Next generation memory requires more aggressive scaling down of tunneling oxide to improve performance. Thin tunneling oxide allows low power operation, high speed, and high density. However, FLASH memory will be faced with shrink limitation of tunneling oxide soon. Nanocrystal memory has been emerging as a strong candidate for next generation memory. However, retention degradation is remained unsolved problem especially in case of 3~4 nm tunneling oxide. In this work, we will introduce new material, new fabrication process to improve retention characteristic.
ZnO in nanostructure is reported to have high work function. We deposited high density ZnO nanocrystals by two-step CVD process which can minimize damage to tunneling oxide.
Fabricated MOS device show high performance with 10years retention.
Finally, by stacking double layer ZnO nanocrystals, we achieve more improvement.
본 연구에서는 ZnO 나노결정 메모리 소자의 제작 및 특성 평가를 통하여, 차세대 비휘발성 메모리 소자로서의 가능성을 확인하였다. 새로운 물질과 새로운 공정방법을 도입하여 기존의 나노결정 메모리의 한계를 극복하고자 하였다. 우선, 큰 일 함수를 갖는다고 기대되는 ZnO 나노결정을 이용한 메모리 소자를 최초로 제안하였으며, 2단계(2-step) CVD 방법을 새롭게 제안하여 ZnO 나노결정을 증착할 수 있었다. 우선, photo-MOCVD로 고밀도의 Zn 나노결정을 형성한 후, LPCVD를 이용하여 제어 산화막을 증착하는 동시에 Zn 나노결정을 산화시켜 고밀도의 ZnO 나노결정을 얻을 수 있었다. 이 방법은 CMOS공정과 호환성이 있으며 공정이 간단하다. 뿐만 아니라 터널링 산화막에 손상을 주지 않기 때문에 메모리 소자의 전하보유능력이 상당히 향상될 수 있다. 제작된 소자의 C-V 측정을 분석함으로써, ZnO 나노결정에서 나타나는 고유한 특성을 확인하였으며 우수한 메모리 윈도우 특성과 전하보유특성을 보였다. 마지막으로 ZnO 나노결정을 이중으로 증착하여 성능의 향상을 꾀하였다. 이때 산화막의 두께 비와 ZnO 나노결정의 밀도 비를 조절함으로써, 향상된 메모리특성을 얻을 수 있었다.
