課題番号 ：S-20-OS-0030　
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, 林藤壮史, 石田裕紀, 若松和伸
Username (English) ：T. Saito, M. Rindo, Y. Ishida, K. Wakamatsu
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問題には書き換え動作の際に分極反転が繰り返されることにより分極量が減少する疲労劣化や、半導体製造工程中の熱処理、プラズマ・還元性雰囲気により強誘電性が喪失する水素劣化などが挙げられ、その抑制・改善が急務となっている。我々は、SnドープIn2O3 (ITO)電極の適用で水素劣化が改善され、さらに、電極材料の酸素含有量の増加が疲労劣化の改善につながることを報告している。そこで、下部電極製膜後に酸素アニールを行い、ITO結晶中への酸素の取り込みを促進することで劣化が改善すると考えた。本研究では、製膜温度と酸素アニールによるITO電極の酸化状態および結晶性への影響を詳細に調べ、キャパシタの電気特性との関係を評価した。
２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
・S17 接触式膜厚測定器(膜厚計)
・S10 RFスパッタ装置
【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水素劣化特性を図1に示す。室温下部電極を有するキャパシタは約120分後、800℃酸素アニール前後で残留分極値が47.8 µC/cm2から80.2 µC/cm2と大きく改善された。400℃下部電極を有するキャパシタは約120分後、800℃酸素アニールで残留分極値が62.4 µC/cm2から69.7 µC/cm2と改善されたが、大きな変化は見られなかった。
高いIn2O3比で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。ITO/PLZT/ITOキャパシタの室温で製膜されたITO下部電極に800℃酸素アニール処理をすると、ヒステリシス形状と水素劣化が改善された。
４．その他・特記事項（Others）
共同研究者の北島彰様（大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点）に感謝致します。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 石田裕紀ら, MES 2020, 2020年9月
(2) 石田裕紀ら, IITC 2020, 2020年10月
６．関連特許（Patent）
なし。