人工単結晶強誘電体ドットの形成とマイクロキャパシタへの適用

人工单晶铁电点的形成及其在微电容器中的应用

• 批准号: 12875060
• 负责人: 徳光 永輔
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875060/
• 关键词: 誘導電体メモリ; ゾルゲル法; (Bi, La)_4Ti_3O_<12>(BLT); Sr_2(Ta, Nb)_2O_7; 強誘電体メモリ; (Bi,La)_4Ti_3O_<12>(BLT)

本研究は、不揮発性メモリへの応用を目指した強誘電体マイクロキャパシタを実現することが目標である。強誘電体メモリにはキャパシタ型とトランジスタ型があり、それぞれ強誘電体に要求される物性が異なる。前年度までに、強誘電(BiLa)_4Ti_3O_<12>(BLT)とSrBi_2Ta_2O_9(SBT)の基礎的な成膜実験を行い、膜の配向性や電気的特性を評価した。本年度は新たにSr_2(Ta, Nb)_20_7(STN)、BaまたはSmをドープしたSBT膜の形成を行った。STNでは900℃以上で一部針状の結晶化が起こり、0.4μC/cm^2の残留分極が得られた。BaまたはSmをドープしたSBT膜では残留分極が3-5μC/cm^2程度とSBTよりも小さく、トランジスタ型強誘電体メモリ材料として有望であることを明らかにした。次に、マイクロキャパシタ作製のための基礎実験として、段差基板上への強誘電体膜の形成を行った。Si基板上に100-200nmのSiO_2を形成し、選択エッチングにより孔を開け、そこにゾルゲル法で200nmSBT膜を形成した。走査型電子顕微鏡で断面を観察したところ、上部のSi0_2上に形成されたSBT膜は薄く、底部となる開口部には厚いSBT膜が堆積した。また、5μm以上の大きな開口部を持う基板では完全な埋め込み形成が困難であるのに対し、開口部の面積を小さくし、溶液の粘性をあげると埋め込み特性が改善される。しかし、同時に上面へ形成されるSBTの膜厚も増加することが分かった。本研究で得られた結果は基礎的なものに留まったが、得られた知見により、強誘電体マイクロキャパシタ実現のためには、埋め込み成長後の化学機械研磨(CMP)技術の確立、さらには,正確に位置制御された強誘電体の成長核の形成技術の導入が必要である。

In this study, <s:1>, non-invasive メモリへ 応 used を eyes to point at the <s:1> た strong inducer, <s:1> <s:1> ロキャパシタを ロキャパシタを ロキャパシタを ロキャパシタを to realize the する する とが とが target である である. Strong electricity body メ lure モ リ に は キ ャ パ シ タ type と ト ラ ン ジ ス タ type が あ り, そ れ ぞ れ strong electricity body に lure request さ れ る property が different な る. Before the annual ま で に, strong electric (BiLa) lure _4Ti_3O_ < 12 > (BLT) と SrBi_2Ta_2O_9 (SBT) based の な film-forming be 験 を line い, membrane の match to the characteristics of sexual や electric 気 を review 価 し た. This year's new た は に Sr_2 (Ta, Nb) _20_7 (STN), Ba ま た は Sm を ド ー プ し た の SBT membrane forming line を っ た. STNで で above 900℃ で a needle-like <s:1> crystallizes が from <s:1>, 0.4μC/cm^2 <s:1> residual polarization が to られた. Ba ま た は Sm を ド ー プ し た SBT membrane で は residual polarization が 3-5 mu C/cm ^ 2 degree と SBT よ り も small さ く, ト ラ ン ジ ス タ type strong electricity body メ lure モ リ material と し て could で あ る こ と を Ming ら か に し た. In the subsequent に and へ ロキャパシタ ロキャパシタ ロキャパシタ, the <s:1> ため <e:1> basic experiment was conducted, and the と て て and へ strong inducer films on the segment difference substrate were formed in a を row った. Si substrate に 100-200 nm の SiO_2 を し, sentaku エ ッ チ ン グ に よ り hole を け, そ こ に ゾ ル ゲ ル method で formed 200 NMSBT membrane を し た. Walkthrough type electronic 顕 micromirror で section を 観 examine し た と こ ろ, upper の Si0_2 に formed on さ れ た SBT thin film は く, bottom と な る openings of に は thick い SBT membrane が accumulation し た. ま た, more than 5 microns の き な を opening department hold う substrate で は な completely buried め 込 み form が difficult で あ る の に し seaborne, opening を の area small さ く の し, solution viscosity を あ げ る と buried め 込 み features が improve さ れ る. The へ of <s:1>, at the same time, the へ on the に forms the されるSBT <s:1> film thickness <e:1>, which increases the する される とが とが points った った. This study で have ら れ た results は foundation な も の に leave ま っ た が, ら れ た knowledge に よ り, strong electricity body マ lure イ ク ロ キ ャ パ シ タ be presently の た め に は, buried め 込 み growth after の chemical mechanical polishing (CMP) technology の establishment, さ ら に は, correct に position suppression さ れ た grow strong electricity body の lure nuclear の の forming technology import が necessary で あ る.

项目成果

E.Tokumitsu, T.Isobe, T.Kijima, H.Ishiwara: "Fabrication and Characterization of Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor(MFMIS) Structures Using Ferroelectric (Bi, La)_4Ti_3O_<12> Films"Jpn. J. Appl. Phys. Vol.40 part 1, No.9B. 5576-5579 (2001)

E.Tokumitsu、T.Isobe、T.Kijima、H.Ishiwara：“使用铁电 (Bi, La)_4Ti_3O_<12> 薄膜的金属-铁电-金属-绝缘体-半导体 (MFMIS) 结构的制造和表征”Jpn。

E.Tokumitsu,D.Takahashi and H.Ishiwara: "Characterization of Metal-Ferroelectric-(Metal-) Insulator-Semiconductor (MF(M)IS) Structures Using (Pb,La)(Zr,Ti)O_3 and Y_2O_3 Films"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39 Part1,No.9B. 5456-5459 (2000)

E.Tokumitsu、D.Takahashi 和 H.Ishiwara：“使用 (Pb,La)(Zr,Ti)O_3 和 Y_2O_3 薄膜表征金属-铁电-(金属-)绝缘体-半导体 (MF(M)IS) 结构”

E.Tokumitsu, K.Okamoto, H.Ishiwara: "Low Boltage Operation of Nonvolatile Metal-Ferroeletric-Metal -Insulator-Semiconductor(MFMIS)-Field-Effect-Transistors(FETs) Using Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt/SrTa_2O_6/SiON/Si Structures"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.40 part 1, No

E.Tokumitsu、K.Okamoto、H.Ishiwara：“使用 Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt/SrTa_2O_6/SiON/ 的非易失性金属-铁电-金属-绝缘体-半导体 (MFMIS)-场效应晶体管 (FET) 的低电压操作

E.Tokumitsu, N.Unno: "Preparation of Sr_2(Ta, Nb)_2O_7 films by the sol-gel techinique for ferroelectric-gate structures"10th International Meetiing on Ferroelectricity. (2001)

E.Tokumitsu, N.Unno：“铁电栅结构的溶胶凝胶技术制备 Sr_2(Ta, Nb)_2O_7 薄膜”第十届国际铁电会议。

徳光永輔: "酸化物エレクトロニクス(分担)"培風館. 43 (2001)

Eisuke Tokumitsu：“氧化物电子学（合作）”Baifukan 43（2001）。