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[국내논문] 상변화 메모리 소자 동작 특성에 미치는 열처리 온도 효과
Effect of Annealing Temperature on the Operation of Phase-Change Memory 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.19 no.2, 2010년, pp.155 - 160  

이승윤 (한밭대학교 신소재공학부) ,  박영삼 (한국전자통신연구원)

초록
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상변화 메모리 소자 제작 공정의 단위 스텝인 최종 열처리의 온도가 상변화 메모리 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) 박막활성 물질로 하는 기공(pore) 구조의 단위 상변화 메모리 소자를 제작하고, $160^{\circ}C$에서 $300^{\circ}C$까지의 온도 범위에서 최종 열처리를 실시하였다. 상변화 메모리 소자의 SET 저항에서 RESET 저항으로의 셀 저항 변화 양상은 최종 열처리 온도에 따라 큰 차이를 나타내었다. 정상적인 상변화 메모리 동작 특성을 얻을 수 있는 임계 열처리 온도가 존재하며, 열처리 온도가 그 온도에 비해 상대적으로 높거나 낮은 경우에는 소자가 오동작하거나 불안정하게 동작하는 것을 확인하였다. 이러한 열처리 온도의 효과는 열에너지에 따른 상부전극-GST 박막-발열층 다층 구조열적 안정성과 밀접한 관련이 있는 것으로 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of process temperature of a final annealing step in the fabrication of phase change memory (PCM) devices was investigated. Discrete PCM devices employing $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) films as an active element were made in a pore-style configuration, and they were annealed at various t...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 적용되는 공정 기술에 따라 상변화 메모리 소자의 성능은 크게 좌우되는데, 이제까지 공정 변수에 따른 소자 특성의 변화에 관한보고는 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 단위 상변화 메모리 소자의 최종 열처리 온도가 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. Ge2Sb2Te5 (GST) 칼코겐화물 합금을 상변화 메모리의 활성 물질로 하여 기공(pore) 구조의 단위 상변화 메모리 소자를 제작하고, 전류에 따른 저항 변화 특성을 측정하고 비교 분석 함으로써 최종 열처리 온도의 효과를 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상변화 메모리란 무엇인가? 상변화 메모리(phase-change memory)는 전류 또는 전압 펄스 입력에 따라 발생하는 줄(Joule) 열에 의하여 상변화 재료의 상이 결정과 비정질 간에 가역적으로 변이하는 성질을 이용하는 비휘발성 메모리이다. 우수한 스케일링(scaling) 특성 때문에 상변화 메모리는 자기 메모리 [1], 고체 전해질 메모리 [2] 등과 함께 장차 플로팅(floating) 게이트 기반의 비휘발성 메모리를 대체할 것으로 예상되는 후보 중의 하나이다.
상변화 재료는 결정구조에 따라 어떤 것을 갖는가? 상변화 메모리의 활성 물질(active element)에 해당되는 상변화 재료는 주기율표상의 IVA족부터 VIA 족까지에 해당 되는 원소들로 구성된다. S, Se, Te 등의 칼코겐(chalcogen) 원소를 포함하는 칼코겐화물(chalcogenide)이 대표적인 상변화 재료이며, 이러한 상변화 재료는 결정구조에 따라 비정질 또는 결정상을 가진다. 각 상에 따라 광학적 반사도 및 전기 저항이 다르기 때문에 상변화 재료는 광학 저장 매체나 메모리의 구성 요소로 응용이 가능하다.
우수한 성능의 상변화 메모리 구현을 위해서 어떤 기술적인 접근이 필요한가? 우수한 성능의 상변화 메모리 구현을 위해서는 다음과 같은 기술적인 접근이 필요하다. 첫째, 비정질 상을 얻는데 필요한 전류 펄스의 진폭을 작게 하여 상변화 메모리 소자의 소모 전력을 감소시켜야 한다. 이미 널리 사용되고 있는 플로팅 게이트 기반 메모리의 구동 전류와 비교할 때 상변화 메모리의 전류 펄스 진폭은 매우 크기 때문에 그 해결 방안으로 신규 재료를 도입하거나 소자 구조 및 구동 회로 설계를 최적화하는 방법 등이 고려되고 있다. 둘째, 결정상을 얻는데 필요한 전류 펄스의 지속 시간을 줄여서 상변화 메모리 소자의 동작속도를 높여야 한다. 단, 지속 시간이 너무 단축되면 결정상이 안정적으로 얻어지지 않으므로 결정화 유도 펄스를 정교하게 조절하는 작업이 병행되어야 한다. 셋째, 상변화 메모리 소자의 신뢰성(reliability)을 확보하여야 한다. 신뢰성이란 특정 조건에서 그 소자의 기능이 정상적으로 동작하는 능력을 의미하는데, 상변화 메모리에 있어서 소자 신뢰성은 소자 제작 공정과 밀접한 관련이 있다고 알려져 있다 [3].
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참고문헌 (7)

  1. 정성웅, 김현정, 정수옥, 전자공학회지 34, 817 (2007). 

  2. 박영삼, 이승윤, 윤성민, 정순원, 유병곤, 한국진공학회지 17, 253 (2008). 

  3. A. Pirovano, A. Redaelli, F. Pellizzer, F. Ottogalli, M. Tosi, D. Ielmini, A. L. Lacaita, and R. Bez, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 4, 422 (2004). 

  4. N. Yamada, K. Nishiuchi, S. Sanai, K. Nagata, M. Takao, and N. Akahira, National Technical Report, Matsushita Electric Industry Co. 35, 110 (1989). 

  5. S.-Y. Lee, S.-M. Yoon, Y.-S. Park, B.-G. Yu, S.-H. Kim, and S.-H. Lee, J. Vac. Sci. Technol. B, 25, 1244 (2007). 

  6. S.-M. Yoon, K.-J. Choi, N.-Y. Lee, S.-Y. Lee, Y.-S. Park, and B.-G. Yu, Appl. Surf. Sci. 254, 316 (2007). 

  7. S.-Y. Lee, Y. S. Park, S.-M. Yoon, S.-W. Jung, and B.-G. Yu, J. Electrochem. Soc. 155, H314 (2004). 

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