課題番号                  ：S-19-OS-0032

利用形態                  ：共同研究

利用課題名（日本語）       ：高集積化可能な強誘電体メモリー素子の作製と長期安定性評価

Program Title (English)    ：Fabrication of ferroelectric memory cell structure for high density device　 integration

利用者名（日本語）      ：齊藤丈靖, 加島初徳, 小林篤史, 林藤壮史, 石田裕紀, 松本一勝, 冨士和樹,

清水翔太, 松島広朗

Username (English)       ：T. Saito, H. Kashima, A. Kobayashi, M. Rindo, Y. Ishida, I. Matsumoto, K. Fuji,

1. Shimizu, H. Matsushima

所属名（日本語）        ：大阪府立大学大学院 工学研究科 物質・化学系専攻 化学工学分野

Affiliation (English)       ：Dept. of Chem. Eng., Grad. School of Eng., Osaka Prefecture University.

1. 概要（Summary ）

FeRAM(強誘電体メモリ)は、大容量、高速動作、低消費電力を実現可能な次世代不揮発性メモリである。強誘電体キャパシタの分極反転の繰り返しによる劣化を疲労劣化と呼び、電極/強誘電体界面に生じる酸素欠損がその原因とされている。我々は酸素流量比が高い条件で製膜したSnドープIn₂O₃ (ITO)電極で、疲労劣化の改善を報告した。本研究では、ITO電極の成膜条件や酸素アニール処理による膜中酸素含有量と強誘電体キャパシタの疲労劣化特性の関係を調べた。

2. 実験（Experimental）

【利用した主な装置】

S01 パルスレーザーMBE装置(PLD)

S03 原子間力顕微鏡(AFM)

S17 接触式膜厚測定器(膜厚計)

【実験方法】

Al₂O₃(0001)基板上にスパッタ法を用いて室温と400℃の2条件でITO下部電極(組成In₂O₃:SnO₂ = 95.0 : 5.0 wt%、250 nm)を作製した。その後400、600、800℃で1時間酸素アニールをした。ITO下部電極上に(Pb,La)(Zr,Ti)O₃(PLZT)膜 (300 nm)をゾルゲル法で作製した。PLZT膜上に直径50〜500 μm のメタルスルーマスクを用いて、スパッタ法でITO上部電極(100 nm)を形成した。作製した強誘電体キャパシタの劣化特性を評価した。

3. 結果と考察（Results and Discussion）

製膜温度と800℃アニールの有無が異なるITO下部電極を有するキャパシタの疲労劣化特性をFigure1に示す。室温下部電極を有するキャパシタは約10⁵回サイクル後、残留分極値が0.9 µC/cm²から15.9 µC/cm²と800℃酸素アニールで大きく改善された。400℃下部電極を有するキャパシタは約10⁵回サイクル後、残留分極値が10.8 µC/cm²から12.4 µC/cm²と800℃酸素アニールで若干改善された。XPS測定では室温と400℃で製膜したITO下部電極のIn₂O₃/In比はアニール前後でそれぞれ38%から51%に、49%から51%に増加していた。高いIn₂O₃比で疲労劣化が抑制されること、400℃製膜でのアニール効果の小ささが確認できた。

4. その他・特記事項（Others）

共同研究者名：北島彰, 法澤公寛　（大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点）

5.　論文・学会発表（Publication/Presentation）

(1) 石田裕紀ら, 2019年度応用物理学会関西支部第3回講演会, 大阪, 2019年2月

(2) 石田裕紀ら, 化学工学会第85年会, 大阪, 2020年,

3月

6. 関連特許（Patent）

なし。