強誘電体ゲートトランジスタの開発に向けての界面の改良と電子的特性評価

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650348
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 丹生 博彦 姫路工業大学, 工学部, 教授 (40047618)
• 研究分担者: 藤沢 浩訓 姫路工業大学, 工学部, 助手 (30285340) ; 清水 勝 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)
• キーワード: 強誘電体ゲートFET / MFIS構造 / PZT薄膜 / Al_2O_3薄膜 / MFS型デバイス / 強誘電性のAFM観察 / MOCVD法 / TiO_2薄膜

研究概要

Si結晶を基板(S)、MOCVD法によるPZTを強誘電体層(F)とするMFIS構造に3種類のバッファI層(プラズマ酸化法によるAl_2O_3薄膜、スパッタ法によるMgO薄膜およびMOCVD法によるTiO_2薄膜)を用いた場合について前年度に引き続いて検討を加えると共に、F膜作製温度の低温化に取り組んで、以下に要約される実績を上げている。なお、走査型プローブ顕微鏡を駆使して、PZT薄膜の分極反転過程に関する基礎データも得ている。
1.p-Si基板上へのMOCVD法によるTiO_2堆積時の酸化ガス流入タイミングとポストアニール条件を最適化して作製したTiO_2薄膜(30nm)をI層とするMFISダイオードについてのC-V測定とDLTS測定によって、それぞれ2.5VのメモリウインドとI/S界面準位密度1x10^12eV^<-1>cm^<-2>の測定値を得ている。(第49回応物関係連合講演会30a-ZA-11)
1.3種類いずれのI層を用いたMFISダイオードについて観測されたメモリウィンドC-V特性は、理想的MFISダイオードの解析から得られるものに比べて幅および形が著しく異なり、電荷注入型ヒステリシスも観測された。これらの結果から、1層自体の改善のみならず1層への印加電圧配分比の軽減およびI/S界面準位の軽減が重要であることが示唆された。
1.Ir/SiO_2/Si基板上にPZTを395℃での低温成膜を成し遂げると共に、キャパシタ(Ir/PZT/Ir)のD-E特性から、その低温成膜によるPZT(F)膜はトランジスタメモリーのFゲートに必要とされる残留分極量を十分有していることを示した。さらにバッファI層の低温成膜をも成し遂げれば化合物半導体を基板とするMFIS又はMFMIS構造作製の道が開ける。
1.180°分域のみを持つPZT薄膜の圧電応答顕微鏡観察により、その薄膜キヤパシタ構造においては潜在核のみによる分極反転過程から分極反転中にも新しい核が発生する過程へと変化することを見出した。

研究成果

• [文献書誌] H.Fujisawa et al.: "Characterization of I/S interface in MFIS structure using deep level transient spectroscopy"Ext. Abs. of 1st Int. Meeting on Ferroelectric Random Access Memories. FED-175. 192-193 (2001)
• [文献書誌] H.Fujisawa et al.: "Low-Temperature Fabrication of Ir/Pb(Zr,Ti)O_3/Ir Capacitors Solely by Metalorganic Chemical vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 5531-5553 (2001)
• [文献書誌] M.Shimizu et al.: "Low Temperature Growth of PZT Thin Films and Its Application to Ir/PZT/Ir Capacitors"Ext. Abs. of 1st Int. Meeting on Ferroelectric Random Access Memories. FED-175. 44-45 (2001)
• [文献書誌] M.Okaniwa et al.: "Low Temperature MOCVD of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Using Seeds"Ext. Abs. of 1st Int. Meeting on Ferroelectric Random Access Memories. FED-175. 91-92 (2001)
• [文献書誌] 藤沢 浩訓 他: "圧電応答顕微鏡による強誘電体Pb(Zr,Ti)O_3薄膜の分極反転過程の観察"材料. (未定). (2002)
• [文献書誌] H.Fujisawa et al.: "Observations of Initial Growth Stage of Epitaxial Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films on SrTiO_3(100) Substrate by MOCVD"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)