【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.02】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23AT0280

利用課題名 / Title

新材料ゲートスタック基盤の形成

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

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

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）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）-

キーワード / Keywords

エレクトロデバイス/ Electronic device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,エリプソメトリ/ Ellipsometry,光リソグラフィ/ Photolithgraphy

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

増田 賢一

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

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

AT-063：分光エリプソメータ
AT-011：i線露光装置
AT-030：プラズマCVD薄膜堆積装置
AT-004：電界放出形走査電子顕微鏡[S4800_FE-SEM]

報告書データ / Report

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

HfO₂系強誘電薄膜は、その強誘電性の起源、発現機構を解明するための研究が盛んに進められている。我々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作成し、その電気的特性や結晶構造を解析することで、キャリア伝導メカニズム、その強誘電性との関連の調査を進めている。今回、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

SiO₂による素子分離構造を形成した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30nmのHf_0.5Zr_0.5O₂層を堆積、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。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。
産総研ナノプロセシング施設では、分光エリプソメータ（AT-063）による下地のSiO2の膜厚確認と、i線露光装置（AT-011）によるフォトリソグラフィーを行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Figure 1は作成したMFMキャパシタの電圧-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。電界を未印加、および2.6 MV/cmの電界を1サイクルのみ印加した後のMFMキャパシタに対するX線回折計測を行うと、電界印可後に結晶構造に変化が現れることが分かった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 作成したMFMキャパシタの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.

1. 産総研1，東大2　○森田 行則1，女屋 崇2，浅沼 周太郎1，太田 裕之1，右田 真司1「抗電界を超える最初の電界印加によるHf0.5Zr0.5O2薄膜の強誘電特性誘起」2024応用物理学会春季学術講演会、2024年3月25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