単一トランジスタセル構造を持つ新しい強誘電体メモリの研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09305025
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石原 宏 東京工業大学, フロンティア創造共同研究センター, 教授 (60016657)
• 研究分担者: 會澤 康治 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (40222450) ; 徳光 永輔 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882)
• キーワード: 強誘電体メモリ / MFSFET / SrBi_2Ta_2O_9 / PbZr_<1-x>Ti_xO_3 / Si

研究概要

本年度は強誘電体をゲート絶縁膜に用いたトランジスタを3×3のアレイ状に配置してメモリ機能、積和演算機能などを確認した。用いた強誘電体膜はSBT(SrBi_2Ta_2O_9)であり、霧化法により堆積した。メモリ保持時間は1時間程度であったが、3ビットのAD変換を実現するなど、この構造がデジタルならびにアナログメモリとして有用なことを明らかにした。
個別デバイスに関しては、メモリの保持時間を長くするための様々な強誘電体材料とバッファー層材料との組み合わせを検討している。PZT/Y_2O_3/Si構造ではゾルゲル法により堆積したPZT膜を550℃、30分問のオゾン雰囲気中でアニールすると良好な強誘電性を示すことを明らかにした。SBTを用いる場合には、バッファー層としてSrTa_2O_6/Si_3N_4を用いるとメモリの保持時間が大幅に改善されることを明らかにした。具体的にはSBTアッファ一層との間にPtを挿入した構造において、1日以上の保持時間が達成された。さらに、SBTをY_2O_3/Si基板上に成膜する場合には、両者の反応を防ぐために、Ptを挿入した方が良いことが明らかとなった。これにより、膜のリーク電流が減少し、数時間の記憶保持が実現できた。SBT膜のMOCVD堆積についても検討を進めており、強誘電性を示す膜が作製できている。残留分極値は現在2μC/cm^2程度である。

研究成果

• [文献書誌] H.Ishiwara: "Current status and prospects of digital and analog memories using MFSFETs" J.Korean Phys.Society. 32. S1325-S1328 (1998)
• [文献書誌] S.Imada,S.Shouriki,E.Tokumitsu,H.Ishiwara: "Epitaxial growth of ferroelectric YMnO3 thin films on Si(111)substrates by molecular and epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37,12A. 6497-6501 (1998)
• [文献書誌] B.E.Park,S.Shouriki,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Fabrication of PbZr_xTi_<1-x>O_3 films on Si structures using Y_2O_3 buffer layers" Jpn.J.Appl.Phys.37 9B. 5145-5148 (1998)
• [文献書誌] E.Tokumitsu,G.Fujii,and H.Ishiwara: "Electrical properties of MFS-FETs using SrBi_2Ta_2O_9 films directly grown on Si substrates by SOL-GEL method" Mater.Res.Soc.Symp.Proc.493. 459-464 (1998)
• [文献書誌] B.E.Park,S.Imada,E.Tokumitsu,H.Ishiwara: "Annealing effect of the CeO_2 buffer layers for PZT/CeO_2/Si(111)structures" J.Korean Phys.Soc.32. S1390-S1392 (1998)