酸素ラジカル処理による高性能高信頼性1Tr型強誘電体メモリ

采用氧自由基处理的高性能、高可靠性1Tr型铁电存储器

• 批准号: 17686026
• 负责人: 高橋 一郎
• 金额: $ 17.89万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17686026/
• 关键词: Sr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7 (STN); 酸素ラジカル処理; イオン照射エネルギー; 強誘電体メモリ; 1トランジスタタイプ; 強誘電体ゲート構造FET; 結晶化; 酸化膜; マイクロ波励起プラズマ; 強誘電体STN; 初期核層; アモルファス上結晶化; FMLS process; rf sputtering

本研究は、高速動作、低消費電力、非破壊読み出し、高密度という特徴を兼ね備えた不揮発性メモリとしての期待が高く、且つ、究極のメモリと言われる、1トランジスタ型強誘電体メモリの実現を目的として行われ、これに必要な要素技術を開発しこれに貢献した。本メモリの最大の課題はデータ保持特性の向上、及び、微細化実現の二つである。データ保持特性向上の観点からは、強誘電体をアモルファス絶縁膜上に形成する構造の方が(Metal-Ferroelectric-Insulator-Si構造、MFIS構造)、強誘電体をメタル上に形成する構造(MFMIS構造)よりもリーク電流の低減か可能であることから有利である。さらに、微細化という観点からはフローティングゲートメタルを用いないMFIS構造が有利である。しかし、この構造の場合、強誘電体膜を例えばアモルファス酸化膜などの絶縁膜上に結晶化しなければならず、1トランジスタ型強誘電体メモリ用の最有力候補材料であるSTNを酸化膜上に結晶化する技術は、(量産性を考えた現実的な成膜手法であるプラズマプロセスにおいては)これまで報告されていない。マイクロ波励起プラズマシステムによる強誘電体膜の酸素欠損修復(酸化)技術を開発した(酸素ラジカル処理)。RfスパッタによるST膜成膜と酸素ラジカル処理を繰り返し行う新プロセスの開発(Ferroelectric-Multilayer-Stack成膜)により、100nmの極薄STN膜をアモルファス酸化膜上に結晶化する技術を開発した。さらに、STN膜の結晶化を促進するための成膜条件をプラズマ物理に基づいたイオン照射エネルギーなどのパラメータで定義することに初めて成功した。すなわち、強誘電体膜の形成(結晶化促進)には、酸素ラジカルによる酸素欠損の低減と、成膜中のイオン照射エネルギーの供与が最も重要であることを示すとともに、強誘電体ゲート構造FETの作製とその動作まで実現した。

This study は, high-speed movement, low power consumption, not broken 壊 読 み し, high-density と い う, 徴 を and ね prepared え た don't swing 発 sex メ モ リ と し て の expect high が く, and つ, ultimate の メ モ リ と said わ れ る, 1 ト ラ ン ジ ス タ type strong electricity body メ lure モ リ の purpose be presently を と し て line わ れ, こ れ に な elements necessary technical を open 発 し こ れ に contribution し た. The most significant <s:1> topics of this メモリ <s:1> project are デ デ タ タ タ maintaining the characteristic <s:1> upward, and び, and the microscopic implementation <s:1> of デ である. デ ー タ keep feature up の 観 point か ら は, strong electricity body を lure ア モ ル フ ァ ス never try membrane に form す の party が る structure (Metal - Ferroelectric - Insulator - Si structure, MFIS structure), strong electricity body を lure メ タ ル に formed on す る structure (MFMIS structure) よ り も リ ー ク current の is low Reducing である may である と と ら ら be beneficial to である. さ ら に and ultra-micronization model.the と い う 観 point か ら は フ ロ ー テ ィ ン グ ゲ ー ト メ タ ル を with い な い MFIS structure が favorable で あ る. し か し, こ の tectonic の occasions, strong electricity body membrane を lure え ば ア モ ル フ ァ ス acidification membrane な ど の never try membrane に crystallization し な け れ ば な ら ず, 1 ト ラ ン ジ ス タ type strong electricity body メ lure モ リ the strongest alternate materials with の で あ る the STN を acidification に on membrane crystallization す る は technology, (production sexual を exam え た presently be な film-forming technique で あ る プ ラ ズ マ プ ロ Youdaoplaceholder0 セスにお て) れまで れまで report されて な な な. マ イ ク ロ wave excitation up プ ラ ズ マ シ ス テ ム に よ る strong の acid induced electricity body membrane element owe damage repair (acidification) technique を open 発 し た (acid element ラ ジ カ ル 処 principle). Rf ス パ ッ タ に よ る ST film-forming と acid membrane element ラ ジ カ ル 処 Richard を Qiao り return line し う new プ ロ セ ス の open 発 (Ferroelectric Multilayer - Stack into film) に よ り, 100 nm の thin the STN membrane を ア モ ル フ ァ ス acidification membrane に crystallization す る technology を open 発 し た. さ ら に, the STN membrane の crystallization を promote す る た め の film-forming condition を プ ラ ズ マ physical に base づ い た イ オ ン irradiation エ ネ ル ギ ー な ど の パ ラ メ ー タ definition で す る こ と に early め て successful し た. す な わ ち membrane の, strong electric lure body formation (crystallization promote) に は, acid ラ ジ カ ル に よ る acid owe loss の low と reduction, in the film の イ オ ン irradiation エ ネ ル ギ ー の が and supply the most important で も あ る こ と を shown す と と も に, strong electricity body ゲ lure ー ト tectonic FET の cropping と そ の action ま で be presently し た.

项目成果

Formation of Metal-Ferroelectric-Insulator-Si Structure Device with Large Memory Window by Supplying Ion Bombardment Energy in Rf-Sputtering Plasma

射频溅射等离子体提供离子轰击能量形成大记忆窗金属-铁电-绝缘体-硅结构器件

• 发表时间: 2006
• 期刊: Extended Abstracts of The 15^<th> International Symposium on Application of Ferroelectrics (ISAF 2006)
• 作者: Ichirou Takahashi;Tadahiro Ohmi;et al.
• 通讯作者: et al.

Technology of Ferroelectric Thin Film Formation with Large Memory Window for Future Scaling Down of Ferroelectric Gate FET Memory Device

用于未来铁电栅极 FET 存储器件小型化的大存储窗口铁电薄膜形成技术

• 发表时间: 2006
• 期刊: Extended Abstracts of the 2006 International Conference on Solid State Devices and Materials
• 作者: Ichirou Takahashi;Tadahiro Ohmi;et al.
• 通讯作者: et al.

Fabrication of Pt/Sr_2(Ta_<1-x>, Nb_x)_2O_7/IrO_2/SiO_2/Si Device with Large Memory Window and Metal- Ferroelectric- Metal-Insulator-Si Field-Effect Transistor

大存储窗Pt/Sr_2(Ta_<1-x>,Nb_x)_2O_7/IrO_2/SiO_2/Si器件及金属-铁电-金属-绝缘体-硅场效应晶体管的制作

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese journal of Applied Physics Vol. 45, No. 9B
• 作者: Ichirou Takahashi;Tadahiro Ohmi;et al.
• 通讯作者: et al.

Relationship between Sr2(Ta1-x,Nbx)2O7 Crystal Phase and RF-Sputtering Plasma Condition for Metal–Ferroelectric–Insulator–Si Structure Device Formation

金属-铁电-绝缘体-硅结构器件形成Sr2(Ta1-x,Nbx)2O7晶相与射频溅射等离子体条件的关系

• DOI: 10.1143/jjap.45.3207
• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: I. Takahashi;H. Sakurai;T. Isogai;M. Hirayama;A. Teramoto;S. Sugawa;T. Ohmi
• 通讯作者: T. Ohmi

Low voltage 3V Operation of Ferroelectric MuIti-Layer Stack MFIS Structure Device Formed by Plasma Physical Vapor Deposition and Oxygen Radical Treatment

等离子体物理气相沉积和氧自由基处理形成的铁电多层堆叠MFIS结构器件的低压3V运行

• 发表时间: 2006
• 期刊: Integrated FerroeIectrics Vol. 81
• 作者: Ichirou Takahashi;Tadahiro Ohmi;et al.
• 通讯作者: et al.