실리콘 산화막 사이의 니켈 실리사이드 나노입자를 이용한 MOS 소자의 커패시턴스 전압 특성 연구

Abstract

플래시 메모리는 1970년대 초반에 등장한 이후로 비휘발성 메모리로서 다양한 전자소자들에 적용되고 있다. DRAM(dynamic random access memory) 그리고 SRAM(static random access memory)와 함께 주목받고 있는 플래시 메모리의 특징은 전원을 제거했을 때도 저장된 정보가 지워지지 않는다는 것이다. 최근에는 이동전화, PMP, MP3 player, PDA, Notebook Computer, 휴대용 USB 메모리 그리고 Digital Camera등의 휴대전자기기에 대한 수요가 급격히 증가하고 있으며 플래시 메모리는 이러한 전자기기에 사용되는 핵심부품들 중의 하나가 되었다. 그러나 이때 사용되고 있는 플래시 메모리는 프로그래밍 동작을 위해 입력전압 1.5~5V를 내부적으로 charge pumping하여 17~20V로 만들어 높은 동작 전압을 사용하고 있기 때문에 45nm 이하로 scale down시 tunneling 절연막의 파괴로 인한 신뢰성 문제와 이웃한 cell간의 잡음 문제로 인하여 저 소비전력에 필요한 저전압 동작에 기술적인 한계를 보이고 있다. 이를 대체할 수 있는 차세대 메모리인 PRAM(phase change RAM), NFGM(nano floating gate memory), PoRAM(polymer RAM), ReRAM(resistive RAM) 등의 기술 개발이 필요하게 되었다. 이러한 차세대 비휘발성 메모리는 각각 소자의 근본적인 장점과 단점을 가지고 있으며, 공정상의 어려움을 겪고 있어서, 어느 종류의 메모리가 차세대 메모리로 부각될지 또는 각각의 메모리의 기능에 따라 다른 분야에 응용되어 함께 발전될 것인지 예측하기는 힘든 상황이다. 본 논문에서 주로 언급될 NFGM은 기존의 플래시 메모리 셀의 크기가 작아졌을 경우 나타날 수 있는 문제점을 나노 크리스털(nanocrystal)을 이용하여 해결할 수 있는 메모리 소자이다. 또한 기존의 CMOS 공정으로 구현이 가능하므로 집적화 및 경제성에 대한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 NFGM 소자 제작에 가장 핵심이 되는 플로팅 게이트(Floating Gate)에 적용이 가능한 NiSi2 나노크리스털을 급속 열처리(rapid thermal annealing)를 이용하여 크기별로 형성 시키고, NiSi₂나노 크리스털의 형성 전후에 따른 커패시턴스 전압 특성의 변화를 평가하였으며, 본 실험을 위하여 MOS(metal oxide semiconductor) 소자를 제작하였다. 본 실험 결과 급속 열처리 공정을 이용한 나노 크리스털의 형성이 가능하며, NFGM의 플로팅 게이트에 응용이 가능함을 확인하였다.; Non-volatile flash memories, since their first appearance in the early 1970s, have been applied to a variety of electronic devices. An important feature of Non-volatile flash memories is that they can keep the stored information even when the power is off. Recently, the demand of the portable electronic devices such as portable multimedia player(PMP), MP3 player, personal digital assistant(PDA), notebook computer, USB memory and digital camera is rapidly increasing and the flash memories are one of the key parts in these portable electronic devices. However, this flash memories technology has drawbacks, the process complexity and difficulties in scalability. Therefore, in order to develop the flash memories with high density, high performance and high speed, a new approach that the floating gate in flash memories is replaced by the crystallized nanocrystals is proposed. The metal nanocrystal memory possesses several advantages, such as stronger coupling with the conduction channel, a wide range of available work functions, higher density of states around the Fermi Level, and smaller energy perturbation due to carrier confinement. NiSi₂is considered to be one of the most suitable materials for deep submicron, self aligned silicide applications because nickel silicide films have lower morphological. And a NFGM using threshold shifting from charges stored in nanocrystals of NiSi₂is expected as a promising candidate for future nonvolatile memory devices. We have demonstrated the electron charging and discharging effects of NiSi₂nanocrystals embedded in the SiO₂layer. Average diameter and aerial density of NiSi₂nanocrystals calculated through images of atomic force microscopy were 18nm and 1×10＾(6)/㎠, respectively. From the capacitance-voltage measurements of MOS(metal-oxide-semiconductor) device fabricated with the NiSi₂nanocrystals in the SiO₂layer, the flat band voltages were changed about 4V while voltage sweep from -7V to +7V. From this experimental data, we could confirm the procedure which has good advantages of reproducibility carried out in this study is capable of effectively fabricating the NiSi₂nanocrystals.