특허 개요
본 특허는 둥근 리세스 채널 안에 여러 층을 적층한 강유전성 전계 효과 트랜지스터(FeFET) 기반의 비휘발성 메모리 구조입니다. 소오스와 드레인 사이에 둥근 식각 프로파일의 리세스 채널홀을 형성하고, 그 표면을 따라 게이트 절연막과 다층 강유전체 게이트 스택(MFMFMIS)을 배치합니다. 복수의 강유전체층과 플로팅 게이트층을 직렬 커패시터로 구성하고 각 강유전체층의 유효 면적·두께를 조절해, 강유전체층에는 더 큰 전기장을 유도하고 게이트 절연막에는 낮은 전기장이 걸리도록 설계합니다.
- 핵심 기능
리세스 채널홀 표면에 게이트 절연막, 하부 플로팅 게이트층, 하부 강유전체층, 상부 플로팅 게이트층, 상부 강유전체층 및 게이트층을 순차 형성합니다. 직렬 연결된 강유전체 커패시터의 유효 면적과 정전용량을 조절해 전기장 분포를 제어하고, 강유전체 분극에 따른 문턱전압 차이로 메모리 상태를 저장합니다.
- 차별 강점
기존 평면 FeFET 및 리세스형 FeFET는 내구성과 메모리 성능, 게이트 면적 스케일링에 한계가 있었습니다. 본 기술은 둥근 리세스 채널과 다층 강유전체 구조를 결합하고 강유전체층의 커패시턴스를 게이트 절연막보다 낮게 설계해, 메모리 윈도우 확대와 절연막 전기장 저감을 함께 목표로 합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 비휘발성 반도체 메모리, FeFET 소자 설계, 고집적 메모리 셀, 강유전체 게이트 스택 공정 분야에 활용 가능하며, 리세스 채널 기반 전기장 제어 구조 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 임베디드 메모리, 고집적 메모리 반도체, 차세대 FeFET 기반 메모리 장치 및 관련 제조 공정으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
MFM 커패시터의 P-E 특성과 평면 FeFET의 ID-VG 특성에서 측정값과 계산값의 유사성을 확인해 사용 모델의 신뢰성을 검토했습니다. 검증된 모델을 바탕으로 복수 FeFET 구조의 메모리 윈도우와 전기장 분포를 비교했으며, 실제 제작 소자의 수율·재현성·장기 내구성 및 실셀 동작은 추가 검증이 필요합니다.
- 검증 소자: MFM 커패시터, 평면 FeFET 및 리세스형·다층 강유전체 FeFET 구조
- 비교 기준: P-E 및 ID-VG 측정값과 계산값, 평면 FeFET·리세스 FeFET·이중 강유전체 구조 간 비교
- 구동 조건: 드레인 전압 0.05 V, 게이트 전압 -1.8～3 V 스캔
- 판정 기준: 드레인 전류 10-9 A에서 High Vth와 Low Vth의 차이로 메모리 윈도우 산정
현재 성과
일 실시예의 DF-RFeFET에서 메모리 윈도우가 2.7 V로 제시되었습니다. 다층 강유전체 구조와 리세스 채널을 통해 강유전체층 전기장을 강화하고, 단일 강유전체 구조보다 큰 메모리 윈도우를 확보하는 것을 목표로 합니다.
MFM 커패시터의 P-E 특성과 평면 FeFET의 ID-VG 특성에서 측정값과 계산값이 유사한 것으로 서술되어 모델의 신뢰성을 검토했습니다. 해당 모델을 바탕으로 평면형, 리세스형, 이중 강유전체형 FeFET 구조의 전기장 분포와 메모리 윈도우를 비교했습니다.
기존 평면 FeFET와 리세스형 FeFET는 단일 또는 단순 게이트 스택 구조에 따른 메모리 성능 및 면적 스케일링 제약이 있었습니다. 본 기술은 둥근 리세스 채널을 따라 복수의 강유전체층과 플로팅 게이트층을 직렬 구성하고, 층별 유효 면적과 커패시턴스를 조절하는 점이 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 제작 소자 기반의 수율 및 공정 재현성 검증
반복 동작과 장기 보존 특성을 포함한 내구성 검증
대면적 집적 환경에서의 소자 균일성 및 실셀 동작 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
강유전성 전계 효과 트랜지스터, 이를 이용한 메모리 장치 및 이의 제조방법
Ferroelectric field effect transistor, memory device using the same and manufacturing method thereof
10-2023-0014370 (2023.02.02)
1020240121562 (2024.08.09)
1028525960000 (2025.08.26)
김영현, 진사민, 안성의
한양대학교 에리카산학협력단