Investigation of novel multi-level non-volatile memory devices using ferroelectric hafnium oxide based materials for artificial synapse devises

使用铁电氧化铪基材料研究用于人工突触装置的新型多级非易失性存储器件

• 批准号: 21J01667
• 负责人: 女屋 崇
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: The University of Tokyo (2022)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J01667/
• 关键词: ハフニウムジルコニウム酸化膜; 強誘電体; 界面制御; 酸素欠損; 分極疲労; 硬X線光電子分光法; 強誘電体メモリ; 原子層堆積法; 強誘電体トランジスタ; ハフニア; ジルコニア; 低温形成; 金属/強誘電体/半導体

HfxZr1-xO2膜を強誘電体膜として用いた次世代強誘電体デバイスの実用化に向けて、今年度は分極反転回数の増加に伴い残留分極値が減少する分極疲労メカニズムの解明に取り組んだ。これまで、HfxZr1-xO2膜を用いた強誘電体デバイスは、分極反転回数の増加に伴いHfxZr1-xO2膜へ新たな酸素欠損が形成され、これら酸素欠損により分極ドメインがピン止めされることで分極疲労が生じると考えられていた。しかし、これら分極疲労に寄与する新たな酸素欠損の生成起源に関して実験的に明らかにした例はなかった。そこで、異なる分極反転サイクルを印加したTiN/HfxZr1-xO2/TiNキャパシタのHfxZr1-xO2/TiN界面での反応に着目して、放射光X線を用いた硬X線光電子分光法(HAXPES)によりHfxZr1-xO2/TiN下部電極界面の化学結合状態を評価することで酸素欠損の生成起源を調べた。その結果、分極疲労時にHfxZr1-xO2膜からTiN下部電極側へ酸素が供給されたことでHfxZr1-xO2/TiN下部電極界面に酸素リッチなTiOxNy層が形成されていることが分かった。一方、HfxZr1-xO2膜ではTiOxNy層の形成に伴いドメインのピン止め効果に寄与する酸素欠損が増加したために、結果として分極疲労が生じたと考えられる。以上より、HfxZr1-xO2膜の分極疲労を抑制するためにはHfxZr1-xO2膜と電極界面における酸素の動きを制御することが重要であることが示唆された。

HfxZr1-xO2 films are used in the next generation of electronic devices. This year, there is a significant increase in the number of residues in the system, which is very difficult to solve. For example, the use of high-voltage electronic devices for HfxZr1-xO2 films, coupled with the addition of high-voltage HfxZr1-xO2 films for the formation of high-performance HfxZr1-xO2 films, high-performance electronic devices, high-voltage, high-voltage, high-voltage They are extremely tired to send information about the origin of the formation of acid deficiency and the cause of the disease. In this paper, we use the photoelectron spectroscopy (HAXPES) to determine the chemical composition of the lower electrode interface of the HfxZr1-xO2/TiN. The chemical combination is used to detect the origin of the trace acid in the lower electrode interface of the HfxZr1-xO2/TiN. The radiation X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) is used to analyze the lower electrode interface of the HfxZr1-xO2/TiN. The results show that during extreme fatigue, the HfxZr1-xO2 film and the lower part of the TiN are supplied to the lower electrode interface of the consumer HfxZr1-xO2/TiN. The concentration of acid in the lower electrode interface forms a critical mass fraction of the TiOxNy. On the one hand, the HfxZr1-xO2 membrane is used to prevent the loss of acid and acid. On the other hand, the HfxZr1-xO2 membrane is used to form a partner. The results show that you are very tired. The above membranes and HfxZr1-xO2 membranes are extremely tired in terms of inhibition. The electrode interface of HfxZr1-xO2 membranes is sensitive to sulfamethoxylate.

项目成果

Structural change of Ga2O3 film on GaN(0001) substrate by atomic layer deposition and post deposition annealing

原子层沉积和沉积后退火在GaN(0001)衬底上Ga2O3薄膜的结构变化

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomomi Sawada;Toshihide Nabatame;Makoto Takahashi;Kazuhiro Ito;Takashi Onaya;Yoshihiro Irokawa;Yasuo Koide;and Kazuhito Tsukagoshi
• 通讯作者: and Kazuhito Tsukagoshi

TiN下部電極の表面酸化によるTiN/HfxZr1－xO2/TiN強誘電体キャパシタの分極疲労の抑制

TiN下电极表面氧化抑制TiN/HfxZr1-xO2/TiN铁电电容器极化疲劳

• 发表时间: 2023
• 作者: 女屋 崇;生田目 俊秀;森田 行則;太田 裕之;右田 真司;喜多 浩之;長田 貴弘;塚越 一仁;松川 貴
• 通讯作者: 松川 貴

分極疲労時の強誘電体HfxZr1－xO2/TiN界面反応に起因した酸素欠損生成の起源

极化疲劳过程中铁电HfxZr1-xO2/TiN界面反应产生氧空位的起源

• 发表时间: 2023
• 作者: 女屋 崇;長田 貴弘;生田目 俊秀;山下良之;塚越 一仁;森田 行則;太田 裕之;右田 真司;喜多 浩之
• 通讯作者: 喜多 浩之

The University of Texas at Dallas/Brookhaven National Laboratory(米国)

德克萨斯大学达拉斯/布鲁克海文国家实验室（美国）

Ferroelectric HfxZr1－xO2-based capacitors with controlled-oxidation surface of TiN bottom-electrode

TiN底电极表面受控氧化的铁电HfxZr1－xO2基电容器

• 发表时间: 2022
• 作者: Takashi Onaya;Toshihide Nabatame;Yukinori Morita;Hiroyuki Ota;Shinji Migita;Koji Kita;Takahiro Nagata;Kazuhito Tsukagoshi;and Takashi Matsukawa
• 通讯作者: and Takashi Matsukawa