차세대 비휘발성 메모리 적용을 위한 Staggered Tunnel Barrier (Si3N4/ZrO2, Si3N4/HfAlO)에 대한 전기적 특성 평가

최근 Charge Trap Flash (CTF) Non-Volatile Memory (NVM) 소자가 30 nm node 이하로 보고 되면서, 고집적화 플래시 메모리 소자로 각광 받고 있다. 기존의 CTF NVM 소자의 tunnel layer로 쓰이는 SiO2는 성장의 용이성과 Si 기판과의 계면특성, 낮은 누설전류와 같은 장점을 지니고 있다. 하지만 단일층의 SiO2를 tunnel layer로 사용하는 기존의 Non-Valatile Memory (NVM)는 두께가 5 nm 이하에서 direct tunneling과 Stress Induced Leakage Current (SILC) 등의 효과로 인해 게이트 누설 전류가 증가하여 메모리 보존특성의 감소와 같은 신뢰성 저하에 문제점을 지니고 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 최근 CTF NVM 소자의 Tunnel Barrier Engineered (TBE) 기술이 많이 접목되고 있는 상황이다. TBE 기술은 SiO2 단일층 대신에 서로 다른 유전율을 가지는 절연막을 적층시킴으로서 전계에 대한 민감도를 높여 메모리 소자의 쓰기/지우기 동작 특성과 보존특성을 동시에 개선하는 방법이다. 또한 터널링 절연막으로 유전률이 큰 High-K 물질을 이용하면 물리적인 두께를 증가시킴으로서 누설 전류를 줄이고, 단위 면적당 gate capacitance값을 늘릴 수 있어 메모리 소자의 동작 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 CTF NVM 소자의 trap layer로 쓰이는 HfO2의 두께를 5 nm, blocking layer의 역할을 하는 Al2O3의 두께를 12 nm로 하고, tunnel layer로 Si3N4막 위에 유전율과 Energy BandGap이 유사한 HfAlO와 ZrO2를 적층하여 Program/Erase Speed, Retention, Endurance를 측정을 통해 메모리 소자로서의 특성을 비교 분석하였다.