KR20030068029A - Memory device utilizing carbon nano tube and Fabricating method thereof - Google Patents

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KR20030068029A
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Abstract

PURPOSE: A memory device using a carbon nano tube and a method for manufacturing the same are provided to be capable of preventing the increase of resistance due to the downsized memory device and reducing heat loss, power dissipation, and the leakage of electric charge. CONSTITUTION: A memory device is provided with a silicon substrate(11), a source and drain electrode(15,17) formed and spaced apart from each other on the upper portion of the silicon substrate, a carbon nano tube(21) formed between the source and drain electrode for being used as an electron transfer channel, a memory cell(23) located at the upper portion of the carbon nano tube for storing electrons flowed from the carbon nano tube, and a gate electrode(19) located on the upper portion of the memory cell for controlling the quantity of electric charge stored in the memory cell.

Description

탄소나노튜브를 이용하는 메모리 소자 및 그 제조방법{Memory device utilizing carbon nano tube and Fabricating method thereof}Memory device utilizing carbon nanotubes and method for manufacturing the same

본 발명은 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 전하이동채널로 구비하는 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a memory device having a carbon nanotube as a charge transfer channel and a method of manufacturing the same.

반도체를 이용한 메모리 소자는, 커패시터에 정보를 기록하거나 읽어낼 때 전류의 통로를 확보하기 위한 스위치 역할을 하는 트랜지스터와, 저장된 전하를 보전하는 역할을 하는 커패시터를 기본적인 구성요소로 가진다.BACKGROUND OF THE INVENTION A memory device using a semiconductor has basic components of a transistor serving as a switch for securing a passage of current when writing or reading information into a capacitor, and a capacitor serving to preserve stored charges.

트랜지스터에 많은 전류가 흐르게 하기 위해서는 트랜지스터가 높은 트랜스 컨덕턴스(gm) 특성을 가져야 하고, 이에 따라 최근 높은 트랜스컨덕턴스 특성을 가지는 MOSFET(Metal Oxcide Field Effect Transistor)을 반도체 메모리 소자의 스위칭 소자로 이용하는 경향이 있다.In order to allow a large amount of current to flow through the transistor, the transistor must have a high transconductance (gm) characteristic, and accordingly, there is a tendency to use a metal oxide field effect transistor (MOSFET) having a high transconductance characteristic as a switching device of a semiconductor memory device. .

MOSFET은, 다결정질 실리콘(doped polycrystalline silicon)으로 형성된 게이트 전극과, 도핑된 결정질 실리콘(doped crystalline silicon)으로 형성된 소스 및 드레인 전극을 기본적인 구성요소로 가지는 트랜지스터이다.A MOSFET is a transistor having as its basic components a gate electrode formed of doped polycrystalline silicon and a source and drain electrode formed of doped crystalline silicon.

MOSFET의 트랜스컨덕턴스는 동일한 전압조건에서 채널의 길이, 게이트 산화막의 두께등에 반비례하고 표면 이동도, 게이트 산화막의 유전율 및 채널의 폭에는 비례한다. 이들 중 표면이동도 및 산화막의 유전율 등은 재료, 즉 방향성을 가지는 실리콘 웨이퍼, 실리콘 산화막등에 의해 이미 결정되는 값이므로 높은 트랜스컨덕턴스를 가지게 하기 위해 채널의 폭과 길이의 비(W/L ratio)를 크게 하거나 산화막의 두께를 얇게 하여야 한다.The transconductance of the MOSFET is inversely proportional to the length of the channel, the thickness of the gate oxide, etc. under the same voltage conditions, and is proportional to the surface mobility, the dielectric constant of the gate oxide, and the width of the channel. Among them, the surface mobility and the dielectric constant of the oxide film are values that are already determined by the material, that is, the silicon wafer and silicon oxide film having the directivity, so that the ratio of the width and the length of the channel to the high transconductance (W / L ratio) is used. The thickness of the oxide film should be increased or thinned.

하지만, 고집적 메모리 소자를 제조하기 위해서는 MOSFET의 물리적인 치수를 축소시켜야 하며, 이에 따라 게이트, 소스 및 드레인 전극의 크기도 감소시켜야 하는데, 이로 인해 여러 가지 문제점이 발생한다.However, in order to fabricate a highly integrated memory device, the physical dimensions of the MOSFET must be reduced, and thus the size of the gate, source, and drain electrodes must be reduced, which causes various problems.

예를 들어, 게이트 전극의 크기가 감소하면, 게이트 전극의 단면적이 감소하여 트랜지스터에 큰 전기적 저항을 유발한다. 소스 및 드레인 전극의 크기 감소는 두께, 즉 접합 깊이(junction depths)의 감소를 유발하여 더 큰 전기적 저항을 초래하거나, 소스와 드레인 간의 거리를 감소시켜 소스와 드레인의 공핍층이 서로 맞닿게 되는 펀치스루(punch through) 현상을 유발하여 전류의 조절을 불가능하게 한다. 또한 상기한 바와 같은 메모리 소자의 치수 감소는 전류의 이동통로인 채널의폭을 70nm 이하로 감소시켜 전류의 원활한 흐름을 방해하여 메모리 소자가 오동작을 하게 된다.For example, if the size of the gate electrode is reduced, the cross-sectional area of the gate electrode is reduced, causing a large electrical resistance in the transistor. Reducing the size of the source and drain electrodes causes a reduction in thickness, ie junction depths, resulting in greater electrical resistance, or by reducing the distance between the source and drain, causing the source and drain depletion layers to contact each other. It causes a punch through phenomenon, making current regulation impossible. In addition, the reduction of the size of the memory device as described above reduces the width of the channel, which is the passage of current, to 70 nm or less, thereby preventing the smooth flow of current, thereby causing the memory device to malfunction.

즉, 일반적으로 MOSFET를 기초한 메모리 소자는 열손실, 전력소모, 전기적 특성 변동, 전하 누설 등의 문제로 인해 고밀도 메모리를 구현하는 것이 어려운 단점을 가진다.That is, in general, a MOSFET-based memory device has a disadvantage in that it is difficult to implement a high-density memory due to problems such as heat loss, power consumption, electrical characteristic variation, and charge leakage.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 메모리 소자의 소형화에 따른 저항의 증가가 없으며 열손실, 전력소모, 전기적 특성 변동, 전하 누설이 적은 고속의 고집적 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, and there is no increase in resistance due to the miniaturization of a memory device, and high speed and high integration with low heat loss, power consumption, electrical characteristic variation, and charge leakage. A memory device and a method of manufacturing the same are provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 사시도,1 is a perspective view of a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제1메모리셀의 단면도,2 is a cross-sectional view of a first memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제2메모리셀의 단면도,3A is a cross-sectional view of a second memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제3메모리셀의 단면도,3B is a cross-sectional view of a third memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제2메모리셀의 SEM사진,4 is a SEM photograph of a second memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 SEM 사진,5A and 5B are SEM photographs of a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 6a 내지 6i는 제1메모리셀을 채용하는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 공정도,6A to 6I are a process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention employing a first memory cell;

도 7a 내지 7e는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제2메모리셀의 공정도,7A to 7E are process diagrams of a second memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 구조를 나타낸 평면도,8A is a plan view showing the structure of a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 8b는 도 8a의 소스 및 드레인 전극 간 탄소나노튜브 채널을 보인 도면,FIG. 8B illustrates a carbon nanotube channel between the source and drain electrodes of FIG. 8A;

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 소스-드레인 간 전압(Vsd)의 변화에 대한 소스-드레인 간 전류(Isd)의 변화를 나타낸 그래프,9 is a graph illustrating a change in source-drain current Isd with respect to a change in source-drain voltage Vsd in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 게이트 전압(Vg)의 변화에 대한 소스-드레인 간 전류(Isd)의 변화를 나타낸 그래프,FIG. 10 is a graph illustrating a change in source-drain current Isd with respect to a change in gate voltage Vg in a memory device according to an embodiment of the present invention;

도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 P형 메모리 소자의 게이트 전압(Vg)의 변화에 대한 소스-드레인 간 전류(Isd)의 변화를 나타낸 그래프,FIG. 11A is a graph illustrating a change in source-drain current Isd with respect to a change in gate voltage Vg of a P-type memory device according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 N형 메모리 소자의 게이트 전압(Vg)의 변화에 대한 소스-드레인 간 전류(Isd)의 변화를 나타낸 그래프,FIG. 11B is a graph illustrating a change in the source-drain current Isd with respect to the change in the gate voltage Vg of the N-type memory device according to the embodiment of the present invention; FIG.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 N형 메모리 소자에서 소정 소스-드레인 간 전압에서 게이트 전압(Vg)의 변화에 대한 소스-드레인 간 전류(Isd)의 변화를 나타낸 그래프,12 is a graph illustrating a change in source-drain current Isd with respect to a change in gate voltage Vg at a predetermined source-drain voltage in an N-type memory device according to an embodiment of the present invention;

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 드레인 전류(Id)가 50nA일 때 게이트 전압(Vg)의 변화에 대한 문턱전압(Vth)의 변화를 나타낸 그래프,FIG. 13 is a graph illustrating a change in threshold voltage Vth with respect to a change in gate voltage Vg when the drain current Id is 50nA in the memory device according to the embodiment of the present invention;

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 탄소나노튜브와 게이트 전극 사이의 전기장과, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 단위 거리당 게이트 표면에서 유도되는 표면전하밀도(σ)의 그래프,14 is a graph of the electric field between the carbon nanotubes and the gate electrode in the memory device according to an embodiment of the present invention, and the surface charge density (σ) induced at the gate surface per unit distance in the memory device according to the embodiment of the present invention; ,

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 100초 동안 드레인 전류(Id)의 변화를 보인 그래프.FIG. 15 is a graph illustrating a change in drain current Id for 100 seconds in a memory device according to an embodiment of the present invention. FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

11 ; 실리콘 기판 13 ; 실리콘 옥사이드 절연층11; Silicon substrate 13; Silicon oxide insulation layer

15 ; 소스 전극 17 ; 드레인 전극15; Source electrode 17; Drain electrode

19 ; 게이트 전극 20 ; 제1절연막19; Gate electrode 20; First insulating film

21 ; 탄소나노튜브 22 ; 저장막21; Carbon nanotubes 22; Storage membrane

23 ; 제1메모리셀 24 ; 제2절연막23; First memory cell 24; Second insulating film

25 ; 제2메모리셀 26, 36 ; 다공막25; Second memory cells 26 and 36; Porous membrane

27, 37 ; 나노도트 29 ; 제3절연막27, 37; Nanodots 29; Third insulating film

34 ; 제4절연막 34' ; 제5절연막34; Fourth insulating film 34 '; Fifth insulating film

35 ; 제3메모리셀35; Third memory cell

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,

기판;과Substrate; and

상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 위치하고 전압이 인가되는 소스 전극; 및 드레인 전극;과A source electrode spaced apart from the substrate at a predetermined interval and applied with a voltage; And a drain electrode; and

상기 소스 전극 및 드레인 전극을 연결하며, 전자이동의 채널이 되는 탄소나노튜브;와A carbon nanotube connecting the source electrode and the drain electrode to become a channel for electron transfer; and

상기 탄소나노튜브의 상부에 위치하며, 상기 탄소나노튜브로부터 유입되는 전하를 저장하는 메모리셀; 및A memory cell positioned on an upper portion of the carbon nanotubes and storing charges flowing from the carbon nanotubes; And

상기 메모리셀의 상부와 접촉하며, 상기 탄소나노튜브로부터 상기 메모리셀로 유입되는 전하량을 조절하는 게이트 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자를 제공한다.And a gate electrode in contact with an upper portion of the memory cell, the gate electrode controlling an amount of charge flowing into the memory cell from the carbon nanotubes.

상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 기판의 상부에 실리콘 옥사이드막이 적층된다.The substrate is a silicon substrate, and a silicon oxide film is stacked on the substrate.

상기 메모리셀은,The memory cell,

상기 탄소나노튜브의 상부에 상기 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성되는 제1절연막;과 상기 제1절연막의 상부에 증착되며, 전하를 저장하는 전하 저장막; 및 상기 전하 저장막의 상부에 형성되며, 상기 게이트 전극과 접촉하는 제2절연막;을 구비한다.A first insulating layer formed on the carbon nanotubes to be in contact with the carbon nanotubes, and a charge storage layer deposited on the first insulating layer and storing charges; And a second insulating layer formed on the charge storage layer and in contact with the gate electrode.

상기 제1절연막은 상기 전하 저장막과 비슷한 두께를 가지고, 상기 제2절연막은 상기 전하 저장막의 두 배의 두께를 가지는 것이 바람직하다.The first insulating layer may have a thickness similar to that of the charge storage layer, and the second insulating layer may have a thickness twice that of the charge storage layer.

상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드막으로 이루어지고, 상기 전하 저장막은 실리콘막 또는 실리콘 나이트라이드막으로 형성된다.The first and second insulating layers may be formed of a silicon oxide layer, and the charge storage layer may be formed of a silicon layer or a silicon nitride layer.

상기 전하 저장막은 15nm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.The charge storage layer preferably has a thickness of 15 nm or less.

상기 전하 저장막은 전하저장물질로 채워지는 복수개의 나노 도트가 배치되는 다공막으로 형성될 수 있다.The charge storage layer may be formed as a porous layer in which a plurality of nano dots filled with a charge storage material are disposed.

또는, 상기 메모리셀은,Alternatively, the memory cell,

상기 게이트 전극의 하부에 형성되고 상기 게이트 전극과 접촉하는 제3절연막; 및 상기 제3절연막의 하부에 형성되고 상기 탄소나노튜브와 접촉하며, 전하저장물질로 채워지는 복수개의 나노도트가 배치되는 다공막;을 구비할 수 있다.A third insulating layer formed under the gate electrode and in contact with the gate electrode; And a porous film formed under the third insulating film and in contact with the carbon nanotubes and having a plurality of nanodots filled with a charge storage material.

상기 제3절연막은 상기 다공막의 두 배의 두께를 가지거나, 비슷한 두께를 가지도록 형성될 수 있다.The third insulating layer may have a thickness twice that of the porous layer or may have a similar thickness.

상기 제3절연막은 실리콘옥사이드막이고, 상기 전하저장물질은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드이다.The third insulating layer is a silicon oxide layer, and the charge storage material is silicon or silicon nitride.

상기 다공막은 알루미늄 옥사이드막로 형성된다.The porous film is formed of an aluminum oxide film.

상기 나노 도트는 15nm 이하의 지름을 가지는 것이 바람직하다.The nano dot preferably has a diameter of 15 nm or less.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,

기판 상에 탄소나노튜브를 성장시킨 다음, 상기 탄소나노튜브를 전하이동채널로 하는 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성하는 제1단계;와Growing a carbon nanotube on a substrate, and then forming a source electrode and a drain electrode having the carbon nanotube as a charge transfer channel to contact the carbon nanotube; and

상기 탄소나노튜브와 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상부에 제1절연막, 전하 저장막 및, 제2절연막을 순서대로 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브와 접촉하는 메모리셀을 형성하는 제2단계; 및A first insulating film, a charge storage film, and a second insulating film are sequentially deposited on the carbon nanotubes, the source electrode, and the drain electrode, and then patterned by a photo process to form a memory cell in contact with the carbon nanotubes. A second step of doing; And

상기 제2절연막의 상부에 금속층을 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브로부터 상기 전하 저장막으로 유입되는 전하량을 조절하는 게이트 전극을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법을 제공한다.And depositing a metal layer on the second insulating layer, and then patterning the same by using a photo process to form a gate electrode for controlling the amount of charge flowing from the carbon nanotubes into the charge storage layer. It provides a carbon nanotube memory device manufacturing method.

상기 제1단계에서, 상기 기판의 상면에 절연층을 형성하고 상기 절연층의 상면에 탄소나노튜브를 성장시킨다.In the first step, an insulating layer is formed on the upper surface of the substrate, and carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer.

상기 기판은 실리콘이고 상기 절연층은 실리콘 옥사이드로 형성한다.The substrate is silicon and the insulating layer is formed of silicon oxide.

상기 제1단계에서, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 전자빔 리소그라피로 형성한다.In the first step, the source electrode and the drain electrode are formed by electron beam lithography.

상기 제2단계에서, 상기 제1절연막과 상기 저장막을 비슷한 두께로 증착하고, 상기 제2절연막은 상기 저장막의 두 배의 두께가 되도록 증착하는 것이 바람직하다.In the second step, the first insulating film and the storage film are deposited to a similar thickness, and the second insulating film is preferably deposited to be twice as thick as the storage film.

상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드로 형성하고, 상기 전하 저장막은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드로 형성한다.The first and second insulating layers are formed of silicon oxide, and the charge storage layer is formed of silicon or silicon nitride.

상기 전하 저장막은 15nm 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The charge storage layer is preferably formed to a thickness of less than 15nm.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 또한,The present invention, in order to achieve the above technical problem,

기판 상에 탄소나노튜브를 성장시킨 다음, 상기 탄소나노튜브를 전하이동채널로 하는 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성하는 제1단계;Growing carbon nanotubes on a substrate, and then forming a source electrode and a drain electrode having the carbon nanotubes as charge transfer channels to contact the carbon nanotubes;

상기 탄소나노튜브와 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 제1절연막을 증착하고 양극산화한 다음 식각하여 제1절연막이 산화되어 형성되는 복수개의 나노 도트를 가지는 다공막을 형성하는 제2단계;A second step of forming a porous film having a plurality of nano dots formed by oxidizing and depositing a first insulating layer on the carbon nanotubes and the source and drain electrodes, anodizing, and etching the first insulating layer;

상기 다공막의 상부에 전하저장물질을 증착한 다음 식각하여 상기 나노도트에 전하저장물질을 채우는 제3단계;Depositing a charge storage material on the porous film and then etching to fill the nano dot with the charge storage material;

상기 다공막의 상부에 제2절연막을 증착한 다음, 포토공정을 이용하여 상기 제1절연막, 다공막 및 제2절연막을 패터닝하여 메모리셀을 형성하는 제4단계; 및Depositing a second insulating film on the porous film, and then patterning the first insulating film, the porous film, and the second insulating film using a photo process to form a memory cell; And

상기 제2절연막의 상부에 금속층을 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브로부터 상기 다공막으로 유입되는 전하량을 조절하는 게이트 전극을 형성하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법을 제공한다.And depositing a metal layer on the second insulating layer, and then patterning the same by using a photo process to form a gate electrode for controlling the amount of charge flowing from the carbon nanotubes into the porous layer. A method of manufacturing a carbon nanotube memory device is provided.

상기 제1단계에서, 상기 기판의 상면에 절연층을 형성하고 상기 절연층의 상면에 탄소나노튜브를 성장시킨다. 여기서, 상기 기판을 실리콘으로 형성하고 상기 산화층을 실리콘 옥사이드로 형성한다.In the first step, an insulating layer is formed on the upper surface of the substrate, and carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer. Here, the substrate is formed of silicon and the oxide layer is formed of silicon oxide.

상기 제1단계에서, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 전자빔 리소그라피로 형성할 수 있다.In the first step, the source electrode and the drain electrode may be formed by electron beam lithography.

상기 제2단계에서, 상기 제1절연막과 상기 다공막의 두께를 비슷하게 증착하고, 상기 제2절연막은 상기 저장막의 두께의 두 배가 되도록 증착하는 것이 바람직하다.In the second step, the thickness of the first insulating film and the porous film is similarly deposited, and the second insulating film is preferably deposited to be twice the thickness of the storage film.

상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드로 형성한다.The first and second insulating layers are formed of silicon oxide.

상기 전하 저장 물질은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드로 형성한다.The charge storage material is formed of silicon or silicon nitride.

상기 전하 저장막은 15nm 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The charge storage layer is preferably formed to a thickness of less than 15nm.

상기 제1단계에서, 상기 제1절연막을 모두 산화시켜 복수개의 나노도트를 가지는 다공막으로 형성하는 것이 바람직하다.In the first step, all of the first insulating film is oxidized to form a porous film having a plurality of nano dots.

본 발명은 탄소나노튜브를 전하이동채널로 이용하므로 반도체 메모리 소자의 도핑공정을 필요로 하지 않으며 전기전도도, 열전도도가 큰 탄소나노튜브를 이용하므로 메모리 소자의 고집적에 따른 저항의 증가 문제 또는 오동작의 문제가 해결된다. 또한 전하를 저장하는 전하 저장막 또는 나노도트가 형성되는 다공막을 구비하는 메모리셀을 구비하는 메모리 소자를 형성하므로 고효율의 고집적 메모리 소자의 구현이 가능하다.Since the present invention uses carbon nanotubes as charge transfer channels, it does not require a doping process for semiconductor memory devices and uses carbon nanotubes having high electrical and thermal conductivity, thereby increasing resistance or malfunction due to high integration of memory devices. The problem is solved. In addition, since a memory device including a memory cell having a charge storage film or a porous film in which nano dots are formed is formed, a high efficiency memory device can be realized.

이하 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a memory device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

참조부호 21은 탄소나노튜브이다. 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자는, 상기 탄소나노튜브(21)를 전자 이동의 채널로 구비한다.Reference numeral 21 is a carbon nanotube. The memory device according to the embodiment of the present invention includes the carbon nanotubes 21 as channels for electron movement.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자는, 기판(11)과, 상기 기판(11)상에 적층된 절연층(13)과, 상기 절연층(13) 상에 소정 간격 이격되어 위치하며 금속으로 이루어진 소스 전극(15) 및 드레인 전극(17)과, 상기 소스 전극(15) 및 드레인 전극(17)을 연결하며, 전자이동채널이 되는 탄소나노튜브(21)와, 상기 탄소나노튜브(21)와 접촉하도록 위치하며 상기 탄소나노튜브(21)로부터 전하가 유입되는 전자를 저장하는 메모리셀(23)과, 상기 메모리셀(23)에 접촉하며 상기 전자의 이동을 제어하는 게이트 전극(19)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention may include a substrate 11, an insulating layer 13 stacked on the substrate 11, and a predetermined interval apart from the insulating layer 13. And the source electrode 15 and the drain electrode 17 made of a metal, the carbon nanotube 21 to connect the source electrode 15 and the drain electrode 17, and become an electron transfer channel, and the carbon A memory cell 23 positioned to be in contact with the nanotube 21 and storing electrons in which charge is introduced from the carbon nanotube 21, and a gate that is in contact with the memory cell 23 and controls the movement of the electron; An electrode 19 is provided.

도면에서 소스 및 드레인 전극(15, 17)이 기판(11)의 상부에 위치하고 있으나, 소스 드레인 전극(15, 17)이 기판(11)의 내부에 위치할 수도 있다. 이 경우 탄소나노튜브(21)는 기판(11)의 내부나 그 표면에 접하여 위치할 수 있다.Although the source and drain electrodes 15 and 17 are positioned on the substrate 11 in the drawing, the source drain electrodes 15 and 17 may be located inside the substrate 11. In this case, the carbon nanotubes 21 may be located inside or in contact with the surface of the substrate 11.

기판(11)은 실리콘 기판이며, 그 상부에 적층된 절연층(13)은 실리콘 옥사이드로 형성되는 것이 일반적이다.The substrate 11 is a silicon substrate, and the insulating layer 13 stacked thereon is generally formed of silicon oxide.

소스 및 드레인 전극(15, 17)은 티타늄(Ti), 금(Au)등의 금속으로 이루어질수 있으며, 게이트 전극(19)은 폴리실리콘등의 금속으로 형성될 수 있다. 또한 상기의 트랜지스터 구조는 포토리소그래피(photolithography), 이빔리소그래피(e-beam lithography), 에칭(etching), 산화(oxidation), 박막증착과 같은 공지의 반도체 공정에 의해 이루어진다.The source and drain electrodes 15 and 17 may be made of a metal such as titanium (Ti) or gold (Au), and the gate electrode 19 may be formed of a metal such as polysilicon. In addition, the transistor structure is formed by a known semiconductor process such as photolithography, e-beam lithography, etching, oxidation, thin film deposition.

탄소나노튜브(21)는 탄소의 동소체로서 각 탄소원자가 다른 탄소원자와 결합하여 형성된 육각형의 벌집형태인데, 이것은 복수의 탄소원자가 결합하여 형성된 흑연면(graphite sheet)이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 형태를 이루고 있다. 탄소나노튜브(21)는 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라 금속 또는 반도체의 특성을 나타내게 되고, 이러한 탄소나노튜브의 특성을 이용한 연구가 첨단산업분야, 특히 나노기술산업분야에서 활발히 이루어지고 있다.The carbon nanotube 21 is an allotrope of carbon, in which a hexagonal honeycomb is formed by combining each carbon atom with another carbon atom, and a graphite sheet formed by combining a plurality of carbon atoms is rolled round to a nano size diameter. To achieve. The carbon nanotubes 21 exhibit the characteristics of metals or semiconductors according to the angle and structure of the graphite surface being curled, and research using the characteristics of the carbon nanotubes has been actively conducted in high-tech industries, particularly nanotechnology industries.

탄소나노튜브는 그 전기적인 성질에 따라 서로 다른 두 종류의 탄소나노튜브로 나뉜다. 즉, 게이트 전압에 무관하고 전류전압특성이 선형관계를 보이는 금속성 탄소나노튜브와, 게이트 전압에 크게 영향을 받으며 전류전압특성이 비선형 관계를 보이는 반도체 특성의 탄소나노튜브로 나뉠 수 있다.Carbon nanotubes are divided into two types of carbon nanotubes according to their electrical properties. That is, it can be divided into metallic carbon nanotubes having a linear relationship with the current voltage characteristics regardless of the gate voltage, and carbon nanotubes having semiconductor characteristics with the current voltage characteristics being largely influenced by the gate voltage.

본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 이용되는 탄소나노튜브(21)는 반도체 특성의 탄소나노튜브로서, 게이트 전극(19)에 인가되는 전압에 따라 탄소나노튜브(21)를 통해 이동하는 전자의 흐름, 즉 전류가 제어된다.The carbon nanotubes 21 used in the memory device according to the exemplary embodiment of the present invention are carbon nanotubes having semiconductor characteristics, and are characterized by electrons moving through the carbon nanotubes 21 according to a voltage applied to the gate electrode 19. The flow, i.e. the current, is controlled.

탄소나노튜브(21)는 전기방전법(arc discharge), 레이저 증착법(laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depostion; PECVD), 열화학 기상증착법(Thermal Chemical Vapor Depostion), 기상합성법(Vapor phase growth)등을 이용해 제조될 수 있다.The carbon nanotubes 21 include arc discharge, laser vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), thermal chemical vapor deposition (PCVD), and vapor phase synthesis (Vapor). phase growth) and the like.

본 발명의 실시예에 따른 메모리소자에 사용되는 제1메모리셀, 제2메모리셀 및 제3메모리셀을 각각 도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시하고 있다.The first memory cell, the second memory cell and the third memory cell used in the memory device according to the embodiment of the present invention are shown in Figs. 2, 3A and 3B, respectively.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리소자에 사용되는 제1메모리셀의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a first memory cell used in a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 사용되는 제1메모리셀(23)은, 제1 및 제2절연막(20, 24)과 전하 저장막(22)으로 이루어진다. 전하 저장막(24)은 전하, 즉 전자와 정공을 저장하며, 제1 및 제2절연막(20, 24)사이에 형성된다. 제1 및 제2절연막(20, 24)은 실리콘 옥사이드(SiO2)로 형성되며, 전하 저장막(22)은 실리콘(Si) 또는 실리콘 나이트라이드(Si3N4)로 형성된다. 특히, Si3N4박막은 다수의 전하를 저장할 수 있는 저전위 트랩사이트를 제공한다.Referring to FIG. 2, the first memory cell 23 used in the memory device according to the embodiment of the present invention includes first and second insulating films 20 and 24 and a charge storage film 22. The charge storage layer 24 stores charge, that is, electrons and holes, and is formed between the first and second insulating layers 20 and 24. The first and second insulating layers 20 and 24 are formed of silicon oxide (SiO 2 ), and the charge storage layer 22 is formed of silicon (Si) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). In particular, Si 3 N 4 thin films provide low potential trap sites that can store multiple charges.

제1메모리셀(23)의 전체층 두께는 대략 60nm이며 전하 저장막(22)의 두께는 대략 15nm이하인 것이 바람직하다. 전하 저장막(22)으로 이용되는 실리콘막 또는 실리콘 나이트라이드막은, 100nm이하의 두께에서 전자를 저장하는 기능을 가지는 것이 확인되었다. 여기서, 제1절연막(20)은 도 1에 도시된 탄소나노튜브(21)로부터 주입되는 전하가 터널링을 용이하게 할 수 있도록 얇은 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하며, 제2절연막(24)은 게이트 전극(19)으로부터 전하 주입을 억제하고 전하 저장막(22)에 저장된 전하를 장기간 보유할 수 있도록 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1절연막(20)은 7nm 옥사이드박막으로 형성하고, 전하 저장막(22)은 7nm Si3N4박막으로 형성하며, 제2절연막(24)은 14nm 옥사이드박막으로 형성할 수 있다. 즉, 제1절연막(20), 전하 저장막(22) 및 제2절연막(24)의 두께 비가 1:1:2가 되도록 형성하여 탄소나노튜브로부터 이동된 전하를 전하 저장막(22)에 장시간 안정되게 보유할 수 있다.The total thickness of the first memory cell 23 is approximately 60 nm and the thickness of the charge storage film 22 is preferably about 15 nm or less. It has been confirmed that the silicon film or silicon nitride film used as the charge storage film 22 has a function of storing electrons at a thickness of 100 nm or less. Here, the first insulating film 20 is preferably formed to have a thin thickness to facilitate the tunneling of the charge injected from the carbon nanotubes 21 shown in Figure 1, the second insulating film 24 is It is preferable to form thick so that charge injection from the gate electrode 19 can be suppressed and the charge stored in the charge storage film 22 can be retained for a long time. For example, the first insulating layer 20 may be formed of a 7 nm oxide thin film, the charge storage layer 22 may be formed of a 7 nm Si 3 N 4 thin film, and the second insulating layer 24 may be formed of a 14 nm oxide thin film. . That is, the thickness ratio of the first insulating film 20, the charge storage film 22, and the second insulating film 24 is formed to be 1: 1: 2 so that charges transferred from the carbon nanotubes are transferred to the charge storage film 22 for a long time. I can hold it stably.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 메모리소자에 사용되는 제2메모리셀의 단면도이다.3A is a cross-sectional view of a second memory cell used in a memory device according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 사용되는 제2메모리셀(25)은, 상기 게이트 전극(19)에 접촉하도록 형성되는 제3절연막(29)과, 상기 제3절연막(29)의 하부에 증착되며 전하저장물질(28)이 채워진 복수개의 나노도트(27)가 배치되는 다공막(26)을 포함한다.As shown, the second memory cell 25 used in the memory device according to the embodiment of the present invention includes a third insulating film 29 formed to contact the gate electrode 19 and the third insulating film ( 29 includes a porous film 26 deposited under the 29 and having a plurality of nanodots 27 filled with the charge storage material 28.

상기 제3절연막(29)은 실리콘 옥사이드로 이루어질 수 있으며, 전하저장물질(28)은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드를 사용할 수 있다. 바람직하게는 제3절연막(29)의 두께를 다공막(26)의 두께보다 두껍게 하여 나노도트(27)의 전하저장물질(28)이 안정되게 저장할 수 있다.The third insulating layer 29 may be made of silicon oxide, and the charge storage material 28 may be made of silicon or silicon nitride. Preferably, the thickness of the third insulating layer 29 is thicker than the thickness of the porous layer 26 to stably store the charge storage material 28 of the nano-dots 27.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 메모리소자에 사용되는 제3메모리셀(35)을 나타낸 단면도이다.3B is a cross-sectional view illustrating a third memory cell 35 used in a memory device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 사용되는 제3메모리셀(35)은, 제2메모리셀(25)의 다공막(26)의 하부에 절연막이 더 적층된 구조로서, 제4절연막(34)과, 전자 저장물질(38)이 채워지는 복수개의 나노도트(37)가 위치하는 다공막(36)과, 제5절연막(34')을 구비한다. 제4절연막(34)은 도 1에 도시된 게이트 전극(19)으로부터의 전하 주입을 억제하고 전하저장물질(38)에 보유된 전하를 장시간 유지하기 위해 두껍게 형성되는 것이 바람직하며, 제5절연막(34')은 탄소나노튜브(21)로부터 전자 또는 정공이 쉽게 터널링하여 다공막(36)으로 이동하도록 얇게 형성하는 것이 바람직하다.The third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention has a structure in which an insulating film is further stacked below the porous film 26 of the second memory cell 25. ), A porous film 36 on which the plurality of nanodots 37 filled with the electron storage material 38 are located, and a fifth insulating film 34 '. The fourth insulating film 34 is preferably formed thick so as to suppress charge injection from the gate electrode 19 shown in FIG. 1 and to maintain the charge retained in the charge storage material 38 for a long time. 34 ') is preferably formed thin so that electrons or holes can easily tunnel from the carbon nanotubes 21 and move to the porous film 36.

도 4는 도 3b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 이용되는 제3메모리셀(35)에서 제4절연막(34)을 SiO2로 형성하고, 다공막(36) 및 제3절연막(34')을 Al2O3로 형성하며, 전자저장물질(38)을 Si(또는 Si3N4)로 형성한 SEM(Scanning Electron Microscopy) 사진을 보이고 있다.FIG. 4 is a fourth insulating film 34 formed of SiO 2 in the third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 3B, and the porous film 36 and the third insulating film are formed as shown in FIG. (34 ') is formed of Al 2 O 3 , and the SEM (Scanning Electron Microscopy) photograph of the electron storage material 38 formed of Si (or Si 3 N 4 ) is shown.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 메모리소자에서 소스 전극(15)과 드레인 전극(17)을 연결하는 탄소나노튜브(21)를 보이는 SEM 사진이다. 생성된 탄소나노튜브(21)는 원자력 마이크로스코피를 이용하여 측정한 결과 3mm 정도의 지름을 가지는 것으로 측정되었다.5A and 5B are SEM images showing the carbon nanotubes 21 connecting the source electrode 15 and the drain electrode 17 in the memory device according to the embodiment of the present invention. The produced carbon nanotubes 21 were measured to have a diameter of about 3 mm as measured using nuclear microscopy.

도 6a 내지 6i는 제1메모리셀(23)을 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자를 제조하는 방법을 보인 공정도이다.6A to 6I are flowcharts illustrating a method of manufacturing a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention including a first memory cell 23.

먼저 도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 상면에 절연층(13)을 증착한 다음 그 상면에 탄소나노튜브(21)를 성장시킨다. CVD(Chemical Vapor Deposition)기술에 의해 생성되는 CNT 파우더는 클로로포름 용액에 분산된 다음 실리콘 기판(11)상에 여러 지점에 도포된 후 건조된다. 도면에서는 일 영역상에 형성된 단일의 탄소나노튜브(21)만을 도시하고 있다.First, as shown in FIG. 6A, the insulating layer 13 is deposited on the upper surface of the substrate 11, and then the carbon nanotubes 21 are grown on the upper surface thereof. The CNT powder produced by CVD (Chemical Vapor Deposition) technology is dispersed in a chloroform solution and then applied at various points on the silicon substrate 11 and dried. In the figure, only a single carbon nanotube 21 formed on one region is shown.

다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 소스 및 드레인 전극을 형성하기 위한 도전성 물질층(14), 예를 들어 Au 또는 Ti 와 같은 금속층으로 이루어진 물질층(14)을 증착한 다음, 마스크(12a)를 도전성 물질층(14)의 상부에 위치시키고 전자빔 리소그라피로 패터닝한다. 패터닝 후 형성된 소스 및 드레인 전극(15, 17)을 써멀 어닐링(thermal annealing)하여 접촉 저항을 감소시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 진공 환경에서 600℃의 온도로 30초 정도 급속 어닐링을 시킬 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 소스 및 드레인 전극(15, 17)이 도 6c에 도시되어 있다.Next, as shown in FIG. 6B, a conductive material layer 14 for forming source and drain electrodes, for example, a material layer 14 made of a metal layer such as Au or Ti, is deposited, and then a mask 12a is formed. Is positioned on top of the conductive material layer 14 and patterned by electron beam lithography. It is desirable to thermally anneal the source and drain electrodes 15, 17 formed after patterning to reduce contact resistance. For example, rapid annealing may be performed at a temperature of 600 ° C. for about 30 seconds in a vacuum environment. Source and drain electrodes 15, 17 formed in this manner are shown in FIG. 6C.

도 6d 내지 도 6f는 제1메모리셀(23)을 증착하는 공정을 보이고 있다.6D to 6F illustrate a process of depositing the first memory cell 23.

도 6d를 참조하면, 소스 및 드레인 전극(15, 17)과, 소스 및 드레인 전극(15, 17)사이에 양 전극(15, 17)을 연결하는 탄소나노튜브(21)의 상부 및, 절연층(13)의 표면에 제1절연막(20a), 전하 저장막(22a) 및, 제2절연막(24a)을 순서대로 증착하여 메모리셀(23a)을 형성한다. 다음 도 6e에 도시된 바와 같이 상부에 마스크(12b)를 위치시키고 노광 및 현상한 다음, 도 6f에 도시된 바와 같이 소스 및 드레인 전극(15, 17)과 탄소나노튜브(21)의 상부에 접촉하는 메모리셀(23)을 형성한다. 메모리셀(23)은 옥사이드로 이루어지는 제1절연막(20), Si 또는 Si3N4로 이루어지는 전하 저장막(22) 및, 옥사이드로 이루어지는 제2절연막(24)을 포함한다. 옥사이드막을 형성하기 위해서는 SiH4및 O2가스를 혼합하여 CVD법을 이용하며, Si3N4막을 형성하기 위해서는 SiH2Cl2및 NH3가스를 이용한다.Referring to FIG. 6D, the upper and insulating layers of the carbon nanotubes 21 connecting the positive and negative electrodes 15 and 17 between the source and drain electrodes 15 and 17 and the source and drain electrodes 15 and 17. The first insulating film 20a, the charge storage film 22a, and the second insulating film 24a are sequentially deposited on the surface of (13) to form a memory cell 23a. Next, as shown in FIG. 6E, the mask 12b is positioned on the top, exposed and developed, and then contacted with the source and drain electrodes 15 and 17 and the top of the carbon nanotube 21 as shown in FIG. 6F. The memory cell 23 is formed. The memory cell 23 includes a first insulating film 20 made of oxide, a charge storage film 22 made of Si or Si 3 N 4 , and a second insulating film 24 made of oxide. In order to form an oxide film, SiH 4 and O 2 gases are mixed to use a CVD method, and to form a Si 3 N 4 film, SiH 2 Cl 2 and NH 3 gases are used.

도 6g 내지 6i는 게이트 전극을 형성하는 공정을 보이고 있다.6G to 6I illustrate a process of forming a gate electrode.

도 6g를 참조하면, 게이트 전극을 형성하기 위한 금속층(18)을 절연층(13)의 표면에 증착하여 소스 및 드레인 전극(15, 17)과, 탄소나노튜브(21)와 메모리셀(23)을 도포한다. 도 6h에 도시된 바와 같이 금속층(18)의 상부에 마스크(12c)를 위치시키고 노광 및 현상하고 식각하면 도 6i에 도시된 바와 같이 게이트 전극(19)이 패터닝된다.Referring to FIG. 6G, the metal layer 18 for forming the gate electrode is deposited on the surface of the insulating layer 13 to deposit the source and drain electrodes 15 and 17, the carbon nanotubes 21, and the memory cells 23. Apply. As shown in FIG. 6H, when the mask 12c is positioned, exposed, developed and etched on the metal layer 18, the gate electrode 19 is patterned as shown in FIG. 6I.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에 채용되는 제3메모리셀(35)의 공정도이다.7A to 7E are process diagrams of the third memory cell 35 employed in the memory device according to the embodiment of the present invention.

먼저 도 7a에 도시된 바와 같이, 제5절연막(34')을 산화시키면 상부에 제5절연막(34')의 산화막(36')이 형성되는데, 이에 전기를 가하여 산화시키고 식각하면, 도 7b에 도시된 바와 같이 복수개의 나노도트(37)가 형성되는 다공막(36)이 제조된다. 예를 들어, 제5절연막(34')으로 알루미늄을 사용하는 경우 이를 황산 용액 또는 인산용액에 넣고 전기를 가하여 산화시키면 도시된 바와 같은 복수개의 나노도트(37)가 형성된다. 이러한 산화를 양극산화(anodization)이라 한다. 알루미늄은 산화되면 알루미나로 형성되고 부피가 약간 커진다.First, as shown in FIG. 7A, when the fifth insulating layer 34 ′ is oxidized, an oxide layer 36 ′ of the fifth insulating layer 34 ′ is formed on the upper portion. As shown, a porous membrane 36 in which a plurality of nanodots 37 are formed is manufactured. For example, when aluminum is used as the fifth insulating layer 34 ′, it is oxidized by applying electricity to a sulfuric acid solution or a phosphoric acid solution to form a plurality of nanodots 37 as shown. This oxidation is called anodization. When oxidized, aluminum is formed into alumina and becomes slightly bulky.

다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 이 복수개의 나노도트(37)에 전하 저장막(22)을 이루는 물질로 사용되는 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드를 화학기상증착법(CVD), 스퍼터링(sputtering)등을 이용해 채우고, 도 7d에 도시된 바와 같이 건식 식각하면, 전하를 포집할 수 있는 다공막(36)이 형성된다. 상면에 제4절연막(34)을 증착하면 제3메모리셀(35)이 완성된다. 이와 같은 제3메모리셀(35)을 구비하는 메모리 소자를 제조하는 방법은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브(21)와 소스 및 드레인 전극(15, 17)을 형성한 다음, 제3메모리셀(35)을 탄소나노튜브(21)의 상부에 형성할 수 있으며, 제3메모리셀(35) 형성 후 도6g 내지 6i에 도시된 바와 같은 공정을 이용하여 게이트 전극(19)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 7C, the chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and the like of silicon or silicon nitride used as a material forming the charge storage layer 22 in the plurality of nanodots 37 is performed. After filling, and dry etching as shown in FIG. 7D, a porous film 36 capable of collecting charges is formed. When the fourth insulating layer 34 is deposited on the upper surface, the third memory cell 35 is completed. In the method of manufacturing the memory device including the third memory cell 35, the carbon nanotubes 21 and the source and drain electrodes 15 and 17 are formed as shown in FIGS. 6A to 6C. The third memory cell 35 may be formed on the carbon nanotubes 21, and after the third memory cell 35 is formed, the gate electrode 19 may be formed using a process as shown in FIGS. 6G to 6I. Can be formed.

제2메모리셀(25)도 유사한 방법으로 형성될 수 있다. 제3메모리셀(35)을 형성하는 공정에서 제5절연막(34')을 완전히 산화시켜 복수개의 나노도트(27)를 가지는 다공막(26)을 형성하고, 나노도트(27)에 전하저장물질(28)을 채우고 식각한 다음, 상부에 제3절연막(24)을 증착하면 도 3b에 도시된 바와 같은 제2메모리셀(25)이 형성된다.The second memory cell 25 may be formed in a similar manner. In the process of forming the third memory cell 35, the fifth insulating layer 34 ′ is completely oxidized to form a porous layer 26 having a plurality of nano dots 27, and a charge storage material on the nano dots 27. After filling and etching 28, the third insulating layer 24 is deposited on the second memory cell 25 as illustrated in FIG. 3B.

본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서, 소스 전극(15)을 접지하고 드레인 전극(17)에 양의 전압을 인가하면 탄소나노튜브(21)로 전자가 이동하여 전류가 흐르게 된다. 이 때 게이트 전극(19)에 드레인 전극(17)에 주어진 드레인 전압보다 높은 소정의 게이트 전압을 인가하면 전자가 탄소나노튜브(21)로부터 메모리셀(23)로 이동하고 제1절연막(20) 또는 제5절연막(34')을 터널링하여 전하 저장막(22) 또는 나노도트(27, 37)로 이동한다. 게이트 전압과 드레인 전압을 적절히 조절하여 전하 저장막(22) 및 나노도트(27, 37)에 전자를 저장, 소거 및 유출하여 정보의 기록, 제거 및 재생을 수행할 수 있다.In the memory device according to the embodiment of the present invention, when the source electrode 15 is grounded and a positive voltage is applied to the drain electrode 17, electrons move to the carbon nanotubes 21 so that a current flows. At this time, when a predetermined gate voltage higher than the drain voltage applied to the drain electrode 17 is applied to the gate electrode 19, electrons move from the carbon nanotube 21 to the memory cell 23 and the first insulating film 20 or The fifth insulating layer 34 ′ is tunneled to move to the charge storage layer 22 or the nanodots 27 and 37. By appropriately adjusting the gate voltage and the drain voltage, electrons may be stored, erased, and leaked in the charge storage film 22 and the nanodots 27 and 37 to record, remove, and reproduce information.

도 8a는 단일 상부 게이트 전극와, 그 하부에 위치하는 다수의 소스 및 드레인 전극, 탄소나노튜브를 포함하는 메모리 소자의 평면도이다.FIG. 8A is a plan view of a memory device including a single upper gate electrode, a plurality of source and drain electrodes disposed below, and carbon nanotubes.

도 8b는 도 8a의 일 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에 탄소나노튜브가연결된 사진을 보이고 있다.FIG. 8B shows a picture in which carbon nanotubes are connected between the source electrode S and the drain electrode D of FIG. 8A.

본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자는 메모리셀을 구성하는 저장막의 재질과 두께, 다공막에 배치되는 복수개의 나노도트의 지름과 길이 및, 상기 나노튜브채널을 채우는 물질의 재질을 적절히 조절하고 게이트 전압 및 소스-드레인 전압을 적절히 조정하여 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 동작하게 할 수 있다.Memory device according to an embodiment of the present invention is appropriately adjusted to the material and thickness of the storage film constituting the memory cell, the diameter and length of the plurality of nano-dots disposed in the porous film, the material of the material filling the nanotube channel and gate Voltage and source-drain voltages can be adjusted appropriately to allow operation in volatile or nonvolatile memory.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자에서 게이트 전압이 0V에서 10V까지 변동하는 경우 소스와 드레인 전극간의 전압과 소스와 드레인 전극간의 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.9 is a graph illustrating a relationship between a voltage between the source and drain electrodes and a current between the source and drain electrodes when the gate voltage varies from 0V to 10V in the memory device according to the exemplary embodiment of the present invention.

f1은 게이트 전극이 0V인 경우 소스-드레인 전압(Vsd)의 변화에 관계없이 소스-드레인 전류(Isd)가 0이 되는 것을 보이고 있다.f 1 shows that the source-drain current I sd becomes 0 when the gate electrode is 0V regardless of the change of the source-drain voltage V sd .

f2는 게이트 전극이 10V인 경우 소스와 드레인 전압(Vsd)이 양의 값을 가지고 증가하면 소스-드레인 전류(Isd)가 0A에서 대략 1000nA 정도까지 증가하는 것을 보이며, 소스-드레인 전압이 음의 값을 가지고 감소하는 경우 0A에서 대략 -1000nA 정도까지 감소하는 것을 보이고 있다.f 2 shows that the source-drain current (I sd ) increases from 0A to about 1000nA when the source and drain voltage (Vsd) increases with a positive value when the gate electrode is 10V, and the source-drain voltage is negative. When it decreases with the value of, it decreases from 0A to about -1000nA.

일정한 소스-드레인 전압에서 게이트 전압이 0인 경우 소스-드레인간에 전자이동이 없으므로 정보를 기록할 수 없으며, 게이트 전압이 0보다 큰 경우 소스-드레인 전류가 흐르기 시작하고 게이트 전압을 증가시키면서 소정 수의 전자를 포획하여 정보를 저장할 수 있다.If the gate voltage is 0 at a constant source-drain voltage, there is no electron movement between the source and the drain, so information cannot be recorded. If the gate voltage is greater than 0, the source-drain current starts to flow and the gate voltage is increased by a predetermined number. It can capture the former and store the information.

도 10은 28nm ONO 박막으로 이루어지는 전하 저장막을 가지는 CNT FET(FieldEffect Transistor)에서 게이트 전압의 변화에 대한 소스 및 드레인 전극 간 전류(Isd)의 변화를 보이는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing a change in current between source and drain electrodes Isd with respect to a change in gate voltage in a field effect transistor (CNT FET) having a charge storage film made of a 28 nm ONO thin film.

소스 및 드레인 전극간 전류(Isd)는 음의 게이트 전극이 증가할수록 증가하고 양의 게이트 전극에서는 수 펨토(femto) 암페어(fA)까지 감소하는 p형 CNT FET의 전류-전압(I-V) 특성을 보인다. 오프 상태의 전류(Ioff)에 대한 온 상태의 전류(Ion) 비(Ion/Ioff)는 게이트 전극이 -4V~4V로 변하는 경우 Vsd=1V 일 때 105을 넘는 것으로 나타난다. 오프 상태의 전류는 측정기간 동안 수 pA 미만으로 유지되었다. 이것은 메모리 소자의 게이트 전극이 위치하는 구조와 ONO박막의 높은 브레이크다운(breakdown) 전압에 기인한 것으로 여겨진다. 플래시형 메모리에서는 Ion/Ioff 비율을 높을수록 문턱 전압이 높아져 성능이 향상된다.The current-to-drain current Isd increases as the negative gate electrode increases and decreases to several femto amps (fA) at the positive gate electrode, showing the current-voltage (IV) characteristics of the p-type CNT FET. . The on-state current Ion ratio (Ion / Ioff) to the off-state current Ioff appears to exceed 10 5 when Vsd = 1V when the gate electrode changes from -4V to 4V. The off-state current remained below a few pA for the duration of the measurement. This is believed to be due to the structure in which the gate electrode of the memory element is located and the high breakdown voltage of the ONO thin film. In flash memory, the higher the Ion / Ioff ratio, the higher the threshold voltage, which improves performance.

도 11a는 7nm 두께의 메모리셀(SiO2/Si3N4/SiO2)을 구비하는 P형 CNT메모리 소자의 전류-전압(I-V)특성을 보이며, 도 11b는 30nm 두께의 메모리셀(SiO2/Si3N4/SiO2)을 구비하는 N형 CNT 메모리 소자의 전류-전압(I-V)특성을 보인다.FIG. 11A shows the current-voltage (IV) characteristics of a P-type CNT memory device having a 7 nm thick memory cell (SiO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 ), and FIG. 11B shows a 30 nm thick memory cell (SiO 2). / Si 3 N 4 / SiO 2 ) shows the current-voltage (IV) characteristics of the N-type CNT memory device.

도 11a를 참조하면, P형 CNT 메모리 소자에서 Isd는 Vsd의 고저에 따라 다소의 차이는 있지만, 게이트 전압(Vg)이 2.5V 정도가 되면 소스-드레인 간 전류(Isd)가 급격히 감소하는 현상을 보인다.Referring to FIG. 11A, in the P-type CNT memory device, Isd varies slightly depending on the height of Vsd. However, when the gate voltage Vg is about 2.5V, the source-drain current Isd decreases rapidly. see.

도 11b를 참조하면, N형 CNT 메모리 소자에서 드레인 전류(Id)는 Vsd=3V일 때 게이트 전압이 4V 이상이 되면 명확한 히스테리시스 현상을 보인다.Referring to FIG. 11B, in the N-type CNT memory device, the drain current Id exhibits a clear hysteresis phenomenon when the gate voltage becomes 4V or more when Vsd = 3V.

도 12는 N형 CNT 메모리 소자에서 상이한 Vsd가 인가될 때 게이트 전압(Vg)이 0V에서 1V로 변화하는 것에 따른 드레인 전류(Id)의 변화를 보인 그래프이다.FIG. 12 is a graph illustrating a change in drain current Id as the gate voltage Vg changes from 0V to 1V when different Vsds are applied to an N-type CNT memory device.

도면을 참조하면, n1은 Vsd가 0V 일 때, n2는 Vsd가 -5V 일 때, n3는 Vsd가 -5.5V 일 때, n4는 Vsd가 -6V일 때, n5는 Vsd가 -6.5V 일 때 Vg에 대한 Id의 변화를 보인다. n1 내지 n5로부터 Id는 Vg가 증가할수록 증가하다가 0.6V 정도에서 포화되는 것을 볼 수 있다.Referring to the drawings, n1 is when Vsd is 0V, n2 is when Vsd is -5V, n3 is when Vsd is -5.5V, n4 is when Vsd is -6V, n5 is when Vsd is -6.5V It shows the change of Id for Vg. From n1 to n5 it can be seen that Id increases as Vg increases and saturates at about 0.6V.

h를 메모리셀, 즉 ONO막의 두께라 하고, L 및 r을 각각 탄소나노튜브의 길이와 반지름이라고 하는 경우 게이트 전극에 대해 단위 길이당 탄소나노튜브 정전용량은 수학식 1과 같다.When h is the thickness of the memory cell, that is, the ONO film, and L and r are the length and radius of the carbon nanotubes, respectively, the carbon nanotube capacitance per unit length for the gate electrode is expressed by Equation 1 below.

ONO막의 유효유전상수(effective dielectric constant)=-3, h=30nm, r= 1.5nm, L=1μm 및, 결손 게이트 전압(Vgd)=2V를 수학식 1에 대입하면 정공밀도(P)는 580μm-1을 얻을 수 있다. 이 때 정공 모빌러티(μh)는 수학식 2로 제시된다.If the effective dielectric constant of the ONO film is -3, h = 30 nm, r = 1.5 nm, L = 1 μm, and the missing gate voltage (Vgd) = 2V, the hole density (P) is 580 μm. You get -1 . At this time, the hole mobility (μ h ) is represented by Equation 2.

이 값은 SWNT(Single wall nanotube) 및 마터(Mater) 등에 의해 보고된 MWNT(Multi wall nanotube)의 정공 모빌러티보다 높은 값이다.This value is higher than the hole mobility of MWNT (Multi wall nanotube) reported by Single Wall Nanotube (SWNT) and Matter.

도 13은 동일한 메모리 소자에서 Id=50nA로 일정한 경우 Vg의 변화에 따른문턱전압의 변화를 보인 그래프이다.FIG. 13 is a graph illustrating a change in threshold voltage according to a change in Vg when Id = 50nA in the same memory device.

인가되는 양의 게이트 전압은 문턱 전압을 상승시키는데, 이는 정공이 탄소나노튜브로부터 ONO박막으로 주입되어 트랩사이트가 정공으로 채워지는 것을 의미한다. 0V에서 7V로 게이트 전압(Vg)이 증가할 때 문턱 전압은 대략 60mV정도가 증가하는 것을 볼 수 있어 준양자화(quasi-quantized)되었음을 알 수 있다.The positive gate voltage applied raises the threshold voltage, which means that holes are injected from the carbon nanotubes into the ONO thin film and the trap site is filled with holes. When the gate voltage Vg increases from 0V to 7V, the threshold voltage increases about 60mV, indicating that it is quasi-quantized.

도 14는 탄소나노튜브와 게이트 전극 사이의 전기장의 간략한 다이어그램과, 단위 거리당 게이트 표면에서 유도되는 표면 전하 밀도(σ)의 그래프를 도시하고 있다.FIG. 14 shows a simplified diagram of the electric field between the carbon nanotubes and the gate electrode and a graph of the surface charge density σ induced at the gate surface per unit distance.

도 14를 참조하면, 게이트 전압은 탄소나노튜브(CNT)의 표면 둘레에 높은 전기장을 형성한다. 게이트 전극은 완벽한 컨덕터로 생각하고 탄소나노튜브 지름을 3nm 라 할 때 탄소나노튜브와 게이트 전극 사이의 ONO박막은 유효유전상수 3을 가지는 단일층으로 가정할 수 있으므로 탄소나노튜브 근처의 전기장을 계산할 수 있다. 게이트 전압이 5V인 경우 계산되는 전기장은 970V/μm 로 나타나며, 이 크기는 파울러 노드하임(Fowller Nodheim) 형태의 터널링을 생성하기에 충분하다. 더욱이 터널링된 전하가 전기장 라인을 따라 흐르면, 전하는 유도된 전하분포에 의해 계산되는 전기장의 강도에 비례하여 질화막에 트랩된다. 계산에서 전체 터널링된 전하의 70%는 전하밀도 피크치의 FWHM(Full Width Half Maximum)에 대응하고, ONO박막의 14nm 두께의 질화박막에 주입될 수 있다. 실온에서 전하는 양자점의 크기가 10nm 이하일대 양자화되는 것으로 알려져 있다. 그래프를 참조하면, 유도전하밀도(σ)는 탄소나노튜브(CNT)로 가까워짐에 따라 증가한다.Referring to FIG. 14, the gate voltage forms a high electric field around the surface of the carbon nanotubes (CNT). Considering the gate electrode as a perfect conductor and assuming that the carbon nanotube diameter is 3 nm, the ONO thin film between the carbon nanotube and the gate electrode can be assumed to be a single layer having an effective dielectric constant of 3 so that the electric field near the carbon nanotube can be calculated. have. If the gate voltage is 5V, the calculated electric field is 970V / μm, which is enough to create a Fowller Nodheim-type tunneling. Furthermore, when tunneled charge flows along the electric field line, it is trapped in the nitride film in proportion to the strength of the electric field calculated by the induced charge distribution. In the calculation, 70% of the total tunneled charges correspond to the full width half maximum (FWHM) of the charge density peak and can be injected into the 14 nm thick nitride film of the ONO thin film. It is known that charge at room temperature quantizes the quantum dots to 10 nm or less. Referring to the graph, the induced charge density (σ) increases as the carbon nanotube (CNT) approaches.

도 15는 100초동안 드레인 전류(Id)의 변화를 보이는 그래프이다.15 is a graph showing a change in the drain current Id for 100 seconds.

국소화된 전하 분포는 국소화된 탄소나노튜브의 높은 전기장 분포로 인해 질화막 내에 유도될 수 있으며, 국소적인 영역에 트랩된 전하는 전하가 저장되지 않은 영역으로 확산될 수 있지만, 전체 전류는 도시된 바와 같이 시간이 경과하더라도 일정하게 남아있는다. 이로부터 탄소나노튜브 메모리 소자의 ONO박막에 전하를 저장하는 트랩사이트는 플래시 메모리의 양자점으로 작용하는 것을 알 수 있다.The localized charge distribution can be induced in the nitride film due to the high electric field distribution of the localized carbon nanotubes, and the charge trapped in the local region can diffuse into the region where the charge is not stored, but the total current is time as shown. Even after this, it remains constant. From this, it can be seen that the trap site for storing charge in the ONO thin film of the carbon nanotube memory device acts as a quantum dot of the flash memory.

본 발명은 CNT-FET 및 ONO박막을 이용하는 비휘발성 메모리로서, 전하는 ONO박막의 트랩 사이트에 저장된다. 저장된 전하는 60mV 정도의 양자화된 전압 증가분을 가진다. 이것은 ONO박막이 준양자화된 에너지 상태를 가지는 것을 나타낸다. 양자화된 상태는 나노스케일의 탄소나노튜브 채널과 관련된 국소화된 고전기장과 관련이 있으며 탄소나노튜브 메모리 소자가 초고밀도 대용량 플래시 메모리로 작동할 수 있음을 보인다.The present invention is a nonvolatile memory using a CNT-FET and an ONO thin film, in which charge is stored at a trap site of the ONO thin film. The stored charge has a quantized voltage increase of about 60mV. This indicates that the ONO thin film has a quasi-quantized energy state. The quantized state is associated with localized high fields associated with nanoscale carbon nanotube channels and shows that carbon nanotube memory devices can operate as ultra-high-density large-capacity flash memories.

본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자는 기존의 반도체 소자에서 소스와 드레인간 전자를 이동시키기 위해 필요한 도핑을 탄소나노튜브를 사용하여 대체하고 전하를 저장하는 전하 저장막 또는 나노도트를 가지는 다공막을 구비하여 별도의 커패시터를 필요로 하지 않는다.The memory device according to the embodiment of the present invention has a charge storage film or a porous film having a nano-dot to replace the doping required to move the electrons between the source and drain in the conventional semiconductor device using carbon nanotubes and stores charge It does not require a separate capacitor.

또한 고전자 전도도 및 열전도도의 특성을 가지는 탄소나노튜브를 전자이동채널로 이용하여 소형의 트랜지스터를 제조할 수 있어 고집적, 고효율의 메모리 소자가 구현 가능하다.In addition, since a small transistor can be manufactured using carbon nanotubes having characteristics of high electron conductivity and thermal conductivity as an electron transfer channel, a highly integrated and highly efficient memory device can be realized.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention.

예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 전하 저장막 또는 전하저장물질로 전자를 포획하는 특성이 뛰어난 다른 물질을 이용할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.For example, those skilled in the art to which the present invention pertains may use other materials having excellent characteristics of trapping electrons as a charge storage film or a charge storage material according to the technical idea of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 메모리 소자의 장점은, 고전도도의 탄소나노튜브를 이용하는 소형의 트랜지스터와 전자를 저장하는 메모리셀을 구비하므로 고효율의 고집적 메모리 소자를 구현할 수 있다는 것이다.As described above, an advantage of the memory device according to the present invention is that it is possible to implement a highly efficient highly integrated memory device having a small transistor using high-conductivity carbon nanotubes and a memory cell for storing electrons.

Claims (36)

기판;Board; 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 위치하고 전압이 인가되는 소스 전극; 및 드레인 전극;A source electrode spaced apart from the substrate at a predetermined interval and applied with a voltage; And a drain electrode; 상기 소스 전극과 드레인 전극을 연결하며, 전자이동의 채널이 되는 탄소나노튜브;A carbon nanotube connecting the source electrode and the drain electrode to become a channel for electron transfer; 상기 탄소나노튜브의 상부에 위치하며, 상기 탄소나노튜브로부터 유입되는 전하를 저장하는 메모리셀; 및A memory cell positioned on an upper portion of the carbon nanotubes and storing charges flowing from the carbon nanotubes; And 상기 메모리셀의 상부와 접촉하며, 상기 탄소나노튜브로부터 상기 메모리셀로 유입되는 전하량을 조절하는 게이트 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And a gate electrode in contact with an upper portion of the memory cell, the gate electrode controlling an amount of charge flowing from the carbon nanotubes to the memory cell. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The substrate is a carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon substrate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 기판의 상부에 실리콘 옥사이드막이 적층되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.Carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon oxide film is stacked on top of the substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 메모리셀은,The method of claim 1, wherein the memory cell, 상기 탄소나노튜브의 상부에 상기 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성되는 제1절연막;A first insulating layer formed on the carbon nanotubes to contact the carbon nanotubes; 상기 제1절연막의 상부에 증착되며, 전하를 저장하는 전하 저장막; 및A charge storage layer deposited on the first insulating layer and storing charge; And 상기 전하 저장막의 상부에 형성되며, 상기 게이트 전극과 접촉하는 제2절연막;을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And a second insulating layer formed on the charge storage layer and in contact with the gate electrode. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1절연막은 상기 전하 저장막과 비슷한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And the first insulating layer has a thickness similar to that of the charge storage layer. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2절연막은 상기 전하 저장막의 두 배의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And the second insulating layer has a thickness twice that of the charge storage layer. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The first and second insulating film is a carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon oxide film. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전하 저장막은 실리콘막 또는 실리콘 나이트라이드막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The charge storage film is a carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon film or silicon nitride film. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전하 저장막은 15nm 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The charge storage layer is carbon nanotube memory device, characterized in that having a thickness of less than 15nm. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전하 저장막은 전하저장물질로 채워지는 복수개의 나노 도트가 배치되는 다공막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The charge storage film is a carbon nanotube memory device, characterized in that the porous film is arranged with a plurality of nano dots filled with a charge storage material. 제 1 항에 있어서, 상기 메모리셀은,The method of claim 1, wherein the memory cell, 상기 게이트 전극의 하부에 형성되고 상기 게이트 전극과 접촉하는 제3절연막; 및A third insulating layer formed under the gate electrode and in contact with the gate electrode; And 상기 제3절연막의 하부에 형성되고 상기 탄소나노튜브와 접촉하며, 전하저장물질로 채워지는 복수개의 나노도트가 배치되는 다공막;을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And a porous film formed under the third insulating film and in contact with the carbon nanotubes and having a plurality of nanodots filled with a charge storage material. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제3절연막은 상기 다공막의 두 배의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The third insulating film has a carbon nanotube memory device, characterized in that twice as thick as the porous film. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제3절연막은 상기 다공막과 비슷한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.And the third insulating film has a thickness similar to that of the porous film. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제3절연막은 실리콘옥사이드막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The third insulating film is a carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon oxide film. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11, 상기 전하저장물질은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The charge storage material is carbon nanotube memory device, characterized in that the silicon or silicon nitride. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11, 상기 다공막은 알루미늄 옥사이드막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The porous film is a carbon nanotube memory device, characterized in that the aluminum oxide film. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method of claim 10 or 11, 상기 나노 도트는 15nm 이하의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자.The nano dot has a carbon nanotube memory device, characterized in that having a diameter of 15nm or less. 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시킨 다음, 상기 탄소나노튜브를 전하이동채널로 하는 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성하는 제1단계;Growing carbon nanotubes on a substrate, and then forming a source electrode and a drain electrode having the carbon nanotubes as charge transfer channels to contact the carbon nanotubes; 상기 탄소나노튜브와 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상부에 제1절연막, 전하 저장막 및, 제2절연막을 순서대로 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브와 접촉하는 메모리셀을 형성하는 제2단계; 및A first insulating film, a charge storage film, and a second insulating film are sequentially deposited on the carbon nanotubes, the source electrode, and the drain electrode, and then patterned by a photo process to form a memory cell in contact with the carbon nanotubes. A second step of doing; And 상기 제2절연막의 상부에 금속층을 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브로부터 상기 전하 저장막으로 유입되는 전하량을 조절하는게이트 전극을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.And depositing a metal layer on the second insulating layer and then patterning the photo layer using a photo process to form a gate electrode for controlling the amount of charge flowing from the carbon nanotubes into the charge storage layer. Carbon nanotube memory device manufacturing method. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제1단계에서, 상기 기판의 상면에 절연층을 형성하고 상기 절연층의 상면에 탄소나노튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the first step, the carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that the insulating layer is formed on the upper surface of the substrate and the carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 기판은 실리콘이고 상기 절연층은 실리콘 옥사이드인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The substrate is silicon and the insulating layer is a carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that the silicon oxide. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 제1단계에서, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 전자빔 리소그라피로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the first step, the carbon nanotube memory device manufacturing method, characterized in that for forming the source electrode and the drain electrode by electron beam lithography. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제2단계에서, 상기 제1절연막과 상기 저장막을 비슷한 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The carbon nanotube memory device manufacturing method of claim 2, wherein the first insulating layer and the storage layer are deposited to a similar thickness. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제2단계에서, 상기 제2절연막은 상기 저장막의 두 배의 두께가 되도록 증착하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the second step, the second insulating film is a carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that the deposition to be twice the thickness of the storage film. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.And the first and second insulating layers are formed of silicon oxide. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 전하 저장막은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The charge storage layer is a carbon nanotube memory device manufacturing method, characterized in that formed of silicon or silicon nitride. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 전하 저장막은 15nm 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The charge storage film is a carbon nanotube memory device manufacturing method, characterized in that formed to a thickness of less than 15nm. 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시킨 다음, 상기 탄소나노튜브를 전하이동채널로 하는 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브와 접촉하도록 형성하는 제1단계;Growing carbon nanotubes on a substrate, and then forming a source electrode and a drain electrode having the carbon nanotubes as charge transfer channels to contact the carbon nanotubes; 상기 탄소나노튜브와 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 제1절연막을 증착하고 양극산화한 다음 식각하여 제1절연막이 산화되어 형성되는 복수개의 나노 도트를 가지는 다공막을 형성하는 제2단계;A second step of forming a porous film having a plurality of nano dots formed by oxidizing and depositing a first insulating layer on the carbon nanotubes and the source and drain electrodes, anodizing, and etching the first insulating layer; 상기 다공막의 상부에 전하저장물질을 증착한 다음 식각하여 상기 나노도트에 전하저장물질을 채우는 제3단계;Depositing a charge storage material on the porous film and then etching to fill the nano dot with the charge storage material; 상기 다공막의 상부에 제2절연막을 증착한 다음, 포토공정을 이용하여 상기 제1절연막, 다공막 및 제2절연막을 패터닝하여 메모리셀을 형성하는 제4단계; 및Depositing a second insulating film on the porous film, and then patterning the first insulating film, the porous film, and the second insulating film using a photo process to form a memory cell; And 상기 제2절연막의 상부에 금속층을 증착한 다음 포토공정을 이용하여 패터닝하여 상기 탄소나노튜브로부터 상기 다공막으로 유입되는 전하량을 조절하는 게이트 전극을 형성하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.And depositing a metal layer on the second insulating layer, and then patterning the same by using a photo process to form a gate electrode for controlling the amount of charge flowing from the carbon nanotubes into the porous layer. Carbon nanotube memory device manufacturing method. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제1단계에서, 상기 기판의 상면에 절연층을 형성하고 상기 절연층의 상면에 탄소나노튜브를 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the first step, the carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that the insulating layer is formed on the upper surface of the substrate and the carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 기판을 실리콘으로 형성하고 상기 절연층을 실리콘 옥사이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the substrate is formed of silicon and the insulating layer is formed of silicon oxide. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,The method of claim 27 or 28, 상기 제1단계에서, 상기 소스 전극과 드레인 전극을 전자빔 리소그라피로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the first step, the carbon nanotube memory device manufacturing method, characterized in that for forming the source electrode and the drain electrode by electron beam lithography. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제2단계에서, 상기 제1절연막과 상기 다공막의 두께를 비슷하게 증착하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the second step, the carbon nanotube memory device manufacturing method, characterized in that for depositing a similar thickness of the first insulating film and the porous film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제2단계에서, 상기 제2절연막은 상기 저장막의 두께의 두 배가 되도록 증착하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.In the second step, the second insulating film is a carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that the deposition to be twice the thickness of the storage film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제1 및 제2절연막은 실리콘 옥사이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.And the first and second insulating layers are formed of silicon oxide. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 전하 저장 물질은 실리콘 또는 실리콘 나이트라이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.And the charge storage material is formed of silicon or silicon nitride. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 전하 저장막은 100nm 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The charge storage film is a carbon nanotube memory device manufacturing method characterized in that formed to a thickness of less than 100nm. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제1단계에서, 상기 제1절연막을 모두 산화시켜 복수개의 나노도트를 가지는 다공막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 메모리 소자 제조방법.The carbon nanotube memory device manufacturing method of claim 1, wherein the first insulating film is oxidized to form a porous film having a plurality of nano dots.
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