특허 개요
본 특허는 3차원 비휘발성 메모리용 산화물 채널의 동작 특성을 개선하는 불소 도핑 a-IGZO 채널 기반 전하트랩형 메모리 소자입니다. 워드라인과 절연막이 교번 적층된 홀 내부에 터널 레이어, 전하 트랩 레이어, 차단 레이어 및 산화물 채널을 순차적으로 형성하며, a-IGZO 위에 iCVD 방식으로 PFDA 함유 폴리머층을 증착하고 ALD 산화알루미늄 캡핑층을 형성한 뒤 드라이브-인 열처리로 불소를 채널 내부에 도핑합니다. 불소 도핑은 산소 공공과 벌크 트랩을 줄여 음의 문턱전압 특성을 개선하고 채널의 normally-off 동작을 유도하는 방식입니다.
- 핵심 기능
a-IGZO 채널 위에 불소 공급원인 PFDA 함유 폴리머층을 iCVD로 형성하고, 산화알루미늄 캡핑층으로 불소 손실을 억제한 뒤 400℃ 드라이브-인 공정으로 채널에 불소를 도핑합니다. 형성된 불소 도핑 채널은 게이트 바이어스에 따라 전류 경로로 동작하며, 전하 트랩 레이어는 주입 전하를 포획해 메모리 저장 기능을 수행합니다.
- 차별 강점
기존 a-IGZO 채널은 음의 문턱전압으로 인해 normally-on 동작과 외부 스트레스 안정성 저하 문제가 있었고, 종래 불소 도핑은 이온 충돌에 따른 채널 손상 가능성이 있었습니다. 본 기술은 PFDA 함유 폴리머의 iCVD 증착과 산화알루미늄 캡핑, 열 드라이브-인을 조합해 채널 손상 우려를 줄이면서 불소를 채널 내부에 도입하는 공정 구성이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 3차원 낸드 플래시, 산화물 반도체 채널, 전하트랩형 비휘발성 메모리, CIM용 메모리 소자 분야에 활용 가능하며, 산화물 채널의 문턱전압 제어와 이동도 개선 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 AI·딥러닝용 메모리, 엣지 디바이스, 고집적 비휘발성 메모리 및 메모리 내 연산용 반도체 부품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
400℃ 드라이브-인 공정을 적용한 불소 도핑 a-IGZO 산화물 채널 메모리 소자와 a-IGZO 단독 채널 소자의 문턱전압 및 전류 특성을 비교했습니다. 불소 도핑 채널의 양의 문턱전압과 on-current 성능 상승은 제시됐으나, 프로그램·소거 내구성, 데이터 유지 특성 및 실셀 집적 검증은 구체적으로 제시되지 않았습니다.
- 평가 소자: 불소 도핑 a-IGZO 산화물 채널 메모리 소자
- 비교 소자: a-IGZO 단독 산화물 채널 메모리 소자
- 공정 조건: 400℃ 드라이브-인 열처리
현재 성과
불소 도핑 a-IGZO 채널 소자에서 양의 문턱전압이 제시되어 normally-off 특성을 가질 수 있음을 확인했습니다. 불소 도핑은 산소 공공 수를 줄이고 벌크 트랩을 패시베이션해 채널의 문턱전압 특성 개선에 기여합니다.
불소 도핑 a-IGZO 산화물 채널 메모리 소자와 a-IGZO 단독 채널 소자를 대상으로 문턱전압 및 전류 특성을 비교했습니다. 400℃ 드라이브-인 공정 조건에서 불소 도핑 채널의 문턱전압 변화와 on-current 성능 상승이 제시됐습니다.
종래 이온 충돌 기반 불소 도핑은 채널 형태 열화와 이온결합 파괴를 유발할 수 있었습니다. 본 기술은 PFDA 함유 폴리머층을 iCVD로 증착하고 산화알루미늄 캡핑 및 열 드라이브-인을 적용해 불소를 채널 내부에 도입하는 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 공정에서 불소 도핑 농도와 채널 특성의 재현성 검증
메모리 프로그램·소거 반복 내구성 및 데이터 유지 특성 평가
실셀 집적 환경에서의 장기 신뢰성과 동작 특성 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
산화물 반도체 메모리 소자 및 이의 제조 방법
10-2024-0118975 (2024.09.03)
1020250139723 (2025.09.23)
미등록 (심사 중)
조병진 (한국과학기술원), 박영근 (한국과학기술원), 김희태 (한국과학기술원), 정재중 (한국과학기술원)
한국과학기술원
한국과학기술원