Effect of Annealing Temperature on the Operation of Phase-Change Memory

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 temperatures ranging from 160 to $300^{\circ}C$. The behaviors of cell resistance change from SET resistance to RESET resistance were totally different according to the annealing temperatures. There was a critical annealing temperature for the fabrication of normal PCM devices and abnormal operations were observed in some devices annealed at temperatures lower or higher than the critical temperature. Those influences of annealing temperature seem closely related to the thermal stability of a top electrode/GST/heating layer multilayer structure in the PCM devices.

상변화 메모리 소자 동작 특성에 미치는 열처리 온도 효과

상변화 메모리 소자 제작 공정의 단위 스텝인 최종 열처리의 온도가 상변화 메모리 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) 박막을 활성 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 구조의 열적 안정성과 밀접한 관련이 있는 것으로 보인다.