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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

研究課題

研究課題/領域番号 14J12298
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 反応工学・プロセスシステム
研究機関大阪府立大学

研究代表者

髙田 瑶子  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード強誘電体キャパシタ / 導電性酸化物電極 / 白金フリー / 水素劣化 / 疲労劣化 / 信頼性改善 / 非貴金属酸化物電極 / 飛行時間型二次イオン質量分析法 / 中間層 / 水素劣化耐性 / 疲労特性 / TOF-SIMS
研究実績の概要

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)を電極に用いた強誘電体(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)キャパシタの水素劣化耐性を調査し、Pt電極に対する有効性を評価してきた。昨年度までは、上部電極のみITOを適用した強誘電体キャパシタ(ITO/PLZT/Pt)を重水素雰囲気下でアニールして強制劣化を行い、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を用いて評価していた。本年度は、ITOを下部および上部電極に用いた強誘電体キャパシタを試み、Ptフリー強誘電体キャパシタの作製を目指し、強誘電体キャパシタの信頼性改善を試みた。
ITO下部および上部電極を有する強誘電体ITO/PLZT/ITOキャパシタにおいてヒステリシス曲線が得られ、Pt電極を全く用いないPtフリー強誘電体キャパシタでも良好な強誘電性が得られた。また、ITO下部および上部電極を有する強誘電体キャパシタに対して、3%重水素雰囲気下、200℃、1 Torrで45分間アニールし、強制劣化に伴う強誘電性評価を行った結果、Pt/PLZT/Ptキャパシタでは、アニール直後から2Prが著しく減少し、45分後まで2Prは減少し続けたが、ITO/PLZT/ITOキャパシタでは、重水素雰囲気下で強制劣化させても2Prはほぼ変化しなかった。
本研究では、ITO電極のみを用い、Ptを全く使用しない強誘電体キャパシタの作製および良好な強誘電性を得ることに成功した。また、ITO電極の適用により、キャパシタの低コスト化および信頼性改善に成功した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 12件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 9件)

  • [雑誌論文] Evaluatioion of deuterium ion profile in (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors structures with conductive oxide top electrode by time of flight secondary ion mass spectrometry2017

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
    • 雑誌名

      Proc. 2016 IEEE ISAF/ECAPD/PFM

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/isaf.2016.7819734

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication and electrical properties of a (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with pulsed laser deposited Sn-doped In2O3 bottom electrode on Al2O3(0001)2017

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of doped Pb(Zr,Ti)O3 capacitors on Pt substrates with different orientations2016

    • 著者名/発表者名
      Rika Tamano, Taiga Amano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      Electronics Letters

      巻: 52 号: 16 ページ: 1399-1401

    • DOI

      10.1049/el.2016.1949

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparative study of ferroelectric (K,Na)NbO3 thin films pulsed laser deposition on platinum substrates with different orientation2016

    • 著者名/発表者名
      Rika Tamano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Takeshi Yoshimura, and Norifumi Fujimura,
    • 雑誌名

      Proc. 2016 IEEE ISAF/ECAPD/PFM

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/isaf.2016.7578063

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Comparative study of hydrogen- and deuterium- induced degradation of ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors using time of flight secondary ion measurement2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control

      巻: 63 号: 10 ページ: 1668-1673

    • DOI

      10.1109/tuffc.2016.2593585

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reliability of the properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with non-noble metal oxide electrodes stored in an H2 atmosphere2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 1 号: 5 ページ: 369-374

    • DOI

      10.1557/adv.2016.139

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Al:ZnO top electrodes deposited with various oxygen pressures for ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      Electronics Letters

      巻: 52 号: 3 ページ: 230-232

    • DOI

      10.1049/el.2015.3539

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ferroelectric properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors wmploying Al-doped ZnO top electrodes prepared by pulased laser deposition under different oxygen pressures2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrogen profile measurement of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with conductive electrode after hydrogen annealing2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Hideo Iwai, and Rie Shishido
    • 雑誌名

      Proc. 2015 IEEE ISAF/ISIF/PFM

      巻: - ページ: 163-166

    • DOI

      10.1109/isaf.2015.7172695

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of excess Pb on ferroelectric characteristics of conductive Al-doped ZnO and Sn-doped In2O3 top electrodes in PbLaZrTiOx capacitors2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Toru Tsuji, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      International Journal of Materials Research

      巻: 106 号: 1 ページ: 83-87

    • DOI

      10.3139/146.111154

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Al-doped ZnO or Sn-doped In2O3 electrode on ferroelectric properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Toru Tsuji, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Hideo Iwai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 5S ページ: 05ED03-05ED03

    • DOI

      10.7567/jjap.54.05ed03

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The effect of H2 distribution in (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with conductive oxide electrodes on the degradation of ferroelectric properties2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Hideo Iwai
    • 雑誌名

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      巻: 1729 ページ: 93-98

    • DOI

      10.1557/opl.2015.263

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improved reliability properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 ferroelectric capacitors by thin aluminium-doped zinc oxide buffer layer2014

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Toru Tsuji, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 雑誌名

      Electronics Letters

      巻: 50 号: 11 ページ: 799-800

    • DOI

      10.1049/el.2014.0187

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aluminum-doped zinc oxide electrode for robust (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors: effect of oxide insulator encapsulation and oxide buffer layer2014

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Toru Tsuji, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Akihiro Oshima
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 25 号: 5 ページ: 2155-2161

    • DOI

      10.1007/s10854-014-1853-y

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 異なる酸素圧力でPLDにより作製した(K,Na)NbO3キャパシタの評価2017

    • 著者名/発表者名
      玉野 梨加, 髙田 瑶子, 岡本 尚樹, 齊藤 丈靖, 樋口 宏二, 北島 彰
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication and electrical properties for ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with Sn:In2O3 bottom and top electrodes2017

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      The International Conference on Electroceramics 2017
    • 発表場所
      Nagoya University, Aichi
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of dopant ions and crystallographic orientation on ferroelectric properties of Pb(Zr,Ti)O3 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Taiga Amano, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
    • 発表場所
      Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative study of ferroelectric (K,Na)NbO3 thin films pulsed laser deposited on platinum substrates with different orientation2016

    • 著者名/発表者名
      Rika Tamano, Taiga Amano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
    • 発表場所
      Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of deuterium ion profile in (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors structures with conductive oxide top electrode by time of flight secondary ion mass spectrometry2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
    • 学会等名
      2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
    • 発表場所
      Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スパッタによるAlドープZnO電極を有する強誘電体キャパシタの作製と評価2016

    • 著者名/発表者名
      髙田 瑶子, 玉野 梨加, 岡本 尚樹, 齊藤 丈靖, 吉村 武, 藤村 紀文, 樋口 宏二, 北島 彰
    • 学会等名
      化学工学会 第48回秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(常三島キャンパス), 徳島
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Pulsed laser deposited conductive oxide electrode on Al2O3 (0001) for (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      ADMETA Plus2016
    • 発表場所
      東京大学(本郷キャンパス), 東京
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and electrical properties for ferroelectric capacitors with Al-doped ZnO films on sapphire substrate structure2016

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Akira Kitajima, and Koji Higuchi
    • 学会等名
      2016 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reliability properties studies of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor with non-noble metal oxide electrode by storing H2 atmosphere2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Rie Shishido
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ferroelectric properties of (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors using Al:ZnO top electrodes pulsed laser deposited with different oxygen pressure2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Takeyasu Saito, Naoki Okamoto, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      ADMETA Plus 2015
    • 発表場所
      Seoul National University, Seoul, Korea
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 異なる酸素圧力で作製した導電性酸化物電極を有する強誘電体キャパシタの電気特性2015

    • 著者名/発表者名
      髙田瑶子,天野泰河, 岡本尚樹, 齊藤丈靖, 近藤和夫, 吉村 武, 藤村紀文, 樋口宏二, 北島 彰
    • 学会等名
      化学工学会 第47回秋季大会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌キャンパス), 北海道
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogen profile measurement of PbLaZrTiOx capacitor with conductive electrode after hydrogen annealing2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Taiga Amano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, abd Hideo Iwai
    • 学会等名
      2015 Joint IEEE ISAF-ISIF-PFM
    • 発表場所
      Biopolis, Singapore, Republic of Singapore
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The effect of H2 distribution in the PLZT capacitors with conductive oxide electrodes on the degradation of ferroelectric properties2014

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Taiga Amano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      2014 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2014-11-30 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Comparative study of the ferroelectric properties employed with Al:ZnO and Sn:In2O3 electrode PbLaZrTiOx capacitors2014

    • 著者名/発表者名
      Yoko Takada, Taiga Amano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Kazuo Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
    • 学会等名
      ADMETA Plus 2014
    • 発表場所
      Yayoi Auditorium Ichijo Hall, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-10-22 – 2014-10-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 導電性酸化物電極を用いた強誘電体キャパシタの作製と劣化機構2014

    • 著者名/発表者名
      髙田瑶子, 天野泰河, 岡本尚樹, 齊藤丈靖, 近藤和夫, 吉村 武, 藤村紀文, 樋口宏二, 北島 彰
    • 学会等名
      化学工学会 第46回秋季大会
    • 発表場所
      九州大学 (伊都キャンパス), 福岡市
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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