KR101450225B1 - Phase-change Memory Resistive Elements and Fabrication Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 2종 이상의 원소;를 포함하는 화합물로 이루어지며, 상기 화합물에는 산소(O)가 더 첨가되어 다결정 상태인 것을 특징으로 하는 상변화 재료막을 포함하는 상변화 메모리 저항 소자에 관한 것으로서, 본 발명은 산소가 첨가된 칼코겐 화합물을 상변화 재료막으로 사용하여 다중기록 특성 및 향상된 기록 속도를 가져 고속 동작이 가능한 비휘발성 메모리 저항 소자의 구현이 가능하며, 또한, 산소가 첨가된 칼코겐 화합물을 상변화 물질을 이용하여 빠른 응답속도 및 다중 기록 특성을 가진 CD 등의 기록 매체를 제공할 수도 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device comprising at least one element selected from sulfur (S), tellurium (Te) and selenium (Se); And two species selected from among antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorus (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) and bismuth The present invention relates to a phase-change memory resistance device comprising a phase-change material film comprising a compound including at least one element selected from the group consisting of oxygen, It is possible to realize a nonvolatile memory resistor device capable of high-speed operation by using a chalcogenide compound as a phase change material film and having multiple recording characteristics and an improved recording speed, It is possible to provide a recording medium such as a CD having a fast response speed and multiple recording characteristics.
Description
본 발명은 상변화 메모리 저항 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상변화 재료로서, 산소가 첨가된 칼코겐 화합물을 사용하여 다중 기록 특성 및 현저히 향상된 기록 속도를 갖는 상변화 메모리 저항 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase-change memory resistor element, and more particularly, to a phase-change memory resistor element having multiple writing characteristics and a significantly improved writing speed using oxygen-added chalcogen compound as a phase-change material, .
반도체 메모리 소자들은 전원 공급이 중단되었을 때, 보유 데이터의 지속 유무에 따라, 휘발성 메모리 소자 및 비휘발성 메모리 소자로 나누어진다. 대표적인 휘발성 메모리 소자들이 디램(dynamic random access memory, DRAM) 소자 및 에스램(static random access memory, SRAM) 소자이며, 대표적인 비휘발성 메모리 소자들이 플래시 메모리 소자이다. 이와 같은 메모리 소자들은 저장된 전하 유무에 따라 이진수 "1" 또는 "0"을 나타냄으로써 기능을 한다.The semiconductor memory devices are divided into a volatile memory device and a nonvolatile memory device depending on whether the retained data remains when the power supply is interrupted. Typical volatile memory devices are dynamic random access memory (DRAM) devices and static random access memory (SRAM) devices. Representative nonvolatile memory devices are flash memory devices. These memory devices function by indicating binary "1" or "0" depending on the stored charge.
휘발성 메모리 소자인 디램은, 주기적인 리프레쉬 동작이 필요하며, 높은 전하 저장능력이 요구된다. 따라서, 디램 소자의 경우, 커패시턴스를 증가시켜야 한다. 그러므로, 커패시터(capacitor) 전극의 표면적을 증가시키기 위해 많은 노력이 시도되고 있다. 그러나 커패시터 전극의 표면적 증가는 디램 소자의 집적도 증가를 어렵게 하는 문제점이 있다.The DRAM, which is a volatile memory device, requires a periodic refresh operation and requires a high charge storage capability. Therefore, in the case of the DRAM device, the capacitance must be increased. Therefore, much effort has been made to increase the surface area of a capacitor electrode. However, the surface area increase of the capacitor electrode has a problem that it is difficult to increase the degree of integration of the DRAM device.
또한, 플래시 메모리의 셀에 데이터를 기입 또는 소거하는 원리는 게이트 절연막을 통하여 전하를 터널링 시키는 방법을 사용한다. 이때, 전원전압에 비하여 높은 동작전압이 요구된다. 이로 인하여, 플래시 메모리 소자들은 기입동작 및 소거동작에 필요한 전압을 제작하기 위하여 승압 회로가 요구된다.The principle of writing or erasing data in the cell of the flash memory uses a method of tunneling the charge through the gate insulating film. At this time, a higher operating voltage is required than the power supply voltage. Due to this, the flash memory devices are required to have a step-up circuit in order to make the voltage necessary for the write operation and the erase operation.
이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비휘발성 및 임의 접근(random access)이 가능하고, 구조가 간단한 새로운 메모리 소자로 나타난 대표적인 것이 상변화 메모리 저항 소자이다. 상변화 메모리 저항 소자는 디램과 유사한 구조를 가지며 두개의 전극 사이에 상변화 재료를 사용한다. 일반적으로 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb) 및 텔루리움(Te)으로 구성된 칼코겐 화합물(칼코게나이드), GST(Ge-Sb-Te)이 상변화 재료로서 사용된다. 칼코게나이드는 주어지는 주울열(Joule heat)이 증가함에 따라 비정질에서 결정질상으로 변화한다. 이때, 결정질 상태의 칼코게나이드는 면저항이 낮고 비정질 상태의 칼코게나이드는 면저항이 높다. 따라서 면저항 차이를 이용하여 이진 정보의 저장이 가능하다.To overcome such a problem, a phase-change memory resistive element is a representative example of a novel memory device which is nonvolatile and random access capable and has a simple structure. The phase change memory resistive element has a structure similar to DRAM and uses a phase change material between the two electrodes. Generally, a chalcogenide (chalcogenide) composed of germanium (Ge), antimony (Sb) and tellurium (Te) and GST (Ge-Sb-Te) are used as a phase change material. Chalcogenide changes from amorphous to crystalline as the Joule heat given increases. At this time, the crystalline state chalcogenide has a low sheet resistance and the amorphous state chalcogenide has a high sheet resistance. Therefore, it is possible to store binary information using the difference of sheet resistance.
칼코게나이드 상변화 층에 접하는 두 전극 사이의 전류가 칼코게나이드에 주울열을 제공한다. 두 전극을 통해서 높은 크기의 전류펄스를 단시간(약 10 ns) 인가하여 칼코게나이드를 그 용융점 이상의 온도(약 610 ℃)로 가열한 후 전류 펄스를 제거하는 것에 의해 순간적으로 냉각시키면 전극에 접하는 GST 칼코게나이드 일부분이 비정질 상태(Reset)로 된다. 반면, 두 전극 사이에 낮은 크기의 전류 펄스를 장시간(약 30 ns) 인가하여 칼코게나이드의 용융 온도보다 낮은 결정화 온도로 유지한 후 전류 펄스를 제거하면 전극에 접하는 칼코게나이드 일부분이 결정질 상태(Set)로 변한다.The current between two electrodes in contact with the chalcogenide phase change layer provides joule heat to the chalcogenide. When a chalcogenide is heated to a temperature above its melting point (about 610 ° C) by applying a high-magnitude current pulse for a short time (about 10 ns) through two electrodes and then instantaneously cooled by removing the current pulse, A part of the chalcogenide is in an amorphous state (Reset). On the other hand, if a current pulse of a low magnitude is applied between the two electrodes for a long time (about 30 ns) to maintain the crystallization temperature lower than the melting temperature of the chalcogenide, then the chalcogenide portion contacting the electrode becomes crystalline Set).
상변화 저항 소자의 정보 저장 능력을 향상시키기 위하여 저항 소자에 특정 전류 펄스 인가를 통해 결정화 정도를 조절하거나, 2개 이상의 문전 전압 특성을 가지는 상변화 소재를 이용하여 상변화 저항 소자의 다중 기록 특성을 구현한다.In order to improve the information storage capability of the phase-change resistive element, the degree of crystallization is controlled by applying a specific current pulse to the resistive element, or a multi-write characteristic of the phase-change resistive element is controlled using a phase change material having two or more turn- .
이처럼 다중 기록 특성을 가지며 고속도로 동작하는 비휘발성 상변화 메모리 저항 소자를 구현하기 위해서는 기록속도의 증가 및 다중 기록 특성을 보이는 재료 개발이 필수적이다. 이를 위해서 칼코게나이드 상변화 층의 상변화 속도 증가 및 2개 이상의 저항 차이를 보이는 상변화 특성이 필요하다. 또한, 일반적으로 널리 알려진 질소원소를 도핑 하여 상변화 온도를 증가시키지만, 이는 증착시에 기체 상태의 질소분자(N2)를 통하여 이루어지기 때문에, 질소분자 기체의 높은 해리에너지(9.76 eV) 로 인하여 질소 분자가 상변화 층 내부에 트랩(trap)되기 때문에 상변화 메모리 저항 소자의 동작 특성을 저하시킨다. 이러한 이유로 해리에너지가 낮은 분자로 이루어진 기체를 통한 도핑이 필요하다.In order to realize a nonvolatile phase-change memory resistance device having a multi-recording characteristic and operating at a high speed, it is essential to develop a material having an increased recording speed and multiple recording characteristics. For this purpose, it is necessary to increase the phase change rate of the chalcogenide phase change layer and phase change characteristics showing the difference of resistance of two or more. In addition, although the commonly known nitrogen element is doped to increase the phase change temperature, because of the nitrogen molecule (N 2 ) in gaseous state during deposition, the high dissociation energy of the nitrogen molecular gas (9.76 eV) The nitrogen molecules are trapped inside the phase change layer, which degrades the operational characteristics of the phase change memory resistor. For this reason, doping through a gas composed of molecules with low dissociation energy is required.
종래기술로서, 한국공개특허 제2004-0076225호에 상변화 물질로서 실리콘 및 질소 중 어느 하나가 도핑된 칼코겐 화합물을 이용한 것에 대해서 개시되어 있고, 한국공개특허 제2009-0081302호에 상변화 재료층으로 안티몬이 과량 첨가된 Ge-Sb-Te를 이용한 상변화 메모리 소자에 관한 것이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 2004-0076225 discloses that a chalcogen compound doped with any one of silicon and nitrogen is used as a phase change material. Korean Patent Publication No. 2009-0081302 discloses a phase change material layer Discloses a phase-change memory device using Ge-Sb-Te in which antimony is excessively added.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산소를 포함하여 상변화 재료의 다중 기록 특성을 구현하고, 상변화 속도를 크게 하여, 고속 동작이 가능한 상변화 메모리 저항 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a phase-change memory resistor device capable of high-speed operation by implementing multiple recording characteristics of a phase change material including oxygen and increasing a phase change speed.
또한, 상기 고속 동작이 가능한 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a phase-change memory resistor element capable of high-speed operation.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
반도체 기판 위에 형성된 제1 전극;A first electrode formed on a semiconductor substrate;
상기 제1 전극 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제1 전극 콘택;A first electrode contact formed in electrical contact with the first electrode;
상기 제1 전극 콘택 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 상변화 재료막;A phase change material film formed in electrical contact over the first electrode contact;
상기 상변화 재료막 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제2 전극; 및A second electrode formed on and in electrical contact with the phase change material film; And
상기 반도체 기판 상면과 상기 제2 전극의 상면과 평행한 면 사이의 공간에 채워진 절연막;을 포함하고,And an insulating layer filled in a space between the upper surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the second electrode,
상기 상변화 재료막은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 2종 이상의 원소;를 포함하는 화합물로 이루어지며,Wherein the phase change material film comprises at least one element selected from sulfur (S), tellurium (Te), and selenium (Se); And two species selected from among antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorus (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) and bismuth Or more of the element,
상기 화합물에는 산소(O)가 더 첨가되어 다결정 상태인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자를 제공한다.Wherein the compound is further polycondensed by adding oxygen (O).
또한, 상기 상변화 메모리 저항 소자는 소오스 영역, 드레인 영역 및 게이트 전극으로 구성된 트랜지스터;In addition, the phase change memory resistor element may include a transistor including a source region, a drain region, and a gate electrode;
상기 드레인 영역에 전기적으로 연결된 하부 배선; 및A lower wiring electrically connected to the drain region; And
상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에 전기적으로 연결되는 상부 배선;을 더 포함하고,And an upper wiring electrically connected to one of the first electrode and the second electrode,
상기 제1 전극 및 제2 전극 중 다른 하나의 전극은 상기 소오스 영역에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.And the other one of the first electrode and the second electrode is electrically connected to the source region.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 상기 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the phase change material film may be in a polycrystalline state composed of a material in which oxygen is added in a proportion of 10-35 wt% to the compound.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 Ge2Sb2Te5 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change material film is made of Ge 2 Sb 2 Te 5 A compound in which oxygen is added in a proportion of 10-35 wt%, and may be in a polycrystalline state.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 70 mW 파워의 펄스 레이져 조사시 10-30 나노초에서 결정화에 의한 상변화가 일어날 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change material film may undergo phase change by crystallization at 10 to 30 nanoseconds upon pulsed laser irradiation with a power of 70 mW.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 메모리 저항 소자는 동작 전압 인가에 따른 전류값이 증가하는 문턱 전압이 복수 개로 존재하여 다중 기록이 가능할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change memory resistor may have a plurality of threshold voltages in which the current value increases according to the application of the operating voltage so that multiple writing is possible.
또한, 본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,Further, in order to achieve the above object,
(a) 반도체 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계;(a) forming a first electrode on a semiconductor substrate;
(b) 상기 제1 전극을 둘러싸는 제1 절연막을 형성하는 단계;(b) forming a first insulating film surrounding the first electrode;
(c) 상기 제1 절연막을 관통하여 상기 제1 전극과 상기 제1 절연막 표면 외부를 전기적으로 접속하는 제1 전극 콘택을 형성하는 단계;(c) forming a first electrode contact through the first insulating film and electrically connecting the first electrode to the outside of the surface of the first insulating film;
(d) 상기 제1 전극 콘택에 전기적으로 연결된 다결정 상태의 상변화 재료막 패턴을 형성하는 단계;(d) forming a polycrystalline phase change material film pattern electrically connected to the first electrode contact;
(e) 상기 상변화 재료막 위에 제2 전극을 형성하는 단계; 및(e) forming a second electrode on the phase change material film; And
(f) 상기 상변화 재료막 및 상기 제2 전극을 둘러싸는 제2 절연막을 형성하는 단계;를 포함하고,(f) forming a second insulating film surrounding the phase change material film and the second electrode,
상기 상변화 재료막은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 2종 이상의 원소;를 포함하는 화합물로 이루어지며,Wherein the phase change material film comprises at least one element selected from sulfur (S), tellurium (Te), and selenium (Se); And two species selected from among antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorus (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) and bismuth Or more of the element,
상기 화합물에는 산소(O)가 더 첨가되어 다결정 상태인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법을 제공한다.Wherein the compound is further added with oxygen (O) to form a polycrystalline state.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 상기 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the phase change material film may be in a polycrystalline state composed of a material in which oxygen is added in a proportion of 10-35 wt% to the compound.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 Ge2Sb2Te5 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change material film is made of Ge 2 Sb 2 Te 5 A compound in which oxygen is added in a proportion of 10-35 wt%, and may be in a polycrystalline state.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (c) 단계는 상기 화합물을 타겟으로 하고, 아르곤과 산소 분위기, 20-350 ℃에서 스퍼터링 방법으로 상변화 재료막 패턴을 형성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step (c) may target the compound and form a phase change material film pattern by sputtering in argon and oxygen atmosphere at 20-350 ° C.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 재료막은 70 mW 파워의 펄스 레이져 조사시 10-30 나노초에서 결정화에 의한 상변화가 일어날 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change material film may undergo phase change by crystallization at 10 to 30 nanoseconds upon pulsed laser irradiation with a power of 70 mW.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 상변화 메모리 저항 소자는 동작 전압 인가에 따른 전류값이 증가하는 문턱 전압이 복수 개로 존재하여 다중 기록이 가능할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the phase change memory resistor may have a plurality of threshold voltages in which the current value increases according to the application of the operating voltage so that multiple writing is possible.
본 발명은 산소가 첨가된 칼코겐 화합물을 상변화 재료막으로 사용하여 다중기록 특성 및 향상된 기록 속도를 가져 고속 동작이 가능한 비휘발성 메모리 저항 소자의 구현이 가능하며, 또한, 산소가 첨가된 칼코겐 화합물을 상변화 물질로 이용하여 빠른 응답속도 및 다중 기록 특성을 가진 CD 등의 기록 매체를 제공할 수도 있다.The present invention uses a chalcogen compound with oxygen as a phase change material film to realize a nonvolatile memory resistance device capable of high speed operation with multiple recording characteristics and an improved recording speed, It is possible to provide a recording medium such as a CD having a fast response speed and multiple recording characteristics by using the compound as a phase change material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 저항 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 저항 소자의 기입 및 독출을 위한 회로를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 저항 소자의 제조 방법을 단계별로 도시한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4d는 종래의 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 산소(O)가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막에 대한 레이저 지속 시간(duration time) 및 레이저 파워(power)에 따른 power-time effect (PTE) 다이어그램이다.
도 5a 내지 도 5d는 종래 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 산소(O)가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막에 대한 원자 힘 현미경 (atomic force microscopy, AFM) 패턴을 보여주는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는 종래 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 산소(O)가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막을 이용하여 상변화 소자를 제작한 경우 전압 인가에 따른 전류-전압 (I-V) 특성 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a phase change memory resistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit for writing and reading a phase-change memory resistance element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a phase-change memory resistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A to 4D are graphs showing the relationship between the duration of a laser beam for a conventional Ge-Sb-Te (GST) and the Ge-Sb-Te phase change material film added with oxygen (O) according to an embodiment of the present invention And power-time effect (PTE) diagrams based on laser power.
5a to 5d are schematic diagrams of atomic force microscopy (SEM) for a Ge-Sb-Te phase change material film to which a conventional general Ge-Sb-Te (GST) , AFM) pattern.
6A to 6D show a case where a phase change device is manufactured using a conventional Ge-Sb-Te (GST) and a Ge-Sb-Te phase change material film added with oxygen (O) according to an embodiment of the present invention (IV) according to voltage application.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that the same components or parts among the drawings denote the same reference numerals whenever possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자는, 상변화 재료막으로 구성된 패턴과, 상기 상변화 재료막에 접촉하여 전기 신호를 제공하는 제1 전극, 제1 전극 콘택 및 제2 전극을 포함하며, 상기 상변화 재료막에 접촉하는 제1전극, 제1 전극 콘택, 제2 전극 및 상변화 재료막을 보호해주는 제1 절연막 및 제2 절연막을 포함하고, 상기 상변화 재료막은 산소가 첨가된 칼코겐 화합물로 이루어지며, 이에 의해서 소자의 다중 기록 특성 및 기록 속도 향상을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.A phase change memory resistor element according to the present invention comprises a pattern composed of a phase change material film and a first electrode, a first electrode contact and a second electrode for providing an electrical signal in contact with the phase change material film, Wherein the phase change material film comprises a first electrode contacting the phase change material film, a first electrode contact, a second electrode, and a first insulating film and a second insulating film for protecting the phase change material film, Thereby realizing an improvement in the multiple recording characteristics and recording speed of the device.
즉, 본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자는 반도체 기판 위에 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제1 전극 콘택; 상기 제1 전극 콘택 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 상변화 재료막; 상기 상변화 재료막 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제2 전극; 및 상기 반도체 기판 상면과 상기 제2 전극의 상면과 평행한 면 사이의 공간에 채워진 절연막;을 포함하여 구성된다.That is, the phase-change memory resistor according to the present invention includes: a first electrode formed on a semiconductor substrate; A first electrode contact formed in electrical contact with the first electrode; A phase change material film formed in electrical contact over the first electrode contact; A second electrode formed on and in electrical contact with the phase change material film; And an insulating film filled in a space between the upper surface of the semiconductor substrate and a surface parallel to the upper surface of the second electrode.
상기 상변화 재료막은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 2종 이상의 원소;를 포함하는 화합물로 이루어지며, 상기 화합물에는 산소(O)가 더 첨가되어 다결정 상태인 것을 특징으로 한다.
Wherein the phase change material film comprises at least one element selected from sulfur (S), tellurium (Te), and selenium (Se); And two species selected from among antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorus (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) and bismuth Or more, and oxygen (O) is further added to the compound to be in a polycrystalline state.
하기 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 저항 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a phase-change memory resistor according to an embodiment of the present invention.
하기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예에 따른 상변화 메모리 저항 소자는 반도체 기판(10), 제1 전극(11), 제1 전극 콘택(13), 상변화 재료막(14), 제2 전극(16), 제1 절연막(12) 및 제2 절연막(15)을 포함하여 구성된다.1, a phase change memory resistor according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자는 상변화 재료막(14)의 면저항 차이, 즉 결정질 상태의 낮은 면저항과 비정질 상태의 높은 면저항의 차이에 의하여 이진 정보를 저장한다. 상기 이진 정보의 기록은 상변화 재료막(14)에 전류펄스를 인가하여 가열한 후에 전류펄스를 제거하여 냉각함으로써 이루어지며, 이진 정보의 독출은 상변화 재료막의 면저항의 크기를 측정함으로써 이루어진다.The phase change memory resistor element according to the present invention stores binary information by the difference in sheet resistance of the phase
제1 전극(11)과 제2 전극(16)은 상변화 재료막(14)에 전류펄스를 인가하고 저항을 측정하기 위한 각각의 단자(terminal)이다. 따라서, 제1 전극(11)과 제2 전극(16)은 상변화 재료막(14)의 양단에 위치한다.The
제1 전극 콘택(13)은 제1 전극(11)과 상변화 재료막(14) 사이에 위치하여 제1 전극(11)과 상변화 재료막(14)을 전기적으로 연결시킨다. 따라서, 상변화 재료막(14)은 하기 도 1에 나타난 바와 같이 제1 전극(11)과는 제1 전극 콘택(13)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 전극(16)과는 전기적으로 직접 연결된다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 저항 소자에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(16) 사이에 전류펄스가 인가되면, 제1 전극 콘택(13)과 상변화 재료막(14)의 접촉면을 통하는 전류에 따라 주울열이 발생하고, 접촉면에 인접한 상변화 재료막(14)이 결정질 또는 비정질 상태로 변한다.In the phase-change memory resistor element according to an embodiment of the present invention, when a current pulse is applied between the
절연막(12, 15)은 반도체 기판(10) 상면과 제2 전극(16)의 상면과 평행한 면 사이의 공간에 채워진다. 이러한 절연막은 제1 전극(11), 제2 전극(16), 제1 전극 콘택(13) 및 상변화 재료막(14)을 감싸는 절연체로써, 각각의 상변화 기억 소자가 인근의 다른 기억 소자로부터 전기적인 영향을 받는 것을 배제함은 물론, 누설 전류의 발생을 방지하여 전류가 제1 전극(11) → 제1 전극 콘택(13) → 상변화 재료막(14) → 제2 전극(16)의 경로(또는 반대 방향의 경로)로만 흐를 수 있도록 보호하는 역할을 한다.The insulating
절연막은 제작 공정상, 제1 전극 콘택(13)과 상변화 재료막(14)의 접촉면과 평행한 면과 반도체 기판(10) 상면 사이의 공간에 채워진 제1 절연막(12)과 제1 전극 콘택(13)과 상변화 재료막(14)의 접촉면과 평행한 면과 제2 전극의 상면과 평행한 면 사이의 공간에 채워진 제2 절연막으로 나누어진다.
The insulating film has a first insulating
이하, 본 발명에 따른 상변화 재료막(14)의 구성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the phase
본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자에 사용된 상변화 재료막은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 2종 이상의 원소;를 포함하는 화합물로 이루어지며, 상기 화합물에는 산소(O)가 더 첨가되어 다결정 상태인 것을 특징으로 한다.The phase change material film used in the phase-change memory resistor according to the present invention may include one or more elements selected from sulfur (S), tellurium (Te), and selenium (Se); And two species selected from among antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorus (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) and bismuth Or more, and oxygen (O) is further added to the compound to be in a polycrystalline state.
본 발명에 따른 상변화 재료막(14)은 산소(O)가 첨가된 칼코겐 화합물로 이루어져 있고, 바람직하게는 산소가 첨가된 Ge2Sb2Te5 3원소 칼코겐 화합물이다.The phase
다만, 칼코겐 화합물이라 함은 주기율표 제6B족에 속하는 원소 중 황 (S), 셀렌 (Se), 텔루리움(Te)를 총칭하는 칼코겐 원소를 적어도 하나 이상 포함하면서 이원소, 삼원소, 사원소, 오원소 또는 그 이상의 원소로 구성된 화합물을 의미하는 것으로서, 이하의 실시예에서 Ge-Sb-Te을 적용한 칼코겐 화합물을 개시하고 있더라도, 다른 칼코겐 화합물에 대해서도 적용할 수 있음은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 또는 치환이 적용된 실시예 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.The chalcogen compound refers to a compound containing at least one or more chalcogen elements collectively referred to as sulfur (S), selenium (Se) and tellurium (Te) among elements belonging to group 6B of the periodic table, Refers to a compound composed of cobalt, cobalt, elemental element or more, and it can be applied to other chalcogen compounds even if a chalcogen compound using Ge-Sb-Te is disclosed in the following examples. And embodiments in which such changes or substitutions are applied are also within the scope of the present invention.
즉, 본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자의 상변화 재료막에 사용되는 칼코겐 화합물은 황(S), 텔루리움(Te) 및 셀레늄(Se)의 칼코겐 원소로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소; 및 안티몬(Sb), 비소(As), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 인(P), 은(Ag), 산소(O), 인듐(In) 및 창연(Bi)으로 이루어진 그룹에서 선택된 이원소 이상의 원소;로 이루어진 화합물에 산소(O)가 도핑되어 첨가된 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 상변화 재료막은 Ge-Sb-Te, As-Sb-Te, As-Ge-Sb-Te, Sn-Sb-Te, In-Sn-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te 등의 칼코겐 화합물에 산소(O)가 도핑되어 첨가된 것을 특징으로 한다.
That is, the chalcogen compound used in the phase-change material film of the phase-change memory resistor element according to the present invention may contain at least one element selected from the group consisting of chalcogen elements of sulfur (S), tellurium (Te) and selenium (Se) ; And a metal selected from the group consisting of antimony (Sb), arsenic (As), germanium (Ge), tin (Sn), phosphorous (P), silver (Ag), oxygen (O), indium (In) And oxygen (O) is doped to the compound consisting of the elements above this element. That is, the phase-change material film may be formed of a material selected from the group consisting of Ge-Sb-Te, As-Sb-Te, As-Ge-Sb-Te, Sn-Sb-Te, In-Sn- Characterized in that the chalcogen compound is doped with oxygen (O).
또한, 제1 전극(11), 제1 전극 콘택(13) 및 제2 전극(16)은 질소 원소를 함유하는 도전성 재료, 탄소 원소를 함유하는 도전성 재료, 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄 실리사이드(TiSi), 탄탈륨 실리사이드(TaSi), 알루미늄(Al), 알루미늄-구리 합금(Al-Cu), 알루미늄-구리-실리콘 합금(Al-Cu-Si), 텅스텐 실리사이드(WSi), 구리(Cu) 및 텅스텐티타늄(TiW)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 막으로 제조될 수 있다.The
제1 절연막(12) 및 제2 절연막(15)은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 이트륨(Y), 하프늄(Hf) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 절연 산화물 및 절연 질화물 막으로 제조될 수 있다.
The first insulating
하기 도 2는 본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자(1)의 기입 및 독출을 위한 회로를 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a circuit for writing and reading the phase-change memory
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상변화 메모리 저항 소자(1)는 소오스 (Source) 영역, 드레인 (Drain) 영역 및 게이트 (Gate) 전극으로 구성된 트랜지스터(3), 상기 드레인 영역(D)에 전기적으로 연결된 하부 배선(5), 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극(A)에 연결되는 상부 배선(7)을 더 포함한다. 이때, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 다른 하나의 전극(즉, 상기 상부 배선에 연결되지 않은 전극)(B)은 상기 소오스 영역(S)에 전기적으로 연결된다.According to an embodiment of the present invention, the phase-change
트랜지스터(3)는 특정 상변화 메모리 저항 소자(1)를 활성화시키는 스위치 기능을 하며, 상부 배선(7) 및 하부 배선(5)에 적당한 전압이 인가되어 기입 또는 독출 동작이 이루어진다.The
다만, 본 발명은 상기와 같은 트랜지스터가 아닌 다이오드 등의 다른 방식의 전기적 스위치 소자를 이용하여 구현이 가능하다. 이러한 다른 방식의 전기적 스위치 소자를 이용한 실시예에 대해서는 당업자라면 용이하게 변경 또는 치환할 수 있을 것이며, 이러한 변경 또는 치환이 적용된 실시예 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
However, the present invention can be implemented by using other types of electrical switch elements such as diodes other than the above-described transistors. Those skilled in the art will readily be able to modify or substitute embodiments using such other types of electrical switch elements, and embodiments in which such changes or substitutions are applied are also within the scope of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 상변화 메모리 저항 소자(1)의 제작 방법을 단계별로 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram showing a step-by-step method of manufacturing the phase-change
본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다.A method of manufacturing a phase-change memory resistor device according to the present invention includes the following steps.
(a) 반도체 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계,(a) forming a first electrode on a semiconductor substrate,
(b) 상기 제1 전극을 둘러싸는 제1 절연막을 형성하는 단계,(b) forming a first insulating film surrounding the first electrode,
(c) 상기 제1 절연막을 관통하여 상기 제1 전극과 상기 제1 절연막 표면 외부를 전기적으로 접속하는 제1 전극 콘택을 형성하는 단계,(c) forming a first electrode contact through the first insulating film to electrically connect the first electrode and the outside of the surface of the first insulating film;
(d) 상기 제1 전극 콘택에 전기적으로 연결된 다결정 상태의 상변화 재료막 패턴을 형성하는 단계,(d) forming a polycrystalline phase change material film pattern electrically connected to the first electrode contact,
(e) 상기 상변화 재료막 위에 제2 전극을 형성하는 단계,(e) forming a second electrode on the phase change material film,
(f) 상기 상변화 재료막 및 상기 제2 전극을 둘러싸는 제2 절연막을 형성하는 단계.(f) forming a second insulating film surrounding the phase change material film and the second electrode.
본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자(1)의 제조방법은, 반도체 기판(10) 위에 제1 전극(11)을 형성하는 단계(STEP 1), 제1 전극(11)을 둘러싸는 제1 절연막(12)을 형성하는 단계(STEP 2), 제1 절연막(12)을 관통하여 제1 전극(11)과 제1 절연막(12) 표면 외부를 전기적으로 접속하는 제1 전극 콘택(13)을 형성하는 단계(STEP 3), 제1 전극 콘택(13)에 전기적으로 연결되고 산소(O)가 첨가된 다결정 상태의 상변화 재료막(14) 패턴을 형성하는 단계(STEP 4), 상변화 재료막(14) 위에 제2 전극(16)을 형성하는 단계(STEP 5) 및 상변화 재료막(14)과 제2 전극(16)을 둘러싸는 제2 절연막(15)을 형성하는 단계(STEP 6)를 포함하여 구성된다.A method of manufacturing a phase
상기 상변화 재료막(14) 패턴을 형성하는 단계(STEP 4)에 있어서, 산소(O)를 포함하는 상변화 재료막(14)은 스퍼터링 방법에 의해서 제작되며, 상온에서 약 350 의 온도 범위에서 제작될 수 있다. 칼코겐 화합물 타겟으로 하여 플라스마 가스로서 아르곤(Ar) 가스 및 산소 분자(O2) 가스를 사용하는 스퍼터링 방법을 사용하여 상기 상변화 재료막(14) 패턴을 형성할 수 있다.In the step of forming the phase
상기 방법 이외에도 본 발명에 따른 상변화 재료막의 물성을 구현할 수 있다면, 화학적 기상 증착법(CVD) 등의 다른 방법도 이용할 수 있을 것이다.
Other methods such as chemical vapor deposition (CVD) may be used as long as the physical properties of the phase change material film according to the present invention can be realized.
이하, 도 4 내지 도 6을 통해서 산소(O) 원소가 첨가된 칼코겐 화합물로 이루어진 상변화 재료막(14)의 특성에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the characteristics of the phase
하기 도 4는 종래의 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명에 따라 산소가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막에 대하여 펄스 레이저(pulsed laser)를 조사하여 레이저 지속시간(duration time) 및 레이저 파워에 따른 결정화의 정도를 반사율의 차이로써 나타낸 power-time-effect(PTE) 다이어그램이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the duration of a laser beam and the duration of a laser beam by irradiating a pulsed laser on a conventional Ge-Sb-Te (GST) and an oxygen-doped Ge-Sb-Te phase change material film according to the present invention. And a power-time-effect (PTE) diagram showing the degree of crystallization according to laser power as a difference in reflectance.
결정화가 최대한 이루어 졌을 때를 1(흰색)로 놓고, 결정화가 전혀 이루어 지지 않을 때를 0(검정)으로 놓아서 종래 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 방법으로 산소(O)가 16.7, 21.7, 30.8 at.% 비율로 혼합하여 제조한 산소가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막의 결정화 정도를 비교하였다.(GST) and a sputtering method according to one embodiment of the present invention by setting the time when the crystallization is maximized to 1 (white), and when the crystallization is not performed at all to 0 (black) The degree of crystallization of oxygen-doped Ge-Sb-Te phase change material films prepared by mixing oxygen (O) at a ratio of 16.7, 21.7, 30.8 at.% Was compared.
하기 도 4a에서 종래 일반적인 Ge-Sb-Te의 결정화에 의한 상변화가 70 mW 레이저 파워에서 약 110 나노초(nsec)에서 시작한다. 반면에, 하기 도 4b 내지 도 4d에서 본 발명에 따른 스퍼터링 방법으로 산소가 16.7, 21.7, 30.8 at.% 비율로 혼합하여 제작된 상변화 재료막의 경우에 결정화에 의한 상변화가 70 mW의 레이저 파워에서, 16.7 at.% 의 경우 약 10 나노초(nsec)에서 시작하고 21.7, 30.8 at.% 의 경우는 20-30 나노초에서 시작한다. 따라서, 본 발명에 따른 상변화 재료막이 통상적인 상변화 박막에 비해 상변화 속도가 급격하게 증가하였음을 알 수 있다.
4A, the phase change by conventional crystallization of a conventional Ge-Sb-Te begins at about 110 nanoseconds (nsec) at 70 mW laser power. On the other hand, in the case of a phase-change material film produced by mixing oxygen at a ratio of 16.7, 21.7, 30.8 at.% By the sputtering method according to the present invention in FIG. 4B to FIG. 4D, the phase change by crystallization is 70 mW laser power , Starts at about 10 nanoseconds (nsec) for 16.7 at.% And starts at 20-30 nanoseconds for 21.7 and 30.8 at.%. Accordingly, it can be seen that the phase change material film according to the present invention has a dramatically increased phase change rate as compared with the conventional phase change thin film.
하기 도 5는 종래 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명에 따른 상변화 재료막에 대해서 원자 힘 현미경(atomic force microscopy, AFM) 패턴을 보여주는 그래프이고, 하기 도 5a 내지 5d의 눈금선은 박막의 높낮이를 나타낸다.5 is a graph showing an atomic force microscopy (AFM) pattern for a conventional Ge-Sb-Te (GST) and a phase change material film according to the present invention. It indicates the height of the thin film.
하기 도 5a에서 통상적인 Ge-Sb-Te가 매우 평탄한 반면에, 하기 도 5b 내지 도 5d에 나타난 본 발명에 따라 산소가 16.7, 21.7, 30.8 at.% 비율로 혼합하여 제조된 상변화 재료막의 경우에는 수 나노미터 크기를 가지는 입자들이 매우 증가한 것을 알 수 있다. 이러한 입자들의 증가는 박막의 결정화 시에 핵형성(nucleation) 시간을 줄여준다. 따라서, 본 발명에 따른 상변화 재료막이 종래의 일반적인 상변화 박막에 비해서 상변화 속도가 증가하는 이유가 산소(O)의 첨가에 따른 나노 입자들의 증가에 의한 것임을 알 수 있다.
5A, the conventional Ge-Sb-Te is very flat. On the other hand, in the case of the phase change material film prepared by mixing oxygen at a ratio of 16.7, 21.7, 30.8 at.% According to the present invention shown in FIGS. 5B to 5D It can be seen that particles having a size of several nanometers are greatly increased. The increase in these particles reduces the nucleation time in the crystallization of the thin film. Therefore, it can be understood that the reason why the phase change material film according to the present invention increases the phase change rate as compared with the conventional general phase change thin film is due to the increase of the nanoparticles according to the addition of oxygen (O).
하기 도 6은 종래 일반적인 Ge-Sb-Te(GST) 및 본 발명에 따른 산소(O)가 첨가된 Ge-Sb-Te 상변화 재료막을 이용한 소자에서의 결정화를 위한 전압 인가에 따른 전류 변화를 측정한 전류-전압 (I-V) 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing a current change according to voltage application for crystallization in a device using a conventional Ge-Sb-Te (GST) and a Ge-Sb-Te phase change material film to which oxygen (O) One current-voltage (IV) graph.
하기 도 6a에서 종래 일반적인 Ge-Sb-Te의 전류-전압 특성으로, 문턱전압 1.51 V에서 결정화가 되어 전압 인가에 따른 전류값이 급격히 증가한다. 하기 도 6b 내지 6d는 본 발명에 따른 스퍼터링 방법에서 산소(O)가 16.7, 21.7, 30.8 at.% 비율로 혼합하여 제조된 산소(O)가 첨가된 상변화 재료막을 이용한 소자의 전류-전압 특성으로서, 16.7 at.% 의 경우, 문턱전압 3.22 V에서 결정화가 되어 전압 인가에 따른 전류값이 급격히 증가한다. 또한, 21.7, 30.8 at.%의 경우에는 문턱전압이 두 군데에서 일어나는 다중 기록 특성이 발생한다. 21.7 at.% 의 경우는 2.20 과 3.00 V에서 결정화가 일어나며, 30.8 at.% 의 경우, 1.89, 2.26 V에서 결정화가 일어난다.
In FIG. 6A, the current-voltage characteristic of the conventional Ge-Sb-Te is crystallized at a threshold voltage of 1.51 V and the current value increases rapidly according to the voltage application. 6b to 6d are graphs showing current-voltage characteristics of a device using oxygen-added phase change material films prepared by mixing oxygen (O) at a ratio of 16.7, 21.7 and 30.8 at% in the sputtering method according to the present invention. , 16.7 at.%, Crystallization occurs at a threshold voltage of 3.22 V, and the current value according to the voltage application increases sharply. In addition, at 21.7 and 30.8 at.%, Multiple recording characteristics occur in which the threshold voltage occurs in two places. Crystallization occurs at 2.20 and 3.00 V for 21.7 at.%, And at 1.89 and 2.26 V for 30.8 at.%.
이상과 같이, 본 발명에 따른 상변화 메모리 저항 소자와 이에 따른 실시예를 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.As described above, the phase-change memory resistor according to the present invention and the embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above- The invention is not limited thereto, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
1 : 상변화 메모리 저항 소자 3 : 트랜지스터
5 : 하부 배선 7 : 상부 배선
10 : 반도체 기판 11 : 제1 전극
12 : 제1 절연막 13 : 제1 전극 콘택
14 : 상변화 재료막 15 : 제2 절연막
16 : 제2 전극 A : 전극
B : 전극 1: phase change memory resistor element 3: transistor
5: lower wiring 7: upper wiring
10: semiconductor substrate 11: first electrode
12: first insulating film 13: first electrode contact
14: phase change material film 15: second insulating film
16: second electrode A: electrode
B: Electrode
Claims (12)
상기 제1 전극 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제1 전극 콘택;
상기 제1 전극 콘택 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 상변화 재료막;
상기 상변화 재료막 위에 전기적으로 접촉되어 형성된 제2 전극; 및
상기 반도체 기판 상면과 상기 제2 전극의 상면과 평행한 면 사이의 공간에 채워진 절연막;을 포함하고,
상기 상변화 재료막은 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb) 및 텔루리움(Te)을 포함하는 화합물로 이루어지며,
상기 화합물에는 산소(O)가 10-35 중량% 비율로 더 첨가되어 다결정 상태이고,
상기 상변화 재료막은 70 mW 파워의 펄스 레이져 조사시 10-30 나노초에서 결정화에 의한 상변화가 일어나는 상변화 메모리 저항소자로서,
상기 상변화 메모리 저항 소자는 동작 전압 인가에 따른 전류값이 증가하는 문턱 전압이 복수 개로 존재하여 다중 기록이 가능하며,
상기 다중 기록은 상기 산소가 10-35 중량% 비율로 더 첨가됨에 따라 상기 상변화 재료막의 상변화로부터 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자.A first electrode formed on a semiconductor substrate;
A first electrode contact formed in electrical contact with the first electrode;
A phase change material film formed in electrical contact over the first electrode contact;
A second electrode formed on and in electrical contact with the phase change material film; And
And an insulating layer filled in a space between the upper surface of the semiconductor substrate and the upper surface of the second electrode,
The phase change material film is made of a compound including germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te)
The compound is further polycrystallized by adding oxygen (O) in a proportion of 10-35 wt%
The phase change material film is a phase change memory resistance device in which a phase change is caused by crystallization at 10 to 30 nanoseconds upon irradiation with a pulse laser having a power of 70 mW,
The phase-change memory resistor may have a plurality of threshold voltages for increasing a current value according to application of an operating voltage,
Wherein the multiple recordings are possible from a phase change of the phase change material film as the oxygen is further added in a ratio of 10-35 wt%.
상기 상변화 메모리 저항 소자는 소오스 영역, 드레인 영역 및 게이트 전극으로 구성된 트랜지스터;
상기 드레인 영역에 전기적으로 연결된 하부 배선; 및
상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에 전기적으로 연결되는 상부 배선;을 더 포함하고,
상기 제1 전극 및 제2 전극 중 다른 하나의 전극은 상기 소오스 영역에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자.The method according to claim 1,
Wherein the phase change memory resistor element comprises a transistor including a source region, a drain region, and a gate electrode;
A lower wiring electrically connected to the drain region; And
And an upper wiring electrically connected to one of the first electrode and the second electrode,
And the other one of the first electrode and the second electrode is electrically connected to the source region.
상기 상변화 재료막은 Ge2Sb2Te5 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자.The method according to claim 1,
Wherein the phase change material film comprises Ge 2 Sb 2 Te 5 Wherein the compound is made of a material in which oxygen is added in a ratio of 10-35 wt%, and is in a polycrystalline state.
(b) 상기 제1 전극을 둘러싸는 제1 절연막을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 절연막을 관통하여 상기 제1 전극과 상기 제1 절연막 표면 외부를 전기적으로 접속하는 제1 전극 콘택을 형성하는 단계;
(d) 상기 제1 전극 콘택에 전기적으로 연결된 다결정 상태의 상변화 재료막 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 상변화 재료막 위에 제2 전극을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 상변화 재료막 및 상기 제2 전극을 둘러싸는 제2 절연막을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 상변화 재료막은 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb) 및 텔루리움(Te)을 포함하는 화합물로 이루어지며,
상기 화합물에는 산소(O)가 10-35 중량% 비율로 더 첨가되어 다결정 상태이고,
상기 상변화 재료막은 70 mW 파워의 펄스 레이져 조사시 10-30 나노초에서 결정화에 의한 상변화가 일어나는 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법으로서,
상기 상변화 메모리 저항 소자는 동작 전압 인가에 따른 전류값이 증가하는 문턱 전압이 복수 개로 존재하여 다중 기록이 가능하며,
상기 다중 기록은 상기 산소가 10-35 중량% 비율로 더 첨가됨에 따라 상기 상변화 재료막의 상변화로부터 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법.(a) forming a first electrode on a semiconductor substrate;
(b) forming a first insulating film surrounding the first electrode;
(c) forming a first electrode contact through the first insulating film and electrically connecting the first electrode to the outside of the surface of the first insulating film;
(d) forming a polycrystalline phase change material film pattern electrically connected to the first electrode contact;
(e) forming a second electrode on the phase change material film; And
(f) forming a second insulating film surrounding the phase change material film and the second electrode,
The phase change material film is made of a compound including germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te)
The compound is further polycrystallized by adding oxygen (O) in a proportion of 10-35 wt%
Wherein the phase change material film has a phase change by crystallization at 10 to 30 nanoseconds upon irradiation with a pulse laser having a power of 70 mW,
The phase-change memory resistor may have a plurality of threshold voltages for increasing a current value according to application of an operating voltage,
Wherein the multiple recording is possible from a phase change of the phase change material film as the oxygen is further added in a ratio of 10-35 wt%.
상기 상변화 재료막은 Ge2Sb2Te5 화합물에 산소가 10-35 중량% 비율로 첨가된 물질로 이루어져 다결정 상태인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the phase change material film comprises Ge 2 Sb 2 Te 5 Wherein the compound is in a polycrystalline state and is made of a material in which oxygen is added in a ratio of 10-35 wt%.
상기 (d) 단계는 상기 화합물을 타겟으로 하고, 아르곤과 산소 분위기, 20-350 ℃에서 스퍼터링 방법으로 상변화 재료막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 저항 소자의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step (d) is for forming the phase change material film pattern by sputtering at 20-350 DEG C under argon and oxygen atmosphere.
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