Abstract
In this paper, the dependence of electrical characteristics of Silicon-$Al_2O_3$-Nitride-Oxide-Silicon (SANOS) memory cell transistors and program/erase (P/E) speed, reliability of memory device on interface trap between Si substrate and tunneling oxide and bulk trap in nitride layer were investigated using charge pumping method which has advantage of simple and versatile technique. We analyzed different SANOS memory devices that were fabricated by the identical processing in a single lot except the deposition method of the charge trapping layer, nitride. In the case of P/E speed, it was shown that P/E speed is slower in the SANOS cell transistors with larger capture cross section and interface trap density by charge blocking effect, which is confirmed by simulation results. However, the data retention characteristics show much less dependence on interface trap. The data retention was deteriorated as increasing P/E cycling number but not coincides with interface trap increasing tendency. This result once again confirmed that interface trap independence on data retention. And the result on different program method shows that HCI program method more degraded by locally trapping. So, we know as a result of experiment that analysis the SANOS Flash memory characteristic using charge pumping method reflect the device performance related to interface and bulk trap.
본 논문에서는 전하 펌프 방법 (Charge Pumping Method, CPM)를 이용하여 서로 다른 질화막 층을 가지는 N-Channel SANOS (Silicon-$Al_2O_3$-Nitride-Oxide-Silicon) Flash Memory Cell 트랜지스터의 트랩 특성을 규명하였다. SANOS Flash Memory에서 계면 및 질화막 트랩의 중요성은 널리 알려져 있지만 소자에 직접 적용 가능하면서 정화하고 용이한 트랩 분석 방법은 미흡하다고 할 수 있다. 기존에 알려진 분석 방법 중 전하 펌프 방법은 측정 및 분석이 간단하면서 트랜지스터에 직접 적용이 가능하여 MOSFET에 널리 사용되어왔으며 최근에는 MONOS/SONOS 구조에도 적용되고 있지만 아직까지는 Silicon 기판과 tunneling oxide와의 계면에 존재하는 트랩 및 tunneling oxide가 얇은 구조에서의 질화막 벌크 트랩 추출 결과만이 보고되어 있다. 이에 본 연구에서는 Trapping Layer (질화막)가 다른 SONOS 트랜지스터에 전하 펌프 방법을 적용하여 Si 기판/Tunneling Oxide 계면 트랩 및 질화막 트랩을 분리하여 평가하였으며 추출된 결과의 정확성 및 유용성을 확인하고자 트랜지스터의 전기적 특성 및 메모리 특성과의 상관 관계를 분석하고 Simulation을 통해 확인하였다. 분석 결과 계면 트랩의 경우 트랩 밀도가 높고 trap의 capture cross section이 큰 소자의 경우 전자이동도, subthreshold slop, leakage current 등의 트랜지스터의 일반적인 특성 열화가 나타났다. 계면 트랩은 특히 Memory 특성 중 Program/Erase (P/E) speed에 영향을 미치는 것으로 나타났는데 이는 계면결함이 많은 소자의 경우 같은 P/E 조건에서 더 많은 전하가 계면결함에 포획됨으로써 trapping layer로의 carrier 이동이 억제되기 때문으로 판단되며 simulation을 통해서도 동일한 결과를 확인하였다. 하지만 data retention의 경우 계면 트랩보다 charge trapping layer인 질화막 트랩 특성에 의해 더 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이는 P/E cycling 횟수에 따른 data retention 특성 열화 측정 결과에서도 일관되게 확인할 수 있었다.
