利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0316

利用課題名 / Title

Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜を用いた強誘電体薄膜キャパシタの作成

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

強誘電体薄膜,Hf0.5Zr0.5O2,Metal-Ferroelectric-Metal（MFM）,電圧-残留分極（P-V）特性

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

森田行則

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-072：微小部蛍光X線分析装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　HfO₂薄膜は微細トランジスタのゲート絶縁膜として利用されている材料であるが、近年、特定の条件で熱処理を行うと、強誘電性を示すことが報告された。それ以来、新規な不揮発性メモリへの応用を目指した研究が開始されたが、その強誘電性の起源、発現機構を解明するための研究も同時に進められている。一般的には、金属膜を上下電極としたMetal-Ferroelectric-Metal（MFM）構造のキャパシタを用いた電気特性の研究が用いられている。今回我々は、TaN/ Hf_0.5Zr_0.5O₂（HZO)/TaN積層構造による強誘電キャパシタを形成してその伝導特性の計測を行った。

実験 / Experimental

　Si基板上に厚さ10nmのTaN下部電極を形成し、その上に、スパッタ法により20nmのHf_0.5Zr_0.5O₂層を堆積し、さらに10nmのTaN上部電極を形成した。上部TaNを堆積後にランプアニール装置で約700℃の熱処理を行った。その後、フォトリソグラフィによりキャパシタのパタンを描画し、反応性イオンエッチング法により電極加工を行った。エッチング速度は、ダミー試料の電極厚さ変化を【NPF072】微小部蛍光X線分析装置により計測すること確認した。キャパシタを形成後に残留分極と印加電圧の関係を測定することにより、強誘電性を確認した。

結果と考察 / Results and Discussion

　Figure 1は作成したMFMキャパシタの電圧-電流（I-V）、電圧-残留分極（P-V）特性の測定結果である。良好なPV特性が得られていることが分かる。詳細なエッチング速度の取得により、問題なく電極加工ができていることを示している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 MFMキャパシタのI-VおよびP-V特性。キャパシタ面積は100×100μｍ

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

森田行則,女屋崇,浅沼周太郎,太田裕之,右田真司, "最初の電界印加によって誘起されるHf0.5Zr0.5O2薄膜の伝導特性の変化および強誘電化", 第70回応用物理学会春季学術講演会（東京）,2023年3月16日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件