바카라 양방 FERAM의 개발 : 초 미세한 차세대 반도체 메모리의 실현을 향해

바카라 커뮤니티 (AIST)의 NANOELECTRONICS RESTEAR Institute (NERI)는 1 비트 메모리 셀이 하나의 트랜지스터로 구성된 1T Feram의 개발에 성공했으며 우수한 성능 특성을 확인했습니다

• 차세대 강유전성 바카라 양방 달성을 향한 주요 발전
  추가 개발을 방해하는 상업적으로 이용 가능한 Feram에는 하나의 비트 메모리 셀에 2 개의 트랜지스터와 2 개의 강유전전 커패시터 (2T2C) 또는 하나의 강유전전 커패시터 (바카라 양방1C)가 있습니다 따라서 한 번에 넓은 영역이 필요하므로 초 고트 비트 고급 통합을 달성하기가 어렵습니다
  
  바카라 양방 FERAM은 하나의 강유전체 게이트 필드 효과 변압기 (FET)로 구성되기 때문에 하나의 비트 메모리 셀에 필요한 영역은 매우 작습니다 따라서 과도한 조정 수준의 통합을 갖춘 초 고트 비트 페람 역할을 할 것을 약속합니다 그러나 바카라 양방 FERAM의 문제는 데이터 보존 시간이 짧았으며 (최상의 하루 약 1 일) 실제 응용 프로그램의 전망을 강조한다는 것입니다 (일본에서는 여러 회사 가이 어려움을 극복하지 않고 연구에 종사하고 있습니다)
  
  AIST에서 개발 된 바카라 양방 Feram은 데이터 입력으로부터 약 12 ​​일의 입증 된 데이터 보유 시간을 가지고 있습니다 (10⁶Seconds "1"및 "0"데이터를 읽을 수 있고 현재 비율은 6 개의 순서가 6 개 이상입니다)이 성공은 처음으로 바카라 양방 Feram의 실제 적용 방법을 처음으로 열었습니다


• 고품질의 강유전 전기 및 완충 층으로 구성된 스택을 달성하기 위해 레이저 제거 기술을 사용하여 고급 박막 형성 기술 바카라 양방

강유전 전기 및 완충 층을 쌓기위한 새로운 기술 바카라 양방의 기술 혁신적인 획기적인 혁신은 Strontium, Bismuth 및 Tantalum 산화물 (SRBI2TA2O9)이 강유 전자 및 Hafnium (HF) 산화물에 사용되어야한다는 사실에있어서 (SLICON) (HF) 산화물에 사용되어야한다는 사실에있다 강유전체) 레이저 절제는 고품질 라미네이트 필름의 형성을 허용하기 위해 재료의 고유 특성을 발현하는 우수한 기술이다 우리는 또한 새로운 재료를 사용하여 밀집된 비정질 필름을 형성하는 데 성공하여 단열 버퍼 층의 누출 전류를 줄일 수 있습니다 이러한 기술의 바카라 양방로 인해 데이터 보존 시간이 급격히 증가했습니다

새로 바카라 양방 된 강유전성 메모리는 데이터 보존 불량의 문제를 해결하여 메모리 작동 전압 감소를 포함하여 성능의 추가 개선에 대한 약속 전망을 열어줍니다 메모리 애플리케이션을위한 강유전체의 사용 외에도, 재구성 가능한 논리 회로에 사용되는 추가 바카라 양방이 계획되어있다

AIST의 NERI는 1999 년까지 2001 년까지 경제 무역 및 산업부의 차세대 강유전 전기 메모리 연구 바카라 양방 프로젝트에 참여했으며, 기간 동안 기본 레이저 처리 기술의 일부가 바카라 양방되었습니다

 

DRAM을 대체하기 위해 대용량의 고속 비 휘발성 메모리를 바카라 양방하기 위해 전 세계적으로 집중적 인 연구가 진행됩니다 강유전체를 사용하는 강유전성 랜덤 액세스 메모리 (FERAM)는 이미 대량 생산되어 있으며 소규모로는 시장에서 이용 가능합니다 도 1 (왼쪽)에서 볼 수 있듯이,이 기존의 Feram의 한 부분은 커패시터와 트랜지스터로 구성된다 이 시스템에서 커패시터에 저장된 전하 금액은 추가 소형화 (대규모 회로 통합)를 추구하는 제한 요소입니다

AIST는 단일 필드 효과 트랜지스터의 게이트 절연 필름 대신 강유전 전기 필름을 사용하는 바카라 양방 Feram (그림 1 (오른쪽))을 개발했습니다 단일 셀에 필요한 영역은 단지 트랜지스터가 차지하는 공간 일뿐입니다 이 메모리에서, 반도체 표면 도체 채널은 강유전 전기 필름에 의해 저장된 전기 편광의 상태에 반응하여 열리고 닫힙니다 (그림 2) 데이터 메모리 상태는 도체 채널의 양쪽 끝에 배수구와 소스 전자 사이에 전압이 적용될 때 흐르는 전류의 존재 또는 거의 부재의 함수로 읽습니다 구조는 단순하고 영역은 작습니다 또한, 운영 원리의 의미에서 미래의 장치 소형화에는 제한이 없으며, 이는 기존의 Feram에 비해 큰 이점입니다 이러한 방식으로, 바카라 양방 Feram은 추가 소형화 (더 높은 통합)가 가능한 궁극적 인 반도체 메모리로서 큰 약속을 가지고 있습니다 다시 말해, 용량 확장의 범위를 제공합니다 그러나 고품질 반도체 표면과 고품질 강유전 전기를 달성하는 데 여전히 기술적 인 어려움이있었습니다 해결해야 할 가장 중요한 문제는 짧은 데이터 보존 시간이었습니다

AIST는 레이저 절제 기술을 사용하여 고품질 강유전 및 버퍼 층 (강유전체 및 반도체 실리콘 사이)에 필요한 박막 스태킹 기술을 개발함으로써 이러한 문제를 해결했습니다 이것은 GBIT 수준을 넘어서 바카라 양방 Feram의 용량 증가를위한 길을 따라 갔다

그림 1 종래의 페람 (왼쪽)과 바카라 양방 Feram (오른쪽)의 구조적 비교

그림 2 Feram의 2 구조

(1) 레이저 절제 프로세스를 사용하여 고품질 강유전체 및 완충 층으로 구성된 박막 스택을 형성하는 기술 바카라 양방

레이저 절제 과정에서 펄스 레이저 빔은 대상에 중점을 둡니다 증발은 조사 된 부분에서만 발생하기 때문에, 대상을 구성하는 물질의 품질은 기판에 증착 된 박막의 품질에 직접 베어링 할 것이다 따라서이 방법으로 고품질의 박막을 쉽게 얻을 수 있습니다 이 레이저 절제 기술의 특정 특징 외에도 우리는 성장 용기의 압력과 가스 종류를 기판 온도뿐만 아니라 최적화하려고 노력했습니다 또한, 우리는 새로운 복합 hafnium (HF) 산화물을 사용하여 안정적인 비정질 완충 층을 형성했습니다 결과적으로, 우리는 강유전 전기 및 버퍼 층의 조밀 한 저시 전류 스택을 달성함으로써 바카라 양방 Feram을 개발할 수있었습니다

(2) 장기 데이터 보존 기능 검증

우리는 실리콘 기판에서 바카라 양방 feram을 생산했습니다 (그림 3 왼쪽과 오른쪽) 게이트 절연 필름 Ferroelectric은 SRBI로 구성됩니다₂TA₂O₉데이터는 게이트 전극에 양수/음성 전압 펄스가 적용될 때 작성됩니다 양의 6V 펄스를 적용한 후 전압 VD가 배수 전극에 적용되면 적절한 전류 ID가 도체 채널에서 흐릅니다 (정보 "1"으로 정의 됨) 대조적으로, 음의 6V 펄스를 적용한 후 현재 ID는 VD가 적용될 때 (정보 "0"(그림 4)로 정의 할 때 무시할 수 있습니다 데이터를 입력 한 후 데이터 보유 특성을 측정했습니다 (그림 5) X 축은 데이터 입력 후 시간을 제공하고 y-axis는 8의 판독 값으로 표현됩니다 대규모 "1"및 "0"상태는 데이터 입력 직후에 데이터 보유 성능의 좋은 지표로 사용됩니다 이러한 경향을 추정하는 것은 1 년 순서대로 데이터 보유 시간을 달성 할 수 있음이 밝혀졌습니다

 

그림 1 T Feram의 사진 주사 전자 공기 측정법 (왼쪽)과 광학 광학 현미경 (오른쪽)에 의한 상단보기에 의한 단면도

그림 4 정보의 읽기 특성 "1"및 "0"은 바카라 양방에 저장됩니다

그림 5 정보의 보존 특성 "1"및 "0"은 바카라 양방에 저장됩니다