Study on ferroelectric HfxZr1-xO2 ultra-thin films fabricated using atomic layer deposition for three-dimensional device applications
Project/Area Number |
18J22998
|
Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 国内 |
Research Field |
Electronic materials/Electric materials
|
Research Institution | Meiji University |
Principal Investigator |
女屋 崇 明治大学, 明治大学大学院 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
|
Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
|
Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
|
Keywords | ハフニウムジルコニウム酸化膜 / ハフニア / ジルコニア / 強誘電体 / 原子層堆積法 / プラズマ原子層堆積法 / 低温形成 / 疲労特性 / 極薄膜 / 核生成層 |
Outline of Annual Research Achievements |
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。
|
Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(52 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] パルス測定法による低温度作製したHfxZr1-xO2薄膜の強誘電体スイッチング特性及び分極疲労メカニズムの研究2021
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, 井上 万里, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
Organizer
電子デバイス界面テクノロジー研究会 -材料・プロセス・デバイス特性の物理- (第26回研究会)
Related Report
-
[Presentation] 放射光X線による低温形成したHfxZr1-xO2薄膜の直方晶相同定の検討2021
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, Chang-Yong Nam, Esther H. R. Tsai, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
Organizer
第68回応用物理学会春季学術講演会
Related Report
-
-
[Presentation] HfxZr1-xO2/ZrO2積層構造による強誘電体厚膜の強誘電性の向上2020
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, 井上 万里, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
Organizer
第81回応用物理学会秋季学術講演会
Related Report
-
-
[Presentation] Ferroelectricity of 300°C Low Temperature Fabricated HfxZr1-xO2 Thin Films by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition using Hf/Zr Cocktail Precursor2020
Author(s)
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
Organizer
20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Ferroelectricity of Ferroelectric HfxZr1-xO2/Antiferroelectric ZrO2 Stack Structure Fabricated by Atomic Layer Deposition2020
Author(s)
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
Organizer
20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Improvement of Ferroelectricity and Fatigue Property of Thicker HfxZr1-xO2/ZrO2 Bi-layer2020
Author(s)
Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Mari Inoue, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Naomi Sawamoto, Takahiro Nagata, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
Organizer
Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science 2020 (PRiME 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
[Presentation] The effect of oxygen source on ferroelectricity of atomic layer deposited Hf0.5Zr0.5O2 thin film2020
Author(s)
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
Organizer
20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] A Combinatorial Approach to the Ferroelectric Properties in HfxZr1-xO2 Deposited by Atomic Layer Deposition2020
Author(s)
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
Organizer
20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Investigation of Hydrogen Effect on Ferroelectricity of Atomic Layer Deposited Hf0.5Zr0.5O2 Thin Film2020
Author(s)
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
Organizer
Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science 2020 (PRiME 2020)
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] プラズマ原子層堆積法で300 °C低温形成した強誘電体HfxZr1-xO2薄膜の疲労特性2020
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Ava Khosravi, 澤本 直美, 長田 貴弘, Robert M. Wallace, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
Organizer
第67回応用物理学会春季学術講演会
Related Report
-
-
-
-
[Presentation] Reliability of Ferroelectric HfxZr1-xO2 Thin Films Using 300°C Low Temperature Process with Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition2019
Author(s)
Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Ava Khosravi, Naomi Sawamoto, Takahiro Nagata, Robert M. Wallace, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
Organizer
50th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference (SISC 2019)
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Comparison of Reliability of Ferroelectric HfxZr1-xO2 Thin Films Fabricated by Several Processes with Plasma-Enhanced and Thermal Atomic Layer Deposition2019
Author(s)
Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Ava Khosravi, Naomi Sawamoto, Takahiro Nagata, Robert M. Wallace, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
Organizer
The 19th Annual Non-Volatile Memory Technology Symposium (NVMTS 2019)
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-