• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.196-197
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• 2010

NAND형 charge trap flash (CTF) non-volatile memory (NVM) 소자가 30nm node 이하로 고집적화 되면서, 기존의 SONOS형 CTF NVM의 tunnel barrier로 쓰이는 SiO2는 direct tunneling과 stress induced leakage current (SILC)등의 효과로 인해 data retention의 감소 등 물리적인 한계에 이르렀다. 이에 따라 개선된 retention과 빠른 쓰기/지우기 속도를 만족시키기 위해서 tunnel barrier engineering (TBE)가 제안되었다. TBE NVM은 tunnel layer의 전위장벽을 엔지니어드함으로써 낮은 전압에서 전계의 민감도를 향상 시켜 동일한 두께의 단일 SiO2 터널베리어 보다 빠른 쓰기/지우기 속도를 확보할 수 있다. 또한 최근에 각광받는 high-k 물질을 TBE NVM에 적용시키는 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 Si3N4와 HfAlO (HfO2 : Al2O3 = 1:3)을 적층시켜 staggered의 새로운 구조의 tunnel barrier Capacitor를 제작하여 전기적 특성을 후속 열처리 온도와 방법에 따라 평가하였다. 실험은 n-type Si (100) wafer를 RCA 클리닝 실시한 후 Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)를 이용하여 Si3N4 3 nm 증착 후, Atomic layer deposition (ALD)를 이용하여 HfAlO를 3 nm 증착하였다. 게이트 전극은 e-beam evaporation을 이용하여 Al를 150 nm 증착하였다. 후속 열처리는 수소가 2% 함유된 질소 분위기에서 $300^{\circ}C$와 $450^{\circ}C$에서 Forming gas annealing (FGA) 실시하였고 질소 분위기에서 $600^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$까지 Rapid thermal annealing (RTA)을 각각 실시하였다. 전기적 특성 분석은 후속 열처리 공정의 온도와 열처리 방법에 따라 Current-voltage와 Capacitance-voltage 특성을 조사하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권5호
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• pp.461-466
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• 2010

In this study, $Al_2O_3/TaAlO_4/SiO_2$ (A/TAlO/S) structures with tantalum aluminate charge trap layer were fabricated for Nand flash memory device. We evaluated the memory window and retention characteristic as the thickness of the tunnel oxide was varied among 3 nm, 4 nm, and 5 nm. All tunnel oxide thicknesses were measured by ellipsometer and TEM (Transmission Electron Microscope). The A/TAlO/S multi-layer film consisted of 5 nm tunnel oxide showed the best result of memory window of 1.57 V and retention characteristics. After annealing the 5 nm tunnel oxide A/TAlO/S multi-layer film at $900^{\circ}C$. The memory window decreased to 1.32 V. Moreover, the TEM images confirmed that the thickness of multi-layer structure decreased 14.3% after annealing and the program conditions of A/TAlO/S multi-layer film decreased from 13 V to 11 V for 100 ms. Retention properties of both as-deposited and annealed films stably maintained until to $10^4$ cycles.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.41-41
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• 2011

Flash memory에서 tunnel oxide film은 electron tunnelling 현상을 이용하여 gate에 전하를 전달하는 통로로 사용되고 있다. 특히, tunnel oxide film 내부의 charge trap 현상과 불순물이 소자 특성에 직접적인 영향을 주고 있어, 후속 N2O/NO 열처리 공정에서 SiO2/Si 계면에 nitrogen을 주입하여 tunnel oxide film 특성을 개선하고 있다. 따라서 N2O/NO 열처리 공정 최적화를 위해서는 tunnel oxide film 내 N 농도와 분포에 대한 정확한 평가가 필수적이다[1]. 본 실험에서는 low energy magnetic SIMS를 이용하여 N2O로 열처리된 tunnel oxide film 내의 N농도를 보다 정확하게 평가하고자 하였다. 사용된 시료는 Si substrate에 oxidation 이후 N2O 열처리를 진행하여 tunnel oxide를 형성시켰으며, 분석 impact energy는 surface effect최소화와 최상의 depth resolution 확보를 위해 250eV를 사용하였으며, matrix effect와 mass interference를 방지하기 위해 MCs+ cluster mode[2]로 CsN signal를 검출하였다. 실험 결과, 특정 primary beam 입사각도에서 nitrogen depth resolution 저하 현상이 발생하였고, SIMS crater 표면이 매우 거칠게 나타났다. 이에, Depth resolution 저하 현상을 개선하기 위해 극한의 glancing 입사각 조건으로 secondary extraction voltage 변화를 통해 depth resolution이 개선되는 최적의 impact energy와 primary beam 입사각 조건을 확보하였다. 그 결과 nitrogen의 depth resolution은 1.6nm의 depth resolution을 확보하였으며, 보다 정확한 N 농도와 분포를 평가할 수 있게 되었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.122-122
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• 2008

Recently, Metal/Alumina/Silicon-Nitride/Silicon-Oxide/Silicon (MANOS) structures are one of the most attractive candidates to realize vertical scaling of high-density NAND flash memory [1]. However, as ANO layers are miniaturized, negative and positive bias temperature instability (NBTI/PBTI), such as the flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$, the interfacial trap density increase, ${\Delta}D_{it}$, the gate leakage current, ${\Delta}I_G$. and the retention characteristics, in MONOS capacitors, becomes an important issue in terms of reliability. It is well known that tunnel oxide degradation is a result of the oxide and interfacial traps generation during FN (Fowler-Nordheim) stress [2]. Because the bias temperature stress causes an increase of both interfacial-traps and fixed oxide charge could be a factor, witch can degrade device reliability during the program and erase operation. However, few studies on NBTI/PBTI have been conducted on improving the reliability of MONOS devices. In this work, we investigate the effect of post-annealing gas on bias temperature instability (BTI), such as the flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$, the interfacial trap density shift, ${\Delta}I_G$ retention characteristics, and the gate leakage current characteristics of MANOS capacitors. MANOS samples annealed at $950^{\circ}C$ for 30 s by a rapid thermal process were treated via additional annealing in a furnace, using annealing gases $N_2$ and $N_2-H_2$ (2 % hydrogen and 98 % nitrogen mixture gases) at $450^{\circ}C$ for 30 min. MANOS samples annealed in $N_2-H_2$ ambient had the lowest flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$ = 1.09/0.63 V at the program/erase state, and the good retention characteristics, 123/84 mV/decade at the program/erase state more than the sample annealed at $N_2$ ambient.