauerspeicher 13 über den Bus 14 zu verwenden.

Der Arbiter 15 kann zur zumindest teilweisen Kontrolle über den Bus 14 bereitgestellt sein. Der Arbiter 15 kann als zu dem Prozessor 11 nebengeordneter Koprozessor aufgefasst werden. Der Arbiter 15 regelt basierend auf einem Zwei-Wege- Handschlag oder Drei-Wege-Handschlag den mit den Kompaktdaten zusammenhängenden Zugriff auf den Bus 14. Hierfür werden die drei Signale Bus- Request (BREQ) zur Weitergabe der Kompaktdaten, Bus-Grant (BGRT) zum Bestätigen und Genehmigen der Weitergabe und Bus-Grant-Acknowledge (BGA) zur optionalen Weitergabe-Rückmeldung verwendet. Der Arbiter 15 empfängt über den Bus 14 gleichzeitig mehrere BREQs von unterschiedlichen Komponenten des Computers 10. Der Arbiter 15 sortiert die BREQs nach Priorität und leitet diese sequenziell - in einer Pipeline - an den Prozessor 11 weiter. Sobald der Prozessor 11 den BREQ erhalten hat, sendet der Prozessor 11 dem Arbiter 15 oder direkt der den BREQ sendenden Komponente des Computers 10 den BGRT. Ein nachrangiger BREQ der BREQs in der Pipeline - z. B. von einer anderen Komponente des Computers 10 - wird als Antwort auf einen von dem Prozessor 11 gesendeten BGRT in Bezug auf den in der Pipeline vorrangigen und mit zumindest einem Teil der Kompaktdaten zusammenhängenden BREQ an den Prozessor 11 weitergeleitet. Der auf den nachrangigen BREQ bezogene BGRT wird nach Abarbeitung des zumindest einen Teils der Kompaktdaten von dem Prozessor 11 an den Arbiter 15 gesendet. Der Arbiter 15 kann z. B. wiederum als Antwort auf den BGRT, der sich auf den nachrangigen BREQ bezieht, einen in der Pipeline weiter nachrangigen BREQ - der sich z. B. auf einen anderen Teil der Kompaktdaten bezieht - der BREQs an den Prozessor 11 senden. Ebenso kann als Antwort auf jeden BGRT von dem Prozessor 11, der Arbiter 15 einen jeweiligen darauf bezogenen BGA an den Prozessor 11 senden. Bei dem hierin beschriebenen Vorgehen kann ein BGA auch gänzlich entfallen. Dies erspart Overhead in der Kommunikation zwischen den Komponenten des Computers 10. Das heißt, es wird anstatt eines Drei-Wege-Handschlags ein Zwei-Wege-Handschlag bereitgestellt.

Der Bus 14 kann auch einen Datenbus, Adressbus, und Steuerbus aufweisen. Hierbei werden die Kompaktdaten zwischen den Komponenten des Computers 10 bidirektional über den Datenbus übertragen. Der Adressbus wird allein von dem Prozessor 11 bedient und überträgt unidirektional mit den Kompaktdaten zusammenhängende Speicheradressen. Der Steuerbus wird allein von dem Arbiter 15 geregelt, z. B. im Sinne eines Wächters, und übergibt die Kontrolle darüber an den Prozessor in der pipelineartigen Weise, wie oben beschrieben, um die Übertragung der Kompaktdaten zu steuern.

Die Kommunikationsschnittstelle 16 ermöglicht dem Computer 10 eine Kommunikation mit einem Netzwerk, vorzugsweise mit einem Netzwerk aus den Produktions- und Depositionsanlagen. Alternativ oder zusätzlich kann über die Kommunikationsschnittstelle 16 eine direkte Kommunikationsverbindung mit den einzelnen Produktions- und Depositionsanlagen hergestellt sein. Zum Beispiel kann es sich um ein Ad-hoc-Netzwerk, drahtloses Personal Area Network ((W)PAN), z. B. ein Bluetooth WPAN, Local Area Network (LAN), und/oder WLFI-Netzwerk aus den Produktions- und Depositionsanlagen handeln.

Die Kommunikationsschnittstelle 16 ermöglicht dem Computer 10 eine Kommunikation mit einem Netzwerk, z. B. Bluetooth, WLAN, Mobilfunk und/oder zumindest einem Teil des Internets.

Die Kommunikationsschnittstelle 16 kann eine Nutzerinteraktion mit dem Computer 10 in einer Umgebung des Computers 10 ermöglichen (zum Beispiel Eingabe der Kompaktdaten). Die Kommunikationsschnittstelle 16 kann einen Geräte- und/oder Softwaretreiber aufweisen, die es dem Prozessor 11 ermöglichen, die

Kommunikationsschnittstelle 16 anzusteuern, um den Produktions- und

Depositionsanlagen zur Steuerung Verfahrens SO eine Handlungsvorschrift basierend auf den Kompaktdaten mitzuteilen.

Der Computer 10 als (NR) UE kann in Narrow Band (NB)-Intemet der Dinge (IoT)- Anwendungen eingesetzt werden, bei denen nur gelegentlich und kleine Datenmengen im Uplink (UL) gesendet werden, wie die Kompaktdaten. Beispielsweise können die Kompaktdaten gesendet werden, wenn sich der Computer 10 in einem RRC CONNECTED-Zustand (Radio Resource Control - RRC) befindet, der eine beträchtliche Menge an elektrischer Leistung von der Hauptstromversorgung 17 oder der Hilfsstromversorgung 18 erfordert. Da die Menge der NB -IOT-Daten jedoch gering ist, können die Kompaktdaten seltener und effizienter gesendet werden. Insbesondere verbrauchen die verschiedenen RRC -Zustände des Computers 10 unterschiedliche Mengen an Ressourcen, und daher kann der Übergang zwischen den RRC -Zuständen die Netzwerkressourcen effizient reduzieren. Der Computer 10 kann sich jeweils in einem der folgenden Zustände befinden: (NR) RRC CONNECTED-Zustand, (NR) RRC INACTIVE -Zustand und (NR) RRC IDLE -Zustand.

Wenn der Computer 10 ausgeschaltet ist (z. B., wenn keine elektrische Leistung von der Hauptstromversorgung 17 und/oder der Hilfsstromversorgung 18 geliefert wird), befindet sich der Computer 10 in einem getrennten Zustand und ist in keinem der drei RRC -Zustände. Nach dem Einschalten des Computers 10 kann der Computer 10 zunächst in den RRC IDLE -Zustand übergehen. Im RRC IDLE-Zustand kann der Computer 10 versuchen, eine drahtlose Verbindung mit einer bedienenden Basisstation (z. B. gNB - nicht gezeigt) herzustellen und in den RRC CONNECTED-Zustand übergehen. Nach dem Übergang des Computers 10 kann der Computer 10 auch aus dem RRC CONNECTED-Zustand freigegeben werden, um in den RRC IDLE-Zustand zurückzukehren. Nach dem anfänglichen Übergang in den RRC CONNECTED-Zustand kann der Computer 10 jedoch in den RRC INACTIVE-Zustand übergehen, um die Netzressourcen effizienter zu nutzen. Der RRC INACTIVE-Zustand des Computers 10 kann freigegeben, wiederaufgenommen oder ausgesetzt werden, um wieder in den RRC CONNECTED-Zustand überzugehen. Außerdem kann der Computer 10 aus dem RRC INACTIVE-Zustand entlassen werden und wieder in den RRC IDLE-Zustand übergehen. Der RRC INACTIVE-Zustand minimiert die Latenzzeit und reduziert die Signalisierungslast, wodurch die Netzwerkressourcen effizienter genutzt und der Stromverbrauch des Computers 10 bei der Übertragung der Kompaktdaten gesenkt wird.

Beispielsweise kann der Computer 10 Teil eines 4-stufigen Random Access Channel (RACH)-Übertragungsverfahrens sein, das die Übertragung von vier Nachrichten (Msgl, Msg2, Msg3 und Msg4) vor der Übertragung der Kompaktdaten an die bedienende Basisstation einschließt. Hierbei kann der Computer 10 einen zufälligen Zugriff ausführen, indem der Computer 10 eine RACH-Präambel - z. B. Msgl - auf einer RACH-Ressource sendet. Die bedienende Basisstation kann mit einer Random Access Response (RAR) - z. B. Msg2 - antworten. Der Computer 10 kann dann eine Radio Resource Control (RRC)- Verbindungsanfrage - z. B. Msg3 - im Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) (z.B. NR-PUSCH) senden. Die bedienende Basisstation kann dann mit einem RRC Connection Setup - z. B. Msg4 - antworten, die den anfänglichen Zugriffsprozess des Computers 10 abschließt. Dieser RACH-Modus ist eine ineffiziente Art und Weise der Übertragung der Kompaktdaten, da erst nach den vier Nachrichten eine Übertragung der Kompaktdaten zwischen dem Computer 10 und der bedienenden Basisstation stattfindet.

Ein weiteres Beispiel: Der Computer 10 kann Teil eines Early Data Transmission (EDT)- Verfahrens sein, das die Übertragung von zwei Nachrichten (Msgl und Msg2) vor der Übertragung der Kompaktdaten an die bedienende Basisstation einschließt. Das heißt, in diesem EDT-Modus kann der Computer 10 die Kompaktdaten in Nachricht 3 (Msg3) senden und die bedienende Basisstation kann die Downlink (DL)-Daten in Nachricht 4 (Msg4) des (Legacy-) 4-Schritt-RACH-Modus senden. Diese Art der Übertragung der Kompaktdaten ist effizienter als der 4-Schritt-RACH-Modus. Der Computer 10 kann nach Msg4 im RRC IDLE-Zustand oder RRC INACTIVE-Zustand weiterhin UL/DL- Datenpakete im EDT-Modus senden/empfangen.

Ein noch weiteres Beispiel: Der Computer 10 kann Teil eines Übertragungsverfahrens sein, bei dem vor der Übertragung der Kompaktdaten keine von Msgl bis Msg4 übermittelt wird. In diesem Vorkonfigurierte UL Ressourcen (PUR)- Modus sendet der Computer 10 die Kompaktdaten sofort in vorkonfigurierten Ressourcen an die bedienende Basisstation. Diese Art der Übertragung von UL-Datenpaketen ist effizienter als die beiden oben erwähnten RACH-Modus und EDT-Modus. Auf diese Weise wird die Übertragung der UL-Datenpakete im RRC INACTIVE-Zustand ermöglicht. Dementsprechend können die Kompaktdaten - die in den UL-Datenpaketen enthalten sind - periodisch oder sporadisch gesendet werden.

Wie weiter unten beschrieben wird, können die (NR-)PUR-Parameter angepasst werden, um die Kompaktdaten effizienter zu übertragen und so den sich ändernden Funkbedingungen und Datenverkehrsmustern besser Rechnung zu tragen und dem Computer 10 eine verbesserte Funktionalität der Übertragung kleiner UL-Datenpakete der Kompaktdaten im RRC INACTIVE-Zustand zu bieten.

Der Computer 10 sendet an die bedienende Basisstation, z. B. über die Kommunikationsschnittstelle 16, die UL-Datenpakete, die die Kompaktdaten im RRC INACTIVE-Zustand enthalten, basierend auf einer (anfänglichen) PUR- Konfiguration. Die (anfängliche) PUR-Konfiguration wird gemäß einem Satz von PUR- Parametem definiert (z. B. in Verbindung mit 5G NR), die eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen: eine Steuerressourcensatz-Konfiguration (CORESET) einschließlich eines Aggregat! onsgrads und Wiederholungstypen, eine PUSCH Konfiguration einschließlich eines Frequenzsprungmusters, eine UL- Schmalstrahlrichtung für den Frequenzbereich 2 (FR2) oder eine Sende-Empfangspunkt (TRP)-Zuordnung .

Die CORESET -Konfiguration umfasst eine UE-spezifische CORESET- Konfiguration oder eine allgemeine CORESET-Konfiguration, um den Computer 10 in die Lage zu versetzen, eine vom Computer 10 (über die Kommunikationsschnittstelle 16) von der bedienenden Basisstation empfangene Downlink Control Indicator (Desinformation zu überwachen und zu dekodieren, um die PUR-Konfiguration im RRC INACTIVE -Zustand neu zu konfigurieren. Dabei wird mindestens einer der PUR- Parameter im RRC INACTIVE-Zustand auf der Grundlage der empfangenen DCI- Information aktualisiert, aktiviert oder deaktiviert. Die DCI-Information kann eine Bestätigung (ACK) / negative ACK (NACK) der PUR-Übertragungen sowie die UL- Grant für eine Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ)-Neuübertragung im Falle der NACK enthalten. Die ACK/NACK und die UL-Grant für die HARQ-Neuübertragung können über einen UE-spezifi sehen oder gemeinsamen Suchraum gesendet werden.

Sobald der PUR zugewiesen ist, können die PUR-Konfigurationen eine Zeit lang verwendet werden. Der Funkkanal und der Funkverkehr können sich jedoch ständig ändern, so dass die (anfängliche) PUR-Konfigurationen nach einer gewissen Zeit für den Computer 10 möglicherweise nicht mehr geeignet sind. Daher kann ein Rekonfigurationsmechanismus für PUR in Betracht gezogen werden. Die Rekonfiguration kann über die PUR- Antwortnachricht erfolgen. Die PUR- Antwortnachricht kann ACK/NACK der PUR-Übertragungen (falls nicht in DCI enthalten) und Informationen zur Rekonfiguration der PUR-Parameter enthalten. Die PUR- Antwortnachricht kann eine UE-spezifi sehe RRC-Signalisierung oder ein Broadcast-Systeminformationsblock sein, um die (anfängliche) PUR-Konfiguration zu rekonfigurieren und eine neue PUR-Konfiguration zu erstellen.

Der Computer 10 kann von der bedienenden Basisstation (über die Kommunikationsschnittstelle 16) eine Nachricht empfangen, die anzeigt, dass die (anfängliche oder neu erstellte) PUR-Konfiguration freigegeben werden kann, falls keine UL-Datenpakete, die zumindest einen Teil der Kompaktdaten enthalten sollen, für mehr als eine vorbestimmte Anzahl von kontinuierlichen PUR-Übertragungen gesendet werden.

Der Computer 10 kann von der bedienenden Basisstation (über die Kommunikationsschnittstelle 16) eine Nachricht empfangen, die dem Computer 10 anzeigt, dass der Computer 10 im Falle eines UL-Übertragungsfehlers zum EDT-Modus oder zum RACH-Modus zurückgreifen soll. Das Auftreten des UL-Übertragungsfehlers kann auf der Grundlage von mindestens einem der folgenden Werte bestimmt werden: Zeitabgleich (TA), geringe Sendeleistung, tiefes Kanalfading oder Strahlausfall. Der Computer 10 kann von der bedienenden Basisstation (über die Kommunikationsschnittstelle 16) ein Signal empfangen, um den Computer 10 für die Übertragung der UL-Datenpakete, das zumindest einen Teil der Kompaktdaten enthält, im RRC INACTIVE-Zustand auf der Grundlage eines oder mehrerer PUR-Parameter neu zu konfigurieren, nachdem der Computer 10 zum EDT-Modus oder zum RACH- Modus zurückgekehrt ist. Die einen oder mehreren PUR-Parameter können basierend auf einer Anforderung des Computers 10, einer Funknetzauslastung oder einer Funkstreckenleistung neu konfiguriert werden.

Die Hauptstromversorgung 17 versorgt mindestens eine oder mehrere der Komponenten des Computers 10 mit elektrischer Leistung, z. B. via dem Bus 14. Insbesondere lädt die Hauptstromversorgung 17 die Hilfsstromversorgung 18 mit elektrischer Leistung, zum Beispiel von außerhalb des Computers 10 auf, z. B. im Falle dessen, dass die Hauptstromversorgung 17 an die Stromquelle außerhalb des Computers 10 angeschlossen ist. Hierbei kann die Hauptstromversorgung 17 eine bevorzugte für die Stromversorgung der Komponenten des Computers 10 benutzte Komponente darstellen und zum Beispiel ein Akkumulator oder eine Batterie aufweisen. Die Hauptstromversorgung 17 kann weitere Komponenten wie Spannungsregler, DC- Spannungsstabilisierer, Längsregler, Buck-Konverter und/oder Boost-Konverter aufweisen, um die entsprechenden Anforderungen der Komponenten des Computers 10 zu erfüllen. Hierbei kann die Hauptstromversorgung 17 entweder über eine dedizierte feste Stromversorgungsverbindung mit der externen Stromquelle, wie ein Energienetz, oder eine lösbare Stromversorgungsverbindung zur Aufladung des Akkumulators oder der Batterie der Hauptstromversorgung 17 verfügen. Zu diesem Zweck kann die Hauptstromversorgung 17 über einen Wechselrichter verfügen, um eine vorgegebene Gleichstromversorgung aus einer angeschlossenen Wechselstromquelle als die externe Stromquelle bereitzustellen. Die vorgegebene Gleichstromversorgung kann auch bereits von einer angeschlossenen Gleichstromquelle als die externe Stromquelle bereitgestellt werden. Die Gleichstromversorgung kann über die oben genannten Spannungsregler geregelt und an die Komponenten des Computers 10 als eingestellte Gleichstromversorgungen geliefert werden. Die Hilfsstromversorgung 18 ist über den Bus 14 mit dem flüchtigen Speicher 12 und/oder dem Dauerspeicher 13 verbunden. Die Hilfsstromversorgung 18 wird durch die elektrische Leistung der Hauptstromversorgung 17 aufgeladen. Die Hilfsstromversorgung 18 kann innerhalb oder außerhalb des Computers 10, oder innerhalb oder außerhalb des flüchtigen Speichers 12 und/oder des Dauerspeichers 13 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Hilfsstromversorgung 18 auf einer Hauptplatine des Computers 10 untergebracht sein, um den flüchtigen Speicher 12 und/oder den Dauerspeicher 13 mit einer Hilfsleistung zu versorgen. Die Hilfsstromversorgung 18 kann insbesondere in Form eines Superkondensators, eines Akkumulators und/oder einer Batterie ausgeführt sein. Die Leistungskapazität/Energiekapazität der Hauptstromversorgung 17 kann um ein Vielfaches, zum Beispiel mindestens 10-Mal oder 50-Mal größer sein als die LeistungskapazitätZEnergiekapazität der Hilfsstromversorgung 18.

Der Prozessor 11 überwacht Änderungen der von der Hauptstromversorgung 17 gelieferten elektrischen Leistung. Im Falle eines plötzlichen Stromausfalls, z. B. wenn die Stromquelle außerhalb des Computers 10 von der Hauptstromversorgung 17 getrennt wird oder die Hauptstromversorgung 17 aus einem anderen Grund nachlässt oder ausfällt, und der Prozessor 11 bestimmt, dass die von der Hauptstromversorgung 17 an eine oder mehrere der Komponenten des Computers 10 gelieferte elektrische Leistung unter einen Schwellenwert, z. B. 0,8 oder 0,75 einer Betriebsleistung der Hauptstromversorgung 17, gefallen ist, veranlasst der Prozessor 11 die Hilfsstromversorgung 18, eine verbleibende Versorgungsleistung für einen Ab schaltvorgang des Computers 10 zu übernehmen. Der Ab schaltvorgang umfasst die Leistungsversorgung zumindest des Prozessors 11, des flüchtigen Speichers 12 und/oder des Dauerspeichers 13 mit elektrischer Leistung für die Zeit des Ab schal tvorgangs. Während des Ab schal tvorgangs werden die Kompaktdaten, die sich derzeit im flüchtigen Speicher 12 befinden, und/oder die Kompaktdaten, die derzeit im Prozessor 11 verarbeitet werden, beispielsweise im Register/Cache des Prozessors 11, aus dem flüchtigen Speicher 12 und/oder dem Prozessor 11 in einen Metabereich des Dauerspeichers 13 übertragen. Hierfür kann der Metabereich des Dauersp ei chers 13 extra für den Ab schaltvorgang vorgehalten werden.

Der Prozessor 11 lädt, im Falle eines Startvorgangs des Computers 10, bei dem die Hauptstromversorgung 17 wieder die Betriebsleistung bereitstellt, die Kompaktdaten aus dem Metabereich des Dauerspeichers 13, um eine schnellere Datenverarbeitung zu ermöglichen. Nach dem Startvorgang kann der Metabereich des Dauerspeichers oder sukzessive während des Startvorgangs freigegeben werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich allein gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 ReRAM- Vorrichtung

2 Substrat

3 Passivierungsstruktur

3-1 erster Passivierungsabschnitt

3-2 zweiter Passivierungsabschnitt

3-3 dritter Passivierungsabschnitt

4 Elektrode

5 Gegenelektrode

6 Metalloxidteil

7 Elektrodenterminal

8 Fotolack

9 Hartmaske

10 Computer

11 Prozessor

12 Flüchtiger Speicher

13 Dauerspeicher

14 Bus

15 Arbiter

16 Kommunikationsschnittstelle

17 Hauptstromversorgung

18 Hilfsstromversorgung

X erste Richtung

Y zweite Richtung

Z dritte Richtung

SO Verfahren

S1-S5 Verfahrensschritte

Al -Al 3 Verfahrensabfolge

Claims

Ansprüche

1. Resistive Direktzugriffspeicher, ReRAM, - Vorrichtung (1) aufweisend: ein Substrat (2); eine Passivierungsstruktur (3) zumindest auf dem Substrat (2); eine in der Passivierungsstruktur (3) eingebettete Elektrode (4), die in Form einer Finne ausgebildet ist und ein erstes Metall aufweist, und sich parallel zu einer Ebene des Substrats (2) erstreckt; eine Gegenelektrode (5), die in Form einer Schicht ausgebildet ist und ein zweites Metall aufweist, und sich parallel zu der Ebene des Substrats (2) erstreckt; und einen Metalloxidteil (6), der das erste Metall in oxidierter Form aufweist und sich zwischen der Elektrode (4) und der Gegenelektrode (5) befindet, wobei das Metalloxidteil (6), die Elektrode (4) und die Gegenelektrode (5) zusammen eine Speicherzelle der ReRAM- Vorrichtung (1) ausbilden und ein resistives Schalten der ReRAM- Vorrichtung (1) ermöglichen; dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur (3) die Elektrode (4) mit der Gegenelektrode (5) verbindet, und angeordnet ist, eine Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil (6) zu blockieren.

2. ReRAM- Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalloxidteil (6) lateral durch die Passivierungsstruktur (3) begrenzt ist und in vertikaler Richtung (Z) senkrecht zu der Ebene des Substrats (2) durch die Elektrode (4) und die Gegenelektrode (5) begrenzt ist.

3. ReRAM- Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich, im Querschnitt der ReR AM- Vorrichtung (1) gesehen, alle Oberseiten der Passivierungsstruktur (3) mindestens auf gleicher Höhe einer Oberseite des Metalloxidteils (6) befinden; und sich die Elektrode (4) im Querschnitt unterhalb der Gegenelektrode (5) befindet.

4. Verfahren (SO) zum Herstellen einer Resistive Direktzugriffspeicher, ReRAM, - Vorrichtung (1), das Verfahren (SO) umfassend folgende Verfahrensschritte in angegebener Reihenfolge S1 bis S5:

Bereitstellen (Sl) eines Substrats (2);

Bereitstellen (S2) einer in Form einer Finne ausgebildeten Elektrode (4) mit einem ersten Metall auf dem Substrat (2), die sich parallel zu einer Ebene des Substrats (2) erstreckt;

Bereitstellen (S3) einer Passivierungsstruktur (3) an der Elektrode (4);

Bereitstellen (S4) eines Metalloxidteils (6) mit einer oxidierten Form des ersten Metalls zwischen der Elektrode (4) und einer Gegenelektrode (5), so dass das Metalloxidteil (6), die Elektrode (4) und die Gegenelektrode (5) zusammen eine Speicherzelle der ReRAM- Vorrichtung (1) ausbilden; und

Bereitstellen (S5), auf dem Metalloxidteil (6) und der Passivierungsstruktur (3), der in Form einer Schicht ausgebildeten und sich parallel zu der Ebene des Substrats (2) erstreckenden Gegenelektrode (5) mit einem zweiten Metall; dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur (3) die Elektrode (4) mit der Gegenelektrode (5) verbindet, und angeordnet ist, eine Sauerstoffdiffusion bezogen auf den Metalloxidteil (6) zu blockieren.

5. Verfahren (SO) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen (Sl) des Substrats (2) folgende Schritte durchgeführt werden:

Bereitstellen einer ersten Teil-Passivierungsstruktur (3),

Bereitstellen eines ersten Fotolacks (8) auf der ersten Teil-Passivierungsstruktur (3),

Ätzen der ersten Teil-Passivierungsstruktur (3) gemäß Vorgabe des ersten Fotolacks (8), um eine Aussparung in der ersten Teil-Passivierungsstruktur (3) in Form einer Wanne mit im Wesentlichen geraden Seitenwänden auszubilden, und

Entfernen des ersten Fotolacks (8) auf der ersten Teil-Passivierungsstruktur (3).

6. Verfahren (SO) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen (S2) der Elektrode (4) folgende Schritte umfasst:

Abscheiden einer Flächenelektrode (4) entlang einer Kontur der Aussparung bzw. an einer Oberfläche der nach dem Ätzen der ersten Teil-Passivierungsstruktur (3) bzw. nach dem Entfernen des ersten Fotolacks (8) vorhandenen ersten Teil- Passivierungsstruktur (3) bei Beibehaltung einer Sauerstoffarmut,

Bereitstellen einer zweiten Teil-Passivierungsstruktur (3) auf der abgeschiedenen

Flächenelektrode (4) bei Beibehaltung der Sauerstoffarmut, und Planarisieren bis mindestens zu einer oberen Oberfläche der ersten Teil- Passivierungsstruktur (3), um zumindest einen die Finne bildenden Teil der abgeschiedenen Flächenelektrode (4) lateral zwischen der ersten und zweiten Teil- Passivierungsstrukturen (3) bzw. eine obere Oberfläche der Finne freizulegen.

7. Verfahren (SO) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen (S2) der Elektrode (4) folgende Schritte durchgeführt werden:

Aufeinanderfolgendes Aufbringen auf der bereitgestellten Elektrode (4) einer ersten Hartmaske (9) und eines zweiten Fotolacks (8) zur Vorgabe einer Hartmasken-Ätzstruktur für die bereitgestellte Elektrode (4),

Ätzen der Elektrode (4) in eine vorbestimmte Tiefe unter Sauerstoffarmut, gemäß der Vorgabe der Hartmasken-Ätzstruktur,

Aufbringen einer dritten Teil-Passivierungsstruktur (3) unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut zum Bedecken der Hartmasken-Ätzstruktur und der geätzten Elektrode (4), und

Planarisieren bis mindestens zu oberen Oberflächen der geätzten Elektrode (4) bzw. der Erhebungen der geätzten Elektrode (4) um die oberen Oberflächen der geätzten Elektrode (4) bzw. Oberseiten der Erhebungen der geätzten Elektrode (4) freizulegen und die erste Hartmaske zu entfernen.

8. Verfahren (SO) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest nach dem Bereitstellen (S2) der Elektrode (4) folgende Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen, in Längsrichtung der Elektrode (4) auf der Oberseite der Elektrode (4), von Pads einer zweiten Hartmaske, wobei die Pads relativ zu der vormals vorhandenen Hartmasken-Ätzstruktur der ersten Hartmaske verschoben sind, in-situ Ätzen unter Sauerstoffarmut gemäß Vorgabe der zweiten Hartmaske zum Produzieren von der Verschiebung entsprechenden Erhebungen der Elektrode (4) bzw. Aussparungen in der Elektrode (4), und das Bereitstellen (S3) der Passivierungsstruktur (3) umfassend:

Bereitstellen einer vierten Teil-Passivierungsstruktur (3) unter Beibehaltung der Sauerstoffarmut, um die Erhebungen der Elektrode (4) zu umgeben bzw. Aussparungen in der Elektrode (4) zu füllen, und

Planarisierung bis mindestens zu oberen Oberflächen der Elektrode (4) bzw. den Erhebungen der Elektrode (4), um die oberen Oberflächen der Elektrode (4) bzw. Oberseiten der Erhebungen der Elektrode (4) freizulegen und die zweite Hartmaske zu entfernen, so dass eine plane Ebene zwischen abwechselnd angeordneten Passivierungsabschnitten (3-1, 3-2) der Passivierungsstruktur (3) und Elektrodenabschnitten der Elektrode (3) ausgebildet wird.

9. Verfahren (SO) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen (S3) der Passivierungsstruktur (3) das Bereitstellen (S4) des Metalloxidteils (6) durch Aufwachsen des Metalloxidteils (6) mittels einer Bottom- Up Technologie an der an Luft freiliegenden Oberseite der Elektrode (4) durchgeführt wird; und nach dem Bereitstellen (S4) des Metalloxidteils (6) das Bereitstellen (S5) der Gegenelektrode (5) durch Abscheiden der Gegenelektrode (5) durchgeführt wird.

10. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm Befehle umfasst, die, bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer (10), den Computer (10) veranlassen, das Verfahren (SO) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 bzw. mindestens einen der

Schritte davon auszuführen bzw. zu initiieren.