KR100647332B1 - 저항 변환 물질을 포함하는 ｒｒａｍ - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저항 변환 물질을 이용한 메모리 소자에 관한 것으로, 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 하부 구조체 상에 형성된 제 1전극; 상기 제 1전극 상에 전이 금속 산화물로 형성된 제 1산화층; 및 상기 제 1산화층 상에 순차적으로 형성된, 제 2전극, 제 2산화층 및 제 3전극;을 포함하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자를 제공함으로써, 리셋 상태에서의 전류와 셋 상태에서의 전압을 안정화시킴으로써 신뢰성 있는 메모리 소자를 구현할 수 있다.
Description
도 1a는 일반적인 구조의 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a 구조의 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 인가 전압에 대한 전류 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질의 다층 구조와 트랜지스터 구조체 상에 형성시킨 메모리 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 인가 전압에 대한 전류 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 제 1산화층에 대해 인가한 전압에 대한 전류 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 제 2산화층에 대해 인가한 전압에 대한 전류 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 전압-저항 특성 그래프 및 도 4b에 나타낸 제 1전극, 제 1산화층 및 제 2전극 만을 형성시킨 경우의 전압에 따른 전류 값의 변화를 나타낸 그래프를 함께 나타낸 것이다.
도 6은 도 4a 내지 도 4c의 그래프들을 하나의 도면에 나타낸 것이다.
도 7은 Ni 산화물의 산소의 분압의 변화에 따른 저항 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 전기적인 특성을 단순화하여 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 하부 전극 12... 산화층
13... 상부 전극 21, 31... 제 1전극
22... 제 1산화층 23, 33... 제 2전극
24... 제 2산화층 25, 35... 제 3전극
32... 제 1산화층 34... 제 2산화층
36... 절연층
본 발명은 저항 구배를 지닌 다층막을 이용한 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 off 상태에서의 전압의 분포 및 on 상태에서의 저항 레벨을 안정화시킨 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자는 단위 면적당 메모리 셀의 수, 즉 집적도가 높으며, 동작 속도가 빠르고 저전력에서 구동이 가능한 것이 바람직하므로 이에 관한 많은 연구가 진행되어 왔으며, 다양한 종류의 메모리 소자들이 개발되고 있다.
일반적으로 반도체 메모리 장치는 회로적으로 연결된 많은 메모리 셀들을 포함한다. 대표적인 반도체 메모리 장치인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 경우, 단위 메모리 셀은 한 개의 스위치와 한 개의 커패시터로 구성되는 것이 일반적이다. DRAM은 집적도가 높고 동작 속도가 빠른 이점이 있다. 그러나, 전원이 꺼진 후에는 저장된 데이타가 모두 소실되는 단점이 있다.
반면 전원이 꺼진 후에도 저장된 데이타가 보존될 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 대표적인 예가 플래쉬 메모리이다. 플래쉬 메모리는 휘발성 메모리와 달리 비휘발성의 특성을 지니고 있으나 DRAM에 비해 집적도가 낮고 동작 속도가 느린 단점이 있다.
현재, 많은 연구가 진행되고 있는 비휘발성 메모리 소자로, MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 및 PRAM(Phase-change Random Access Memory) 등이 있다.
MRAM은 터널 접합에서의 자화 방향에 변화를 이용하여 데이타를 저장하는 방식이며, FRAM은 강유전체의 분극 특성을 이용하여 데이타를 저장하는 방식이다. 이들은 모두 각각의 장단점을 지니고 있으나, 기본적으로는 상술한 바와 같이, 집적도가 높으며, 고속의 동작 특성을 지니고, 저전력에서 구동가능하며, 데이타 리텐션(retention) 특성이 좋은 방향으로 연구 개발되고 있다.
PRAM은 특정 물질의 상변화에 따른 저항 값의 변화를 이용하여 데이타를 저장하는 방식이며, 한 개의 저항체와 한 개의 스위치(트랜지스터)를 지닌 구조를 지니고 있다. PRAM에 사용되는 저항체는 캘코게나이드(calcogenide) 저항체인데, 이는 형성 온도를 조절하여 결정질 또는 비정질 상태가 된다. 통상 비정질 상태에서의 저항이 결정질일 때보다 높으므로 이를 이용하여 메모리 소자를 형성시키는 것이다. 이와 같은 PRAM의 제조 시 종래의 DRAM 공정을 이용하는 경우 식각이 어려우며, 식각을 하는 경우라도 장시간을 요한다. 따라서, 생산성이 낮아져 제품 단가가 상승하여 경쟁력을 감소시키는 단점이 있다.
RRAM(resistance random access memory)은 주로 전이 금속 산화물의 전압에 따른 저항 값이 달라지는 특성(저항 변환 특성)을 이용한 것으로, 도 1a에는 종래의 일반적인 구조의 저항 변환 물질을 이용한 메모리 소자의 구조를 나타내었다.
도 1a을 참조하면, 하부 전극(11) 상에 산화층(12) 및 상부 전극(13)이 형성되어 있다. 하부 전극(11) 및 상부 전극(13)은 일반적인 전도성 물질로 형성된 것이며, 산화층(12)은 저항 변환(가변 저항) 특성을 지닌 전이 금속 산화물로 형성된다.
도 1b는 상술한 도 1a 구조의 메모리 소자의 하부 전극(11) 및 상부 전극(13)에 대해 소정의 전압을 인가한 경우, 산화층(12)에 흐르는 전류의 값을 나타낸 그래프로서, 이때 산화층은 니켈 산화물(NiO)로 형성시킨 것이다. 전압을 0V로부터 점차 증가시키며 전류 값의 변화를 측정하는 실험을 여러 번 해본 결과, 0V 내지 1V 사이의 인가 전압에서 산화층(12)에 흐르는 전류 값이 변하는 것을 알 수 있다. 이는 산화층(12)의 저항 레벨이 안정되지 못한 것으로 실험을 거듭할수록 리셋 전류(RC : reset current) 값이 10배 가까이 차이가 난다. 그리고, 셋 전압(SV : set voltage) 값도 일정하게 유지되지 않고 불안정한 상태인 것을 알 수 있다. 셋 전압 및 리셋 전류의 불안정으로 인하여, 메모리 소자로서 사용시 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 리셋 전류 및 셋 전압을 안정화시킬 수 있는 구조를 지닌 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여,
비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서,
하부 구조체 상에 형성된 제 1전극;
상기 제 1전극 상에 전이 금속 산화물로 형성된 제 1산화층; 및
상기 제 1산화층 상에 순차적으로 형성된, 제 2전극, 제 2산화층 및 제 3전극;을 포함하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전이 금속 산화물은 Ni 산화물, Ti 산화물, Hf 산화물, Zr 산화물, Zn 산화물, W 산화물, Co 산화물 또는 Nb 산화물 중 적어도 어느 한 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2산화층은 threshold 스위칭 특성을 지닌 금속 산화물로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2산화층은 VOx를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1산화층 및 제 2산화층은 동일한 성분의 전이 금속에 대해 산소의 조성을 각각 달리하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하부 구조체는, 트랜지스터 구조체 또는 다이오드 구조체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명 상기 트랜지스터 구조체는,
소스 및 드레인이 형성된 기판;
상기 기판 상에 상기 소스 및 드레인과 접촉하여 형성된 게이트 절연층과 게이트 전극층;
상기 소스 또는 상기 드레인 중 적어도 어느 하나와 상기 제 1전극과 연결된 전도성 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 구조에 대해 상세히 설명하고자 한다. 여기서, 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께 및 폭은 설명을 위하여 과장되게 도시한 것임을 명심하여야 한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1전극(21) 상에 제 1산화층(22)이 형성되어 있으며, 제 1산화층(22) 상에 제 2전극(23)이 형성되어 있다. 제 2전극(23) 상에는 제 2산화층(24) 및 제 3전극(25)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 제 1전극(21), 제 2전극(23) 및 제 3전극(25)은 일반적으로 사용되는 금속을 포함하는 전도성 물질로 형성된 것으로 Al, Au, Pt, Ru, Ir 또는 Ti 등을 사용할 수 있다. 제 1산화층(22)은 저항 변환 물질로 형성된 것으로 구체적으로 메모리 스위칭 특성을 지닌 전이 금속 산화물로 형성된 것이다. 상기 전이 금속 산화물은 Ni 산화물, Ti 산화물, Hf 산화물, Zr 산화물, Zn 산화물, W 산화물, Co 산화물 또는 Nb 산화물 등이 있다. 구체적으로, NiO, TiO2, HfO, ZrO, ZnO, WO3, CoO 또는 Nb2O5 중 적어도 어느 한 물질 또는 이들의 화합물을 포함한다. 제 2산화층(22)은 threshold 스위칭 특성을 지닌 물질로 형성되며, 예를 들어, VOx 등을 이용할 수 있다.
다만, 전이 금속 산화물의 경우에는 포함되는 산소의 분률(at %)에 따라, 메모리 스위칭 특성과 threshold 스위칭을 모두 나타낼 수 있다. 따라서, 제 1산화층(22) 및 제 2산화층(24)을 모두 Ni 산화물로 형성시키되, 산소의 조성을 조절하여 제 1산화층(22)은 메모리 스위칭 특성이 나타내도록 하고, 제 2산화층(24)에서는 threshold 스위칭 특성이 나타나도록 할 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자에 사용되는 물질의 특성을 나타낸 그래프로서, NiOx를 형성시키는 경우, 분위기 가스로 Ar과 같은 불활성 가스와 산소의 혼합 가스에서 산소의 분압에 따른 저항 값의 변화를 나타낸 것이다. 도 7 을 참조하면, 산소의 분압이 극히 낮은 경우(A영역)는 일반적인 Ni과 유사한 금속 특성을 지니지만, 산소의 분압을 점차 증가시킨 경우(B영역) 저항 값이 크게 증가하여 스위칭 특성을 지니게 됨을 알 수 있다. 산소의 분압을 증가시키면(C영역) 저항 값은 점차 감소하면서 반도체 특성을 지니게 된다. 박막 제조 공정 시에는 동일한 전이 금속을 스퍼터링 등에 의해 시편 상에 증착시키면서 반응 챔버 내에 산소 가스의 투입량을 적절히 조절함으로써 in-situ 로 간단하게 형성시킬 수 있다. 물론, NiOx 이외의 상술한 전이 금속 산화물들도 유사한 특성을 나타내며, 이들의 조합으로 형성시키는 것도 가능하다.
도 2에 나타낸 메모리 구조는 스위치 구조와 연결하여 구동하게 되는데, 예를 들어 트랜지스터 또는 다이오드 구조와 연결하여 1S(switch)-1R(Resistance) 형태의 메모리로 사용할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 구조를 트랜지스터 구조체와 연결한 구조(1T-1R)를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 트랜지스터 구조체는 소스(202) 및 드레인(203)이 형성된 기판(201) 상에 게이트 절연층(204) 및 게이트 전극층(205)이 형성되어 있다. 소스(202) 또는 드레인(203) 영역은 층간 절연막(206)을 관통하여 형성된 콘택 플러그(207)를 통하여 하부 전극(21)과 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자는 종래의 일반적인 반도제 소자 제조 공정을 이용하면 용이하게 제조할 수 있다. 구체적으로 Sputtering, ALD(atomic layer deposition) 또는 CVD 공정 등을 사용할 수 있다. 도 2와 같은 구조의 경우에는 단순히, 기판(미도시) 상에 제 1전극(21), 제 1산화층(22), 제 2전극(23), 제 2산화층(24) 및 제 3전극(25)을 순차적으로 형성시키는 공정으로 용이하게 형성시킬 수 있다.
도 3에 나타낸 트랜지스터 구조를 포함하는 메모리 소자의 제조 방법을 간단하게 기술하면 다음과 같다. 기판(201) 상에 게이트 절연층(204) 및 게이트 전극층(205) 물질을 도포하고, 게이트 절연층(204) 및 게이트 전극층(205)의 양측부를 식각하여 기판(201) 표면을 노출시킨다. 그리고, 소정의 불순물을 노출된 기판(201)의 양측부에 도핑하고 열처리하여 소스(202) 및 드레인(203)을 형성시킨다. 층간 절연막(206)을 도포한 후, 드레인(203)에 해당하는 영역에 개구를 형성하고 전도성 물질을 채워 넣어 콘택 플러그(207)를 형성한다. 마지막으로 콘택 플러그(207) 상에 제 1전극(21), 제 1산화물(22), 제 2전극(23), 제 2산화층(24) 및 제 3전극(25)을 연속적으로 형성시키면 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자를 완성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 동작 특성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 먼저, 도 8을 참조하여 기본적인 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 동작 특성에 대해 설명하고자 한다. 도 8은 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자의 전기적인 특성을 나타낸 그래프이다. 가로축은 인가 전압을 나타내며, 세로축은 인가 전압에 대한 전류 값을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 전압을 0V에서 점차적으로 증가시키면, 전압에 비례하여 G1 그래프를 따라 전류 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, V1 이상의 전압을 가하게 되면, 저항의 갑작스런 증가하여 전류 값이 감소하는 현상을 나타낸다. V1 ~ V2 범위의 인가 전압에서는 전류 값이 G2 그래프를 따라 증가한다. 그리고, V2(V2 > V1) 이상의 전압을 가하게 되면, 저항이 갑자기 감소하여 전류가 증가하게 되어 다시 G1 그래프를 따르는 것을 알 수 있다.
한편, V1보다 큰 전압 범위에서 인가하는 전압의 크기에 따라 메모리 소자의 전기적 특성이 이후의 V1 보다 작은 전압 인가 시 전기적 특성에 영향을 미치게 되는데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, V1 ~ V2 범위의 전압을 메모리 소자에 인가한 후, V1 보다 작은 전압을 다시 인가하면, 측정되는 전류는 G2 그래프에 따른 전류 값이 측정된다. 반면 그리고, V2보다 큰 범위의 전압(예를 들어 V3)을 메모리 소자에 인가한 후, V1 보다 작은 전압을 다시 인가하면, 측정되는 전류는 도 8의 G1 그래프에 따른 전류 값이 측정된다. 이를 통하여 V1 보다 큰 전압 범위에서 인가하는 전압의 크기(V1 ~ V2 범위 또는 V2보다 큰 범위)에 따라 메모리 소자에 미치는 전기적 특성이 영향을 미침을 알 수 있다.
따라서, 이러한 결과를 통하여 전이 금속 산화물을 메모리 소자에 사용하여 저항 구배를 지닌 다층막을 비휘발성 메모리 소자에 응용할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 도 8의 V1 ~ V2 범위에서 전압을 인가한 경우의 메모리 소자의 상태를 "0"으로 지정하고, V2보다 큰 범위의 전압을 인가한 경우의 메모리 소자의 상태를 "1"로 지정하여 데이타를 기록한다. 데이타를 재생하는 경우에는, V1보다 작은 범위의 전압을 인가하여 드레인 전류 값(Id)을 측정하여 메모리 소자에 저장된 데이타가 "0"의 상태인지 "1"의 상태인지를 알 수 있게 되는 것이다. 물론, 여기서 상태 "1" 및 "0"의 지정은 선택적인 것이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 인가 전압(V)에 대한 전류 특성을 나타낸 도면이다. 이때의 시편은 제 1전극(21), 제 2전극(23) 및 제 3전극(25)을 모두 Pt로 형성시키고, 제 1산화층(22)은 NiO로 형성시키고, 제 2산화층(24)은 VOx로 형성시킨 것이다.
도 4a를 참조하면, 제 1전극(21) 및 제 3전극(25)에 전압을 인가하면 X1까지는 전류 값이 점차적으로 증가한다. 그리고, X1 이상의 전압을 인가하면 전류 값이 갑자기 증가하여 X2에 이른다. 전압을 계속 높이면 전류 값은 점차 증가하다가 전압이 1V에 이르면 전류 값이 갑자기 감소하여 X4까지 떨어지게 된다. 그리고, 다시 전압을 증가시키면 전류 값은 증가하다가 X5 위치에서 갑자기 증가하게 된다. 만일, 전압을 X4와 X5 사이의 범위까지 인가한 뒤, X4 이하의 전압을 다시 인가하면 전류 값은 Memory off 곡선을 따른 값을 나타낸다. 그러나, X5 보다 큰 범위의 전압을 인가한 뒤, X3 이하의 전압을 인가하는 경우에는 전류 값은 Memory on 곡선을 따른 값을 나타낸다. Memory off 곡선에 따른 전압-전류 특성을 나타내는 상태를 "1"로 정의하고, Memory on 곡선에 따른 전압-전류 특성을 나타내는 상태를 "0"으로 정의할 수 있으며 이러한 특성을 이용하여 메모리로 사용할 수 있게 되는 것이다. 도 1b에 나타낸 종래 기술에 의한 저항 변환 물질을 이용한 메모리 소자의 경우에는 전압 인가에 따른 전류 값의 변화가 일정하지 않은 경향, 즉 저항의 변화가 안정되지 못한 결과를 나타냈으나, 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 경우, 도 4a에 나타낸 바와 같이 전압 인가에 따른 전류 값의 변화가 일정한 경향을 나타내었다.
도 4b는 제 1전극(21), 제 1산화층(22) 및 제 2전극(23) 만을 형성시킨 경우의 전압에 따른 전류 값의 변화를 나타낸 그래프이다. 제 1전극(21) 및 제 2전극(23)은 Pt로 형성시켰으며, 제 1산화층(22)은 NiO로 형성시킨 것이다. 이와 같은 구조는 기본적인 저항 변환 물질을 이용한 메모리 소자의 일반적인 전압-전류 특성을 나타낸다. 도 4b를 참조하면, Memory on 상태에서 Memory off 상태로 변화하는 경우, 약 10-4A 영역에서 단차를 형성하는 것을 알 수 있다. 이 경우에는 안정적인 메모리 특성을 확보하기 어렵다. 도 4c는 제 2전극(23), 제 2산화층(24) 및 제 3전극(25) 만을 형성시킨 경우의 전압에 따른 전류 값의 변화를 나타낸 그래프이다. 제 2전극(23) 및 제 3전극(25)은 Pt로 형성시켰으며, 제 2산화층(22)은 VOx로 형성시킨 것이다. 도 4c를 참조하면, 1V이하의 전압 범위에서 전압-전류 특성이 루프 구조를 지닌 switching 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 4a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 전압-저항 특성 그래프 및 도 4b에 나타낸 제 1전극(21), 제 1산화층(22) 및 제 2전극(23) 만을 형성시킨 경우의 전압에 따른 전류 값의 변화를 나타낸 그래프를 함께 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 Memory on 상태에서 Memory off 상태로 변화하는 영역에서 단차가 발생하지 않으며, 전압의 크기는 다소 큰 것을 알 수 있다.
도 6은 도 4a 내지 도 4c의 그래프들을 하나의 도면에 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자의 전압-전류 특성은 저항 변환 물질만을 형성시킨 도 4b의 그래프와 threshold 특성을 나타낸 도 4c의 그래프의 평균 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 장점을 지니고 있다.
첫째, 비휘발성 메모리 영역의 구조가 간단하므로, 이를 어레이 구조로 형성시키는 경우 종래의 일반적인 DRAM 제조 공정 등 일반적으로 알려진 반도체 제조 공정을 이용하여 쉽게 형성시킬 수 있다.
둘째, 인가 전압에 대한 안정적인 전류 값 변화(저항 변화)를 나타낼 수 있 어 신뢰성 있는 메모리 소자로서의 구현이 가능하다.
셋째, 본 발명의 동작 원리 상, 단순한 방법으로 정보를 저장하고 재생할 수 있으므로, 고속의 동작 특성을 지닌다.
Claims (7)
- 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서,하부 구조체 상에 형성된 제 1전극;상기 제 1전극 상에 전이 금속 산화물로 형성된 제 1산화층; 및상기 제 1산화층 상에 순차적으로 형성된, 제 2전극, 제 2산화층 및 제 3전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 전이 금속 산화물은 Ni 산화물, Ti 산화물, Hf 산화물, Zr 산화물, Zn 산화물, W 산화물, Co 산화물 또는 Nb 산화물 중 적어도 어느 한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2산화층은 threshold 스위칭 특성을 지닌 금속 산화물로 형성된 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 제 2산화층은 VOx를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 저항 변환 물 질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1산화층 및 제 2산화층은 동일한 성분의 전이 금속에 대해 산소의 조성을 각각 달리하여 형성된 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 하부 구조체는,트랜지스터 구조체 또는 다이오드 구조체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 트랜지스터 구조체는,소스 및 드레인이 형성된 기판;상기 기판 상에 상기 소스 및 드레인과 접촉하여 형성된 게이트 절연층과 게이트 전극층;상기 소스 또는 상기 드레인 중 적어도 어느 하나와 상기 제 1전극과 연결된 전도성 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 변환 물질을 포함하는 메모리 소자.
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-
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100989180B1 (ko) * | 2008-07-21 | 2010-10-20 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 저항변화기록소자 및 그 제조방법 |
| WO2013169763A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-14 | Micron Technology, Inc. | Switching device structures and methods |
| US8737114B2 (en) | 2012-05-07 | 2014-05-27 | Micron Technology, Inc. | Switching device structures and methods |
| US9331275B2 (en) | 2012-05-07 | 2016-05-03 | Micron Technology, Inc. | Switching device structures and methods |
| US9478740B2 (en) | 2012-05-07 | 2016-10-25 | Micron Technology, Inc. | Switching device structures and methods |
| WO2017171819A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | Intel Corporation | Resistive random access memory with deuterium |
| US10573809B2 (en) | 2016-03-31 | 2020-02-25 | Intel Corporation | Resistive random access memory with deuterium |
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