초록 ▼

□ 연구개요
최근 4차 혁명 시대가 도래함에 따라 인공지능, 사물인터넷, 엣지 컴퓨팅, 모바일 스마트 기기 등 관련 ICT 기술을 지원할 고효율 연산체계로 패러다임을 전환할 수 있는 혁신적인 소재∙소자∙아키텍처 융복합 연구 개발이 필요하다. 이에 근본적인 해결책을 제시할 하드웨어 Key 기술은 SoC (System on Chip)화 전략이다. 기존의 SOC 메모리 소자는 Logic 공정과의 호환성 부족, 집적도 부족 등으로 효율적인 SOC 소자 기술이 없는 것이 문제였다. HfOx 기반 소자는 도핑, Domain, Stress

□ 연구개요
최근 4차 혁명 시대가 도래함에 따라 인공지능, 사물인터넷, 엣지 컴퓨팅, 모바일 스마트 기기 등 관련 ICT 기술을 지원할 고효율 연산체계로 패러다임을 전환할 수 있는 혁신적인 소재∙소자∙아키텍처 융복합 연구 개발이 필요하다. 이에 근본적인 해결책을 제시할 하드웨어 Key 기술은 SoC (System on Chip)화 전략이다. 기존의 SOC 메모리 소자는 Logic 공정과의 호환성 부족, 집적도 부족 등으로 효율적인 SOC 소자 기술이 없는 것이 문제였다. HfOx 기반 소자는 도핑, Domain, Stress 등에 따라 강유전, 고유전, 반강유전 등의 특성을 다르게 조절할 수 있어서 이에 대한 조절, 특히 Stress 물질을 적용하여 가장 호환성이 있으며 효과적인 메모리-로직 통합 소자를 구현하여 SOC를 구현하는 것으로 목표로 한다.
본 연구의 최종 목표는 Embedded 메모리기반 SOC 통합 소자 제작 시 효율적인 메모리 및 로직 소자 특성을 구현 하는 ① Stress Engineering을 통한 Unified Device 구현이 가능한 물질 탐색, ② 통합소자 구현을 위한 Metal 과 HfOx 계면의 Stress 영향성 이론 정립 및 검증 연구 ③ Stress Engineering을 통한 통합소자( Unified Device) 제작 방법을 구현하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 소자특성에 대한 목표인 ① Stress Engineering을 통한 Unified SoC 구현을 위한 게이트 물질 탐색으로 메모리 동작을 위한 W, 과 로직을 위한 Ni 의 가능성을 Simulation과 실험결과로 확보 ② SOC향 통합소자 특성 달성에서는 4V 이상 메모리 윈도우와 Cell Size 목표는 달성하였으나, 매우 도전적인 Pr > 60μC/cm² 달성은 부족하여 이에 대한 보완 연구 추진 중 ③ 로직 공정과 호환성 있는 Cost Effective한 e-NVM 공정 집적화 기술과 ④ 본 연구의 종합적안 연구결과인 HZO기반 로직과 FeFET 동일 칩내 구현할 수 있는 Stress 조절을 이용한 소재 및 신소자 구조 연구는 실제 소자 제작, 측정과 Process simulation 그리고 L-K Model을 통한 HZO소자 특성을 예측하여 기계 학습(Machine Learning)을 통해 소자 구조 최적화를 추진하는 연구체계를 성공적으로 구축하였다. 또한 이를 통해서 로직과 메모리 동시 구현이 가능한 게이트 금속 물질을 선정하고 이를 바탕으로 분극특성 차이를 극대화 하는 게이트 구조, 강유전체 메모리가 적용될 경우 SSL, GSL 게이트의 안정성을 극대화하는 3D NAND flash 구조, FeRAM 구조에서 게이트 Transistor 의 성능을 향상시키는 구조를 제안하고 특허 출원과 논문을 투고하였음. ⑤ 정량목표인 논문은 2년6개월의 연구기간 중 총 5편의 SCI논문을 발표하여 목표인 5건을 달성하였고, 특허는 총 3건을 출원하여서 목표인 5건 대비 미진하나 연구 결과를 기반으로 확보한 새로운 아이디어로 출원 추진 중에 있음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
◯ 최근 AI 반도체의 중요성이 크게 부상하고 있으며, 본 연구는 HZO 기반 강유전성 물질의 특성을 이용 AI 반도체의 궁극적인 구조인 SOC향 메모리-로직 통합소자를 효율적으로 구현 기술을 제공하여 차세대AI 반도체 산업을 위한 연구에 기여
◯ 삼성, SK Hynix등 기업과 공동 연구 및 기술이전을 통해서 차세대 반도체 기술 리더쉽 확보에 기여
◯ 본 연구는 단순 연구가 아닌 소재/소자 제작 및 집적화 기술/ 측정 및 평가/ 공정 Simulation/ L-K Model 기반 강유전체 소재 및 구조에 따른 소자 최적화를 위한 기계학습 방법론에 대한 종합적인 연구로 향 후 소재/소자 기술 개발의 기반이되는 플랫폼 연구임.
◯ 본 연구를 통해 확보한 기술을 기반으로 향 후 새로운 SOC향 차세대 통합 소자 연구 추진예정(Ex: Pr >60μC/cm² 초강유전체 소자기술, 수직 3차원 NAND...)

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구 개발과제 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발과제의 목표 및 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• 3) 목표 달성 수준 ... 21
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 21
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 22
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 22
• 6. 자체점검표 ... 22
• 7. 참고문헌 ... 23
• 끝페이지 ... 37