AlOx薄膜の作製とその評価

研究背景

●Intelの共同創業者ゴードン・ムーアが1965年に提唱した集積度が18〜24ヶ月で2

倍になるという「ムーアの法則」に従い微細化は進み、あらゆるブレイクスルーが考案

されています。

●現在主流のフラッシュメモリ構造はフローティングゲート（FG）型である。しかしFG型

は電荷蓄積部が空間的に連続となっているので薄膜化に限界が来ており、の集積

化が困難となっている。

●近年、FG型フラッシュメモリの代わりに注目を浴びているのが、絶縁膜トラップ型フ

ラッシュメモリである。電荷蓄積部が離散的なトラップサイトを持つために、電荷が漏

れ出しにくく、高集積化が可能であるという利点をもっている。

●そこで我々は、絶縁膜トラップ型で電荷蓄積部にAlOxを用いたフラッシュメモリの研

究を行っている。以下に特徴を記す。

 

研究内容

●Al(アルミニウム)の酸化物であるAl2O3(アルミナ)をよりAl-rich(アルミに近い組成)

にすることで、メモリ効果を持つことが報告されているAlOxという薄膜材料がありま

す。
●そこで本研究では絶縁膜トラップ型の不揮発性メモリとしてAl2O3/AlOx/SiO₂積層膜

を熱酸化法、rfマグネトロンスパッタリング法を用いて作製し、種々の特性について評

価していきます。

 

 AlOx薄膜の特徴

●Alは安価で扱いやすい

●低電圧でのデータの保存・消去が可能

●従来の構造より1/2程度に薄膜化可能

 

 

 

 

上図は現在提案されている絶縁膜トラップ型メモリ構造。電圧を印加するとキャリアが

メモリ全体を移動する。電荷蓄積層を通るとき、化学量論的に過剰にしたAl原子や

酸素欠損などによる欠陥部分にキャリアが蓄積される。これらを留めるためにAl2O3

層とSiO₂層でキャリアをブロックする。

蓄積されたキャリアの量を検出電流である閾値で"0"か"1"を判断し、情報を記憶する。

 

これまでの研究成果

これまでにAlOxのx、各層膜厚を変化させたときの電気特性・保持特性の評価を行っ

た。以前までと比較し、熱酸化膜作成条件を変更し大幅な保持特性の向上が得られ

た。

今後は疲労特性、書き込み・消去速度を評価し、総合的にデバイス応用可能か検討

していく。

 

研究業績一覧

1.

Transport and Optical Characteristics of Al-rich AlO Film and its Application to a Nonvolatile Memory
S. Nakata, S. Nagai, M. Kumeda, T .Kawae, A. Morimoto, Y. Katagiri,T. Shimizu
The 2007 Material Research Society Fall Meeting
Boston, USA, 2007、11

 

2.

Al-rich Al-O薄膜の光学吸収特性および電気輸送特性
中田 俊司、長井 進吾、久米田 稔、川江 健、森本 章治、片桐 祥雅、清水 立生
第68回 応用物理学会関係連合講演会（秋期講演会）
2007、9、北海道工大

 

3.

熱処理後のAl-rich Al-O不揮発メモリ特性
長井 進吾、寺田 京平、川江 健、森本 章治、久米田 稔、中田 俊司、清水 立生
第68回 応用物理学会関係連合講演会（秋期講演会）
2007、9、北海道工大

 

4.

前田諒二、久米田稔、川江健、森本章治、川上信之
Al-rich AlOx薄膜の構造と電気伝導機構
平成20年度 応用物理学会北陸・信越支部学術講演会（金沢工業大学）