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オンデマンド出版(POD)
強誘電体薄膜集積化技術

コードNO0166P
発刊日1992年2月
監 修
塩嵜 忠 京都大学 工学部電子工学教室 助教授
編集委員
阿部 浩之 日本電気(株)関西エレクトロニクス研究所長
崎山 恵三 シャープ(株)IC事業本部A1162プロジェクトチームチーフ
価 格 POD(オンデマンド)価格 本体36,400円+税
体 裁A4判並製 275頁
試 読不可
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キャンセル・返品不可 次世代半導体デバイスのブレイクスルー
構造の平坦化、容量絶縁膜の高誘電率化を担う強誘電体薄膜技術の課題と実用化の展望を一挙公開!

主要構成

第1章 半導体技術における誘電体薄膜の重要性とその限界性
第2章 高誘電率薄膜の形成とその特性
第3章 強誘電体薄膜の形成とその特性
第4章 強誘電体薄膜の材科物性と評価技術
第5章 強誘電体薄膜の集積化と新デバイスの展望

【発刊にあたって】

 シリコンLSIを中心とした半導体技術の進歩は、コンピュータの高性能化・小型化を実現してきた。
 それを支えてきたのがメモリセルの加工寸法の縮小であった。
 2000年頃に実用化される1GbDRAMでは、そのセルサイズは約25μm2と予測されている。 この超微細セルで現在最大の問題となっているのは、「十分な電荷蓄積容量を如何に確保するか」ということである。
 この課題に対するアプローチは、電荷蓄積容量を三次元化し、容量電極の表面積を十分に作り込むか、容量絶縁膜を十分薄膜化することであるが、これらの技術開発は、他のプロセス技術の進展からみて、早晩限界にくると予想される。
 本書は、そのブレークスルー技術として近年最も注目されている「強誘電体」に焦点を絞り、その有効性と技術的課題の最先端の情報を提供するものとして企画されている。
 半導体デバイスに強誘電体を利用した際の効果として
  1. 集積度の向上、構造の平坦化
  2. 情報の不揮発性
  3. 情報書き込み・消去の高速性
  4. 放射線耐性が強い
が挙げられ、これらの効果は強誘電体材料自身の性質に起因するものである。
 こうした強誘電体の有利な条件を生かした現世代半導体デバイスは、種々の技術的課題を残しながらも今後の開発の中心的方向の一つとなっている。
 本書は、シリコン半導体デバイスと、強誘電体との出会いの端初を切り開き、新デバイス実用化に求められる信頼性、量産化技術を睨み、両分野の相互理解と解決すべき技術的課題を明らかにした画期的技術書である。
 執筆者は、現在この研究開発の第一線の方々にお願いしており、今後の半導体メモリデバイスへの実用化に大きく貢献する出版企画になると確信する。
塩嵜 忠

■ 内容目次

第1章 半導体技術における誘電体薄膜の重要性とその限界性
<塩嵜 忠>
(1) 高誘電率・強誘電体薄膜材料の現状と課題
  1. メモリと誘電体
  2. 高誘電率薄膜
    2.1 Si3N4
    2.2 Ta2O5、Y2O3、HfO2など
    2.3 SrTiO3、(Ba、Sr)TiO3など
  3. 高誘電率薄膜の形成
  4. 強誘電体の特徴
    4.1 強誘電性
    4.2 強誘電体の結晶構造
    4.3 自発分極とヒステリシスループ
    4.4 強誘電体と蓄積電荷
  5. 強誘電体を用いた不揮発性メモリ
  6. 強誘電体薄膜材料と問題点
(2) 半導体技術から見た誘電体薄膜の意義とその課題<國尾 武光>
  1. 強誘電体とその半導体応用の意義
    1.1 強誘電体膜
    1.2 強誘電体の半電体デバイスヘの応用
  2. デバイス応用例
    2.1 不揮発性メモリ関連
    2.2 DRAM関連
  3. 今後の課題
    3.1 材料性能
    3.2 半導体プロセス導入
(3) 電子部品から見た誘電体薄膜の意義とその課題<高山 良一>
  1. 誘電体薄膜の電子部品への応用
    1.1 能動部品への応用
    1.2 受動部品への応用
    1.3 機能部品への応用
  2. 光学部品用誘電体薄膜
    2.1 誘電体光学材料
    2.2 光制御素子用誘電体材料
    2.3 薄膜型光制御素子
  3. 焦電薄膜
    3.1 焦電効果と焦電材料
    3.2 焦電薄膜材料
    3.3 焦電薄膜型赤外線センサ
  4. 圧電薄膜
    4.1 圧電効果と圧電材料
    4.2 圧電薄膜材料
    4.3 圧電薄膜の応用

第2章 高誘電率薄膜の形成とその特性

(1) 酸化タンタル系<神力 博>
  1. 形成技術
    1.1 陽極酸化法
    1.2 熱酸化法
    1.3 反応性スパッタ法
    1.4 CVD法
  2. 反応性スパッタによる酸化タンタル膜の形成と膜特性
    2.1 形成方法
    2.2 形成条件
    2.3 Ta22O5膜の特性
    2.4 半導体素子への適用
  3. CVD酸化タンタル膜の形成技術と特性
    3.1 形成方法と段差被覆形状
    3.2 高絶縁耐圧化、高信頼化熱処理技術
    3.3 UVO3アニールによる絶縁耐圧向上メカニズム
    3.4 DRAM素子への適用
(2) 強誘電体系<宮坂 洋一>
  1. PZT系薄膜
    1.1 PbTiO3
    1.2 PZT(Pb(Zr、Ti)O3
    1.3 PLZT((Pb、La)(Zr、Ti)O3
  2. BaTiO3、SrTiO3系薄膜
  3. 電極材料の検討

第3章 強誘電体薄膜の形成とその特性

(1) 薄膜形成法の概要<鳥居 保良/都築 明博>
  1. 薄膜形成に必要な条件
  2. 薄膜形成法の分類と特徴
    2.1 物理的成膜法
    2.2 化学的成膜法
  3. 強誘電体薄膜の応用例
    3.1 焦電体膜
    3.2 圧電体膜・電気光学膜
(2) スパッタ法<深海 龍夫>
  1. スパッタ現象
  2. スパッタ装置
    2.1 スパッタ装置の種類
    2.2 高周波スパッタリング
    2.3 マグネトロンスパッタリング
    2.4 反応性スパッタリング
    2.5 原子層エピタキシー
  3. 強誘電体スパッタ膜の特性
    3.1 微細構造
    3.2 電気的特性
(3) CVD法<岡田 勝/清水 勝>
  1. CVD法によるPZT系強誘電体薄膜の作成
    1.1 ソース原料
    1.2 CVD装置
    1.3 CVD成膜反応過程
  2. PZT系強誘電体薄膜の結晶構造
    2.1 PZT薄膜の結晶構造の配向性
    2.2 PLZT薄膜の結晶構造
  3. PLZT薄膜の光学的特性
  4. PZT系強誘電体薄膜の電気的特性
    4.1 比誘電率および誘電損失
    4.2 強誘電性
    4.3 PZT薄膜の焦電特性
    4.4 PZT薄膜の過度
  5. 光CVD法による強誘電体薄膜の成長
(4) ゾルーゲル法による誘電薄膜<山村 博>
  1. ゾルーゲル法による誘電薄膜の作製方法
  2. 薄膜の結晶化過程
  3. 薄膜の結晶化学および電気的特性
    3.1 基板によるPZT薄膜の配向性
    3.2 ゾル溶液による配向・粒径制御
    3.3 電気的性質
  4. 他の強誘電薄膜の研究例
(5) レーザ・アブレーション法<小川 敏夫>
  1. レーザ・アブレーション法とは
  2. レーザ・アブレーション装置
  3. 強誘電体薄膜作製への応用
    3.1 膜の作製条件の検討
    3.2 膜の強誘電性の評価
(6) その他の方法<掛川 一幸>
  1. JETデポジション
  2. EACVD
  3. 液相CVD
  4. 活性化反応蒸着
  5. パルス分子線反応蒸着
  6. イオンアシステッド蒸着
  7. 多元ICB法
  8. 化学輸送法
  9. 電気化学蒸着法(EVD)
  10. 原子層エピタキシー(ALE)
  11. 溶射
  12. 噴霧熱分解法
  13. 泳動電着法
  14. 液相析出法
  15. 水熱法
  16. ガスデポジション法
  17. 液相エピタキシー法(LPE)
  18. 融液凝固法

第4章 強誘電体薄膜の材料物性と評価技術

(1) 材料物性<安達 正利>
  1. 強誘電体薄膜材料
  2. 強誘電体薄膜の性質
    2.1 分極
    2.2 強誘電体薄膜の空間電荷の問題
    2.3 誘電性
    2.4 焦電性
    2.5 圧電性
    2.6 光学的特性
(2) 評価技術<塩嵜 忠>
  1. 薄膜電子材料として共通の評価技術
  2. 強誘電体特性の評価技術
    2.1 比誘電率εrと誘電損失正接tanσ
    2.2 P-Eヒステリシスの測定
    2.3 分極反転電流、反転時間の測定
    2.4 分極反転に依存した劣化の測定
  3. メモリキャパシタ用薄膜としての評価技術
    3.1 リーク電流
    3.2 記憶保持力
    3.3 絶縁破壊
    3.4 経時絶縁破壊
    3.5 エージング
    3.6 疲労
  4. 総合報告
(3) 強誘電体分極反転のメカニズム<石橋 善弘>
  1. アブラミ理論
  2. 分極反転の格子モデル

第5章 強誘電体薄膜の集積化と新デバイスの展望

(1) 強誘電体を用いたDRAMの展望と技術課題<武田 英次/加賀 徹/鳥居 和功>
  1. DRAMセル構造の変遷
    1.1 1MOSFET+1キャパシタ型DRAMセル
    1.2 メモリセル構造の変遷
  2. DRAM動作から見たギガビットDRAMの目標性能
    2.1 DRAMの電源電圧の推移
    2.2 DRAMセルの蓄電電荷量の推移
    2.3 ギガビットDRAMセルの目標性能
  3. ギガビット強誘電体DRAMのセル構造と技術課題
    3.1 メモリセル構造
    3.2 強誘電体の薄膜化限界と立体化セル
    3.3 プレート電圧と抗電場
(2) 不揮発性メモリにおける強誘電体薄膜集積化技術<大西 茂夫/石原 数也/田中 研一/崎山 恵三>
  1. 不揮発性メモリの技術動向
    1.1 不揮発性メモリとは
    1.2 不揮発性メモリの位置づけ
    1.3 書き換え回数/大容量化
    1.4 書き換え速度
    1.5 不揮発性メモリの将来動向
  2. 強誘電体不揮発性メモリのデバイス技術
    2.1 強誘電体不揮発性メモリの基本動作原理
    2.2 トランジスタ/キャパシタ構造セルの動作原理
    2.3 実デバイス作製例
    2.4 強誘電体キャパシタの電気特性
  3. 強誘電体不揮発性メモリの製造技術
    3.1 強誘電体材料
    3.2 強誘電体成膜技術
    3.3 微細加工技術
    3.4 電極技術
(3) 強誘電体ゲート不揮発性メモリFET-MFS-FET<奥山 雅則>
  1. 動作原理と理論解析
    1.1 動作原理
    1.2 MFS-FETの基礎特性の理論解析
  2. MFS-FETの作製
    2.1 PbTi03薄膜の成長
    2.2 MFIS構造の電気的特性
    2.3 MFS-FETの作製
  3. MFS-FETの諸特性
    3.1 ドレイン電流−ゲート電圧特性
    3.2 スイッチング時間
    3.3 読み出し特性
    3.4 メモリ保持特性
    3.5 書き換えによる劣化特性


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執筆者一覧(所属・肩書き等は発刊当時のものです)
 
【監修】
塩嵜 忠京都大学 工学部電子工学教室 助教授
 
【編集委員】
阿部 浩之日本電気(株)関西エレクトロニクス研究所長
崎山 恵三シャープ(株)IC事業本部A1162プロジェクトチームチーフ
 
【執筆者】
塩嵜 忠京都大学 工学部電子工学教室 助教授
國尾 武光日本電気(株)マイクロエレクトロニクス研究所研究課長
高山 良一松下電器産業(株)部品デバイス研究センタ材料部品研究所主任技師
神力 博(株)日立製作所 中央研究所ULSI総合研究センタ第3部 研究員
宮坂 洋一日本電気(株)基礎研究所材料研究部 課長
鳥居 保良工業技術院 名古屋工業技術試験所 セラミックス基礎部機能材料課 課長
都築 明博工業技術院 名古屋工業技術試験所 セラミックス基礎部機能材料課 主任研究官
深海 龍夫信州大学工学部電気電子工学科教授
岡田 勝中部大学 工学部工業化学科 教授
清水 勝京都大学 工学郡電子工学科 助手
山村 博東ソー(株)筑波研究所 所長
小川 敏夫(株)村田製作所 技術本部薄膜技術開発部 開発2課長
掛川 一幸千葉大学 工学部応用化学科 助教授
安達 正利富山県立大学 工学部電子情報工学科 助教授
石橋 善弘名古屋大学 工学部 教授
武田 英次(株)日立製作所 中央研究所ULSI総合研究センタ第3部 主任研究員
加賀 徹(株)日立製作所 中央研究所ULSI総合研究センタ第3部 研究員
鳥居 和功(株)日立製作所 中央研究所ULSI総合研究センタ第3部
崎山 恵三シャープ(株)IC事業本部A1162プロジェクトチームチーフ
大西 茂夫シャープ(株)IC事業本部A1162プロジェクトチーム主任
石原 数也シャープ(株)IC事業本部A1162プロジェクトチーム副主任
田中 研一シャープ(株)IC事業本部超LSI開発研究所第2開発室 主任研究員
奥山 雅則大阪大学 基礎工学部電気工学科 助教授


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