특허 개요
본 특허는 3차원 낸드 플래시 메모리의 채널 내부에 강유전체 커패시터를 집적해 메모리 윈도우를 확보하는 전하 포획형 비휘발성 메모리 구조입니다. 워드라인과 절연체의 적층 구조를 관통하는 채널 주변에는 터널 레이어·전하 트랩 레이어·차단 레이어를 배치하고, 통상 옥사이드 필러가 위치하는 채널 내측에 강유전체 박막과 금속 코팅으로 구성된 커패시터를 형성합니다. 이 커패시터에 바이어스를 인가하면 채널 뒷면 전위 변화에 따른 바디 효과(body effect)로 문턱전압을 제어하는 방식입니다.
- 핵심 기능
채널 주변의 전하 트랩 레이어가 전하를 포획해 비휘발성 메모리 상태를 형성하고, 채널 내측의 강유전체 커패시터가 별도 바이어스로 채널 전위를 조절합니다. 강유전체 커패시터의 바디 효과를 이용해 문턱전압을 변화시켜 저장 상태 간 전압 구분 범위를 확보하도록 동작합니다.
- 차별 강점
기존 3차원 낸드 메모리는 적층 수 증가와 셀 직경 축소 과정에서 메모리 윈도우 및 데이터 보존 특성이 저하될 수 있습니다. 본 특허는 채널 내부의 옥사이드 필러 위치를 강유전체 커패시터로 대체하고 채널 뒷면 전위를 제어함으로써, 단순한 셀 치수 축소와 다른 방식으로 문턱전압 및 메모리 윈도우를 조절하는 구조를 제안합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 고집적 3차원 낸드 플래시, 전하 트랩형 비휘발성 메모리, 강유전체 집적 공정 및 메모리 소자 설계 분야에 활용 가능하며, 메모리 윈도우 제어 기술 검토로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 고용량 저장장치, 엣지 AI·IoT용 비휘발성 메모리, CIM(Computing-In-Memory)용 메모리 소자 및 관련 반도체 공정·소재 개발로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
강유전체 박막과 금속 코팅으로 구성된 커패시터를 채널 내측에 형성하고, 바이어스 인가에 따른 바디 효과로 문턱전압을 변화시키는 구조와 제조 방법이 제시되었습니다. 실제 소자 제작 결과와 메모리 윈도우 크기, 데이터 보존 특성, 내구성 및 동작 속도에 대한 실증 데이터는 제시되지 않았습니다.
현재 성과
채널 내측 강유전체 커패시터에 바이어스를 인가해 채널 뒷면 전위를 제어하고, 바디 효과로 문턱전압을 변화시키는 구조입니다. 이를 통해 3차원 반도체 메모리 소자의 메모리 윈도우 확보를 목적으로 합니다.
워드라인·절연체 적층 구조체, 채널 주변의 터널·전하 트랩·차단 레이어 및 채널 내측 강유전체 커패시터로 이루어진 소자 구조가 제시되었습니다. 채널 내주면에 강유전체 박막을 형성한 뒤 금속 코팅을 형성하는 제조 방법도 포함되지만, 실제 제작·측정 데이터는 제시되지 않았습니다.
기존 3차원 낸드의 미세화는 셀 직경 축소에 따른 메모리 윈도우와 데이터 보존 특성 저하 문제가 있습니다. 본 특허는 통상 옥사이드 필러가 위치하는 채널 내측에 강유전체 박막과 금속 코팅의 커패시터를 배치해, 채널 뒷면 바이어스와 바디 효과로 문턱전압을 제어하는 점이 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 소자 제작을 통한 메모리 윈도우 크기 및 문턱전압 제어 특성 실증
데이터 보존 특성, 프로그램·소거 내구성 및 동작 속도 평가
대면적 공정과 실셀 구조에서의 강유전체 박막·금속 코팅 형성 재현성 및 공정 호환성 검증
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
전하 포획형 플래시 소자의 추가적인 메모리 윈도우 확보 방법
10-2024-0036386 (2024.09.09)
미등록 (심사 중)
조병진 (한국과학기술원), 박영근 (한국과학기술원), 정재중 (한국과학기술원), 추준홍 (한국과학기술원), 김승훈 (한국과학기술원), 강대현 (한국과학기술원)
한국과학기술원