Study on the properties of resistive switching memory with nano dots formed in a confined area

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 재료공학부(하이브리드 재료), 2022. 8. 황철성.DRAM 과 NAND 의 스케일링이 각각 10 nm 초반, 400층 대로 접어들면서 누설전류 증가 및 공정 난이도, 원가 상승에 따른 새로운 메모리 개발이 필요성이 증가하였다. ReRAM 은 non charged based 메모리로 고집적화, 고성능, 낮은 전력 소모 강점을 갖고 있다. 그러나 ReRAM 스위칭 메커니즘에 의한 특성 산포 열화와 고집적화를 위한 Cross Bar array 구조에서 sneak current 문제가 있다. 선행 연구를 통해 Pt/Ta2O5/HfO2/TiN 구조에서 자가 정류 확인하였고 Ta2O5 와 HfO2 계면에 Au 나노닷 삽입하여 전계 집중 효과를 통한 전기적 특성 산포를 개선하였다. 본 연구에서는 선행 연구와 달리 노광 공정을 추가하여 소자 내 원하는 위치와 원하는 영역 만큼 나노닷을 형성하였다. 수십, 수백 nm 크기의 한정된 영역에 나노닷을 형성하여 전기적 특성 산포 개선을 확인하고 추가로 소자 면적과 나노닷 간 상관 관계와 Au 외 다른 물질에 대한 가능성을 확인하였다. 이를 통해 향후 ReRAM 의 스케일링 시 전기적 특성 산포 개선을 위해 한정된 영역 내 나노닷을 형성하는 방법이 유효함을 확인하고 산포 개선 방향을 제시와 이를 위한 후속 연구 방향을 논의해보았다.As the scaling of DRAM and NAND entered the 400th floor at the beginning of 10 nm, the need to develop a new memory increased due to the increase in leakage current, process difficulty, and cost increase, respectively. ReRAM is a non-charged based memory that has high scalability, high performance, and low power consumption. However, there is a snake current problem in the cross-array structure for high density memory and degradation of electric characteristic variation due to the ReRAM switching mechanism. In previous studies, it was confirmed that ReRAM with Pt/Ta2O5/HfO2/TiN had self-rectifying and the electrical characteristic variation was improved through the electric field concentration effect by inserting Au nano dots at the Ta2O5 and HfO2 interface. In this study, unlike previous studies, an exposure process was added to form nano dots in the desired locations and areas within the cell. Nano dots were formed in a confined area of tens and hundreds of nm to improve electrical characteristics variation and further correlation between device area and nano dots and possibility for materials other than Au were confirmed. Through this, it was confirmed that a method of forming nano dots in a confined area is valid to improve the variation of electrical characteristics when scaling ReRAM in the future, and discussed the direction of variation improvement and subsequent research directions.1. 서론 1 2. 문헌 연구 7 2.1. Pt/Ta2O5/HfO2/TiN ReRAM 특성 7 2.2. PT/Ta2O5/Au nano dots/HfO2/TiN 특성 12 3. Maskless 를 이용한 Confined Au nano dots ReRAM 제작 17 3.1. 실험 목적 및 설계 17 3.2. 소자 제작 및 실험 21 3.3. 결과 및 논의 24 4. E Beam Lithography 이용 Confined Au nano dots ReRAM 제작 34 4.1. 실험 목적 및 설계 34 4.2. 소자 제작 및 실험 36 4.3. 결과 및 논의 43 5. 결론 54 참고 문헌 56 Abstract 58석