전하 트랩층에 고전도대 장벽층 삽입을 통한 전하 트랩 플래시 소자의 리텐션 특성 개선

Abstract

본 연구는 Charge Trap Flash Memory에서 Charge Trap Layer로 일반적으로 사용하고 있는 SiN에 SiN 대비 High Conduction Band Barrier를 가지는 Al2O3 층을 삽입하여 소자의 신뢰성을 개선하는 실험이다.

Charge Trap Flash에서 Charge Loss는 주로 Trap Site에 Trapping 되어있던 전자가 Conduction Band로 Thermal Excitation & Drift되어 Blocking Oxide 대비 상대적으로 얇은 Tunneling Oxide를 통해 발생하는데 본 실험에서는 Gate에 높은 전압이 가해지는 Program 동작 시에는 Tunnel Barrier Width를 최소화하여 Program 속도의 열화를 발생시키지 않고, Gate에 전압이 가해지지 않는 Retention 동작 시에는 Tunnel Barrier Width를 충분히 확보하여 Charge Loss를 개선하고자 하였다.

먼저 Tunneling Oxide를 통한 Charge Loss를 개선하기 위해 Charge Trap Nitride 내 Tunneling Oxide 방향으로 매우 얇은 Al2O3 층을 삽입한 결과 Retention 특성이 큰 폭으로 개선되었고, 우려하였던 Program 속도 열화는 약 100mV로 미미한 수준이었다.

추가로 SiN/Al2O3/SiN 평판 물성 분석 (TEM, TOF-SIMS)를 통해 후속 열처리에 따라 SiN/Al2O3 사이에서 새로운 Trap Level을 가지는 Mixed Phase가 발생하지 않는다는 것을 확인하였고, Charge Trap Nitride 내 Al2O3 층 삽입 위치에 따른 Retention 특성 평가를 통해 계획대로 Al2O3의 High Conduction Band Barrier에 의해 Thermal Excitation & Drift되어 Tunneling Oxide 방향으로 빠져나가는 전자를 억제한다는 것을 확인하였다.

본 연구를 통해 우리는 Charge Trap Nitride의 조성 변화 없이 간단히 매우 얇은 Al2O3 층 삽입만으로 Charge Trap Flash 소자의 Retention 특성 개선이 가능하다는 것을 보여주고 있다.