폴리이미드내에 형성된 인듐 산화물 나노입자 부유게이트 메모리 소자의 전기적 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 금속박막과 폴리아믹산 (polyamic acid : PAA)의 금속 산화반응을 이용하여 자발형성된 금속산화물 나노입자를 이용하여 나노 부유게이트 메모리(Nano-Ploating Gate Memory; NFGM)소자를 제작하였다. 이 방법은 금속 박막과 폴리 아믹산의 화학반응에 의해서 금속산화물 반도체 양자점이 폴리이미드 속에 분포하는 형태로 생성되고, 금속 박막의 두께 및 양생 온도, 양생 시간에 따라 형성되는 양자점의 밀도 및 크기를 조절할 수 있기 때문에 금속산화물 나노입자를 단일층으로 균일하게 제작이 가능하고 동시에 폴리이미드 층을 컨트롤 층으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 제작된 인듐 산화물 나노 입자는 투과 전자 현미경(transmission electron microscope : TEM)을 통하여 물성과 크기 밀도를 조사하였고 메모리 소자의 전기적 특성을 전류-전압 특성과 문턱전압, 그리고 전하 저장 특성을 통하여 조사하였다. TEM 분석 결과 NFGM 소자에 사용된 인듐 산화물 나노입자의 크기는 7 nm 이고, 밀도는 임을 확인하였다. 단일 컨트롤 층을 가지는 소자의 경우 subthreshold swing 값이 370 mV/dec로 나타났고 전하 저장특성도 1000 s 후에 전하가 대부분 누설됨을 확인하였다. 이러한 소자의 성능을 개선하기 위하여 소자 제작후 수소 분위기에서 열 처리와 이중 컨트롤 층을 가지는 소자구조에 대해 조사하였다. 수소 열 처리는 터널링 산화막의 성질을 좋게 하기 위함이고 이중 컨트롤 층을 제작한 것은 폴리이미드가 저유전율을 가지는 물질로 소자의 제작에 있어 소자 크기 조절에 제한과 여러 가지 특성이 좋지 못한 단점을 개선하기 위함이다. 수소 열 처리을 하였을 경우 subthreshold swing 값이 158 mV/dec 로 좋아짐을 확인하였고 전하 저장 특성도 1000 s 후에 처음 저장되었던 전하의 30 % 이상이 저장되어 있음을 확인 하였다. 이중 컨트롤 층을 가지는 소자의 경우 단일 컨트롤 층을 가지는 소자에 비해 전하 저장 특성은 향상되지 않았으나 전하의 기록/소거 특성이 좋아짐을 확인하였다. 인듐 나노 입자 부유 게이트 메모리 소자는 기존의 플래시 메모리 소자를 대신할 새로운 형태의 메모리로 이용될 수 있을 것이다.; Nano floating gate memory (NFGM) is an attractive candidate for next-generation nonvolatile memory, because NFGM has the better electrical characteristics than conventional floating gate memory, such as low-voltage programming at a higher programming speed and improved retention times in the NFGM devices. Recently, many types of nano particles for NFGM devices have been developed. In this study, the In₂O₃ nano-particles were formed by the chemical reaction between indium film and polyamic acid, and then they have spherical shape with an average diameter of 7 nm and the particles was 6x10^(11) cm^(-2). Memory window of fabricated NFGM device due to the charging effect of In₂O₃ nano-particles was larger than 2.6 V. The post-annealing in 3 % diluted hydrogen (H₂/N₂) ambient at 400 oC for 30 min. significantly improved the electrical characteristics of In₂O₃ nano-particles embedded NFGM. Double control gate NFGM devices with self-assembled metal-oxide nano-particles embedded in a polyimide gate insulator were fabricated. The present results indicated that the memory charging effect of nano-floating gate capacitor with the In₂O₃ nano-particles, it is full of promise for potential applications in the nano-floating gate memory with the In₂O₃ nano-particles embedded in polyimide layer.