국립 선진 산업 과학 및 기술 연구소 [Yoshikawa Hiroyuki의 회장] (이하 "AIST"라고 불리는) 전자 연구 부서 [회장 Wada Toshimi]는 차세대 반도체입니다비 휘발성 메모리장치로 예상Ferroelectric Gate Transistor더 미세하게 만들 수 있습니다자체 정렬실시간 바카라 방법을 사용하여 성공적으로 제작되었으며 데이터 작성 후 10 일 후 10 일5오버 큰ON/OFF 드레인 전류 비율개최 될 수 있습니다
이 결과는 전기 실시간 바카라 트랜지스터의 소형화를 허용하는데, 이는 기존의 비자체 정렬 실시간 바카라 방법을 유지하기가 어려웠으므로 하나의 트랜스스터 유형입니다Feram실제 사용을 향한 개발이 가속화 될 것으로 예상됩니다
○ 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용한 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터에 대한 우수한 데이터유지
차세대 반도체 비 휘발성 메모리가 될 것으로 예상되는 Ferroelectric Gate Transistors는 현재 반도체 비 휘발성 메모리에서 널리 사용됩니다플래시 메모리와 비교하여 우수한 데이터 재 작성 저항, 더 빠른 재 작성 속도 및 큰 쓰기 전류가 필요하지 않은 것과 같은 장점이 있습니다 또한, 하나의 트랜지스터, 비파괴 데이터 판독 값으로 FERAM을 구성 할 수 있고 높은 통합에 유리한 특성이 있습니다 그러나 짧은 데이터 보유 시간과 같은 재료 선택을 포함하여 제조 과정에서 어려움으로 인한 문제가 있습니다
AIST는 자사에 정렬되지 않은 실시간 바카라 메소드 (Metal-Ferroelectric-indulator-semiconductor (mfis9360_9527이온 임플란트실시간 바카라 바로 아래의 스택 구조에서는 줄일 수 있습니다 그러나, 자체 정렬되지 않은 실시간 바카라 방법의 경우, 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터의 소형화에 제한이 있으므로, 향후 반도체 비 변형 메모리 장치로서 강유전체 실시간 바카라 트랜지스터를 실용적으로 만들기 위해 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 채택하는 것이 필수적이다 이번에는 MFIS 실시간 바카라 스태킹 구조를 형성 한 후,자가 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용하여 이온 이식을 수행하고 데이터 쓰기 후 10 일 후에도 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터를 제조 하였다5또는 더 높은 것은 유지 될 수 있습니다 이 결과는 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터의 소형화에 대한 연구에서 돌파구였으며, 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터의 연구 개발은 실제적인 사용을 위해 큰 발전을 이루었다고 말할 수 있습니다
○ 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터를위한 절연 층으로서 최적의 절연체 재료의 개발
Strontium, Bismuth 및 Tantalum Oxide (SRBI2TA2O910059_10375K) 절연체 층을 사용하여 강유전 전기 층에 적용되는 전압을 증가시켜야합니다 AIST는 이전에 두 가지 조건을 충족시키는 유망한 절연체 층 재료의 후보였습니다 고온에서도 다결정화하기가 어렵고 유전 상수가 높습니다2) 및 알루미늄 산화 알루미늄 (al2O3)의 복합 산화물 (Hafnium (HF)-알루미늄 (Al)-산소 (O))를 자세히 연구했습니다 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터의 절연체 층으로서 HF 및 AL의 최적 조성 비를 찾음으로써, 이번에는, 재현성이 높은 우수한 데이터 보유 특성을 갖는 강유전체 실시간 바카라 트랜지스터를 생성 할 수있다
이 결과는 IEDM2004 (2004 IEEE 국제 전자 장치 회의)에서 발표 될 예정입니다 또한 현재이 결과에 대해 3 개의 특허가 계류 중입니다
최근 몇 년 동안, Ferroelectric Memories (Ferrocelectric Memories)는 적극적으로 연구되고 경쟁하는 반도체 비 휘발성 기억 중 하나로 개발되었습니다 현재 비 휘발성 반도체 메모리의 널리 사용되는 플래시 메모리와 비교하여 Feram은 원칙적으로 데이터 재 작성 저항 및 빠른 재 작성 속도보다 우수합니다 또한, '1'및 '0'의 데이터는 큰 쓰기 전류가 필요하지 않은 강유전성 분극의 역전에 의해 저장 될 수 있기 때문에 최근 몇 년 동안 연구 개발이 진행되고있다MRAM와 비교할 때에도 전력 소비를 줄이는 특성이 있습니다 현재, 제품에서 개발 된 Ferams는 1T1C, 2T2C (T : 트랜지스터, C : 커패시터)라고하며 제어 트랜지스터 및 메모리 커패시터가 분리되는 셀 구조를 갖습니다 이 유형의 FERAM은 읽기 중에 데이터를 잃어 버리므로 읽기 후 다시 작성해야하며 여러 장치 (트랜지스터, 커패시터)가있는 단일 메모리 셀을 구성하려면 향후 통합에 제한이 있습니다 대조적으로, FET (Fitercelectric Transistor)의 실시간 바카라 절연 필름이 강유전성 박막의 2 층 구조 및 절연체 층으로 대체되는 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터는 중합체로 SI를 확산시키는 것을 방지하기 위해 완충제로서 작용하는 절연체 층으로 대체되어, 하나의 트랜스 러프를 사용하여 FERAM을 형성 할 수 있으며, 비 초액을위한 유리한 통합 및 유리한 통합을 형성 할 수있다 그러나,이 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터의 기본 아이디어가 제안되고 연구가 시작되었으므로, 짧은 데이터 보유 시간과 같은 재료 선택을 포함하여 제조 공정의 어려움으로 인해 많은 어려움이 있었으며 메모리 장치로 실현되지 않았습니다
AIST는 Hafnium 복합 산화물을 실시간 바카라 라미네이트 절연 필름에 도입함으로써 긴 데이터 보유 시간을 성공적으로 달성했습니다 (2002 년 10 월 24 일 AIST Press의 애니메이션) 그러나 실시간 바카라 구조는 자체적으로 정렬되지 않은 실시간 바카라 방법을 사용하여 제작되었으므로 장치를 소형화하는 데 어려움이있었습니다 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용하여 강유전 실시간 바카라 트랜지스터의 우수한 데이터 보존을 달성하기 위해 추가 연구 및 개발이 더욱 발전되었다는 사실은 반도체 통합 회로에 통합 된 차세대 비 휘발성 메모리로서 실질적인 사용에 대한 큰 잠재력을 보여주는 획기적인 성과입니다
(1) 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터를위한 절연체 층 재료의 개발 및 최적 조성 비율 결정
MFIS 실시간 바카라 스택 구조의 절연체 층에 대한 고 유전체 상수 절연 재료를 사용하여 강유전 전기 층에 적용되는 비교적 큰 전압 분포를 유발하여 강유전 전기 층의 메모리 분극이 더 크게 증가하고 배수로 변동 특성을 확대 할 수 있습니다 특성 또한, 절연체 층의 누출 전류를 억제 할 수 있다면, 데이터 보유 시간이 증가 할 수있다 이 연구에서, HFO
2Al은 다결정화를 방지하고 누설 전류를 억제 할 것으로 예상
2O
3를 갖는 복합 산화물 인 HF-Al-O를 사용 하였다 또한 강유전성 층 재료로서 현재 사용 가능
레이저 증착 방법를 사용하여 필름 형성이 수행 될 때 우수한 재현성과 우수한 강유전성을 갖는 SBT가 사용되었다 다양한 구성비의 HF-AL-O는 절연체 층 재료로 사용되며 MFIS 실시간 바카라 라미네이트 구조는 PT/SBT/(HFO
2)
x(al
2O
3)
1-X/si Ferroelectric Gate Transistor, SBT가 제거 된 Pt/(HFO
2)
x(al
2O
3)
1-X/si의 실시간 바카라 구조를 갖는 트랜지스터를 제작하고 그 특성을 자세히 조사 하였다 결과적으로 HF-AL-O의 조성 비는 HFO
2: al
2O
3= 3 : 1의 조건 하에서, SBT 결정화에 필요한 고온 산소 어닐링 처리를 겪은 후에도, 절연체 층은 다결정화되지 않았고 유전체 상수가 높았다 절연체 층이 우수한 데이터 보유 특성을 나타내며 HFO
2: al
2O
312941_13012
(2) 장기 데이터 보유 특성을 보여주기 위해 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용하여 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터 제작
결과 (1)에 기초하여 제조 된 Si 기판의 MFIS 실시간 바카라 스택 구조의 경우, 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용하여 소스 및 배수 영역을 형성 하였다 즉, 포토 리소그래피에 의해 남겨진 실시간 바카라 모양의 포토 레지스트를 마스크로 사용하고, 금속-전기-변환기의 스택을 이온 빔으로 에칭 한 다음, P (인) 양이온을 이식하여 공급원 및 배수 영역을 형성하여 Ferroelectric Gate Transistor를 제조하여 수치를 형성했습니다 [그림 1 및 2] 강유전성 분극 이력을 나타내는 배수 전류의 실시간 바카라 전압 의존성은도 1에 도시되어있다 3 에칭 및 이온 임플란트로 인한 장치 특성의 악화를 억제했으며, 자체 정렬 된 실시간 바카라 유형의 Ferroelectric Gate Transistor에서 처음으로 우수한 온/오프 배수 전류 비율 보유 특성을 성공적으로 입증 할 수있었습니다 [그림 4] 실시간 바카라 길이가 2µm 인 자체 정렬 된 실시간 바카라 형 Ferroelectric Gate 트랜지스터로 데이터가 작성된 후 10 일 후
5실시간 바카라 길이 (3µm, 5µm, 10µm)를 갖는 다른 자체 정렬 된 실시간 바카라 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터에 대해 유사한 온/오프 배수 전류 홀딩 특성이 얻어졌다 [그림 4] (수평 축은 데이터가 작성된 후 시간이며, 수직 축은 전압이 드레인 전극에 적용될 때의 읽기 전류 I입니다
d, 둘 다 로그로 표현됩니다 정보 '1'및 '0'에 대한 읽기 전류의 비율이 크면 '1'및 '0'상태를 식별 할 수 있으므로이 전류 비율은 데이터 보유 성능의 지표입니다 데이터 작성 직후 (1 초),이 비율은 약 7 자리이며 10 일 후에도이 비율은 매우 크며 5 자리 이상을 유지합니다 우리 가이 추세를 추정한다면, ON/OFF 드레인 전류 비율은 10 년 후에도 4 배의 크기로 유지됩니다 )
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| 그림 1 자체 정렬 된 실시간 바카라 및 자체 정렬 된 실시간 바카라 메소드를 사용한 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터 제조 공정의 비교 |
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| 그림 2 어로 전기 실시간 바카라 트랜지스터의 뷰는 자체 정렬되지 않은 실시간 바카라 (왼쪽) 및 바로 위에서 볼 수있는 자체 정렬 실시간 바카라 (오른쪽) 방법을 사용하여 제조되었습니다 |
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| 그림 3 자체 정렬 된 실시간 바카라 PT/SBT/(HFO2)0.75(al2O3)0.25/si 배수 전기 실시간 바카라 트랜지스터의 전류 곡선 곡선 |
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| 그림 4 자체 정렬 실시간 바카라 PT/ SBT/ (HFO2)0.75(al2O3)0.25/Si 데이터 보존 특성 모든 장치는 우수한 보유 특성을 나타냅니다 가장 작은 실시간 바카라 길이 (2 µm) 장치의 보유 특성을 10 일 동안 측정했습니다 ON 상태에 대한 쓰기 전압은 8V이고, OFF 상태에 대한 쓰기 전압은 -6V입니다 데이터 저장시 2µm 실시간 바카라 길이 장치의 저장 전압은 15V입니다 |
기존의 비 종파 정렬 실시간 바카라 방법에서, 실시간 바카라 전극을 처리 할 때 광학 마스크의 위치 편차의 양이 고려되었을 때, 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터를 소형화하기가 어렵지만, 자체 정렬 된 실시간 바카라 방법을 사용하여 강력한 전기 실시간 바카라 트랜지스터 트랜지스터를 성공 시켜서이 마스크 정체 여정이 더 이상 필요하지 않습니다 이를 통해 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터의 소형화가 가속화 될 수 있습니다 이 성과는 일 차세대 반도체 비 휘발성 메모리 장치 일 것으로 예상되는 1 번의 트랜지스터 유형 Feram의 개발을 향한 주요 단계입니다
우수한 데이터 보유 특성을 갖는 자체 정렬 실시간 바카라 방법을 사용하여 강유전 전기 실시간 바카라 트랜지스터를 성공적으로 제작했습니다 앞으로, 우리는 하나의 트랜지스터 페람 등을 제공 할 것입니다비 휘발성 로직 통합 회로에 적용하기 위해, 우리는 강유전성 실시간 바카라 트랜지스터의 소형화를위한 기술을 개발할 계획이다