3차원 낸드 플래시 메모리의 테이퍼형 채널 홀에서의 기계적 응력 영향 연구

Abstract

메모리 시장은 모바일 장치 산업의 발전, 인공지능 기술 등 4차 산업혁명으로 인해 급속도로 규모가 성장했다. 이러한 성장으로 인해 메모리 장치의 수요가 증가하게 되었고 메모리 저장 용량을 키우기 위해서 2D 낸드 플래시 메모리의 스케일링 한계를 극복한 3D 낸드 플래시 메모리가 등장하게 되었다. 3D 낸드 플래시 메모리 또한 꾸준한 수요 증가를 만족시키기 위해서 레이어의 적층 수를 증가시키며 2022년에는 238단 낸드 플래시 메모리가 개발되었다. 하지만 메모리 용량을 증가시키기 위한 레이어 수의 증가는 높은 종횡비를 가지는 채널 홀 식각과 기계적 응력 조절에 높은 기술력을 요하며 어려움을 마주하게 되었다. 높은 종횡비를 가지는 채널 홀 식각으로 인해 테이퍼형 채널 홀이 형성되며 이는 임계 치수 변동을 형성하며 그로 인해 게이트 물질인 텅스텐 부피가 각 워드라인(WL)마다 달라진다. 이렇게 달라진 텅스텐 부피는 폴리실리콘 채널에 가하는 응력이 WL 위치마다 다르게 발생된다. 따라서 해당 논문에서는 3D 낸드 플래시 메모리의 테이퍼 각도에 따른 기계적 응력 영향을 technology computer-aided design(TCAD) 시뮬레이션을 이용하여 조사하였다. 비 테이퍼형 채널 홀 3D 낸드 플래시 메모리에서 폴리실리콘 채널의 응력은 층수와 WL의 위치에 관계없이 유사하지만 테이퍼형 채널 홀 3D 낸드 플래시 메모리에서는 테이퍼 각도가 감소할수록 채널 홀의 임계 치수 변동이 심화되고 압축응력이 하단 WL에 가까울수록 증가한다. 폴리실리콘 채널에 가해지는 압축 응력은 전도 대역 저하를 유발하고 음의 방향으로 문턱전압 이동(ΔVth)을 발생시킨다. 그로 인해 테이퍼형 채널 홀3D 낸드 플래시 메모리에서는 하부 WL은 상부 WL보다 ΔVth가 크고, 불균일한 Vth 이동을 발생한다. 하지만 테이퍼형 채널 홀 3D 낸드 플래시 메모리의 게이트 길이가 축소됨에 따라 폴리실리콘 채널의 응력이 감소하고 하부 WL과 상부 WL의 응력 차이가 감소하여 불균일한 Vth 이동이 억제된다.