Electrical characteristics of high-k stack layered tunnel barriers with Post-Rapid thermal Annealing (PRA) for nonvolatile memory application

소자의 축소화에 따라 floating gate 형의 flash 메모리 소자는 얇은 게이트 절연막 등의 이유로, 이웃 셀 간의 커플링 및 게이트 누설 전류와 같은 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 charge trap flash 메모리 (CTF) 소자가 연구되고 있지만, CTF 메모리 소자는 쓰기/지우기 속도와 데이터 보존 성능간의 trade-off 관계와 같은 문제점을 지니고 있다. 최근, 이를 극복하기 위한 방안으로, 다른 유전율을 갖는 유전체들을 적층시킨 터널 절연막을 이용한 Tunnel Barrier Engineered (TBE) 기술이 주목 받고 있다. 따라서, 본 논문에서는 TBE 기술을 적용한 MIS-capacitor를 높은 유전율을 가지는 Al2O3와 HfO2를 이용하여 제작하였다. 이를 위해 먼저 Si 기판 위에 Al2O3 /HfO2 /Al2O3 (AHA)를 Atomic Layer Deposition (ALD) 방법으로 약 2/1/3 nm의 두께를 가지도록 증착 하였고, Aluminum을 150 nm 증착 하여 게이트 전극으로 이용하였다. Capacitance-Voltage와 Current-Voltage 특성을 측정, 분석함으로써, AHA 구조를 가지는 터널 절연막의 전기적인 특성을 확인 하였다. 또한, high-k 물질을 이용한 터널 절연막을 급속 열처리 공정 (Rapid Thermal Annealing-RTA) 과 H2/N2분위기에서 후속열처리 공정 (Post-RTA)을 통하여 전기적인 특성을 개선 시켰다. 적층된 터널 절연막은 열처리를 통해 터널링 전류의 민감도의 향상과 함께 누설전류가 감소됨으로서 우수한 전기적인 특성이 나타남을 확인하였으며, 적층된 터널 절연막 구조와 적절한 열처리를 이용하여 빠른 쓰기/지우기 속도와 전기적인 특성이 향상된 비휘발성 메모리 소자를 기대할 수 있다.