KR100694316B1 - Method for manufacturing reram devices having excellent stabilities of oxide thin films by using the plasma gas treatment - Google Patents

Method for manufacturing reram devices having excellent stabilities of oxide thin films by using the plasma gas treatment Download PDF

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KR100694316B1 KR1020050092063A KR20050092063A KR100694316B1 KR 100694316 B1 KR100694316 B1 KR 100694316B1 KR 1020050092063 A KR1020050092063 A KR 1020050092063A KR 20050092063 A KR20050092063 A KR 20050092063A KR 100694316 B1 KR100694316 B1 KR 100694316B1
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oxide thin
gas treatment
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도영호
윤갑수
이경남
정구웅
홍진표
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A method for fabricating an ReRAM(resistance random access memory) device having an oxide thin film with excellent stability using plasma gas treatment is provided to simply form an oxide thin film without surface contamination by performing a process for forming an oxide thin film for an ReRAM device and a plasma treatment in a vacuum atmosphere. A lower electrode layer(12) is formed on a substrate(11). An oxide thin film(13) is formed on the lower electrode layer in a vacuum atmosphere. In a vacuum atmosphere, a plasma gas treatment is performed on the oxide thin film for a time interval of 5~15 minutes in a condition of 30~100 watts. An upper electrode layer(14) is formed on the plasma gas-treated oxide thin film(13'). In the plasma gas treatment, at least one selected from a group of H2, He, Ar, O2 and N.

Description

플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법{Method for manufacturing ReRAM devices having excellent stabilities of oxide thin films by using the plasma gas treatment} Production method of the high stability of the oxide thin film using a plasma gas treatment ReRAM device {Method for manufacturing ReRAM devices having excellent stabilities of oxide thin films by using the plasma gas treatment}

도1은 본 발명에 따른 ReRAM 소자용 산화박막을 플라즈마 가스처리하는 공정단면도로서, 1 is a cross-sectional views of the plasma processing gas for the oxide film ReRAM device according to the invention,

도 1a는 준비된 기판의 단면도이고 Figure 1a is a cross-sectional view of the finished substrate and

도 1b는 하부전극막이 형성된 기판의 단면도이고, And Figure 1b is a cross-sectional view of the lower electrode film is formed in the substrate,

도 1c는 산화박막이 형성된 단면도이고, And Figure 1c is a cross-sectional view the oxide thin film is formed,

도 1d는 산화박막의 플라즈마 가스처리공정을 나타내는 단면도이고 Figure 1d is a cross-sectional view showing a plasma gas treatment process of the oxide film

도 1e는 상부전극이 형성된 기판의 단면도이다. Figure 1e is a cross-sectional view of the substrate on which the upper electrode is formed.

도 2는 비휘발성 메모리 소자의 저항변화 특성을 나타내는 그래프로서, 2 is a graph showing the resistance change characteristics of the non-volatile memory device,

도 2a는 본 발명에 대한 비휘발성 메모리 소자의 저항변화 특성을 나타내는 그래프이고, And Figure 2a is a graph showing the resistance change characteristics of the nonvolatile memory element of the present invention,

도 2b는 본 발명에 대한 비휘발성 메모리 소자의 세트/리셋 전압 특성을 나타내는 그래프이고, And Figure 2b is a graph showing the set / reset-voltage characteristic of the nonvolatile memory device of the present invention,

도 2c는 종래의 비휘발성 메모리 소자의 세트/리셋 전압 특성을 나타내 는 그래프이다. 2c is a graph which represents a set / reset voltage characteristics of a conventional nonvolatile memory device.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * * Description of the Related Art *

11...... 반도체 기판 12...... 하부 전극막 11 ...... ...... 12 a semiconductor substrate the lower electrode film

13...... 산화박막 13´...... 플라즈마 가스처리된 산화박막 13 ...... ...... oxide film 13' gas plasma treated oxide film

14...... 상부 전극막 14 ...... upper electrode film

본 발명은 산화박막을 플라즈마 가스처리함으로써 산화박막의 안정화를 개선할 수 있는 ReRAM 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing the ReRAM device capable of improving the stabilization of the oxide thin film by a plasma gas treatment the oxide thin film. 보다 상세하게는 ReRAM 소자 동작시 산화박막의 안정화에 의한 안정된 세트/리셋 전압으로 소자동작의 안정성을 확보할 수 있는 플라즈마 가스처리에 의한 ReRAM 소자의 제조방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a process for the preparation of the ReRAM device according to a plasma gas treatment to ensure the stability of the stable set / reset the device operates in the voltage due to the stabilization of the oxide film during ReRAM device operation.

현재 세계적으로 ULSI 반도체 메모리기술은 기가-비트(Giga-bit) DRAM의 실현단계에 이르렀고, 2010년경에는 100억 개 정도의 집적도에 이를 것으로 예상되고있다. Current world ULSI semiconductor memory technology group - reached the realization phase of the bit (Giga-bit) DRAM, is around 2010 is expected to reach densities of about one billion. 이러한 반도체 소자 특성은 SoC(System on Chip)를 기반으로 연결되기 위하여 계속적으로 초고속·고용량화·고집적화·저전력 소비화·고기능화의 특성을 갖는 반도체 소자들의 개발이 절실히 요구되고 있다. Such a semiconductor device characteristics has been continuously the urgent need for the development of a semiconductor device having a high-speed, high capacity, high integration, low power consumption characteristics of the fire, the high function to be connected based on the (System on Chip) SoC.

기존의 비휘발성 메모리인 플래시 메모리나 MRAM 에 비해, PRAM(Phase RAM), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer RAM), ReRAM(Resistance RAM) 소자는 10~20ns 정도로 고속 동작이 가능하며, 저 전압 동작도 가능하다. Compared to conventional non-volatile memory is a flash memory or MRAM, PRAM (Phase RAM), NFGM (Nano Floating Gate Memory), PoRAM (Polymer RAM), ReRAM (Resistance RAM) device capable of high-speed operation about 10 ~ 20ns, and it is also possible low-voltage operation. 따라서, 플래쉬 메모리를 대체할 수 있는 PRAM, NFGM, PoRAM, ReRAM 등과 같은 차세대 비휘발성 메모리 기술의 개발은 향후 국가의 반도체 기술경쟁력을 높이기 위하여 필수적인 핵심 연구 분야이다. Therefore, the development of next-generation non-volatile memory technologies, such as to replace flash memory PRAM, NFGM, PoRAM, ReRAM is an essential key research areas in order to improve the competitiveness of future semiconductor technology country.

비휘발성 메모리로 대표되는 플래쉬 메모리의 기술 로드맵에 따르면(ITRS-2003), 2007년 이후의 플래쉬 노드 기술은 65nm 이하의 고집적도 기술을 요구하고 있으며, 2007년 이후의 플래쉬 NOR 타입의 셀크기는 0.034um 이하의 크기를 요구하고 있다. According to the technology road map of the flash memory, which is represented by the non-volatile memory (ITRS-2003), since 2007, the flash node technology high integration has been required a technology, the cell size of a flash NOR type in 2007 of 65nm or less was 0.034 It requires the size of um or less. 현재의 플래쉬 메모리가 저 소비전력에 필요한 저 전압 동작시 충분한 셀전류 소자 특성 마진을 갖기 어려워 이러한 물리적, 전기적 문제점의 한계를 극복할 수 없다. Current of the flash memory can not overcome the limits of low voltage sufficient cell current device characteristics of these physical and electrical problems hardly has a margin needed for the low power consumption operation. 따라서, 향후 현재의 플래쉬 메모리를 대체할 수 있는 새로운 개념의 신기능성 메모리 소자 개발이 절실히 요구되고 있다. Thus, there is a new functional concept of the development of new memory devices that can replace the current future of flash memory is urgently required.

거대저항 변화 메모리(이하, 간단히 'ReRAM' 이라 함)는 박막에 인가되는 특정 전압에 따라 박막의 저항 상태가 급격히 변화하는 것을 이용하여 비휘발성 메모리로 사용되는 소자를 말한다. Large resistance RAM (referred to as simply 'ReRAM' hereinafter) refers to a device used as a non-volatile memory using that the resistance state of the thin film changes significantly depending on the particular voltage applied to the thin film. 기존의 비휘발성 메모리인 플래시 메모리나 MRAM 에 비해, 입력 펄스(pulse) 인가시 1000배 이상의 저항 변화로 동작되는 ReRAM 소자는 10~20ns 정도로 고속동작이 가능하며, 공정적으로 단일막 구조이기 때문에 고 집적화 및 고속화가 가능하다. And because, compared to traditional non-volatile memory is a flash memory or MRAM, the input pulse (pulse) is capable of high-speed operation so ReRAM device 10 ~ 20ns which is operated by more than 1000-fold change in resistance upon application, and it is a single layer structure to the process enemy the integration and high speed is possible. 또한, 기본적으로 단층구조로서 제작되기 때문에 기존의 CMOS 공정과 집적공정(integration process) 기술이 사용가능하여 소비에너지를 최소화할 수 있다. Also, a conventional CMOS process and the integrated processes (integration process) technology can be used to minimize the energy consumption due to basically be manufactured as a single-layer structure.

상기와 같은 이유로, 향후 플래쉬 메모리를 대체할 수 있는 ReRAM 소자 개발이 요구되고 있다. For the same reason described above, there is a need for the ReRAM device development that can replace the next flash memory.

ReRAM 소자에서 산화박막의 안정화를 위해 산화박막의 열처리를 적용한 기술이 제안되어 있다. This technique is applied to a heat treatment of the oxide thin film in order to stabilize the oxide film on the ReRAM device has been proposed. 그 대표적인 예가 한국 공개특허공보 2005-0017394호(출원인: 샤프 가부시키가이샤, 공개일: 2005.2.22)이다. As a typical example Publication No. 2005-0017394 is Korea Patent Publication (Applicant: manufactured by Sharp right or wrong, Published 22.02.2005). 이 기술은 ReRAM 소자의 제조를 위한 스핀코팅된 PCMO 박막의 고온 어닐링 방법에 관한 것이다. This technique relates to a high temperature annealing method of a spin-coated PCMO thin film for the manufacture of a ReRAM device. 즉, 이 방법은, In other words, the method,

기판을 준비하고, 기판상에 금속 장벽층을 증착한 다음, 하부 전극을 형성하는 단계, Preparing a substrate, and depositing a metal barrier layer on a substrate and then forming a lower electrode,

상기 하부 전극상에 PCMO 전구체를 사용하여, Pr 1 - X Ca X MnO 3 (PCMO)층을 스핀-코팅한 코팅단계와 어닐링하는 열처리 단계를 포함하고, 상기 코팅단계와 열처리단계를 반복하여 Pr 1 -X Ca X MnO 3 (여기서, 0.2<=X<=0.5)의 결정구조를 가지는 PCMO 박막을 제조한 다음, 상부 전극을 증착하고, Using a PCMO precursor on the lower electrode, Pr 1-X Ca X MnO 3 a (PCMO) layer spin-, including a heat treatment step of annealing and the coating step coating, and repeating the coating step and the heat treatment step Pr 1 -X Ca X MnO 3 (where, 0.2 <= X <= 0.5 ) to prepare a PCMO thin film having a crystal structure of the following, depositing a top electrode, and

상기 상부 전극을 패턴화하여 RRAM 소자를 제조하고 있다. To pattern the upper electrode and producing a RRAM device.

이러한 제조방법에서는 스핀 공정과 어닐링 공정을 반복하여 전체 공정이 복잡하며, 주요 공정이 대기 상태에서 이루어지므로 산화 및 표면 오염으로 인해 ReRAM 소자 특성에 영향을 줄 수 있다. In such a manufacturing method, and the whole process is complicated by repeating the spin process and the annealing process, the main process take place in atmospheric conditions can affect the ReRAM device characteristics due to oxidation and surface contamination. 또한, 박막의 고-결정성만을 결정하는 것으로 산화박막의 안정화에 한계가 있다. In addition, the thin film of high-ity with determining the decision is limited to the stabilization of the oxide thin film. 특히, 열처리를 통한 산화박막의 증대 또는 변화로 ReRAM 소자의 특성 변화를 가져올 수 있는 문제점이 있다. In particular, there is a problem in that increase or change of the oxide film by a heat treatment to obtain a characteristic change in the ReRAM device.

따라서, 비휘발성 메모리소자 등의 다양한 응용분야에 실용화될 수 있도록 공정이 간소하고, 표면오염의 우려가 없으며, 우수한 산화박막의 안정성을 가지는 비휘발성 메모리소자를 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있다. Thus, the non-volatile memory, the process is simple, so that it can be put to practical use in various applications of the device and the like, there is a risk of surface contamination, there is a need for a method capable of producing the non-volatile memory device having a stability of the excellent oxide film.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, ReRAM 소자 동작시 산화박막의 안정화에 의한 안정된 세트/리셋 전압으로 소자동작의 안정성을 확보할 수 있는 플라즈마 가스처리에 의한 ReRAM 소자의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다. The present invention is a method of manufacturing the ReRAM device according to a plasma gas treatment to ensure the reliability of the device operation in a stable set / reset voltage by the stabilization of the oxide thin film upon that, ReRAM device operation to improve the conventional problems above-described to provide, it is an object.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 가스처리 방법은, The plasma gas treatment process of the present invention for achieving the above object,

기판상에 하부 전극막을 형성하는 단계, Forming on a substrate a lower electrode film,

진공분위기에서 상기 하부 전극막상에 산화박막을 형성하는 단계, Forming an oxide film on the lower electrode film in a vacuum atmosphere,

진공분위기에서 상기 산화박막을 플라즈마 가스처리하는 단계, 및 Comprising: a plasma processing gas to the oxide thin film in a vacuum atmosphere, and

상기 플라즈마 가스처리된 산화박막상에 상부 전극막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. In the plasma oxidation treatment, a gas film foil comprises the step of forming the upper electrode film.

본 발명에서 상기 산화박막은 ReRAM 소자에 사용되는 산화물이면 적용될 수 있으며, 그 대표적인 예로는 MgO, ZnO, TiO 2 , NiO, SiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , V 2 O 5 등의 이원산화물 또는 Pr 1 - X Ca X MnO 3 (PCMO), La 1 - X Ca X MnO 3 (LCMO) 등의 페로브스카이트계 물질이 있다. The oxide thin film in the present invention can be applied if the oxide used for the ReRAM device, its typical example is a two won oxides such as MgO, ZnO, TiO 2, NiO , SiO 2, Nb 2 O 5, HfO 2, V 2 O 5 or Pr 1 - there is a perovskite material, such as teugye X Ca X MnO 3 (LCMO) - X Ca X MnO 3 (PCMO), La 1. 상기 산화박막의 두께는 10~700nm, 보다 바람직하게는 50~200nm 이다. The thickness of the oxide film is 10 ~ 700nm, and more preferably 50 ~ 200nm.

본 발명에서 상기 플라즈마 가스처리단계는 RF 플라즈마, ECR 플라즈마 등의 플라즈마 가스처리방법이 적용될 수 있다. The plasma gas treatment step in the present invention may be subject to a plasma gas treatment method such as RF plasma, ECR plasma. 플라즈마 가스처리단계에서 사용되는 가스로는 H 2 , He, Ar 등을 포함하는 불활성 기체로 구성되는 그룹 또는 O 2 , N 등을 포함하는 반응성 가스로 구성되는 그룹에서 선택된 1종이상이 바람직하다. Gas used in the gas plasma treatment step is at least one selected from the group consisting of a reactive gas containing H 2, He, Ar, etc. groups, or O 2, N or the like composed of an inert gas comprising preferred. 또한, 상기 플라즈마 가스처리단계는 30~100W의 조건에서 5~15분간 수행되는 것이 바람직하다. In addition, the gas plasma treatment step is preferably carried out under the conditions of 30 ~ 100W 5 ~ 15 minutes. 또한 상기 플라즈마 가스처리단계는 상온에서 수행되는 것이 바람직하다. In addition, the gas plasma treatment step is preferably carried out at room temperature. 이때의 진공조건은 1×10 -2 ~ 1×10 -3 Torr가 바람직하다. The vacuum conditions are a 1 × 10 -2 ~ 1 × 10 -3 Torr is preferred.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 ReRAM 소자용 산화박막을 플라즈마 가스처리하는데 특징이 있다. The invention has a feature in a plasma gas treatment for the oxide thin film ReRAM device. ReRAM 소자용 산화박막 내에는 불안정한 댕글링 결합에 의해 전자 부족과 공공 현상이 발생한다. In the oxide thin film for the ReRAM device is unstable by the dangling bonds generated electron and lack of public phenomenon. 플라즈마 가스처리는 상기와 같은 결함이 있는 댕글링 결합에 이온화된 원자들을 결합시켜 전하 포획 및 이탈을 조절하거나, 공공을 안정적으로 배열시킴으로써 산화박막의 안정화를 이룰 수 있다. The plasma gas treatment is to combine the ionized atoms to dangling bonds which are defects, such as the adjusting and releasing a trapped charge, or can be achieved to stabilize the oxide film by arranging the public in a stable manner. 또한, 본 발명에서 산화박막 형성공정과 플라즈마 가스처리는 모두 진공분위기에서 행하기 때문에 대기상태로의 이동이 없어 표면 오염의 문제가 없으며, ReRAM 소자 동작시 안정된 세트/리셋 전압으로 소자동작의 안정성을 확보할 수 있다. Further, the present invention is oxide thin film forming process and a plasma gas treatment is all there is no problem of surface contamination can not move to a stand-by state because the line from the vacuum environment, ReRAM stability of the device operation when the device operates in a stable set / reset voltage at It can be secured.

본 발명의 플라즈마 처리방법을 도 1을 통해 설명한다. Also a plasma processing method of the present invention will be described on a first.

먼저, 기판을 준비한다(도 1a). First, preparing the substrate (FIG. 1a).

기판은 통상의 반도체 메모리소자에 적용되는 것이면 가능하다. The substrate may be as long as it is applied to a conventional semiconductor memory device. 그 대표적인 예가 Si기판으로서, 이산화실리콘 기판, 폴리실리콘 기판 등이 있다. As its typical example a Si substrate, a silicon dioxide substrate, a polysilicon substrate.

준비된 기판상에 하부 전극막을 형성한다.(도 1b) To form the lower electrode film on a prepared substrate (Fig. 1b)

상기 전극은 Pt, Au, Al, Cu, Ti과 이들의 합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종이 적용될 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니다. The electrode is Pt, Au, Al, Cu, may be applied to one member selected from the group consisting of Ti and an alloy thereof, but is not limited to this.

상기 하부 전극막상에 ReRAM 소자용 산화박막을 진공분위기에서 형성한다(도 1c) To form an oxide thin film for the ReRAM device on the lower electrode film in a vacuum atmosphere (Fig. 1c)

ReRAM 소자용 산화박막은 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), PLD(Pulse Laser Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등에 의해 형성하고, 본 발명에서도 이러한 방법들이 적용될 수 있다. Oxide thin film for the ReRAM device can be applied to these methods in and formed by PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), PLD (Pulse Laser Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition), the present invention. 산화박막으로는 ReRAM 소자에 적용되는 것이면 가능하며, 그 대표적인 예는 MgO, ZnO, TiO 2 , NiO, SiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , V 2 O 5 등의 이원산화물 또는 페로브스카이트 물질 예를 들어 Pr 1-X Ca X MnO 3 (PCMO), La 1 - X Ca X MnO 3 (LCMO)에서 선택될 수 있다. It is possible as long as it is applied to the ReRAM device the oxide film, and typical examples are MgO, ZnO, TiO 2, NiO , SiO 2, Nb 2 O 5, HfO 2, V 2 O 5 , such as two won oxide or Fe lobe of the Sky agent material, for example Pr 1-X Ca X MnO 3 (PCMO), La 1 - may be selected from X Ca X MnO 3 (LCMO) . 산화박막의 두께는 10~700nm가 바람직하다. The thickness of the oxide thin film is 10 ~ 700nm is preferred. 보다 바람직한 산화박막의 두께는 50~200nm 이다. A more preferred thickness of the oxide film is 50 ~ 200nm.

상기 기판상에 형성된 산화박막을 플라즈마 가스처리시킨다(도 1d). An oxide film formed on the substrate to a plasma gas treatment (Fig. 1d).

플라즈마 처리에는 증착과 청정(Cleaning)의 두 가지 개념으로 주로 사용하는데, 본 발명은 이와 다른 플라즈마 가스처리개념으로 플라즈마처리하는 것이다. Plasma treatment is commonly used for the two concepts of the deposition and cleaning (Cleaning), the present invention is to plasma processing in this other plasma gas treatment concept. 본 발명은 플라즈마 가스처리를 ReRAM소자에 적용하여 산화박막의 안정성을 도모하는 것으로, 이를 종래의 플라즈마 처리와 비교하여 설명한다. The present invention is to promote the stability of the oxide thin film by applying a gas plasma treatment in ReRAM device will be described by comparing it with the conventional plasma processing.

플라즈마 처리방법에서 증착은 챔버내의 타겟에 큰 전압(RF파워)을 가하여 전자를 발생시키고 이 전자가 가스와 충돌하면 양이온과 전자가 발생하여 플라즈마 상태가 된다. When deposited in the plasma processing method to generate an electron by applying a large voltage (RF power) to the target in the chamber, the electrons collide with the gas becomes a plasma state by the positive ions and electrons generated. 따라서, 이때 발생한 양이온은 큰 전위차에 의해 음전극인 타겟(Target)에 가속 충돌하고, 충돌로 인해 타겟의 표면에서 중성의 타겟원자들이 튀어나와 기판(Substrate) 표면에 증착되는 것이다. Therefore, at this time it has occurred the cation is to be accelerated to the target (Target) A negative electrode by a potential difference large collision, out of the neutral target atoms are protruding from the surface of the target due to the impact on the deposition surface of the substrate (Substrate).

플라즈마 처리에서 청정은 챔버내에서 RF파워에 의해 전자를 발생시키고 이 전자가 가스와 충돌하면 양이온과 전자가 발생하여 플라즈마 상태가 된다. When the plasma processing is clean and generate electrons by a RF power in the chamber and the electrons collide with the gas becomes a plasma state by the positive ions and electrons generated. 또한, 기판(Substrate)에 음전극이 인가되면 양이온이 기판과 충돌하면서 기판의 표면에 존재하는 불순물 등을 제거하는 것이다. In addition, when applied to the negative electrode to the substrate (Substrate) is to remove such impurities and cations are in conflict with the substrate on the surface of the substrate.

본 발명은 이러한 플라즈마처리와는 달리, 플라즈마화된 가스이온들이 산화박막내에 존재하는 댕글링 결합 등의 결함 상태(defect state)와 반응하여, 저항변화의 원인이 되는 결함 상태(defect state)를 제거함으로써 저항변화의 안정성을 확보하는 것이다. The present invention, unlike the plasma treatment, plasma gas ions are the dangling bonds and the defect state (defect state), such as the reaction present in the oxide film, to remove the fault condition that causes a resistance change (defect state) by to ensure the stability of the resistance change.

즉, 챔버내에 전자를 발생시키고 이 전자가 가스와 충돌하면 양이온과 전자가 발생하여 플라즈마 상태가 된다. In other words, when generating the electrons within the chamber and the electrons collide with the gas becomes a plasma state by the positive ions and electrons generated. 이 양이온은 음전극이 인가된 ReRAM소자와 반응하게 되는 것이다. The cation is to be reacted with the ReRAM device is applied to the cathode electrode.

상기에서 설명한 플라즈마 가스처리에 사용되는 가스로는 H 2 , He, Ar 등의 불활성 기체 또는 O 2 , N 등의 반응성 가스로부터 선택된 1종 이상이 바람직하다. Gas used for the plasma gas treatment described above is at least one selected from the reactive gas of H 2, He, an inert gas or O 2, N and so on such as Ar is preferable. 보다 바람직하게는 원자반경이 작은 H 2 와 He을 사용하여 댕글링 결합에 존재하는 공공(Vacancy)을 제어하는 것이다. More preferably to control the public (Vacancy) present in the dangling bonds by the use of small atomic radius H 2 and He. 또한, 바람직하게는 산화박막의 균질화를 위해 O 2 를 사용하는 것이다. Preferably, this is the use of O 2 for the homogenization of the oxide thin film.

플라즈마 가스처리에서 파워는 30~100W이 바람직하다. In plasma gas processing power it is 30 ~ 100W is preferred. 30W보다 낮으면 처리시간이 길어져 장시간 표층이 노출되어 표층부 격자구조에 손상이 생길 수 있다. The surface layer is exposed for a long time, the processing time becomes longer lower than 30W may result in damage to the surface layer lattice structure. 한편, 100W 이상에서는 산화박막내 플라즈마 가스의 침투율보다 표면 손실율이 높아지므로 산화박막 특성의 변화가 심해질 수 있다. On the other hand, 100W or higher so that the surface is higher than the loss rate of the plasma gas permeability oxide thin film can be severe, the change in the oxide film characteristics.

플라즈마 가스처리시간은 5~15분간 수행되는 것이 바람직하다. The plasma gas treatment time is preferably performed for 5 ~ 15 minutes. 5분 미만으로 처리할 경우, 박막 내부까지 균일하게 플라즈마 가스처리가 어려울 수 있으며 15분을 초과하여 처리할 경우, 산화박막내 플라즈마 가스의 침투율보다 표면 손실율이 높아지므로 산화박막 특성의 변화가 심해질 수 있다. When treated in less than five minutes, the film may be difficult homogeneously plasma gas treatment to the inside, and in case of processing in excess of 15 minutes, so that the surface loss rate is higher than penetration rate of a plasma gas within the oxide film can be severe, the change in the oxidation film properties have.

또한, 플라즈마 가스처리는 상온에서 행하는 것이 바람직하다. The plasma gas treatment is preferably carried out at room temperature. 상온에서 플라즈마 가스처리를 수행하는 경우, 생산 단가를 낮출 수 있고, 공정 과정이 간편해질 수 있다. When performing the plasma processing gas at room temperature, it is possible to reduce the manufacturing cost, the manufacturing process can be simplified.

플라즈마 가스처리의 진공도는 1×10 -2 ~ 1×10 -3 Torr가 바람직하다. The degree of vacuum gas plasma treatment is 1 × 10 -2 ~ 1 × 10 -3 Torr is preferred.

상기 조건은, 전자가 가스와 충돌하여 플라즈마를 형성하기 위한 일반적인 진공도이다. The condition is a general vacuum level electrons to form a plasma to collide with the gas.

또한, 플라즈마 가스처리는 챔버내에서 RF 플라즈마, ECR 플라즈마 등의 플 라즈마 가스처리법이 적용될 수 있다. The plasma gas treatment has a flat Raj town gas treatment method such as RF plasma, ECR plasma may be applied in the chamber.

플라즈마 가스처리한 ReRAM 소자용 산화박막상에 상부 전극막을 형성하고, 패턴을 형성한다(도 2e). The gas plasma-treated oxide-forming element ReRAM foil film on the upper electrode film and for forming a pattern (Fig. 2e). 상부 전극막은 섀도우 마스크 또는 드라이 에칭 공정을 사용하여 패턴화할 수 있다. The upper electrode film may be patterned using a shadow mask or a dry etching process.

제조된 기판은 필요에 따라 추가로 베이킹처리와 어닐링(post-annealing) 단계가 행해질 수도 있다. The prepared substrate may be added to the baking treatment and the annealing (post-annealing) step be performed by, if necessary.

본 발명에 따라 제조된 ReRAM 소자용 산화박막은 비휘발성 메모리 소자에 적용될 수 있다. Oxide thin film for the ReRAM device made according to the present invention can be applied to the non-volatile memory device. 이러한 메모리소자는 저전력을 소모하면서, 무한대의 기록/재생이 가능하며, 비휘발성으로 인한 PC의 빠른 리부팅 및 대량의 데이터를 안전하게 보관할 수 있다. Such a memory device can be kept on a low power consumption, can be recorded / reproduced in the infinity and, securing the quick reboot and a large amount of data in the PC due to the non-volatile. 또한, 재현성도 우수하여 실제 양산화 공정에 효과적으로 적용될 수 있다. Further, reproducibility can also be effectively applied to a solid actual mass production process.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

[실시예 1] Example 1

Pt 기판 상에 100nm의 두께로 성장된 ReRAM 소자용 MgO박막에 대하여 진공챔버내에서 H 2 가스를 20sccm With respect to the ReRAM device MgO thin film for the growth in the thickness of 100nm on a Pt substrate with H 2 gas in the vacuum chamber 20sccm 흘려주며 가스의 이온화를 위해 약 60W의 RF를 걸어주고 10 -2 ~10 -3 Torr로 약 5분간 플라즈마 가스처리하였다. Flow gives the walk of about 60W RF was treated to give the plasma gas for about 5 minutes to 10 -2 ~ 10 -3 Torr for the ionization of the gas.

상기 MgO박막에 대해 20000%의 저항변화율을 측정하여 그 결과를 도2a에 나타내었다. By measuring the resistance change rate of 20,000% with respect to the MgO thin film. The results are shown in Figure 2a.

한편, Pt기판상에 50nm의 두께로 MgO 산화물을 성장시켜 상기의 플라즈마 가스처리조건으로 H 2 플라즈마 처리한 후 세트/리셋 전압을 측정하여 그 결과를 도 2b에 나타내고, 종래 MgO 박막의 세트/리셋 전압의 결과를 도 2c에 나타내었다. On the other hand, so as to grow the MgO oxide of 50nm thickness on a Pt substrate after the H 2 plasma treatment with a plasma gas treatment conditions for the measures to set / reset voltage represents the result in Figure 2b, the set / reset of the conventional MgO thin film of the voltage and the results are shown in Figure 2c.

도 2b,c에서 알 수 있듯이, 종래 MgO 박막과 비교하여 세트 전압(set voltage)의 변화율이 300%에서 25%로, 리셋 전압(reset voltage)의 변화율이 230%에서 95%로 개선되었다. The rate of change in Fig. 2b, as can be seen in c, at a 300% rate of change of the set voltage (set voltage) to compare the conventional thin-film MgO 25%, reset voltage (reset voltage) is improved from 230% to 95%.

본 발명은 상기 실시형태 및 첨부된 도면은 하나의 예시로서, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. The present invention is a view of the embodiment and the attached is a an illustration, but the invention is not limited to this. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. It has substantially the same configuration as the technical concept described in claims of the present invention achieve the same operation and effect are any that even within the technical scope of the present invention. 예를 들어, 본 발명의 실시예에는 산화막으로 MgO를 적용하고 있지만, ZnO, TiO 2 , NiO, SiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , V 2 O 5 등의 이원산화물과 PCMO, LCMO 등의 페로브스카이트 물질도 적용될 수 있는 것이다. For example, such an embodiment of the present invention, but is applicable to MgO as oxide, ZnO, TiO 2, NiO, SiO 2, Nb 2 O 5, HfO 2, V 2 O 5 , such as two won oxide and PCMO, LCMO of perovskite, which it will also be applied to root material.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, ReRAM 소자용 산화박막의 형성공정과 플라즈마 처리공정을 모두 진공분위기에서 행하기 때문에 표면오염의 우려 없이 간단한 공정으로 산화박막을 형성할 수 있다. As it described above, according to the present invention, since both the formation process and the plasma process of the oxide film for the ReRAM device to perform in a vacuum atmosphere to form an oxide thin film by a simple process without the risk of surface contamination. 또한, 플라즈마 가스처리된 안정한 산화박막을 ReRAM과 같은 비휘발성 메모리 소자에 응용함으로써, ReRAM 소자 동작시 안정된 세트/리셋 전압으로 소자동작의 안정성을 확보하여 고효율의 비휘발성 메모리 소자를 구현할 수 있을 것으로 기대할 수 있다. Further, by applying the stable oxide film with a plasma gas treatment to the non-volatile memory device, such as a ReRAM, ReRAM device during operation to ensure stability of the device operating in a stable set / reset voltage to be expected to be able to implement the non-volatile memory device of high efficiency can.

Claims (10)

  1. 기판상에 하부 전극막을 형성하는 단계, Forming on a substrate a lower electrode film,
    진공분위기에서 상기 하부 전극막상에 산화박막을 형성하는 단계, Forming an oxide film on the lower electrode film in a vacuum atmosphere,
    진공분위기에서 상기 산화박막을 30~100W, 5~15분간 플라즈마 가스처리하는 단계, The step of the oxide thin film plasma-treated gas 30 ~ 100W, 5 ~ 15 minutes in a vacuum atmosphere,
    상기 플라즈마 가스처리된 산화박막상에 상부 전극막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of the plasma gas is excellent in the stability of the oxide thin film using a plasma gas treatment comprises a step of forming an upper electrode film on the oxidized thin film ReRAM device.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화박막은 이원산화물인 MgO, ZnO, TiO 2 , NiO, SiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , V 2 O 5 또는 페로브스카이트계인 PCMO, LCMO에서 선택된 1종임을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1, wherein the oxide thin film is one selected in binary oxide of MgO, ZnO, TiO 2, NiO , SiO 2, Nb 2 O 5, HfO 2, V 2 O 5 or a perovskite sealed PCMO, LCMO the method of the ReRAM device excellent stability of the oxide thin film using a plasma gas treatment, characterized in that.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화박막의 두께는 10~700nm 임을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1 wherein the production of the excellent stability of the ReRAM element oxide thin film using a plasma gas treatment, characterized in that the thickness of the oxide film is 10 ~ 700nm.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계에서 가스는, H 2 , He, Ar, O 2 , N의 그룹에서 선택된 1종이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1 wherein the stability of the oxide thin film using a plasma gas treatment, which in the plasma gas treatment step with the gas, characterized by using H 2, He, Ar, O 2, one or more selected from the group of N method of producing a superior ReRAM device.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계에서 가스는 H 2 , He을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 4 wherein the method for manufacturing a high stability of the oxide thin film ReRAM device using a plasma gas treatment, characterized in that the plasma in a gas phase process the gas is used for H 2, He.
  6. 제4항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계에서 가스는 O 2 를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. 5. The method of claim 4 wherein the production of the excellent stability of the ReRAM element oxide thin film using a plasma gas treatment characterized by using an O 2 gas in the gas plasma treatment step.
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  8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계는 상온에서 수행됨을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1 wherein the gas plasma treatment step is a method of producing a superior stability of the ReRAM element oxide thin film using a plasma gas treatment characterized by the performed at room temperature.
  9. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계는 1×10 -2 ~ 1×10 -3 Torr의 진 공조건에서 수행됨을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1 wherein the gas plasma treatment step is 1 × 10 -2 ~ 1 × 10 -3 Torr method of producing a binary ReRAM device has excellent stability of the oxide thin film using a plasma gas treatment characterized by the balls carried out in the conditions .
  10. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 가스처리단계는 RF 플라즈마, ECR 플라즈마에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스처리를 이용한 산화박막의 안정성이 우수한 ReRAM 소자의 제조방법. The method of claim 1 wherein the gas plasma treatment step is RF plasma method of making a superior oxidation stability of the ReRAM device thin film using a plasma gas treatment, characterized in that selected from the ECR plasma.
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