특허 개요
본 특허는 산화물 반도체의 빠른 전자 이동 특성과 데이터 삭제 기능을 함께 확보하기 위한 이중 채널 전하 포획형 플래시 메모리 소자입니다. 산화물 반도체 채널과 터널 레이어 사이에 1～2nm 두께의 폴리실리콘 채널을 배치하고, 그 위에 터널 레이어·전하 트랩 레이어·차단 레이어·게이트 전극을 적층합니다. 초박막 폴리실리콘 채널에서의 양자역학적 효과로 전도 경로를 산화물 반도체 채널 측에 형성하면서, 폴리실리콘 채널을 통해 이레이즈 동작을 구현하는 구조입니다.
- 핵심 기능
프로그램 동작에서는 양의 전압을 인가해 전하 트랩 레이어에 전하를 저장하고 문턱전압 변화를 형성합니다. 이레이즈 동작에서는 음의 전압을 인가하며, 산화물 반도체 채널과 폴리실리콘 채널의 이중 채널 구조가 삭제 동작을 지원합니다.
- 차별 강점
기존 산화물 반도체 메모리는 높은 이동도라는 장점이 있으나 넓은 에너지 밴드갭과 결함 특성으로 인해 이레이즈용 홀 전류 생성이 제약됐습니다. 본 기술은 1～2nm 폴리실리콘 채널을 산화물 채널과 터널 레이어 사이에 추가해 고이동도 활용과 이레이즈 동작을 함께 확보하며, 산화 공정과 선택적 용액 식각으로 초박막 채널 형성 시 표면 거칠기 열화 문제도 줄이고자 합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 3차원 낸드 플래시, 고집적 비휘발성 메모리, 산화물 반도체 소자 및 전하 포획형 메모리 공정 분야에 활용 가능하며, 메모리 셀 구조와 초박막 채널 공정을 검토하는 기업·기관에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 AI 엣지 디바이스용 메모리, 컴퓨팅 인 메모리, 고용량 저장장치 및 차세대 메모리 반도체 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
산화물 반도체 채널과 폴리실리콘 채널을 포함하는 이중 채널 메모리 소자에서 양의 전압 인가 시 프로그램 동작, 음의 전압 인가 시 이레이즈 동작에 따른 문턱전압 이동을 확인했습니다. 다만 고적층 3차원 낸드 공정 적용, 실셀 신뢰성, 장기 데이터 보존 및 반복 동작 내구성은 구체적으로 제시되지 않았습니다.
- 검증 소자: 산화물 반도체 채널 및 폴리실리콘 채널을 포함하는 이중 채널 메모리 소자
- 비교 대상: 종래 산화물 반도체 메모리 소자
- 구동 조건: 프로그램은 양의 전압, 이레이즈는 음의 전압 인가; 폴리실리콘 채널 두께 1～2nm
현재 성과
양의 전압을 인가한 프로그램 동작에서 문턱전압이 양의 방향으로 개선되고, 음의 전압을 인가한 이레이즈 동작에서 문턱전압이 음의 방향으로 이동하는 특성이 제시됐습니다. 이를 통해 전하 포획형 메모리의 쓰기와 지우기 동작 확보 가능성을 확인했습니다.
산화물 반도체 채널과 폴리실리콘 채널을 포함하는 이중 채널 소자를 대상으로 프로그램·이레이즈 동작 특성을 확인했습니다. 폴리실리콘 채널 두께를 1～2nm로 설정하고, 프로그램에는 양의 전압, 이레이즈에는 음의 전압을 인가하는 조건이 제시됐습니다.
산화물 반도체 채널과 터널 레이어 사이에 초박막 폴리실리콘 채널을 배치해 산화물 반도체의 높은 이동도 특성과 이레이즈 동작을 함께 확보하는 구조입니다. 2nm 이하 폴리실리콘 채널에서는 양자역학적 효과에 따라 전도 경로와 전자 분포가 산화물 반도체 채널 측에 형성되는 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 또는 고적층 3차원 낸드 공정에 적용 가능한 공정 통합성 검증
실제 메모리 셀 기준의 장기 데이터 보존 특성 및 반복 프로그램·이레이즈 내구성 검증
제조 수율, 소자 간 특성 재현성 및 공정 조건별 신뢰성 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 채널 기반 전하 포획형 플래시 소자의 메모리 동작 확보 방법
10-2024-0036431 (2024.09.03)
미등록 (심사 중)
조병진 (한국과학기술원), 박영근 (한국과학기술원), 정재중 (한국과학기술원), 강대현 (한국과학기술원), 김승훈 (한국과학기술원), 추준홍 (한국과학기술원)
한국과학기술원