界面制御による貴金属フリー強誘電体キャパシタの高品質化と高集積化プロセス開発

通过接口控制高品质、高集成度的无贵金属铁电电容器工艺开发

• 批准号: 14J12298
• 负责人: 髙田 瑶子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J12298/
• 关键词: 強誘電体キャパシタ; 導電性酸化物電極; 白金フリー; 水素劣化; 疲労劣化; 信頼性改善; 非貴金属酸化物電極; 飛行時間型二次イオン質量分析法; 中間層; 水素劣化耐性; 疲労特性; TOF-SIMS

強誘電体キャパシタ用電極材料の多くは、難加工性かつ高価な貴金属類であり、また、水素に対して触媒活性を示すため、半導体製造工程中での還元性雰囲気による強誘電性劣化（水素劣化）の原因となる。本研究では、貴金属に代わる電極材料として、非貴金属酸化物導電体であるSnドープIn2O3（ITO）を電極に用いた強誘電体(Pb,La)(Zr,Ti)O3（PLZT）キャパシタの水素劣化耐性を調査し、Pt電極に対する有効性を評価してきた。昨年度までは、上部電極のみITOを適用した強誘電体キャパシタ（ITO/PLZT/Pt）を重水素雰囲気下でアニールして強制劣化を行い、水素劣化に伴う強誘電体キャパシタ中の水素分布を飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて評価していた。本年度は、ITOを下部および上部電極に用いた強誘電体キャパシタを試み、Ptフリー強誘電体キャパシタの作製を目指し、強誘電体キャパシタの信頼性改善を試みた。ITO下部および上部電極を有する強誘電体ITO/PLZT/ITOキャパシタにおいてヒステリシス曲線が得られ、Pt電極を全く用いないPtフリー強誘電体キャパシタでも良好な強誘電性が得られた。また、ITO下部および上部電極を有する強誘電体キャパシタに対して、3%重水素雰囲気下、200℃、1 Torrで45分間アニールし、強制劣化に伴う強誘電性評価を行った結果、Pt/PLZT/Ptキャパシタでは、アニール直後から2Prが著しく減少し、45分後まで2Prは減少し続けたが、ITO/PLZT/ITOキャパシタでは、重水素雰囲気下で強制劣化させても2Prはほぼ変化しなかった。本研究では、ITO電極のみを用い、Ptを全く使用しない強誘電体キャパシタの作製および良好な強誘電性を得ることに成功した。また、ITO電極の適用により、キャパシタの低コスト化および信頼性改善に成功した。

The electrode materials for ferroelectric materials are often difficult to process, high in conductivity, high in catalytic activity, and low in reactivity in semiconductor production engineering. In this study, we investigated the resistance of electrode materials to moisture degradation in noble metal and non-noble metal oxides such as Sn, In2O3 (ITO) and ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT), and evaluated the effectiveness of Pt electrodes. In the past year, the distribution of water element in the upper electrode was evaluated by time-of-flight quadratic mass analysis method. This year, ITO lower electrode and upper electrode are used in the test of high conductivity, Pt high conductivity, high conductivity, high conductivity and high reliability. ITO lower electrode and upper electrode have strong inductivity ITO/PLZT/ITO electrode have strong inductivity ITO/PLZT electrode have strong inductivity ITO/ The results of the evaluation of the strong inductivity of Pt/PLZT/Pt were as follows: Pt/PLZT/Pt was reduced after 45 minutes, ITO/PLZT was reduced after 45 minutes. 2Pr is a chemical compound that can degrade under stress. In this study, ITO electrode was successfully used in the preparation of Pt electrode with good electroconductivity. The application of ITO electrode is successful in improving the reliability of ITO electrode.

项目成果

異なる酸素圧力で作製した導電性酸化物電極を有する強誘電体キャパシタの電気特性

不同氧压下制备的导电氧化物电极铁电电容器的电性能

• 发表时间: 2015
• 作者: 髙田瑶子,天野泰河;岡本尚樹;齊藤丈靖;近藤和夫;吉村 武;藤村紀文;樋口宏二;北島 彰
• 通讯作者: 北島 彰

Effect of excess Pb on ferroelectric characteristics of conductive Al-doped ZnO and Sn-doped In2O3 top electrodes in PbLaZrTiOx capacitors

• DOI: 10.3139/146.111154
• 发表时间: 2015-01
• 期刊: International Journal of Materials Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: Yoko Takada;T. Tsuji;N. Okamoto;Takeyasu Saito;K. Kondo;T. Yoshimura;N. Fujimura;K. Higuchi;A. Kitajima;A. Oshima

Comparative study of ferroelectric (K,Na)NbO3 thin films pulsed laser deposition on platinum substrates with different orientation

• DOI: 10.1109/isaf.2016.7578063
• 发表时间: 2016-09
• 期刊: 2016 Joint IEEE International Symposium on the Applications of Ferroelectrics, European Conference on Application of Polar Dielectrics, and Piezoelectric Force Microscopy Workshop (ISAF/ECAPD/PFM)
• 作者: Rika Tamano;Yoko Takada;N. Okamoto;Takeyasu Saito;K. Higuchi;A. Kitajima;T. Yoshimura;N. Fujimura

Comparative study of hydrogen- and deuterium- induced degradation of ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors using time of flight secondary ion measurement

使用飞行时间二次离子测量对氢和氘引起的铁电 (Pb,La)(Zr,Ti)O3 电容器的退化进行比较研究

• DOI: 10.1109/tuffc.2016.2593585
• 发表时间: 2016
• 期刊: IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control
• 作者: Yoko Takada;Naoki Okamoto;Takeyasu Saito;Takeshi Yoshimura;Norifumi Fujimura;Koji Higuchi;Akira Kitajima;and Rie Shishido
• 通讯作者: and Rie Shishido

Fabrication and electrical properties of a (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with pulsed laser deposited Sn-doped In2O3 bottom electrode on Al2O3(0001)

Al2O3(0001) 上脉冲激光沉积 Sn 掺杂 In2O3 底部电极的 (Pb,La)(Zr,Ti)O3 电容器的制备和电性能

• 发表时间: 2017
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Yoko Takada;Rika Tamano;Naoki Okamoto;Takeyasu Saito;Takeshi Yoshimura;Norifumi Fujimura;Koji Higuchi;and Akira Kitajima
• 通讯作者: and Akira Kitajima