산화물 반도체 IGZO와 강유전체 HZO를 결합한 강유전체 전계 효과 트랜지스터 소자 제작

Abstract

본 연구는 하프늄 산화물 (HfO2) 기반 강유전체와 비정질 인듐・갈륨・아연 산화물 (IGZO) 기반의 Ferroelectric Field Effect Transistors (Fe-FET)를 차세대 비휘발성 메모리 소자로 제안하였다. IGZO 반도체는 넓은 밴드 갭으로부터 파생된 누설 전류가 극히 낮기 때문에 기존 실리콘 (Si) 반도체를 대체할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, IGZO는 강유전체의 Capping layer로 사용되는 티타늄 질화물 (TiN)보다 열팽창계수가 낮기 때문에 정방정계 (tetragonal phase)의 c-axis에 대한 인장 응력 (Tensile Stress)이 높아 강유전성을 갖는 사방정계 (orthorhombic phase)로의 상변이에 대해 더욱 안정적일수 있고, 박막 내 o-phase 존재를 고분해능 X선 회절 분석 (GI-XRD)을 통해 확인할 수 있었다. TiN와 IGZO Capping 결과, TiN (2Pr = 40.2 µC cm−2)보다 IGZO (2Pr = 47.8 µC cm−2) 박막에서 더 높은 잔류 분극 (Pr , Remnant Polarity)을 확인하였다. 우수한 특성을 갖는 해당 박막을 이용하여 IGZO 기반의 Fe-FET 소자를 제작한 결과, 메모리 윈도우( MW, Memory Window) 0.9V의 특성을 갖는 메모리 소자 실현을 보고하였다.