欠陥の少ない強誘電体とシリコンの界面の構成方法とこれを用いたメモリデバイスの研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452235
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 垂井 康夫 早稲田大学, 理工学研究科, 教授 (10143629)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒岩 紘一 東京農工大学, 工学部, 教授 (20170102)
• Keywords: 強誘電体 / メモリ / チタン酸鉛 / セリア / YSZ / ヘテロエピタキシ- / スケーリング則 / C-V特性

Research Abstract

デバイス微細化のスケーリング則にのる強誘電体メモリとして、強誘電体をゲートとして強誘電体の分極によって半導体の表面電荷を制御するデバイスの開発を進めている。このデバイスを実現するためには(1)強誘電体と半導体の界面において電荷注入を防ぐこと。(2)界面において材料の混合を防ぐこと。(3)界面における界面準位やトラップが少ないことなどが必要と考えられる。これらの条件を充たすために、最初の試みとして、半導体と強誘電体の間にバッファー材料を入れ、材料の混合を防ぐと共に、シリコンの結晶性を強誘電体に伝えてヘテロエピタキシャルに近くなるような絶縁物材料を挿入することとし、バッファー材料としてCeO_2を、強誘電体としてPTO(PbTiO_3)を用いて研究をスタートした。バッファ層についてはあらゆる可能性を探るためにSi基板上にエピタキシャル成長が報告されているYSZを検討した。YSZ単結晶上にPbTiO_3を堆積し、良好なる(001)主配向の膜が形成された。しかしながらSi(100)基板上に、YSZを電子ビーム蒸着し、A1電極をつけてC〜V特性を測定した結果、膜中に可動イオンがあるようなヒステリシスを示した。そこで、この結晶性の優れた安定化ZrO_2膜の特性を、今までの研究で判ったバッファ層として良好な電気特性を示すCeO_2の両方を生かすことを考え、CeO_2安定化ZrO_2のバッファ膜としての可能性を検討した。PbTiO_3/Ce安定化ZrO_2/Si(100)構造を製作し、C〜Vヒステリシスカーブを測定した結果、YSZで見られたような可動イオンの存在は認められなかった。XRDによる測定によるとPbTiO_3の(001)(100)(002)(200)を主とした配向膜が得られた。バッファ層としてはCe単体およびCe安定化ZrO_2の両者の検討を続けている。

Research Products

• [Publications] T. Hirai: "Preparation of Perovskite Oriented PbZr_xTi_<1-x>O_3 Films with Suppressed Vapor Phase Reactions by a Digital Chemical Vapor Deposition Method" Jpn. J. Appl. Phys.34. 539-543 (1995)
• [Publications] T. Hirai: "Characterization of Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor Structure with CeO_2 Buffer Layer" Jpn. J. Appl. Phys.34. 4163-4166 (1995)