強誘電体ゲートトランジスタの素子特性変調の研究

铁电栅晶体管器件特性调制研究

基本信息

批准号：
05F05659
负责人：
酒井滋樹
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

高密度の不揮発メモリとして期待される金属・強誘電体・絶縁体・半導体型の強誘電体ゲートトランジスタ(FeFET)の更なる特性向上を目指して、前年度までに絶縁体Hf-Al-Oと強誘電体SrBi2Ta209(SBT)をパルスレーザ堆積(PLD)する際の条件、SBTを多結晶化するための熱処理条件等の適正化の研究を行った。最終年の本年度は、メモリウィンドウの基板内のばらつきを抑制させるために新たに大面積製膜用に設計したPLD装置を用いてFeFETを作製した。まず、大面積製膜用に10cm長のHf-Al-OとSBTのターゲットを用意し、Hf-Al-OとSBTの製膜それぞれに対してターゲット上をレーザ照射する位置の中心とレーザを掃引する幅の適正条件を明らかにした。次に、大面積製膜用PLDを用いて20mm角のシリコン基板上にFeFETを試作し、基板内の46個のFeFETのメモリウィンドウのばらつきを評価したところ、ばらつきの標準偏差をウィンドウ幅(平均値0.96V)の4.3%以内に収めることが出来た。これにより膜厚均一性の優れた大面積製膜用PLD導入の意義を検証できた。FeFETのゲート金属としてこれまで選択し開発した材料はPtであるが、一種類の金属だけではトランジスタ特性のしきい値電圧の制御範囲が狭い。Au、Ti、Niを選びFeFETを試作し、しきい値電圧を変化させる研究も行った。その結果、しきい値電圧の制御範囲を拡大できた。例えばTiをゲートとするFeFETのしきい値電圧は、Ptをゲートとするものより0.7V小さかった。初年度・2年度の材料・プロセスの面からの研究と本年度の主に装置の面からの研究を総合し、高品質強誘電体ゲートトランジスタ作製の基盤技術を構築できた。

为了进一步改善金属，铁电，绝缘体和半导体型铁电栅极晶体管（FEFET）的特征，预计将是高密度非挥发性记忆的，因此已经进行了上一年的研究，以优化对脉冲激光抑制剂的条件（PLS 9 （SBT）以及SBT多结晶的热处理条件。在今年的最后一年中，使用专为大面积膜形成的PLD设备制造了FEFET，以抑制存储窗口的基板的变化。首先，为大面积膜形成准备了10厘米长的HF-AL-O和SBT靶标，以及目标中心的适当条件，在该目标中心对目标进行激光照射，并为每个HF-AL-O和SBT膜形成进行激光扫描的宽度。接下来，使用大面积膜形成PLD在20 mm正方形的硅基板上进行了FEFET的原型，并评估了基板中46 FEFET的存储窗口的变化，并且变化的标准偏差在窗口宽度的4.3％以内（平均值为0.96V）。这使得能够验证具有出色厚度均匀性的大面积膜形成PLD的重要性。我们先前选择并开发为FeFet的栅极金属的材料是PT，但是仅一种类型的金属对于晶体管特性的阈值电压具有狭窄的控制范围。我们选择了AU，Ti和Ni，并产生了原型FEFET，还进行了研究以改变阈值电压。结果，可以扩展阈值电压的控制范围。例如，用Ti门控的FEFET门的阈值电压比Pt作为栅极低0.7V。通过将第一年和第二年的材料和过程的研究以及今年主要设备方面的研究结合在一起，我们能够构建用于制造高质量铁电的基本技术。