KR100641973B1 - 가변 저항 메모리를 위한 은-셀레나이드/칼코게나이드 글래스 스택 - Google Patents

가변 저항 메모리를 위한 은-셀레나이드/칼코게나이드 글래스 스택 Download PDF

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Abstract

본 발명은 향상된 데이터 유지 특성 및 스위칭 특성을 갖는 가변 저항 메모리 소자를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 가변 저항 메모리 소자는, 글래스층들 사이에 적어도 하나의 은-셀레나이드층이 구비하며, 상기 글래스층들 중 적어도 한 층은 칼코게나이드 글래스이며 바람직하게는 GexSe100-x 의 조성을 갖는다.
칼코게나이드, 셀레나이드

Description

가변 저항 메모리를 위한 은-셀레나이드/칼코게나이드 글래스 스택 {Silver-selenide/chalcogenide glass stack for resistance variable memory}
본 발명은 가변 저항 물질을 이용하여 형성된 램덤 억세스 메모리(Random Access Memory) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 칼코게나이드 글래스(Chalcogenide glass)를 이용하여 형성된 가변 저항 메모리 소자에 관한 것이다.
일반적으로 널리 알려진 반도체 장치로는 램덤 억세스 메모리(Random Access memory, 이하 RAM이라 칭함.)와 같은 반도체 메모리가 있다. 램(RAM)은 메모리 소자 상에서 반복적인 리드(read) 및 라이트(write) 동작이 가능하도록 되어 있다. 통상, 전원이 제거되거나 끊겨질 때 저장된 데이터가 유실된다는 점에서 램 장치는 휘발성(volatile)이다. 이러한 램 장치의 예로는 디램(Dynamic RAM), 에스디램(Synchronized Dynamic RAM), 에스램(Static RAM) 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 여기서, 상기 D 램과 SD 램은 일반적으로 캐패시터에 데이터를 저장하는데 상기 캐패시터는 저장된 데이터를 유지하기 위해 주기적인 리프레시(refresh) 동작이 요구된다.
최근, 메모리 장치를 구성하는 단위 소자의 수 및 집적도가 증가하고 있다. 이에 따라, 각 단위 소자의 크기는 작아지고, D 램의 경우 각 소자의 데이터 유지 시간(holding time)은 짧아지고 있다. 통상, D 램 메모리 소자는 데이터 저장에 대해 각 단위 소자의 용량에 의존하며, 일반적으로 정형화된 주기 예를 들어, 약 100 밀리 초마다 리프레시 명령을 수신한다. 그러나, 단위 소자의 수 및 집적도가 증가됨에 따라 한 번의 리프레시 주기 내에 모든 단위 소자를 한번에 리프레시하는 것이 더욱 어렵게 되고 있다. 또한, 리프레시 동작은 전력을 소비한다.
최근, 반휘발성(semi-volatile) 및 비휘발성(non-volatile) 램 소자로서 적용 가능한 프로그래머블 콘덕터 메모리 소자(programmable conductor memory device)를 포함하는 가변 저항 메모리 소자가 연구되고 있다. 미국 특허 5,761,115호, 5,896,312호, 5,914,893호 및 6,084,796호 등에서 고지키 등(Kozicki et al.)은 두 개의 전극 사이에 배치된 칼코게나이드 글래스로 형성된 절연성 유전 물질을 포함하는 프로그래머블 콘덕터 메모리 소자를 개시하고 있다. 은(silver)과 같은 전도성 물질은 상기 유전 물질 내에 혼합되어 일체화된다. 유전 물질의 저항은 고저항 상태와 저저항 상태 사이에서 가변된다. 프로그래머블 콘덕터 메모리는 비동작 상태인 경우에는 통상, 고저항 상태를 유지한다. 저저항 상태로의 라이트 동작은 두 개의 전극 사이에 전압 포텐셜(voltage potential)을 인가함으로 인해 수행된다. 소자의 저항이 가변되는 과정에 대한 메카니즘은 명확히 규명되어 있지 않다. 고지키 등(Kozicki et al.)에 의해 제시된 이론에 따르면, 전도성 물질이 도핑된 유전 물질은 소정 전압의 인가에 의해 구조적 변화를 겪게 된다. 즉, 두 개의 전극 사이에 전도성 수지상 결정(dendrite) 또는 필라멘트(filament)가 성장하여 두 개의 전극을 효과적으로 연결시킨다. 이에 따라, 메모리 소자는 저저항 상태로 변환된다. 수지상 결정(dendrite)은 최소 저항 통로를 따라 가변 저항 물질을 관통하여 성장하는 것으로 추측된다.
저저항 상태는 전압 포텐셜이 제거된 후에도 수일 또는 수주 동안 유지될 것이다. 이러한 물질은 소자를 저저항 상태로 쓰기 위해 사용되었던 전압 포텐셜에 상응하는 강도의 역 전압 포텐셜을 두 개의 전극 사이에 인가하면 고저항 상태로 돌아오게 된다. 마찬가지로, 이 때의 고저항 상태는 인가된 전압 포텐셜이 제거된 후에도 지속된다. 이러한 소자는 두 개의 저항 상태를 갖는 가변 저항 메모리 소자로서의 기능을 수행하며 두 개의 로직 상태를 정의할 수 있다.
가변 저항 물질로서 바람직한 예로는 칼코게나이드 글래스가 있다. 구체적인 물질로서, 은을 포함하는 게르마늄-셀레나이드(GexSe100-x)가 있다. 게르마늄-셀레나이드 조성에 은을 첨가하는 방법은 먼저, 게르마늄-셀레나이드 글래스를 형성하고 그 다음, 스퍼터링, 물리화학기상증착법 또는 공지의 기술 등을 통해 상기 글래스 상에 박막의 은을 증착하는 것이다. 이어, 바람직하게는 600 나노미터 이하의 파장을 갖는 전자기 에너지를 은 박막층에 조사하여 상기 조사된 에너지가 은 박막층을 통과하여 은 박막층/글래스 계면에 도달하도록 함으로써 칼코게나이드의 칼코겐 결합을 깨뜨리고 그 결과 은이 글래스에 도핑 또는 포토 도핑된다. 또한, 은-게르마늄-셀레나이드 글래스 경우에서와 같이, 은을 글래스와 함께 공정 진행시켜 글래스에 은을 공급할 수도 있다. 글래스에 금속을 공급하는 또 다른 방법은 게르마늄-셀레나이드 글래스에 은-셀레나이드층을 첨가하는 방법이다.
글래스에 은을 일체화시키는 통상의 방법에서, 메모리 소자의 칼코게나이드의 결정화도(crystallinity) 정도 및 특성이 소자의 프로그래밍 특성을 직접적으로 좌우하게 된다. 따라서, 글래스에 은을 일체화시키는 통상의 방법들은, 칼코게나이드 물질의 결정화도를 부적절하게 변경시키지 않고 글래스를 부정확하게 도핑시키지 않기 위해 게르마늄-셀레나이드(GexSe100-x) 글래스와 은의 양에 대한 정밀한 제어가 요구된다. 또한, 이와 같은 통상의 방법들은 글래스 형성 영역에 글래스 백본(backbone)이 존재할 동안 글래스에 은이 일체화되는 것을 확실하게 하기 위해 글래스의 정확한 화학양론적 조성이 주의 깊게 선택되는 것이 요구된다.
나아가, 반도체 제조 공정시 및/또는 메모리 소자가 장착되는 제조 완료된 반도체 구조물의 패키징 공정시, 메모리 소자는 열적 사이클 또는 열처리 공정을 겪게 된다. 열처리 공정은 은의 소정량이 메모리 소자 내로의 이동을 가능하게 한다. 이러한 은의 이동은 제어 가능하지 않다. 일정량 이상의 은이 메모리 소자 내로 침투하게 되면 소자의 수명을 단축시키며 결과적으로 소자의 파손을 유발한다.
따라서, 향상된 메모리 유지 특성 및 스위칭 특성을 갖는 가변 저항 메모리 소자가 요구된다. 또한, 열처리 공정 수행시 은의 이동을 최소화할 수 있는 칼코게나이드 글래스 메모리 소자가 요구된다.
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 본 발명은 제 1 칼코게나이드 글래스층과 제 2 글래스층 사이에 금속 함유층이 형성되는 가변 저항 메모리 소자 및 그 제조방법을 제안하고 있다. 상기 두 개의 글래스층 중 적어도 하나의 글래스층은 금속이 도핑될 수 있으며, 적어도 하나의 금속 함유층이 상기 글래스층들 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예의 협소한 관점에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 은-셀레나이드층이 제 1 칼코게나이드 글래스층과 제 2 글래스층 사이에 형성되는 메모리 소자 및 그 제조방법을 제안하고 있다. 제 2 글래스층은 칼코게나이드 글래스층일 수 있다. 제 1 칼코게나이드 글래스층, 은-셀레나이드층 및 제 2 글래스층을 포함하는 복수의 층들로 이루어지는 스택은 두 개의 전도성 층 또는 두 개의 전극 사이에 형성된다. 본 발명의 제 1 실시예의 변형으로써, 상기 복수의 층들로 이루어지는 스택은 칼코게나이드 글래스층과 제 2 글래스층 사이에 하나 이상의 은-셀레나이드층을 포함할 수 있다. 제 1 실시예의 또 다른 변형으로써, 제 1 칼코게나이드 글래스층은 복수의 칼코게나이드 글래스층을 포함할 수 있으며 제 2 글래스층은 복수의 글래스층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 층들로 이루어지는 스택은, 복수의 층들로 구성되는 칼코게나이드 글래스층과 복수의 층들로 구성되는 제 2 글래스층 사이에 형성되며 순차적으로 서로 접하는 적어도 하나의 은-셀레나이드층을 포함할 수 있다. 제 1 실시예의 또 다른 변형으로써, 복수의 제 1 칼코게나이드 글래스층들 및 복수의 제 2 글래스층들 중 적어도 하나의 층이 금속 도펀트 예를 들어, 은 도펀트를 함유할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 칼코게나이드 글래스층들과 금속 함유층들로 구성되는 복수의 교대층을 구비하는 메모리 소자 및 그 제조방법을 제안하고 있다. 여기서, 상기 교대층의 시작은 제 1 칼코게나이드 글래스층이고 교대층의 끝은 최종의 칼코게나이드 글래스층이다. 또한, 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층은 제 1 전극과 접하며, 상기 최종의 칼코게나이드 글래스층은 제 2 전극과 접한다. 이에 따라, 칼코게나이드 글래스층들과 금속 함유층들로 구성되는 복수의 교대층이 상기 두 개의 전극 사이에 적층된다. 금속 함유층들은 바람직하게는 은-셀레나이드와 같은 은-칼코게나이드을 포함한다. 제 2 실시예의 변형으로써, 금속 함유층들 각각은 복수의 금속 함유층을 포함할 수 있다. 제 2 실시예의 또 다른 변형으로써, 칼코게나이드 글래스층들 각각은 복수의 칼코게나이드 글래스층을 포함할 수 있다. 제 2 실시예의 또 다른 실시예로써, 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 하나의 층이 금속 도펀트 예를 들어, 은 도펀트를 함유할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면 및 이하의 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 메모리 소자의 최초 공정 단계의 단면도.
도 2는 도 1의 후속 공정 단계의 단면도.
도 3은 도 2의 후속 공정 단계의 단면도.
도 4는 도 3의 후속 공정 단계의 단면도.
도 5는 도 4의 후속 공정 단계의 단면도.
도 6은 도 5의 후속 공정 단계의 단면도.
도 7은 도 6의 후속 공정 단계의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예의 변형에 따른 도 4의 후속 공정 단계의 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 도 4의 후속 공정 단계의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예의 변형에 따른 도 4의 후속 공정 단계의 단면도.
도 11은 본 발명에 따라 제조된 메모리 소자를 구비하는 컴퓨터 시스템.
이하의 본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명의 다양한 구체적 실시예가 참조된다. 이러한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 기재된다. 본 발명의 기술적 사상과 관점을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 다양한 구조적, 논리적, 전기적 변형 실시가 가능함이 이해되어야 한다.
이하의 상세한 설명에서 사용되는 "기판"이라는 용어는 노출된 기판 표면을 갖는 반도체 기판에 한정되지 않고 모든 지지 구조를 포함한다. 반도체 기판은 SOI(Silicon-On-Insulator), SOS(Silicon-On-Sapphire), 도핑되거나 도핑되지 않은 기판, 기본 반도체 구조물에 의해 지지되는 실리콘 에피택셜층 및 여타 반도체 구조물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이하의 상세한 설명에서 반도체 기판 또는 웨이퍼가 참조될 때, 기본 반도체 또는 기본 구조물의 내부 또는 상부에 영역(region) 또는 접합(junction)을 형성하기 위해 앞선 공정 단계가 이용될 수 있다.
"은"이라는 용어는 원소적 의미의 은뿐만 아니라, 다른 금속 원소가 포함된 것 또는 반도체 산업에서 널리 알려진 금속이 함유된 다양한 합금을 포함하는 의미이다. 이 때의 은 합금은 전도성이며, 은 고유의 물리적, 전기적 특성이 변하지 않는다는 조건을 만족해야 한다.
"은-셀레나이드"라는 용어는 은 함유량이 약간 초과하거나 미달하는 것을 포함한 다양한 종류(species)의 은-셀레나이드 예를 들어, Ag2Se, Ag2+xSe, Ag2-x Se 등을 포함하는 의미이다.
"반휘발성 메모리(semi-volatile memory)"이란 용어는 전원이 디바이스(또는 소자)로부터 제거된 후에 소정 시간 동안 메모리 상태를 유지할 수 있는 모든 메모리 디바이스(device) 또는 소자(element)를 포함하는 의미이다. 따라서, 반휘발성 메모리 소자는 전원이 끊기거나 제거된 후에도, 저장된 데이터를 유지시킬 수 있다. 또한 "반휘발성 메모리"라는 용어는 반휘발성 메모리 소자뿐만 아니라, 비휘발성(non-volatile) 메모리 소자를 포함하는 의미이다.
"가변 저항 물질(resistance variable material)"이란 용어는 칼코게나이드 글래스 및 은과 같은 금속이 함유된 칼코게나이드 글래스를 포함하는 의미이다. 즉, "가변 저항 물질"이란 용어는 은이 도핑된 칼코게나이드 글래스, 은-게르마늄-셀레나이드 글래스 및 은-셀레나이드층을 구비한 칼코게나이드 글래스를 포함한다.
"가변 저항 메모리 소자(resistance variable memory element)"라는 용어는 인가 전압에 따라 저항이 변화하는, 프로그래머블 콘덕터 메모리 소자, 반휘발성 메모리 소자 및 비휘발성 메모리 소자 등을 포함한 메모리 소자를 의미한다.
"칼코게나이드 글래스(chalcogenide glass)"라는 용어는 주기율표의 ⅥA족(또는 16족)에 속하는 원소를 함유하는 글래스를 포함하는 의미이다. 칼코겐으로 일컬어지는 ⅥA족 원소는 황(S), 셀레늄(Se), 텔루리움(Te), 폴로니움(Po), 산소(O)를 포함한다.
본 발명은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 도 1 내지 도 10은 본 발명에 따른 가변 저항 메모리 소자(100)의 구체적 실시예를 도시한 것이다. 도 1은 반도체 기판(10) 예를 들어, 실리콘 기판 상에 형성된 절연층(12)을 나타내고 있다. 가변 저항 메모리 소자는 실리콘과 같은 반도체 기판에만 형성되는 것이 아니라 다양한 기판 물질 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(12)은 플라스틱 기판 상에 형성될 수 있다. 상기 절연층(12)은 화학기상증착법(CVD), 플라즈마 강화 화학기상증착법(PECVD) 또는 물리기상증착법(PVD)에 의한 스퍼터링과 같은 공지된 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 상기 절연층(12)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 저유전상수 물질 등과 같은 통상의 절연 산화물로 구성될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(14)은 상기 절연층(12) 상에 형성된다. 상기 제 1 전극(14)은 텅스텐, 니켈, 탄탈륨, 알루미늄, 플래티늄 또는 은 등등의 모든 전도성 물질을 포함한다. 제 1 유전층(15)은 상기 제 1 전극(14) 상에 형성된다. 상기 제 1 유전층(15)은 전술한 절연층(12)을 구성하는 물질과 동일하게 구성하거나 다르게 구성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 전극(14)을 노출시키는 개구부(13)가 상기 제 1 유전층(15) 내에 형성된다. 상기 개구부(13)는 공지된 방법, 예를 들어 통상의 패터닝 및 식각 공정을 통해 형성된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)이 상기 개구부(13)를 채우도록 상기 제 1 유전층(15) 상에 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)은 GexSe100-x와 같은 화학양론을 갖는 게르마늄-셀레나이드(germanium-selenide) 글래스이다. 바람직한 화학양론 범위는 약 Ge20Se80∼Ge43Se57이며, 더욱 바람직하게는 Ge40Se60이다. 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)의 바람직한 두께는 약 100∼1000Å이고, 더욱 바람직하게는 150Å 정도이다.
상기 제 1 칼코게나이드 글래스층은 은-셀레나이드층과 같은 금속 함유층이 상기 글래스층 상에 직접적으로 증착될 수 있도록 하는 기반(backbone) 역할을 수행한다. 칼코게나이드 글래스층과 접촉하는, 은-셀레나이드층과 같은 금속 함유층의 사용은 자외선을 이용한 기판의 포토 도핑이 요구되는 금속(은)이 도핑된 칼코게나이드 글래스를 필요치 않게 한다. 그러나, 부가적 실시예로 은-셀레나이드층과 접촉하는 칼코게나이드 글래스층에 금속(은)을 도핑시키는 것도 가능하다
본 발명에 따른 화학양론적 조성을 갖는 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)의 형성은 적용 가능한 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 증발법, 적정비의 게르마늄-셀레늄 동시 스퍼터링 방법, 적절한 화학양론 조성을 갖는 게르마늄-셀레나이드 타겟을 이용한 스퍼터링 방법 또는 GeH4와 SeH2 가스의 화학양론적 양(또는 이들 가스의 다양한 조성)을 이용한 화학기상증착 방법 등이 바람직한 화학양론 조성을 갖는 게르마늄-셀레나이드 박막을 유도할 수 있으며, 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)을 형성하는데 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 금속 함유층(18), 바람직하게는 은-셀레나이드층은 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17) 상에 증착된다. 적용 가능한 모든 금속 함유층이 사용될 수 있다. 즉, 적용 가능한 금속 함유층은 은-칼코게나이드층을 포함한다. 황화은, 은 산화물, 은-텔루라이드는 적용 가능한 모든 은-칼코게나이드 글래스층과 조합하여 사용될 수 있는 모든 적용 가능한 은-칼코게나이드이다. 상기 은-셀레나이드층(18)을 형성함에 있어서 다양한 공정이 사용될 수 있다. 즉, 증발 증착, 스퍼터링과 같은 물리기상증착 방법이 사용될 수 있다. 또한, 은-셀레나이드층을 형성하기 위해 화학기상증착 방법, 동시 증발법 또는 은 박막층 상에 셀레늄층을 증착시키는 방법이 사용될 수 있다.
상기 박막층들은 적절한 두께는 갖는다. 상기 박막층들의 두께는 스위칭 메카니즘에 따른다. 상기 박막층들의 두께에 있어서, 상기 금속 함유층은 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층보다 두껍다. 또한, 상기 금속 함유층은 후술하는 제 2 글래스층보다 두껍다. 더욱 바람직하게는, 은-셀레나이드층 두께와 제 1 칼코게나이드 글래스층 두께의 비는 약 5 : 1 ∼ 1 : 1 이다. 다시 말해서, 은-셀레나이드층의 두께는 제 1 칼코게나이드 글래스층의 두께보다 약 1∼5배 정도 크다. 더욱 바람직한 실시예로써, 은-셀레나이드층 두께와 제 1 칼코게나이드 글래스층 두께의 비는 약 3.1 : 1 ∼ 2 : 1 이다.
도 5를 참조하면, 제 2 글래스층(20)은 상기 제 1 은-셀레나이드층(18) 상에 형성된다. 상기 제 2 글래스층은, 은이 은-셀레나이드층 상에 직접적으로 증착될 수 없기 때문에 은-셀레나이드층 상에서의 은 증착을 가능하게 한다. 또한, 상기 제 2 글래스층은 은과 같은 금속이 전극으로부터 소자로 이동되는 것을 억제하거나 조절하는 역할을 수행하는 것으로 추정된다. 상기 제 2 글래스층이 금속의 이동을 억제하거나 조절하는 명확한 메카니즘이 이해되지 않음에도 불구하고 상기 제 2 글래스층은 은 확산 조절층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 확산 조절층으로서의 사용에 대해, 칼코게나이드 글래스층에 한정되지 않으며 모든 적용 가능한 글래스가 사용될 수 있다. 상기 제 2 칼코게나이드 글래스층은 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층과 동일한 화학양론적 조성 즉, GexSe100-x의 조성을 갖으나 조성을 달리할 수도 있다. 이에 따라, 상기 제 2 칼코게나이드 글래스층은 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)에 비해 다른 물질, 다른 화학양론적 조성을 가질 수 있고 더욱 엄격하게 적용시킬 수 있다.
확산 조절층으로 사용될 때의 상기 제 2 글래스층(20)은 SiGe, GaAs를 제외한 모든 적용 가능한 글래스 물질로 구성될 수 있다. 상기 제 2 글래스층(20)으로 적용 가능한 글래스 물질은 SiSe계, AsSe계(예를 들어, As3Se2), GeS계 및 게르마늄, 은, 셀레늄의 조합으로 이루어지는 화합물 등을 포함한다. 모든 적용 가능한 글래스 물질은 질화물, 금속 그리고 주기율표의 13∼16족 원소를 포함하는 도펀트를 3% 이하의 저농도로 함유할 수 있다.
상기 박막층들의 두께에 있어서, 상기 은-셀레나이드층은 상기 제 2 글래스층보다 두껍다. 바람직하게는, 상기 은-셀레나이드층과 상기 제 2 글래스층의 두께비는 5 : 1 ∼ 1 : 1 이다. 더욱 바람직하게는, 은-셀레나이드층과 상기 제 2 글래스층의 두께비는 3.3 : 1 ∼ 1 : 1 이다. 상기 제 2 글래스층(20)은 바람직하게는, 100∼1000Å 정도의 두께를 갖으며 더욱 바람직하게는, 150Å 정도의 두께를 갖는다.
상기 제 2 글래스층(20)의 형성은 적용 가능한 다양한 방법을 통해 이루어질 수 있다. 즉, 화학기상증착법, 증발법, 동시 스퍼터링법 또는 바람직한 화학양론 조성을 갖는 타겟을 이용한 스퍼터링법 등이 사용 가능하다.
도 6을 참조하면, 제 2 전도성 전극 물질(22)이 상기 제 2 글래스층(20) 상에 형성된다. 상기 제 2 전도성 전극 물질(22)은 도전성 물질 예를 들어, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄, 은 등을 포함한다. 일 예로, 상기 제 2 전도성 전극 물질(22)을 은으로 구성할 수 있다. 이에 따라, 은과 같은 도전성 물질이 가변 저항 메모리 소자(100)에서 이동하는 것을 현저하게 감소시키거나 억제할 수 있도록 제 2 글래스층이 선택될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판 상의 여타 구조물 제조로부터 가변 저항 메모리 소자(100)를 분리시키기 위해 적어도 하나의 부가적 유전체층(30)이 상기 제 2 전극(22) 및 제 1 유전체층(15) 상에 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극(22)을 메모리 어레이의 다양한 회로에 전기적으로 연결시키기 위해 공지의 기술이 사용될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예의 변형으로써, 은-셀레나이드와 같은 금속 함유 물질이 적어도 한 층 이상 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17) 상에 증착될 수 있다. 상기 은-셀레나이드층의 수는 다양하게 적용 가능하다. 도 8에 도시한 바와 같이, 부가적인 제 2 은-셀레나이드층(19)이 상기 도 4의 공정 진행 후에 상기 제 1 은-셀레나이드층(18) 상에 증착될 수 있다.
상기 박막층들의 두께에 있어서, 상기 은-셀레나이드층들 등으로 이루어지는 조합된 금속 함유층들의 총 두께는 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층의 두께에 같거나 크다. 또한, 조합된 금속 함유층들의 총 두께는 상기 제 2 칼코게나이드 글래스층의 총 두께보다 크다. 상기 조합된 금속 함유층들의 총 두께는 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층의 두께에 대해서는 약 1∼5배 정도 크도록 하고 또한, 상기 제 2 칼코게나이드 글래스층의 두께에 대해서는 약 1∼5배 정도 크도록 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 조합된 금속 함유층들의 총 두께는 상기 제 1 및 제 2 칼코게나이드 글래스층의 두께보다 2∼3.3배 정도 크다.
본 발명의 또 다른 변형 실시예로써, 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층은 게르마늄-셀레나이드 등과 같은 칼코게나이드 글래스 물질로 적어도 한 층 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 글래스층은 적어도 한 층 이상의 글래스 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및/또는 제 2 칼코게나이드 글래스층의 수는 다양하게 적용 가능하다. 그러나, 상기 금속 함유층(들)의 총 두께는 상기 적어도 한 층 이상의 제 1 칼코게나이드 글래스층의 총 두께보다 크며, 부가적으로 상기 금속 함유층(들)의 총 두께는 상기 적어도 한 층 이상의 제 2 칼코게나이드 글래스층의 총 두께보다 커야 한다. 바람직하게는, 상기 금속 함유층(들)의 총 두께와 상기 적어도 한 층 이상의 제 1 칼코게나이드 글래스층의 총 두께의 비는 5 : 1 ∼ 1 : 1 이며 또한, 상기 금속 함유층(들)의 총 두께와 상기 적어도 한 층 이상의 제 2 칼코게나이드 글래스층의 총 두께의 비는 5 : 1 ∼ 1 : 1 이다. 더욱 바람직하게는, 상기 금속 함유층(들)의 총 두께는 상기 조합된 적어도 한 층 이상의 제 1 및 제 2 칼코게나이드 글래스층의 총 두께보다 2∼3.3배 정도 크다.
본 발명의 또 다른 변형 실시예로써, 상기 칼코게나이드 글래스층들 및 제 2 글래스층들 중 적어도 하나의 층은 금속 바람직하게는 은과 같은 도펀트가 도핑될 수 있다.
도 4의 공정 진행의 후속으로서 본 발명의 제 2 실시예를 나타내고 있는 도 9를 참조하면, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성된 복수의 층들로 구성되는 스택(stack)은 칼코게나이드 글래스층 및 은-셀레나이드층과 같은 금속 함유층의 교대층들(alternating layers)을 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 칼코게나이드 글래스층(17)은 제 1 전극(14) 상에 적층되어 있고, 제 1 은-셀레나이드층(18)은 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층(17) 상에 적층되고 있고, 제 2 칼코게나이드 글래스층(117)은 상기 제 1 은-셀레나이드층(18) 상에 적층되어 있고, 제 2 은-셀레나이드층(118)은 상기 제 2 칼코게나이드 글래스층(117) 상에 적층되어 있고, 제 3 칼코게나이드 글래스층(217)은 상기 제 2 은-셀레나이드층(118) 상에 적층되어 있고, 제 3 은-셀레나이드층(218)은 상기 제 3 칼코게나이드 글래스층(217) 상에 적층되어 있으며, 제 4 칼코게나이드 글래스층이 상기 제 3 은-셀레나이드층(218) 상에 적층되어 있다. 상기 제 2 전극(22)은 상기 제 4 칼코게나이드 글래스층 상에 형성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 상기 스택은 적어도 두 개 이상의 금속 함유층들과 적어도 3개 이상의 칼코게나이드 글래스층들을 포함한다. 그러나, 상기 스택은 칼코게나이드 글래스층과 은-셀레나이드로 구성되는 다수의 교대층들을 포함한다. 여기서, 상기 교대층은 제 1 칼코게나이드 글래스층으로부터 시작하고 최종의 칼코게나이드 글래스층으로 끝난다. 또한, 상기 제 1 칼코게나이드 글래스층은 상기 제 1 전극과 접촉하며 상기 최종의 칼코게나이드 글래스층은 제 2 전극과 접촉한다. 상기 칼코게나이드 글래스층 및 은-셀레나이드층의 교대층들에 대한 두께 및 두께비는 전술한 바와 동일하다. 즉, 은-셀레나이드층들은 이웃하는 칼코게나이드 글래스층들보다 5 : 1 ∼ 1 : 1의 범위 내에서 두꺼운 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 은-셀레나이드층과 이웃하는 칼코게나이드 글래스층의 두께비는 3.3 : 1 ∼ 1 : 1 정도이다.
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본 발명의 제 2 실시예의 변형 실시예로서, 은-셀레나이드와 같은 금속 함유 물질이 적어도 한 층 이상 상기 칼코게나이드 글래스층들 사이에 적층될 수 있다. 상기 은-셀레나이드층의 수는 다양하게 적용 가능하다. 도 4의 후속 공정을 나타내는 도 10에 도시된 바와 같이, 부가적인 은-셀레나이드층(418)이 제 1 은-셀레나이드층(18) 상에 적층되고 또 다른 부가적인 은-셀레나이드층(518)이 제 3 은-셀레나이드층(218) 상에 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 각각의 칼코게나이드 글래스층들은 게르마늄-셀레나이드와 같은 박막의 칼코게나이드 글래스 물질을 적어도 한 층 이상 포함할 수 있다. 상기 박막 형태의 칼코게나이드 글래스층의 수는 다양하게 적용 가능하다.
본 발명의 제 2 실시예의 변형으로서, 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 한 층 이상은 금속과 같은 도펀트 바람직하게는, 은이 도핑될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라 완성된 소자들 특히, 두 개의 칼코게나이드 글래스층 사이에 은-셀레나이드층이 개재된 구조를 갖는 소자들은 종래의 메모리 소자에 비해 향상된 메모리 유지 특성 및 쓰기/소거 성능을 갖는다. 또한, 이러한 소자들은 상온에서 1200시간 이상 저저항 메모리 유지 특성을 나타내고 있다. 본 발명에 의해 완성된 소자들은 2 나노 초 이하의 펄스 폭으로 스위칭되는 것에 반해, 종래의 도핑된 가변 저항 메모리 소자들 경우에는 약 100 나노 초(nano sec.) 정도가 소요된다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 오직 하나의 가변 저항 메모리 소자(100)의 형성만을 언급하고 있으나, 본 발명에 있어서 다수의 가변 저항 메모리 소자들의 형성이 가능함은 물론이다. 또한 이러한 소자들은 메모리 어레이 내에 형성될 수 있으며 메모리 소자의 회로들에 의해 구동될 수 있다.
도 11은 전형적인 프로세서 기반 시스템(400)을 나타내고 있다. 상기 시스템(400)은 메모리 회로(448) 예를 들어, 본 발명에 의해 제조된 가변 저항 메모리 소자가 사용된 프로그래머블 콘덕터 램(programmable conductor RAM)을 포함한다. 컴퓨터 시스템과 같은 프로세서 시스템은 일반적으로 마이크로 프로세서, 디지털 신호 프로세서 또는 여타의 프로그램이 가능한 디지털 로직 소자와 같은 중앙처리장치(CPU)(444)를 포함하며, 상기 중앙처리장치(444)는 버스(bus)(452)를 매개로 입출력(I/O) 소자(446)와 통신한다. 상기 메모리(448)는 메모리 제어 수단을 통해 상기 버스(452)를 매개로 상기 프로세서 시스템과 통신한다.
컴퓨터 시스템의 경우, 프로세서 시스템은 버스(452)를 매개로 중앙처리장치(444)와 통신하는 플로피 디스크 드라이브(454), CD-ROM 드라이브(456)와 같은 주변 장치를 포함한다. 메모리(448)는 바람직하게는 하나 이상의 가변 저항 메모리 소자(100)를 포함하는 집적회로로서 구성된다. 상기 메모리(448)는 하나의 집적회로 내에서 중앙처리장치(444)와 같은 프로세서와 함께 배치되는 것도 가능하다.
상술한 상세한 설명 및 도면은 본 발명의 특징 및 이점을 달성하기 위한 정형화된 실시예를 예시한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 기술적 사상 및 관점을 벗어나지 않는 범위 내에서 구체적 공정 조건 및 구조의 변형 및 대체가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명은 상기의 상세한 설명 및 도면에 의해 한정되지 않으며 오직, 첨부된 청구항의 관점에 의해 한정된다.

Claims (142)

  1. MXC (M은 금속, C는 칼코게나이드 화학원소, X 는 약 2) 로 표현되는 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층;
    적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층; 및
    적어도 하나의 다른 글래스층을 포함하되,
    상기 금속 칼코게나이드층은 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층과 상기 적어도 하나의 다른 글래스층 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 복수의 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-칼코게나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-셀레나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-텔루라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 다음의 화학식을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
    GexSe100-x (여기서, x = 20∼43)
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층의 화학양론적 조성은 약 Ge40Se60 인 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 제 2 칼코게나이드 글래스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 SiSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  13. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 AsSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 GeS 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  15. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 게르마늄, 은 및 셀레늄의 합성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 약 100∼약 1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 약 150Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 약 100∼약 1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 약 150Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 제 1 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 상기 제 1 두께의 두께비는 약 5 : 1 ∼ 약 1 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 제 1 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 제 1 두께의 두께비는 약 3.3 : 1 ∼ 약 2 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 복수의 적층된 금속 칼코게나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 금속 칼코게나이드층과, 상기 적어도 하나의 제 2 금속 칼코게나이드층과 접하는 적어도 하나의 제 3 칼코게나이드 글래스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층 중의 하나 이상의 층은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 제 1 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 상기 제 1 두께의 두께비는 약 5 : 1 ∼ 약 1 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 제 1 두께를 갖고, 상기 적어도 하나의 다른 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 상기 제 1 두께의 두께비는 약 3.3 : 1 ∼ 약 2 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  29. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층의 두께는, 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층의 각각의 두께 및 적어도 하나의 다른 글래스층의 각각의 두께와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  30. 적어도 하나의 은-칼코게나이드 화합물층과 접하는 제 1 글래스층을 포함하고, 상기 은-칼코게나이드 화합물층은 제 2 글래스층과 접하고, 상기 제 1 및 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 칼코게나이드 글래스 물질로 형성되는 몸체부; 및
    상기 제 1 및 제 2 글래스층에 각각 접하는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 은-칼코게나이드 화합물층은 은-셀레나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 은-칼코게나이드 화합물층은 은-황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 은-칼코게나이드 화합물층은 은-산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 은-칼코게나이드 화합물층은 은-텔루라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스 물질은 다음의 화학식을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
    GexSe100-x (여기서, x = 20∼43)
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스 물질의 화학양론적 조성은 약 Ge40Se60 인 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  37. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층은 칼코게나이드 글래스 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  38. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  39. 제 30 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  40. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 SiSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  41. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 다른 하나는 AsSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  42. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 다른 하나는 GeS 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  43. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 게르마늄, 은 및 셀레늄의 합성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  44. 제 30 항에 있어서, 상기 은-칼코게나이드 화합물층은 제 1 두께를 갖고, 상기 제 2 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 제 1 두께의 두께비는 약 5 : 1 ∼ 약 1 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  45. 제 30 항에 있어서, 상기 은-칼코게나이드 화합물층은 제 1 두께를 갖고, 상기 제 2 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 상기 제 2 두께의 두께비는 약 3.3 : 1 ∼ 약 2 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  46. 제 30 항에 있어서, 상기 은-칼코게나이드 화합물층은 제 1 두께를 갖고, 상기 제 1 글래스층은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 2 두께에 대한 제 1 두께의 두께비는 약 5 : 1 ∼ 약 1 : 1 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  47. 삭제
  48. 제 30 항에 있어서, 상기 은-칼코게나이드 화합물층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 글래스층들의 각각의 두께와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자.
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 제 1 전극;
    GexSe100-x(x = 20∼43)의 화학 조성을 포함하며, 상기 제 1 전극과 접하는 제 1 글래스층;
    상기 제 1 글래스층과 접하며, MXC (M은 금속, C는 칼코게나이드 화학원소, X 는 약 2) 로 표현되는 제 1 금속 칼코게나이드층;
    상기 제 1 금속 칼코게나이드층과 접하는 제 2 글래스층; 및
    상기 제 2 글래스층과 접하는 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 x는 약 40인 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  53. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 은-칼코게나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  54. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 은-셀레나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  55. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 은-황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  56. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 은-산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  57. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 은-텔루라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  58. 제 54 항에 있어서, 상기 제 2 글래스층은 상기 제 2 전극으로부터 상기 금속 칼코게나이드층 및 제 1 글래스층으로 성분이 확산되는 것을 제어하는 확산 조절층으로서의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  59. 제 58 항에 있어서, 상기 제 2 글래스층은 SiSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  60. 제 58 항에 있어서, 상기 제 2 글래스층은 AsSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  61. 제 58 항에 있어서, 상기 제 2 글래스층은 GeS 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  62. 제 58 항에 있어서, 상기 제 2 글래스층은 게르마늄, 은 및 셀레늄의 합성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  63. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 금속 칼코게나이드층은 순차적으로 서로 접하는 복수의 금속 칼코게나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  64. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 순차적으로 서로 접하는 복수의 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  65. 제 51 항에 있어서, 상기 제 1 글래스층과 제 2 글래스층 중 적어도 하나는 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  67. 가변 저항 메모리 동작을 위해 구성되는 칼코게나이드 글래스층;
    상기 칼코게나이드 글래스층과 접하며, MXC (M은 금속, C는 칼코게나이드 화학원소, X 는 약 2) 로 표현되는 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층; 및
    상기 금속 칼코게나이드층과 접하며, 상기 칼코게나이드 글래스층으로 원소들이 확산되는 것을 조절하는 역할을 수행하는 확산 조절층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  68. 제 67 항에 있어서, 상기 확산 조절층은 제 2 글래스층인 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  69. 제 67 항에 있어서, 상기 확산 조절층과 접하는 금속 함유 전극을 더 포함하며, 상기 확산 조절층은 상기 금속 함유 전극으로부터 상기 칼코게나이드 글래스층으로 금속이 이동하는 것을 감속시키는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  70. 제 67 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-칼코게나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  71. 제 67 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-셀레나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  72. 제 67 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  73. 제 67 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  74. 제 67 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 칼코게나이드층은 은-텔루라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  75. 제 67 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층과 상기 확산 조절층 중 적어도 하나는 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  76. 제 75 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드 글래스 스택.
  77. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 접하는 적어도 하나의 제 1 칼코게나이드 글래스층;
    상기 적어도 하나의 제 1 칼코게나이드 글래스층과 접하는 적어도 하나의 제 1 금속 함유층;
    상기 적어도 하나의 제 1 금속 함유층과 접하는 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층;
    상기 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층과 접하는 적어도 하나의 제 2 금속 함유층;
    상기 적어도 하나의 제 2 금속 함유층과 접하는 적어도 하나의 제 3 칼코게나이드 글래스층; 및
    상기 적어도 하나의 제 3 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  78. 제 77 항에 있어서, 상기 금속 함유층은 적어도 한 층 이상의 은-셀레나이드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  79. 제 77 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 한 층 이상은 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  80. 제 77 항에 있어서, 상기 금속 함유층들 중 적어도 한 층 이상은 복수의 금속 함유층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  81. 제 77 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 한 층 이상은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  82. 제 81 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  83. 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극과 접하는 제 1 칼코게나이드 글래스층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 1 금속 함유층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속 함유층과 접하는 제 2 칼코게나이드 글래스층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 금속 함유층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 금속 함유층과 접하는 제 3 칼코게나이드 글래스층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층은 다음의 화학식을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
    GexSe100-x (여기서, x = 약 20∼약 43)
  85. 제 84 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층의 화학양론적 조성은 약 Ge40Se60 인 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  86. 제 83 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층은 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  87. 제 83 항에 있어서, 상기 금속 함유층은 복수의 금속 함유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  88. 제 83 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 한 층 이상은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  89. 제 83 항에 있어서, 상기 금속 함유층들 중 적어도 한 층 이상은 은-셀레나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  90. 제 88 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  91. 제 83 항에 있어서, 상기 금속 함유층의 두께는 상기 칼코게나이드 글래스층들의 각각의 두께와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  92. 제 83 항에 있어서, 상기 금속 함유층들의 각각은 제 1 두께를 갖고, 상기 칼코게나이드 글래스층들의 각각은 제 2 두께를 갖으며, 상기 제 1 두께와 제 2 두께의 두께비는 약 5 : 1 ∼ 야 1 : 1 의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  93. 제 92 항에 있어서, 상기 제 1 두께와 제 2 두께의 두께비는 약 3.3 : 1 ∼ 약 2 : 1 의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방 법.
  94. 제 1 글래스층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 글래스층과 접하는 은-셀레나이드층을 형성하는 단계; 및
    상기 은-셀레나이드층과 접하는 제 2 글래스층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 글래스층 중의 하나는 칼코게나이드 글래스 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  95. 제 94 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스 물질의 화학양론적 조성은 약 Ge40Se60 인 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  96. 제 94 항에 있어서, 상기 글래스층들 중 적어도 한 층은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  97. 제 96 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  98. 제 94 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 글래스층들은 칼코게나이드 글래스 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  99. 제 98 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스 물질 및 은-셀레나이드층의 교대층들을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  100. 제 94 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스 물질로 형성된 층은 금속 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  101. 제 100 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  102. 제 94 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 글래스층들 중 하나는 상기 전극으로부터 상기 메모리 소자로 금속 이온이 확산되는 것을 조절하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  103. 제 102 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 SiSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  104. 제 102 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 AsSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  105. 제 102 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 GeS 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  106. 제 102 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 게르마늄, 은 및 셀레늄의 합성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  107. 제 94 항에 있어서, 상기 은-셀레나이드층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 글래스층들의 각각의 두께보다 같거나 크도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  108. 제 94 항에 있어서, 상기 금속 함유층은 순차적으로 서로 접하는 복수의 은-셀레나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  109. 프로세서; 및
    상기 프로세서와 연결되는 메모리 회로를 포함하여 이루어지며,
    상기 메모리 회로는 적어도 하나의 칼코게나이드 화합물층과, 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층 및 적어도 하나의 다른 글래스층을 포함하는 가변 저항 메모리 소자를 포함하며, 상기 칼코게나이드 화합물층이 상기 적어도 하나의 칼코게나이드 글래스층과 적어도 하나의 다른 글래스층 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  110. 제 109 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층은 다음의 화학식을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
    GexSe100-x (여기서, x = 20∼43)
  111. 제 109 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층의 화학양론적 조성은 약 Ge40Se60 인 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  112. 제 109 항에 있어서, 상기 글래스층들 중 적어도 한 층은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  113. 제 112 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  114. 제 109 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 제 2 칼코게나이드 글래스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  115. 제 114 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 금속 칼코게나이드층과, 상기 적어도 하나의 제 2 금속 칼코게나이드층과 접하는 적어도 하나의 제 3 칼코게나이드 글래스층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  116. 제 114 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층은 복수의 적층된 칼코게나이드 글래스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  117. 제 114 항에 있어서, 상기 금속 칼코게나이드층은 복수의 적층된 금속 칼코게나이드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  118. 제 115 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 적어도 한 층 이상은 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  119. 제 109 항에 있어서, 상기 금속 칼코게나이드 화합물층은 은-셀레나이드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  120. 제 119 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 SiSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  121. 제 119 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 AsSe 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  122. 제 109 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 GeS 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  123. 제 109 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 게르마늄, 은 및 셀레늄의 합성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  124. 제 109 항에 있어서, 상기 다른 글래스층은 상기 다른 글래스층에 연결된 전극으로부터 금속 이온이 이동하는 것을 감속하기 위한 확산 조절층인 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  125. 프로세서;
    상기 프로세서와 연결되며 제 1 전극을 구비하는 메모리 회로;
    상기 제 1 전극과 접하는 적어도 하나의 제 1 칼코게나이드 글래스층;
    상기 적어도 하나의 제 1 칼코게나이드 글래스층과 접하는 적어도 하나의 제 1 금속 함유층;
    상기 적어도 하나의 제 1 금속 함유층과 접하는 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층;
    상기 적어도 하나의 제 2 칼코게나이드 글래스층과 접하는 적어도 하나의 제 2 금속 함유층;
    상기 적어도 하나의 제 2 금속 함유층과 접하는 적어도 하나의 제 3 칼코게나이드 글래스층; 및
    상기 제 3 칼코게나이드 글래스층과 접하는 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  126. 제 125 항에 있어서, 상기 금속 함유층들은 하나 이상의 은-셀레나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  127. 제 125 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들의 적어도 하나는 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  128. 제 125 항에 있어서, 상기 금속 함유층들의 적어도 하나는 복수의 금속 함유층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  129. 제 125 항에 있어서, 상기 칼코게나이드 글래스층들의 적어도 하나는 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  130. 제 129 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세서 기반 시스템.
  131. 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 구비되는 복수의 칼코게나이드 글래스층들과 복수의 금속 함유층들을 포함하여 이루어지며,
    상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들은 상기 금속층들과 교대로 적층되며, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 한 층은 상기 제 1 전극과 접하고, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 또 다른 한 층은 상기 제 2 전극과 접하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  132. 제 131 항에 있어서, 상기 복수의 금속 함유층들은 하나 이상의 은-셀레나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  133. 제 131 항에 있어서, 상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들 중 하나 이상의 층이 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  134. 제 131 항에 있어서, 상기 복수의 금속 함유층들 중 하나 이상의 층들이 복수의 금속 함유층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  135. 제 131 항에 있어서, 상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들 중 하나 이상의 층들이 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  136. 제 135 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자.
  137. 제 1 전극을 형성하는 단계;
    제 2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 복수의 칼코게나이드 글래스층들과 복수의 금속 함유층들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들은 상기 금속층들과 교대로 적층되며, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 한 층은 상기 제 1 전극과 접하고, 상기 칼코게나이드 글래스층들 중 또 다른 한 층은 상기 제 2 전극과 접하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  138. 제 137 항에 있어서, 상기 복수의 금속 함유층들은 하나 이상의 은-셀레나이드층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  139. 제 137 항에 있어서, 상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들 중 하나 이상의 층이 복수의 칼코게나이드 글래스층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  140. 제 137 항에 있어서, 상기 복수의 금속 함유층들 중 하나 이상의 층이 복수의 금속 함유층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  141. 제 137 항에 있어서, 상기 복수의 칼코게나이드 글래스층들 중 하나 이상의 층이 금속 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
  142. 제 141 항에 있어서, 상기 금속 도펀트는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저항 메모리 소자의 제조방법.
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