強誘電体薄膜の低温MOCVD技術の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555085
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 徳光 永輔 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882)
• 研究分担者: 木島 健 シャープ(株), 機能デバイス研究所, 主任 ; 大見 俊一郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (30282859) ; 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)
• キーワード: 強誘電体メモリ / 有機金属気相成長法(MOCVD) / SrBi_2Ta_2O_9 / プラズマ

研究概要

本研究では、次世代の不揮発性メモリとして期待されている強誘電体メモリへの応用を念頭に置き、良好な特性をもつ強誘電体膜の低温形成を実現することを目的としている。今年度は、昨年度の基礎的な知見を発展させ、溶液気化有機金属気相成長(MOCVD)法による強誘電体SrBi_2Ta_2O_9(SBT)の成膜中に高周波プラズマを導入して、615℃という低温結晶化を実現した。本年度は、Sr-Ta原料として安定性の高いSr[Ta(OC_2H_5)_5(OC_2H_4OCH_3)]_2を新たに採用した。まず最初に、従来まで問題であった原料の解離による組成ずれが、新原料を用いることにより抑制できることを明らかにした。続いてプラズマを印加せずに、新原料とBi[OC(CH_3)_2C_2H_5]_3を用いてSBT膜を700および750℃で直接成膜したところ、残留分極6.2μC/cm^2抗電界62kV/cmをもつ良好な電気的特性が得られた。ヒステリシスループの矩形性も昨年に比べ大幅に改善されている。さらに、プラズマを印加して低温結晶化を試みたところ、プラズマ出力20Wの場合、615℃という従来よりも150℃程度低い温度での結晶化に成功し、形成したSBT膜の強誘電性を確認した。得られた残留分極の値は5.8μC/cm^2であり、昨年650℃で達成した値(1.5μC/cm^2)を大幅に改善することができた。これは新原料の採用により、成膜時の組成制御が容易になったためと考えられる。また、得られた電気的特性は、ゾルゲル法など、他の手法で750℃程度の高温で成膜した場合の特性に匹敵するものである。

研究成果

• [文献書誌] E.Tokumitsu,D.Takahashi and H.Ishiwara: "Characterization of Metal-Ferroelectric-(Metal-) Insulator-Semiconductor (MF(M)IS) Structures Usins (Pb,La)(Zr,Ti)O_3 and Y_2O_3 Films"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39 Part 1,No.9B. 5456-5459 (2000)
• [文献書誌] S.M.Yoon,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Ferroelectric Neuron Integrated Circuits using SrBi_2Ta_2O_9-Gate FET's and CMOS Schmitt-Trigger Oscillators"IEEE Transactions on Electron Devices. Vol.47 No.8. 1630-1635 (2000)
• [文献書誌] E.Tokumitsu,G.Fujii and H.Ishiwara: "Electrical Properties of Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor(MFIS)- and Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator Semiconductor (MFMIS)-FETs"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39 Part 1,No.4B. 2125-2130 (2000)
• [文献書誌] S.Yoon,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Improvement of Memory Retention Characteristics in Ferroelectric Neuron Circuits Using a Pt/ SrBi_2Ta_2O_9/Pt/Ti/SiO_2/Si Structure"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39 Part 1,No.4B. 2119-2124 (2000)
• [文献書誌] K.Aizawa,E.Tokumitsu,K.Okamoto and H.Ishiwara: "Impact of face-to-face annealing in preparation of sol-gel-derived SrBi_2Ta_2O_9 thin films"Appl.Phys.Lett.. Vol.76 No.18. 2609-2611 (2000)
• [文献書誌] E.Tokumitsu,K.Okamoto and H.Ishiwara: "Low Voltage Operation of Nonvolatile Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor (MFMIS)-FETs Using Pt/SrBi2Ta2O9/Pt/SrTa2O6/SiON/Se Structures"Jpn.J.Appl.Phys.. April. (2001)