Study on ferroelectric HfxZr1-xO2 ultra-thin films fabricated using atomic layer deposition for three-dimensional device applications

利用原子层沉积制备铁电 HfxZr1-xO2 超薄膜的三维器件应用研究

基本信息

批准号：
18J22998
负责人：
女屋崇
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、HfxZr1-xO2 (HZO)膜の結晶構造制御及び強誘電性の向上に寄与するZrO2膜を用いた(a) HZO/ZrO2積層膜による強誘電体HZO膜の信頼性の改善、及び(b) 強誘電体HZO膜の低温形成技術確立へ向けた原子層堆積(ALD)法における酸化剤ガスの検討に取り組んだ。(a) 先行研究で培った知識を生かして高耐圧且つ良好な強誘電性を維持したHZO/ZrO2積層膜を作製して、実デバイス応用へ向けたこれらHZO/ZrO2積層膜の有用性を実証した。また、実用上有益な長期信頼性に関しても評価を加え、新たな強誘電体不揮発性メモリの実現に資する有益な成果が得られたことは大きな発展である。(b) 酸化剤ガスとして各々H2O及びO2プラズマを用いた熱及びプラズマALD法、及び300~400°Cの低温熱処理によりHZO膜を形成して、放射光Ｘ線源を用いた詳細な結晶構造解析に取り組んだ。ALD法による成膜時の酸化剤ガス及び熱処理温度が強誘電相である直方晶相の形成に及ぼす効果を詳細に評価したことで、実験室系X線回折による結晶構造評価では困難であったHZO膜の結晶構造と強誘電性の重要な関係を解明した。また、低温形成技術確立へ向けたHZO膜の成膜手法としてプラズマALD法が有効であると結論付けた。以上の成果は、学術論文だけでなく、国際・国内会議で積極的に報告した。また、MANA International Symposium 2021では、Excellent Poster Presentation Awardを受賞したことから、これらHZO膜の新たな作製技術が世界的に関心を集めている結果であると考えている。なお、これらの研究は、テキサス大学ダラス校、ブルックヘブン国立研究所及び国立研究開発法人物質・材料研究機構との共同研究によって実施された。

今年，我们在原子层沉积（ALD）方法中研究了氧化气的研究，旨在建立使用ZRO2膜的铁电膜膜的低温形成技术，从而有助于控制晶体结构并改善HFXZR1-XO2（HZO2（HZO）膜（HZO）的效率（HZO）（HZO）（HZO）（HZO）（HZO）（A）（A）（A）（A）（A）（A）（A） HZO/ZRO2层压膜，以及（b）建立一种技术，用于形成铁电膜的低温形成。（a）使用先前研究中获得的知识，我们制造了HZO/ZRO2层压膜，以保持高电压抗性和良好的铁电性，证明了这些HZO/ZRO2层压膜对实际设备应用的有用性。此外，已经对长期可靠性进行了评估，这对实际使用是有益的，并且实现有助于实现新的铁电非政治记忆的有益结果是一个重大发展。（b）通过使用H2O和O2等离子体使用热和等离子体ALD作为氧化剂气体，并在300-400°C下使用H2O和O2等离子体形成HZO膜，并使用Synchrotron X射线源进行详细的晶体结构分析。通过评估ALD方法在膜形成过程中氧化气体和热处理温度的影响，通过ALD方法对Cl.orghtm相形成，这是铁电相，我们已经阐明了HZO膜的晶体结构与铁电性之间的重要关系，而HZO膜的晶体结构与铁的铁结构之间的重要关系，这很难通过实验室X型雷分布来评估晶体结构。它还得出结论，血浆ALD方法是HZO膜建立低温形成技术的膜沉积方法的有效方法。上述结果不仅在学术论文上，而且在国际和国内会议上报道。此外，当我们在2021年Mana International研讨会上获得了出色的海报演示奖时，我们认为这些新的HZO电影制造技术吸引了全球兴趣。这些研究是与德克萨斯大学达拉斯大学，布鲁克黑文国家实验室和国家材料与材料研究所合作进行的。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The effect of oxygen source on ferroelectricity of atomic layer deposited Hf0.5Zr0.5O2 thin film

氧源对原子层沉积Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性的影响

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yong Chan Jung;Jaidah Mohan;Harrison S. Kim;Heber Hernandez-Arriga;Takashi Onaya;Kihyun Kim;Namhun Kim;Si Joon Kim;Atsushi Ogura;Rino Choi;Jinho Ahn;and Jiyoung Kim
通讯作者：
and Jiyoung Kim

Impact of Top-ZrO2 Nucleation Layer on Ferroelectricity of HfxZr1－xO2 Thin Films for Ferroelectric Field Effect Transistor Application

顶部ZrO2成核层对铁电场效应晶体管HfxZr1－xO2薄膜铁电性的影响

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takashi Onaya;Toshihide Nabatame;Naomi Sawamoto;Kazunori Kurishima;Akihiko Ohi;Naoki Ikeda;Takahiro Nagata;Atsushi Ogura
通讯作者：
Atsushi Ogura

A Combinatorial Approach to the Ferroelectric Properties in HfxZr1-xO2 Deposited by Atomic Layer Deposition

原子层沉积 HfxZr1-xO2 铁电性能的组合方法

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jaidah Mohan;Si Joon Kim;Heber Hernandez-Arriga;Yong Chan Jung;Takashi Onaya;Harrison S. Kim;Namhun Kim;Kihyun Kim;Atsushi Ogura;Rino Choi;Myung Mo Sung;and Jiyoung Kim
通讯作者：
and Jiyoung Kim

Ferroelectricity of 300°C Low Temperature Fabricated HfxZr1－xO2 Thin Films by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition using Hf/Zr Cocktail Precursor

使用 Hf/Zr 混合前驱体等离子体增强原子层沉积 300°C 低温制备 HfxZr1－xO2 薄膜的铁电性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takashi Onaya;Toshihide Nabatame;Yong Chan Jung;Heber Hernandez-Arriaga;Jaidah Mohan;Harrison S. Kim;Ava Khosravi;Naomi Sawamoto;Chang-Yong Nam;Esther H. R. Tsai;Takahiro Nagata;Robert M. Wallace;Jiyoung Kim;and Atsushi Ogura
通讯作者：
and Atsushi Ogura

Air及びN2雰囲気のバイアスストレスによるアモルファスCarbon-doped In2O3TFTのトランジスタ特性

空气和氮气气氛中偏置应力导致非晶碳掺杂 In2O3TFT 的晶体管特性