• Journal of IKEEE
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• v.25 no.4
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• pp.778-781
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• 2021

In this paper, we propose the 16-layer 3D NAND Flash memory compact modeling using SPICE. In the same structure and simulation conditions, the channel potential about Down Coupling Phenomenon(DCP) and Natural Local Self Boosting (NLSB) were simulated and analyzed with Technology Computer Aided Design(TCAD) tool Atlas(Silvaco^TM) and SPICE, respectively. As a result, it was confirmed that the channel potential of TCAD and SPICE for the two phenomena were almost same. The SPICE can be checked the device structure intuitively by using netlist. Also, its simulation time is shorter than TCAD. Therefore, using SPICE can be expected to efficient research on 3D NAND Flash memory.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.14 no.5
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• pp.537-542
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• 2014

The three-dimensional (3-D) NAND flash structure with fully charge storage using edge fringing field effect is presented, and its programming characteristic is evaluated. We successfully confirmed that this structure using fringing field effect provides good program characteristics showing sufficient threshold voltage ($V_T$) margin by technology computer-aided design (TCAD) simulation. From the simulation results, we expect that program speed characteristics of proposed structure have competitive compared to other 3D NAND flash structure. Moreover, it is estimated that this structural feature using edge fringing field effect gives better design scalability compared to the conventional 3D NAND flash structures by scaling of the hole size for the vertical channel. As a result, the proposed structure is one of the candidates of Terabit 3D vertical NAND flash cell with lower bit cost and design scalability.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2021.07a
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• pp.1-2
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• 2021

3D NAND 플래시 메모리는 플래너(2D) NAND 셀을 적층하는 방식으로 단위 면적당 고용량을 제공한다. 하지만 적층 공정의 특성상 각 레이어별 또는 셀 위치에 따라 오류 발생 빈도가 달라질 수 있는 문제가 있다. 이와 같은 현상은 플래시 메모리의 쓰기/지우기(P/E) 횟수가 증가할 수록 두드러진다. SSD와 같은 대부분의 플래시 기반 저장장치는 오류 교정을 위하여 ECC를 사용한다. 이 방법은 모든 플래시 메모리 페이지에 대하여 고정된 보호 강도를 제공하므로 물리적 위치에 따라 에러 발생률이 각기 다르게 나타나는 3D NAND 플래시 메모리에서는 한계를 보인다. 따라서 본 논문에서는 오류 발생률 차이를 보이는 페이지와 레이어를 분류하여 각 영역별로 차별화된 보호강도를 적용한다. 우리는 페이지와 레이어별로 오류 발생률이 현저하게 달라지는 3K P/E 사이클에서 측정된 오류율을 바탕으로 페이지와 레이어를 분류하고 오류에 취약한 영역에 대해서는 패리티 데이터를 추가하여 차별화된 보호 강도를 제공한다. 오류 발생 횟수에 따른 영역 구분을 위하여 K-Means 머신러닝 알고리즘을 사용한다. 우리는 이와 같은 차별화된 보호정책이 3D NAND 플래시 메모리의 신뢰성과 수명향상에 기여할 수 있는 가능성을 보인다.

• Journal of the Korea Society of Computer and Information
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• v.26 no.11
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• pp.1-9
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• 2021

3D-NAND flash memory provides high capacity per unit area by stacking 2D-NAND cells having a planar structure. However, due to the nature of the lamination process, there is a problem that the frequency of error occurrence may vary depending on each layer or physical cell location. This phenomenon becomes more pronounced as the number of write/erase(P/E) operations of the flash memory increases. Most flash-based storage devices such as SSDs use ECC for error correction. Since this method provides a fixed strength of data protection for all flash memory pages, it has limitations in 3D NAND flash memory, where the error rate varies depending on the physical location. Therefore, in this paper, pages and layers with different error rates are classified into clusters through the K-means machine learning algorithm, and differentiated data protection strength is applied to each cluster. We classify pages and layers based on the number of errors measured after endurance test, where the error rate varies significantly for each page and layer, and add parity data to stripes for areas vulnerable to errors to provides differentiate data protection strength. We show the possibility that this differentiated data protection policy can contribute to the improvement of reliability and lifespan of 3D NAND flash memory compared to the protection techniques using RAID-like or ECC alone.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2014.07a
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• pp.227-229
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• 2014

플래시 메모리는 빠른 처리 속도, 비휘발성, 저 전력, 강한 내구성 등으로 인해 최근 스마트폰, 태블릿, 노트북, 컴퓨터와 같은 여러 분야에서 많이 사용하고 있다. 최근 기존에 사용하던 NAND 플래시가 미세화 기술의 한계에 봉착함에 따라 기존 2차원 구조의 NAND플래시를 대처할 장치로 3차원 수직구조 NAND 플래시 메모리(3D Vertical NAND)가 주목받고 있다. 기존의 플래시 메모리는 데이터를 효율적으로 삽입/삭제/검색하기 위해 B-tree와 같은 색인기법을 필요로 한다. 플래시 메모리 상에서 B-tree 구현에 관한 기존 연구로서는 BFTL(B-Tree Flash Translation Layer)기법이 최초로 제안되었다. 현재 3차원 V-NAND 구조의 플래시 메모리가 시작품으로 제작되어 머지않아 양산 될 예정이다. 본 논문에서는 향후 출시될 3차원 구조의 플래시 메모리에 적합한 Octree 기반의 파일시스템을 제안한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.236.2-236.2
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• 2014

세계 반도체 시장은 컴퓨터 기능이 더해진 모바일 기기의 수요가 증가함에 따라 메모리반도체의 시장규모가 최근 빠른 속도로 증가했다. 특히 모바일 기기에서 저장장치 역할을 하는 비휘발성 반도체인 NAND Flash Memory는 스마트폰 및 태블릿PC 등 휴대용 기기의 수요 증가, SSD (Solid State Drive)를 탑재한 PC의 수요 확대, 서버용 SSD시장의 활성화 등으로 연평균 18.9%의 성장을 보이고 있다. 이러한 경제적인 배경 속에서 NAND Flash 미세공정 기술의 마지막 단계로 여겨지는 1Xnm 공정이 개발되었다. 그러나 1Xnm Flash Memory의 생산은 새로운 제조설비 구축과 차세대 공정 기술의 적용으로 제조비용이 상승하는 단점이 있다. 이에 따라 제조공정기술을 미세화하지 않고 기존의 수평적 셀구조에서 수직적 셀구조로 설계 구조를 다양화하는 기술이 대두되고 있는데 이 중 Flash Memory의 대용량화와 수명 향상을 동시에 추구할 수 있는 3D NAND 기술이 주목을 받게 되면서 공정기술의 변화도 함께 대두되고 있다. 3D NAND 기술은 기존라인에서 전환하는데 드는 비용이 크지 않으며, 노광장비의 중요도가 축소되는 반면, 증착(Chemical Vapor Deposition) 및 식각공정(Etching)의 기술적 난이도와 스텝수가 증가한다. 이 중 V-NAND 3D 기술에서 사용하는 박막증착 공정의 경우 산화막과 질화막을 번갈아 증착하여 30layer 이상을 하나의 챔버 내에서 연속으로 증착한다. 다층막 증착 공정이 비정상적으로 진행되었을 경우, V-NAND Flash Memory를 제조하기 위한 후속공정에 영향을 미쳐 웨이퍼를 폐기해야 하는 손실을 초래할 수 있다. 본 연구에서는 V-NAND 다층막 증착공정 중에 다층막의 두께를 가상 계측하는 알고리즘을 개발하고자 하였다. 증착공정이 진행될수록 박막의 두께는 증가하여 커패시터 관점에서 변화가 생겨 RF 신호의 진폭과 위상의 변화가 생긴다는 점을 착안하여 증착 공정 중 PECVD 장비 RF matcher와 heater에서 RF 신호의 진폭과 위상을 실시간으로 측정하여 데이터를 수집하고, 박막의 두께와의 상관성을 분석하였다. 이 연구 결과를 토대로 V-NAND Flash memory 제조 품질향상 및 웨이퍼 손실 최소화를 실현하여 제조 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.35 no.3
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• pp.246-254
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• 2022

Localized heat can be generated using electrically conductive word-lines built into a 3D NAND flash memory string. The heat anneals the gate dielectric layer and improves the endurance and retention characteristics of memory cells. However, even though the electro-thermal annealing can improve the memory operation, studies to investigate material failures resulting from electro-thermal stress have not been reported yet. In this context, this paper investigated how applying electro-thermal annealing of 3D NAND affected mechanical stability. Hot-spots, which are expected to be mechanically damaged during the electro-thermal annealing, can be determined based on understanding material characteristics such as thermal expansion, thermal conductivity, and electrical conductivity. Finally, several guidelines for improving mechanical stability are provided in terms of bias configuration as well as alternative materials.

• Journal of IKEEE
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• v.25 no.4
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• pp.770-773
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• 2021

In this paper, the retention characteristics of 3D NAND flash memory applied with tapering and ferroelectric (HfO₂) structure were analyzed after programming operation. Electrons trapped in nitride are affected by lateral charge migration over time. It was confirmed that more lateral charge migration occurred in the channel thickened by tapering of the trapped electrons. In addition, the Oxide-Nitride-Ferroelectric (ONF) structure has better lateral charge migration due to polarization, so the change in threshold voltage (V_th) is reduced compared to the Oxide-Nitride-Oxide (ONO) structure.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.36 no.1
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• pp.23-28
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• 2023

This paper demonstrates a novel NAND flash memory structure and annealing configuration including through-silicon via (TSV) inside the silicon substrate to improve annealing efficiency using an electro-thermal annealing (ETA) technique. Compared with the conventional ETA which utilizes WL-to-WL current flow, the proposed annealing method has a higher annealing temperature as well as more uniform heat distribution, because of thermal isolation on the silicon substrate. In addition, it was found that the annealing temperature is related to the electrical and thermal conductivity of the TSV materials. As a result, it is possible to improve the reliability of NAND flash memory. All the results are discussed based on 3-dimensional (3-D) simulations with the aid of the COMSOL simulator.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.92.2-92.2
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• 2015

Negative-AND (NAND) flash의 대용량 및 소형화로 인해 10 nm급 공정을 도입한 128 Gb NAND flash가 개발된 이래, 공정이 미세화되면서 셀이 작이지고 간격이 좁아지게 되었다. 이로 인해 전자가 누설되는 간섭현상이 심화되게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 NAND의 평면 구조를 수직으로 적층하는 3D NAND 기술이 개발되었으며 차세대 소자를 위한 필수 기술로 각광받고 있다. 3D NAND에서 channel hole etching시 고 선택 비의 중요도가 증가하여 증착막 보호 역할을 하는 hardmask의 두께가 증가하게 되었으며 기존 하드마스크 대비 내식각성이 2배 이상 향상된 hard material 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 dopant에 따른 amorphous carbon layer (ACL)의 etch rate의 변화량을 Raman spectroscopy등의 측정장비를 이용하여 비교분석 하였다. dopant의 각각 유량별에 대한 etch rate 변화의 영향성을 비교하였다. dopant의 유량에 따라 etch rate이 변화하는 것을 관찰할 수 있었으며, 2000 sccm 이후에는 etch rate이 급격히 감소하는 경향을 보였다. Raman 측정결과, etch rate의 감소에 따라 G-peak의 red shift가 발생하였으며 두 peak 간의 차이 값이 etch rate의 변화율과 유사한 경향을 보이는 것을 확인하였다.