【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT0274
利用課題名 / Title
Metal-HfZrO-semiconductorキャパシタの試作
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
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【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,酸化ハフニウムキャパシタ,HfZrO
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)
高野 恵介
所属名 / Affiliation
信州大学
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）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-031：原子層堆積装置_1[FlexAL]
AT-025：スパッタ成膜装置(芝浦）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
半導体上の強誘電体薄膜の光評価を目指している。CMOSプロセスと親和性が高く，また10 nm以下の薄膜で強誘電性が発現することから，高密度メモリデバイス等への応用が期待される酸化ハフニウムキャパシタを評価対象とした。強誘電性が確認できる成膜条件を得るための試作を実施した。
実験 / Experimental
産業技術総合研究所ナノプロセシング施設の設備を利用し，試料作製を行なった。p型Si基板にバックスパッタ処理(Ar,
100W 3分)を施したのち，原子層堆積装置(NPF031)を用いてHf, Zrの元素比率が1:1となるようにHfZrOを10 nm成膜した。文献[1]を参考に，成膜時温度を250℃から300℃の間で変え，プリカーサ堆積層ごとの酸素プラズマによる酸化時間は5 秒とした。HfZrO成膜後，キャパシタパターンを開口した厚さ50 mmのSUSマスクを基板上に固定し，マグネトロンスパッタ(NPF025)でTiN 20 nm またはTaN 20 nmを成膜した。Figure
1にTaN成膜後の試料顕微鏡写真を示す。
成膜後ウェハは40 mm角程度に分割したのち， 450℃から550℃の温度範囲で，窒素雰囲気中で30秒のアニール処理を施した。最後に，Si基板裏面へのバックスパッタ処理(Ar, 100W 3分)後，100 nmのAlをマグネトロンスパッタで成膜した。
結果と考察 / Results and Discussion
作製試料の上部電極と基板下部電極間の容量測定をマニュアルプローバを用いて実施した。その結果HfZrO の25程度の比誘電率から想定される容量よりも数桁小さい容量値が観測された。上部電極が薄く，容量測定に十分な電気伝導度が確保できていないためと考えている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Figure 1: HfZrO上へのTaN成膜後試料の顕微鏡写真
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
今後，上部電極上に金属薄膜を追加成膜した後に容量測定を実施することで，各試作条件に対する強誘電性の変化を観測したい。
参考文献：
[1] R. Alcala et al., J. Phys. D:
Appl. Phys. 54, 035102 (2021).
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.
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