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

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J12298
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 髙田 瑶子 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 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

Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 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 spectrometry (2017)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
  • Journal Title: Proc. 2016 IEEE ISAF/ECAPD/PFM Volume: - Pages: total 4 pages
  • DOI: 10.1109/ISAF.2016.7819734
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 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)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication of doped Pb(Zr,Ti)O3 capacitors on Pt substrates with different orientations (2016)
  • Author(s): Rika Tamano, Taiga Amano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Journal Title: Electronics Letters Volume: 52 Pages: 1399-1401
  • DOI: 10.1049/el.2016.1949
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative study of ferroelectric (K,Na)NbO3 thin films pulsed laser deposition on platinum substrates with different orientation (2016)
  • Author(s): Rika Tamano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Koji Higuchi, Akira Kitajima, Takeshi Yoshimura, and Norifumi Fujimura,
  • Journal Title: Proc. 2016 IEEE ISAF/ECAPD/PFM Volume: - Pages: total 4 pages
  • DOI: 10.1109/ISAF.2016.7578063
• [Journal Article] Comparative study of hydrogen- and deuterium- induced degradation of ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors using time of flight secondary ion measurement (2016)
  • Author(s): Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
  • Journal Title: IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control Volume: 63 Pages: 1668-1673
  • DOI: 10.1109/TUFFC.2016.2593585
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Fabrication and electrical properties for ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitors with Sn:In2O3 bottom and top electrodes (2017)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Organizer: The International Conference on Electroceramics 2017
  • Place of Presentation: Nagoya University, Aichi
  • Year and Date: 2017-05-30 – 2017-05-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 玉野 梨加, 髙田 瑶子, 岡本 尚樹, 齊藤 丈靖, 樋口 宏二, 北島 彰
  • Organizer: 第64回 応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 神奈川
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-16
• [Presentation] Fabrication and electrical properties for ferroelectric capacitors with Al-doped ZnO films on sapphire substrate structure (2016)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Akira Kitajima, and Koji Higuchi
  • Organizer: 2016 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2016-12-01 – 2016-12-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pulsed laser deposited conductive oxide electrode on Al2O3 (0001) for (Pb,La)(Zr,Ti)O3 capacitor (2016)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Organizer: ADMETA Plus2016
  • Place of Presentation: 東京大学(本郷キャンパス), 東京
  • Year and Date: 2016-10-20 – 2016-10-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 化学工学会 第48回秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(常三島キャンパス), 徳島
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-07
• [Presentation] 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 spectrometry (2016)
  • Author(s): Yoko Takada, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, Akira Kitajima, and Rie Shishido
  • Organizer: 2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
  • Place of Presentation: Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparative study of ferroelectric (K,Na)NbO3 thin films pulsed laser deposited on platinum substrates with different orientation (2016)
  • Author(s): Rika Tamano, Taiga Amano, Yoko Takada, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Organizer: 2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
  • Place of Presentation: Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
  • Year and Date: 2016-08-23 – 2016-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of dopant ions and crystallographic orientation on ferroelectric properties of Pb(Zr,Ti)O3 thin films (2016)
  • Author(s): Yoko Takada, Taiga Amano, Rika Tamano, Naoki Okamoto, Takeyasu Saito, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura, Koji Higuchi, and Akira Kitajima
  • Organizer: 2016 Joint IEEE ISAF/ECAPD/PFM
  • Place of Presentation: Technische Universitat Darmstadt, Darmstadt, Germany
  • Year and Date: 2016-08-22 – 2016-08-22
  • Int'l Joint Research