DE102007035858A1 - Integrated circuit for use in e.g. semiconductor device, has memory cell array with spatially positioned cavities, where size of cavities are selected such that mechanical stress occurring inside array is compensated partially by cavities - Google Patents

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Abstract

The circuit has a memory cell array (300) i.e. resistive memory cell array, with a set of spatially positioned cavities (302), where size of the cavities are selected such that the mechanical stress occurring inside the memory cell array is compensated partially by the cavities. The cavities are filled with a compressible material i.e. non-porous material, or a material with a negative thermal expansion coefficient i.e. zirconium tungstate. The memory cell array has an active material layer, and the cavities are arranged within the active material layer. An independent claim is also included for a method for manufacturing an integrated circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, ein Speicherzellenarray, ein Speichermodul sowie eine Vorrichtung.The The invention relates to an integrated circuit, a method for Producing an integrated circuit, a memory cell array, a memory module and a device.

Speicherzellenarrays bestehen im Allgemeinen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien. Die thermischen Expansionskoeffizienten dieser Materialien können signifikant voneinander abweichen. Damit kann das Speicherzellenarray beschädigt werden, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt ist (Delaminationsschäden).Memory cell arrays generally consist of a variety of different materials. The Thermal expansion coefficients of these materials can be significant differ from each other. This can damage the memory cell array when exposed to high temperatures (delamination damage).

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist, Speicherzellenarrays vor Schäden zu bewahren, die aus unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten resultieren.The The object underlying the invention is memory cell arrays from damage to preserve, from different thermal expansion coefficients result.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung integrierte Schaltungen gemäß den Patentansprüchen 1 und 15 bereit. Desweiteren stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen gemäß den Patentsprüchen 29 und 34 bereit. Die Erfindung stellt ferner Speicherzellenarrays gemäß den Patentansprüchen 39 und 40 bereit. Auch stellt die Erfindung Speichermodule gemäß den Patentansprüchen 41 und 42 bereit. Schließlich stellt die Erfindung eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Patentanspruch 43 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.to solution This object is achieved by the invention integrated circuits according to claims 1 and 15 ready. Furthermore, the invention provides methods for the production integrated circuits according to patent claims 29 and 34 ready. The invention further provides memory cell arrays according to the claims 39 and 40 ready. The invention also provides memory modules according to claims 41 and 42 ready. After all the invention provides a semiconductor device according to the claim 43 ready. Advantageous embodiments or further developments of The idea of the invention can be found in the subclaims.

In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsformen von Speicherzellenarrays beschrieben. Diese gelten in analoger Weise auch für integrierte Schaltungen, die Speicherzellen enthalten.In The following description describes embodiments of memory cell arrays described. These apply analogously also for integrated Circuits containing memory cells.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweist. Die räumlichen Ausmaße und Dimensionen der Hohlräume sind so gewählt, dass in dem Speicherzellenarray auftretender mechanischer Stress durch die Hohlräume zumindest teilweise kompensiert wird. Die Vorrichtung kann eine beliebige Vorrichtung wie beispielsweise ein Motherboard eines Personal Computers oder eine beliebige Halbleitervorrichtung sein.According to one embodiment According to the invention, a device is provided which comprises a plurality of cavities having. The spatial dimensions and dimensions the cavities are chosen that in the memory cell array occurring mechanical stress through the cavities at least partially compensated. The device can be a Any device such as a motherboard of a staff Computer or any semiconductor device.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Speicherzellenarray bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweist. Die räumlichen Ausmaße und Dimensionen der Hohlräume sind so gewählt, dass in dem Speicherzellenarray auftretender mechanischer Stress durch die Hohlräume zumindest teilweise kompensiert wird.According to one embodiment The invention provides a memory cell array comprising a Plurality of cavities having. The spatial dimensions and dimensions of the cavities are chosen so that in the memory cell array occurring mechanical stress through the cavities at least partially compensated.

Speicherzellenarrays gemäß dieser Ausführungsform können starkem mechanischen Stress ausgesetzt werden, da eine Stresskompensationsstruktur (Hohlräume) in das Speicherzellenarray integriert ist, die mechanischen Stress kompensiert, der beispielsweise aus hohen Temperaturen oder aus anderen Einflüssen resultiert, denen ein Speicherzellenarray ausgesetzt ist. Damit wird der Herstellungsprozess des Speicherzellenarrays flexibler (auf den Stress muss nicht mehr in gleichem Ausmaß Rücksicht genommen werden).Memory cell arrays according to this embodiment can be exposed to strong mechanical stress as a stress compensation structure (Voids) integrated into the memory cell array, the mechanical stress compensated, for example, from high temperatures or from others influences results, which is exposed to a memory cell array. In order to the manufacturing process of the memory cell array becomes more flexible (Stress no longer needs to be considered to the same extent be taken).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil zumindest eines Hohlraums mit komprimierbaren Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, gefüllt.According to one embodiment The invention is at least a part of at least one cavity with compressible material or material that has a negative thermal Expansion coefficient has filled.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das komprimierbare Material leichter komprimierbar als die Materialien, die das komprimierbare Material umgeben.According to one embodiment In accordance with the invention, the compressible material is more easily compressible as the materials that surround the compressible material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das komprimierbare Material nanoporöses Material.According to one embodiment the invention is the compressible material nanoporous material.

Die Speicherzellenarrays können beliebige Arten von Speicherzellenarrays sein. Beispielsweise können die Speicherzellenarrays resistive Speicherzellenarrays oder nicht-flüchtige Speicherzellenarrays sein. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.The Memory cell arrays can be any type of memory cell array. For example, the Memory cell arrays are resistive memory cell arrays or nonvolatile memory cell arrays be. The invention is not limited to these examples.

Prinzipiell können die Positionen der Hohlräume beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil wenigstens eines Hohlraums innerhalb einer Schicht aktiven Materials des Speicherzellenarrays angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit ist, alle Hohlräume innerhalb der Schicht aktiven Materials anzuordnen. Zusätzlich oder alternativ können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung alle Hohlräume (oder zumindest ein Hohlraum) innerhalb wenigstens einer dielektrischen Materialschicht vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine dielektrische Materialschicht oberhalb einer Aktivmaterialschicht und/oder einer Elektrodenschicht, die oberhalb der Aktivmaterialschicht angeordnet ist, angeordnet.in principle can the positions of the cavities chosen arbitrarily become. For example, at least a part of at least one Cavity within a layer of active material of the memory cell array be arranged. One more way is, all cavities to arrange within the layer of active material. Additionally or alternatively you can according to a embodiment the invention all cavities (or at least one cavity) within at least one dielectric Material layer may be provided. According to one embodiment The invention is the at least one dielectric material layer above an active material layer and / or an electrode layer, which is arranged above the active material layer, arranged.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Speicherzellenarray ein programmierbares Metallisierungsarray (PMC-Array), z. B. ein Festkörperelektrolyt-Speicherzellenarray mit wahlfreiem Zugriff (CBRAM-Zellenarray), das eine Schicht reaktiver Elektroden, eine Schicht inerter Elektroden sowie eine Festkörperelektrolytschicht, die zwischen der Schicht reaktiver Elektroden und der Schicht inerter Elektroden angeordnet ist, aufweist. Die Festkörperelektrolytschicht ist mit der Schicht reaktiver Elektroden und der Schicht inerter Elektroden elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform kann zumindest ein Teil zumindest eines Hohlraums innerhalb der Festkörperelektrolytschicht oder innerhalb der Schicht inerter Elektroden oder innerhalb der Schicht reaktiver Elektroden angeordnet sein. Das Speicherzellenarray kann auch ein Phasenänderungsarray (z. B. ein PCRAM-Array), ein magnetoresistives Array (z. B. ein MRAM-Array), ein organisches Speicherzellenarray (z. B. ein ORAM-Array), oder ein Übergangsmetalloxid-Array (TMO-Array) sein.According to one embodiment of the invention, the memory cell array is a programmable metallization array (PMC array), e.g. B. a solid electrolyte memory cell array random access (CBRAM cell array) comprising a layer of reactive electrodes, a layer of inert electrodes and a solid electrolyte layer which is disposed between the layer of reactive electrodes and the layer of inert electrodes. The solid state electrolyte layer is electrically connected to the layer of reactive electrodes and the layer of inert electrodes. In this embodiment, at at least one part of at least one cavity may be arranged inside the solid electrolyte layer or within the layer of inert electrodes or within the layer of reactive electrodes. The memory cell array may also include a phase change array (eg, a PCRAM array), a magnetoresistive array (eg, an MRAM array), an organic memory cell array (eg, an ORAM array), or a transition metal oxide array (TMO array).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, ZrW2O8 (Zirkoniumnwolframoxid). Allgemeiner kann das Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, eine Verbindung sein.According to one embodiment of the invention, the material having a negative thermal expansion coefficient is ZrW 2 O 8 (zirconium tungsten oxide). More generally, the material having a negative thermal expansion coefficient may be a compound.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Speicherzellenarray mit einer Mehrzahl von Kompensationsgebieten zur Kompensation von mechanischem Stress bereitgestellt. Jedes Stresskompensationsgebiet weist komprimierbares Material oder Material mit einem negativen thermischen Expansionskoeffizienten auf. Die räumlichen Positionen und Dimensionen der Stresskompensationsgebiete sind so gewählt, dass mechanischer Stress, der in dem Speicherzellengebiet auftritt, zumindest teilweise durch die Stresskompensationsgebiete kompensiert wird.According to one embodiment The invention relates to a memory cell array having a plurality of Compensation areas provided for the compensation of mechanical stress. Each stress compensation area has compressible material or Material with a negative thermal expansion coefficient on. The spatial Positions and dimensions of stress compensation areas are like this selected that mechanical stress that occurs in the memory cell area at least partially compensated by the stress compensation areas becomes.

Speicherzellenarrays gemäß dieser oder anderer Ausführungsform können hohem mechanischem Stress ausgesetzt werden, da ein Stresskompensationsgebiet in das Speicherzellenarray integriert ist, das mechanischen Stress kompensiert, der beispielsweise aus hohen Temperaturen oder aus anderen Einflüssen resultiert, denen das Speicherzellenarray ausgesetzt ist. Damit kann der Herstellungsprozess des Speicherzellenarrays flexibler ausgestaltet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens ein Stresskompensationsgebiet eine Trenchstruktur auf, die zumindest teilweise mit komprimierbarem Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, gefüllt ist. Alternativ bzw. zusätzlich kann die Trenchstruktur eine Hohlraumstruktur aufweisen.Memory cell arrays according to this or other embodiment can be exposed to high mechanical stress as a stress compensating area integrated into the memory cell array, the mechanical stress compensated, for example, from high temperatures or from others influences results, which the memory cell array is exposed. In order to the manufacturing process of the memory cell array can be more flexible be designed. According to one embodiment The invention features at least one stress compensation area Trench structure on, at least partially with compressible Material or material that has a negative thermal expansion coefficient has, filled is. Alternatively or additionally the trench structure have a cavity structure.

Im Allgemeinen können die Positionen der Stresskompensationsgebiete innerhalb des Speicherzellenarrays beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann wenigstens ein Teil wenigstens eines Stresskompensationsgebiets innerhalb einer Schicht aktiven Materials des Speicherzellenarrays angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit ist, alle Stresskompensationsgebiete innerhalb der Schicht aktiven Materials anzuordnen. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Teil wenigstens eines Stresskompensationsgebiets innerhalb einer Schicht dielektrischen Materials des Speicherzellenarrays angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit ist, alle Stresskompensationsgebiete innerhalb der Schicht dielektrischen Materials anzuordnen.in the Generally can the positions of the stress compensation regions within the memory cell array chosen arbitrarily become. For example, at least part of at least one stress compensation area within a layer of active material of the memory cell array be arranged. One more way is active all stress compensation areas within the shift To arrange materials. additionally or alternatively, at least part of at least one stress compensation area within a layer of dielectric material of the memory cell array be arranged. One more way is, all stress compensation areas within the layer dielectric To arrange materials.

Wenn das Speicherzellenarray ein Festkörperelektrolyt-Speicherzellenarray mit wahlfreiem Zugriff (CBRAM-Zellenarray) ist, kann wenigstens ein Teil wenigstens eines Stresskompensationsgebiets innerhalb der Festkörperelektrolytschicht oder innerhalb der Schicht inerter Elektroden oder innerhalb der Schicht reaktiver Elektroden angeordnet sein.If the memory cell array is a solid electrolyte memory cell array With random access (CBRAM cell array), at least a part of at least one stress compensation area within the Solid electrolyte layer or within the layer of inert electrodes or within the layer be arranged reactive electrodes.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich zu den Stresskompensationsgebieten innerhalb des Speicherzellenarrays weiterhin eine Mehrzahl von Hohlräumen vorgesehen, wobei die räumlichen Positionen und Dimensionen der Hohlräume so gewählt sind, dass mechanischer Stress, der innerhalb des Speicherzellenarrays auftritt, durch die Hohlräume zumindest teilweise kompensiert wird.According to one embodiment The invention is additional to the stress compensation areas within the memory cell array further provided a plurality of cavities, wherein the spatial Positions and dimensions of the cavities are chosen so that mechanical stress, which occurs within the memory cell array, at least through the cavities partially compensated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherzellenarrays bereitgestellt, das die folgenden Prozesse aufweist: Bereitstellen eines Substrats; Abscheiden einer Mehrzahl von Schichten auf dem Substrat, wobei in der Mehrzahl von Schichten eine Trenchstruktur ausgebildet ist; Überwachsen der Trenchstruktur derart, dass innerhalb der Trenchstruktur und/oder oberhalb der Trenchstruktur Hohlräume ausgebildet werden.According to one embodiment The invention relates to a method for producing a memory cell array which has the following processes: Provision a substrate; Depositing a plurality of layers on the Substrate, wherein in the plurality of layers, a trench structure is trained; overgrown the trench structure such that within the trench structure and / or cavities are formed above the trench structure.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der Prozess des Überwachsens der Trenchstruktur einen (nicht gleichförmigen) Trenchauffüllprozess, in dem Trenchfüllmaterial in die Trenchstruktur eingebracht wird, wobei der Trenchauffüllprozess so ausgeführt wird, dass Überhänge von Trenchfüllmaterial auf den Kanten des Trenchstruktur-Öffnungsgebiets aufgewachsen werden.According to one embodiment The invention includes the process of overgrowing the trench structure one (not uniform) Trenchauffüllprozess, in the trench filling material is introduced into the trench structure, wherein the Trenchauffüllprozess so executed will that overhangs of trench filling material grown on the edges of the trench structure opening area become.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Trenchauffüllprozess zumindest so lange ausgeführt, bis sich Überhänge berühren, die auf gegenüberliegenden Kanten des Trenchstruktur-Öffnungsgebiets aufgewachsen werden.According to one embodiment the invention, the Trenchauffüllprozess at least as long executed until overhangs touch each other opposite Edges of the trench structure opening area to be raised.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherzellenarrays bereitgestellt, das die folgenden Prozesse aufweist: Bereitstellen eines Substrats; Abscheiden einer Mehrzahl von Schichten auf dem Substrat, wobei in der Mehrzahl von Schichten eine Trenchstruktur ausgebildet ist; und Auffüllen der Trenchstruktur mit komprimierbaren Material oder Material, dass einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist.According to one embodiment The invention relates to a method for producing a memory cell array which has the following processes: Provision a substrate; Depositing a plurality of layers on the substrate, wherein a trench structure is formed in the plurality of layers is; and padding the trench structure with compressible material or material that has a negative thermal expansion coefficient.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Teil der Trenchstruktur innerhalb einer Plugschicht erzeugt, die eine Mehrzahl an Plugs beinhaltet, die eine Schicht aktiven Materials oder eine Elektrodenschicht der Speicherzellenarrays kontaktieren.According to an embodiment of the invention At least part of the trench structure is created within a plug layer that includes a plurality of plugs that contact a layer of active material or an electrode layer of the memory cell arrays.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Back-End-Of-Line-Prozess durchgeführt, nachdem die Trenchstruktur überwachsen wurde, oder nachdem die Trenchstruktur mit komprimierbaren Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, gefüllt wurde.According to one embodiment The invention becomes a back-end-of-line process carried out, after overgrowing the trench structure was, or after the trench structure with compressible material or material that has a negative thermal expansion coefficient has, filled has been.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Prozess des Überwachens der Trenchstruktur oder der Prozess des Füllens der Trenchstruktur mit komprimierbaren Material oder mit Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, bei Temperaturen ausgeführt, die niedriger als 400°C sind, um Schäden (beispielsweise Delaminationsschäden) innerhalb der Schicht aktiven Materials oder innerhalb anderer Teile des Speicherzellenarrays zu vermeiden.According to one embodiment The invention is the process of monitoring the trench structure or the process of filling the trench structure with compressible material or with material, which has a negative thermal expansion coefficient, carried out at temperatures that lower than 400 ° C are to damage (eg delamination damage) within the layer of active material or within other parts of the memory cell array.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Material, das in die Trenchstruktur gefüllt wurde, oder das Material, mit dem die Trenchstruktur überwachsen wurde, isolierendes Material oder halbleitendes Material auf, beispielsweise Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiN), Germaniumoxid (GeO) oder Germaniumnitrid (GeN).According to one embodiment of the invention, the material which has been filled into the trench structure or the material with which the trench structure has been overgrown comprises insulating material or semiconducting material, for example silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), germanium oxide (GeO). or germanium nitride (GeN).

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweise Ausführungsführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures for example, embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1A eine schematische Querschnittsdarstellung einer CBRAM-Zelle in einem ersten Speicherzustand; 1A a schematic cross-sectional view of a CBRAM cell in a first memory state;

1B eine schematische Querschnittsdarstellung einer CBRAM-Zelle in einem zweiten Speicherzustand; 1B a schematic cross-sectional view of a CBRAM cell in a second memory state;

2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2 a schematic cross-sectional view of a portion of a memory cell array according to an embodiment of the invention;

3 eine schematische Draufsicht auf einen Teil eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 3 a schematic plan view of a portion of a memory cell array according to an embodiment of the invention;

4A eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 4A a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

4B eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 4B a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

4C eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 4C a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

5A eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 5A a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

5B eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 5B a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

5C eine schematische Querschnittsdarstellung eines Prozessstadiums eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 5C a schematic cross-sectional view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des in 4A gezeigten Prozessstadiums in detaillierter Darstellung; 6 shows a schematic cross-sectional view of the in 4A process stage shown in detail;

7A eine schematische Draufsicht auf ein Prozessstadium eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 7A a schematic plan view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

7B eine schematische Querschnittsdarstellung des in 7A gezeigten Prozessstadiums; 7B a schematic cross-sectional view of the in 7A shown process stage;

8A eine schematische Draufsicht auf ein Prozessstadium eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 8A a schematic plan view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

8B eine schematische Querschnittsdarstellung des in 8A gezeigten Prozessstadiums; 8B a schematic cross-sectional view of the in 8A shown process stage;

9A eine schematische Draufsicht auf ein Prozessstadium eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 9A a schematic plan view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

9B eine schematische Querschnittsdarstellung des in 9A gezeigten Prozessstadiums; 9B a schematic cross-sectional view of the in 9A shown process stage;

10A eine schematische Draufsicht auf ein Prozessstadium eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 10A a schematic plan view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

10B zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des in 10A gezeigten Prozessstadiums; 10B shows a schematic cross-sectional view of the in 10A shown process stage;

11A zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Prozessstadium eines Verfahrens zum Herstellen eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 11A shows a schematic plan view of a process stage of a method for producing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

11B zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des in 11A gezeigten Prozessstadiums; 11B shows a schematic cross-sectional view of the in 11A shown process stage;

12 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des in 11B gezeigten Speicherzellenarrays sowie dessen Verhalten während einer Hochtemperaturbehandlung; 12 shows a schematic cross-sectional view of the in 11B shown memory cell arrays and its behavior during a high-temperature treatment;

13 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Speicherzellenarrays, das aufgrund hoher Temperaturen geschädigt wurde; 13 shows a schematic cross-sectional view of a memory cell array, which has been damaged due to high temperatures;

14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 14 shows a flowchart of a method for manufacturing a memory cell array according to an embodiment of the invention;

15A ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 15A a memory module according to an embodiment of the invention;

15B ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 15B a memory module according to an embodiment of the invention;

16 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Phasenänderungsspeicherzelle; 16 a schematic cross-sectional view of a phase change memory cell;

17 eine schematische Darstellung einer Speichervorrichtung mit Widerstandsänderungsspeicherzellen; 17 a schematic representation of a memory device with resistance change memory cells;

18A eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kohlenstoffspeicherzelle in einem ersten Speicherzustand; 18A a schematic cross-sectional view of a carbon storage cell in a first memory state;

18B eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kohlenstoffspeicherzelle in einem zweiten Speicherzustand; 18B a schematic cross-sectional view of a carbon storage cell in a second memory state;

19A eine schematische Darstellung einer Widerstandsänderungsspeicherzelle; und 19A a schematic representation of a resistance change memory cell; and

19B eine schematische Darstellung einer Widerstandsänderungsspeicherzelle. 19B a schematic representation of a resistance change memory cell.

In den Figuren können identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sein. Desweiteren ist zu erwähnen, dass die Figuren schematische Figuren sind, also nicht maßstabsgetreu zu sein brauchen.In the characters can identical or corresponding areas, components or groups of components be marked with the same reference numerals. Furthermore is to mention, that the figures are schematic figures, so not to scale need to be.

Da die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auf programmierbare Metallisierungszellen (PMC's = "programmable metallization cells") wie beispielsweise CBRAM-Vorrichtungen ("conductive bridging random access memory"-Vorrichtungen) anwendbar sind, soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 1a und 1b ein wichtiges Prinzip erläutert werden, das CBRAM-Vorrichtungen zugrundeliegt.Since the embodiments of the present invention are applicable to programmable metallization cells (PMCs) such as conductive bridging random access memory (CBRAM) devices, in the following description with reference to FIG 1a and 1b explaining an important principle underlying CBRAM devices.

Eine CBRAM-Zelle weist eine erste Elektrode 101, eine zweite Elektrode 102 sowie einen Festkörperelektrolytblock (auch als Ionenleiterblock bekannt) 103, der zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolytblock kann auch von mehreren Speicherzellen gemeinsam benutzt werden (hier nicht gezeigt). Die erste Elektrode 101 kontaktiert eine erste Oberfläche 104 des Festkörperelektrolytblocks 103, die zweite Elektrode 102 kontaktiert eine zweite Oberfläche 105 des Festkörperelektrolytblocks 103. Der Festkörperelektrolytblock 103 ist gegenüber seiner Umgebung durch eine Isolationsstruktur 106 isoliert. Die erste Oberfläche 104 ist üblicherweise die Oberseite, die zweite Oberfläche 105 die Unterseite des Festkörperelektrolytblocks 103. Die erste Elektrode 101 ist üblicherweise die obere Elektrode, die zweite Elektrode 102 die untere Elektrode der CBRAM-Zelle. Eine der ersten und zweiten Elektrode 101, 102 ist eine reaktive Elektrode, die jeweils andere eine inerte Elektrode. Beispielsweise ist die erste Elektrode 101 die reaktive Elektrode, und die zweite Elektrode 102 die inerte Elektrode. In diesem Fall kann die erste Elektrode 101 beispielsweise aus Silber (Ag), der Festkörperelektrolytblock 103 aus Chalkogenid-Material, und die Isolationsstruktur 106 aus SiO2 oder Si3N4 bestehen. Die zweite Elektrode 102 kann alternativ bzw. zusätzlich Nickel (Ni), Platin (Pt), Iridium (Ir), Rhenium (Re), Tantal (Ta), Titan (Ti), Ruthenium (Ru), Molybdän (Mo), Vanadium (V), leitende Oxide, Silizide sowie Nitride der zuvor erwähnten Materialien beinhalten, und kann weiterhin Legierungen der zuvor erwähnten Materialien beinhalten. Die Dicke des Ionenleiterblocks 103 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm betragen. Die Dicke der ersten Elektrode 101 kann beispielsweise 10 nm bis 100 nm betragen. Die Dicke der zweiten Elektrode 102 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm, 15 nm bis 150 nm, oder 25 nm bis 100 nm betragen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind nicht auf die oben erwähnten Materialien und Dicken beschränkt.A CBRAM cell has a first electrode 101 , a second electrode 102 and a solid electrolyte block (also known as an ion conductor block) 103 that is between the first electrode 101 and the second electrode 102 is arranged on. The solid electrolyte block may also be shared by multiple memory cells (not shown here). The first electrode 101 contacts a first surface 104 of the solid electrolyte block 103 , the second electrode 102 contacts a second surface 105 of the solid electrolyte block 103 , The solid-state electrolyte block 103 is opposite its environment by an isolation structure 106 isolated. The first surface 104 is usually the top, the second surface 105 the bottom of the solid electrolyte block 103 , The first electrode 101 is usually the upper electrode, the second electrode 102 the lower electrode of the CBRAM cell. One of the first and second electrodes 101 . 102 One is a reactive electrode, the other is an inert electrode. For example, the first electrode 101 the reactive electrode, and the second electrode 102 the inert electrode. In this case, the first electrode 101 for example, from silver (Ag), the solid electrolyte block 103 from chalcogenide material, and the isolation structure 106 consist of SiO 2 or Si 3 N 4 . The second electrode 102 may alternatively or additionally nickel (Ni), platinum (Pt), iridium (Ir), rhenium (Re), tantalum (Ta), titanium (Ti), ruthenium (Ru), molybdenum (Mo), vanadium (V), may include conductive oxides, silicides, and nitrides of the aforementioned materials, and may further include alloys of the aforementioned materials. The thickness of the ion conductor block 103 may for example be 5 nm to 500 nm. The thickness of the first electrode 101 may for example be 10 nm to 100 nm. The thickness of the second electrode 102 For example, it may be 5 nm to 500 nm, 15 nm to 150 nm, or 25 nm to 100 nm. The embodiments of the invention are not limited to the above-mentioned materials and thicknesses.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter Chalkogenid-Material (allgemeiner: das Material des Ionenleiterblocks 103) eine Verbindung zu verstehen, die Sauerstoff, Schwefel, Selen, Germanium und/oder Tellur aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist Chalkogenid-Material eine Verbindung aus einem Chalkogenid und zumindest einem Metall der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber. Alternativ enthält das Chalkogenid-Material Germaniumsulfid (GeSx), Germaniumselenid (GeSex), Wolframoxid (WOx), Kupfersulfid (CuSx) oder ähnliches. Weiterhin kann das Chalkogenid-Material Metallionen enthalten, wobei die Metallionen ein Metall sein können, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Silber, Kupfer und Zink besteht bzw. aus einer Kombination oder einer Legierung dieser Metalle. Der Ionenleiterblock 103 kann aus Festkörperelektrolytmaterial bestehen.According to one embodiment of the invention, chalcogenide material (more generally: the material of the ion conductor block 103 ) to understand a compound having oxygen, sulfur, selenium, germanium and / or tellurium. According to one embodiment of the invention, chalcogenide material is a compound of a chalcogenide and at least one metal of group I or group II of the periodic table, for example arsenic trisulfide silver. Alternatively, the chalcogenide material contains germanium sulfide (GeS x ), germanium selenide (GeSe x ), tungsten oxide (WO x ), copper sulfide (CuS x ) or like. Furthermore, the chalcogenide material may include metal ions, wherein the metal ions may be a metal selected from a group consisting of silver, copper, and zinc, or a combination or alloy of these metals. The ion conductor block 103 may consist of solid electrolyte material.

Wenn eine Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt, wie in 1a angedeutet ist, wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag+-Ionen aus der ersten Elektrode 101 heraus löst und in den Festkörperelektrolytblock 103 hinein treibt, wo diese zu Silber reduziert werden. Auf diese Art und Weise werden silberhaltige Cluster 108 in dem Festkörperelektrolytblock 103 ausgebildet. Wenn die Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 lange genug abfällt, erhöht sich die Größe und die Anzahl der silberreichen Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 so stark, dass eine leitende Brücke (leitender Pfad) 107 zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 ausgebildet wird. Wenn die in 1b gezeigte Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt (inverse Spannung verglichen zu der in 1a dargestellten Spannung), wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag+-Ionen aus dem Festkörperelektrolytblock 103 hinaus zur ersten Elektrode 101 treibt, an der diese zu Silber reduziert werden. Damit wird die Größe und die Anzahl silberreicher Cluster 108 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 verringert. Erfolgt dies lange genug, wird die leitende Brücke 107 gelöscht.When a voltage across the solid electrolyte block 103 falls off, as in 1a is indicated, a redox reaction is set in motion, the Ag + ions from the first electrode 101 comes out and into the solid-state electrolyte block 103 into where they are reduced to silver. In this way, silver-containing clusters 108 in the solid electrolyte block 103 educated. When the voltage across the solid electrolyte block 103 decreases long enough, increases the size and number of silver-rich clusters within the solid electrolyte block 103 so strong that a conductive bridge (conductive path) 107 between the first electrode 101 and the second electrode 102 is trained. When the in 1b shown voltage across the solid electrolyte block 103 drops (inverse voltage compared to the in 1a shown voltage), a redox reaction is set in motion, the Ag + ions from the solid electrolyte block 103 out to the first electrode 101 drives, where they are reduced to silver. This will change the size and number of silver-rich clusters 108 within the solid electrolyte block 103 reduced. If this happens long enough, the conductive bridge becomes 107 deleted.

Um den momentanen Speicherzustand der CBRAM-Zelle festzustellen, wird ein Messstrom durch die CBRAM-Zelle geleitet. Der Messstrom erfährt einen hohen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle keine leitende Brücke 107 ausgebildet ist, und erfährt einen niedrigen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle eine leitende Brücke 107 ausgebildet ist. Ein hoher Widerstand repräsentiert beispielsweise logisch "0", wohingegen ein niedriger Widerstand logisch "1" repräsentiert, oder umgekehrt. Anstelle eines Messtroms kann auch eine Messpannung zum Einsatz kommen.To determine the current memory state of the CBRAM cell, a measurement current is passed through the CBRAM cell. The measuring current experiences a high resistance when in the CBRAM cell no conductive bridge 107 is formed, and experiences a low resistance when in the CBRAM cell a conductive bridge 107 is trained. For example, a high resistance represents logic "0", whereas a low resistance logically represents "1" or vice versa. Instead of a measuring current, a measuring voltage can also be used.

2 zeigt eine Ausführungsform eines Speicherzellenarrays gemäß der Erfindung. Ein Speicherzellenarray 200 weist eine Mehrzahl von Hohlräumen/Kompensationsgebieten 201 zur Kompensation von mechanischem Stress auf, die in die Materialien des Speicherzellenarrays eingebettet sind und in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 202 bezeichnet sind. Die räumlichen Positionen und die Dimensionen der Hohlräume und/oder der Kompensationsgebiete 201 sind so gewählt, dass mechanischer Stress, der innerhalb des Speicherzellenarrays 200 (innerhalb der Speicherzellenarraymaterialen 202) auftritt, zumindest teilweise durch die Hohlräume und die Kompensationsgebiete 201 kompensiert wird. 2 shows an embodiment of a memory cell array according to the invention. A memory cell array 200 has a plurality of cavities / compensation areas 201 for the compensation of mechanical stress, which are embedded in the materials of the memory cell array and in their entirety by the reference numeral 202 are designated. The spatial positions and the dimensions of the cavities and / or the compensation areas 201 are chosen so that mechanical stress within the memory cell array 200 (within the memory cell array materials 202 ) occurs, at least partially through the cavities and the compensation areas 201 is compensated.

3 zeigt ein Speicherzellenarray 300, das eine Mehrzahl an Hohlräumen 302 aufweist, wobei die räumlichen Positionen und Dimensionen der Hohlräume 302 so gewählt sind, dass mechanischer Stress, der innerhalb des Speicherzellenarrays 300 auftritt, zumindest teilweise durch die Hohlräume 302 kompensiert wird. Die Hohlräume 302 sind beispielsweise innerhalb einer Schicht aktiven Materials vorgesehen (nicht gezeigt), die oberhalb von Bottomelektroden 303 vorgesehen ist (die Hohlräume sind beispielsweise zwischen strukturierten PL-Gebieten vorgesehen (PL beinhaltet das Chalcogenidmaterial und das Topelektrodenmaterial)). Die lateralen Positionen der Hohlräume 302 liegen zwischen den lateralen Positionen der Bottomelektroden 303. Mit anderen Worten: Die Hohlräume 302 liegen zwischen Speicherzellen 304 der Speicherzellenarrays 300 (das Gebiet der Schicht aktiven Materials, das oberhalb einer Bottomelektrode 303 angeordnet ist, bildet zusammen mit der Bottomelektrode 303 und einer Topelektrode (nicht gezeigt), die oberhalb der Schicht aktiven Materials angeordnet ist, eine Speicherzelle 304). Zumindest ein Teil wenigstens eines Hohlraums 302 kann mit komprimierbaren Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, gefüllt sein. Das Material, das eine negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, kann beispielsweise ZrW2O8 sein. 3 shows a memory cell array 300 that has a plurality of cavities 302 having the spatial positions and dimensions of the cavities 302 are chosen so that mechanical stress within the memory cell array 300 occurs, at least partially through the cavities 302 is compensated. The cavities 302 are provided, for example, within a layer of active material (not shown) that is above bottom electrodes 303 is provided (the cavities are provided, for example, between structured PL areas (PL includes the chalcogenide material and the top electrode material)). The lateral positions of the cavities 302 lie between the lateral positions of the bottom electrodes 303 , In other words: the cavities 302 lie between memory cells 304 the memory cell arrays 300 (The area of the layer of active material above a bottom electrode 303 is arranged, forms together with the bottom electrode 303 and a top electrode (not shown) disposed above the active material layer, a memory cell 304 ). At least a part of at least one cavity 302 may be filled with compressible material or material having a negative thermal expansion coefficient. The material having a negative thermal expansion coefficient may be ZrW 2 O 8 , for example.

Wenn das Speicherzellenarray 300 hohen Temperaturen ausgesetzt ist, beispielsweise während eines Temperaturbehandlungsprozesses, dehnen sich die Bottomelektroden 303 und die Topelektroden (nicht gezeigt) relativ stark aus (verglichen zu den anderen Materialen des Speicherzellenarrays 300), womit innerhalb des Speicherzellenarrays 300 mechanischer Stress erzeugt wird. Der durch die Bottomelektroden 303 und die Topelektroden erzeugte Stress kann zumindest teilweise durch die Hohlräume 302 kompensiert werden: Die räumlichen Ausmaße der Hohlräume 302 werden verringert, wenn sich die Bottomelektroden 303 und die Topelektroden ausdehnen, womit der mechanische Stress, der durch die Expansion der Bottomelektroden 303 und der Topelektroden bewirkt wird, kompensiert wird.If the memory cell array 300 exposed to high temperatures, for example during a temperature treatment process, expand the bottom electrodes 303 and the top electrodes (not shown) are relatively strong (compared to the other materials of the memory cell array 300 ), which means within the memory cell array 300 mechanical stress is generated. The through the bottom electrodes 303 and the top electrodes generated stress can at least partially through the cavities 302 be compensated: the spatial dimensions of the cavities 302 are reduced when the bottom electrodes 303 and the top electrodes expand, reducing the mechanical stress caused by the expansion of the bottom electrodes 303 and the top electrode is caused to be compensated.

4A zeigt ein Prozessstadium eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem in 4B gezeigten Prozessstadium ist eine Schicht aktiven Materials 405 (beispielsweise eine Chalkogenidschicht) strukturiert worden, um ein erstes Gebiet aktiven Materials 4051 und ein zweites Gebiet aktiven Materials 4052 zu erhalten. Nachdem die Schicht aktiven Materials 405 strukturiert wurde, wird ein Trenchauffüllprozess ausgeführt, in dem Trenchfüllmaterial 406 (beispielsweise dielektrisches Material oder halbleitendes Material) in eine Trenchstruktur 407 gefüllt wird, die zwischen dem ersten Gebiet aktiven Materials 4051 und dem zweiten Gebiet aktiven Materials 4052 vorgesehen ist (die Trenchstruktur resultiert aus dem oben erwähnten Strukturierungsprozess). Der Trenchfüllprozess kann beispielsweise ausgeführt werden unter Verwendung eines chemischen Dampfabscheideverfahrens (PVD). Der Trenchauffüllprozess kann so ausgeführt werden, dass Überhänge 408 von Trenchfüllmaterial 406 auf den Kanten 409 eines Trenchöffnungsgebiets wachsen. Der Trenchauffüllprozess kann beispielsweise so lange ausgeführt werden, bis die Überhänge 4081 , 4082 , die auf sich gegenüberliegenden Kanten 409 des Trenchspuröffnungsgebiets (erste Öffnungsgebietkante 4091 und zweite Öffnungsgebietkante 4092 ) wachsen, einander berühren, wie in 4B gezeigt ist. Auf diese Art und Weise wird ein Hohlraum 402 erzeugt, wobei sich ein erster Teil des Hohlraums innerhalb der Trenchstruktur 407, und ein zweiter Teil des Hohlraums oberhalb der Trenchstruktur 407 befindet. Der Trenchauffüllprozess kann beispielsweise so lange ausgeführt werden, bis der Hohlraum 402 mit Trenchauffüllmaterial 406 einer bestimmten Dicke D bedeckt ist, wie in 4C gezeigt ist. Dies stellt sicher, dass die Schicht von Trenchfüllmaterial 407 nicht delaminiert, wenn innerhalb des Trenchauffüllmaterials 406 ein hoher mechanischer Stress auftritt. Weitere Schichten können oberhalb des Trenchauffüllmaterials 406 abgeschieden werden, beispielsweise während eines Back-End-Of-Line-Prozesses. 4A shows a process stage of a method according to an embodiment of the invention. In the in 4B The process stage shown is a layer of active material 405 (for example, a chalcogenide layer) has been patterned to form a first region of active material 405 1 and a second area of active material 405 2 to obtain. After the layer of active material 405 was patterned, a Trenchauffüllprozess is performed in the Trenchfüllmaterial 406 (For example, dielectric material or semiconducting material) in a trench structure 407 filled between the first area of active material 405 1 and the second region of active material 405 2 is provided (the trench structure results from the structuring process mentioned above). For example, the trench filling process may be carried out using a chemical vapor deposition (PVD) process. The trench padding process can be performed so that overhangs 408 of trench filling material 406 on the edges 409 a Trench opening area grow. The Trenchauffüllprozess can for example be carried out until the overhangs 408 1 . 408 2 on opposite edges 409 of the trench track opening area (first opening area edge 409 1 and second opening area edge 409 2 ) grow, touching each other as in 4B is shown. In this way, a cavity 402 generated, wherein a first part of the cavity within the trench structure 407 , and a second part of the cavity above the trench structure 407 located. The Trenchauffüllprozess can for example be carried out until the cavity 402 with trench filling material 406 a certain thickness D is covered, as in 4C is shown. This ensures that the layer of trench filling material 407 not delaminated when within the trench padding material 406 a high mechanical stress occurs. Other layers may be above the trench padding material 406 be deposited, for example, during a back-end-of-line process.

5A zeigt die in 4C gezeigte Struktur, bevor diese einem Temperaturbehandlungsprozess unterworfen wird (beispielsweise bei Raumtemperatur). Der Temperaturbehandlungsprozess (der beispielsweise während eines Back-End-Of-Line-Prozesses (BEOL) ausgeführt wird), während dessen beispielsweise eine Temperatur von 430°C vorherrscht, bewirkt, dass sich das erste Gebiet aktiven Materials 4051 als auch das zweite Gebiet 4052 aktiven Materials vertikal (durch den Pfeil "H" angedeutet) und lateral ausdehnen (durch den Pfeil "L" angedeutet). Das Ausdehnen des ersten Gebiets aktiven Materials 4051 und des zweiten Gebiets aktiven Materials 4052 verursacht mechanischen Stress innerhalb der Struktur. Dieser mechanische Stress wird kompensiert, indem die räumlichen Ausmaße der Hohlräume 402 verringert werden, wie in 5B gezeigt ist. Sobald der Temperaturbehandlungsprozess beendet ist, verringern sich die räumlichen Dimensionen des ersten Gebiets aktiven Materials 4501 und des zweiten Gebiets aktiven Materials 4052 , wohingegen die räumlichen Dimensionen des Hohlraums 402 vergrößert werden (siehe 5C). Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass sich die Schicht aktiven Materials 405 ausdehnt, ohne das Trenchauffüllmaterial 406 zu zerstören/zu delaminieren (allgemeiner: ohne eine Struktur, die das aktive Material einschließt, zu zerstören/zu delaminieren). 5A shows the in 4C shown structure before it is subjected to a temperature treatment process (for example, at room temperature). For example, the temperature treatment process (performed during a back-end-of-line (BEOL) process), during which, for example, a temperature of 430 ° C prevails, causes the first region of active material 405 1 as well as the second area 405 2 active material vertically (indicated by the arrow "H") and laterally expand (indicated by the arrow "L"). The expansion of the first region of active material 405 1 and the second region of active material 405 2 causes mechanical stress within the structure. This mechanical stress is compensated by the spatial dimensions of the cavities 402 be reduced as in 5B is shown. Once the temperature treatment process is completed, the spatial dimensions of the first area of active material decrease 450 1 and the second region of active material 405 2 whereas the spatial dimensions of the cavity 402 be enlarged (see 5C ). In this way it is possible that the layer of active material 405 expands without the trench padding material 406 to destroy / delaminate (more generally: without a structure that includes the active material to destroy / delaminate).

6 zeigt das in 4A gezeigte Prozessstadium etwas detaillierter. Das erste Gebiet aktiven Materials 4051 und das zweite Gebiet aktiven Materials 4052 sind auf einer Trägerstruktur 600 vorgesehen, beispielsweise auf einem Dielektrikum mit Bottomelektrodenkontakten. 6 shows that in 4A shown process stage in more detail. The first area of active material 405 1 and the second area of active material 405 2 are on a support structure 600 provided, for example, on a dielectric with bottom electrode contacts.

7A und 7B zeigen ein Prozessstadium 700 eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherzellenarrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in dem eine Schicht aktiven Materials 701 (beispielsweise eine Chalkogenidschicht) auf einer Substratschicht 702 aufgebracht wurde, die eine Mehrzahl von Bottomelektroden 703 aufweist. 7A and 7B show a process stage 700 a method for manufacturing a memory cell array according to an embodiment of the invention, in which a layer of active material 701 (For example, a chalcogenide layer) on a substrate layer 702 was applied, which has a plurality of bottom electrodes 703 having.

8A und 8B zeigen ein Prozessstadium 800, in dem eine Topelektrodenschicht 801 auf der Schicht aktiven Materials 701 aufgebracht wurde. Weiterhin wurde auf der Topelektrodenschicht 801 eine strukturierte Maskenschicht 802 vorgesehen. Die Topelektrodenschicht 801 kann als Hartmaske während des Herstellungsprozesses eingesetzt werden. 8A and 8B show a process stage 800 in which a top electrode layer 801 on the layer of active material 701 was applied. Furthermore, it was on the top electrode layer 801 a structured mask layer 802 intended. The top electrode layer 801 can be used as a hard mask during the manufacturing process.

9A und 9B zeigen ein Prozessstadium 900, in dem eine Trenchstruktur 901 innerhalb einer Verbundstruktur erzeugt wurde, die die Topelektrodenschicht 801 und die Schicht aktiven Materials 701 aufweist. Die Trenchstruktur 901 kann beispielsweise durch einen Ätzprozess erzeugt werden, der die Maskenschicht 802 benutzt. Hier ist der Fall gezeigt, bei dem vollständig bis auf die Substratschicht 702 herabgeätzt wird. Alternativ kann es ausreichend sein, lediglich einen Teil der Aktivmaterialschicht 701 oder der Topelektrodenschicht 801 zu ätzen. 9A and 9B show a process stage 900 in which a trench structure 901 was generated within a composite structure, which is the top electrode layer 801 and the layer of active material 701 having. The trench structure 901 can be generated, for example, by an etching process involving the mask layer 802 used. Here, the case is shown where completely down to the substrate layer 702 is etched down. Alternatively, it may be sufficient to use only a portion of the active material layer 701 or the top electrode layer 801 to etch.

10A und 10B zeigen ein Prozessstadium 1000, in dem die Trenchstruktur 901 mit Füllmaterial 1001 gefüllt wurde, wobei das Füllmaterial komprimierbares Material (beispielsweise nanoporöses Material) oder Material mit einem negativen thermischen Ausdehnungskoeffizient ist. 10A and 10B show a process stage 1000 in which the trench structure 901 with filling material 1001 has been filled, wherein the filler material is compressible material (for example, nanoporous material) or material having a negative coefficient of thermal expansion.

In den 11A und 11B ist ein Prozessstadium 1100 gezeigt, in dem eine Dielektrikumsschicht 1101 (ILD-Schicht) auf der Oberseite der in den 10A/10B gezeigten Struktur aufgebracht wurde. Vor diesem Prozess kann ein chemisch mechanischer Polierprozess (CMP-Prozess) ausgeführt werden, um eine gleichförmige Oberfläche zu erzielen.In the 11A and 11B is a process stage 1100 shown in which a dielectric layer 1101 (ILD layer) on top of the in the 10A / 10B shown structure was applied. Prior to this process, a chemical mechanical polishing (CMP) process can be performed to achieve a uniform surface.

12 zeigt die in den 11A und 11B gezeigte Struktur während eines Temperaturbehandlungsprozesses der Struktur. Wie 12 entnommen werden kann, wird mechanischer Stress, der durch die Pfeile "S" angedeutet ist (Expansion der strukturierten Topelektrodenschicht 801), durch das Füllmaterial 1001 kompensiert, wobei sich die räumlichen Dimensionen des Füllmaterials 1001 aufgrund eines negativen thermischen Expansionskoeffizienten oder aufgrund der Komprimiereigenschaften des Füllmaterials 1001 verringern, was durch Pfeile "C" angedeutet ist. Auf diese Art und Weise kann einer Beschädigung der in 12 gezeigten Struktur aufgrund von mechanischem (thermischem) Stress vorgebeugt werden. 12 shows the in the 11A and 11B shown structure during a temperature treatment process of the structure. As 12 can be taken, is mechanical stress, which is indicated by the arrows "S" (expansion of the patterned top electrode layer 801 ), through the filler material 1001 compensated, whereby the spatial dimensions of the filling material 1001 due to a negative thermal expansion coefficient or due to the compression properties of the filler 1001 reduce what is indicated by arrows "C". In this way, damage to the in 12 shown structure due to mechanical (thermal) stress prevented.

13 zeigt die Delamination eines Stapels 1300 von Schichten, die oberhalb eines Si-Substrats 1301 angeordnet sind, nachdem ein Wärmebehandlungsprozess durchgeführt wurde. Der Stapel 1300 ist an einer Schnittstelle zwischen Si-basierendem Material und GeS2-basierendem Material delaminiert, so dass ein Spalt 1302 entstanden ist. Dies zeigt mögliche Konsequenzen thermischer Expansion. 13 shows the delamination of a pile 1300 of layers that are above a Si substrate 1301 are arranged after a heat treatment process has been performed. The stack 1300 is delaminated at an interface between Si-based material and GeS 2 -based material, leaving a gap 1302 originated. This shows possible consequences of thermal expansion.

14 zeigt ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess P1 wird ein Substrat bereitgestellt. In einem zweiten Prozess P2 wird eine Mehrzahl von Schichten auf dem Substrat abgeschieden, wobei die Mehrzahl von Schichten eine Trenchstruktur aufweisen. In einem dritten Prozess P3 wird die Trenchstruktur so überwachsen, dass innerhalb der Trenchstruktur oder oberhalb der Trenchstruktur Hohlräume erzeugt werden, und/oder die Trenchstruktur wird mit komprimierbaren Material oder mit Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, gefüllt. 14 shows a manufacturing method according to an embodiment of the invention. In a first process P1, a substrate is provided. In a second process P2, a plurality of layers are deposited on the substrate, the plurality of layers having a trench structure. In a third process P3, the trench structure is overgrown such that voids are generated within the trench structure or above the trench structure, and / or the trench structure is filled with compressible material or with material having a negative coefficient of thermal expansion.

Wie in 15A und 15B gezeigt ist, können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Speicherarrays/integrierten Schaltungen in Modulen zum Einsatz kommen. In 15A ist ein Speichermodul 1500 gezeigt, das ein oder meherere Speicherarrays/integrierte Schaltungen 1504 aufweist, die auf einem Substrat 1502 angeordnet sind. Jede(s) Speicherarray/integrierte Schaltung 1504 kann mehrere Speicherzellen beinhalten. Das Speichermodul 1500 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1506 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, die mit Speichervorrichtung(en) eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise den Speicherarrays/integrierten Schaltungen 1504. Weiterhin kann das Speichermodul 1500 eine Mehrzahl elektrischer Verbindungen 1508 aufweisen, die eingesetzt werden können, um das Speichermodul 1500 mit anderen elektronischen Komponenten, beispielsweise anderen Modulen, zu verbinden.As in 15A and 15B 1, embodiments of the memory arrays / integrated circuits according to the invention can be used in modules. In 15A is a memory module 1500 shown one or more memory arrays / integrated circuits 1504 which is on a substrate 1502 are arranged. Each memory array / integrated circuit 1504 can contain several memory cells. The memory module 1500 can also use one or more electronic devices 1506 comprising memory, processing circuits, control circuits, address circuits, bus connection circuits, or other circuits or electronic devices that may be combined with memory device (s) of a module, such as memory arrays / integrated circuits 1504 , Furthermore, the memory module 1500 a plurality of electrical connections 1508 which can be used to the memory module 1500 to connect with other electronic components, such as other modules.

Wie in 15B gezeigt ist, können diese Module stapelbar ausgestaltet sein, um einen Stapel 1550 auszubilden. Beispielsweise kann ein stapelbares Speichermodul 1552 ein oder mehrere Speicherarrays/integrierte Schaltungen 1556 enthalten, die auf einem stapelbaren Substrat 1554 angeordnet sind. Jede(s) Speicherarray/integrierte Schaltung 1556 kann mehrere Speicherzellen enthalten. Das stapelbare Speichermodul 1552 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1558 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Addressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, und die mit Speichervorrichtungen eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise mit den Speicherarrays/integrierten Schaltungen 1556. Elektrische Verbindungen 1560 werden dazu benutzt, um das stapelbare Speichermodul 1552 mit anderen Modulen innerhalb des Stapels 1550 zu verbinden. Andere Module des Stapels 1550 können zusätzliche stapelbare Speichermodule sein, die dem oben beschriebenen stapelbaren Speichermodul 1552 ähneln, oder andere Typen stapelbarer Module sein, beispielsweise stapelbare Verarbeitungsmodule, Kommunikationsmodule, oder Module, die elektronische Komponenten enthalten.As in 15B As shown, these modules may be stackable to form a stack 1550 train. For example, a stackable memory module 1552 one or more memory arrays / integrated circuits 1556 included on a stackable substrate 1554 are arranged. Each memory array / integrated circuit 1556 can contain several memory cells. The stackable memory module 1552 can also use one or more electronic devices 1558 which include memory, processing circuits, control circuits, address circuits, bus connection circuits, or other circuitry, and which may be combined with memory devices of a module, such as memory arrays / integrated circuits 1556 , Electrical connections 1560 are used to make the stackable memory module 1552 with other modules within the stack 1550 connect to. Other modules of the stack 1550 may be additional stackable memory modules that are the stackable memory module described above 1552 or other types of stackable modules, such as stackable processing modules, communication modules, or modules containing electronic components.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Speicherzellen der Speicherzellenarrays/integrierten Schaltungen Phasenänderungsspeicherzellen sein, die Phasenänderungsmaterial aufweisen. Das Phasenänderungsmaterial kann zwischen wenigstens zwei Kristallisierungszuständen geschaltet werden (d. h. das Phasenänderungsmaterial kann wenigstens zwei Kristallisierungsgrade annehmen), wobei jeder Kristallisierungszustand einen Speicherzustand repräsentiert. Wenn die Anzahl möglicher Kristallisierungszustände zwei beträgt, wird der Kristallisierungszustand, der einen hohen Kristallisierungsgrad aufweist, auch als „kristalliner Zustand" bezeichnet, wohin gegen der Kristallisierungszustand, der einen niedrigen Kristallisierungsgrad aufweist, auch als „amorpher Zustand" bezeichnet wird. Unterschiedliche Kristallisierungszustände können durch entsprechende unterschiedliche elektrische Eigenschaften voneinander unterschieden werden, insbesondere durch unterschiedliche Widerstände, die hierdurch impliziert werden. Beispielsweise hat ein Kristallisierungszustand, der einen hohen Kristallisierungsgrad (geordnete atomare Struktur) aufweist, im Allgemeinen einen niedrigeren Widerstand als ein Kristallisierungszustand, der einen niedrigen Kristallisierungsgrad aufweist (ungeordnete atomare Struktur). Der Einfachheit halber soll im Folgenden angenommen werden, dass das Phasenänderungsmaterial zwei Kristallisierungszustände annehmen kann (einen „amorphen Zustand" und einen „kristallinen Zustand"). Jedoch sei erwähnt, dass auch zusätzliche Zwischenzustände verwendet werden können.According to one embodiment of the invention the memory cells of the memory cell arrays / integrated circuits Phase change memory cells be, the phase change material exhibit. The phase change material can be switched between at least two crystallization states (i.e. H. the phase change material may assume at least two degrees of crystallization), each one Crystallization state represents a memory state. If the number of possible Crystallization states two is, becomes the crystallization state having a high degree of crystallization also known as "crystalline Condition ", where against the crystallization state, which has a low degree of crystallization also known as "amorphous State " becomes. Different crystallization states can be differentiated by corresponding different electrical properties are distinguished from each other, in particular through different resistances, which are implied by this. For example, a crystallization state, a high degree of crystallization (ordered atomic structure) generally has a lower resistance than a crystallization state, which has a low degree of crystallization (disordered atomic structure). For the sake of simplicity, it is assumed below be that phase change material two crystallization states can accept (an "amorphous State "and a" crystalline State "). However be mentioned that too extra intermediate states can be used.

Phasenänderungsspeicherzellen können vom amorphen Zustand in den kristallinen Zustand (und umgekehrt) überwechseln, wenn Temperaturschwankungen innerhalb des Phasenänderungsmaterials autreten. Derartige Temperaturänderungen können auf unterschiedliche Art und Weisen hervorgerufen werden. Beispielsweise kann ein Strom durch das Phasenänderungsmaterial geleitet werden (oder eine Spannung kann an das Phasenänderungsmaterial angelegt werden). Alternativ hierzu kann einem Widerstandsheizelement, das neben dem Phasenänderungsmaterial vorgesehen ist, ein Strom oder eine Spannung zugeführt werden. Um den Speicherzustand einer Widerstandsänderungsspeicherzelle festzulegen, kann ein Messstrom durch das Phasenänderungsmaterial geleitet werden (oder eine Messspannung kann an das Phasenänderungsmaterial angelegt werden), womit der Widerstand der Widerstandsänderungsspeicherzelle, der den Speicherzustand der Speicherzelle repräsentiert, gemessen wird.Phase change memory cells can change from the amorphous state to the crystalline state (and vice versa) when temperature fluctuations within the phase change material. Such temperature changes can be caused in different ways. For example, a current may be passed through the phase change material (or a voltage may be applied to the phase change material). Alternatively, a current or voltage may be supplied to a resistance heating element provided adjacent to the phase change material. In order to set the memory state of a resistance change memory cell, a sense current may be passed through the phase change material (or a sense voltage may be applied to the phase change material), thereby measuring the resistance of the resistance change memory cell representing the memory state of the memory cell.

16 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Phasenänderungsspeicherzelle 1600 (Aktiv-In-Via-Typ). Die Phasenänderungsspeicherzelle 1600 weist eine erste Elektrode 1602, Phasenänderungsmaterial 1604, eine zweite Elektrode 1606 sowie isolierendes Material 1608 auf. Das Phasenänderungmaterial 1604 wird lateral durch das isolierende Material 1608 eingeschlossen. Eine Auswahlvorrichtung (nicht gezeigt) wie beispielsweise ein Transistor, eine Diode oder eine andere aktive Vorrichtung kann mit der ersten Elektrode 1602 oder der zweiten Elektrode 1606 gekoppelt sein, um das Beaufschlagen des Phasenänderungsmaterials 1604 mit Strom oder Spannung unter Verwendung der ersten Elektrode 1602 und/oder der zweiten Elektrode 1606 zu steuern. Um das Phasenänderungsmaterial 1604 in den kristallinen Zustand zu überführen, kann das Phasenänderungsmaterial 1604 mit einem Strompuls und/oder einem Spannungspuls beaufschlagt werden, wobei die Pulsparameter so gewählt werden, dass die Temperatur des Phasenänderungsmaterials 1604 über die Phasenänderungsmaterial-Kristallisisierungstemparatur steigt, jedoch unterhalb der Phasenänderungsmaterial-Schmelztemperatur gehalten wird. Wenn das Phasenänderungsmaterial 1604 in den amorphen Zustand überführt werden soll, kann das Phasenänderungsmaterial 1604 mit einem Strompuls und/oder einem Spannungspuls beaufschlagt werden, wobei die Pulsparameter so gewählt werden, dass die Temperatur des Phasenänderungsmaterials 1604 schnell über die Phasenänderungsmaterial-Schmelztemperatur steigt, wobei das Phasenänderungsmaterial 1604 anschließend schnell abgekühlt wird. 16 shows a cross-sectional view of an exemplary phase change memory cell 1600 (Active-in-via type). The phase change memory cell 1600 has a first electrode 1602 , Phase change material 1604 , a second electrode 1606 as well as insulating material 1608 on. The phase change material 1604 becomes lateral through the insulating material 1608 locked in. A selection device (not shown) such as a transistor, a diode or other active device may be connected to the first electrode 1602 or the second electrode 1606 be coupled to the application of the phase change material 1604 with current or voltage using the first electrode 1602 and / or the second electrode 1606 to control. To the phase change material 1604 into the crystalline state, the phase change material 1604 be subjected to a current pulse and / or a voltage pulse, wherein the pulse parameters are selected so that the temperature of the phase change material 1604 above the phase change material crystallization temperature, but kept below the phase change material melting temperature. If the phase change material 1604 is to be converted into the amorphous state, the phase change material 1604 be subjected to a current pulse and / or a voltage pulse, wherein the pulse parameters are selected so that the temperature of the phase change material 1604 rises rapidly above the phase change material melting temperature, with the phase change material 1604 then cooled quickly.

Das Phasenänderungsmaterial 1604 kann eine Vielzahl von Materialien enthalten. Gemäß einer Ausführungsform kann das Phasenänderungsmaterial 1604 eine Chalcogenidlegierung aufweisen (oder daraus bestehen), die eine oder mehrere Elemente aus der Gruppe VI des Periodensystems beinhaltet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Phasenänderungsmaterial 1604 Clalcogenid-Verbundmaterial aufweisen oder daraus bestehen, wie beispielsweise GeSbTe, SbTe, GeTe oder AbInSbTe. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Phasenänderungsmaterial 1604 ein chalgogenfreies Material aufweisen oder daraus bestehen, wie beispielsweise GeSb, GaSb, InSb, oder GeGaInSb. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Phasenänderungsmaterial 1604 jedes geeignetes Material aufweisen oder daraus bestehen, das eines oder mehrere der Elemente Ge, Sb, Te, Ga, Bi, Pb, Sn, Si, P, O, As, In, Se, und S aufweist.The phase change material 1604 can contain a variety of materials. According to one embodiment, the phase change material 1604 comprise (or consist of) a chalcogenide alloy containing one or more elements of group VI of the periodic table. According to a further embodiment, the phase change material 1604 Comprise or consist of clalcogenide composite material such as GeSbTe, SbTe, GeTe or AbInSbTe. According to a further embodiment, the phase change material 1604 comprise or consist of a chalcogen-free material, such as GeSb, GaSb, InSb, or GeGaInSb. According to a further embodiment, the phase change material 1604 comprise or consist of any suitable material comprising one or more of Ge, Sb, Te, Ga, Bi, Pb, Sn, Si, P, O, As, In, Se, and S.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eine der ersten Elektrode 1602 und der zweiten Elektrode 1606 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oder Mischungen oder Legierungen hieraus auf (oder bestehen hieraus). Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der ersten Elektrode 1602 und der zweiten Elektrode 1606 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W und zwei oder mehrere Elemente der Gruppe: B, C, N, O, Al, Si, P, S und/oder Mischungen und Legierungen hieraus auf (oder bestehen hieraus). Beispiele derartiger Materialien sind TiCN, TiAlN, TiSiN, W-Al2O3, und Cr-Al2O3.According to one embodiment of the invention, at least one of the first electrode 1602 and the second electrode 1606 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W or mixtures or alloys thereof (or consist thereof). According to a further embodiment, at least one of the first electrode 1602 and the second electrode 1606 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W and two or more elements of the group: B, C, N, O, Al, Si, P, S and / or mixtures and alloys thereof (or consist of this). Examples of such materials are TiCN, TiAlN, TiSiN, W-Al 2 O 3 , and Cr-Al 2 O 3 .

17 zeigt ein Blockdiagramm einer Speichervorrichtung 1700, die einen Schreibpulsgenerator 1702, eine Verteilungsschaltung 1704, Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d (beispielsweise Phasenänderungsspeicherzellen 1600 wie in 16 gezeigt) und einen Leseverstärker 1708 aufweist. Gemäß einer Ausführungsform erzeugt der Schreibpulsgenerator 1702 Strompulse oder Spannungspulse, die den Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d mittels der Verteilungsschaltung 1704 zugeführt werden, wodurch die Speicherzustände der Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d programmiert werden. Gemäß einer Ausführungsform weist die Verteilungsschaltung 1704 eine Mehrzahl von Transistoren auf, die den Phasenänderungspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d bzw. Heizelementen, die neben den Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d vorgesehen sind, Gleichstrompulse oder Gleichspannungspulse zuführen. 17 shows a block diagram of a memory device 1700 containing a write pulse generator 1702 , a distribution circuit 1704 , Phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D (For example, phase change memory cells 1600 as in 16 shown) and a sense amplifier 1708 having. According to one embodiment, the write pulse generator generates 1702 Current pulses or voltage pulses representing the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D by means of the distribution circuit 1704 whereby the storage states of the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D be programmed. According to one embodiment, the distribution circuit 1704 a plurality of transistors connecting the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D or heating elements adjacent to the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D are provided to supply DC pulses or DC pulses.

Wie bereits angedeutet wurde, kann das Phasenänderungsmaterial der Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c, 1706d von dem amorphen Zustand in den kristallinen Zustand (oder umgekehrt) überführt werden durch Ändern der Temperatur.As already indicated, the phase change material of the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c . 1706D from the amorphous state to the crystalline state (or vice versa) by changing the temperature.

Allgemeiner kann das Phasenänderungsmaterial von einem ersten Kristallisierungsgrad in einen zweiten Kristallisierungsgrad überführt werden aufgrund einer Temperaturänderung. Beispielsweise kann der Bitwert „Null" dem ersten (niedrigen) Kristallisierungsgrad, und der Bitwert „1" dem zweiten (hohen) Kristallisierungsgrad zugewiesen werden. Da unterschiedliche Kristallisierungsgrade unterschiedliche elektrische Widerstände implizieren, ist der Leseverstärker 1708 dazu im Stande, den Speicherzustand einer der Phasenänderungspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c oder 1706d in Abhängigkeit des Widerstands des Phasenänderungsmaterials zu ermitteln.More generally, the phase change material can be converted from a first degree of crystallization to a second degree of crystallinity due to a temperature change. For example For example, the bit value "zero" may be assigned to the first (low) degree of crystallization, and the bit value "1" to the second (high) degree of crystallization. Since different degrees of crystallization imply different electrical resistances, the sense amplifier is 1708 capable of storing one of the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c or 1706D depending on the resistance of the phase change material to determine.

Um hohe Speicherdichten zu erzielen, können die Phasenänderungsspeicherzellen 1706a, 1706b, 1706c und 1706d zur Speicherung mehrerer Datenbits ausgelegt sein (d. h. das Phasenänderungsmaterial kann auf unterschiedliche Widerstandswerte programmiert werden). Beispielsweise können, wenn eine Phasenänderungsspeicherzelle 1706a, 1706b, 1706c und 1706d auf einen von drei möglichen Widerstandsleveln programmiert wird, 1.5 Datenbits pro Speicherzelle gespeichert werden. Wenn die Phasenänderungsspeicherzelle auf einen von vier möglichen Widerstandsleveln programmiert wird, können zwei Datenbits pro Speicherzelle gespeichert werden, und so weiter.In order to achieve high storage densities, the phase change memory cells 1706a . 1706b . 1706c and 1706D be designed to store several bits of data (ie the phase change material can be programmed to different resistance values). For example, if a phase change memory cell 1706a . 1706b . 1706c and 1706D is programmed to one of three possible resistance levels, 1.5 data bits per memory cell are stored. If the phase change memory cell is programmed to one of four possible resistance levels, two bits of data per memory cell can be stored, and so on.

Die in 17 gezeigte Ausführungsform kann auf ähnliche Art und Weise auch auf andere Widerstandsänderungsspeicherelemente angewandt werden wie programmierbare Metallisierungszellen (PMCs), magnetorresistive Speicherzellen (beispielsweise MRAMs), organische Speicherzellen (beispielsweise ORAMs), oder Übergangsmetalloxid-Speicherzellen (TMOs).In the 17 The illustrated embodiment may similarly be applied to other resistance change memory elements such as programmable metallization cells (PMCs), magnetoresistive memory cells (eg, MRAMs), organic memory cells (eg, ORAMs), or transition metal oxide memory cells (TMOs).

Ein weiterer Typ von Speicherzellen, der zum Einsatz kommen kann, besteht darin, Kohlenstoff als Widerstandsänderungsmaterial einzusetzen. Im Allgemeinem hat amorpher Kohlenstoff, der reich an sp3-hybridisiertem Kohlenstoff ist (d. h. tetraedisch gebundener Kohlenstoff) einen hohen Widerstand, wohin gegen amorpher Kohlenstoff, der reich an sp2-hybridisiertem Kohlenstoff ist (das heißt trigonal gebundener Kohlenstoff), einen niedrigen Widerstand. Dieser Widerstandsunterschied kann in Widerstandsänderungsspeicherzellen ausgenutzt werden.Another type of memory cell that can be used is to use carbon as a resistance change material. In general, amorphous carbon rich in sp 3 -hybridized carbon (ie, tetrahedral bonded carbon) has high resistance, whereas amorphous carbon rich in sp 2 -hybridized carbon (i.e., trigonal-bonded carbon) has low resistance , This resistance difference can be utilized in resistance change memory cells.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kohlenstoffspeicherzelle auf ähnliche Art und Weise ausgebildet, wie oben im Zusammenhang mit den Phasenänderungsspeicherzellen beschrieben wurde. Eine temperaturinduzierte Änderung zwischen einem sp3-reichen Zustand und einem sp2-reichen Zustand kann dazu genutzt werden, den Widerstand von amorphem Kohlenstoffmaterial zu ändern. Diese variierenden Widerstände können genutzt werden, um unterschiedliche Speicherzustände zu darzustellen. Beispielsweise kann ein sp3-reicher Zustand (Hochwiderstandszustand) "Null" repräsentieren, und ein sp2-reicher Zustand (Niedrigwiderstandszustand) "Eins" repräsentieren. Zwischenwiderstandszustände können dazu genutzt werden, mehrere Bits darzustellen, wie oben beschrieben wurde.According to one embodiment of the invention, a carbon memory cell is formed in a similar manner as described above in connection with the phase change memory cells. A temperature-induced change between an sp 3 -rich state and an sp 2 -rich state can be used to change the resistance of amorphous carbon material. These varying resistances can be used to represent different memory conditions. For example, an sp 3 rich state (high resistance state) may represent "zero", and an sp 2 rich state (low resistance state) may represent "one". Intermediate resistance states can be used to represent multiple bits as described above.

Bei diesem Kohlenstoffspeicherzellentyp verursacht die Anwendung einer ersten Temperatur im Allgemeinen einen Übergang, der sp3-reichen amorphen Kohlenstoff in sp2-reichen amorphen Kohlenstoff überführt. Dieser Übergang kann durch die Anwendung einer zweiten Temperatur, die typischerweise höher ist als die erste Temperatur, rückgängig gemacht werden. Wie oben erwähnt wurde, können diese Temperaturen beispielsweise durch Beaufschlagen des Kohlenstoffmaterials mit einem Strompuls und/oder einem Spannungspuls erzeugt werden. Alternativ können die Temperaturen unter Einsatz eines Widerstandsheizelements, das neben dem Kohlenstoffmaterial vorgesehen ist, erzeugt werden.In this type of carbon storage cell, the use of a first temperature generally causes a transition that converts sp 3 -rich amorphous carbon into sp 2 -rich amorphous carbon. This transition can be reversed by the application of a second temperature, which is typically higher than the first temperature. As mentioned above, these temperatures may be generated by, for example, charging the carbon material with a current pulse and / or a voltage pulse. Alternatively, the temperatures may be generated using a resistance heating element provided adjacent to the carbon material.

Eine weitere Möglichkeit, Widerstandsänderungen in amorphem Kohlenstoff zum Speichern von Information zu nutzen, ist das Feldstärken-induzierte Ausbilden eines leitenden Pfades in einem isolierenden amorphen Kohlenstofffilm. Beispielsweise kann das Anwenden eines Spannungspulses oder Strompulses das Ausbilden eines leitenden sp2-Filaments in isolierendem, sp3-reichem amorphem Kohlenstoff bewirken. Die Funktionsweise dieses Widerstandskohlenstoffspeichertyps ist in den 18A und 18B gezeigt.Another way to utilize resistance changes in amorphous carbon to store information is the field strength induced formation of a conductive path in an insulating amorphous carbon film. For example, applying a voltage pulse or current pulse may cause the formation of a conductive sp 2 filament in insulating, sp 3 -rich amorphous carbon. The operation of this resistance carbon storage type is described in FIGS 18A and 18B shown.

18A zeigt eine Kohlenstoffspeicherzelle 1800, die einen Topkontakt 1802, eine Kohlenstoffspeicherschicht 1804 mit isolierendem amorphem Kohlenstoffmaterial, das reich an sp3-hybridiesierten Kohlenstoffatomen ist, und einen Bottomkontakt 1806 aufweist. Wie in 18B gezeigt ist, kann mittels eines Stroms (oder einer Spannung), der durch die Kohlenstoffspeicherschicht 1804 geleitet wird, ein sp2-Filament 1850 in der sp3-reichen Kohlenstoffspeicherschicht 1804 ausgebildet werden, womit der Widerstand der Speicherzelle geändert wird. Das Anwenden eines Strompulses (oder Spannungspulses) mit hoher Energie (oder mit umgekehrter Polarität) kann das sp2-Filament 1850 zerstören, womit der Widerstand der Kohlenstoffspeicherschicht 1804 erhöht wird. Wie oben diskutiert wurde, können die Änderungen des Widerstands den Kohlenstoffspeicherschicht 1804 dazu benutzt werden, Information zu speichern, wobei beispielsweise ein Hochwiderstandszustand „Null", und ein Niedrigwiderstandszustand „Eins" repräsentiert. Zusätzlich können in einigen Ausführungsformen Zwischengrade der Filamentausbildung oder das Ausbilden mehrerer Filamente in sp3-reichen Kohlenstofffilmen genutzt werden, um mehrere variierende Widerstandslevel bereit zu stellen, womit in einer Kohlenstoffspeicherzelle mehrere Informationsbits speicherbar sind. In einigen Ausführungsformen können alternierend sp3-reiche Kohlenstoffschichten und sp2-reiche Kohlenstoffschichten zum Einsatz kommen, wobei die sp3-reichen Schichten das Ausbilden leitender Filamente anregen, so dass die Stromstärken und/oder Spannungsstärken, die zum Schreiben eines Werts in diesen Kohlenstoffspeichertyp zum Einsatz kommen, reduziert werden können. 18A shows a carbon storage cell 1800 who have a top contact 1802 a carbon storage layer 1804 with insulating amorphous carbon material rich in sp 3 -hybridized carbon atoms and a bottom contact 1806 having. As in 18B can be shown by means of a current (or voltage) passing through the carbon storage layer 1804 is passed, an SP 2 filament 1850 in the sp 3 -rich carbon storage layer 1804 are formed, whereby the resistance of the memory cell is changed. Applying a high energy (or reverse polarity) current pulse (or voltage pulse) may be the sp 2 filament 1850 destroy what the resistance of the carbon storage layer 1804 is increased. As discussed above, the changes in resistance may be to the carbon storage layer 1804 be used to store information, for example, representing a high resistance state "zero", and a low resistance state "one". Additionally, in some embodiments, intermediate levels of filament formation or formation of multiple filaments in sp 3 -rich carbon films may be used to provide multiple varying levels of resistance, thus providing more information in a carbon memory cell onbits are storable. In some embodiments, alternating sp 3 -rich carbon layers and sp 2 -rich carbon layers may be employed, wherein the sp 3 -rich layers excite conductive filament formation, such that the currents and / or voltages used to write a value into this carbon storage type be used, can be reduced.

Die Widerstandsänderungsspeicherzellen wie beispielsweise die Phasenänderungsspeicherzellen und die Kohlenstoffspeicherzellen, die vorangehend beschrieben wurden, können mit einem Transistor, einer Diode oder einem anderen aktiven Element zum Auswählen der Speicherzelle versehen sein. 19A zeigt eine schematische Darstellung einer derartigen Speicherzelle, die ein Widerstandsänderungsspeicherelement benutzt. Die Speicherzelle 1900 weist einen Auswahltransistor 1902 und ein Widerstandsänderungsspeicherelement 1904 auf. Der Auswahltransistor 1902 weist einen Source-Abschnitt 1906, der mit einer Bitleitung 1908 verbunden ist, einen Drainabschnitt 1910, der mit dem Speicherelement 1904 verbunden ist, und einen Gateabschnitt 1912, der mit einer Wortleitung 1914 verbunden ist, auf. Das Widerstandsänderungsspeicherelement 1904 ist weiterhin mit einer gemeinsamen Leitung 1916 verbunden, die geerdet oder mit einer anderen Schaltung verbunden sein kann, wie beispielsweise einer Schaltung (nicht gezeigt) zum Bestimmen des Widerstands der Speicherzelle 1900, was bei Lesevorgängen zum Einsatz kommen kann. Alternativ kann in einigen Konfigurationen eine Schaltung (nicht gezeigt) zum Ermitteln des Zustands der Speicherzellen 1900 während des Lesevorgangs mit der Bitleitung 1908 verbunden sein.The resistance change memory cells such as the phase change memory cells and the carbon memory cells described above may be provided with a transistor, a diode or other active element for selecting the memory cell. 19A shows a schematic representation of such a memory cell using a resistance change memory element. The memory cell 1900 has a selection transistor 1902 and a resistance change memory element 1904 on. The selection transistor 1902 has a source section 1906 that with a bit line 1908 is connected, a drain section 1910 that with the memory element 1904 connected, and a gate section 1912 that with a wordline 1914 is connected. The resistance change memory element 1904 is still with a common line 1916 which may be grounded or connected to another circuit, such as a circuit (not shown) for determining the resistance of the memory cell 1900 what can be used in reading operations. Alternatively, in some configurations, a circuit (not shown) for determining the state of the memory cells 1900 during the read operation with the bit line 1908 be connected.

Wenn in die Speicherzelle 1900 beschrieben werden soll, wird die Wortleitung 1914 zum Auswählen der Speicherzelle 1900 genutzt, und das Widerstandsänderungsspeicherelement 1904 wird mit einem Strompuls (oder Spannungspuls) unter Verwendung der Bitleitung 1908 beaufschlagt, womit der Widerstand des Widerstandsänderungsspeicherelements 1904 geändert wird. Auf ähnliche Art und Weise wird, wenn aus der Speicherzelle 1900 gelesen wird, die Wortleitung 1914 dazu genutzt, die Zelle 1900 auszuwählen, und die Bitleitung 1908 wird dazu genutzt, das Widerstandsänderungsspeicherelement 1904 mit einer Lesespannung oder einem Lesestrom zu beaufschlagen, um den Widerstand des Widerstandsänderungsspeicherelements 1904 zu messen.When in the memory cell 1900 will be described, the word line 1914 for selecting the memory cell 1900 used, and the resistance change memory element 1904 is done with a current pulse (or voltage pulse) using the bit line 1908 applied, whereby the resistance of the resistance change memory element 1904 will be changed. Similarly, when out of the memory cell 1900 is read, the word line 1914 used the cell 1900 and the bit line 1908 is used to change the resistance change memory element 1904 to apply a read voltage or a read current to the resistance of the resistance change memory element 1904 to eat.

Die Speicherzelle 1900 kann als 1T1J-Zelle bezeichnet werden, da sie einen Transistor und einen Speicherübergang (das Widerstandsänderungsspeicherelement 1904) nutzt. Typischerweise weist eine Speichervorrichtung ein Array auf, das eine Vielzahl derartiger Zellen aufweist. Anstelle einer 1T1J-Speicherzelle können andere Konfigurationen zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist in 19B ein alternativer Aufbau einer 1T1J-Speicherzelle 1950 gezeigt, in dem ein Auswahltransistor 1952 und ein Widerstandänderungsspeicherelement 1954 auf andere Art und Weise angeordnet sind, verglichen zu dem in 19A gezeigten Aufbau. In diesem alternativem Aufbau ist das Widerstandsänderungsspeicherelement 1954 mit einer Bitleitung 1958 sowie mit einem Source-Abschnitt 1956 des Auswahltransistors 1952 verbunden. Ein Drainabschnitt 1960 des Auswahltransistors 1952 ist mit einer gemeinsamen Leitung 1966 verbunden, die geerdet oder mit einer anderen Schaltung (nicht gezeigt) verbunden sein kann, wie oben diskutiert wurde. Ein Gateabschnitt 1962 des Auswahltransistors 1952 wird mittels einer Wortleitung 1964 gesteuert.The memory cell 1900 may be referred to as a 1T1J cell because it includes a transistor and a memory transition (the resistance change memory element 1904 ) uses. Typically, a storage device comprises an array having a plurality of such cells. Instead of a 1T1J memory cell, other configurations may be used. For example, in 19B an alternative construction of a 1T1J memory cell 1950 shown in which a selection transistor 1952 and a resistance change memory element 1954 are arranged in a different way compared to that in 19A shown construction. In this alternative construction, the resistance change storage element is 1954 with a bit line 1958 as well as with a source section 1956 of the selection transistor 1952 connected. A drain section 1960 of the selection transistor 1952 is with a common line 1966 which may be grounded or connected to another circuit (not shown) as discussed above. A gate section 1962 of the selection transistor 1952 is by means of a wordline 1964 controlled.

In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.In The following description is intended to provide further aspects of example embodiments of the invention explained become.

Die Erfindung betrifft u. a. das Herstellen nicht-volatiler Speicher, beispielsweise das Herstellen von Leitungsbrücken-(CB = Conductive Bridging)-RAM-Speichern. Das Konzept dieses Speichertyps basiert auf dem Erzeugen oder dem Zerstören von Leitungsbrücken, die von einem Metall innerhalb einer Chalcogenid-Glasmatrix ausgebildet werden, wenn eine Spannung, die größer ist als eine bestimmte Schwellenwertspannung, angelegt wird, um die Brücke auszubilden oder größer (negativer) als ein bestimmter negativer Spannungsschwellenwert ist, um die Brücke zu löschen. Die in dieser Brücke gespeicherte Information kann unter Zuhilfenahme einer Zwischenspannung gelesen werden. Verglichen zu verfügbaren Technologien (beispielsweise DRAM, Flash) wird eine kontinuierliche Skalierbarkeit herunter zu sehr kleinen Feature-Größen bei gleichzeitiger Nichtvolatilität, schneller Programmierung und niedrigem Stromverbrauch ermöglicht.The Invention relates to u. a. producing non-volatile memory, For example, the manufacture of conductive bridging (CB) RAMs. The concept of this type of memory is based on the generation or the To destroy of cable bridges, formed by a metal within a chalcogenide glass matrix be when a tension that is greater than a certain one Threshold voltage applied to make the bridge or larger (more negative) as a certain negative voltage threshold is to the bridge to delete. The stored in this bridge Information can be read with the aid of an intermediate voltage become. Compared to available Technologies (eg DRAM, Flash) will be a continuous one Scalability down to very small feature sizes simultaneous non-volatility, faster programming and low power consumption.

Gegenwärtig wird zur Ausbildung der Leitungsbrücken beispielsweise das Metall Silber (Ag) herangezogen, da dieses Metall eine hohe Mobilität innerhalb der Matrix aufweist und somit die Herstellung sehr schneller Schaltspeicher ermöglicht. Was Chalkogenid-Materialien anbelangt, sind beispielsweise insbesondere Bariumsulfidverbindungen oder Germaniumselenidverbindungen verwendbar.At present becomes for the formation of the cable bridges For example, the metal silver (Ag) used as this metal a high mobility within has the matrix and thus the production of very fast switching memory allows. As for chalcogenide materials, for example, in particular Barium sulfide compounds or germanium selenide compounds usable.

Bei der Verwendung von Silber(Ag)-, Selen(Se)- und Schwefel(S)-basierenden Materialien müssen jedoch die relativ großen thermischen Expansionskoeffizienten berücksichtigt werden, wie aus der folgenden Expansionskoeffizientenliste entnommen werden kann: Ge 6.0 10–6/K Ag 19.0 10–6/K S 36.0 10–6/K SiO2 0.5 10–6/K Si3N4 3.3 10–6/K However, when using silver (Ag), selenium (Se) and sulfur (S) based materials, the relatively large thermal expansion coefficients must be taken into account, as can be seen from the following expansion coefficient list: Ge 6.0 10 -6 / K Ag 19.0 10 -6 / K S 36.0 10 -6 / K SiO 2 0.5 10 -6 / K Si 3 N 4 3.3 10 -6 / K

Da sich die thermischen Expansionskoeffizienten von Standard-Zwischenschichtdielektrika(ILD = Inter-Layer-Dielectrikum)-Materialien, wie Siliziumoxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (SiN) signifikant von den thermischen Expansionskoeffizienten von Silber (Ab), Selen (Se), Schwefel (S) oder ähnlichen Materialien unterscheiden, entsteht während des Wärmebehandlungsprozesses mechanischer Stress.Since the thermal expansion coefficients of standard interlayer dielectrics (ILD) materials such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) significantly differ from the thermal expansion coefficients of silver (Ab), selenium (Se), sulfur ( S) or similar materials, arises during the heat treatment process mechanical stress.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine gelöcherte ("käseförmige") Aktivmaterialplatte anstelle einer durchgehenden Aktivmaterialplatte ausgebildet. Um dies zu ermöglichen, kann ein zusätzlicher Lithographieschritt erforderlich sein. Damit können Gebiete definiert werden, innerhalb derer das Ätzen/"Löchern" ausgeführt werden soll. Auf diese Art und Weise werden in die CBRAM-Zellengebiete Hohlräume eingebracht.According to one embodiment The invention is a perforated ("cheese-shaped") active material plate formed in place of a continuous active material plate. Around to enable this can be an extra Lithography step be required. This can be used to define areas within which the etching / "holes" should be performed. To this In a manner, cavities are introduced into the CBRAM cell areas.

Das Ätzen (allgemeiner: "Löchern") muss nicht notwendigerweise das gesamte Plattenmaterial/Aktivmaterial wegätzen. Ein Rest von Aktivmaterial und/oder Platte (Topelektrode) kann zwischen den Zellen nach dem Ätzen verbleiben. Nach dem "Löcherungs"-Prozess kann ein Filmabscheideprozess ausgeführt werden, durch welchen die Trenches innerhalb der einzelnen CBRAM-Zellen überwachsen werden. Dieser Prozess kann beispielsweise ein CVD-Prozess (oder ein physikalisches Dampfabscheideverfahren PVD) sein. Das abzuscheidende Material kann beispielsweise ein dielektrisches Material oder ein halbleitendes Material sein.The etching (more generally: "holes") does not necessarily have the entire Etch plate material / active material. A balance of active material and / or Plate (top electrode) may remain between the cells after etching. After the "punching" process, a film deposition process can be carried out by which the trenches within the individual CBRAM cells are overgrown. This process can be, for example, a CVD process (or a physical process) Dampfabscheideverfahren PVD). The material to be deposited can For example, a dielectric material or a semiconducting Be material.

Nach diesem Prozess wird ein Standard-Back-End-Of-Line(BEOL)-Prozess durchgeführt, der das Erzeugen einer oder mehrerer Metallschichten, dielektrischer Schichten, metallischer Kontakte sowie eine finale Einkapselung aufweist.To In this process, a standard Back - End Of Line (BEOL) process is performed producing one or more metal layers, dielectric Layers, metallic contacts and a final encapsulation having.

Speichervorrichtungen können eine ganze (durchgehende) Platte aus aktivem CBRAM-Material mit einem gemeinsamen Metallkontakt auf einer Seite und einzelnen Via-Kontakten auf der anderen Seite des aktiven Materials aufweisen. Aufgrund der signifikanten thermischen Ausdehnung der oben erwähnten Materialien können Delaminationseffekte oder andere allgemeine Materialdeffekte während der Integrationsprozesse die Folge sein, die bei erhöhten Temperaturen ausgeführt werden und nach dem Abscheiden des aktiven Materials zur Anwendung kommen.storage devices can a whole (continuous) plate of active CBRAM material with a common metal contact on one side and individual via contacts on the other side of the active material. by virtue of the significant thermal expansion of the above-mentioned materials can Delamination effects or other general material effects during the Integration processes are the result, which are carried out at elevated temperatures and after the deposition of the active material are used.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein löchriges aktives Material anstelle eines durchgehenden Materials verwendet. Die Löcher des strukturierten aktiven Materials werden mit nanoporösem Material gefüllt, das leicht komprimierbar ist, oder mit einem Material gefüllt, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, beispielsweise ZrW2O8. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden übereinander gestapelte Level von aktivem CBRAM-Material eingesetzt. Das Strukturieren zum Erzeugen der Löcher kann auf einen Teil des Aktivmaterialstapels begrenzt werden.According to one embodiment of the invention, a holey active material is used instead of a continuous material. The holes of the patterned active material are filled with nanoporous material that is easily compressible or filled with a material that has a negative coefficient of thermal expansion, such as ZrW 2 O 8 . According to one embodiment of the invention, stacked levels of active CBRAM material are employed. The patterning to create the holes may be limited to a portion of the active material stack.

100100
CBRAM-ZelleCBRAM cell
102102
erste Elektrodefirst electrode
102102
zweite Elektrodesecond electrode
103103
FestkörperelektrolytSolid electrolyte
104104
erste Oberflächefirst surface
105105
zweite Oberflächesecond surface
106106
Isolationsstrukturisolation structure
107107
Leitungsbrückejumper
200200
SpeicherzellenarrayMemory cell array
201201
Kompensationsgebietcompensation region
202202
Speicherzellenarray-MaterialMemory cell array Material
300300
SpeicherzellenarrayMemory cell array
302302
Hohlraumcavity
303303
Bottomelektrodebottom electrode
304304
Speicherzellememory cell
405405
AktivmaterialschichtActive material layer
406406
TrenchauffüllmaterialTrenchauffüllmaterial
407407
Trenchstrukturtrench structure
108108
Überhangoverhang
409409
Kanteedge
700700
Prozessstadiumprocess stage
701701
AktivmaterialschichtActive material layer
702702
Substratschichtsubstrate layer
703703
Bottomelektrodebottom electrode
800800
Prozessstadiumprocess stage
801801
Topelektrodetop electrode
802802
Maskenschichtmask layer
900900
Prozessstadiumprocess stage
901901
Trenchstrukturtrench structure
10001000
Prozessstadiumprocess stage
10011001
TrenchauffüllmaterialTrenchauffüllmaterial
11001100
Prozessstadiumprocess stage
11011101
Dielektrikumsschichtdielectric
13001300
Stapelstack
13011301
Si-SubstratSi substrate
13011301
Spaltgap
15001500
Speichermodulmemory module
15021502
Substratsubstratum
15041504
integrierte Schaltung/Speichervorrichtungintegrated Circuit / memory device
15061506
elektronische Vorrichtungelectronic contraption
15081508
elektrische Verbindungelectrical connection
15501550
Stapelstack
15521552
Speichermodulmemory module
15541554
Substratsubstratum
15561556
Speichervorrichtungstorage device
15581558
elektronische Vorrichtungelectronic contraption
15601560
elektrische Verbindungelectrical connection
16001600
PhasenänderungsspeicherzellePhase change memory cell
16021602
erste Elektrodefirst electrode
16041604
PhasenänderungsmaterialPhase change material
16061606
zweite Elektrodesecond electrode
16081608
isolierendes Materialinsulating material
17001700
Speichervorrichtungstorage device
17021702
SchreibpulserzeugerWrite pulse generator
17041704
Verteilungsschaltungdistribution circuit
17061706
PhasenänderungsspeicherzellenPhase change memory cells
17081708
Leseverstärkersense amplifier
18001800
KohlenstoffspeicherzelleCarbon memory cell
18021802
Topkontakttop contact
18041804
KohlenstoffspeicherschichtCarbon storage layer
18061806
Bottomkontaktbottom Contact
18501850
Filamentfilament
19001900
Speicherzellememory cell
19021902
Auswahltransistorselection transistor
19041904
WiderstandsänderungsspeicherelementResistance change memory element
19061906
Sourcesource
19081908
Bitleitungbit
19101910
Draindrain
19121912
Gategate
19141914
Wortleitungwordline
19161916
gemeinsame Leitungcommon management
19501950
Speicherzellememory cell
19521952
Auswahltransistorselection transistor
19541954
WiderstandsänderungsspeicherelementResistance change memory element
19561956
Sourcesource
19581958
Bitleitungbit
19601960
Draindrain
19621962
Gategate
19641964
Wortleitungwordline
19661966
gemeinsame Leitungcommon management

Claims (43)

Integrierte Schaltung, die ein Speicherzellenarray mit einer Mehrzahl von Hohlräumen aufweist, wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Hohlräume so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Hohlräume kompensiert wird.Integrated circuit, which is a memory cell array with a plurality of cavities having the spatial Positions and dimensions the cavities so chosen are that occurring within the memory cell array mechanical stress is at least partially compensated by the cavities. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Hohlraum mit komprimierbarem Material oder Material mit einem negativen thermischen Expansionskoeffizient gefüllt ist.An integrated circuit according to claim 1, wherein at least a cavity with compressible material or material with a negative thermal expansion coefficient is filled. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei das komprimierbare Material nanoporöses Material ist.An integrated circuit according to claim 2, wherein said compressible material nanoporous Material is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Speicherzellenarray ein resistives Speicherzellenarray ist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the memory cell array is a resistive memory cell array is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Speicherzellenarray ein nichtflüchtiges Speicherzellenarray ist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 4, wherein the memory cell array is a nonvolatile memory cell array is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Speicherzellenarray eine Aktivmaterialschicht aufweist, wobei zumindest ein Teil wenigstens eines Hohlraums innerhalb der Aktivmaterialschicht angeordnet ist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 5, wherein the memory cell array has an active material layer, wherein at least a part of at least one cavity within the Active material layer is arranged. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, wobei alle Hohlräume innerhalb der Aktivmaterialschicht vorgesehen sind.An integrated circuit according to claim 6, wherein all cavities are provided within the active material layer. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei alle Hohlräume innerhalb wenigstens einer dielektrischen Materialschicht vorgesehen sind.Integrated circuit according to one of claims 1 to 6, with all cavities are provided within at least one dielectric material layer. Integrierte Schaltung nach Anspruch 8, wobei alle Hohlräume innerhalb wenigstens einer dielektrischen Materialschicht vorgesehen sind, die oberhalb einer Aktivmaterialschicht und/oder einer Elektrodenschicht, die oberhalb der Aktivmaterialschicht angeordnet ist, angeordnet ist.An integrated circuit according to claim 8, wherein all cavities provided within at least one dielectric material layer are those above an active material layer and / or an electrode layer, which is arranged above the active material layer, arranged is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Speicherzellenarray ein Festkörperelekrolyt-Speicherzellenarray mit wahlfreiem Zugriff ist, das eine Reaktivelektrodenschicht, eine Inertelektrodenschicht und eine Festkörperelektrolytschicht, die zwischen der Reaktivelektrodenschicht und der Inertelektrodenschicht angeordnet ist, aufweist, wobei die Festkörperelektrolytschicht mit der Reaktivelektrodenschicht und der Inertelektrodenschicht elektrisch verbunden ist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 9, wherein the memory cell array is a solid state electrolyte memory cell array with random access, that is a reactive electrode layer, an inert electrode layer and a solid electrolyte layer, between the reactive electrode layer and the inert electrode layer is arranged, wherein the solid electrolyte layer with the reactive electrode layer and the inert electrode layer is electrically connected. Integrierte Schaltung nach Anspruch 10, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines Hohlraums innerhalb der Festkörperelektrolytschicht oder innerhalb der Inertelektrodenschicht oder innerhalb der Reaktivelektrodenschicht vorgesehen ist.An integrated circuit according to claim 10, wherein at least a part of at least one cavity within the solid electrolyte layer or within the inert electrode layer or within the reactive electrode layer is provided. Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines Hohlraums innerhalb einer dielektrischen Schicht angeordnet ist, die sich oberhalb der Festkörperelektrolytschicht befindet.Integrated circuit according to Claim 10 or 11, wherein at least a portion of at least one cavity within a dielectric layer is arranged, which is above the solid electrolyte layer located. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest ein Teil eines Hohlraums mit Material gefüllt ist, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, wobei das Material eine Verbindung aufweist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 12, wherein at least a portion of a cavity is filled with material, which has a negative thermal expansion coefficient, wherein the material has a compound. Integrierte Schaltung nach Anspruch 13, wobei das Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, ZrW2O8 ist.The integrated circuit of claim 13, wherein the material having a negative thermal expansion coefficient is ZrW 2 O 8 . Integrierte Schaltung mit einem Speicherzellenarray, das eine Mehrzahl von Kompensationsgebieten zum Kompensieren von mechanischem Stress aufweist, – wobei jedes Stresskompensationsgebiet komprimierbares Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, und – wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Stresskompensationsgebiete so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Stresskompensationsgebiete kompensiert wird.Integrated circuit comprising a memory cell array having a plurality of compensation regions for compensating mechanical Stress, wherein each stress compensation area comprises compressible material or material having a negative thermal expansion coefficient, and wherein the spatial positions and dimensions of the stress compensation areas are selected such that mechanical stress occurring within the memory cell array is at least partially compensated by the stress compensation areas. Integrierte Schaltung nach Anspruch 15, wobei das komprimierbare Material nanoporöses Material ist.An integrated circuit according to claim 15, wherein said compressible material nanoporous Material is. Integrierte Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Speicherzellenarray ein resistives Speicherzellenarray ist.Integrated circuit according to Claim 15 or 16, characterized wherein the memory cell array is a resistive memory cell array is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Speicherzellenarray ein nicht-flüchtiges Speicherzellenarray ist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 17, wherein the memory cell array is a non-volatile memory cell array is. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei wenigstens ein Kompensationsgebiet eine Trenchstruktur aufweist, wobei die Trenchstruktur zumindest teilweise mit komprimierbarem Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, gefüllt ist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 18, wherein at least one compensation region has a trench structure wherein the trench structure is at least partially compressible Material or material that has a negative thermal expansion coefficient has, is filled. Integrierte Schaltung einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Speicherzellenarray eine Aktivmaterialschicht aufweist, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines Kompensationsgebiets innerhalb der Aktivmaterialschicht vorgesehen ist.Integrated circuit according to one of claims 15 to 18, wherein the memory cell array has an active material layer, wherein at least a part of at least one compensation area is provided within the active material layer. Integrierte Schaltung nach Anspruch 20, wobei alle Kompensationsgebiete innerhalb der Aktivmaterialschicht vorgesehen sind.The integrated circuit of claim 20, wherein all Compensation areas provided within the active material layer are. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei wenigstens ein Teil der Kompensationsgebiete innerhalb einer dielektrischen Materialschicht vorgesehen sind, die oberhalb der Aktivmaterialschicht vorgesehen ist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 20, wherein at least a part of the compensation areas within a dielectric material layer are provided above the active material layer is provided. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Speicherzellenarray ein programmierbares Metallisierungszellenarray aufweist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 22, wherein the memory cell array is a programmable metallization cell array having. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei das Speicherzellenarray ein Festkörperelektrolyt-Speicherzellenarray mit wahlfreiem Zugriff ist, das eine Reaktivelektrodenschicht, eine Inertelektrodenschicht sowie eine Festkörperelektrodenschicht, die zwischen der Reaktivelektrodenschicht und der Inertelektrodenschicht angeordnet ist, aufweist, wobei die Festkörperelektrolytschicht mit der Reaktivelektrodenschicht und der Inertelektrodenschicht elektrisch verbunden ist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 23, wherein the memory cell array is a solid electrolyte memory cell array with random access, which is a reactive electrode layer, a Inert electrode layer and a solid-state electrode layer, the between the reactive electrode layer and the inert electrode layer is arranged, wherein the solid electrolyte layer with the Reactive electrode layer and the inert electrode electrically connected is. Integrierte Schaltung nach Anspruch 24, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines Kompensationsgebiets innerhalb der Festkörperelektrolytschicht oder innerhalb der Inertelektrodenschicht oder innerhalb der Reaktivelektrodenschicht vorgesehen ist.The integrated circuit of claim 24, wherein at least a part of at least one compensation area within the solid electrolyte layer or within the inert electrode layer or within the reactive electrode layer is provided. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei das Speicherzellenarray ein Phasenänderungs-Speicherzellenarray aufweist.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 25, wherein the memory cell array comprises a phase change memory cell array. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, mit einer Mehrzahl von Hohlräumen, deren räumliche Positionen und Dimensionen so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Hohlräume kompensiert wird.Integrated circuit according to one of Claims 15 to 26, with a plurality of cavities whose spatial Positions and dimensions are chosen so that within the Memory cell arrays occurring at least mechanical stress partly through the cavities is compensated. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei das Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, ZrW2O8 ist.The integrated circuit of any one of claims 15 to 27, wherein the material having a negative thermal expansion coefficient is ZrW 2 O 8 . Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, die ein Speicherzellenarray aufweist, mit: – Bereitstellen eines Substrats, – Abscheiden einer Mehrzahl von Schichten auf dem Substrat, wobei die Schichten eine Trenchstruktur aufweisen, – Überwachsen der Trenchstruktur derart, dass innerhalb der Trenchstruktur und/oder oberhalb der Trenchstruktur Hohlräume erzeugt werden.Method for producing an integrated circuit, having a memory cell array with: Providing a substrate, - Separate a plurality of layers on the substrate, wherein the layers have a trench structure, - Overgrowth of the trench structure such that within the trench structure and / or above the trench structure cavities be generated. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Prozess des Überwachsens der Trenchstruktur einen Trenchauffüllprozess beinhaltet, in dem Trenchauffüllmaterial in die Trenchstruktur gefüllt wird, wobei der Trenchauffüllprozess so ausgeführt wird, dass Überhänge von Trenchauffüllmaterial auf den Kanten des Trenchstruktur-Öffnungsgebiets aufwachsen.The method of claim 29, wherein the process of overgrowth the trench structure includes a trench padding process in which Trenchauffüllmaterial filled in the trench structure being, the trench replenishment process so executed will that overhangs of Trenchauffüllmaterial on the edges of the trench structure opening area grow up. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Trenchauffüllprozess so lange ausgeführt wird, bis sich Überhänge, die auf sich gegenüberliegenden Kanten des Trenchstruktur-Öffnungsgebiets aufwachsen, einander berühren.The method of claim 30, wherein the trench replenishment process run so long until overhangs, the on opposite sides Edges of the trench structure opening area grow up, touch each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei wenigstens ein Teil der Trenchstruktur innerhalb einer Aktivmaterialschicht der Speicherzellenarrays erzeugt wird.A method according to any one of claims 29 to 31, wherein at least a part of the trench structure within an active material layer the memory cell array is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei wenigstens ein Teil der Trenchstruktur innerhalb einer dielektrischen Materialschicht der Speicherzellenarrays erzeugt wird.A method according to any one of claims 29 to 32, wherein at least a part of the trench structure within a dielectric material layer the memory cell array is generated. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung, die ein Speicherzellenarray aufweist, mit den folgenden Prozessen: – Bereitstellen eines Substrats, – Abscheiden einer Mehrzahl von Schichten auf dem Substrat, wobei in den Schichten eine Trenchstruktur ausgebildet ist, – Auffüllen der Trenchstruktur mit komprimierbarem Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist.A method of fabricating an integrated circuit having a memory cell array, comprising the following processes: Providing a substrate, depositing a plurality of layers on the substrate, wherein a trench structure is formed in the layers, filling the trench structure with compressible material or material having a negative thermal expansion coefficient. Verfahren nach Anspruch 34, wobei wenigstens ein Teil der Trenchstruktur innerhalb einer Aktivmaterialschicht des Speicherzellenarrays erzeugt wird.The method of claim 34, wherein at least one Part of the trench structure within an active material layer of the Memory cell arrays is generated. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, wobei wenigstens ein Teil der Trenchstruktur innerhalb einer dielektrischen Materialschicht der Speicherzellenarrays erzeugt wird.A method according to claim 34 or 35, wherein at least a part of the trench structure within a dielectric material layer the memory cell array is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, mit einem Back-End-Of-Line-Prozess, der nach dem Überwachsen der Trenchstruktur oder nach Auffüllen der Trenchstruktur mit komprimierbarem Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, ausgeführt wird.Method according to one of claims 34 to 36, with a back-end-of-line process, the one after the overgrowth the trench structure or after filling the trench structure with compressible material or material that has a negative thermal expansion coefficient has executed becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei das in die Trenchstruktur gefüllte Material isolierendes Material oder halbleitendes Material ist.Method according to one of claims 34 to 37, wherein the in filled the trench structure Material is insulating material or semiconductive material. Speicherzellenarray, das eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweist, wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Hohlräume so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Hohlräume kompensiert wird.Memory cell array having a plurality of cavities, being the spatial Positions and dimensions the cavities so chosen are that occurring within the memory cell array mechanical Stress is at least partially compensated by the cavities. Speicherzellenarray, das eine Mehrzahl von Kompensationsgebieten zum Kompensieren von mechanischem Stress aufweist, – wobei jedes Stresskompensationsgebiet komprimierbares Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, aufweist, und – wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Stresskompensationsgebiete so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Stresskompensationsgebiete kompensiert wird.Memory cell array, which has a plurality of compensation areas to compensate for mechanical stress, - in which each stress compensating area compressible material or material, which has a negative thermal expansion coefficient, has, and - in which the spatial Positions and dimensions the stress compensation areas are chosen so that within the Memory cell arrays occurring at least mechanical stress partially compensated by the stress compensation areas. Speichermodul, mit einem Speicherzellenarray, das eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweist, wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Hohlräume so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Hohlräume kompensiert wird.Memory module, with a memory cell array, the a plurality of cavities having the spatial Positions and dimensions the cavities so chosen are that occurring within the memory cell array mechanical Stress is at least partially compensated by the cavities. Speichermodul, mit einem Speicherzellenarray, das eine Mehrzahl von Kompensationsgebieten zum Kompensieren von mechanischem Stress aufweist, – wobei jedes Stresskompensationsgebiet komprimierbares Material oder Material, das einen negativen thermischen Expansionskoeffizient aufweist, aufweist, und – wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Stresskompensationsgebiete so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest teilweise durch die Stresskompensationsgebiete kompensiert wird.Memory module, with a memory cell array, the a plurality of compensation regions for compensating mechanical Has stress, - in which each stress compensating area compressible material or material, which has a negative thermal expansion coefficient, has, and - in which the spatial Positions and dimensions the stress compensation areas are chosen so that within the Memory cell arrays occurring at least mechanical stress partially compensated by the stress compensation areas. Halbleitervorrichtung, mit einer Mehrzahl von Hohlräumen, wobei die räumlichen Positionen und Ausmaße der Hohlräume so gewählt sind, dass innerhalb des Speicherzellenarrays auftretender mechanischer Stress zumindest Teilweise durch die Hohlräume kompensiert wird.Semiconductor device having a plurality of cavities, wherein the spatial Positions and dimensions the cavities so chosen are that occurring within the memory cell array mechanical Stress is at least partially compensated by the cavities.
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