플로팅 게이트 삽입을 통한 강유전체 트랜지스터 성능 및 신뢰성 향상 검증

Abstract

IoT, processing in memory, neuromorphic device 등에 대한 연구 및 기술에 대한 수요가 증가함에 따라, 반도체 소자 차원에서의 혁신을 이루고자 하는 시도가 계속되고 있다. 대표적 예시로 상변화 메모리, 자기 저항 메모리 등이 있으며, 강유전체 기반의 트랜지스터 또한 DRAM과 플래시 메모리를 대체할 강력한 반도체 소자로 많은 주목을 받고 있다. 그러나 강유전체 특유의 높은 유전 상수는 게이트 절연막의 내구성에 대한 부담은 디바이스의 신뢰성 저하의 주요 원인이며, 이를 완화하기 위한 금속-강유전체-금속-게이트절연막-반도체 기판 (MFMIS) 구조의 활용은 트랜지스터의 면적 증가로 인한 집적도 저하라는 결정적 한계점을 지닌다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 3차원 입체 구조 기반의 강유전체 메모리 소자를 제안하며, 이 소자들의 실효성을 TCAD 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 3D 입체 구조 적용에 최적화된 강유전체 박막 개발, 특성 추출 및 시뮬레이션과의 신뢰성 있는 연계를 위한 일련의 검증 단계를 거쳐, MFMIS 구조 기반의 3차원 입체 구조 기반의 강유전체 메모리의 강점을 검증하였다.