• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実績報告書

原子層堆積法による新規超薄膜HfxZr1-xO2強誘電体の3次元構造デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 18J22998
研究機関明治大学

研究代表者

女屋 崇  明治大学, 明治大学大学院 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワードハフニウムジルコニウム酸化膜 / ハフニア / ジルコニア / 強誘電体 / 原子層堆積法 / プラズマ原子層堆積法 / 低温形成 / 疲労特性
研究実績の概要

本年度は、HfxZr1-xO2 (HZO)膜の結晶構造制御及び強誘電性の向上に寄与するZrO2膜を用いた(a) HZO/ZrO2積層膜による強誘電体HZO膜の信頼性の改善、及び(b) 強誘電体HZO膜の低温形成技術確立へ向けた原子層堆積(ALD)法における酸化剤ガスの検討に取り組んだ。
(a) 先行研究で培った知識を生かして高耐圧且つ良好な強誘電性を維持したHZO/ZrO2積層膜を作製して、実デバイス応用へ向けたこれらHZO/ZrO2積層膜の有用性を実証した。また、実用上有益な長期信頼性に関しても評価を加え、新たな強誘電体不揮発性メモリの実現に資する有益な成果が得られたことは大きな発展である。
(b) 酸化剤ガスとして各々H2O及びO2プラズマを用いた熱及びプラズマALD法、及び300~400°Cの低温熱処理によりHZO膜を形成して、放射光X線源を用いた詳細な結晶構造解析に取り組んだ。ALD法による成膜時の酸化剤ガス及び熱処理温度が強誘電相である直方晶相の形成に及ぼす効果を詳細に評価したことで、実験室系X線回折による結晶構造評価では困難であったHZO膜の結晶構造と強誘電性の重要な関係を解明した。また、低温形成技術確立へ向けたHZO膜の成膜手法としてプラズマALD法が有効であると結論付けた。
以上の成果は、学術論文だけでなく、国際・国内会議で積極的に報告した。また、MANA International Symposium 2021では、Excellent Poster Presentation Awardを受賞したことから、これらHZO膜の新たな作製技術が世界的に関心を集めている結果であると考えている。
なお、これらの研究は、テキサス大学ダラス校、ブルックヘブン国立研究所及び国立研究開発法人 物質・材料研究機構との共同研究によって実施された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] The University of Texas at Dallas/Brookhaven National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      The University of Texas at Dallas/Brookhaven National Laboratory
  • [雑誌論文] Correlation between ferroelectricity and ferroelectric orthorhombic phase of HfxZr1-xO2 thin films using synchrotron x-ray analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Onaya Takashi、Nabatame Toshihide、Jung Yong Chan、Hernandez-Arriaga Heber、Mohan Jaidah、Kim Harrison Sejoon、Sawamoto Naomi、Nam Chang-Yong、Tsai Esther H. R.、Nagata Takahiro、Kim Jiyoung、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 9 ページ: 031111-1~7

    • DOI

      10.1063/5.0035848

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ferroelectric polarization retention with scaling of Hf0.5Zr0.5O2 on silicon2021

    • 著者名/発表者名
      Mohan Jaidah、Hernandez-Arriaga Heber、Jung Yong Chan、Onaya Takashi、Nam Chang-Yong、Tsai Esther H. R.、Kim Si Joon、Kim Jiyoung
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 118 ページ: 102903-1~6

    • DOI

      10.1063/5.0035579

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of adsorbed oxygen concentration on characteristics of carbon-doped indium oxide thin-film transistors under bias stress2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Riku、Nabatame Toshihide、Onaya Takashi、Ohi Akihiko、Ikeda Naoki、Nagata Takahiro、Tsukagoshi Kazuhito、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SCCM01-1~5

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe685

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of characteristics of thin-film transistor with In2O3 and carbon-doped In2O3 channels by atomic layer deposition and post-metallization annealing in O32021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Riku、Nabatame Toshihide、Onaya Takashi、Ohi Akihiko、Ikeda Naoki、Nagata Takahiro、Tsukagoshi Kazuhito、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: 030903-1~6

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abde54

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement in ferroelectricity and breakdown voltage of over 20-nm-thick HfxZr1-xO2/ZrO2 bilayer by atomic layer deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Onaya Takashi、Nabatame Toshihide、Inoue Mari、Jung Yong Chan、Hernandez-Arriaga Heber、Mohan Jaidah、Kim Harrison Sejoon、Sawamoto Naomi、Nagata Takahiro、Kim Jiyoung、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 ページ: 232902-1~5

    • DOI

      10.1063/5.0029709

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of Ferroelectricity and Fatigue Property of Thicker HfxZr1-XO2/ZrO2 Bi-layer2020

    • 著者名/発表者名
      Onaya Takashi、Nabatame Toshihide、Inoue Mari、Jung Yong Chan、Hernandez-Arriaga Heber、Mohan Jaidah、Kim Harrison Sejoon、Sawamoto Naomi、Nagata Takahiro、Kim Jiyoung、Ogura Atsushi
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 98 ページ: 63~70

    • DOI

      10.1149/09803.0063ecst

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] パルス測定法による低温度作製したHfxZr1-xO2薄膜の強誘電体スイッチング特性及び分極疲労メカニズムの研究2021

    • 著者名/発表者名
      女屋 崇, 生田目 俊秀, 井上 万里, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会 -材料・プロセス・デバイス特性の物理- (第26回研究会)
  • [学会発表] 放射光X線による低温形成したHfxZr1-xO2薄膜の直方晶相同定の検討2021

    • 著者名/発表者名
      女屋 崇, 生田目 俊秀, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, Chang-Yong Nam, Esther H. R. Tsai, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Control of ferroelectric phase formation in HfxZr1-xO2 thin films using nano-ZrO2 nucleation layer technique2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Naomi Sawamoto, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] HfxZr1-xO2/ZrO2積層構造による強誘電体厚膜の強誘電性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      女屋 崇, 生田目 俊秀, 井上 万里, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, 澤本 直美, 長田 貴弘, Jiyoung Kim, 小椋 厚志
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Air及びN2雰囲気のバイアスストレスによるアモルファスCarbon-doped In2O3TFTのトランジスタ特性2020

    • 著者名/発表者名
      小林 陸, 生田目 俊秀, 女屋 崇, 大井 暁彦, 池田 直樹, 長田 貴弘, 塚越 一仁, 小椋 厚志
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Ferroelectricity of 300°C Low Temperature Fabricated HfxZr1-xO2 Thin Films by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition using Hf/Zr Cocktail Precursor2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Ava Khosravi, Naomi Sawamoto, Chang-Yong Nam, Esther H. R. Tsai, Takahiro Nagata, Robert M. Wallace, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ferroelectricity of Ferroelectric HfxZr1-xO2/Antiferroelectric ZrO2 Stack Structure Fabricated by Atomic Layer Deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Ava Khosravi, Naomi Sawamoto, Chang-Yong Nam, Esther H. R. Tsai, Takahiro Nagata, Robert M. Wallace, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Ferroelectricity and Fatigue Property of Thicker HfxZr1-xO2/ZrO2 Bi-layer2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Mari Inoue, Yong Chan Jung, Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Naomi Sawamoto, Takahiro Nagata, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science 2020 (PRiME 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Possibility of Above 20-nm-Thick HfxZr1-xO2/ZrO2 and HfxZr1-xO2/HfO2 Bilayers for High Polarization and Breakdown Voltage2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Onaya, Toshihide Nabatame, Mari Inoue, Yong Chan Jung Heber Hernandez-Arriaga, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Naomi Sawamoto, Takahiro Nagata, Jiyoung Kim, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      51st IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference (SISC 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of ALD HfO2-based high-k for GaN power devices and Ferroelectric devices2020

    • 著者名/発表者名
      Toshihide Nabatame, Takashi Onaya, Erika Maeda, Masashi Hirose, Yoshihiro Irokawa, Koji Shiozaki, and Yasuo Koide
    • 学会等名
      20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The effect of oxygen source on ferroelectricity of atomic layer deposited Hf0.5Zr0.5O2 thin film2020

    • 著者名/発表者名
      Yong Chan Jung, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Heber Hernandez-Arriga, Takashi Onaya, Kihyun Kim, Namhun Kim, Si Joon Kim, Atsushi Ogura, Rino Choi, Jinho Ahn, and Jiyoung Kim
    • 学会等名
      20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Combinatorial Approach to the Ferroelectric Properties in HfxZr1-xO2 Deposited by Atomic Layer Deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Jaidah Mohan, Si Joon Kim, Heber Hernandez-Arriga, Yong Chan Jung, Takashi Onaya, Harrison S. Kim, Namhun Kim, Kihyun Kim, Atsushi Ogura, Rino Choi, Myung Mo Sung, and Jiyoung Kim
    • 学会等名
      20th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Hydrogen Effect on Ferroelectricity of Atomic Layer Deposited Hf0.5Zr0.5O2 Thin Film2020

    • 著者名/発表者名
      Yong Chan Jung, Jaidah Mohan, Harrison S. Kim, Heber Hernandez-Arriga, Takashi Onaya, Kihyun Kim, Namhun Kim, Si Joon Kim, Atsushi Ogura, Rino Choi, Jinho Ahn, and Jiyoung Kim
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science 2020 (PRiME 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of adsorbed O2 on the gate-bias stress stability of back-gate-type TFT with carbon-doped In2O3 channel2020

    • 著者名/発表者名
      Riku Kobayashi, Toshihide Nabatame, Takashi Onaya, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, Kazuhito Tsukagoshi, and Atsushi Ogura
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2020)
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi