터널장벽구조에 따른 텅스텐실리사이드 나노부유게이트 메모리소자 특성연구

Abstract

본 논문에서는 WSi2 나노입자와 고유전체의 터널 장벽 구조를 가지는 나노 부유 게이트 커패시터와 트랜지스터를 제작하였다. 그리고 전하유지, 쓰기와 지우기 속도, 내구성과 같은 전기적인 특성을 분석하였다. WSi2 나노입자는 구형의 약 3 nm 크기를 가지고 있었다. 나노입자들은 터널 산화막과 제어 산화막 사이에서 균일하게 분포하였다. 나노 부유 커패시터에서 SiO2/ HfO2/ Al2O3, (2 nm/1 nm/3 nm, OHA) 터널 산화막은 Al2O3/ HfO2/ Al2O3(2 nm/1 nm/3 nm,AHA) 터널산화막에 비하여 더 좋은 속도 특성을 보였다. 메모리 윈도우가 1 V가 되는 시간은 AHA와 OHA에서 각각 전압이 ±8 V 걸렸을 때, 300 ms 와 500 μs로 나타났다. 특히, OHA 터널 산화막을 가지는 WSi2 나노 부유 커패시터의 경우 전압이 10 V에서 -10 V까지 걸렸을 때 7.76 V라는 큰 메모리 윈도우를 보였으며 104 cycles이후에도 2.77 V를 유지하였다. AHA 터널 산화막을 포함하는 나노 부유게이트 메모리를 제작하였고, 25 oC, 50 oC, 75 oC, 100 oC, 125 oC에서 전기적인 특성을 분석하였다. 125 oC에서 1`V의 문턱전압값의 변화를 위한 쓰기와 지우기 속도와 전압은 각각 500 μs와 8V/ -8V였다. 쓰기와 지우기의 조건이 ±9 V에서 1 초 였을 경우, 메모리 윈도우는 125 oC에서 105 sec이후에도 1.25 V를 유지하였다. 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %의 전하 누설의 활성화 에너지는 대략 0.05 eV, 0.11 eV, 0.17 eV, 0.21 eV, 0.23 eV, 0.23 eV, 0.23 eV로 나타났다. 전하 누설의 원인은 WSi2 나노입자와 AHA 터널 산화막 사이에서의 직접 터널링과 Pool-Frenkel 방출전류로 보인다. 이 결과로 고유전체의 산화막을 가지는 WSi2 나노 부유게이트 메모리소자가 차세대 메모리소자로서 가능성이 있음을 확인하였다.