KR20180029353A - phase change device having chalcogenide-nonconductor nanocomposite material thin film and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a phase change device using phase change characteristics of a chalcogenide and a manufacturing method thereof. Especially, the present invention relates to a phase change device having reduced power necessary for changing a phase of a chalcogenide due to Joule heating promoting properties of a nanocomposite material thin film combining the chalcogenide and a nonconductor. Furthermore, the present invention relates to a method for forming a chalcogenide-nonconductor nanocomposite material thin film by using spin coating of a nonconductor particle and reflow properties of the chalcogenide.

Description

칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자 및 그 제조방법{phase change device having chalcogenide-nonconductor nanocomposite material thin film and method of manufacturing the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a phase change device including a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film and a method of manufacturing the same.

본 발명은 칼코겐화물과 비전도체를 조합한 나노복합소재 박막의 줄 발열 촉진 특성을 이용하여 칼코겐화물의 상변화에 필요한 전력을 보다 감소시킬 수 있는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film capable of further reducing the power required for phase change of chalcogenide by utilizing the property of accelerating the heat generation of the nanocomposite material comprising a chalcogenide and a nonconductive material And a method of manufacturing the same.

상변화 소자는 상변화 특성을 갖는 칼코겐화물을 활성 물질(active material)로 하여 정보를 저장하거나 프로그래머블 로직 디바이스(programmable logic device) 내에 스위치 동작을 하는 소자로서, 칼코겐화물이 결정질 또는 비정질인 경우의 가역적인 상변화에 의한 광학적 반사율 차이를 이용하는 CD-RW, DVD-RW 등의 재기록 광학 디스크(rewritable optical disc)로 이미 상용화되었다.The phase-change element is a device that stores information by using a chalcogenide having a phase-change characteristic as an active material or performs a switch operation in a programmable logic device. When the chalcogenide is crystalline or amorphous Such as CD-RW and DVD-RW, which utilize the difference in optical reflectance due to the reversible phase change of the optical disc.

상변화 칼코겐화물은 상기한 반사율 이외에도 결정질인 경우 비정질에 비해서 전기저항률(resistivity)이 낮고, 미세구조에 따른 저항률의 차이가 105배에 이를 정도로 큰 특성을 가지고 있으며, 이러한 전기적 특성을 응용한 상변화 전자소자(상변화 메모리 소자, 상변화 스위치 소자)를 상용화하고자 하는 추세이다.In addition to the above-mentioned reflectance, the phase-change chalcogenide has a resistivity lower than that of amorphous in crystalline state and has a characteristic such that the difference in resistivity according to the microstructure is as large as 10 5 times. Phase-change electronic devices (phase-change memory elements, phase-change switch elements).

향후 플래시 메모리를 대체할 후보 중의 하나인 상변화 메모리 소자는 게이트 산화막을 포함하는 MOS 트랜지스터를 기반으로 하는 플래쉬 메모리에 비해 스위칭 속도가 빠르고 스케일링에 의한 고집적화가 가능하며 고 에너지 입자에 대한 월등한 내 방사성 특성을 가지고 있고, 상변화 스위치 소자는 프로그래머블 로직 디바이스 내에서 사용자의 프로그래밍에 따라 로직 블록과 배선을 연결하거나 차단하는 기능을 수행하는 핵심 구성요소로서 주목받고 있다.The phase-change memory device, which is one of candidates to replace flash memory in the future, has a faster switching speed and higher integration by scaling than a flash memory based on a MOS transistor including a gate oxide film, And a phase-change switch element is attracting attention as a key component that performs a function of connecting or disconnecting a logic block and a wiring according to a user's programming in a programmable logic device.

이러한 상변화 메모리 소자와 상변화 스위치 소자를 상용화하기 위해서는 상변화 칼코겐화물의 비정질 안정성을 향상시키고 상변화를 유도하는데 필요한 전력을 감소시키는 것이 중요하며, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.In order to commercialize such a phase-change memory element and a phase-change switch element, it is important to improve the amorphous stability of the phase-change chalcogenide and to reduce the power required to induce the phase change, and a lot of research has been conducted thereon.

상변화를 유도하는데 필요한 전력을 감소시키는 방법으로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0111469호(특허문헌 1)는 유전체막에 의한 콘택저항을 증가시킬 수 있는 상변환기억 소자의 형성방법에 관한 기술을 개시한다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1019989호(특허문헌 2)는 상변화 물질로 게르마늄-안티몬/게르마늄-안티몬-텔레늄(GeSb/GeSbTe) 이중막을 사용함으로서 높은 리텐션(retention)특성과 낮은 동작전류를 구현할 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 기술을 개시한다.As a method of reducing the power required to induce a phase change, Korean Patent Laid-Open No. 10-2005-0111469 (Patent Document 1) discloses a method of forming a phase-change memory element capable of increasing contact resistance by a dielectric film Technology. In addition, Korean Patent Publication No. 10-1019989 (Patent Document 2) discloses that a high-retention property and a low operation property are obtained by using a germanium-antimony / germanium-antimony-tellurium (GeSb / GeSbTe) A phase change memory element capable of realizing a current and a method for manufacturing the same.

전술한 종래 기술에서 제시하는 상변화 소자는 공정이 복잡하며, 상변환 물질막 자체의 콘택저항을 높이는 데 한계가 있기 때문에 고집적 상변환 소자를 제조하기 어려운 문제점이 있다.The phase change device disclosed in the above-described prior art has a complicated process and has a limitation in increasing the contact resistance of the phase change material film itself, so that it is difficult to manufacture a high integration phase conversion device.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0111469호(2005.11.25. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2005-0111469 (published on November 25, 2005) 대한민국 등록특허공보 제10-1019989호(2010.04.29. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1019989 (registered on April 29, 2010)

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성 물질로서 칼코겐화물이 단독으로 사용되는 것에 비해 비정질 안정성이 향상되고, 상변화를 유도하는데 필요한 전력을 감소시킬 수 있는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a chalcogenide compound having improved amorphous stability and reduced power required to induce phase change, The present invention provides a phase-change element including a cargo-nonconductive nanocomposite thin film and a manufacturing method thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상부에 형성된 제 1전극;According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode formed on a substrate;

상기 제 1전극 상부에 형성된 절연막;An insulating film formed on the first electrode;

상기 절연막 내에 형성된 발열층;A heat generating layer formed in the insulating film;

상기 발열층과 접촉하도록 형성된 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층; 및A chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer formed in contact with the heating layer; And

상기 나노복합소재 박막층 상부에 형성된 제 2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자를 제공한다.And a second electrode formed on the nanocomposite thin film layer, wherein the nanocomposite nanocomposite thin film comprises a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film.

상기 제 1전극은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것일 수 있다.The first electrode may be made of a metal material or a compound containing a metal element.

상기 발열층의 폭은 0.5㎛ 이하인 것일 수 있다.The width of the heating layer may be 0.5 탆 or less.

상기 발열층의 저항값은 20×103 ohm 이하인 것일 수 있다.The resistance value of the heating layer may be 20 x 10 < 3 > ohm or less.

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 구성하는 칼코겐화물은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The chalcogenide constituting the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer may be at least one of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSbSe, and the like.

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 구성하는 비전도체는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The nonconductive material constituting the thin film layer of the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material may include ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge, SiGe, And the like.

상기 제 2전극은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것일 수 있다.The second electrode may be made of a metal material or a compound containing a metal element.

또한, 본 발명은 기판 상부에 제 1전극을 형성하는 제 1단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first electrode on a substrate;

상기 제 1전극 상부에 절연막을 증착하는 제 2단계;A second step of depositing an insulating film on the first electrode;

상기 절연막을 건식 식각하여 제 1전극을 노출시키는 컨택 홀을 형성하는 제 3단계;Forming a contact hole exposing the first electrode by dry etching the insulating film;

상기 컨택 홀 내에 발열층을 형성하는 제 4단계;A fourth step of forming a heating layer in the contact hole;

상기 발열층이 형성된 절연막 전체 상부를 덮도록 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 형성하는 제 5단계; 및A fifth step of forming a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer so as to cover the entire upper surface of the insulating layer having the heating layer; And

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층 상부에 제 2전극을 증착하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법을 제공한다.And a sixth step of depositing a second electrode on the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer. The method for manufacturing a phase change device according to claim 1, wherein the chalcogenide- to provide.

상기 제 5단계의 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층은 비전도체 입자가 포함된 콜로이드를 스핀코팅 및 열처리한 후, 칼코겐화물 박막을 증착하여 제조되는 것일 수 있다.The chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer of the fifth step may be prepared by spin-coating and heat-treating a colloid containing nonconductive particles and then depositing a chalcogenide thin film.

상기 비전도체 입자는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The nonconductive particles may be one selected from the group consisting of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge, SiGe, GaAs and InP.

상기 칼코겐화물은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The chalcogenide may be one selected from the group consisting of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe and GaSbSe.

상기 칼코겐화물 박막 증착 후, 450℃ 이하의 온도범위에서 리플로우를 위한 열처리를 진행하는 것일 수 있다.After the deposition of the chalcogenide thin film, a heat treatment for reflow may be performed in a temperature range of 450 ° C or lower.

본 발명에 따른 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자는 나노복합소재 박막에 의한 비정질 안정성 향상을 이용하여 상변화 소자의 기록유지 시간을 연장하는 데에 효과가 있다.The phase change device including the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film according to the present invention is effective in prolonging the recording retention time of the phase change device by using amorphous stability improvement by the nanocomposite material thin film.

또한, 본 발명은 나노복합소재 박막에 의한 줄 발열 촉진 특성을 이용하여 상변화 소자의 소모 전력을 감소시키는 데에 효과가 있다.Further, the present invention is effective in reducing the power consumption of the phase-change element by utilizing the property of accelerating the heat generation by the nanocomposite material thin film.

도 1은 본 발명에 따른 상변화 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막의 제조방법에 관한 각 공정별 단면도를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 상변화 소자의 제조방법에 관한 각 공정별 단면도를 순차적으로 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a phase-change element according to the present invention.
2 is a plan view of a chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a process for producing a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film according to the present invention.
5 is a view sequentially showing cross-sectional views of respective steps of the method for manufacturing a phase-change element according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail, and a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상부에 형성된 제 1전극(100);According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode formed on a substrate;

상기 제 1전극 상부에 형성된 절연막(200);An insulating layer 200 formed on the first electrode;

상기 절연막 내에 형성된 발열층(300);A heating layer 300 formed in the insulating layer;

상기 발열층과 접촉하도록 형성된 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400); 및A chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 formed in contact with the heating layer; And

상기 나노복합소재 박막층 상부에 형성된 제 2전극(500);을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자를 제공한다.And a second electrode (500) formed on the nanocomposite thin film layer, wherein the nanocomposite nanocomposite thin film comprises a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film.

상기 제 1전극(100)은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것일 수 있다.The first electrode 100 may be made of a metal material or a compound containing a metal element.

보다 구체적으로, 상기 제 1전극(100)은 발열층(300)과 ohmic 접촉하여 발열층(300)을 통하여 흐르는 전류의 흐름을 원활하게 하는 것으로서, 전기전도도가 높고, 발열층(300)과의 접촉에서 화학적으로 안정한 특성을 갖는 Al, Cu, W, Ti 등의 순수 금속을 사용하거나 또는 Al, Cu, W, Ti 등의 금속원소를 포함하는 화합물 또는 합금을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. More specifically, the first electrode 100 is in ohmic contact with the heating layer 300 to smooth the flow of current flowing through the heating layer 300. The first electrode 100 has high electrical conductivity, It is preferable to use a pure metal such as Al, Cu, W, or Ti having chemically stable characteristics in contact or a compound or alloy containing a metal element such as Al, Cu, W or Ti.

상기 절연막(200)은 제 1전극(100)의 상부 및 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400) 하부에 형성되어 나노복합소재 박막층(400)과 제 1전극(100)의 직접 접촉에 의한 단락을 방지하는 층으로서, 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물 등의 전기저항률이 큰 부도체로 이루어진 것일 수 있다.The insulating layer 200 is formed on the upper portion of the first electrode 100 and the lower portion of the chalcogenide nonconductive nanocomposite thin film layer 400 so as to be in direct contact with the nanocomposite thin film layer 400 and the first electrode 100 And may be made of a nonconductive material having a high electrical resistivity such as silicon oxide or silicon nitride.

또한, 상기 절연막(200)은 발열층(300)의 측면을 둘러싸서 발열층(300)의 상부가 나노복합소재 박막층(400)과 전기적으로 연결되고, 발열층(300)의 하부가 제 1전극(100)과 전기적으로 연결되도록 하는 것일 수 있다.The insulating layer 200 surrounds the side surface of the heating layer 300 so that the upper portion of the heating layer 300 is electrically connected to the nanocomposite thin film layer 400 and the lower portion of the heating layer 300 is electrically connected to the first electrode (Not shown).

상기 발열층(300)의 폭은 0.5㎛ 이하인 것일 수 있다. The width of the heating layer 300 may be 0.5 μm or less.

보다 구체적으로, 상기 발열층(300)과 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)이 접촉하는 계면의 면적이 작을수록 발열층(300)의 저항 성분 및 줄 열이 증가하여 칼코겐화물(410)의 상변화가 원활하게 진행되므로, 발열층(300)의 폭은 0.5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 0.5㎛를 초과하는 경우에는 발생하는 줄 열이 감소하여 칼코겐화물(410)의 상변화에 필요한 전력이 증가하는 문제점이 있다.More specifically, the smaller the area of the interface between the heating layer 300 and the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 is, the more the resistance component of the heating layer 300 and the heat resistance of the heating layer 300 are increased. The width of the heating layer 300 is preferably 0.5 μm or less, and when the thickness of the heating layer 300 is more than 0.5 μm, There is a problem that the power required for the phase change increases.

상기 발열층(300)은 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)의 하부에 위치하는 층으로서, 그 내부에 전류가 흐를 때 전류의 제곱 및 저항의 곱(I2R)에 비례하여 발생하는 줄 열(joule heat)을 발열층(300)과 접촉하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)에 전달함으로써 칼코겐화물(410)의 상변화를 촉진한다.The heating layer 300 is a layer located under the chalcogenide-nonselectroconductive nanocomposite thin film layer 400. When the current flows in the layer, the current is squared and proportional to the product of resistance (I 2 R) And transfers the generated joule heat to the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 in contact with the heating layer 300 to promote the phase change of the chalcogenide 410.

상기 발열층(300)은 제 1전극(100) 구성 물질에 비해 상대적으로 전기저항률이 큰 TiN, TaN, Si, SiGe. SiGeSb 등의 소재로 제작되는 것일 수 있다. 전자전도체의 경우 전기저항률이 클수록 열전도도가 작기 때문에 전기저항률이 큰 소재를 사용하면 줄 발열(joule heating)에 의해 발생한 열이 발열층(300) 및 제 1전극(100)을 통해 소실(dissipation)되지 않기 때문에 칼코겐화물(410)의 상변화가 더욱 촉진될 수 있다. The heating layer 300 may be formed of TiN, TaN, Si, or SiGe having a relatively high electrical resistivity as compared with the material of the first electrode 100. SiGeSb, or the like. In the case of an electron conductor, the larger the electrical resistivity, the smaller the thermal conductivity. Therefore, when a material having a high electrical resistivity is used, the heat generated by the joule heating dissipates through the heating layer 300 and the first electrode 100, The phase change of the chalcogenide 410 can be further promoted.

상기 발열층(300)의 저항값은 20×103 ohm 이하인 것일 수 있다.The resistance value of the heating layer 300 may be 20 x 10 3 ohm or less.

보다 구체적으로, 발열층(300) 및 제 1전극(100)을 통해 소실되는 줄 열은 발열층(300)의 폭이 작을수록, 즉, 발열층(300)의 저항이 클수록 더 감소하지만, 수직 방향으로의 발열층(300)의 저항값이 20×103 ohm를 초과하는 경우에는 칼코겐화물(410)의 상변화를 유발하는데 필요한 전류가 충분히 흐르지 못하는 문제점이 있다.More specifically, as the width of the heating layer 300 decreases, that is, as the resistance of the heating layer 300 becomes larger, the line heat lost through the heating layer 300 and the first electrode 100 is further reduced, The current required for causing the phase change of the chalcogenide 410 does not sufficiently flow when the resistance value of the heat generating layer 300 in the direction of the chalcogenide 410 is more than 20 x 10 3 ohm.

이러한 발열층(300)을 구성하는 소재의 저항이 칼코겐화물(410)의 상변화 거동에 미치는 효과는 Journal of Non-Crystalline Solids 358 (2012) 2405-2408에 잘 기술되어 있다. The effect of the resistance of the material constituting the heating layer 300 on the phase change behavior of the chalcogenide 410 is well described in Journal of Non-Crystalline Solids 358 (2012) 2405-2408.

칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)은 상변화 소자의 활성 물질로, 비정질과 결정질 간에 가역적으로 상이 변화하는 특성을 갖는 칼코겐화물 매질과 반도체 또는 부도체 특성을 갖는 비전도체 분산 상(dispersed phase)을 조합하여 제조되는 것일 수 있다.The chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film layer 400 is an active material of the phase-change device. The chalcogenide material is a chalcogenide material having a property of reversibly changing the phase between amorphous and crystalline materials and a nonconductive material dispersed phase a dispersed phase, and the like.

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 구성하는 칼코겐화물(410)은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The chalcogenide 410 constituting the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 may be at least one selected from the group consisting of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe, and GaSbSe.

칼코겐화물(410)은 ⅥA 족에 해당하는 칼코겐 원소인 S, Se 또는 Te를 포함하는 화합물 또는 합금 소재로, 그 일부는 비정질과 결정질 간에 가역적으로 상이 변화하는 특성을 가지고 있으며, 결정질과 비정질 상은 서로 다른 전기저항률을 갖는다. 대표적인 상변화 칼코겐화물(410)인 GeSbTe 박막은 결정질과 비정질의 저항 차이가 약 105배 이상이다. 상변화 칼코겐화물(410)은 일반적인 고체재료와는 다르게 인가되는 에너지의 크기 및 지속시간에 따라 미세구조가 결정질에서 비정질로 또는 비정질에서 결정질로 가역적으로 변하는 상변화 거동을 보이며, 결정구조에 의존하는 전기저항률의 차이를 이용하여 2진 정보(binary information)를 기록하고 읽는 기능을 하는 비휘발성 메모리를 제조한다. The chalcogenide (410) is a compound or alloy material containing S, Se or Te, which is a chalcogen element corresponding to the VIA group. Part of the chalcogenide (410) is reversibly changed in phase between amorphous and crystalline, The phases have different electrical resistivities. The GeSbTe thin film, which is a typical phase-change chalcogenide 410, has a difference in resistance between crystalline and amorphous about 10 5 times or more. The phase change chalcogenide 410 exhibits a phase change behavior in which the microstructure reversibly changes from crystalline to amorphous or from amorphous to crystalline depending on the magnitude and duration of energy applied unlike a typical solid material, A nonvolatile memory having a function of recording and reading binary information is manufactured using the difference in electric resistivity.

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 구성하는 비전도체(420)는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The nonconductive material 420 constituting the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film layer 400 may be at least one selected from the group consisting of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge , SiGe, GaAs, and InP.

비전도체 분산 상으로는 금속 및 금속 원소를 포함하는 합금에 비해 전기전도도가 낮은 반도체 또는 부도체인 비전도체 재질이면 특별히 한정하는 것은 아니다.The nonconductive dispersed phase is not particularly limited as long as it is a nonconductive material which is a semiconductor or a nonconductive material having a lower electric conductivity than an alloy containing a metal and a metal element.

비전도체 분산 상의 입자 크기는 칼코겐화물 매질 내에 비전도체 분산 상이 위치함으로써 활성 물질의 전기전도도 및 열전도도가 충분히 감소되어 상변화 소자의 소모 전력을 감소시키는 효과가 나타나기 위하여 수십 나노 또는 마이크로 미터 크기인 것이 바람직하다.The particle size of the nonconductive dispersed phase is such that the electric conductivity and thermal conductivity of the active material are sufficiently reduced by the presence of the nonconductive dispersed phase in the chalcogenide medium to reduce the power consumption of the phase- .

상기 제 2전극(500)은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것일 수 있다.The second electrode 500 may be made of a metal material or a compound containing a metal element.

상기 제 2전극(500)은 제 1전극(100)과 동일한 물질로 이루어진 것일 수 있으며, 보다 구체적으로, 전류의 흐름을 원활하게 하는 전기전도도가 높고, 화학적으로 안정한 특성을 갖는 Al, Cu, W, Ti 등의 순수 금속을 사용하거나 또는 Al, Cu, W, Ti 등의 금속원소를 포함하는 화합물 또는 합금을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. The second electrode 500 may be made of the same material as that of the first electrode 100. More specifically, the second electrode 500 may be made of Al, Cu, or W having high electrical conductivity and chemically stable characteristics , Ti, or the like, or a compound or alloy containing a metal element such as Al, Cu, W, Ti, or the like.

또한, 본 발명은 기판 상부에 제 1전극(100)을 형성하는 제 1단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: forming a first electrode on a substrate;

상기 제 1전극(100) 상부에 절연막(200)을 증착하는 제 2단계;A second step of depositing an insulating layer (200) on the first electrode (100);

상기 절연막(200)을 건식 식각하여 제 1전극(100)을 노출시키는 컨택 홀(210)을 형성하는 제 3단계;A third step of dry-etching the insulating layer 200 to form a contact hole 210 exposing the first electrode 100;

상기 컨택 홀(210) 내에 발열층(300)을 형성하는 제 4단계;A fourth step of forming a heating layer 300 in the contact hole 210;

상기 발열층(300)이 형성된 절연막(200) 전체 상부를 덮도록 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 형성하는 제 5단계; 및A fifth step of forming a chalcogenide / nonconductive nanocomposite thin film layer 400 so as to cover the entire upper surface of the insulating layer 200 on which the heating layer 300 is formed; And

상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400) 상부에 제 2전극(500)을 증착하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법을 제공한다.And a sixth step of depositing a second electrode (500) on the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer (400). The chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer A method of manufacturing a variable element is provided.

상기 제 5단계의 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)은 비전도체 입자(420)가 포함된 콜로이드를 스핀코팅 및 열처리한 후, 칼코겐화물(410) 박막을 증착하여 제조되는 것일 수 있다.The chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 of the fifth step is prepared by spin-coating and heat-treating a colloid containing nonconductive particles 420 and then depositing a thin film of chalcogenide 410 .

상기 비전도체 입자(420)는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The nonconductive particles 420 may be one selected from the group consisting of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge, SiGe, GaAs, .

상기 칼코겐화물(410)은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.The chalcogenide 410 is one kind selected from the group consisting of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe and GaSbSe .

보다 구체적으로, 상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)은 기판(600) 위에 나노 또는 마이크로 미터 크기의 비전도체 입자(420)가 포함된 콜로이드를 스핀코팅하고 열처리하여 콜로이드 분산매를 증발시키고 기판 위에 비전도체 입자(420)만 잔류시켜 제조되는 것일 수 있다.More specifically, the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 is formed by spin-coating and heat-treating a colloid containing nano- or micrometer-sized nonconductive particles 420 on a substrate 600 to evaporate the colloidal dispersion medium And leaving only the nonconductive particles 420 on the substrate.

상기 콜로이드는 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 또는 트리프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르(tripropylene glycol mono methyl ether; TPM) 등의 분산매에 비전도체 입자(420)를 분산시켜 제조된 것일 수 있으며, 상기 콜로이드 내에 분산된 비전도체 입자의 무게 백분율(weight percent)은 특별히 한정하지는 않으나, 20% 내지 50%인 것이 바람직하다. 상기 콜로이드 내에 분산된 비전도체 입자(420)의 무게 백분율이 20% 미만이면 비전도체 입자(420)에 비해 과한 양의 분산매가 사용되어 경제적이지 못한 문제가 있으며, 50%를 초과하는 경우 경우에는 침전이 일어나 분산 안정성을 잃어버리는 문제점이 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다. The colloid may be one prepared by dispersing the nonconductive particles 420 in a dispersion medium such as ethylene glycol or tripropylene glycol mono methyl ether (TPM) The weight percent of the conductor particles is not particularly limited, but is preferably 20% to 50%. If the weight percentage of the nonconductive particles 420 dispersed in the colloid is less than 20%, there is a problem that an excessive amount of dispersion medium is used compared to the nonconductive particles 420, which is not economical. When the weight percentage exceeds 50% And there is a problem that dispersion stability is lost. Therefore, it is preferable to maintain the above range.

또한, 상기 스핀코팅은 콜로이드를 기판에 도포하는 단계, 콜로이드를 기판 위에 고르게 코팅하는 단계로 진행하며, 도포 단계에 비해 코팅하는 단계의 회전속도가 빠르고 시간이 보다 길게 소요된다.In addition, the spin coating proceeds to a step of applying the colloid to the substrate and a step of uniformly coating the colloid on the substrate, and the rotation speed of the coating step is faster than the coating step and takes longer time.

상기 스핀코팅은 회전속도 500~8000 rpm에서 진행하는 것일 수 있다.The spin coating may be conducted at a rotational speed of 500 to 8000 rpm.

보다 구체적으로, 상기 스핀코팅이 회전속도 500rpm 미만에서 진행되는 경우에는 비전도체 입자(420) 코팅층의 균일성이 떨어지는 문제가 있고, 8000rpm 초과에서 진행되는 경우에는 코팅되는 비전도체 입자(420)의 양이 너무 적고 코팅층이 얇아지는 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.More specifically, when the spin coating is conducted at a rotational speed of less than 500 rpm, the uniformity of the coating layer of the nonconductive particles 420 deteriorates. When the spin coating proceeds at more than 8000 rpm, the amount of the non- Is too small and there is a problem that the coating layer becomes thin, it is preferable to keep the above range.

또한, 상기 스핀코팅은 30초 내지 10분의 시간 범위로 진행하는 것일 수 있으며, 30초 미만인 경우에는 비전도체 입자(420) 코팅층의 형성이 저하되는 문제가 있으며, 10분 초과인 경우에는 비전도체 입자(420) 코팅층의 균일성이 떨어지는 문제점이 있으므로 상기의 범위를 유지하는 것이 좋다.The spin coating may proceed in a time range of 30 seconds to 10 minutes, and if it is less than 30 seconds, the formation of the coating layer of the nonconductive particles 420 may be deteriorated. If the coating time is longer than 10 minutes, There is a problem that the uniformity of the coating layer of the particles 420 deteriorates. Therefore, it is preferable to maintain the above range.

상기 열처리는 반응온도를 50~150℃로 하여 진행하는 것일 수 있다.The heat treatment may be carried out at a reaction temperature of 50 to 150 ° C.

보다 구체적으로, 스핀코팅이 완료된 후 50℃에서 150℃까지의 온도 범위에서 2초에서 10분까지의 시간 범위로 열처리를 진행하여 분산매를 증발시키는 것일 수 있으며, 열처리 온도가 50℃를 미만인 경우에는 분산매의 증발이 충분히 이루어지지 않는 문제가 있으며, 150℃ 초과인 경우에는 비전도체 입자층(420)의 분해(decomposition)가 일어나는 문제점이 있으므로 상기의 범위를 유지하는 것이 좋다. 또한, 열처리를 2초 미만으로 진행하는 경우에는 분산매의 충분한 증발이 이루어지지 않아 불균일한 입자층을 형성하는 문제가 있으며, 10분을 초과하는 경우에는 원하는 비전도체 입자층(420)과는 다른 상의 물질이 만들어지는 문제점이 있으므로 상기의 범위를 유지하는 것이 좋다.More specifically, after spin coating is completed, the dispersion medium may be evaporated by performing heat treatment in a temperature range of 50 ° C to 150 ° C for 2 seconds to 10 minutes, and when the heat treatment temperature is less than 50 ° C There is a problem that evaporation of the dispersion medium is not sufficiently carried out. When the temperature exceeds 150 ° C, decomposition of the nonconductive particle layer 420 occurs. When the heat treatment is carried out for less than 2 seconds, the dispersion medium is not sufficiently evaporated to form a heterogeneous particle layer. When the heat treatment is performed for more than 10 minutes, a phase different from the desired nonconductive particle layer 420 Because there is a problem to be made, it is good to keep the above range.

콜로이드 내에서의 비전도체 입자(420)의 농도, 스핀코팅 속도 및 스핀코팅 시간 및 분산매 증발 온도를 변화시킴으로써 칼코겐화물(410) 매질 내에 분포하게 될 비전도체 분산 상의 거리를 조절하며, 이에 따라 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)의 상변화 거동을 제어할 수 있다.By varying the concentration of the nonconductive particles 420 in the colloid, the spin-coating rate and the spin-coating time, and the evaporation temperature of the disperse media, the distance of the nonconductive dispersions to be distributed in the chalcogenide 410 medium is controlled, It is possible to control the phase change behavior of the nano composite thin film layer 400 of the cogenitride-nonconductive material.

상기 칼코겐화물(410) 박막은 스퍼터 증착을 이용하여 전체 상부에 형성되며, 스퍼터 증착을 위해 20 sccm까지의 유량 범위에서 Ar 기체를 주입하여 10×10-3 torr까지의 증착 압력을 유지하고, 칼코겐화물(410)로 구성된 음극 타겟에 20Ｗ에서 150Ｗ까지의 범위에서 전력을 인가하여 제조되는 것일 수 있다.The chalcogenide (410) thin film is formed on the entire upper surface using sputter deposition, and Ar gas is injected in a flow rate range of up to 20 sccm for sputter deposition to maintain a deposition pressure of up to 10 × 10 -3 torr, And the cathode target made of the chalcogenide 410 in the range of 20W to 150W.

상기 증착은 유량범위를 0.2~20 sccm으로 하여 진행하는 것일 수 있다.The deposition may be performed at a flow rate of 0.2 to 20 sccm.

보다 구체적으로, 0.2 sccm 미만의 유량범위에서 증착을 진행할 경우에는 증착 속도가 너무 느려지는 문제가 있으며, 20 sccm을 초과하는 경우에는 증착 속도가 빨라 제 1전극(100) 상부에 효율적인 증착이 이루어지지 않는 문제가 있으므로 상기의 범위를 유지하는 것이 바람직하다. More specifically, when the deposition is performed in a flow rate range of less than 0.2 sccm, the deposition rate is too slow. When the deposition rate is more than 20 sccm, the deposition rate is fast and efficient deposition is performed on the first electrode 100 It is preferable to maintain the above range.

상기 증착은 1×10-3 내지 10×10-3 torr의 압력에서 진행하는 것일 수 있다.The deposition may be conducted at a pressure of 1 x 10-3 to 10 x 10-3 torr.

보다 구체적으로, 1×10-3 torr 미만의 압력에서 증착을 진행할 경우에는 상기 박막이 형성되지 않는 문제가 있으며, 10×10-3 torr를 초과하는 압력에서 증착을 진행하는 경우에는 분출 속도가 증가하여 목적하는 부분에 직접적인 증착이 이루어지지 않는 문제점이 있으므로 상기의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.More specifically, when the deposition is performed at a pressure of less than 1 x 10-3 torr, the thin film is not formed. When the deposition is performed at a pressure exceeding 10 x 10-3 torr, And there is a problem that direct deposition is not performed on a desired portion. Therefore, it is desirable to maintain the above range.

상기 칼코겐화물(410)로 구성된 음극 타겟에 인가하는 전력의 크기가 20Ｗ 미만인 경우 충분한 스퍼터링이 일어나지 않는 문제가 있고, 150Ｗ를 초과하는 경우는 증착속도가 크게 증가하여 칼코겐화물(410)의 두께를 제어하기 어려운 문제점이 있으므로, 상기의 범위가 바람직하다.When the power applied to the negative electrode target made of the chalcogenide 410 is less than 20 W, sufficient sputtering does not occur. When the power exceeds 150 W, the deposition rate is greatly increased and the thickness of the chalcogenide 410 The above-described range is preferable.

또한, 상기 칼코겐화물(410) 박막은 TDMAGe, DIPTe 등의 칼코겐화물 전구체(precursor)를 450℃ 이하의 온도에서 분해시켜 박막을 형성하는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 또는 원자층증착(atomic layer deposition)을 이용하여 형성할 수 있다.The chalcogenide thin film 410 may be formed by chemical vapor deposition or atomic deposition to form a thin film by decomposing a chalcogenide precursor such as TDMAGe or DIPTe at a temperature of 450 ° C or lower. layer deposition).

상기 칼코겐화물(410) 박막 증착 후, 450℃ 이하의 온도범위에서 리플로우(reflow)를 위한 열처리를 진행하는 것일 수 있다.After the thin film deposition of the chalcogenide 410, a heat treatment for reflowing may be performed in a temperature range of 450 ° C or less.

보다 구체적으로, 450℃를 초과하는 온도범위에서 리플로우를 위한 열처리를 진행하는 경우에는 리플로우 실시 전에 형성된 물질들(예를 들어 제 1전극(100))의 물성 변화를 일으키는 문제점이 있으므로, 450℃ 이하의 온도범위에서 진행하는 것이 바람직하다.More specifically, when the heat treatment for reflow is carried out in a temperature range exceeding 450 캜, there is a problem of causing a change in physical properties of the materials (for example, the first electrode 100) formed before the reflow process, Deg.] C or less.

열처리를 실시하여 리플로우에 의해 칼코겐화물(410) 박막이 비전도체 입자(420) 사이의 빈 공간(void)을 채움으로써 칼코겐화물 매질 및 비전도체 분산 상으로 구성되는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)이 완성된다.A chalcogenide-nonconductor composed of a chalcogenide medium and a nonconductive dispersed phase is formed by reflowing to form a chalcogenide (410) thin film by filling the vacant space between the nonconductive particles (420) The nanocomposite thin film layer 400 is completed.

상변화 칼코겐화물을 상온에서 스퍼터 증착으로 형성하면 비정질(amorphous) 상을 갖는다. 비정질 상은 액체 상과 유사하게 녹는점 이하의 온도에서도 점성 유동(viscous flow)에 의한 유동이 가능하므로 상온 이상의 온도에서 열처리를 실시하면 리플로우에 의해 유동하여 칼코겐화물 매질을 형성한다. When a phase-change chalcogenide is formed by sputter deposition at room temperature, it has an amorphous phase. Since the amorphous phase can flow by viscous flow even at a temperature below the melting point similar to the liquid phase, if heat treatment is performed at a temperature higher than room temperature, it flows by reflow to form chalcogenide medium.

리플로우를 위한 열처리 분위기는 Ar, N2, H2, O2, Cl2 등이 가능하다.The heat treatment atmosphere for reflow may be Ar, N 2 , H 2 , O 2 , Cl 2, and the like.

리플로우를 위해서 열처리를 실시하지 않고 상변화 소자의 제작을 완료한 후에 전류를 인가하는 방법을 사용할 수 있다.It is possible to use a method in which a current is applied after the fabrication of the phase-change element is completed without performing the heat treatment for reflow.

또한, 상기 나노입자 스핀코팅, 칼코겐화물 증착 및 리플로우를 순차적으로 수회 반복하여 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)의 두께를 조절할 수 있다.The nanoparticle spin coating, chalcogenide deposition, and reflow may be sequentially repeated several times to control the thickness of the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400.

또 다른 방법으로, 발열층(300)과 접촉하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 형성하고 그 상부에는 칼코겐화물(410)만 단독으로 증착할 수 있다.Alternatively, the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 contacting the heating layer 300 may be formed, and only the chalcogenide 410 may be deposited thereon.

칼코겐화물(410) 단독으로 상변화 소자의 활성 물질을 구성하는 것보다 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)으로 소자의 활성 물질을 구성하면, 칼코겐화물(410)의 결정성장이 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400) 내에 고르게 분포하는 비전도체 상에 의해 방해를 받기 때문에 보다 높은 비정질 안정성을 확보할 수 있다. When the active material of the device is composed of the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film layer 400 rather than the active material of the phase-change device alone, the chalcogenide 410 is crystallized Higher amorphous stability can be ensured because it is disturbed by the nonconductive phase evenly distributed in the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400.

칼코겐화물(410)에 인가된 에너지에 의해 상변화가 발생하여 비정질이 됨으로써 정보가 기록된 상태가 그대로 유지되기 위해서는 오랜 시간에 걸쳐 자발적으로 진행되는 비정질의 결정화가 최대한 억제되어야 하므로, 높은 전기저항률을 갖는 상인 비정질의 열적 안정성은 상변화 소자의 기록유지 시간과 직결된다.The phase change is generated by the energy applied to the chalcogenide 410 and becomes amorphous so that crystallization of the amorphous phase spontaneously proceeding for a long time is suppressed as much as possible in order to maintain the information recorded state as it is, The thermal stability of the phase amorphous phase with the phase change element is directly related to the recording retention time of the phase change element.

칼코겐화물(410) 단독으로 상변화 소자의 활성 물질을 구성하는 것보다 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)으로 소자의 활성 물질을 구성하며, 칼코겐화물 매질에 비해 상대적으로 전기전도도 또는 열전도도가 낮은 비전도체 상이 나노복합소재 내에 분포함으로서, 전체 박막의 전기전도도 및 열전도도의 감소에 의한 줄 발열 촉진 효과[IEEE Transactions on Electron Devices 51 (2004) 452-459]에 의해서 상변화를 유발하는데 필요한 전력이 감소된다. 즉, 적은 전류로도 칼코겐화물(410)의 상변화를 유발하게 되어 상변화 소자의 소모 전력을 감소시키는 효과가 얻어진다.The chalcogenide 410 alone constitutes the active material of the device with the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film layer 400 rather than the active material of the phase-change device, The nonconductive phase with low conductivity or low thermal conductivity is distributed in the nanocomposite material, and thus the effect of accelerating the heat generation by decreasing the electrical conductivity and thermal conductivity of the whole thin film [IEEE Transactions on Electron Devices 51 (2004) 452-459] ≪ / RTI > is reduced. That is, even with a small current, the phase change of the chalcogenide 410 is induced, thereby reducing the power consumption of the phase-change element.

매질에 이종(異種)의 상이 분산된 재료의 전기저항률(ρ)은 분산된 상의 저항률(ρd)이 매질의 저항률(ρm)의 10배 이상인 경우에 다음의 혼합법칙으로 표시된다.[O.Kasap, Principles of Eletronic Materials and Devices, p.150]The electrical resistivity (ρ) of a material in which a heterogeneous phase is dispersed in the medium is expressed by the following mixing rule when the resistivity (ρ d ) of the dispersed phase is at least 10 times the resistivity (ρ m ) of the medium [O .Kasap, Principles of Eletronic Materials and Devices, p. 150]

Figure pat00001
Figure pat00001

Xd는 전제 부피에 대한 분산된 상의 부피 비율이다. 구체적으로, 결정질 GeSbTe 칼코겐화물의 전기저항률이 3.02×10-1Ωm, ZrO2 부도체의 전기저항률이 3.16×105Ωm, ZrO2 부도체가 전체 부피의 3/10을 차지하면 GeSbTe 칼코겐화물 매질과 ZrO2 부도체 분산 상으로부터 구성된 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)의 전기저항률은 4.96×10-1Ωm로서, GeSbTe 칼코겐화물에 비해 약 1.64배 커서 GeSbTe 칼코겐화물(410) 단독으로 활성 물질을 구성하는 것보다 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)으로 활성 물질을 구성하면 상변화를 유발하는 전력이 감소된다.X d is the volume fraction of the dispersed phase to the total volume. Specifically, when the electrical resistivity of the crystalline GeSbTe chalcogenide is 3.02 10 -1? M, the electrical resistivity of the ZrO 2 nonconductor is 3.16 10 5? M, and the ZrO 2 nonconductor occupies 3/10 of the total volume, the GeSbTe chalcogenide medium And the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 composed of the ZrO 2 nonconductor dispersed phase has an electric resistivity of 4.96 × 10 -1 Ωm which is about 1.64 times larger than that of GeSbTe chalcogenide, Constructing the active material with the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film layer 400 rather than by itself constituting the active material reduces the power that causes the phase change.

Figure pat00002
Figure pat00002

이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of protection of the present invention.

칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 포함하는 상변화 소자를 제조하기 위해 본 발명은 다음과 같은 공정을 진행한다.In order to fabricate a phase change device including a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400, the present invention proceeds as follows.

제 1전극(100) 위에 절연막(200)을 증착하고, 포토리소그라피 공정 및 건식 식각을 통해 발열층(300)으로 채워질 컨택 홀(210)을 형성한 후, 전체 상부에 발열층(300)을 증착하고 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing)를 이용하여 평탄화하여 컨택 홀(210)에만 위치하는 발열층(300)을 형성한다. 발열층(300)이 형성된 상기 절연막(200) 전체 상부에 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400)을 형성하고 제 2전극(500)을 증착한다. 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층(400) 및 제 2전극(500)의 일부는 포토 리소그라피 공정 및 건식 식각을 통해 절연막(200) 위에 한정함으로써 상변화 소자를 완성한다.An insulating layer 200 is deposited on the first electrode 100 and a contact hole 210 to be filled with the heat generating layer 300 is formed through a photolithography process and a dry etching process, And is planarized using chemical mechanical polishing to form a heating layer 300 located only in the contact hole 210. A chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 is formed on the entire upper surface of the insulating layer 200 where the heating layer 300 is formed, and the second electrode 500 is deposited. A part of the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer 400 and the second electrode 500 is confined on the insulating layer 200 through photolithography and dry etching to complete the phase-change element.

상기의 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept as defined by the appended claims. It will be possible. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all differences within the scope of the claims are to be construed as being included in the present invention.

100: 제1전극
200: 절연막
210: 컨택 홀
300: 발열층
400: 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층
410: 칼코겐화물
420: 비전도체 입자
500: 제 2전극
600: 기판100: first electrode
200: insulating film
210: Contact hole
300: heating layer
400: chalcogenide - nonconductive nanocomposite thin film layer
410: chalcogenide
420: nonconductive particles
500: Second electrode
600: substrate

Claims (12)

기판 상부에 형성된 제 1전극;
상기 제 1전극 상부에 형성된 절연막;
상기 절연막 내에 형성된 발열층;
상기 발열층과 접촉하도록 형성된 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층; 및
상기 나노복합소재 박막층 상부에 형성된 제 2전극;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.A first electrode formed on the substrate;
An insulating film formed on the first electrode;
A heat generating layer formed in the insulating film;
A chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer formed in contact with the heating layer; And
A second electrode formed on the nanocomposite thin film layer;
Wherein the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film comprises a chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film. 제 1항에 있어서,
상기 제 1전극은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is made of a metal material or a compound containing a metal element, the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film. 제 1항에 있어서,
상기 발열층의 폭은 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
Wherein the heating layer has a width of 0.5 占 퐉 or less, wherein the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material comprises a thin film. 제 1항에 있어서,
상기 발열층의 저항값은 20×103 ohm 이하인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
Wherein the resistance value of the heating layer is 20 x 10 < 3 > ohm or less. 제 1항에 있어서,
상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 구성하는 칼코겐화물은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
The chalcogenide constituting the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer may be at least one of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSbSe, wherein the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film comprises a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film. 제 1항에 있어서,
상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 구성하는 비전도체는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
The nonconductive material constituting the thin film layer of the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material may include ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge, SiGe, And a chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film, wherein the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film comprises a chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film. 제 1항에 있어서,
상기 제 2전극은 금속 재질 또는 금속 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자.The method according to claim 1,
Wherein the second electrode is made of a metal material or a compound containing a metal element, and the chalcogenide-nonconductive nanocomposite material thin film. 기판 상부에 제 1전극을 형성하는 제 1단계;
상기 제 1전극 상부에 절연막을 증착하는 제 2단계;
상기 절연막을 건식 식각하여 제 1전극을 노출시키는 컨택 홀을 형성하는 제 3단계;
상기 컨택 홀 내에 발열층을 형성하는 제 4단계;
상기 발열층이 형성된 절연막 전체 상부를 덮도록 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층을 형성하는 제 5단계; 및
상기 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층 상부에 제 2전극을 증착하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법.A first step of forming a first electrode on a substrate;
A second step of depositing an insulating film on the first electrode;
Forming a contact hole exposing the first electrode by dry etching the insulating film;
A fourth step of forming a heating layer in the contact hole;
A fifth step of forming a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer so as to cover the entire upper surface of the insulating layer having the heating layer; And
And a sixth step of depositing a second electrode on the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer, wherein the second electrode is deposited on the chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer. 제 8항에 있어서,
상기 제 5단계의 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막층은 비전도체 입자가 포함된 콜로이드를 스핀코팅 및 열처리한 후, 칼코겐화물 박막을 증착하여 제조되는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법.9. The method of claim 8,
The chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film layer of the fifth step is prepared by spin-coating and heat-treating a colloid containing nonconductive particles and then depositing a chalcogenide thin film. A method of manufacturing a phase change device comprising a nanocomposite thin film. 제 9항에 있어서,
상기 비전도체 입자는 ZrO2, Al2O3, TiO2, AlTiO, HfO2, SiO2, Si3N4, Si, Ge, SiGe, GaAs 및 InP로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the nonconductive particles are one selected from the group consisting of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlTiO, HfO 2 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, Ge, SiGe, GaAs and InP A method for fabricating a phase change device comprising a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film. 제 9항에 있어서,
상기 칼코겐화물은 GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe 및 GaSbSe으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the chalcogenide is one selected from the group consisting of GeTe, SiTe, SbTe, GeSbTe, InSbTe, GaSbTe, GaSeTe, SnSbTe, SiSbTe, GeSiSbTe, GeSnSbTe, GeSbSeTe, AgInSbTe, SbSe, InSe, SbSbSe and GaSbSe A method for fabricating a phase change device comprising a chalcogenide-nonconductive nanocomposite thin film. 제 9항에 있어서,
상기 칼코겐화물 박막 증착 후, 450℃ 이하의 온도범위에서 리플로우를 위한 열처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 칼코겐화물-비전도체 나노복합소재 박막을 포함하는 상변화 소자의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the chalcogenide thin film is subjected to a heat treatment for reflow in a temperature range of 450 ° C or lower after the deposition of the chalcogenide thin film.
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