KR101727960B1 - Method of manufacturing phase change memory using laser - Google Patents

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박홍진
최기철
김민호
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주식회사 비에스피
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a phase change memory comprising an electrode unit which induces a phase change of a phase change material and is disposed on a lower side of the phase change material; and a phase change material of which resistance is changed while experiencing a phase change by the electrode unit. The manufacturing method of a phase change memory comprises a deposition step, a first irradiation step, and a second irradiation step. In the deposition step, the electrode unit is disposed on a lower side of a trench formed on a substrate, and the phase change material is deposited on the substrate. In the first irradiation step, the phase change material is irradiated with a first laser beam having a first energy intensity higher than a melting point of the phase change material. In the second irradiation step, the phase change material is irradiated with a second laser beam having a second energy intensity lower than the first energy intensity and lower than the melting point of the phase change material. The second laser beam irradiated in the second irradiation step is followed by a certain time later than the first laser beam irradiated in the first irradiation step. The phase change material is melted and introduced into the trench by the first irradiation step, and a temperature at which the phase change material can flow into the trench is maintained by the second irradiation step.

Description

레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법{Method of manufacturing phase change memory using laser}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 관한 것으로서, 상변화 물질에 레이저빔을 조사하여 기판에 형성된 트렌치 내부에 상변화 물질을 용융시켜 채워넣는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of fabricating a phase change memory using a laser, and more particularly, to a method of fabricating a phase change memory using a laser for irradiating a phase change material with a laser beam to melt a phase change material in a trench formed in the substrate.

상변화 메모리(Phase-change Random Access Memory; PRAM)는 특정 물질의 상(相) 변화를 판단하여 데이터를 저장하는 차세대 메모리 반도체이다. 상변화 메모리는 전원이 끊겨도 저장된 정보가 지워지지 않는 플래시 메모리(flash memory)의 장점과, 빠른 처리 속도를 자랑하는 디램(DRAM)의 장점을 모두 지니고　있다.A phase-change random access memory (PRAM) is a next-generation memory semiconductor that stores data by determining a phase change of a specific material. Phase-change memory has the advantages of flash memory, which does not erase the stored information even when power is lost, and DRAM, which boasts fast processing speed.

상변화 메모리는 두 가지 이상의 상이한 상태들을 나타내는 상변화 물질들을 포함하는데, 상변화 물질의 상태들은 비결정(amorphous) 및 결정(crystalline) 상태를 가진다. 대체로, 결정 상태는 정렬된 격자구조를 가지는 반면 비결정 상태는 보다 정렬되지 않은 구조를 가진다. 비결정 상태와 결정 상태는 상이한 저항을 가지며 온도 변화에 반응하여 상태 변환이 일어나므로, 데이터 비트들을 저장하는데 사용될 수 있다.The phase change memory includes phase change materials that exhibit two or more different states, the states of the phase change material having an amorphous and a crystalline state. In general, the crystalline state has an ordered lattice structure, while the amorphous state has a less aligned structure. The amorphous state and the crystalline state have different resistances and can be used to store data bits since a state transition occurs in response to a temperature change.

도 1은 레이저를 이용하여 상변화 메모리의 제조시 문제점을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a problem in manufacturing a phase change memory using a laser.

도 1을 참조하면, 상변화 메모리는 상변화 물질(10), 전극부(20), 스위치 소자(30)를 포함하며, 상측에서 하측으로 상변화 물질(10), 전극부(20), 스위치 소자(30) 순으로 배치된다.1, the phase change memory includes a phase change material 10, an electrode unit 20, and a switch device 30, and includes a phase change material 10, an electrode unit 20, And the element 30 are arranged in this order.

상변화 물질(10)은 전극부(20)에 인가되는 전원에 의해 상변화되면서 저항이 변경되고, 전극부(20)는 상변화 물질(10)의 상변화를 유발시키고, 상변화 물질(10)의 하측에 배치된다. 스위치 소자(30)는 전극부(20)의 하측에 배치된다.The phase change material 10 is phase-changed by a power source applied to the electrode unit 20 and the resistance is changed. The electrode unit 20 induces a phase change of the phase change material 10, As shown in Fig. The switch element (30) is arranged below the electrode part (20).

상변화 메모리를 제조하는 과정을 살펴보면, 우선 기판(1)에 형성된 트렌치(2) 부분에 상변화 물질(10)을 증착하고, 이후 상변화 물질(10)에 레이저빔(L)을 조사하여 상변화 물질(10)을 용융시켜 트렌치(2) 내부에 상변화 물질(10)이 고르게 채워지도록 한다.A phase change material 10 is deposited on a portion of the trench 2 formed in the substrate 1 and then the phase change material 10 is irradiated with a laser beam L The change material 10 is melted so that the phase change material 10 is evenly filled in the trench 2. [

그러나, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 최근 트렌치(2)의 종횡비(aspect ratio)가 증가하면서, 조사되는 레이저빔(L)의 에너지 강도가 부족한 경우 증착된 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부에 제대로 채워지지 못하고 트렌치(2) 내부에 빈 공간(11)이 형성되는 문제가 발생한다. 이와 같이 형성된 빈 공간(11)은 최종적으로 상변화 메모리의 저항을 현저히 증가시키는 원인이 된다.However, if the energy intensity of the laser beam L to be irradiated is insufficient as the aspect ratio of the trench 2 recently increases as shown in Fig. 1 (a), the deposited phase change material 10 A problem arises that the empty space 11 is formed in the trench 2 without being properly filled in the trench 2. [ The empty space 11 thus formed causes the resistance of the phase change memory to increase remarkably.

또한, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 조사되는 레이저빔(L)의 에너지 강도가 과다한 경우, 상변화 물질(10)을 구성하는 재료 중 용융점이 낮은 재료가 휘발되면서 상변화 물질(10)의 조성 변화가 발생한다. 이와 같이 조성 변화된 물질(12)은 물리적 특성이 변경되면서 상변화 메모리의 기본적인 기능을 수행하기 힘들게 된다.1 (b), when the energy intensity of the laser beam L to be irradiated is excessive, a material having a low melting point among materials constituting the phase change material 10 is volatilized and the phase change material 10). As a result, the physical properties of the material 12 are changed, making it difficult to perform the basic functions of the phase change memory.

또한, 조사되는 레이저빔(L)의 에너지 강도가 과다한 경우, 열에 의해 스위치 소자(30)에 열 손상이 발생하면서 상변화 메모리의 불량을 초래하게 되는 문제점이 있다.Further, when the energy intensity of the laser beam L to be irradiated is excessive, thermal damage occurs to the switch element 30 due to heat, resulting in a problem of defective phase change memory.

한국공개특허공보 제10-2013-0099589호(2013.09.06 공개, 발명의 명칭 : 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 상변화 메모리 제조방법)Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0099589 (published on Sep. 03, 2013, entitled " Method for manufacturing phase change memory using laser interference lithography)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상변화 물질에 조사되는 레이저빔의 에너지 강도를 제어하여 상변화 물질의 용융에 적합한 온도 조건을 유지함으로써, 상변화 물질이 트렌치 내부로 효과적으로 리플로우될 수 있도록 하여 트렌치 내부에 빈 공간의 발생 및 상변화 물질의 조성 변화를 방지하고, 전극부 하측에 형성된 스위치 소자의 열손상을 방지할 수 있는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the problems of the prior art by providing a method of controlling a laser beam irradiated to a phase change material by controlling the energy intensity of the laser beam to maintain a temperature condition suitable for melting the phase change material, It is possible to effectively reflow the material into the trench so as to prevent generation of voids in the trench and change of the composition of the phase change material and prevent thermal damage of the switch element formed under the electrode portion, And a method of manufacturing a memory.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법은, 상변화 물질의 상변화를 유발시키고 상기 상변화 물질의 하측에 배치되는 전극부와, 상기 전극부에 의해 상변화되면서 저항이 변경되는 상변화 물질을 포함하는 상변화 메모리를 제조하는 방법이며, 기판에 형성된 트렌치 하측에 상기 전극부가 배치되고, 상기 기판에 상기 상변화 물질을 증착하는 증착단계; 상기 상변화 물질의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지는 제1레이저빔을 상기 상변화 물질에 조사하는 제1조사단계; 및 상기 제1에너지 강도보다 낮고 상기 상변화 물질의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지는 제2레이저빔을 상기 상변화 물질에 조사하는 제2조사단계;를 포함하고, 상기 제2조사단계에서 조사되는 제2레이저빔은 상기 제1조사단계에서 조사되는 제1레이저빔보다 일정 시간 후행되며, 선행하는 제1레이저빔과 후행하는 제2레이저빔은 일정 구간 중첩되고, 상기 제1조사단계에 의해 상기 상변화 물질이 용융되어 상기 트렌치 내부로 유입되고, 상기 제2조사단계에 의해 상기 상변화 물질이 상기 트렌치 내부로 유동될 수 있는 온도가 유지되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a phase change memory using a laser, including: forming a phase change material on a substrate; A step of depositing the phase change material on the substrate, wherein the electrode is disposed under the trench formed in the substrate; and depositing the phase change material on the substrate; A first irradiation step of irradiating the phase change material with a first laser beam having a first energy intensity higher than a melting point of the phase change material; And a second irradiation step of irradiating the phase change material with a second laser beam having a second energy intensity lower than the first energy intensity and lower than a melting point of the phase change material, The first laser beam and the trailing second laser beam are overlapped with each other for a certain period of time, and the first laser beam and the succeeding second laser beam overlap each other for a certain period of time, The phase change material is melted and introduced into the trench, and the temperature at which the phase change material can flow into the trench is maintained by the second irradiation step.

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본 발명에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 있어서, 상기 전극부는 질화티타늄(TiN)을 포함하며, 상기 상변화 물질은 칼코지나이드(chalcogenide)계 게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔룰라이드(Te) 금속합금(GST)을 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a phase change memory using a laser according to the present invention, the electrode part includes titanium nitride (TiN), and the phase change material is chalcogenide germanium (Ge) -antimony (Sb) Ruthenium (Te) metal alloy (GST).

본 발명에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 있어서, 상기 제1레이저빔은 자외선 파장대와 가시광선 파장대 중 상기 전극부의 흡수율이 상대적으로 낮은 자외선 파장대의 레이저빔을 포함하고, 상기 제2레이저빔은 자외선 파장대와 가시광선 파장대 중 상기 상변화 물질의 흡수율이 상대적으로 높은 가시광선 파장대의 레이저빔을 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a phase change memory using a laser according to the present invention, the first laser beam includes a laser beam having an ultraviolet wavelength band in which the absorption rate of the electrode portion is relatively low among an ultraviolet wavelength band and a visible ray wavelength band, May include a laser beam of a visible light wavelength range in which the absorption rate of the phase change material is relatively high among an ultraviolet wavelength band and a visible light wavelength band.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 있어서, 상기 제1레이저빔 및 상기 제2레이저빔은, 사각 형상으로 성형되어 상기 상변화 물질의 동일한 위치에 조사되며, 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가질 수 있다.In the method of manufacturing a phase change memory using a laser according to the present invention, the first laser beam and the second laser beam are formed in a rectangular shape and irradiated to the same position of the phase change material, Of the energy intensity distribution.

본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 따르면, 트렌치 내부에 빈 공간의 발생 및 상변화 물질의 조성 변화를 방지하고, 전극부 하측에 형성된 스위치 소자의 열손상을 방지할 수 있다.According to the method of manufacturing a phase change memory using a laser according to the present invention, it is possible to prevent the generation of voids in the trench and the change of the composition of the phase change material, and the thermal damage of the switch element formed under the electrode portion.

또한, 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 따르면, 스위치 소자로의 열침투를 차단하고, 상변화 물질의 리플로우를 원활하게 할 수 있다.Further, according to the method for manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention, it is possible to prevent heat penetration into the switch element and smooth the reflow of the phase change material.

또한, 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 따르면, 조사되는 부분 전체에 가해지는 열을 균일하게 할 수 있다.Further, according to the method for manufacturing a phase-change memory using the laser of the present invention, the heat applied to the entire irradiated portion can be made uniform.

도 1은 레이저를 이용하여 상변화 메모리의 제조시 문제점을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 구현하기 위한 레이저 장비의 일례를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 도시한 도면이고,
도 4는 도 3의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 이용되는 제1레이저빔과 제2레이저빔의 에너지 강도를 도시한 도면이고,
도 5는 도 3의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 있어서 상변화 물질과 전극부의 흡수율을 도시한 도면이다.1 is a view for explaining a problem in manufacturing a phase change memory using a laser,
2 is a schematic view illustrating an example of a laser apparatus for implementing a method of manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention,
FIG. 3 illustrates a method of fabricating a phase change memory using a laser according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a graph showing energy intensities of the first laser beam and the second laser beam used in the method of manufacturing the phase change memory using the laser of FIG. 3,
FIG. 5 is a graph showing absorption coefficients of the phase change material and the electrode portion in the method of manufacturing a phase change memory using the laser of FIG. 3;

이하, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a method of manufacturing a phase change memory using a laser according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 구현하기 위한 레이저 장비의 일례를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 이용되는 제1레이저빔과 제2레이저빔의 에너지 강도를 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 있어서 상변화 물질과 전극부의 흡수율을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing an example of a laser apparatus for implementing a method of manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a method of manufacturing a phase change memory using a laser according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the energy intensities of the first laser beam and the second laser beam used in the method of manufacturing the phase change memory using the laser of FIG. 3, and FIG. 5 is a graph showing the energy intensities Change material and an electrode portion in the method for manufacturing a change memory.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법은, 상변화 물질(10)에 레이저빔을 조사하여 기판(1)에 형성된 트렌치(2) 내부에 상변화 물질(10)을 용융시켜 채워넣는 것으로서, 증착단계(S10)와, 제1조사단계(S20)와, 제2조사단계(S30)를 포함한다.2 to 5, a method for fabricating a phase change memory using a laser according to an embodiment of the present invention includes irradiating a laser beam onto a phase change material 10, The material 10 is melted and filled, and includes a deposition step S10, a first irradiation step S20, and a second irradiation step S30.

우선 도 2를 참조하면서, 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법을 구현하기 위한 레이저 장비를 설명하기로 한다.First, referring to FIG. 2, a description will be made of a laser apparatus for implementing a method of manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention.

상변화 메모리 제조용 레이저 장비(100)는 제1레이저 출력부(110)와, 제1파워조정부(111)와, 제2레이저 출력부(120)와, 제2파워조정부(121)와, 딜레이 제너레이터(122)와, 호모지나이저(130)를 포함한다.The laser apparatus 100 for manufacturing phase change memory includes a first laser output unit 110, a first power adjustment unit 111, a second laser output unit 120, a second power adjustment unit 121, (122), and a homogenizer (130).

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 상변화 메모리 제조용 레이저 장비(100)에 의해 제조되는 상변화 메모리는 상변화 물질(10), 전극부(20), 스위치 소자(30)를 포함하며, 상측에서 하측으로 상변화 물질(10), 전극부(20), 스위치 소자(30) 순으로 배치된다. 상변화 물질(10)은 전극부(20)에 인가되는 전원에 의해 상변화되면서 저항이 변경되고, 전극부(20)는 상변화 물질(10)의 상변화를 유발시키고, 상변화 물질(10)의 하측에 배치된다. 스위치 소자(30)는 전극부(20)의 하측에 배치된다.1, the phase change memory fabricated by the laser apparatus 100 for manufacturing a phase change memory of the present embodiment includes a phase change material 10, an electrode unit 20, and a switch element 30, The phase change material 10, the electrode portion 20, and the switch element 30 are arranged in this order from the upper side to the lower side. The phase change material 10 is phase-changed by a power source applied to the electrode unit 20 and the resistance is changed. The electrode unit 20 induces a phase change of the phase change material 10, As shown in Fig. The switch element (30) is arranged below the electrode part (20).

상기 제1레이저 출력부(110)는 상변화 물질(10)에 조사되는 제1레이저빔(L1)을 출력한다. 제1레이저 출력부(110)에서 출력되는 제1레이저빔(L1)은 자외선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하고, 특히 약 266nm 파장의 레이저빔일 수 있다.The first laser output unit 110 outputs a first laser beam L1 that is irradiated on the phase change material 10. The first laser beam L1 output from the first laser output unit 110 is preferably a laser beam in the ultraviolet wavelength range, and may be a laser beam having a wavelength of about 266 nm.

상기 제1파워조정부(111)는 제1레이저 출력부(110)에서 출력되는 제1레이저빔(L1)의 에너지 강도(intensity)를 조정한다. 제1파워조정부(111)에 의해 에너지 강도가 조정된 제1레이저빔(L1)은 상변화 물질(10)의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지게 된다.The first power adjuster 111 adjusts the energy intensity of the first laser beam L1 output from the first laser output unit 110. FIG. The first laser beam L1 whose energy intensity is adjusted by the first power adjusting unit 111 has a first energy intensity higher than the melting point of the phase change material 10. [

상기 제2레이저 출력부(120)는 상변화 물질(10)에 조사되는 제2레이저빔(L2)을 출력한다. 제2레이저 출력부(120)에서 출력되는 제2레이저빔(L2)은 가시광선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하고, 특히 약 532nm 파장의 레이저빔일 수 있다.The second laser output unit 120 outputs a second laser beam L2 to the phase change material 10. The second laser beam L2 output from the second laser output unit 120 is preferably a laser beam of a visible light wavelength range, and may be a laser beam of a wavelength of about 532 nm.

상기 제2파워조정부(121)는 제2레이저 출력부(120)에서 출력되는 제2레이저빔(L2)의 에너지 강도를 조정한다. 제2파워조정부(121)에 의해 에너지 강도가 조정된 제2레이저빔(L2)은 제1레이저빔(L1)의 제1에너지 강도보다 낮고, 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지게 된다.The second power adjusting unit 121 adjusts the energy intensity of the second laser beam L2 output from the second laser output unit 120. [ The second laser beam L2 whose energy intensity is adjusted by the second power adjusting unit 121 is lower than the first energy intensity of the first laser beam L1 and the second energy lower than the melting point of the phase- Strength.

상기 딜레이 제너레이터(122)는 상변화 물질(10)에 조사되는 제2레이저빔(L2)을 제1레이저빔(L1)보다 일정 시간 후행시킨다.The delay generator 122 trails the second laser beam L2 irradiating the phase change material 10 for a period of time longer than the first laser beam L1.

제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)은 상변화 물질(10)의 동일한 위치에 조사되는데, 상대적으로 높은 에너지 강도를 가지는 제1레이저빔(L1)이 먼저 조사되고, 상대적으로 낮은 에너지 강도를 가지는 제2레이저빔(L2)이 딜레이 제너레이터(122)에 의해 일정 시간차 지연되게 조사된다.The first laser beam L1 and the second laser beam L2 are irradiated to the same position of the phase change material 10. The first laser beam L1 having a relatively high energy intensity is irradiated first, The second laser beam L2 having a low energy intensity is irradiated with a delay of a predetermined time by the delay generator 122. [

제1파워조정부(111)에 의해 에너지 강도가 조정된 제1레이저빔(L1)과, 제2파워조정부(121)에 의해 에너지 강도가 조정된 제2레이저빔(L2)은 각각 반사미러에 의해 반사되어 호모지나이저(130)로 입력된다.The first laser beam L1 whose energy intensity has been adjusted by the first power adjusting section 111 and the second laser beam L2 whose energy intensity has been adjusted by the second power adjusting section 121 And is input to the homogenizer 130.

상기 호모지나이저(130)는 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)이 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가지도록 성형한다. 호모지나이저(130)에서 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)은 상변화 물질(10)의 동일한 위치에 조사되도록 중첩되고, 단면은 사각 형상으로 성형될 수 있다.The homogenizer 130 shapes the first laser beam L1 and the second laser beam L2 so as to have a top hat type energy intensity distribution. In the homogenizer 130, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are overlapped to be irradiated to the same position of the phase change material 10, and the cross section may be formed into a rectangular shape.

제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)을 상변화 물질(10)에 조사할 때, 조사되는 부분 전체에 균일한 열이 가해질 수 있도록 호모지나이저(130)에서는 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)의 에너지 강도가 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가질 수 있도록 성형한다.When the phase change material 10 is irradiated with the first laser beam L1 and the second laser beam L2, the homogenizer 130 emits the first laser beam L1 and the second laser beam L2, So that the energy intensities of the first laser beam L1 and the second laser beam L2 can have a top hat type energy intensity distribution.

이와 같이 호모지나이저(130)에서 최종적으로 성형된 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)은 에너지 강도 차이와 시간차를 가지면서 기판(1) 상에 적층된 상변화 물질(10)에 조사되고, 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)이 조사된 상변화 물질(10)은 용융되면서 기판(1)에 형성된 트렌치(2) 내부로 흘러들어가 채워지게 된다.The first laser beam L1 and the second laser beam L2 finally formed in the homogenizer 130 are phase-shifted by the phase-change material 10 And the phase change material 10 irradiated with the first laser beam L1 and the second laser beam L2 is melted and flows into the trench 2 formed in the substrate 1 to be filled therein.

이후, 도 3 내지 도 5를 참조하면서, 상술한 상변화 메모리 제조용 레이저 장비(100)를 이용하여 본 실시예의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a phase change memory using the laser of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 5 using the above-described laser apparatus 100 for manufacturing phase change memory.

상기 증착단계(S10)는 기판(1)에 형성된 트렌치(2) 부분 및 기판(1)의 상면에 상변화 물질(10)을 증착한다. 기판(1)에 형성된 트렌치(2) 하측에는 전극부(20)가 배치되고, 전극부(20)의 하측에는 스위치 소자(30)가 배치된다.The deposition step S10 deposits a phase change material 10 on a portion of the trench 2 formed on the substrate 1 and on the upper surface of the substrate 1. An electrode section 20 is disposed below the trench 2 formed on the substrate 1 and a switch element 30 is disposed below the electrode section 20. The trench 2

증착되는 상변화 물질(10)은 칼코지나이드(chalcogenide)계 게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔룰라이드(Te) 금속합금(GST)인 것이 바람직하고, 상변화 물질(10)의 하측에 배치되는 전극부(20)는 질화티타늄(TiN)인 것이 바람직하며, 전극부(20)의 하측에 배치되는 스위치 소자(30)는 게르마늄(Ge)-셀레늄(Se) 금속합금인 것이 바람직하다.Preferably, the deposited phase change material 10 is a chalcogenide germanium (Ge) -antimony (Sb) -tellaride (Te) metal alloy (GST) The electrode unit 20 to be disposed is preferably titanium nitride (TiN), and the switch element 30 disposed below the electrode unit 20 is preferably a germanium (Ge) -selenium (Se) metal alloy.

상기 제1조사단계(S20)는 상변화 물질(10)의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지는 제1레이저빔(L1)을 기판(1)에 증착된 상변화 물질(10)에 조사한다.The first irradiation step S20 irradiates the phase change material 10 deposited on the substrate 1 with a first laser beam L1 having a first energy intensity higher than the melting point of the phase change material 10. [

제1파워조정부(111)에 의해 제1레이저 출력부(110)에서 출력되는 제1레이저빔(L1)의 에너지 강도가 조정되어, 제1레이저빔(L1)은 상변화 물질(10)의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지게 된다.The energy intensity of the first laser beam L1 outputted from the first laser output unit 110 is adjusted by the first power adjusting unit 111 so that the first laser beam L1 is focused on the melting point of the phase change material 10 So that it has a higher first energy intensity.

상기 제2조사단계(S30)는 제1에너지 강도보다 낮고 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지는 제2레이저빔(L2)을 기판(1)에 증착된 상변화 물질(10)에 조사한다.The second irradiating step S30 is a step of irradiating a second laser beam L2 having a second energy intensity lower than the first energy intensity and lower than the melting point of the phase change material 10 to the phase change material 10).

제2레이저 출력부(120)에서 출력되는 제2레이저빔(L2)은 제2파워조정부(121)에 의해 에너지 강도가 조정되어, 제2레이저빔(L2)은 제1에너지 강도보다 낮고 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지게 된다.The energy intensity of the second laser beam L2 output from the second laser output unit 120 is adjusted by the second power adjuster 121 so that the second laser beam L2 is lower than the first energy intensity, Has a second energy intensity lower than the melting point of the substance (10).

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제2조사단계(S30)에 조사되는 제2레이저빔(L2)이 제1조사단계(S20)에서 조사되는 제1레이저빔(L1)보다 일정 시간 후행되며, 선행하는 제1레이저빔(L1)과 후행하는 제2레이저빔(L2)은 시간적으로 일정 구간 중첩될 수 있다. 도 2에 도시된 딜레이 제너레이터(122)를 이용하여 상변화 물질(10)에 조사되는 제2레이저빔(L2)을 제1레이저빔(L1)보다 일정 시간 후행시킬 수 있다.4, in this embodiment, the second laser beam L2 irradiated in the second irradiating step S30 is irradiated with the laser beam L1 for a predetermined period of time And the preceding first laser beam L1 and the succeeding second laser beam L2 may be overlapped with each other in time. The delay generator 122 shown in FIG. 2 can be used to cause the second laser beam L2 to be irradiated on the phase change material 10 to follow the first laser beam L1 for a certain period of time.

기판(1)과 트렌치(2) 부분에 증착된 상변화 물질(10)을 용융시키기 위하여 레이저빔을 조사할 때, 레이저빔이 조사되는 상변화 물질(10)의 표면의 온도는 약 630도 내지 700도의 매우 좁은 온도 구간을 유지하는 것이 바람직하다.When irradiating a laser beam to melt the phase change material 10 deposited on the substrate 1 and the trench 2 portion, the temperature of the surface of the phase change material 10 to which the laser beam is irradiated is about 630 to < RTI ID = It is desirable to maintain a very narrow temperature range of 700 degrees.

조사되는 레이저빔의 에너지 강도가 부족한 경우에는 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부에 제대로 채워지지 못하고 트렌치(2) 내부에 빈 공간(11)이 형성되는 문제가 발생하고, 조사되는 레이저빔의 에너지 강도가 과다한 경우에는 상변화 물질(10)을 구성하는 재료 중 용융점이 낮은 텔룰라이드(Te)가 휘발되면서 상변화 물질(10)의 조성 변화가 발생하거나 스위치 소자(30)에 열 손상이 발생하는 문제가 발생한다.When the energy intensity of the laser beam to be irradiated is insufficient, the phase change material 10 is not properly filled in the trench 2, and the empty space 11 is formed in the trench 2, When the energy intensity of the beam is excessive, the composition of the phase change material 10 is changed due to the volatilization of the low melting point tellurite Te among the materials constituting the phase change material 10, A problem occurs.

따라서, 본 실시예에서는 에너지 강도가 서로 다른 2개의 레이저빔을 시간차를 두고 조사하여 상술한 문제점을 해결할 수 있다.Therefore, in the present embodiment, two laser beams having different energy intensities can be irradiated with a time difference to solve the above-described problems.

우선, 상변화 물질(10)의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지는 제1레이저빔(L1)을 상변화 물질(10)에 조사한다. 제1레이저빔(L1)의 에너지 강도는 상변화 물질(10)의 표면의 온도가 약 630도 내지 700도로 유지될 정도의 에너지 강도이며, 제1조사단계(S20)에서 조사되는 제1레이저빔(L1)에 의해 상변화 물질(10)이 용융되어 트렌치(2) 내부로 유입될 수 있다.First, the phase change material 10 is irradiated with a first laser beam L1 having a first energy intensity higher than the melting point of the phase change material 10. [ The energy intensity of the first laser beam L1 is such that the temperature of the surface of the phase change material 10 is maintained at about 630 to 700 degrees, The phase change material 10 can be melted and introduced into the trench 2 by the first contact hole L1.

이후, 제1레이저빔(L1)의 제1에너지 강도보다 낮고 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지며, 딜레이 제너레이터(122)에 의해 일정 시간 지연된 제2레이저빔(L2)을 상변화 물질(10)에 조사한다. 제2레이저빔(L2)의 에너지 강도는 상변화 물질(10)을 용융시킬 정도의 에너지 강도는 아니며, 제2조사단계(S30)에서 조사되는 제2레이저빔(L2)에 의해 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부로 유동될 수 있는 온도가 유지될 수 있다.The second laser beam L2 having a second energy intensity lower than the first energy intensity of the first laser beam L1 and lower than the melting point of the phase change material 10 and delayed by the delay generator 122 for a certain time, To the phase change material (10). The energy intensity of the second laser beam L2 is not an energy intensity enough to melt the phase change material 10 and the energy intensity of the phase change material 10 can be controlled by the second laser beam L2 irradiated in the second irradiation step S30 10 can flow into the trenches 2 can be maintained.

상변화 물질(10)의 조성 변화 또는 스위치 소자(30)의 열 손상이 염려되어 제1레이저빔(L1)을 너무 짧게 조사할 경우에는, 용융된 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부로 유동될 수 있는 시간적 여유가 충분치 않아 트렌치(2) 내부에 빈 공간(11)이 형성될 위험이 있다.When the first laser beam L1 is irradiated too shortly due to the compositional change of the phase change material 10 or the thermal damage of the switch element 30, There is a risk that the empty space 11 may be formed in the trench 2.

따라서 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지는 제2레이저빔(L2)을 상변화 물질(10)에 조사함으로써, 상변화 물질(10)의 조성 변화 또는 스위치 소자(30)의 열 손상을 방지할 뿐만 아니라, 용융된 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부로 유동될 수 있는 시간적 여유를 충분히 확보할 수 있다.The phase change material 10 may be irradiated with a second laser beam L2 having a second energy intensity lower than the melting point of the phase change material 10, It is possible not only to prevent thermal damage of the melted phase change material 10 but also to secure a sufficient time margin in which the melted phase change material 10 can flow into the trench 2.

이러한 서로 다른 에너지 강도를 가지는 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)은 펄스폭의 일정 부분이 겹치면서 시간차를 두고 조사될 수 있고, 이러한 펄스의 쌍이 반복적으로 상변화 물질(10)에 조사된다.The first laser beam L1 and the second laser beam L2 having different energy intensities can be irradiated with a predetermined time interval while overlapping certain portions of the pulse width, .

한편, 제1레이저빔(L1)은 자외선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하고, 제2레이저빔(L2)은 가시광선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하다.It is preferable that the first laser beam L1 is a laser beam of ultraviolet wavelength band and the second laser beam L2 is a laser beam of a visible light wavelength band.

도 5를 참조하면, 전극부의 흡수율(52)은 자외선 파장대에서 상대적으로 낮고, 가시광선 파장대에서 상대적으로 높다. 제1레이저빔(L1)은 상변화 물질(10)의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지므로, 제1레이저빔(L1)의 에너지는 상변화 물질(10), 전극부(20)를 통해 스위치 소자(30)까지 침투하여 스위치 소자(30)의 열 손상을 불러올 수 있다. 따라서, 제1레이저빔(L1)은 전극부의 흡수율(52)이 상대적으로 낮은 자외선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하고, 약 266nm 파장의 레이저빔일 수 있다.Referring to FIG. 5, the absorption rate 52 of the electrode portion is relatively low in the ultraviolet wavelength band and relatively high in the visible light wavelength band. The first laser beam L1 has a first energy intensity higher than the melting point of the phase change material 10 so that the energy of the first laser beam L1 passes through the phase change material 10, It penetrates even to the switch element 30 and can cause heat damage of the switch element 30. [ Therefore, the first laser beam L1 is preferably a laser beam having an ultraviolet wavelength range in which the absorption rate 52 of the electrode portion is relatively low, and may be a laser beam having a wavelength of about 266 nm.

상변화 물질의 흡수율(51)은 자외선 파장대에서 상대적으로 낮고, 가시광선 파장대에서 상대적으로 높다. 제2레이저빔(L2)은 상변화 물질(10)의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지며, 제1레이저빔(L1)에 의해 이미 용융된 상변화 물질(10)에 제2레이저빔(L2)이 조사될 경우 상변화 물질(10)이 트렌치(2) 내부로 매끄럽게 유동되는 것이 바람직하므로, 상변화 물질의 흡수율(51)이 높은 파장대의 레이저빔을 제2레이저빔(L2)으로 이용하는 것이 바람직하다.The absorption rate 51 of the phase change material is relatively low in the ultraviolet wavelength band and relatively high in the visible light wavelength band. The second laser beam L2 has a second energy intensity lower than the melting point of the phase change material 10 and is incident on the phase change material 10 already melted by the first laser beam L1 by the second laser beam L2 It is preferable that the phase change material 10 flow smoothly into the trench 2 and therefore the use of the laser beam of the wavelength band having the absorption rate 51 of the phase change material as the second laser beam L2 desirable.

따라서, 제2레이저빔(L2)은 상변화 물질의 흡수율(51)이 상대적으로 높은 가시광선 파장대의 레이저빔인 것이 바람직하고, 약 532nm 파장의 레이저빔일 수 있다.Therefore, it is preferable that the second laser beam L2 is a laser beam of a visible ray wavelength range in which the absorption rate 51 of the phase change material is relatively high, and may be a laser beam of a wavelength of about 532 nm.

또한, 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)을 상변화 물질(10)에 조사할 때, 조사되는 부분 전체에 균일한 열이 가해질 수 있도록 호모지나이저(130)에서는 제1레이저빔(L1)과 제2레이저빔(L2)의 에너지 강도가 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가질 수 있도록 성형하고, 단면은 사각 형상으로 성형하여 상변화 물질(10)의 동일한 위치에 조사된다.When the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are irradiated on the phase change material 10, the homogenizer 130 may apply a uniform heat to the entire irradiated portion, The energy intensity of the laser beam L1 and the energy intensity of the second laser beam L2 are shaped so as to have an energy intensity distribution in the form of a top hat and the cross section is formed into a square shape, .

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법은, 상변화 물질에 조사되는 레이저빔의 에너지 강도를 제어하여 상변화 물질이 트렌치 내부로 효과적으로 리플로우(reflow)될 수 있도록 함으로써, 트렌치 내부에 빈 공간의 발생 및 상변화 물질의 조성 변화를 방지하고, 전극부 하측에 형성된 스위치 소자의 열손상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The phase change memory fabrication method using the laser of the present invention configured as described above can control the energy intensity of the laser beam irradiated on the phase change material so that the phase change material can be effectively reflowed into the trench, It is possible to prevent generation of voids in the trench and change of the composition of the phase change material and prevent thermal damage of the switch element formed under the electrode portion.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법은, 전극부의 흡수율과 상변화 물질의 흡수율을 고려하여 제1레이저빔과 제2레이저빔의 파장대를 선택함으로써, 스위치 소자로의 열침투를 차단하고, 상변화 물질의 리플로우를 원활하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the method of manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention constructed as described above, by selecting the wavelength band of the first laser beam and the second laser beam in consideration of the absorption rate of the electrode portion and the absorption rate of the phase change material, It is possible to prevent the thermal penetration of the phase change material and smooth the reflow of the phase change material.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법은, 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가지도록 레이저빔을 성형함으로써, 조사되는 부분 전체에 가해지는 열을 균일하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Further, in the method of manufacturing a phase change memory using the laser of the present invention constructed as described above, a laser beam is formed so as to have an energy intensity distribution in the form of a top hat so that the heat applied to all the irradiated portions is uniformly The effect can be obtained.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but can be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

1 : 기판
2 : 트렌치
10 : 상변화 물질
20 : 전극부
L1 : 제1레이저빔
L2 : 제2레이저빔1: substrate
2: trench
10: phase change material
20:
L1: the first laser beam
L2: the second laser beam

Claims (5)

상변화 물질의 상변화를 유발시키고 상기 상변화 물질의 하측에 배치되는 전극부와, 상기 전극부에 의해 상변화되면서 저항이 변경되는 상변화 물질을 포함하는 상변화 메모리를 제조하는 방법이며,
기판에 형성된 트렌치 하측에 상기 전극부가 배치되고, 상기 기판에 상기 상변화 물질을 증착하는 증착단계;
상기 상변화 물질의 용융점보다 높은 제1에너지 강도를 가지는 제1레이저빔을 상기 상변화 물질에 조사하는 제1조사단계; 및
상기 제1에너지 강도보다 낮고 상기 상변화 물질의 용융점보다 낮은 제2에너지 강도를 가지는 제2레이저빔을 상기 상변화 물질에 조사하는 제2조사단계;를 포함하고,
상기 제2조사단계에서 조사되는 제2레이저빔은 상기 제1조사단계에서 조사되는 제1레이저빔보다 일정 시간 후행되며, 선행하는 제1레이저빔과 후행하는 제2레이저빔은 일정 구간 중첩되고,
상기 제1조사단계에 의해 상기 상변화 물질이 용융되어 상기 트렌치 내부로 유입되고, 상기 제2조사단계에 의해 상기 상변화 물질이 상기 트렌치 내부로 유동될 수 있는 온도가 유지되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법.A method of fabricating a phase change memory including a phase change material and a phase change material, the phase change material comprising a phase change material and a phase change material,
A deposition step of depositing the phase change material on the substrate, wherein the electrode section is disposed below the trench formed in the substrate;
A first irradiation step of irradiating the phase change material with a first laser beam having a first energy intensity higher than a melting point of the phase change material; And
And a second irradiation step of irradiating the phase change material with a second laser beam having a second energy intensity lower than the first energy intensity and lower than the melting point of the phase change material,
The second laser beam irradiated in the second irradiating step is followed by a certain time later than the first laser beam irradiated in the first irradiating step, the preceding first laser beam and the following second laser beam overlap each other for a predetermined period,
Characterized in that the phase of the phase change material is melted into the trench by the first irradiation step and the temperature at which the phase change material can flow into the trench is maintained by the second irradiation step / RTI > 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극부는 질화티타늄(TiN)을 포함하며,
상기 상변화 물질은 칼코지나이드(chalcogenide)계 게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔룰라이드(Te) 금속합금(GST)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the electrode portion comprises titanium nitride (TiN)
Wherein the phase change material comprises a chalcogenide-based germanium (Ge) -antimony (Sb) -tellular (Te) metal alloy (GST). 제3항에 있어서,
상기 제1레이저빔은 자외선 파장대와 가시광선 파장대 중 상기 전극부의 흡수율이 상대적으로 낮은 자외선 파장대의 레이저빔을 포함하고,
상기 제2레이저빔은 자외선 파장대와 가시광선 파장대 중 상기 상변화 물질의 흡수율이 상대적으로 높은 가시광선 파장대의 레이저빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the first laser beam includes a laser beam having an ultraviolet wavelength band and a visible ray wavelength band having a relatively low absorption rate of the electrode portion,
Wherein the second laser beam includes a laser beam having a visible light wavelength range in which the absorption rate of the phase change material is relatively high among an ultraviolet wavelength band and a visible light wavelength band. 제1항에 있어서,
상기 제1레이저빔 및 상기 제2레이저빔은, 사각 형상으로 성형되어 상기 상변화 물질의 동일한 위치에 조사되며, 탑햇(top hat) 형태의 에너지 강도 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 상변화 메모리 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first laser beam and the second laser beam are formed in a rectangular shape and irradiate the same position of the phase change material and have an energy intensity distribution in the form of a top hat. Method of manufacturing memory.
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