Improvement of threshold voltage shift and retention characteristics due to increase in traps in the tunnel oxide film and interface after repeated write and erase operations is a research item for a long time in 3D NAND flash memory, which has become a major storage device due to the recent increase in the Internet of Things, cloud systems, and mobile applications. The 3D NAND flash memory is formed by vertically stacking cells, and due to the characteristics of the structure, a pad can be formed by connecting wires to both sides of a gate electrode serving as a word line. In this study, focusing on the structural advantages of the 3D NAND flash memory, it was confirmed that the deterioration of the threshold voltage and the retention characteristics were improved due to Joule heating through the gate and the gate electrode were thermally recovered. In addition, the effect of improving cell characteristics through joule heat recovery, which is the main film material for storing electric charges, for each silicon nitride film with N-rich or Si-rich was compared. As a result, it is confirmed that the N-rich silicon nitride film device on the tunnel oxide film further is improved the cell threshold voltage degradation and retention characteristics when the device was recovered by Joule heat. This is because N-rich silicon nitride has a high trap density (N$_T$) in both the initial state and the state after repeated write and erase operations, but it is recovered after Joule heat. It is confirmed this by the power spectral density and trapping density through low-frequency noise measurements (LFN). However, it is confirmed that N-rich silicon nitride had better initial retention properties than Si-rich silicon nitride. Because of these characteristics, it may be better to use N-rich silicon nitride for personal mobile application products where initial information retention characteristics may be important. On the other hand, it may be better to use Si-rich silicon nitride for server-oriented products of companies where cell characteristics deterioration due to repeated writing and erasing is more important. Therefore, it is expected that it will be possible to select how to use the silicon nitride material in connection with the Joule heat recovery according to the characteristics of each product.
최근의 사물인터넷, 클라우드 시스템 및 모바일 어플리케이션의 증가로 주요한 저장장치가 된 3D 낸드 플래시 메모리에 있어서, 반복된 쓰기 지우기 동작 후 터널 산화막 및 계면의 트랩 증가에 기인한 문턱 전압의 변화와 정보의 보존 특성 열화는 오랫동안 개선이 필요하여 연구된 항목이다. 3D 낸드 플래시 메모리는 셀을 수직으로 적층하여 형성하는데 그 구조의 특성상 워드 라인의 역할을 하는 게이트 전극의 양쪽에 각각 배선을 연결하여 패드를 형성할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 3D 낸드 플래시 메모리의 구조적인 이점에 착안하여 게이트와 게이트 전극을 통한 줄 발열로 열화된 셀을 열적으로 회복하게 되면 문턱 전압의 열화 및 정보 보존 특성이 개선되는 것을 확인하였다. 또한 전하를 저장하는 주요 막질인 실리콘 질화물을 Si 이 풍부한 물성 또는 N 이 풍부한 물성의 실리콘 질화물 막질별로 줄 발열 회복을 통한 셀 특성 개선 효과를 비교해 보았는데, Si 이 풍부한 물성을 가진 실리콘 질화물보다 N 이 풍부한 물성을 가진 실리콘 질화물이 줄 발열 회복 시 셀의 문턱 전압 열화 및 정보 보존 특성이 더 개선되는 결과를 확인하였다. 이는 N 이 풍부한 물성을 가진 실리콘 질화물이 초기 상태와 반복된 쓰기 지우기 동작 후의 상태 모두에서 트랩 밀도 (Nt) 가 높으나 줄 발열 후에는 크게 회복되는 것이 이유이며, 이것은 저주파 잡음 (LFN) 측정을 통한 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 및 트랩 밀도 (Nt) 추출을 통해 확인할 수 있었다. 다만 N 이 풍부한 물성을 가진 실리콘 질화물은 Si 이 풍부한 물성을 가진 실리콘 질화물보다 초기 정보 보존 특성이 더 우수한 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 특성에 비추어 초기 정보 보존 특성이 중요할 수 있는 개인 모바일 어플리케이션 제품에는 N 이 풍부한 실리콘 질화물을 사용하고 반복된 쓰기, 지우기로 인한 셀 특성 열화 여부가 더 중요한 기업의 서버 향 제품에는 Si 이 풍부한 실리콘 질화물을 사용하는 것이 더 좋을 것으로 생각되며, 따라서 실리콘 질화물을 초기 특성과 줄 발열 회복 특성과 연계하여 어떤 제품에 적합하게 사용할지는 제품별 특성에 맞게 선택이 가능할 것으로 기대한다.
