TiSi2 나노 입자를 포함하는 나노 부유 게이트 메모리의 전기적 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 차세대 비휘발성 메모리 중 하나인 NFGM (nano-floating gate memory) 의 제작 및 전기적 특성을 연구하였다. 특히, NFGM 소자는 저장 전극으로 다수의 나노 입자를 이용하여 소자의 크기를 줄일 수 있음으로써, 소자의 초고집적화를 가능하게 할 수 있으며, 저 전력소모, 쓰기 / 지우기 동작특성이 낮은 동작전압에서도 빠르며 장기간 데이터를 유지할 수 있는 비휘발성이 우수하다는 이점 때문에 현재 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서도 실리사이드계열의 화합물 중에서 열화학적으로 안정하며, 절연막이나 실리콘기판과의 접착력이 우수한 TiSi2 나노 입자를 기반으로 magnetron sputtering 방식, 열처리 등을 이용하여 NFGM 소자를 제작하였다. TiSi2 NFGM 제작을 위해 magnetron sputtering system 을 이용하여 TiSi2 와 SiO2 박막을 차례로 증착하고 급속 열처리 방법 (rapid thermal annealing) 을 이용하여 약 2~5 nm의 구형 나노 입자를 터널 절연막과 컨트롤 절연막 사이에 단일 층 구조로 분포시켰다. 그리고 TiSi2 나노 입자의 생성 여부를 확인하기 위하여 TEM (transmission electron microscopy) 을 이용하여 측정하였다. TiSi2 나노 입자가 포함된 Nano-floating gate capacitor 의 전기적 특성은 C-V (Capacitance-Voltage) 곡선 측정을 통하여 분석하였다. 이 측정을 통하여 TiSi2 가 전자를 저장할 수 있는 메모리 특성이 있다는 점을 알 수 있었다. TiSi2 나노 입자가 포함된 NFGM 은 문턱 전압 이하의 영역에서의 특성 (ID-VG) 과 출력특성 (ID-VD), stress voltage 와 programming / erasing 속도에 따른 문턱 전압의 변화를 측정하였다. 또한, 기존 NFGM 소자의 쓰기 / 지우기 동작특성과 retention 유지특성 사이에서의 trade-off 현상 등의 문제점을 해결하기 위하여 TBE (Tunnel barrier engineering) 기법을 이용하여 소자의 전기적 특성을 향상시키려 노력하였다.