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FeRAM

 

Ferroelectric Random Access Memory


 1. FeRAM 의 필요성

지속적인 DRAM scaling 에 따른 소자의 성능 및 공정 향상의 한계로 인해 이를 대체할 새로운 메모리에 대한 개발의 필요성이 계속 요구되고 있다. 개발이 진행중인 대표적인 NVM으로 PcRAM, ReRAM, STT-MRAM은 성능 및 cost 측면에서 기존의 DRAM을 대체하기엔 부족하며 특히, 성능 면에서 DRAM 과 유사한 STT-MRAM도 current sensing 을 해야 하는 cell의 architecture상 DRAM의 density를 따라가기 어렵고, 또한 scaling 에 따른 MTJ재료개발의 난제로 DRAM을 대체하기엔 시기적으로도 어렵다고 판단되고 있다.

이런 가운데, 최근 high-k gate dielectric 재료 및 capacitor 재료로 널리 사용되는 HfO2의 강유전 특성에 대한 연구결과가 발표되면서, 과거 강유전 재료로 사용되던 PZT나 SBT 에서 문제였던 두께에 대한 scaling 이 가능하게 되어, 1T 또는 1T-1C의 FeRAM 소자의 구
현 가능성이 높아졌다. 이중에서도, ferroelectric-HfO2의 1T 소자는 하나의 transistor로 정보를 저장하는 메모리로 구현 할 수 있기 때문에, 기존 DRAM scaling 의 가장 큰 난제 중의 하나인 capacitor를 생략할 수 있어서 공정 단순화에 따른 Cost 감소, 빠른 속도 등을 얻을 수 있다.  또한 연구되는 NVM들은 current-driven 인 반면, field-driven 메모리 소자이기 때문에 소비전력 면에서도 장점을 가질 수 있다. HfO2 기반의 강유전체 특성은 dopant, interface/ grain boundary/surface stress 의 영향으로 안정상인 monoclinic, tetragonal phase 대신 비대칭구조인 orthorhombic phase를 형성 하면서 나타나게 된다. 
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2. Ferroelectric 물질 연구​

우리 연구실에서는 ALD를 이용해 HfO2 박막에 이종 valence를 갖는 물질을 도핑하여, 해당 물질들의 ferroelectric 특성 및 endurance에 대한 연구가 진행 중이다. 이를 통해 dopant에 따른 orthorhombic phase형성의 변화를 연구하고, reliability 특성을 확인하여 추후 ferroelectric material 적용을 통한 메모리 연구를 진행 할 예정이다. 

 
                                                                               < Dopant (Si, Ge, Ga) 에 따른 ferroelectric 특성>


                                                                          < Dopant (Ge, Ga) 에 따른 Endurance 특성>​