특허 개요
본 특허는 전하를 포획하는 기능과 강유전체의 분극 전환을 결합한 듀얼 스위칭 메모리 소자입니다. 채널 구조체를 기준으로 Al doped HfO2 강유전체 차단 레이어, 전하 트랩 레이어, 터널 레이어 및 게이트 전극을 적층하며, 음의 게이트 전압으로 주입된 전하와 강유전체 분극이 문턱전압을 같은 방향으로 변화시키도록 설계합니다. 차단 레이어의 Hf:Al 조성비는 20:1～26:1 범위로 설정해 전하 차단 기능과 강유전체 분극 스위칭을 함께 구현합니다.
- 핵심 기능
게이트 전극에 음의 전압을 인가하면 전하가 터널 레이어를 거쳐 전하 트랩 레이어에 포획되고, 동시에 Al doped HfO2 차단 레이어의 분극 상태가 전환됩니다. 두 메커니즘이 문턱전압 변화 방향을 정렬해 메모리 상태 간 구분 폭인 메모리 윈도우를 확대하는 방식입니다.
- 차별 강점
기존 전하 트랩형 플래시는 전하 포획에 주로 의존하며, HfZrO2 기반 강유전체는 고온 후속 공정에서 누설전류 특성과 강유전성이 열화될 수 있었습니다. 본 특허는 차단 레이어를 Al doped HfO2로 구성해 전하 트랩과 강유전체 분극 스위칭을 결합하고, 고온 공정 안정성과 메모리 윈도우 향상을 함께 목표로 합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 3차원 낸드 플래시, 고집적 비휘발성 메모리, QLC 메모리 및 메모리 기반 연산 구조 연구에 활용 가능하며, 강유전체 재료 조성 및 적층 구조 최적화에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 AI용 CIM 메모리, 엣지 디바이스용 고용량 저장장치, 고집적 낸드 메모리 공정 및 메모리 반도체 부품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
Al doped HfO2 차단 레이어를 적용한 듀얼 스위칭 메모리 소자를 대상으로 Al 농도와 Hf:Al 조성비에 따른 강유전성 및 전기 분극 특성을 평가했습니다. 조성별 강유전성 및 메모리 윈도우 특성은 제시됐으나, 실제 3차원 낸드 셀의 장기 신뢰성, 반복 프로그램·소거 내구성 및 데이터 보존 특성은 확인되지 않았습니다.
- 평가 소자: Al doped HfO2 차단 레이어 적용 듀얼 스위칭 메모리 소자
- 조성 비교: Al 농도 및 Hf:Al 조성비별 강유전성·전기 분극 특성
- 평가 조건: Al 농도 1.3%～1.9%, Hf:Al 조성비 20:1～26:1
현재 성과
Hf:Al 조성비 23:1 및 Al 농도 1.6% 조건에서 가장 큰 메모리 윈도우가 나타난 것으로 기재됐습니다. 전하 트랩과 강유전체 분극 스위칭이 문턱전압을 같은 방향으로 변화시키도록 한 구조가 메모리 상태 구분 폭 확대의 기반입니다.
Al doped HfO2 차단 레이어를 포함하는 듀얼 스위칭 메모리 소자를 대상으로 Al 농도와 Hf:Al 조성비에 따른 강유전성 및 전기 분극 특성을 평가했습니다. Al 농도 1.3%, 1.6%, 1.9% 조건의 상 비율과 조성별 특성이 제시됐으나, 실제 낸드 셀 기반의 장기 신뢰성 평가는 별도 확인이 필요합니다.
기존 전하 트랩형 플래시의 전하 저장 방식에 강유전체 분극 스위칭을 결합한 구조입니다. 특히 차단 레이어에 Al doped HfO2를 적용해 전하 차단 기능과 분극 스위칭 기능을 함께 수행하도록 한 점이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 3차원 낸드 셀 구조에서의 장기 신뢰성 및 반복 프로그램·소거 내구성 검증
데이터 보존 특성, 누설전류 및 고온 후속 공정 이후의 소자 특성 실증
대면적 웨이퍼 공정에서의 조성·막 두께 균일성 및 양산 공정 재현성 확보
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
듀얼 스위칭 메모리 소자 및 이를 제조하는 방법
10-2024-0129920 (2024.09.25)
1020250139727 (2025.09.23)
미등록 (심사 중)
조병진 (한국과학기술원), 박영근 (한국과학기술원), 정재중 (한국과학기술원), 강대현 (한국과학기술원), 김승훈 (한국과학기술원), 추준홍 (한국과학기술원)
한국과학기술원