DE102006009254B3 - Integrated electronic circuit e.g. flash memory, manufacturing method, involves forming intermediate layer made of active electrode material and containing nitrogen of specific concentration on solid electrolyte - Google Patents

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Abstract

The method involves provided a substrate (11), and forming an inert electrode (12). A solid electrolyte (13) is formed on the electrode by a sputtering process that takes place in a defined process atmosphere having argon, nitrogen, ammonia, or nitrogen dioxide. An intermediate layer (14) made of an active electrode material e.g. silver, and containing nitrogen with a concentration of 15 percentages is formed on the electrolyte. An active electrode (152) made of active electrode material is formed on the layer. The electrolyte contains specific percentage of germanium and germanium selenide. An independent claim is also included for a programmable resistive cell that is formed on a substrate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen. Die Erfindung betrifft weiterhin programmierbare resistive Zellen und einen integrierten elektronischen Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen.The The invention relates to a method for producing an integrated electronic circuit with programmable resistive cells. The invention further relates to programmable resistive cells and an integrated electronic data memory with programmable resistive cells.

Die Anforderungen an hochintegrierte elektronische Schaltkreise wachsen ständig. Vor allem bei elektronischen Datenspeichern, programmierbaren Logikbausteinen und bei Mikroprozessoren gilt es, die Integration immer weiter voranzutreiben und damit die Dichte der funktionalen elektronischen Elemente immer weiter zu erhöhen. Bei elektronischen Datenspeichern zielt die fortschreitende Entwicklung im Wesentlichen auf die Informationsdichte, die Zugriffsgeschwindigkeit und darauf, ob und wie lange der elektronische Datenspeicher einen Informationsgehalt ohne Zufuhr von Energie von außen zuverlässig speichern kann. Letzteres wird auch als die so genannte Flüchtigkeit eines Speichers bezeichnet.The Requirements for highly integrated electronic circuits are growing constantly. Especially with electronic data memories, programmable logic devices and with microprocessors, the goal is to drive integration further and further and thus the density of functional electronic elements always continue to increase. For electronic data storage, the progressive development aims at Essentially on the information density, the access speed and on whether and how long the electronic data storage one Store information content reliably without external supply of energy can. The latter is also referred to as the so-called volatility of a memory.

Während flüchtige Speicher, so wie beispielsweise ein DRAM (Dynamic Random Access Memory), den Informationsgehalt nur kurze Zeit speichern – und daher ständig aufgefrischt werden müssen – hat die Halbleiterindustrie auch eine Reihe von nicht-flüchtigen Speichern entwickelt, so wie beispielsweise den sog. Flash-RAM. Ein Flash-RAM behält zwar zuverlässig die in ihm gespeicherten Informationen über mehrere Jahre ohne Energiezufuhr von außen, jedoch ist zum Beschreiben eines Flash-RAMs viel Energie notwendig und die Integration mög lichst vieler Flash-RAM-Speicherzellen auf einem Substrat gegebener und oft stark begrenzter Größe stößt aufgrund der ausgedehnten Dimensionen derartiger Zellen schnell an Grenzen.While volatile memory, such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), the Information content only a short time save - and therefore constantly refreshed must have - has the Semiconductor industry also developed a number of non-volatile memories, such as the so-called. Flash RAM. A flash RAM keeps though reliable the information stored in it for several years without energy from Outside, however, much energy is required to write a flash RAM and integration as possible many Flash RAM memory cells on a substrate and given often of very limited size due to The extended dimensions of such cells are rapidly reaching their limits.

Die wissenschaftliche und industrielle Forschung sucht daher intensiv nach neuen Konzepten für nicht-flüchtige Speicher. Ein vielversprechender Vertreter eines derartigen nichtflüchtigen Speichers ist ein elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Speicherzellen. Diese programmierbaren resistiven Zellen können ihren elektrischen Widerstand durch das gezielte Anlegen von elektrischen Signalen verändern, während der so programmierte elektrische Widerstand bei Abwesenheit der Signale zuverlässig erhalten bleibt. Somit kann eine solche Speicherzelle zwei oder auch mehrere logische Zustände durch entsprechende Programmierung ihres elektrischen Widerstandes speichern. Eine binär codierte Speicherzelle speichert dann beispielsweise in einem hochohmigen Zustand die Information „0" und in einem niederohmigen Zustand die Information „1".The scientific and industrial research is therefore intensively seeking for new concepts for nonvolatile Storage. A promising representative of such a non-volatile Memory is an electronic data storage with programmable resistive memory cells. These programmable resistive cells can their electrical resistance by the targeted application of electrical Change signals, while the so programmed electrical resistance in the absence of Signals reliable preserved. Thus, such a memory cell two or also several logical states by appropriate programming of their electrical resistance to save. A binary coded memory cell then stores, for example in a high-impedance State the information "0" and in a low impedance State the information "1".

Ein bereits hochentwickeltes und gut verstandenes Materialsystem zur Realisierung programmierbarer resistiver Speicherzellen stellen die sog. Festkörperelektrolyte dar. In derartigen Materialen kann sich durch Anlegen elektrischer Signale ein leitender Pfad aus einem aktiven Elektrodenmaterial bilden. Ionen aus diesem aktiven Elektrodenmaterial sind im Festkörperelektrolyten beweglich und können daher durch ein elektrisches Feld im Elektrolyten bewegt werden. Schließt ein Pfad aus Ionen den ansonsten hochohmigen Festkörperelektrolyten zwischen zweier Elektroden kurz, so sinkt der effektive elektrische Widerstand drastisch. Durch Umkehr der Polarität des elektrischen Signals kann der Pfad aus Ionen wieder zu rückgebildet werden, und die programmierbare resistive Speicherzelle wird wieder in einen hochohmigen Zustand zurückgeführt. Als Gegenelektrode einer aktiven Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial dient oft eine sog. inerte Elektrode, die aus einem Material besteht, das nicht in den Elektrolyten eindringt.One already highly developed and well understood material system for Implementation of programmable resistive memory cells the so-called solid-state electrolytes In such materials, by applying electrical Signals form a conductive path of an active electrode material. Ions of this active electrode material are in the solid state electrolyte movable and therefore can be moved by an electric field in the electrolyte. Closes a path from ions the otherwise high-resistance solid-state electrolyte between two Short electrodes, the effective electrical resistance drops drastically. By reversing the polarity of the electrical signal, the path of ions can be regressed become, and the programmable resistive memory cell is again returned to a high impedance state. When Counter electrode of an active electrode of active electrode material often serves as a so-called inert electrode, which consists of a material, that does not penetrate into the electrolyte.

Von großem Interesse ist dabei eine mögliche Integration von Festkörperelektrolyten in bereits bestehende und etablierte Herstellungsprozesse für hochintegrierte elektronische Schaltkreise. Ein solcher Prozess ist beispielsweise der sog. CMOS-Prozess, mit dem in mehreren Hundert Einzelschritten ein elektronischer Schaltkreis mit Hilfe von Lithographie-, Abscheidungs- und Ätztechniken hergestellt wird.From great Interest is a possible Integration of solid state electrolytes in existing and established manufacturing processes for highly integrated electronic circuits. Such a process is for example the so-called CMOS process, with which in several hundred individual steps electronic circuit using lithography, deposition and etching techniques will be produced.

Da die für Festkörperelektrolyt-Systeme notwendigen Materialien, wie Germanium, Selen, Silber oder Kupfer, in bestehenden CMOS-Prozessen bisher nicht vorkommen, gilt es, die oben genannten Materialien zuverlässig und mit hoher Reproduzierbarkeit in einen CMOS-Prozess zu integrieren. Als kritische Probleme haben sich gewisse Inkompatibilitäten herausgestellt, wie beispielsweise bei der Verwendung von Germanium-Selenid und Silber. So wächst Silber – ein aktives Elektrodenmaterial – in dünnen Schichten nur in inhomogener Form auf Festkörperelektrolyten auf. Diese inhomogene Elektrodenschicht, teilweise auch koagulierte Inseln umfassend, führt dann im folgenden Verlauf der Prozessierung zu Schwierigkeiten bei der Strukturierung von weiteren elektronischen Elementen oder Leitungs- bzw. Isolationsschichten. Will man im Stand der Technik eine unvorteilhafte inhomogene Form der aktiven Elektrode verhindern, so muss man deren Schichtdicke erhöhen. Dies wirkt jedoch wieder dem Ziel einer erhöhten In tegration und größeren Packungsdichte der programmierbaren resistiven Zellen entgegen.There the for Solid electrolyte systems necessary materials such as germanium, selenium, silver or copper, in existing CMOS processes so far, it is, the above materials reliable and with high reproducibility to integrate into a CMOS process. As critical problems have certain incompatibilities as exemplified by the use of germanium selenide and silver. So grows Silver - one active electrode material - in thin layers only in inhomogeneous form on solid-state electrolytes. These inhomogeneous electrode layer, partially also coagulated islands comprehensive, leads then in the following course of the processing to difficulties the structuring of further electronic elements or line or Insulation layers. If one wants in the prior art, a disadvantageous Inhomogeneous form of the active electrode, so you have their layer thickness increase. However, this again has the goal of increased integration and greater packing density of programmable resistive cells.

Aus der US 2005/0286211 A1 ist eine Speicherzelle mit einer Inverter Elektrode, einer aktiven Elektrode und einem Festkörperelektrolyt dazwischen bekannt, bei dem Material aus der aktiven Elektrode in das Festkörperelektrolyt eindringt. Einen ähnlichen Aufbau beschreibt die US 2003/0049912 A1 und die US 2003/0068862 A1.US 2005/0286211 A1 discloses a memory cell with an inverter electrode, an active electrode and a solid electrolyte between them, in which material from the active electrode penetrates into the solid electrolyte. a similar structure describes the US 2003/0049912 A1 and US 2003/0068862 A1.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Speicherzellen bereitzustellen, das ein homogenes Wachstum aktiver Elektrodenmaterialien in dünnen Schichten auf Festkörperelektrolyten ermöglicht.It It is an object of the present invention to provide a process for the preparation an integrated electronic circuit with programmable To provide resistive storage cells that have a homogeneous growth active electrode materials in thin layers on solid-state electrolytes allows.

Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine programmierbare resistive Zelle bereitzustellen, die mit einer reduzierten räumlichen Ausdehnung eine höhere Integration gestattet.It It is a further object of the present invention to provide a programmable to provide a resistive cell with a reduced spatial Extension a higher one Integration allowed.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die programmierbare resistive Zelle gemäß Anspruch 25 gelöst, sowie durch den Datenspeicher gemäß Anspruch 35. These Tasks are achieved by the method according to claim 1 and the programmable Resistive cell according to claim 25 solved, and by the data memory according to claim 35.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst: In einem ersten Schritt wird ein Substrat bereitgestellt. Dieses Substrat – üblicherweise ein Halbleitersubstrat aus Silizium – kann dabei bereits elektronische Elemente, wie beispielsweise Transistoren, Leitungs- oder Isolationsschichten enthalten. Auf dem Substrat wird in einem nächsten Schritt eine inerte Elektrode ausgebildet. Zu dieser inerten Elektrode besteht vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zu bereits vorhandenen elektronischen Elementen und/oder Leitungselementen des Substrats. Auf der inerten Elektrode wird in einem folgenden Schritt ein Festkörperelektrolyt ausgebildet. In diesem ionenleitfähigen Festkörperelektrolyten können Ionen durch elektrische Signale bewegt werden, die so einen leitenden Pfad ausbilden können um damit den effektiven elektrischen Widerstand des Festkörperelektrolyten drastisch abzusenken. Auf dem Festkörperelektrolyten wird daraufhin eine Zwischenschicht ausgebildet, die aus aktivem Elektrodenmaterial und Stickstoff besteht. Auf die Zwischenschicht wird in einem abschließenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine aktive Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial ausgebildet. Zur Komplettierung des integrierten elektronischen Schaltkreises können nun weitere Prozessschritte erfolgen, die Teil eines an sich bereits bekannten Herstellungsprozesses sind, so beispielsweise Teil eines CMOS-Prozesses.According to one The first aspect of the present invention is a method of manufacture an integrated electronic circuit with programmable Resistive cells provided, which includes the following steps: In a first step, a substrate is provided. This Substrate - usually a semiconductor substrate made of silicon - can already be electronic Elements, such as transistors, conduction or insulation layers contain. On the substrate, in a next step, an inert Electrode formed. To this inert electrode is preferably an electrical contact with existing electronic elements and / or conductive elements of the substrate. On the inert electrode In a subsequent step, a solid electrolyte is formed. In this ion-conductive Solid state electrolytes can be ions be moved by electrical signals, which are such a conductive Path can educate around thus the effective electrical resistance of the solid electrolyte drastically lower. On the solid electrolyte is then an intermediate layer formed of active electrode material and nitrogen exists. On the interlayer is in a final step the method according to the invention an active electrode formed of active electrode material. To complete the integrated electronic circuit can Now further process steps take place, the part of itself already known manufacturing process, such as part of a CMOS process.

Durch das erfindungsgemäße Ausbilden einer Zwischenschicht, die sowohl ein aktives Elektrodenmaterial als auch Stickstoff aufweist, wird das Ausbilden einer aktiven Elektrode aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf dem Festkörperelektrolyt wesentlich begünstigt. Die Zwischenschicht, die Stickstoff aufweist, verhindert ein inhomogenes Ausbilden aktiven Elektrodenmaterials in Form von koagulierten Inseln oder in anderen nachteiligen Formen auf dem Festkörperelektrolyten. Der Stickstoff der Zwischenschicht führt zu einem homogen Ausbilden der aktiven Elektrode im weiteren Prozessverlauf, und dies auch von aktivem Elektrodenmaterial in Form dünner Schichten. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit eine vorteilhafte Weiterprozessierung des integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen, da es das Ausbilden einer dünnen homogenen aktiven Elektrode ermöglicht.By the formation according to the invention an intermediate layer containing both an active electrode material As well as nitrogen, the formation of an active electrode from the active electrode material on the solid electrolyte substantially favors. The intermediate layer, which has nitrogen, prevents an inhomogeneous Form active electrode material in the form of coagulated islands or in other adverse forms on the solid state electrolyte. The nitrogen of the intermediate layer leads to a homogeneous formation the active electrode in the further course of the process, and so on of active electrode material in the form of thin layers. The inventive method thus allows an advantageous further processing of the integrated electronic circuit with programmable resistive cells, since it is forming a thin homogeneous active electrode allows.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine programmierbare resistive Zelle auf einem Substrat vorgesehen, die die im Folgenden beschriebenen Komponenten umfasst. Das Substrat – üblicherweise ein Halbleitersubstrat aus Silizium – kann dabei bereits elektronische Elemente, wie beispielsweise Transistoren, Leitungs- oder Isolationsschichten enthalten. Auf dem Substrat ist eine inerte Elektrode vorgesehen, zu der vorzugsweise ein elektrischer Kontakt von bereits vorhandenen elektronischen Elementen oder Leitungselementen des Substrats besteht. Auf der inerten Elektrode ist ein ionenleitfähiger Festkörperelektrolyt angeordnet, in dem vermittels elektrischer Signale Ionen bewegt werden können, die so einen leitenden Pfad ausbilden können. Auf dem Festkörperelektrolyten ist ferner eine Zwischenschicht angeordnet, die ein aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält. Auf dieser Zwischenschicht ist dann eine aktive Elektrode aus aktivem Elektrodenmaterial angeordnet.According to one second aspect of the present invention is a programmable Resistive cell provided on a substrate, the following comprises components described. The substrate - usually a semiconductor substrate made of silicon - can already electronic elements, such as transistors, Conduction or insulation layers included. On the substrate is an inert electrode is provided, to which preferably an electrical Contact of existing electronic elements or line elements of the substrate. On the inert electrode is an ion-conductive solid electrolyte arranged in which ions are moved by means of electrical signals can, who can form such a conductive path. On the solid electrolyte Furthermore, an intermediate layer is arranged, which is an active electrode material and nitrogen. On this intermediate layer is then an active electrode of active Electrode material arranged.

Die erfindungsgemäße programmierbare resistive Zelle weist eine reduzierte räumliche Ausdehnung auf, und kann daher in einer größeren Packungsdichte auf einem Bauteil integriert werden. Die reduzierte räumliche Ausdehnung wird durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Zwischenschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der aktiven Elektrode ermöglicht. Die Zwischenschicht ermöglicht eine homogene aktive Elektrode auch in Form dünner Schichten.The inventive programmable resistive cell has a reduced spatial extent, and can therefore be in a larger packing density be integrated on a component. The reduced spatial Expansion is achieved by the provision according to the invention of an intermediate layer the solid state electrolyte and the active electrode allows. The intermediate layer allows a homogeneous active electrode also in the form of thin layers.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein integrierter elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen vorgesehen. Da die erfindungsgemäßen programmierbaren resistiven Zellen eine reduzierte räumliche Ausdehnung aufweisen, können diese in einer größeren Pa ckungsdichte auf dem integrierter elektronischer Datenspeicher integriert werden. Der erfindungsgemäße integrierte elektronische Datenspeicher kann somit bei einer gegebenen Substratgröße mehr Speicherkapazität aufweisen, bzw. erfordert bei einer gegebenen geforderten Speicherkapazität einen wesentlich reduzierten Materialeinsatz.According to a third aspect of the present invention, an integrated electronic data memory with programmable resistive cells is provided. Since the programmable resistive cells according to the invention have a reduced spatial extent, they can be integrated in a larger packing density on the integrated electronic data memory. The integrated electronic data memory according to the invention can thus be used for a given substrate size Have more storage capacity, or requires for a given required storage capacity a significantly reduced use of materials.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Festkörperelektrolyt einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% und enthält vorzugsweise Germanium-Selenid. Dieses Material weist hervorragende Festkörperelektrolyteigenschaften auf, und erlaubt die Herstellung zuverlässiger Elemente und Bauteile.According to one embodiment of the present invention the solid electrolyte a germanium content in the range of 30% to 50% and preferably contains Germanium selenide. This material has excellent solid state electrolyte properties on, and allows the production of reliable elements and components.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden des Festkörperelektrolyten durch einen Sputter-Prozess. Während eines Sputter-Prozesses werden ein oder mehrere Festkörpermaterialien in einem Vakuum oder in einer wohl definierten Prozessatmosphäre zerstäubt. Die Prozessbedingungen erlauben dabei einen reinen Niederschlag und eine stabile Schichtbildung des zerstäubten Materials auf einem Substrat. Die definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst.According to one another embodiment According to the present invention, the formation of the solid electrolyte takes place through a sputtering process. While of a sputtering process become one or more solid state materials atomized in a vacuum or in a well-defined process atmosphere. The Process conditions allow a pure precipitation and a stable layer formation of the sputtered material on a substrate. The defined process atmosphere can contain argon, which as inert inert gas, the material during the Sputtering process is not affected.

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Stickstoffkonzentration in der Zwischenschicht mindestens 15%. Dieser Stickstoffanteil in der Zwischenschicht hat sich als vorteilig erwiesen, um einerseits ein homogenes und zuverlässiges Wachstum der darauf folgenden aktiven Elektrode zu gewährleisten und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften nicht wesentlich zu beeinflussen. Die Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise zwischen 1,5nm und 5nm dick. at of the present invention the nitrogen concentration in the intermediate layer is at least 15%. This nitrogen content in the intermediate layer has proven to be advantageous on the one hand, a homogeneous and reliable growth of it to ensure the following active electrode and simultaneously not significantly affect the electrical properties. The intermediate layer is preferably between 1.5 nm and 5 nm thick.

Eine derartige Zwischenschicht genügt, um das homogene Wachstum der aktiven Elektrode zu gewährleisten, und ist gleichzeitig dünn genug, um die programmierbare resistive Zelle nicht wesentlich zu vergrößern.A such intermediate layer is sufficient to ensure the homogeneous growth of the active electrode, and is thin at the same time enough to not significantly increase the programmable resistive cell enlarge.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden der Zwischenschicht durch einen Sputter-Prozess. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material der Zwischenschicht während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. Ferner kann die Prozessatmosphäre Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3), oder Stickstoffdioxid (NO2) enthalten. Während des Sputterns wird der gasförmige Stickstoff gespalten, bzw. der Stickstoff aus einer gasförmigen Stickstoffverbindung, wie beispielsweise dem NH3 oder dem NO2, abgespalten, sodass der atomare Stickstoff während der Zerstäubung und des Niederschlags in das aktive Elektrodenmaterial integriert werden kann. So wird der Stickstoff stabil in die Schicht auf dem Substrat eingebaut. Die oben genannten gasförmigen Stickstoffverbindungen haben sich als vorteilhaft im Sinne einer reproduzierbaren und zuverlässigen Durchführung eines Sputter-Prozesses erwiesen. Die Stoffe sind ferner einfach zu handhaben und erfordern keine extensiven Sicherheitsvorkehrungen und es entstehen des Weiteren keine gefährlichen Reaktionsprodukte.According to another embodiment of the present invention, the formation of the intermediate layer is performed by a sputtering process. A defined process atmosphere may contain argon, which as an inert noble gas does not affect the material of the intermediate layer during the sputtering process. Further, the process atmosphere may include nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), or nitrogen dioxide (NO 2 ). During sputtering, the gaseous nitrogen is split, or the nitrogen from a gaseous nitrogen compound, such as the NH 3 or the NO 2 , split off, so that the atomic nitrogen can be integrated during the sputtering and the precipitation in the active electrode material. Thus, the nitrogen is stably incorporated into the layer on the substrate. The abovementioned gaseous nitrogen compounds have proved to be advantageous in terms of a reproducible and reliable performance of a sputtering process. Furthermore, the materials are easy to handle and do not require extensive safety precautions, and further, there are no hazardous reaction products.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die aktive Elektrode homogen auf der Zwischenschicht ausgebildet. Die aktive Elektrode ist somit kontinuierlich und gleichmäßig auf der Zwischenschicht mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke über die horizontale Ausbreitung der Zwischenschicht ausgebildet. Die homogene aktive Elektrode erlaubt eine weitere vorteilhafte Prozessie rung in einer sicheren und reproduzierbaren Weise, und kann dabei – zur Erhöhung der Integration – möglichst dünn ausgeführt werden. Um homogene aktive Elektroden ohne Zwischenschicht zu erzielen, musste bisher die Schichtdicke der aktiven Elektrode in nachteiliger Weise drastisch erhöht werden, was enge Grenzen bezüglich einer Integration von möglichst vielen programmierbaren resistiven Zellen auf einen gegebenen Substrat setzt.According to one another embodiment According to the present invention, the active electrode becomes homogeneous the intermediate layer is formed. The active electrode is thus continuously and evenly the intermediate layer having a substantially constant layer thickness over the formed horizontal spread of the intermediate layer. The homogeneous active electrode allows a further advantageous processing tion in a safe and reproducible way, and can - to increase the Integration - as possible be performed thin. Around had to achieve homogeneous active electrodes without an intermediate layer So far, the layer thickness of the active electrode in a disadvantageous manner drastically increased what are narrow limits regarding an integration of possible many programmable resistive cells on a given substrate puts.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die aktive Elektrode durch einen Sputter-Prozess ausgebildet. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das aktive Elektrodenmaterial während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst.According to one another embodiment According to the present invention, the active electrode is replaced by a Sputtering process formed. A defined process atmosphere can In this case, argon containing as inert inert gas, the active electrode material while of the sputtering process is not affected.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenschicht und die aktive Elektrode durch einen gemeinsamen Sputter-Prozess ausgebildet. Dabei enthält die Prozessatmosphäre nur beim Sputtern der Zwischenschicht eine gasförmige Stickstoffverbindung, wie zum Beispiel Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3), oder Stickstoffdioxid (NO2). Das Substrat kann dabei in der selben Prozesskammer verbleiben und es können zwei Schichten eben dort ausgebildet werden. Dies reduziert wesentlich eine Kontamination und eine nachteilige Veränderung der Substratoberfläche bzw. der dort bereits aufgebrachten Schichten.According to another embodiment of the present invention, the intermediate layer and the active electrode are formed by a common sputtering process. The process atmosphere contains only during the sputtering of the intermediate layer, a gaseous nitrogen compound, such as nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), or nitrogen dioxide (NO 2 ). The substrate can remain in the same process chamber and two layers can be formed there. This substantially reduces contamination and a disadvantageous change in the substrate surface or the layers already applied there.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine weitere Zwischenschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der Zwischenschicht vorgesehen. Diese weitere Zwischenschicht enthält vorzugsweise Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff. Damit dient die weitere Zwischenschicht als Übergangsschicht zwischen dem Festkörperelektrolyten und der Zwischenschicht und verbessert weiter die Wachstumsbedingungen der Schichtenfolge insgesamt. Dabei kann die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht mindestens 15% betragen. Die weitere Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise zwischen 1,5nm und 5nm dick. Dies genügt um das homogene Wachstum der gesamten Schichtenfolge zu gewährleisten und die weitere Zwischenschicht ist gleichzeitig dünn genug, um die programmierbare resistive Zelle nicht wesentlich zu vergrößern.According to another embodiment of the present invention, a further intermediate layer is provided between the solid electrolyte and the intermediate layer. This further intermediate layer preferably contains solid electrolyte material, active electrode material and nitrogen. Thus, the further intermediate layer serves as a transition layer between the solid electrolyte and the intermediate layer and further improves the growth conditions of the layer sequence as a whole. The nitrogen concentration in the further intermediate layer may amount to at least 15%. The further intermediate layer is preferably between 1.5 nm and 5 nm thick. This is enough ensuring the homogeneous growth of the entire layer sequence and the further intermediate layer is at the same time thin enough so as not to significantly increase the programmable resistive cell.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht durch einen Sputter-Prozess. Eine definierte Prozessatmosphäre kann dabei Argon enthalten, das als inertes Edelgas das Material der weiteren Zwischenschicht während des Sputter-Prozesses nicht beeinflusst. Ferner kann die Prozessatmosphäre Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3), oder Stickstoffdioxid (NO2), enthalten. Dadurch kann wieder atomarer Stickstoff während der Zerstäubung und des Niederschlags in die weitere Zwischenschicht integriert werden.According to a further embodiment of the present invention, the formation of the further intermediate layer takes place by means of a sputtering process. A defined process atmosphere may contain argon, which as an inert noble gas does not affect the material of the further intermediate layer during the sputtering process. Further, the process atmosphere may include nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), or nitrogen dioxide (NO 2 ). As a result, atomic nitrogen can again be integrated into the further intermediate layer during atomization and precipitation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die weitere Zwischenschicht, die Zwischenschicht und die aktive Elektrode durch einen gemeinsamen Sputterprozess ausgebildet. Dabei enthält die Prozessatmosphäre nur beim Sputtern der weiteren Zwischenschicht und der Zwischenschicht eine gasförmige Stickstoffverbindung, wie zum Beispiel Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3), oder Stickstoffdioxid (NO2). Das Substrat kann dabei folglich in der selben Prozesskammer verbleiben und es können drei Schichten eben dort ausgebildet werden.According to another embodiment of the present invention, the further intermediate layer, the intermediate layer and the active electrode are formed by a common sputtering process. In this case, the process atmosphere contains only during sputtering of the further intermediate layer and the intermediate layer, a gaseous nitrogen compound, such as nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), or nitrogen dioxide (NO 2 ). The substrate can thus remain in the same process chamber and three layers can be formed there.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das aktive Elektrodenmaterial Silber, das sich in ionisierter Form in vorteilhafter Weise gut durch den Festkörperelektrolyten bewegen kann und so einen niederohmigen leitenden Pfad zwischen zwei sich gegenüberstehenden Elektroden ausbilden kann. Damit wird der Festkörperelektrolyt von einem hochohmigen Initialzustand in einen niederohmigen Zustand reversibel überführt.According to one another embodiment of the present invention the active electrode material silver, which is in ionized form can move well through the solid electrolyte in an advantageous manner and thus a low resistance conductive path between two opposing electrodes can train. Thus, the solid electrolyte of a high-impedance Initial state reversibly converted into a low-resistance state.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1A eine erste schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß dem Stand der Technik, 1A a first schematic representation of the layer structure according to the prior art,

1B eine zweite schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß dem Stand der Technik, 1B a second schematic representation of the layer structure according to the prior art,

1C eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1C a schematic representation of the layer structure according to a first embodiment of the present invention,

1D eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem leitenden Pfad, 1D 1 is a schematic representation of the layer structure according to the first embodiment of the present invention with a conductive path;

1E eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1E a schematic representation of the layer structure according to a second embodiment of the present invention,

2 eine schematische Darstellung einer programmierbaren resistiven Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 a schematic representation of a programmable resistive cell according to a third embodiment of the present invention, and

3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 a flowchart of the method according to a fourth embodiment of the present invention.

1A zeigt eine erste schematische Darstellung einer Schichtenabfolge nach dem Stand der Technik. Auf einem ersten Substrat 11 ist dabei eine erste inerte Elektrode 12 angeordnet. Auf der ersten inerten Elektrode 12 wird ein erster Festkörperelektrolyt 13 ausgebildet. Soll nun eine dünne Schicht aus aktivem Elektrodenmaterial auf dem ersten Festkörperelektrolyten 13 abgeschieden werden, so kann es zu einer inhomogenen ersten aktiven Elektrode 150 kommen. Wie hier gezeigt, kann es sogar – in nachteiliger Weise – zur Bildung von koagulierten Inseln kommen. Die Oberfläche 1500 der ersten aktiven Elektrode 150 weist hier eine unebene Oberflächentopologie auf. Dies erschwert, oder verhindert sogar, das zuverlässige Aufbringen weiterer Schichten im Laufe des Herstellungsprozesses. Ferner können die elektrischen Eigenschaften aktiven Elektrode einer programmierbaren resistiven Zelle empfindlich gestört sein, und damit kann das zuverlässige Anlegen elektrischer Signale unmöglich werden. 1A shows a first schematic representation of a layer sequence according to the prior art. On a first substrate 11 is a first inert electrode 12 arranged. On the first inert electrode 12 becomes a first solid electrolyte 13 educated. Let now a thin layer of active electrode material on the first solid electrolyte 13 can be deposited, it may be an inhomogeneous first active electrode 150 come. As shown here, it may even - disadvantageously - come to the formation of coagulated islands. The surface 1500 the first active electrode 150 here has an uneven surface topology. This complicates, or even prevents, the reliable application of additional layers during the manufacturing process. Further, the electrical properties of the active electrode of a programmable resistive cell may be severely disturbed and thus the reliable application of electrical signals may become impossible.

In 1B ist eine zweite schematische Darstellung der Schichtenabfolge gemäß einem bekannten verbesserten Stand der Technik gezeigt. Hierbei wird die Inselbildung bzw. die inhomogene Ausbildung der aktiven Elektrodenschicht durch eine erhöhte Schichtdicke 101 verhindert. Die zweite aktive Elektrode 151 ist im hier gezeigten Fall mit einer erhöhten Schichtdicke 101 aufgetragen. Damit kann zwar die zweite aktive Elektrode 151 homogen auf dem ersten Festkörperelektrolyten 13 abgeschieden werden, aber die hierzu erforderliche erhöhte Schichtdicke 101 der zweiten aktiven Elektrode 151 stellt ein wesentliches Hindernis für eine Verkleinerung der aktiven Strukturen in einer integrierten Schaltung dar. Der erste Festkörperelektrolyt 13 befindet sich hier wieder auf einer ersten inerten Elektrode 12 und mit dieser zusammen auf einem ersten Substrat 11.In 1B a second schematic representation of the layer sequence according to a known, improved prior art is shown. Here, the island formation or the inhomogeneous formation of the active electrode layer by an increased layer thickness 101 prevented. The second active electrode 151 is in the case shown here with an increased layer thickness 101 applied. Although this is the second active electrode 151 homogeneous on the first solid electrolyte 13 are deposited, but the required increased layer thickness 101 the second active electrode 151 represents a major obstacle to a reduction of the active structures in an integrated circuit. The first solid electrolyte 13 is here again on a first inert electrode 12 and with this together on a first substrate 11 ,

1C und 1D zeigen schematisch die Schichtenabfolge gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf dem ersten Substrat 11 ist wieder die erste inerte Elektrode 12 und darauf der erste Festkörperelektrolyt 13 ausgebildet. Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf dem ersten Festkörperelektrolyten 13 eine erste Zwischenschicht 14 ausgebildet, die ein homogenes und dünnes Aufbringen einer dritten aktiven Elektrode 152 ermöglicht. Die reduzierte Schichtdicke 102 der ersten Zwischenschicht 14 und der dritten aktiven Elektrode 152 fällt dabei im Vergleich zur erhöhten Schichtdicke 101 wesentlich geringer aus. Erfindungsgemäß kann also auf dicke Schichten verzichtet werden, und wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Integration werden somit umgangen. Ferner weist die dritte aktive Elektrode 152 eine vorteilhafte homogene ebene Oberfläche 1520 auf, um weitere Elemente und Schichten, wie beispielsweise eine hier gezeigte erste Zuleitung 16, ungestört und zuverlässig aufbringen zu können. 1C and 1D schematically show the layer sequence according to a first embodiment of the present invention. On the first substrate 11 is again the first inert electrode 12 and then the first solid electrolyte 13 educated. According to the first embodiment of the present invention is on the first solid electrolytes 13 a first intermediate layer 14 formed, which is a homogeneous and thin application of a third active electrode 152 allows. The reduced layer thickness 102 the first intermediate layer 14 and the third active electrode 152 falls in comparison to the increased layer thickness 101 much lower. According to the invention can therefore be dispensed with thick layers, and essential restrictions on the integration are thus avoided. Further, the third active electrode 152 an advantageous homogeneous flat surface 1520 on to other elements and layers, such as a first lead shown here 16 to apply undisturbed and reliable.

1D zeigt die Funktion des ersten Festkörperelektrolyten 13 als ein Element mit einem programmierbaren Widerstand. Durch Anlegen elektrischer Signale zwischen der ersten inerten Elektrode 12 und der dritten aktiven Elektrode 152 kann sich im ersten Festkörperelektrolyten 13 ein leitender Pfad 17 aus aktiven Elektrodenmaterial aus dem ersten Festkörperelektrolyten 13, der Zwischenschicht 14 und der dritten aktiven Elektrode 152 ausbilden. Dieser leitende Pfad 17 schließt den ansonsten hochohmigen ersten Festkörperelektrolyten 13 kurz, und verringert den Widerstand zwischen der ersten iner ten Elektrode 12 und der dritten aktiven Elektrode 152. Durch entsprechende Umpolung der elektrischen Signale kann der leitende Pfad 17 wieder zurückgebildet werden, und die Struktur kehrt wieder in einen hochohmigen Zustand, wie in 1C gezeigt, zurück. 1D shows the function of the first solid electrolyte 13 as an element with a programmable resistor. By applying electrical signals between the first inert electrode 12 and the third active electrode 152 may be in the first solid electrolyte 13 a guiding path 17 of active electrode material from the first solid electrolyte 13 , the intermediate layer 14 and the third active electrode 152 form. This guiding path 17 closes the otherwise high-resistance first solid-state electrolyte 13 short, and reduces the resistance between the first inner electrode 12 and the third active electrode 152 , By appropriate polarity reversal of the electrical signals, the conductive path 17 be re-formed, and the structure returns to a high-impedance state, as in 1C shown back.

1E zeigt schematisch die Schichtenabfolge gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf dem ersten Substrat 11 ist wieder die erste inerte Elektrode 12 und darauf ein weiterer Festkörperelektrolyt 130 ausgebildet. Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf dem weiteren Festkörperelektrolyten 130 zunächst eine weitere Zwischenschicht 18 und darauf die erste Zwischenschicht 14 ausgebildet. Die weitere Zwischenschicht 18 enthält dabei sowohl aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff als auch Festkörperelektrolyt-Material. Die Schichtfolge weiterer Festkörperelektrolyt 130 – weitere Zwischenschicht 18 – erste Zwischenschicht 14 erlaubt in besonders vorteilhafter Weise ein dünnes und homogenes Aufbringen der dritten aktiven Elektrode 152. 1E schematically shows the layer sequence according to a second embodiment of the present invention. On the first substrate 11 is again the first inert electrode 12 and then another solid electrolyte 130 educated. According to the second embodiment of the present invention, on the other solid electrolyte 130 first another intermediate layer 18 and then the first intermediate layer 14 educated. The further intermediate layer 18 contains both active electrode material and nitrogen as well as solid electrolyte material. The layer sequence of further solid electrolyte 130 - more intermediate layer 18 - first intermediate layer 14 allows in a particularly advantageous manner, a thin and homogeneous application of the third active electrode 152 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung einer programmierbaren resistiven Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf einem zweiten Substrat 21 ist dabei eine zweite inerte Elektrode 22 ausgebildet. Auf der zweiten inerten Elektrode 22 wird eine Isolationsschicht 28 strukturiert ausgebildet. Die strukturierte Isolationsschicht 28 dient zur Definition einzelner Zellen mit programmierbaren elektrischen Widerstand. In einem Graben der strukturierten Isolationsschicht 28 befindet sich ein zweiter Festkörperelektrolyt 23 auf dem eine zweite Zwischenschicht 24 das Ausbilden einer dünnen homogenen vierten aktiven Elektrode 25 gestattet. Die Oberfläche 250 der vierten aktiven Elektrode 25 erlaubt dabei in vorteilhafter Weise das Aufbringen weiterer Elemente, so beispielsweise einer zweiten Zuleitung 26, die sich in einer strukturierten weiteren Isolationsschicht 29 befindet. Das erfindungsgemäße Vorsehen der zweiten Zwischenschicht 24 gestattet das Ausbilden der Schichtkombination der zweiten Zwischenschicht 24 und der vierten aktiven Elektrode 25 mit einer weiteren reduzierten Schichtdicke 200. Damit kann die Gesamthöhe der Schichtenfolge minimiert und damit die Integration, bei zuverlässiger Herstellung des gesamten Bauteils, erhöht werden. 2 shows a schematic representation of a programmable resistive cell according to a third embodiment of the present invention. On a second substrate 21 is a second inert electrode 22 educated. On the second inert electrode 22 becomes an insulation layer 28 structured formed. The structured insulation layer 28 is used to define individual cells with programmable electrical resistance. In a trench of the structured insulation layer 28 there is a second solid electrolyte 23 on the a second intermediate layer 24 forming a thin homogeneous fourth active electrode 25 allowed. The surface 250 the fourth active electrode 25 allows advantageously the application of other elements, such as a second supply line 26 , which are in a structured further isolation layer 29 located. The inventive provision of the second intermediate layer 24 allows the formation of the layer combination of the second intermediate layer 24 and the fourth active electrode 25 with a further reduced layer thickness 200 , Thus, the total height of the layer sequence can be minimized and thus the integration, with reliable production of the entire component can be increased.

Die Substrate 11, 21 sind in der Regel als ein Siliziumsubstrat ausgeführt, auf das hochentwickelte und etablierte Fertigungsprozesse, so wie beispielsweise ein CMOS-Prozess, angewendet werden können, um integrierte elektronische Schaltkreise zu realisieren. Besondere Anforderungen an das Material der inerten Elektroden 11, 22 werden nicht gestellt, obwohl es von Vorteil ist, die inerten Elektroden 11, 22 aus einem leitenden Material auszubilden, dass sich nicht in den Festkörperelektrolyten 13, 23 löst. Beispiele hierfür sind dotiertes oder undotierten polykristallines Silizium oder die in der Halbleiterindustrie üblichen Metalle, wie beispielsweise Gold, Wolfram oder Aluminium.The substrates 11 . 21 are typically implemented as a silicon substrate to which sophisticated and established manufacturing processes, such as a CMOS process, can be applied to realize integrated electronic circuits. Special requirements for the material of the inert electrodes 11 . 22 are not provided, although it is beneficial, the inert electrodes 11 . 22 from a conductive material that does not form in the solid state electrolyte 13 . 23 solves. Examples include doped or undoped polycrystalline silicon or the metals commonly used in the semiconductor industry, such as gold, tungsten or aluminum.

Die Festkörperelektrolyte 13, 23 bestehen beispielsweise aus Germanium-Selenid oder Germanium-Sulfid. Weitere günstige Materialien stellen Germanium-Tellurid, Silicium-Selenid, Silicium-Sulfid, Blei-Sulfid, Blei-Selenid, Blei-Tellurid, Zinn-Sulfid, Zinn-Selenid, Zinn-Tellurid, Zink-Sulfid, Zink-Selenid, Cadmium-Sulfid oder Cadmium-Selenid dar. Die oben genannten Materialien erlauben die Realisierung von programmierbaren resistiven Zellen in hinreichend hoher Integration und bei vorteilhaften Betriebstemperaturen im Bereich üblicher Umgebungstemperaturen.The solid state electrolytes 13 . 23 consist for example of germanium-selenide or germanium-sulfide. Other favorable materials include germanium telluride, silicon selenide, silicon sulfide, lead sulfide, lead selenide, lead telluride, tin sulfide, tin selenide, tin telluride, zinc sulfide, zinc selenide, cadmium Sulfide or cadmium selenide. The above-mentioned materials allow the realization of programmable resistive cells in a sufficiently high integration and at advantageous operating temperatures in the range of normal ambient temperatures.

In vorteilhafter Weise enthalten die Zwischenschichten 14, 24 und die aktiven Elektroden 152, 25 Silber, Zink, Kupfer oder Natrium, die sich in oben genannten Festkörperelektrolyt-Materialien gut bewegen können und eben dort einen leitenden Pfad ausbilden können. Ferner enthalten die Zwischenschichten 14, 24 neben dem aktiven Elektrodenmaterial Stickstoff. Damit können die aktiven Elektroden 152, 25 in vorteilhafter Weise dünn und homogen auf den Zwischenschichten 14, 24 ausgebildet werden. Die Dicke der Zwischenschichten 14, 24 kann dabei lediglich 1,5nm bis 5nm betragen.Advantageously, the intermediate layers contain 14 . 24 and the active electrodes 152 . 25 Silver, zinc, copper or sodium, which can move well in the above-mentioned solid electrolyte materials and can form a conductive path there. Furthermore, the intermediate layers contain 14 . 24 In addition to the active electrode material nitrogen. This allows the active electrodes 152 . 25 advantageously thin and homogeneous on the intermediate layers 14 . 24 be formed. The thickness of the intermediate layers 14 . 24 can be only 1.5nm to 5nm.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Vorbereitungsschritt S1 wird ein Substrat mit einer inerten Elektrode in eine Prozesskammer (PK) eingebracht. 3 FIG. 12 shows a flowchart of the method for manufacturing an integrated circuit with programmable resistive cells according to a fourth embodiment of the present invention. In a preparatory step S1, a substrate with an inert electrode is introduced into a process chamber (PK).

Daraufhin wird die Prozesskammer in einem ersten Evakuationsschritt S2 evakuiert, um eine definierte Prozessatmosphäre zu ermöglichen.thereupon the process chamber is evacuated in a first evacuation step S2, to enable a defined process atmosphere.

Nach der Evakuation der Prozesskammer wird in einem ersten Einlassschritt S3 Argon eingelassen, dies vorteilhafterweise mit einem Fluss von 150 sccm (Standard cm3 pro min.).After the evacuation of the process chamber, argon is admitted in a first inlet step S3, advantageously with a flow of 150 sccm (standard cm 3 per min.).

Daraufhin erfolgt in einem ersten Abscheidungsschritt S4 das Abscheiden eines Festkörperelektrolyten, beispielsweise von Germanium-Selenid (40:60) mit einer Schichtdicke im Bereich von 10nm bis 50nm. Der Festkörperelektrolyt kann durch RF- Sputtern in der Prozesskammer abgeschieden werden, wobei eine Radiofrequenz (RF) von 13,56 MHz bei einer Leistung von 200W bis 300W zum Einsatz kommt.thereupon in a first deposition step S4, the deposition of a Solid electrolyte, for example, germanium selenide (40:60) with a layer thickness in the range of 10nm to 50nm. The solid state electrolyte can be generated by RF sputtering in the process chamber are deposited, with a radio frequency (RF) of 13.56 MHz at a power of 200W to 300W is used.

Nach erfolgter Abscheidung des Festkörperelektrolyten wird die Prozesskammer in einem zweiten Evakuationsschritt S5 erneut evakuiert, um wieder eine definierte Prozessatmosphäre für den folgenden Abscheidungsschritt bereitzustellen.To Successful deposition of the solid electrolyte the process chamber is again in a second evacuation step S5 evacuated to get back to a defined process atmosphere for the following Deposition step provide.

Nach der Evakuation der Prozesskammer wird in einem zweiten Einlassschritt S6 Argon mit einer gasförmigen Stickstoffverbindung in die Prozesskammer eingelassen. Anstatt Argon können jedoch auch andere übliche inerte Prozessgase wie z. B. Stickstoff (N2), Helium (He), Neon (Ne) oder Krypton (Kr) zum Einsatz kommen. Als gasförmige Stickstoffverbindung kommen beispielsweise Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3) oder Stickstoffdioxid (NO2) zum Einsatz. Vorteilhafterweise liegt der Argonfluss im Bereich von 10 sccm bis 50 sccm und der Fluss der Stickstoffverbindung, beispielsweise Stickstoff (N2), im Bereich von 5 sccm bis 20 sccm. Als gasförmige Stickstoffverbindungen kommen allgemein diejenigen Verbindungen in Betracht, bei denen atomarer Stickstoff durch ein Plasma abgetrennt werden kann, und deren abgespaltenen Reste nicht in das abzuscheidende Material eingebaut werden. So wird beispielsweise bei der Verwendung von Ammoniak (NH3) und Silber der Stickstoff N durch das Plasma in atomarer Form abgespalten und mit dem zerstäubten Silber zur Bildung einer Silber-Stickstoff-Schicht abgeschieden, während der Wasserstoff H des Ammoniaks nicht in die Schicht eingebaut wird sondern mit dem inerten Prozessgas, hier beispielsweise mit dem Argon, aus der Prozesskammer geführt wird.After the evacuation of the process chamber, argon is introduced into the process chamber with a gaseous nitrogen compound in a second inlet step S6. Instead of argon, however, other conventional inert process gases such. As nitrogen (N 2 ), helium (He), neon (Ne) or krypton (Kr) are used. As a gaseous nitrogen compound, for example, nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ) or nitrogen dioxide (NO 2 ) are used. Advantageously, the flow of argon is in the range of 10 sccm to 50 sccm and the flow of the nitrogen compound, for example nitrogen (N 2 ), is in the range of 5 sccm to 20 sccm. Suitable gaseous nitrogen compounds are in general those compounds in which atomic nitrogen can be separated off by a plasma, and whose cleaved residues are not incorporated into the material to be deposited. For example, with the use of ammonia (NH 3 ) and silver, the nitrogen N is split off by the plasma in atomic form and deposited with the atomized silver to form a silver-nitrogen layer, while the hydrogen H of the ammonia is not incorporated into the layer but is out of the process chamber with the inert process gas, here for example with argon.

Mittels DC-Sputterns wird mit einer Leistung im Bereich von 1,5kW bis 3kW bei einem Substratdurchmesser von 20cm bis 30cm die Zwischenschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 1,5 bis 5nm in einem zweiten Abscheidungsschritt S7 abgeschieden. Die Anwesenheit der gasförmigen Stickstoffverbindung während des Sputterns führt zu einem reaktiven Sputtern und zu einer Integration von Stickstoff in die abgeschiedene Silberschicht auf dem Substrat. Der Stickstoffgehalt liegt dabei bei mindestens 15%.through DC sputtering is rated at 1.5kW to 3kW at a substrate diameter of 20cm to 30cm the intermediate layer with a layer thickness in the range of 1.5 to 5nm in a second Deposition step S7 deposited. The presence of the gaseous nitrogen compound while sputtering leads to a reactive sputtering and to an integration of nitrogen in the deposited silver layer on the substrate. The nitrogen content is at least 15%.

Nach Abscheiden der Zwischenschicht wird die Prozesskammer erneut in einem dritten Evakuationsschritt S8 evakuiert um für die weiteren Prozesse wieder eine definierte Prozessatmosphäre bereitzustellen.To Depositing the intermediate layer, the process chamber is again in a third evacuation step S8 evacuated for the others Processes again provide a defined process atmosphere.

Vor der Abscheidung der aktiven Elektrodenschicht wird erneut Argon in die Prozesskammer in einem dritten Einlassschritt S9 eingelassen, vorteilhafterweise mit einem Fluss im Bereich von 10 sccm bis 50 sccm.In front the deposition of the active electrode layer becomes argon again admitted into the process chamber in a third inlet step S9, advantageously with a flow in the range of 10 sccm to 50 sccm.

Durch Argon-Gas-Sputtern wird daraufhin die aktive Elektrodenschicht, beispielsweise bestehend aus Silber, mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 50 nm in einem dritten Abscheidungsschritt S10 abgeschieden. Die DC-Leistung liegt dabei in einem Bereich von 1,5kW bis 3kW für ein Substratdurchmesser von 20cm bis 30cm. Der Argonfluss liegt in einem Bereich von 10 sccm bis 50 sccm.By Argon gas sputtering then becomes the active electrode layer, for example, consisting of silver, with a layer thickness in the range of 10 nm to 50 nm in a third deposition step S10 deposited. The DC power lies in a range of 1.5 kW to 3 kW for a substrate diameter from 20cm to 30cm. The argon flow is in the range of 10 sccm to 50 sccm.

Die Prozesskammer kann ferner derart gestaltet sein, dass auch weitere Prozessschritte S11 bei Verbleib des Substrats in der selben Prozesskammer und bei Minimierung der Kontamination durchgeführt werden können. Hierzu zählen beispiels weise das Abscheiden einer Abdeckschicht aus Tantalnitrid (TaN) oder entsprechend anderer verwandter Materialien.The Process chamber can also be designed so that more Process steps S11 when the substrate remains in the same process chamber and can be carried out while minimizing contamination. For this counting Example, the deposition of a covering layer of tantalum nitride (TaN) or according to other related materials.

Zur Komplettierung des integrierten elektronischen Schaltkreises folgt dann eine weitere Prozessierung S12.to Completion of the integrated electronic circuit follows then another processing S12.

1111
erstes Substratfirst substratum
1212
erste inerte Elektrodefirst inert electrode
1313
erster Festkörperelektrolytfirst Solid electrolyte
1414
erste Zwischenschichtfirst interlayer
1616
erste Zuleitungfirst supply
1717
leitender Pfadsenior path
1818
weitere ZwischenschichtFurther interlayer
101101
erhöhte Schichtdickeincreased layer thickness
102102
reduzierte Schichtdickereduced layer thickness
130130
weiterer FestkörperelektrolytAnother Solid electrolyte
150150
erste aktive Elektrodefirst active electrode
151151
zweite aktive Elektrodesecond active electrode
152152
dritte aktive Elektrodethird active electrode
15001500
Oberfläche der ersten aktiven ElektrodeSurface of the first active electrode
15201520
Oberfläche der dritten aktiven ElektrodeSurface of the third active electrode
2121
zweites Substratsecond substratum
2222
zweite inerte Elektrodesecond inert electrode
2323
zweiter Festkörperelektrolytsecond Solid electrolyte
2424
zweite Zwischenschichtsecond interlayer
2525
vierte aktive Elektrodefourth active electrode
2626
zweite Zuleitungsecond supply
2828
Isolationsschichtinsulation layer
2929
weitere IsolationsschichtFurther insulation layer
200200
weitere reduzierte SchichtdickeFurther reduced layer thickness
250250
Oberfläche der vierten aktiven ElektrodeSurface of the fourth active electrode
S1S1
Vorbereitungsschrittpreparation step
S2S2
erster Evakuationsschrittfirst Evakuationsschritt
S3S3
erster Einlassschrittfirst admitting step
S4S4
erster Abscheidungsschrittfirst deposition step
S5S5
zweiter Evakuationsschrittsecond Evakuationsschritt
S6S6
zweiter Einlassschrittsecond admitting step
S7S7
zweiter Abscheidungsschrittsecond deposition step
S8S8
dritter Evakuationsschrittthird Evakuationsschritt
S9S9
dritter Einlassschrittthird admitting step
S10S10
dritter Abscheidungsschrittthird deposition step
S11S11
weitere ProzessschritteFurther process steps
S12S12
weitere ProzessierungFurther processing

Claims (35)

Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektronischen Schaltkreises mit programmierbaren resistiven Zellen, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Substrats (11, 21); – Ausbilden einer inerten Elektrode (12, 22); – Ausbilden eines Festkörperelektrolyten (13, 23, 130) auf der inerten Elektrode (12, 22); – Ausbilden einer Zwischenschicht (14, 24) auf dem Festkörperelektrolyten (13, 23, 130), wobei die Zwischenschicht (14, 24) aus einem aktiven Elektrodenmaterial und Stickstoff mit einer Konzentration von mindestens 15% besteht; und – Ausbilden einer aktiven Elektrode (152, 25) aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf der Zwischenschicht (14, 24).A method of manufacturing an integrated electronic circuit with programmable resistive cells, comprising the steps of: - providing a substrate ( 11 . 21 ); Forming an inert electrode ( 12 . 22 ); Forming a solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) on the inert electrode ( 12 . 22 ); - forming an intermediate layer ( 14 . 24 ) on the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ), the intermediate layer ( 14 . 24 ) of an active electrode material and nitrogen having a concentration of at least 15%; and - forming an active electrode ( 152 . 25 ) of the active electrode material on the intermediate layer ( 14 . 24 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Festkörperelektrolyt (13, 23, 130) einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% enthält.Process according to claim 1, wherein the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) contains a germanium content in the range of 30% to 50%. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Festkörperelektrolyt (13, 23, 130) Germanium-Selenid enthält.A method according to claim 1 or 2, wherein the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) Contains germanium selenide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausbilden des Festkörperelektrolyten (13, 23, 130) durch einen Sputterprozess erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the formation of the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) by a sputtering process. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt, die Argon enthält.The method of claim 4, wherein the sputtering process takes place in a defined process atmosphere containing argon. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der Zwischenschicht (14, 24) zwischen 1,5nm und 5nm liegt.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the intermediate layer ( 14 . 24 ) is between 1.5nm and 5nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ausbilden der Zwischenschicht (14, 24) durch einen Sputterprozess erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the formation of the intermediate layer ( 14 . 24 ) by a sputtering process. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt.The method of claim 7, wherein the sputtering process takes place in a defined process atmosphere. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die definierte Prozessatmosphäre Argon enthält.The method of claim 8, wherein the defined process atmosphere is argon contains. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die definierte Prozessatmosphäre wenigstens eines der Gase – Stickstoff (N2) – Ammoniak (NH3) – Stickstoffdioxid (NO2) enthält.The method of claim 8 or 9, wherein the defined process atmosphere contains at least one of the gases - nitrogen (N 2 ) - ammonia (NH 3 ) - nitrogen dioxide (NO 2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die aktive Elektrode (152, 25) homogen auf der Zwischenschicht (14, 24) ausgebildet wird.Method according to one of claims 1 to 10, wherein the active electrode ( 152 . 25 ) homogeneously on the intermediate layer ( 14 . 24 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ausbilden der aktiven Elektrode (152, 25) durch einen Sputterprozess erfolgt.Method according to one of claims 1 to 11, wherein the formation of the active electrode ( 152 . 25 ) by a sputtering process. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt, die Argon enthält.The method of claim 12, wherein the sputtering process takes place in a defined process atmosphere containing argon. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Ausbilden der Zwischenschicht (14, 24) und das Ausbilden der aktiven Elektrode (152, 25) in einem gemeinsamen Sputterprozess erfolgt, wobei nur beim Sputtern der Zwischenschicht (14, 24) eine Prozessatmosphäre eine gasförmige Stickstoffverbindung enthält.Method according to one of claims 1 to 13, wherein the formation of the intermediate layer ( 14 . 24 ) and the formation of the active electrode ( 152 . 25 ) takes place in a common sputtering process, wherein only during sputtering of the intermediate layer ( 14 . 24 ) contains a process atmosphere, a gaseous nitrogen compound. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine weitere Zwischenschicht (18) zwischen dem Festkörperelektrolyten (13, 23, 130) und der Zwischenschicht (14, 24) ausgebildet wird.Method according to one of claims 1 to 14, wherein a further intermediate layer ( 18 ) between the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) and the intermediate layer ( 14 . 24 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die weitere Zwischenschicht (18) Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält.The method of claim 15, wherein the further intermediate layer ( 18 ) Solid electrolyte material, active electrode material and nitrogen. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht (18) mindestens 15% beträgt.Process according to claim 16, wherein the nitrogen concentration in the further intermediate layer ( 18 ) is at least 15%. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Dicke der weiteren Zwischenschicht (18) zwischen 1,5nm und 5nm liegt.Method according to one of claims 15 to 17, wherein the thickness of the further intermediate layer ( 18 ) is between 1.5nm and 5nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht (18) durch einen Sputterprozess erfolgt.Method according to one of claims 15 to 18, wherein forming the further intermediate layer ( 18 ) by a sputtering process. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Sputterprozess in einer definierten Prozessatmosphäre erfolgt.The method of claim 19, wherein the sputtering process takes place in a defined process atmosphere. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die definierte Prozessatmosphäre Argon enthält.The method of claim 20, wherein the defined process atmosphere Contains argon. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die definierte Prozessatmosphäre wenigstens eines der Gase – Stickstoff (N2) – Ammoniak (NH3) – Stickstoffdioxid (NO2) enthält.The method of claim 20 or 21, wherein the defined process atmosphere contains at least one of the gases - nitrogen (N 2 ) - ammonia (NH 3 ) - nitrogen dioxide (NO 2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Ausbilden der weiteren Zwischenschicht (18), das Ausbilden der Zwischenschicht (14, 24) und das Ausbilden der aktiven Elektrode (152, 25) in einem gemeinsamen Sputterprozess erfolgt, wobei nur beim Sputtern der weiteren Zwischenschicht (18) und der Zwischenschicht (14, 24) eine Prozessatmosphäre eine gasförmige Stickstoffverbindung enthält.Method according to one of claims 15 to 22, wherein the forming of the further intermediate layer ( 18 ), the formation of the intermediate layer ( 14 . 24 ) and the formation of the active electrode ( 152 . 25 ) takes place in a common sputtering process, whereby only during sputtering of the further intermediate layer ( 18 ) and the intermediate layer ( 14 . 24 ) contains a process atmosphere, a gaseous nitrogen compound. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das aktive Elektrodenmaterial Silber enthält.A method according to any one of claims 1 to 23, wherein the active Electrode material contains silver. Programmierbare resistive Zelle, die auf einem Substrat (11, 21) gebildet ist und – eine inerte Elektrode (12, 22), – einen Festkörperelektrolyten (13, 23, 130) auf der inerten Elektrode (12, 22), – eine Zwischenschicht (14, 24) auf dem Festkörperelektrolyten (13, 23, 130), wobei die Zwischenschicht (14, 24) aus einem aktiven Elektrodenmaterial und Stickstoff mit einer Konzentration von mindestens 15% besteht, und – eine aktive Elektrode (152, 25) aus dem aktiven Elektrodenmaterial auf der Zwischenschicht (14, 24) umfasst.Programmable resistive cell mounted on a substrate ( 11 . 21 ) and - an inert electrode ( 12 . 22 ), - a solid state electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) on the inert electrode ( 12 . 22 ), - an intermediate layer ( 14 . 24 ) on the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ), the intermediate layer ( 14 . 24 ) consists of an active electrode material and nitrogen with a concentration of at least 15%, and - an active electrode ( 152 . 25 ) of the active electrode material on the intermediate layer ( 14 . 24 ). Zelle nach Anspruch 25, wobei der Festkörperelektrolyt (13, 23, 130) einen Germaniumanteil im Bereich von 30% bis 50% enthält.A cell according to claim 25, wherein the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) contains a germanium content in the range of 30% to 50%. Zelle nach Anspruch 25 oder 26, wobei der Festkörperelektrolyt (13, 23, 130) Germanium-Selenid enthält.Cell according to claim 25 or 26, wherein the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) Contains germanium selenide. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Dicke der Zwischenschicht (14, 24) zwischen 1,5nm und 5nm liegt.A cell according to any one of claims 25 to 27, wherein the thickness of the intermediate layer ( 14 . 24 ) is between 1.5nm and 5nm. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die aktive Elektrode (152, 25) auf der Zwischenschicht (14, 24) homogen ausgebildet ist.A cell according to any one of claims 25 to 28, wherein the active electrode ( 152 . 25 ) on the intermediate layer ( 14 . 24 ) is formed homogeneously. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei eine weitere Zwischenschicht (18) zwischen dem Festkörperelektrolyten (13, 23, 130) und der Zwischenschicht (14, 24) angeordnet ist.Cell according to one of claims 25 to 29, wherein a further intermediate layer ( 18 ) between the solid electrolyte ( 13 . 23 . 130 ) and the intermediate layer ( 14 . 24 ) is arranged. Zelle nach Anspruch 30, wobei die weitere Zwischenschicht (18) Festkörperelektrolyt-Material, aktives Elektrodenmaterial und Stickstoff enthält.A cell according to claim 30, wherein the further intermediate layer ( 18 ) Solid electrolyte material, active electrode material and nitrogen. Zelle nach Anspruch 31, wobei die Stickstoffkonzentration in der weiteren Zwischenschicht (18) mindestens 15% beträgt.A cell according to claim 31, wherein the nitrogen concentration in the further intermediate layer ( 18 ) is at least 15%. Zelle nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Dicke der weiteren Zwischenschicht (18) zwischen 1,5nm und 5nm liegt.Cell according to one of claims 30 to 32, wherein the thickness of the further intermediate layer ( 18 ) is between 1.5nm and 5nm. Zelle nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei das aktive Elektrodenmaterial Silber enthält.A cell according to any one of claims 25 to 33, wherein the active Electrode material contains silver. Integrierter elektronischer Datenspeicher mit programmierbaren resistiven Zellen gemäß einem der Ansprüche 25 bis 34.Integrated electronic data storage with programmable Resistive cells according to one of claims 25 to 34.
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