SiC 나노 입자를 이용한 비휘발성 나노 부유 게이트 메모리의 전기적 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 기존의 플래시메모리의 성능 및 집적화의 한계를 극복하기 위하여 대안으로 제시되고 있는 차세대 비휘발성 메모리인 NFGM (nano-floating gate memory)의 전기적 특성에 대하여 연구를 수행하였다. 특히 NFGM 내부에 삽입되는 나노 입자에 따라서 소자의 특성이 달라지는데, 그 중에서 Ⅳ족 화합물 반도체인 SiC (silicon carbide)를 수 나노미터 크기의 나노 입자로 제작하여 메모리 소자 내부에 분포시켰다. 제작한 SiC NFGM은 radio-frequency magnetron sputtering system을 이용하여 SiC와 SiO2를 차례로 증착한 후, 급속 열처리 방법 (rapid thermal annealing)을 이용하여 약 5~10 nm의 구형 나노 입자를 SiO2 내부에 30 nm 높이의 다층구조로 분포시켰다. 또한 터널 절연막 (tunnel oxide layer)과 컨트롤 절연막 (control oxide layer)을 형성하여 SiC 나노 입자에 저장되어 있는 전하의 누설을 차단하였다. 그리고 SiC 나노 입자의 결정면간의 거리를 측정하여 화학적으로 SiC가 결합상태에 있음을 확인하였다. 전기적 특성으로는 SiC 나노 입자가 포함된 nano-floating gate capacitor를 제작하여 C-V hysteresis를 측정하였다. 이 측정을 통하여 SiC가 전자를 저장할 수 있는 메모리 특성을 가진다는 점을 알 수 있었다. 또한 SiC 나노 입자가 포함된 NFGM을 제작하여, 기판 온도가 각각 25, 75, 125 oC일 때의 문턱전압 이하의 영역에서의 ID-VG 특성과 출력특성 (ID-VD), stress voltage와 programming/erasing 속도에 따른 문턱 전압의 변화를 측정하였다. 그리고 비휘발성 메모리의 핵심이라 할 수 있는 retention 특성에서도 104 s 가 지난 이후에도 memory window가 25 oC에서 1.0 V 유지되었다. 이러한 결과는 기존의 SiC의 응용분야였던 광 소자와 고출력 반도체뿐만 아니라 비휘발성 메모리로서의 응용가능성을 확인하였다는 점에서 의의가 있다.