【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NM0007

利用課題名 / Title

電子線露光とドライエッチングで作製する微細素子を用いたエッジAI用抵抗変化デバイスの材料探索

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

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）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

スパッタリング/Sputtering,ナノエレクトロニクスデバイス,表面・界面・粒界制御

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)

島 久

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）,技術代行/Technology Substitution

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

NM-608：スパッタ装置 [JSP-8000]

報告書データ / Report

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

エッジAI用抵抗変化デバイスの候補材料として、従来のシリコン系材料と異なる酸化物等の材料開発が盛んに行われている。半導体微細加工プロセスへ新材料を取り入れ、信頼性の高いデバイスプロセスを確立するためには、高品質な酸化物薄膜をSi基板上へ堆積することが必要不可欠である。そこで、本報告ではSi基板上に抵抗変化デバイス用材料であるTa₂O₅薄膜をスパッタリング法で堆積し、成膜レートの評価と成膜後の薄膜／基板界面の平坦性の評価を行った。

実験 / Experimental

評価に用いたTa₂O₅薄膜は、アルバック製JSP-8000でSi基板上へ成膜した。Si基板のサイズは直径6インチである。ターゲットはセラミックスターゲットを用いた。成膜条件は、RF300 W、Ar/O₂ = 20 SCCM、プロセス時の圧力は約0.1 Paである。成膜時間は1724 secとした。成膜後の薄膜断面について、透過電子顕微鏡(TEM)観察を行い、膜厚を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1はTa₂O₅／Si基板界面の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。観察時の倍率は100万倍である。TEM像から評価したTa₂O₅の膜厚は89.6 nmであった。この膜厚と成膜時間から計算される成膜レートは、0.052 nm/secである。このレートの場合、例えば5 nm以下の極薄膜を成膜する場合であっても100 sec近い成膜時間を確保できるため、シャッターの開閉時間や基板回転のスピードン観点から十分な成膜時間を確保できる。また、基板とTa₂O₅との界面は非常に平滑であり極薄膜の成膜に適した材料の組み合わせであると推察される。コントラストが異なる層が形成されているが、Ta₂O₅の成膜前に基板表面の逆スパッタによるクリーニングを行っていないため、Siの自然酸化膜によるコントラストであると考えている。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. Ta₂O₅/Si界面のTEM像

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.

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