2022 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of novel multi-level non-volatile memory devices using ferroelectric hafnium oxide based materials for artificial synapse devises
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21J01667
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
女屋 崇 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ハフニウムジルコニウム酸化膜 / 強誘電体 / 界面制御 / 酸素欠損 / 分極疲労 / 硬X線光電子分光法 / 強誘電体メモリ / 原子層堆積法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
HfxZr1-xO2膜を強誘電体膜として用いた次世代強誘電体デバイスの実用化に向けて、今年度は分極反転回数の増加に伴い残留分極値が減少する分極疲労メカニズムの解明に取り組んだ。
これまで、HfxZr1-xO2膜を用いた強誘電体デバイスは、分極反転回数の増加に伴いHfxZr1-xO2膜へ新たな酸素欠損が形成され、これら酸素欠損により分極ドメインがピン止めされることで分極疲労が生じると考えられていた。しかし、これら分極疲労に寄与する新たな酸素欠損の生成起源に関して実験的に明らかにした例はなかった。そこで、異なる分極反転サイクルを印加したTiN/HfxZr1-xO2/TiNキャパシタのHfxZr1-xO2/TiN界面での反応に着目して、放射光X線を用いた硬X線光電子分光法(HAXPES)によりHfxZr1-xO2/TiN下部電極界面の化学結合状態を評価することで酸素欠損の生成起源を調べた。その結果、分極疲労時にHfxZr1-xO2膜からTiN下部電極側へ酸素が供給されたことでHfxZr1-xO2/TiN下部電極界面に酸素リッチなTiOxNy層が形成されていることが分かった。一方、HfxZr1-xO2膜ではTiOxNy層の形成に伴いドメインのピン止め効果に寄与する酸素欠損が増加したために、結果として分極疲労が生じたと考えられる。
以上より、HfxZr1-xO2膜の分極疲労を抑制するためにはHfxZr1-xO2膜と電極界面における酸素の動きを制御することが重要であることが示唆された。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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[Presentation] Scaling down to sub-5 nm ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 thin films with anhydrous H2O2 ALD oxidant2022
Author(s)
Yong Chan Jung, Jin-Hyun Kim, Heber Hernandez-Arriga, Dan N. Le, Su Min Hwang, Daniel Alvarez, Jeff Spiegelman, Takashi Onaya, Chang-Yong Nam, Yugang Zhang, Si Joon Kim, and Jiyoung Kim
Organizer
22nd International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 異なる酸化剤を用いた原子層堆積法により作製した強誘電体HfxZr1－xO2/TiNの構造評価2022
Author(s)
女屋 崇, 生田目 俊秀, 長田 貴弘, 上田 茂典, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Jiyoung Kim, Chang-Yong Nam, Esther H. R. Tsai, 喜多 浩之, 右田 真司, 太田 裕之, 森田 行則
Organizer
第83回応用物理学会秋季学術講演会
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