Impact of Ferroelectric Layer Thickness on Reliability of Back‐End‐of‐Line‐Compatible Hafnium Zirconium Oxide Films

材料科学 铁电性 电容器 光电子学 掺杂剂 极化(电化学) 泄漏(经济) 氧化物 复合材料 电压 电气工程 冶金 兴奋剂 电介质 经济 化学 物理化学 宏观经济学 工程类
作者
Ayse Sünbül,David Lehninger,Raik Hoffmann,Ricardo Olivo,Aditya Prabhu,Fred Schöne,Kati Kühnel,Moritz Döllgast,Nora Haufe,Lisa Roy,Thomas Kämpfe,Konrad Seidel,Lukas M. Eng
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:25 (4) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adem.202201124
摘要

Due to its ferroelectricity, hafnium oxide has attracted a lot of attention for ferroelectric memory devices. Amongst different dopant elements, zirconium is found to be beneficial due to the relatively low crystallization temperature of hafnium‐zirconium‐oxide (HZO), thus it is back‐end‐of‐line (BEoL) compatible. The thickness of HZO has a significant impact on ferroelectric device reliability. High operation temperatures and high endurance are important criteria depending on the application. Herein, various HZO thicknesses (7, 8, and 10 nm) in MFM (metal‐ferroelectric‐metal) capacitors are investigated at varying operation temperatures (25 to 175 °C) at varying electric fields (±3 to ±5.4 MV cm −1 ) with respect to polarization, leakage current, endurance, and retention. 7 nm HZO showed promising results with an endurance of 10 7 cycles, with a low leakage current density, and almost no retention loss after 10 years. Extrapolated results at operation conditions (±2 MV cm −1 and 10 MHz) showed an endurance of 10 10 cycles.
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