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。

许多用于铁电容器的电极材料很难处理和昂贵的贵金属，并且还表现出针对氢的催化活性，由于半导体制造过程中的减少气氛而导致铁电降解（氢降解）。在这项研究中，我们使用SN-Doped In2O3（ITO）（一种非差异金属氧化物导体，作为珍贵金属的替代品和评估其有效性抗pt pt pt pt t p，我们研究了对pt plosector的一种替代品，并评估了其有效性。直到去年，只有在氘大气中将其施用的顶电极（ITO/PLZT/PT）在氘大气中施加，以降级，以降解，并且使用氢降解引起的铁电容器中的氢分布，使用时间限制二级二级离子量质量谱图评估。今年，我们尝试使用ITO作为下部和上部电极使用铁电容器，并旨在制造无PT的铁电容器，并试图提高铁电容器的可靠性。在具有ITO下部电极和上部电极的铁电/PLZT/ITO电容器中获得了滞后曲线，即使在无PT无PT的无PT电极的情况下，甚至在无PT的无PT铁电容器中也获得了良好的铁电性。此外，在3％的氘大气中，在1 TORR的200°C下在200°C下将具有下部ITO电极和上部电极的铁电容器退火45分钟，并根据强制劣化评估铁电性。结果，在PT/PLZT/PT电容器中，2PR在退火后立即显着降低，而2PR继续降低到45分钟，但是在ITO/PLZT/ITO电容器中，即使在迪特里姆大气层下被迫恶化，2PR也几乎没有改变。在这项研究中，我们仅使用ITO电极成功制造了铁电容器，并且没有使用任何PT，并获得了良好的铁电特性。此外，通过应用ITO电极，电容器成本降低和可靠性已成功提高。

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

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

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

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

Reliability of the properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with non-noble metal oxide electrodes stored in an H2 atmosphere

非贵金属氧化物电极的 (Pb,La)(Zr,Ti)O3 电容器在氢气气氛中存储性能的可靠性

• DOI: 10.1557/adv.2016.139
• 发表时间: 2016
• 期刊: MRS Advances
• 影响因子: 0.8
• 作者: Yoko Takada;Naoki Okamoto;Takeyasu Saito;Kazuo Kondo;Takeshi Yoshimura;Norifumi Fujimura;Koji Higuchi;Akira Kitajima;and Rie Shishido
• 通讯作者: and Rie Shishido