KR20170078222A - 접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리 - Google Patents

접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리 Download PDF

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KR20170078222A
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송윤흡
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한양대학교 산학협력단
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접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자는 컨덕터(Conductor); 히터(Heater); 및 상기 컨덕터와 상기 히터 사이에 배치되어, 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는 상변화층(Phase Change Material; PCM)을 포함하고, 상기 상변화층은 상기 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함한다.

Description

접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리{PHASE CHANGE MEMORY ELEMENT AND THREE DIMENSION PHASE CHANGE MEMORY FOR REDUCING CONTACT RESISTANCE}
아래의 실시예들은 공급되는 열에 따라 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 결정 상태가 변화되는 상변화층(Phase Change Material; PCM)을 포함하는 상변화 메모리 소자(Phase change memory element)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 접촉 저항(Contact resistance)을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 이를 이용한 3차원 상변화 메모리에 관한 기술이다.
IT 기술의 급격한 발전에 따라 대용량의 정보를 무선으로 처리하는 휴대 정보 통신 시스템 및 기기의 개발에 적합한 초고속 및 대용량등의 특성을 갖는 차세대 메모리 장치가 요구되고 있다. 차세대 반도체 메모리 장치에서는 일반적인 플래쉬 메모리 장치의 비휘발성, SRAM(Static Random Access Memory)의 고속 동작, 및 DRAM(Dynamic RAM)의 고집적성등을 포함하면서, 더 낮은 소비 전력이 요구된다.
이에, 차세대 반도체 메모리 장치로는 일반적인 메모리 장치에 비해 전력, 데이터의 유지 및 기입/독취 특성이 우수한 FRAM(Ferroelectric RAM), MRAM(Magnetic RAM), PRAM(Phase-change RAM) 또는 NFGM(Nano Floating Gate Memory) 등의 소자가 연구되고 있다.
그 중, PRAM(상변화 메모리)은 단순한 구조를 가지면서 저렴한 비용으로 제조될 수 있으며, 고속 동작이 가능하므로 차세대 반도체 메모리 장치로 활발히 연구되고 있다.
기존의 상변화 메모리 소자를 나타낸 도 1을 참조하면, 기존의 상변화 메모리 소자(100)는 히터(110)에 의해 공급되는 열에 따라 상변화층(120)의 결정 상태가 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 변화된다.
이와 같은 기존의 상변화 메모리 소자(100)는 상변화층(120)이 결정질 상태(셋 상태)인 경우 낮은 저항성을 갖고, 상변화층(120)이 비결정질 상태(리셋 상태)에서 높은 저항성을 가짐으로써, 각각의 상태에 대응하는 이진값을 나타낼 수 있다.
이 때, 결정질 상태의 상변화층(120)에서, 열을 공급하는 히터(110)와의 접촉에 의한 접촉 저항이 큰 경우, 상변화 메모리 소자(100)의 전체 저항 역시 증가되기 때문에, 결정질 상태의 상변화층(120)은 비결정질 상태의 상변화층(120)(높은 저항 상태)과 구분되기 어려운 문제점이 발생된다.
따라서, 아래의 실시예들은 접촉 저항을 감소시킨 상변화 메모리에 대한 기술을 제안한다.
일실시예들은 상변화층에 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함시킴으로써, 히터와의 접촉에 의한 접촉 저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리를 제공한다.
또한, 일실시예들은 상변화층에 박막 영역을 포함시킴으로써, 컨덕터에 의해 상변화층이 히팅되는 것을 방지하는 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리를 제공한다.
일실시예에 따르면, 접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자는 컨덕터(Conductor); 히터(Heater); 및 상기 컨덕터와 상기 히터 사이에 배치되어, 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는 상변화층(Phase Change Material; PCM)을 포함하고, 상기 상변화층은 상기 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함한다.
상기 스텝 영역은 상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함할 수 있다.
상기 스텝 영역은 상기 상변화층의 전체 저항에 대해 상기 상변화층이 상기 히터와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 적어도 하나의 굴절 부분을 포함할 수 있다.
상기 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 개수는 상기 히터와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 조절될 수 있다.
상기 상변화층은 상기 컨덕터와 접촉되는 박막 영역을 포함할 수 있다.
상기 박막 영역은 상기 컨덕터에 의해 상기 상변화층이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성될 수 있다.
상기 상변화층은 VI족 칼코겐 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 접촉저항을 개선시킨 3차원 상변화 메모리는 히터; 상기 히터에 대해 수직 방향으로 연결되어, 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는 복수의 상변화층들; 및 상기 복수의 상변화층들과 각각 연결되는 복수의 컨덕터들을 포함하고, 상기 복수의 상변화층들 각각은 상기 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함한다.
상기 스텝 영역은 상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함할 수 있다.
상기 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 개수는 상기 히터와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 조절될 수 있다.
상기 복수의 상변화층들 각각은 상기 복수의 컨덕터들 각각과 접촉되는 박막 영역을 포함할 수 있다.
상기 박막 영역은 상기 복수의 컨덕터들 각각에 의해 상기 복수의 상변화층들 각각이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 컨덕터 및 히터를 포함하는 상변화 메모리 소자에서 이용되는 상변화층은 상기 히터와 접촉되는 스텝 영역; 및 상기 컨덕터와 접촉되는 박막 영역을 포함하고, 상기 상변화층은 상기 스텝 영역과 접촉되는 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화된다.
상기 스텝 영역은 상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함할 수 있다.
상기 박막 영역은 상기 컨덕터에 의해 상기 상변화층이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성될 수 있다.
일실시예들은 상변화층에 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함시킴으로써, 히터와의 접촉에 의한 접촉 저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리를 제공할 수 있다.
또한, 일실시예들은 상변화층에 박막 영역을 포함시킴으로써, 컨덕터에 의해 상변화층이 히팅되는 것을 방지하는 상변화 메모리 소자 및 3차원 상변화 메모리를 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 상변화 메모리 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 상변화층에 포함되는 스텝 영역의 다양한 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자를 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자의 접촉 저항을 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리를 나타낸 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(200)는 컨덕터(Conductor)(210), 히터(Heater)(220) 및 상변화층(230)을 포함한다.
컨덕터(210)는 도전성 물질로 형성되어, 상변화 메모리 소자(200)에서 상부 전극의 기능을 수행할 수 있다.
히터(220)는 도전성 물질로 형성되어, 상변화층(230)으로 열을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 히터(220)는 상변화 메모리 소자(200)에서 하부 전극의 기능을 수행할 수도 있다.
따라서, 상변화 메모리 소자(200)는 상부 전극의 기능을 수행하는 컨덕터(210) 및 하부 전극의 기능을 수행하는 히터(220) 사이의 전류 흐름 또는 전압 차로부터 야기되는 열을 히터(220)를 통하여 상변화층(230)으로 공급할 수 있다.
도면에는 히터(220)가 하부 전극의 기능을 수행하는 것으로 도시되었으나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 상변화 메모리 소자(200)에는 히터(220)와 구별되는 별도의 하부 전극이 추가적으로 구비될 수도 있다.
상변화층(230)은 히터(220)에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 변화되도록 VI족 칼코겐 원소들, IV족 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상변화층(230)은 VI 족 칼코겐 원소들인 S, Se 또는 Te와 IV족 원소들 및 V족 원소들의 화합물로 형성될 수 있다.
상변화층(230) 및 히터(220)는 부도체층(Insulator)(240)에 의해 둘러싸일 수 있다.
이 때, 상변화층(230)과 히터(220)의 접촉에 의한 접촉 저항은 상변화층(230)이 히터(220)와 접촉되는 접촉 면적과 반비례한다. 이에, 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(200)에서 상변화층(230)은 히터(220)와 접촉되는 스텝 영역(231)을 포함한다.
여기서, 스텝 영역(231)은 히터(220)와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위한 적어도 하나의 굴절 부분(232, 233)을 포함할 수 있다. 따라서, 스텝 영역(231)은 상변화층(230)의 전체 저항에 대해 상변화층(230)이 히터(220)와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 할 수 있다.
도면에는 스텝 영역(231)에 적어도 하나의 굴절 부분(232, 233)이 두 개 포함되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 적어도 하나의 굴절 부분(232, 233)이 스텝 영역(231)에 포함되는 개수는 히터(220)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 굴절 부분(232, 233)의 형상 역시 히터(220)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 기재하기로 한다.
이와 같이, 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(200)에서 상변화층(230)이 스텝 영역(231)을 포함하여 히터(220)와의 접촉 면적이 넓어짐으로써, 히터(220)와의 접촉에 의한 접촉 저항이 감소될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 상변화층에 포함되는 스텝 영역의 다양한 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 상변화층에서 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 개수 및 형상은 상변화층이 히터와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 다양하게 조절될 수 있다.
예를 들어, 310 경우를 살펴보면, 스텝 영역은 하나의 굴절 부분(311)을 포함하도록 형성될 수 있고, 320 경우를 살펴보면, 스텝 영역은 네 개의 굴절 부분(321, 322, 323, 324)을 포함하도록 형성될 수 있다.
이 때, 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 각도 또는 적어도 하나의 굴절 부분이 서로 이어지는 길이 역시 다양하게 조절될 수 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(400)는 컨덕터(410), 히터(420) 및 상변화층(430)을 포함한다.
컨덕터(410)는 도전성 물질로 형성되어, 상변화 메모리 소자(400)에서 상부 전극의 기능을 수행할 수 있다.
히터(420)는 도전성 물질로 형성되어, 상변화층(430)으로 열을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 히터(420)는 상변화 메모리 소자(400)에서 하부 전극의 기능을 수행할 수도 있다.
따라서, 상변화 메모리 소자(400)는 상부 전극의 기능을 수행하는 컨덕터(410) 및 하부 전극의 기능을 수행하는 히터(420) 사이의 전류 흐름 또는 전압 차로부터 야기되는 열을 히터(420)를 통하여 상변화층(430)으로 공급할 수 있다.
도면에는 히터(420)가 하부 전극의 기능을 수행하는 것으로 도시되었으나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 상변화 메모리 소자(400)에는 히터(420)와 구별되는 별도의 하부 전극이 추가적으로 구비될 수도 있다.
상변화층(430)은 히터(420)에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 변화되도록 VI족 칼코겐 원소들, IV족 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상변화층(430)은 VI 족 칼코겐 원소들인 S, Se 또는 Te와 IV족 원소들 및 V족 원소들의 화합물로 형성될 수 있다.
상변화층(430) 및 히터(420)는 부도체층(440)에 의해 둘러싸일 수 있다.
이 때, 상변화층(430)과 히터(420)의 접촉에 의한 접촉 저항은 상변화층(430)이 히터(420)와 접촉되는 접촉 면적과 반비례한다. 이에, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(400)에서 상변화층(430)은 히터(420)와 접촉되는 스텝 영역(431)을 포함한다.
여기서, 스텝 영역(431)은 히터(420)와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위한 적어도 하나의 굴절 부분(432, 433)을 포함할 수 있다. 따라서, 스텝 영역(431)은 상변화층(430)의 전체 저항에 대해 상변화층(430)이 히터(420)와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 할 수 있다.
도면에는 스텝 영역(431)에 적어도 하나의 굴절 부분(432, 433)이 두 개 포함되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 적어도 하나의 굴절 부분(432, 433)이 스텝 영역(431)에 포함되는 개수는 히터(420)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 굴절 부분(432, 433)의 형상 역시 히터(420)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다.
또한, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(400)에서 상변화층(430)은 컨덕터(410)와 접촉되는 박막 영역(434)을 포함한다.
여기서, 박막 영역(434)은 상변화층(430)이 히터(420)에만 의해 히팅되고, 컨덕터(410)에 의해 상변화층(430)이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성될 수 있다.
이와 같이, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(400)에서 상변화층(430)이 스텝 영역(431)을 포함하여 히터(420)와의 접촉 면적을 넓어짐으로써, 히터(420)와의 접촉에 의한 접촉 저항이 감소될 수 있으며, 상변화층(430)이 박막 영역(434)을 포함하여 컨덕터(410)에 의해 히팅되는 것이 방지됨으로써, 히터(420)에만 의해 히팅될 수 있다.
도 5는 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자의 접촉 저항을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(510)는 히터(511)에 의해 상변화층(512)이 히팅되는 경우, 기존의 상변화 메모리 소자(520)가 히터(521)에 의해 상변화층(522)이 히팅되는 경우보다 낮은 온도로 히팅되는 것을 알 수 있다.
또한, 기존의 상변화 메모리 소자(520)에서 컨덕터(523)에 접촉되는 상변화층(522)의 일부가 높은 온도로 히팅되는 반면, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(510)에서 컨덕터(513)에 접촉되는 상변화층(512)의 박막 영역은 매우 낮은 온도로 히팅되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 다른 일실시예에 따른 상변화 메모리 소자(510)는 상변화층(512)에서 히터(511)와의 접촉에 의한 접촉 저항을 감소시킬 수 있으며, 상변화층(512)이 컨덕터(513)에 의해 히팅되는 것을 방지하며 히터(511)에만 의해 히팅될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(600)는 히터(610), 복수의 상변화층들(620) 및 복수의 상변화층들(620)과 각각 연결되는 복수의 컨덕터들(630)을 포함한다.
히터(610)는 도전성 물질로 세로 방향으로 길게 형성되어, 복수의 변화층들(620) 각각으로 열을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 히터(610)는 3차원 상변화 메모리(600)에서 하부 전극의 기능을 수행할 수도 있다.
복수의 컨덕터들(630) 각각은 도전성 물질로 형성되어, 3차원 상변화 메모리(600)에서 상부 전극의 기능을 수행할 수 있다. 이하, 복수의 컨덕터들(630) 각각이 복수의 상변화층들(620) 각각에 연결되는 것으로 설명하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 하나의 컨덕터로 구성되어 복수의 상변화층들(620)과 연결될 수도 있다.
따라서, 3차원 상변화 메모리(600)는 상부 전극의 기능을 수행하는 복수의 컨덕터들(630) 및 하부 전극의 기능을 수행하는 히터(610) 사이의 전류 흐름 또는 전압 차로부터 야기되는 열을 히터(610)를 통하여 복수의 상변화층들(620) 각각으로 공급할 수 있다.
도면에는 히터(610)가 하부 전극의 기능을 수행하는 것으로 도시되었으나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3차원 상변화 메모리(600)에는 히터(610)와 구별되는 별도의 하부 전극이 추가적으로 구비될 수도 있다.
복수의 상변화층들(620) 각각은 히터(610)에 대해 수직 방향으로(가로 방향)으로 연결되어, 히터(610)에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 변화되도록 VI족 칼코겐 원소들, IV족 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 상변화층들(620) 각각은 VI 족 칼코겐 원소들인 S, Se 또는 Te와 IV족 원소들 및 V족 원소들의 화합물로 형성될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 복수의 상변화층들(620)은 부도체층에 의해 둘러싸일 수 있다.
이 때, 복수의 상변화층들(620) 각각과 히터(610)의 접촉에 의한 접촉 저항은 복수의 상변화층들(620) 각각이 히터(610)와 접촉되는 접촉 면적과 반비례한다. 이에, 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(600)에서 복수의 상변화층들(620) 각각은 히터(610)와 접촉되는 스텝 영역(621)을 포함한다.
여기서, 스텝 영역(621)은 히터(610)와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위한 적어도 하나의 굴절 부분(622, 623)을 포함할 수 있다. 따라서, 스텝 영역(621)은 복수의 상변화층들(620) 각각의 전체 저항에 대해 복수의 상변화층들(620) 각각이 히터(610)와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 할 수 있다.
도면에는 스텝 영역(621)에 적어도 하나의 굴절 부분(622, 623)이 두 개 포함되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 적어도 하나의 굴절 부분(622, 623)이 스텝 영역(621)에 포함되는 개수는 히터(610)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 굴절 부분(622, 623)의 형상 역시 히터(610)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다.
이와 같이, 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(600)에서 복수의 상변화층들(620) 각각이 스텝 영역(621)을 포함하여 히터(610)와의 접촉 면적이 넓어짐으로써, 히터(610)와의 접촉에 의한 접촉 저항이 감소될 수 있다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(700)는 히터(710), 복수의 상변화층들(720) 및 복수의 상변화층들(720)과 각각 연결되는 복수의 컨덕터들(730)을 포함한다.
히터(710)는 도전성 물질로 세로 방향으로 길게 형성되어, 복수의 변화층들(720) 각각으로 열을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 히터(710)는 3차원 상변화 메모리(700)에서 하부 전극의 기능을 수행할 수도 있다.
복수의 컨덕터들(730) 각각은 도전성 물질로 형성되어, 3차원 상변화 메모리(700)에서 상부 전극의 기능을 수행할 수 있다. 이하, 복수의 컨덕터들(730) 각각이 복수의 상변화층들(720) 각각에 연결되는 것으로 설명하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 하나의 컨덕터로 구성되어 복수의 상변화층들(720)과 연결될 수도 있다.
따라서, 3차원 상변화 메모리(700)는 상부 전극의 기능을 수행하는 복수의 컨덕터들(730) 및 하부 전극의 기능을 수행하는 히터(710) 사이의 전류 흐름 또는 전압 차로부터 야기되는 열을 히터(710)를 통하여 복수의 상변화층들(720) 각각으로 공급할 수 있다.
도면에는 히터(710)가 하부 전극의 기능을 수행하는 것으로 도시되었으나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3차원 상변화 메모리(700)에는 히터(710)와 구별되는 별도의 하부 전극이 추가적으로 구비될 수도 있다.
복수의 상변화층들(720) 각각은 히터(710)에 대해 수직 방향으로(가로 방향)으로 연결되어, 히터(710)에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 결정질(셋) 및 비결정질(리셋) 사이에서 변화되도록 VI족 칼코겐 원소들, IV족 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 상변화층들(720) 각각은 VI 족 칼코겐 원소들인 S, Se 또는 Te와 IV족 원소들 및 V족 원소들의 화합물로 형성될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 복수의 상변화층들(720)은 부도체층에 의해 둘러싸일 수 있다.
이 때, 복수의 상변화층들(720) 각각과 히터(710)의 접촉에 의한 접촉 저항은 복수의 상변화층들(720) 각각이 히터(710)와 접촉되는 접촉 면적과 반비례한다. 이에, 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(700)에서 복수의 상변화층들(720) 각각은 히터(710)와 접촉되는 스텝 영역(721)을 포함한다.
여기서, 스텝 영역(721)은 히터(710)와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위한 적어도 하나의 굴절 부분(722, 723)을 포함할 수 있다. 따라서, 스텝 영역(721)은 복수의 상변화층들(720) 각각의 전체 저항에 대해 복수의 상변화층들(720) 각각이 히터(710)와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 할 수 있다.
도면에는 스텝 영역(721)에 적어도 하나의 굴절 부분(722, 723)이 두 개 포함되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 적어도 하나의 굴절 부분(722, 723)이 스텝 영역(721)에 포함되는 개수는 히터(710)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 굴절 부분(722, 723)의 형상 역시 히터(710)와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 적응적으로 조절될 수 있다.
또한, 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리 소자(700)에서 복수의 상변화층들(720) 각각은 복수의 컨덕터들(730) 각각과 접촉되는 박막 영역(724)을 포함한다.
여기서, 박막 영역(724)은 복수의 상변화층들(720) 각각이 히터(710)에만 의해 히팅되고, 복수의 컨덕터들(730) 각각에 의해 복수의 상변화층들(720) 각각이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성될 수 있다.
이와 같이, 다른 일실시예에 따른 3차원 상변화 메모리(700)에서 복수의 상변화층들(720) 각각이 스텝 영역(721)을 포함하여 히터(710)와의 접촉 면적이 넓어짐으로써, 히터(220)와의 접촉에 의한 접촉 저항이 감소될 수 있으며, 복수의 상변화층들(720) 각각이 박막 영역(724)을 포함하여 복수의 컨덕터들(730) 각각에 의해 히팅되는 것이 방지됨으로써, 히터(710)에만 의해 히팅될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 접촉저항을 개선시킨 상변화 메모리 소자에 있어서,
    컨덕터(Conductor);
    히터(Heater); 및
    상기 컨덕터와 상기 히터 사이에 배치되어, 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는 상변화층(Phase Change Material; PCM)
    을 포함하고,
    상기 상변화층은
    상기 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함하는, 상변화 메모리 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 영역은
    상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함하는, 상변화 메모리 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 영역은
    상기 상변화층의 전체 저항에 대해 상기 상변화층이 상기 히터와 접촉되어 발생되는 접촉 저항이 차지하는 비율이 미리 설정된 기준값 이하가 되도록 적어도 하나의 굴절 부분을 포함하는, 상변화 메모리 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 개수는
    상기 히터와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 조절되는, 상변화 메모리 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상변화층은
    상기 컨덕터와 접촉되는 박막 영역을 포함하는, 상변화 메모리 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 박막 영역은
    상기 컨덕터에 의해 상기 상변화층이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성되는, 상변화 메모리 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상변화층은
    VI족 칼코겐 원소들, IV족 원소들 또는 V족 원소들 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성되는, 상변화 메모리 소자.
  8. 접촉저항을 개선시킨 3차원 상변화 메모리에 있어서,
    히터;
    상기 히터에 대해 수직 방향으로 연결되어, 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는 복수의 상변화층들; 및
    상기 복수의 상변화층들과 각각 연결되는 복수의 컨덕터들
    을 포함하고,
    상기 복수의 상변화층들 각각은
    상기 히터와 접촉되는 스텝 영역을 포함하는, 3차원 상변화 메모리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스텝 영역은
    상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함하는, 3차원 상변화 메모리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스텝 영역에 포함되는 적어도 하나의 굴절 부분의 개수는
    상기 히터와 접촉되고자 하는 접촉 면적에 기초하여 조절되는, 3차원 상변화 메모리.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 상변화층들 각각은
    상기 복수의 컨덕터들 각각과 접촉되는 박막 영역을 포함하는, 3차원 상변화 메모리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 박막 영역은
    상기 복수의 컨덕터들 각각에 의해 상기 복수의 상변화층들 각각이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성되는, 3차원 상변화 메모리.
  13. 컨덕터 및 히터를 포함하는 상변화 메모리 소자에서 이용되는 상변화층에 있어서,
    상기 히터와 접촉되는 스텝 영역; 및
    상기 컨덕터와 접촉되는 박막 영역
    을 포함하고,
    상기 상변화층은
    상기 스텝 영역과 접촉되는 상기 히터에 의해 공급되는 열에 따라 결정 상태가 변화되는, 상변화층.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스텝 영역은
    상기 히터와 접촉되는 접촉 면적을 넓히기 위하여 적어도 하나의 굴절 부분을 포함하는, 상변화층.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 박막 영역은
    상기 컨덕터에 의해 상기 상변화층이 히팅되는 것을 방지하기 위하여 미리 설정된 두께 이하로 형성되는, 상변화층.
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