• Journal of IKEEE
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• v.25 no.4
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• pp.774-777
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• 2021

In this paper, we analyzed the gate controllability of 3D NAND Flash Memory with Charge Trap Flash using Ferroelectric (CTF-F) structure. HfO₂, a ferroelectric material, has a high-k characteristic besides polarization. Due to these characteristics, gate controllability is increased in CTF-F structure and on/off current characteristics are improved in Bit Line(BL). As a result of the simulation, in the CTF-F structure, the channel length of String Select Line(SSL) and Ground Select Line(GSL) was 100 nm, which was reduced by 33% compared to the conventional CTF structure, but almost the same off-current characteristics were confirmed. In addition, it was confirmed that the inversion layer was formed stronger in the channel during the program operation, and the current through the BL was increased by about 2 times.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.261-261
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• 2016

플래시 메모리 (flash memory)는 DRAM(dynamic racdom access memory)이나 SRAM(static random access memory)에 비해 소자의 구조가 매우 단순하기 때문에 집적도가 높아서 기기의 소형화가 가능하다는 점과 제조비용이 낮다는 장점을 가지고 있다. 또한, 전원을 차단하면 정보가 사라지는 DRAM이나 SRAM과 달리 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 지워지지 않는다는 특징을 가지고 있어서 ROM(read only memory)과 정보의 입출력이 자유로운 RAM의 장점을 동시에 가지기 때문에 활용도가 크다. 또한, 속도가 빠르고 소비전력이 작아서 USB 드라이브, 디지털 TV, 디지털 캠코더, 디지털 카메라, 휴대전화, 개인용 휴대단말기, 게임기 및 MP3 플레이어 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 낸드(NAND)형의 플래시 메모리는 고집적이 가능하며 하드디스크를 대체할 수 있어 고집적 음성이나 화상 등의 저장용으로 많이 쓰이며 일정량의 정보를 저장해두고 작업해야 하는 휴대형 기기에도 적합하며 가격도 노어(NOR)형에 비해 저렴하다는 장점을 가진다. 최근에는 smart watch, wearable device 등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 투명하고 유연한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있으며 유리나 플라스틱과 같은 기판 위에서 투명한 플래시 메모리를 형성하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 전하트랩형 (charge trap type) 플래시 메모리는 플로팅 게이트형 플래시 메모리와는 다르게 정보를 절연막 층에 저장하므로 인접 셀간의 간섭이나 소자의 크기를 줄일 수 있기 때문에 투명하고 유연한 메모리 소자에 적용이 가능한 차세대 플래시 메모리로 기대되고 있다. 전하트랩형 플래시메모리는 정보를 저장하기 위하여 tunneling layer, trap layer, blocking layer의 3층으로 이루어진 게이트 절연막을 가진다. 전하트랩 플래시 메모리는 게이트 전압에 따라서 채널의 전자가 tunnel layer를 통해 trap layer에 주입되어 정보를 기억하게 되는데, trap layer에 주입된 전자가 다시 채널로 빠져나가는 charge loss 현상이 큰 문제점으로 지적된다. 따라서 tunnel layer의 막질향상을 위한 다양한 열처리 방법들이 제시되고 있으며, 기존의 CTA (conventional thermal annealing) 방식은 상대적으로 높은 온도와 긴 열처리 시간을 가지고, RTA (rapid thermal annealing) 방식은 매우 높은 열처리 온도를 필요로 하기 때문에 플라스틱, 유리와 같은 다양한 기판에 적용이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 기존의 열처리 방식보다 에너지 전달 효율이 높고, 저온공정 및 열처리 시간을 단축시킬 수 있는 마이크로웨이브 열처리(microwave irradiation, MWI)를 도입하였다. Tunneling layer, trap layer, blocking layer를 가지는 MOS capacitor 구조의 전하트랩형 플래시 메모리를 제작하여 CTA, RTA, MWI 처리를 실시한 다음, 전기적 특성을 평가하였다. 그 결과, 마이크로웨이브 열처리를 실시한 메모리 소자는 CTA 처리한 소자와 거의 동등한 정도의 우수한 전기적인 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서, MWI를 이용하면 tunnel layer의 막질을 향상시킬 뿐만 아니라, thermal budget을 크게 줄일 수 있어 차세대 투명하고 유연한 메모리 소자 제작에 큰 기여를 할 것으로 예상한다.

• Journal of IKEEE
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• v.26 no.2
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• pp.329-332
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• 2022

In this paper, retention characteristics of lateral charge migration according to parameters of 3D NAND flash memory to which ferroelectric (HfO₂) structure is applied and ∆V_th were analyzed. The larger the P_s, the greater maximum polarization possible in ferroelectric during Programming. Therefore, the initial V_th increases by about 1.04V difference at P_s 70µC/cm² than at P_s 25µC/cm². Also, electrons trapped after the Program operation causes lateral charge migration over time. Since ferroelectric maintains polarization without applying voltage to the gate after Programming, regardless of P_s value, polarization increases as P_r increases and the ∆V_th due to lateral charge migration becomes smaller by about 1.54V difference at P_r 50µC/cm² than P_r 5µC/cm².

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.415-416
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• 2009

The tunnel barrier engineered charge trap flash (TBE-CTF) non-volatile memory using CRESTED tunneling barrier was fabricated by stacking thin $Si_3N_4$ and $SiO_2$ dielectric layers. Moreover, high-k based $HfO_2$ charge trap layer and $Al_2O_3$ blocking layer were used for further improvement of the NVM (non-volatile memory) performances. The programming/erasing speed, endurance and data retention of TBE-CTF memory was evaluated.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.02a
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• pp.104.2-104.2
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• 2009

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.47 no.2
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• pp.1-6
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• 2010

We proposed a highly integrated 3-dimensional NOR Flash memory array by using vertical 4-bit SONOS NOR flash memory. This structure has a vertical channel, so it is possible to have a long enough channel without extra cell area. Therefore, we can avoid second-bit effect, short channel effect, and redistribution of injected charges. And the proposed array structure is based on three-dimensional integration. Thus, we can obtain a NOR flash memory having $1.5F^2$/bit cell size.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2000.07a
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• pp.751-754
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• 2000

When charge-trap SONOS cells are used flash memory, the tunneling program/erase condition to minimize the generation of interface traps was investigated. SONOSFET NVSM cells were fabricated using 0.35$\mu\textrm{m}$ standard memory cell embedded logic process including the ONO cell process. based on retrograde twin-well, single-poly, single metal CMOS process. The thickness of ONO triple-dielectric for memory cell is tunnel oxide of 24${\AA}$, nitride of 74 ${\AA}$, blocking oxide of 25 ${\AA}$, respectively. The program mode(Vg: 7,8,9 V, Vs/Vd: -3 V, Vb: floating) and the erase mode(Vg: -4,-5,-6 V, Vs/Vd: floating, Vb: 3V) by modified Fowler-Nordheim(MFN) tunneling were used. The proposed programming condition for the flash memory of SONOSFET NVSM cells showed less degradation($\Delta$Vth, S, Gm) characteristics than channel MFN tunneling operation. Also the program inhibit conditions of unselected cell for separated source lines NOR-tyupe flash memory application were investigated. we demonstrated that the program disturb phenomenon did not occur at source/drain voltage of 1 V∼4 V and gate voltage of 0 V∼4.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.288-288
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• 2011

최근 Charge Trap Flash (CTF) Non-Volatile Memory (NVM) 소자가 30 nm node 이하로 보고 되면서, 고집적화 플래시 메모리 소자로 각광 받고 있다. 기존의 CTF NVM 소자의 tunnel layer로 쓰이는 SiO2는 성장의 용이성과 Si 기판과의 계면특성, 낮은 누설전류와 같은 장점을 지니고 있다. 하지만 단일층의 SiO2를 tunnel layer로 사용하는 기존의 Non-Valatile Memory (NVM)는 두께가 5 nm 이하에서 direct tunneling과 Stress Induced Leakage Current (SILC) 등의 효과로 인해 게이트 누설 전류가 증가하여 메모리 보존특성의 감소와 같은 신뢰성 저하에 문제점을 지니고 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 최근 CTF NVM 소자의 Tunnel Barrier Engineered (TBE) 기술이 많이 접목되고 있는 상황이다. TBE 기술은 SiO2 단일층 대신에 서로 다른 유전율을 가지는 절연막을 적층시킴으로서 전계에 대한 민감도를 높여 메모리 소자의 쓰기/지우기 동작 특성과 보존특성을 동시에 개선하는 방법이다. 또한 터널링 절연막으로 유전률이 큰 High-K 물질을 이용하면 물리적인 두께를 증가시킴으로서 누설 전류를 줄이고, 단위 면적당 gate capacitance값을 늘릴 수 있어 메모리 소자의 동작 특성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 CTF NVM 소자의 trap layer로 쓰이는 HfO2의 두께를 5 nm, blocking layer의 역할을 하는 Al2O3의 두께를 12 nm로 하고, tunnel layer로 Si3N4막 위에 유전율과 Energy BandGap이 유사한 HfAlO와 ZrO2를 적층하여 Program/Erase Speed, Retention, Endurance를 측정을 통해 메모리 소자로서의 특성을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.119-119
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• 2008

The electrical characteristics of Metal-Ferroelectric-Nitride-Oxide-Silicon (MFNOS) structure is studied and compared to the conventional Silicon-Oixde-Nitride-Oxide-Silicon (SONOS) capacitor. The ferroelectric blocking layer is SrBiNbO (SBN with Sr/Bi ratio 1-x/2+x) with the thickness of 200 nm and is fabricated by the RF sputter. The memory windows of MFNOS and SONOS capacitors with sweep voltage from +10 V to -10 V are 6.9 V and 5.9 V, respectively. The effect of ferroelectric blocking layer and charge trapping on the memory window was discussed. The retention of MFNOS capacitor also shows the 10-years and longer retention time than that of the SONOS capacitor. The better retention properties of the MFNOS capacitor may be attributed to the charge holding effect by the polarization of ferroelectric layer.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.97-98
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• 2009

Tunneling barrier engineered charge trap flash (TBE-CTF) memory capacitor were fabricated using the tunneling barrier engineering technique. Variable oxide thickness (VARIOT) barrier and CRESTED barrier consisting of thin $SiO_2$ and $Si_3N_4$ dielectrics layers were used as engineered tunneling barrier. The charge trapping characteristic with different metal gates are also investigated. A larger memory window was achieved from the TBE-CTF memory with high workfunction metal gate.