JP2012204591A - 膜形成方法および不揮発性記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の膜形成方法は、下地の上に設けられた酸素及び窒素の少なくともいずれかを含む膜の表面に、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含むイオン化されたガスクラスタを照射して、前記ガスクラスタを照射した後の前記膜の密度を前記ガスクラスタを照射する前の前記膜の密度よりも高くする。
【選択図】図1
Description
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る膜形成方法を説明するための膜断面模式図である。
図2は、第1実施形態に係る膜形成装置の概要を説明するための断面模式図である。
図2に示す膜形成装置100は、真空槽101と、ガス加圧機構102と、加速機構103と、基板支持台104と、を備える。ガス加圧機構102は、真空槽101に接続されている。ガス加圧機構102は、真空槽101内にノズル部102nを突出させている。ノズル部102nの先端は、0.5mm〜2mm径程度に開口されている。なお、実施形態の数値範囲で、「0.5mm〜2mm」と表記された場合は、0.5mm以上、2mm以下であることを言う。
図3は、素子の具体例を説明するための断面模式図である。
MTJ素子部200は、下層から、下部電極201、合金層202、記録層203、金属酸化膜20B、参照層204、および上部電極205の順で積層された積層構造を有する。記録層203および参照層204の成分は、例えば、CoFeBである。金属酸化膜20Bの成分は、例えば、酸化マグネシウム(MgO)である。
抵抗変化型メモリの記憶部210は、下層から、下部電極211、金属膜212、記録層である金属酸化膜20B、金属膜213、および上部電極214の順で積層された積層構造を有する。ここで、金属酸化膜20Bの成分は、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)である。
フラッシュメモリ220は、ベース領域221と、ベース領域221表面に選択的に設けられたソース領域222およびドレイン領域223と、ベース領域221、ソース領域222と、を有する。さらに、フラッシュメモリ220は、およびドレイン領域223の上に設けられたゲート絶縁膜224と、ゲート絶縁膜224の上に設けられたフローティングゲート225と、フローティングゲート225の上に設けられた誘電体層である金属酸化膜20Bと、金属酸化膜20Bの上に設けられたコントロールゲート226と、を有する。金属酸化膜20Bの材質は、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)等である。
図4は、第2実施形態に係る膜形成方法を説明するための膜断面模式図である。
第2実施形態に係る膜形成方法においては、図4(a)に示すように、下地10の上に、金属元素を含むガスクラスタイオン30を照射する。そして、図4(b)に示すように、下地10の上に、金属元素を含む金属膜40を形成する。第2実施形態では、金属膜40をガスクラスタイオン30を用いて成膜するので、下地10上に、緻密で純度が高い金属膜40が形成される。また、ガスクラスタイオン30を下地10の表面に照射しながら金属膜40を形成するので、金属膜40と下地10との密着性に優れた金属膜40が下地10上に形成される。この場合、下地10の材質は特に問わずに、金属膜40と下地10との密着性に優れた金属膜40が下地10上に形成される。例えば、下地10の材質が半導体、絶縁体(SiO2、Si3N4等)であっても、金属膜40と下地10との密着性に優れた金属膜40が下地10上に形成される。金属膜40は、例えば、半導体素子、磁性体素子等の電極として用いられる。
図7は、第3実施形態に係る膜形成方法を説明するための膜断面模式図である。
第3実施形態に係る膜形成方法においては、図7(a)に示すように、下地10の上に設けられた被加工層230に、二酸化炭素(CO2)およびハロゲン元素の少なくともいずれかを含むガスクラスタイオン30を選択的に照射する。そして、図7(b)に示すように、ガスクラスタイオン30が選択的に照射された被加工層230の部分を選択的に除去する。
例えば、図8(a)は、磁気抵抗メモリのMTJ素子部200の側面200wに、不要な側壁堆積膜300が形成された状態が示されている。側壁堆積膜300は、例えば、記録層203、合金層202、および下部電極201に接している。この場合、不要な側壁堆積膜300が磁性や導電性を有すると、MTJ素子部200は、磁気抵抗メモリの記憶部として機能しない場合がある。下地10は、例えば、半導体層に設けられたコンタクト層等が該当する。
図9は、第4実施形態に係る膜形成方法を説明するための膜断面模式図である。
第4実施形態に係る膜形成方法においては、図9(a)に示すように、磁気抵抗メモリのMTJ素子部200の側面に不要な側壁堆積膜300が形成された場合、側壁堆積膜300に、酸素(O)および窒素(N)の少なくともいずれかを含むガスクラスタイオン30を照射して、側壁堆積膜300の少なくとも一部を改質層350に変える。改質層350は、金属酸化膜、金属窒化膜、または金属酸化窒化膜のいずれかである。換言すれば、改質層350は、磁性、導電性をもたない層である。
図10は、第5実施形態に係る素子断面図である。
図10には、MTJ素子部200を含む不揮発性記憶装置400の要部が示されている。MTJ素子部200は、書き替え可能な不揮発性メモリセルである。MTJ素子部200の下部電極201には、配線層(コンタクトビア)としての金属膜40が電気的に接続されている。金属膜40は、例えば、第2実施形態で例示したタングステン膜(W膜)である。金属膜40は、層間絶縁膜である絶縁層410に設けられたビアホール10h内に設けられている。金属膜40と、絶縁層410と、の間には、バリア層が設けられていない。すなわち、金属膜40と、絶縁層410と、の密着性が良好になるために、バリア層を設ける必要がない。金属膜40ビアホール10h内において絶縁層410に直接している。
10h ビアホール
10s 表面
20、20A、20B、21 金属酸化膜
25 金属窒化膜
26 金属酸化窒化膜
30 ガスクラスタイオン
40、212、213 金属膜
100 膜形成装置
101 真空槽
102 ガス加圧機構
102n ノズル部
103 加速機構
104 基板支持台
105 排気口
106、107 ガス供給機構
200 MTJ素子部
200w 側面
201 下部電極
202 合金層
203 記録層
204 参照層
205 上部電極
210 記憶部
210w 側面
211 下部電極
214 上部電極
220 フラッシュメモリ
220w 側面
221 ベース領域
222 ソース領域
223 ドレイン領域
224 ゲート絶縁膜
225 フローティングゲート
226 コントロールゲート
230 被加工層
230w 側面
231 ハードマスク
300、301、302 側壁堆積膜
350、351 改質層
400 不揮発性記憶装置
410 絶縁層
421 ベース領域
422 ソース領域
423 ドレイン領域
424 ゲート絶縁膜
425 ゲート電極
426 スイッチング素子
430 コンタクト層
440 絶縁層
Claims (11)
- 下地の上に設けられた酸素及び窒素の少なくともいずれかを含む膜の表面に、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含むイオン化されたガスクラスタを照射して、前記ガスクラスタを照射した後の前記膜の密度を前記ガスクラスタを照射する前の前記膜の密度よりも高くすることを特徴とする膜形成方法。
- 前記膜は、金属酸化膜、半導体酸化膜、金属窒化膜、半導体窒化膜、金属酸化窒化膜、及び半導体酸化窒化膜のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の膜形成方法。
- 下地の表面に、金属元素を含む、イオン化されたガスクラスタを照射して、前記下地の上に、前記金属元素を含む金属膜を形成することを特徴とする膜形成方法。
- 前記金属膜を前記下地の表面から内部にかけて設けられたビアホール内、または前記下地の表面から内部にかけて設けられたトレンチ内に形成することを特徴とする請求項3記載の膜形成方法。
- 下地の上に設けられた金属膜の表面に、酸素もしくは窒素のいずれかを含む、イオン化されたガスクラスタを照射して、前記金属膜の少なくとも一部を、前記金属膜中の金属元素を含む金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれかに変えることを特徴とする膜形成方法。
- 下地の上に設けられた、金属膜もしくは金属酸化物のいずれかを含む被加工層に、二酸化炭素もしくはハロゲン元素のいずれかを含む、イオン化されたガスクラスタを選択的に照射して、前記ガスクラスタが選択的に照射された前記被加工層の部分を選択的に除去することを特徴とする膜形成方法。
- 下地の上に設けられた、絶縁膜および導電層を含む被加工層に、二酸化炭素もしくはハロゲン元素のいずれかを含む、イオン化されたガスクラスタを選択的に照射して、前記ガスクラスタが選択的に照射された前記被加工層の部分を選択的に除去することを特徴とする膜形成方法。
- 前記金属酸化膜に含まれる金属で構成される金属膜が前記金属酸化膜に変化するときのGibbs自由エネルギーの低下量は、ケイ素が酸化ケイ素に変化するときのGibbs自由エネルギーの低下量よりも大きいことを特徴とする請求項5または6に記載の膜形成方法。
- 前記ガスクラスタに含まれる原子数は、100個以上、20000個以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の膜形成方法。
- 前記ガスクラスタが照射される直前の前記ガスクラスタに含まれる原子1個あたりの運動エネルギーは、15eV以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の膜形成方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層内に設けられたビアホールと、
前記ビアホール内に設けられ、前記絶縁膜と接している金属膜と、
前記金属膜と電気的に接続可能なメモリセルと、
を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置。
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