Abstract
We fabricated a Si nano floating gate memory with Schottky barrier tunneling transistor structure. The device was consisted of Schottky barriers of Er-silicide at source/drain and Si nanoclusters in the gate stack formed by LPCVD-digital gas feeding method. Transistor operations due to the Schottky barrier tunneling were observed under small gate bias < 2V. The nonvolatile memory properties were investigated by measuring the threshold voltage shift along the gate bias voltage and time. We obtained the 10/50 mseconds for write/erase times and the memory window of $\sim5V$ under ${\pm}20\;V$ write/erase voltages. However, the memory window decreased to 0.4V after 104seconds, which was attributed to the Er-related defects in the tunneling oxide layer. Good write/erase endurance was maintained until $10^3$ write/erase times. However, the threshold voltages moved upward, and the memory window became small after more write/erase operations. Defects in the LPCVD control oxide were discussed for the endurance results. The experimental results point to the possibility of a Si nano floating gate memory with Schottky barrier tunneling transistor structure for Si nanoscale nonvolatile memory device.
쇼트키 장벽 관통 트랜지스터에 실리콘 나노점을 부유 게이트로 사용하는 비휘발성 메모리 소자를 제작하였다. 소스/드레인 영역에 어븀 실리사이드를 형성하여 쇼트키 장벽을 생성하였으며, 디지털 가스 주입의 저압 화학 기상 증착법으로 실리콘 나노점을 형성하여 부유 게이트로 이용하였다. 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 동작 상태를 확인하였으며, 게이트 전압의 크기 및 걸어준 시간에 따른 트랜지스터의 문턱전압의 이동을 관찰함으로써 비휘발성 메모리 특성을 측정하였다. 초기 ${\pm}20\;V$의 쓰기/지우기 동작에 따른 메모리 창의 크기는 ${\sim}5\;V$ 이었으며, 나노점에 충분한 전하 충전을 위한 동작 시간은 10/50 msec 이었다. 그러나 메모리 창의 크기는 일정 시간이 지난 후에 0.4 V로 감소하였다. 이러한 메모리 창의 감소 원인을 어븀 확산에 따른 결과로 설명하였다. 본 메모리 소자는 비교적 안정한 쓰기/지우기 내구성을 보여주었으나, 지속적인 쓰기/지우기 동작에 따라 수 V의 문턱전압 이동과 메모리 창의 감소를 보여주었다. 본 실험 결과를 가지고 실리콘 나노점 부유게이트가 쇼트키 장벽 트랜지스터 구조에 접목 가능하여 초미세 비휘발성 메모리 소자로 개발 가능함을 확인하였다.
