IrO_x/PLZT/Pt 強誘電体キャパシタにおける熱処理及びIrO_x 酸化度の最適化による分極特性向上と結晶化メカニズム解析

摘要

低消費電力、高速書き換え、多書き換え回数等の優れた特徴を備えた強誘電体メモリ (FRAM)は、近年注目されているIoT (Internet of Things)市場向けへの利用拡大が進んでいる。今回我々は、IrO_x/ PLZT (PbLa(Zr,Ti)O_3) / Pt 強誘電体キャパシタにおいて、熱処理工程と上部電極IrO_x 酸化度の最適化により、分極特性が大きく向上することを見出した。Fig. 1 は最適化前・後における、P-Eヒステレシスループの測定結果を示している。分極特性向上のプロセス要件は主に2 つある。1つ目は、600℃程度の比較的低温でPLZT をペロブスカイト化した後に上部電極IrOx を成膜し、さらに700℃程度の比較的高温で再熱処理を実施するという熱処理工程にある。2 つ目は、上部電極IrO_x 成膜時の酸素流量により、膜を完全に酸化させることなくIrO_2 とIr の混晶状態にすることである。Fig. 2 はIrO_x 成膜時のAr/O_2 流量比を変化させることで、IrO_x 酸化度が異なる計5 種類のIrOx/ PLZT / Pt サンプルを準備し、X 線回折測定を行った結果である。測定はあおり角χを約55°とすることで、PLZT の主配向である{111}配向結晶粒の{200}回折ピークを測定している。IrO_x 酸化度の低下に伴い、PLZT{200}回折ピークの半値幅が大きく減少している。本ピーク形状変化の境界(O2; 39-36%)は、IrO_x 膜中に存在するIr 結晶の有・無に相当し、本境界よりもIrO_x が低酸化度の状態においてのみ分極特性の向上が認められる。以上の結果は、今回見出したプロセス条件がIrO_x/ PLZT 界面におけるPLZT 結晶の再構成を促し、その結果、分極特性が向上したことを示唆する。当日は、各種分析結果を基に、PLZT 結晶の再構成や分極特性向上のメカニズムについて考察する。