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。

铁电电容器的电极材料大多是难以加工且昂贵的贵金属，并且由于它们对氢表现出催化活性，因此在半导体制造过程中由于还原气氛而导致铁电劣化（氢劣化）。在本研究中，我们将研究铁电 (Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT) 电容器中的氢，使用掺杂 Sn 的 In2O3 (ITO)（一种非贵金属氧化物导体）作为电极材料来替代贵金属我们研究了它的抗降解性并评估了它对铂电极的有效性。直到去年，我们在氘气氛中对仅在上部电极涂敷了ITO的铁电电容器（ITO/PLZT/Pt）进行了强制劣化，调查了因氢劣化而导致的铁电电容器内的氢分布。使用基于时间的二次离子质谱法进行评估。今年，我们尝试了使用ITO作为上下电极的铁电电容器，旨在打造无Pt铁电电容器，并尝试提高铁电电容器的可靠性。具有ITO底部和顶部电极的铁电ITO/PLZT/ITO电容器获得了磁滞曲线，并且对于不使用任何Pt电极的无Pt铁电电容器也获得了良好的铁电性。此外，还对具有 ITO 下电极和上电极的铁电电容器在 3% 氘气氛中在 200°C 下进行了测试。在Torr下进行45分钟退火，评价由于强制劣化而产生的铁电性，结果发现，在Pt/PLZT/Pt电容器中，退火后2Pr立即显着降低，并且2Pr持续降低到45分钟后，但ITO/PLZT/ITO即使在氘气氛中强制劣化后，电容器的 2Pr 也几乎没有变化。在这项研究中，我们成功地仅使用ITO电极而不使用Pt制造了铁电电容器，并实现了良好的铁电性。此外，通过应用ITO电极，我们成功地降低了成本并提高了电容器的可靠性。

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 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

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

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