2015 Fiscal Year Annual Research Report
界面制御による貴金属フリー強誘電体キャパシタの高品質化と高集積化プロセス開発
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14J12298
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
髙田 瑶子 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 強誘電体キャパシタ / 非貴金属酸化物電極 / 水素劣化 / 飛行時間型二次イオン質量分析法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強誘電体キャパシタ用電極材料の多くは、難加工性かつ高価な貴金属類であり、また、水素に対して触媒活性を示すため、半導体製造工程中での還元性雰囲気による強誘電性劣化 (水素劣化)の原因となる。本研究では、貴金属に代わる電極材料として、非貴金属酸化物導電体であるSnドープIn2O3(ITO)及びAlドープZnO(AZO)を上部電極に用いた強誘電体(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)キャパシタ(ITO/PLZT/Pt及びAZO/PLZT/Pt)の水素劣化耐性を調査し、Pt上部電極(Pt/PLZT/Pt)に対する有効性を評価してきた。昨年度までは、水素雰囲気下での加熱による強制劣化を行い、水素劣化に伴う強誘電体キャパシタ中の水素分布を飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて評価していた。今年度は、水素の定量性を改善するために、水素の代わりに重水素を用いて強制劣化(3%重水素雰囲気下、200℃、1 Torrで45分間加熱)を行った。
AZO/PLZT/Pt及びITO/PLZT/Ptキャパシタでは、残留分極値はわずかに減少したが、Pt/PLZT/Ptキャパシタでは残留分極値は著しく減少した。重水素の場合でも、ITO及びAZO上部電極の適用により、強誘電体キャパシタの水素劣化耐性が向上することが確認できた。
TOF-SIMSを用いて、水素劣化前及び水素劣化45分後における強誘電体キャパシタ中の深さ方向分析を行った。水素劣化前では、各上部電極を有する強誘電体キャパシタにおいて重水素イオンの存在は確認できなかったが、水素劣化45分後において、Pt/PLZT/Ptキャパシタでは重水素イオンが検出された。しかし、ITO/PLZT/Pt及びAZO/PLZT/Ptキャパシタでは、水素劣化45分後において、重水素イオンは検出されなかった。
本年度は、異なる上部電極を有する強誘電体キャパシタに対して水素劣化を行い、上部電極材料の違いによって、重水素の解離やイオンの拡散メカニズムに違いがあることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いて強誘電体キャパシタの各膜中の深さ方向の重水素分布を評価した。現在までに、Pt、ITO及びITO上部電極を有する強誘電体キャパシタにおいてTOF-SIMS測定を行い、上部電極材料の違いによって、重水素の解離やイオンの拡散メカニズムに違いがあることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、劣化時間を変化させることによる重水素分布の評価や、強誘電体キャパシタ中の重水素イオンの拡散メカニズムに関して詳細な検討を行うことで、より完全性の高いキャパシタ作成への指針を検討予定である。また、高配向性な導電性酸化物電極と強誘電体の作成に着手し、配向性、結晶子径の相違による水素の拡散挙動に関する知見を得る予定である。
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[Journal Article] Reliability of the properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with non-noble metal oxide electrodes stored in an H2 atmosphere2016
Author(s)
Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
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Journal Title
MRS Advances
Volume: 1
Pages: 369-374
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Hydrogen profile measurement of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with conductive electrode after hydrogen annealing2015
Author(s)
Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Hideo Iwai, and Rie Shishido
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Journal Title
Proc. 2015 IEEE ISAF/ISIF/PFM
Volume: -
Pages: 163-166
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Reliability properties studies of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with non-noble metal oxide electrode by storing H2 atmosphere2015
Author(s)
Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Rie Shishido
Organizer
2015 MRS Fall Meeting
Place of Presentation
Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
Year and Date
2015-11-29 – 2015-12-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ferroelectric properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors using Al:ZnO top electrodes pulsed laser deposited with different oxygen pressure2015
Author(s)
Yoko Takada, Takeyasu Saito, Naoki Okamoto, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
Organizer
ADMETA Plus 2015
Place of Presentation
Seoul National University, Seoul, Korea
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Hydrogen profile measurement of PbLaZrTiOx capacitor with conductive electrode after hydrogen annealing2015
Author(s)
Yoko Takada, Taiga Amano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, abd Hideo Iwai
Organizer
2015 Joint IEEE ISAF-ISIF-PFM
Place of Presentation
Biopolis, Ｓｉｎｇａｐｏｒe, Republic of Singapore
Year and Date
2015-05-24 – 2015-05-27
Int'l Joint Research
