新規窒化物強誘電体薄膜を用いた積層キャパシタの大幅なスケールダウンに成功~ロジック混載型次世代強誘電体メモリの実用化を加速~

2025-12-25 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)とキヤノンアネルバの研究グループは、窒化物強誘電体であるスカンジウム置換アルミニウム窒化物((Al,Sc)N)薄膜を用いたPt/(Al,Sc)N/Pt積層キャパシタを、電極込みで総膜厚30 nmまで薄膜化することに成功した。下部Pt電極を5 nmまで薄くしても強誘電性が劣化せず、(Al,Sc)N膜も20 nm(さらに10 nmでも強誘電性)までスケール可能で、上部Pt電極も5 nmで特性維持を確認した。配線層間への挿入が現実的となり、ロジック混載型の高集積強誘電体メモリ(FeRAM/FeFET/FTJ等)の実装・低消費電力化を加速する。成果はAdvanced Electronic Materials掲載。

新規窒化物強誘電体薄膜を用いた積層キャパシタの大幅なスケールダウンに成功~ロジック混載型次世代強誘電体メモリの実用化を加速~
図1.さまざまな膜厚のPt下部電極を用いた場合の (Al,Sc)N膜の強誘電特性の比較。Pt下部電極を5 nmまで薄くしても(Al,Sc)N膜の強誘電性が劣化しなかった。

<関連情報>

集積Pt/(Al 0.9 Sc 0.1 )N/Ptコンデンサスタックの厚さを30 nmまでスケーリング Thickness Scaling of Integrated Pt/(Al0.9Sc0.1)N/Pt Capacitor Stacks to 30 nm

Soshun Doko, Naoko Matsui, Toshikazu Irisawa, Koji Tsunekawa, Nana Sun, Yoshiko Nakamura, Kazuki Okamoto, Hiroshi Funakubo
Advanced Electronic Materials  Published: 07 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/aelm.202500451

Abstract

The total thickness scaling of electrodes and the (Al0.9Sc0.1)N layer is evaluated for ferroelectric memory applications. The good crystal orientation and large remanent polarization (Pr) above 100 µC cm−2 are obtained for 160-nm-thick (Al0.9Sc0.1)N films even when the Pt bottom electrode is reduced to a thickness of 5 nm. The (Al0.9Sc0.1)N film integrated on a 5-nm-thick Pt bottom electrode maintains a saturated Pr value above 100 µC cm−2 at a thickness of 30 nm. Furthermore, the (Al0.9Sc0.1)N film exhibits improved crystal orientation by the post-heat-treatment of the Pt bottom electrode, and a saturated large Pr value above 100 µC cm−2 is obtained at a thickness of 20 nm. Moreover, a Pr value of 90 µC cm−2 is obtained at a (Al0.9Sc0.1)N thickness of 10 nm. No significant degradation in the Pr characteristics is detected when the thickness of the Pt top electrode is reduced to 5 nm. Finally, the total thickness is successfully scaled down to 30 nm for a Pt (top electrode, 5 nm)/(Al0.9Sc0.1)N (20 nm)/Pt (bottom electrode, 5 nm) stack. This work presents guidelines for the thickness scaling of the (Al,Sc)N-based stacks for ferroelectric memory applications, including ferroelectric thin films and electrodes.

0402電気応用
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