JP4526797B2 - トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法 - Google Patents
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Description
本発明は全般に、トンネル接合素子のトンネル障壁層を、トンネル障壁層を覆う上層を通して紫外光に暴露するための方法に関する。より具体的には、本発明は、トンネル接合素子の非導電性のトンネル障壁層内の欠陥を修復するために、そのトンネル障壁層を、トンネル障壁層を覆う上層を通して紫外光に暴露するための方法に関する。
磁気トンネル接合（ＭＪＴ）は、２つの強磁性体（ＦＭ）の材料層が、トンネル障壁として機能する薄い誘電体層（すなわち、絶縁層）によって分離される素子である。トンネル接合素子の用途には、磁界センサ、およびハードディスクドライブのための薄膜高密度読出し／書込みヘッドが含まれる。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、トンネル接合を組み込み、従来のデータ記憶技術に代わるものを提供することができる新たな技術である。ＭＲＡＭは、ＤＲＡＭのような高速アクセス時間、ハードディスクドライブのような不揮発性のデータ記憶などの望ましい特性を有する。ＭＲＡＭは、データ層、記憶層、自由層あるいはデータ薄膜と呼ばれる、パターニングされた薄膜磁性素子の変更可能な磁化の向きとして、１ビットのデータ（すなわち、情報）を格納する。データ層は、バイナリ（「１」）およびバイナリ（「０」）を定義する、２つの安定した、個別の磁気状態を有するように設計される。データビットはデータ層に格納されるが、完全な磁気メモリ素子を形成するには、注意深く制御された磁性薄膜材料および誘電性薄膜材料からなる多数の層が必要とされる。磁気メモリ素子の１つの顕著な形態がスピントンネル素子である。スピントンネル現象の物理的特性は複雑であり、これを主題にした優れた文献がある。
図1Aでは、従来のＭＲＡＭメモリ素子１０１が、薄いトンネル障壁層１０６によって分離されたデータ層１０２および基準層１０４を含む。通常、トンネル障壁層１０６は、約２．０ｎｍ未満の厚みを有する薄膜である。トンネル磁気抵抗メモリ（ＴＭＲ）などのトンネル接合素子では、障壁層１０６は、たとえばアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）などの非導電性の誘電体材料である。トンネル障壁層１０６は、その中をトンネル電流が流れる絶縁体である。トンネル電流の大きさおよびトンネル電流の品質は、トンネル障壁層１０６のために用いられる絶縁体の品質によって大きく左右される。トンネル障壁層１０６に印加される電圧が増加すると、トンネル電流が非線形に増加する。
基準層１０４は、固定された磁化の向き１０８を有する。すなわち、固定された磁化の向き１０８は所定の方向に固定されており、外部磁界に応答して回転しない。対照的に、データ層１０２は、外部磁界に応答して２つの向きの間で回転することができる、変更可能な磁化の向き１０３を有する。変更可能な磁化の向き１０３は通常、データ層１０２の容易軸Ｅに一致する。
図1Bでは、固定された磁化の向き１０８および変更可能な磁化の向き１０３が同じ方向を指す（すなわち、それらが互いに平行になる）とき、データ層１０２はバイナリ（「１」）を格納する。一方、固定された磁化の向き１０８および変更可能な磁化の向き１０３が逆の方向を指す（すなわち、それらが互いに反平行になる）とき、データ層１０２はバイナリ（「０」）を格納する。
データ層１０２および基準層１０４は、データ層１０２および基準層１０４にかかる抵抗を測定することにより、あるいは上記のトンネル電流の大きさを測定することにより、データ層１０２に格納されるビットの状態が読み取られるようにする、トンネル接合素子の電極として機能する。基準層１０４は、トンネル障壁層１０６の下に配置されるように示されるが、データ層１０２および基準層１０４の実際の位置は、それらの層が磁気メモリセル１０１を製造するためのプロセスにおいて形成される順序によるであろう。したがって、データ層１０２が最初に形成され、データ層１０２の上にトンネル障壁層１０６が形成されることができる。
理想的には、トンネル接合素子のトンネル障壁層１０６は平坦であり、その断面積全体にわたって均一な厚みＴを有する。さらに、理想的なトンネル障壁層１０６は、均質な誘電体材料から形成されるであろう。理想的なトンネル障壁層１０６のための評価規準の１つは、高い絶縁破壊電圧を有することである。すなわち、トンネル障壁層１０６の誘電体材料が破壊し、トンネル障壁層１０６が短絡された抵抗として機能するようになる電圧が高いことである。
しかしながら、従来のメモリセル１０１などのトンネル接合素子において、メモリセル１０１の動作に悪影響を及ぼす１つの問題は、トンネル障壁層１０６内に欠陥がある結果として、絶縁破壊電圧が低くなること、または電気的短絡が生じることである。それらの欠陥は、ほんの数例を挙げると、ピンホール、バブル、表面の凹凸、金属混入、およびトンネル障壁層１０６内の厚みの不均一性を含む。
図２では、トンネル障壁層１０６のための材料が支持層１１０上に形成あるいは堆積される。支持層１１０には、たとえば、磁界応答型のメモリセルの基準層１０６またはデータ層１０２を用いることができる。たとえば、トンネル障壁層１０６のための材料には、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。その後、その材料は酸素（Ｏ２）に暴露され、酸化されて、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が形成される。しかしながら、従来の酸化プロセスは全てのアルミニウム原子を一様には酸化せず、結果として、酸化されないアルミニウム原子１１１が残され、トンネル障壁層１０６内に金属混入欠陥が形成される。酸素原子１１２の一部は、トンネル障壁層１０６のための材料１１１（たとえば、アルミニウム）と未反応のままである。しかしながら、それらの未反応の酸素原子１１２は、トンネル障壁層１０６に含まれたままになる。同様に、酸素原子１１２の一部が支持層１１０のための材料１１３の一部と反応し、酸化する。結果として、トンネル障壁層１０６と支持層１１０との間の境界面において酸化された原子１１３が、トンネル障壁層１０６の絶縁破壊電圧を低下させる欠陥を生み出す。
ＲＦスパッタリング、プラズマ酸化あるいはＵＶ−オゾン酸化などの、トンネル障壁層１０６を堆積あるいは形成するための従来の方法では、最終的にトンネル障壁層１０６内のいくつかの欠陥が残り、結果としてトンネル障壁の品質を劣化させ、その障壁内には短絡を引き起こすか、あるいは絶縁破壊電圧が低い、弱い箇所が存在する。さらに、それらの欠陥が存在することにより、トンネル障壁層１０６のために厚い窒化物層／酸化物層を形成する必要がある。逆に、誘電体材料が本当に品質のよい誘電体であるなら、トンネル障壁層１０６を薄くすることができる。トンネル障壁層１０６を薄くできれば、多数のトンネル接合素子を支持するウェーハ全体にわたって均一性を改善することもできる。また、トンネル障壁層１０６が薄くなると、トンネル接合の絶対抵抗も減少し、それは応用形態によっては重要である。
しかしながら、図２では、従来のトンネル障壁層１０６が支持層１１０上に形成された後に、いくつかの理由のために、多くの場合にトンネル接合スタックにおいて隣接層１２０を堆積する必要がある。隣接層１２０には、トンネル接合素子の製造に必要とされる任意の層を用いることができる。
第１に、トンネル障壁層１０６が、これ以上、管理されないままに酸化されるのを抑制することが望ましい。そのために、隣接層１２０がトンネル障壁層１０６上に堆積され、トンネル障壁層１０６を完全に覆い、それによりトンネル障壁層がこれ以上、実質上管理されないままに酸化されないようにする。
第２に、処理装置内の真空状態が破壊されるか、あるいは大気が処理装置の周囲を汚染するのを放置することにより、トンネル障壁層１０６が大気（すなわち空気）に暴露された場合に結果として生じることになる、トンネル障壁層１０６の酸化および／または汚染を防ぐことが望ましい。
最後に、トンネル接合素子のための製造工程の一部として、トンネル障壁層１０６および隣接層１２０の堆積が製造工程の連続したステップになるように現場で隣接層１２０を堆積することが望ましい。
一方、隣接層１２０が形成された後にもトンネル障壁層１０６の上記の欠陥は依然として残されており、たとえば、最小の欠陥密度および高い絶縁破壊電圧などの所望の特性を有するトンネル障壁層を製造するために、それらの欠陥は低減あるいは排除される必要がある。
したがって、本発明の目的は、トンネル障壁層の酸化および窒化がトンネル障壁層全体を通して均一かつ均質になるように、トンネル接合素子内の上層を通して非導電性トンネル障壁層を処理する方法を提供することである。
本発明の方法は、トンネル接合素子の非導電性トンネル障壁層を、トンネル障壁層を覆う少なくとも１つの上層を通して、トンネル障壁層に照射される紫外光に暴露することにより、均一なトンネル障壁層への上記の要求に対処する。以前の処理ステップからトンネル障壁層に残される（disposed）、酸素あるいは窒素などの別の反応物質が紫外線放射によって活性化され、トンネル障壁層内の欠陥を修復する。その紫外光には、処理装置の既存の部品に組み込まれる紫外光源からの紫外光を用いることができる。トンネル障壁層は、上層の形成中に紫外光で照射されることができるか、あるいは上層の形成後に照射されることができる。いずれのプロセスであっても、ＭＲＡＭスタックあるいは他のトンネル接合素子内のトンネル障壁層あるいは他の薄膜の層が汚染および／または望ましくない酸化／窒化を受ける可能性が低減あるいは排除されるように現場で行うことができる。本発明の方法の１つの利点は、既存のマイクロエレクトロニクス処理装置に容易に統合できることである。上層を用いる場合、トンネル障壁層への紫外光の照射は現場以外の場所で行うこともできる。
本発明の一実施形態では、熱源からの熱がトンネル接合素子のトンネル障壁層に加えられ、活性化プロセスをさらに促進する。結果として、さらに多くの欠陥が除去され、活性化のための処理時間を短縮することができる。その加熱は、紫外光を照射する前に、照射中に、あるいは照射後に行うことができる。
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する、添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。
以下の詳細な説明およびいくつかの図面において、類似の素子は類似の参照番号で特定される。
例示のための図面に示されるように、本発明は、紫外光を使用して非導電性トンネル接合素子のトンネル障壁層を覆う少なくとも１つの上層を通してトンネル障壁層に照射するために、トンネル接合素子の非導電性トンネル障壁層を処理する方法において具現される。紫外光は、トンネル障壁層内にある反応物質を活性化し、それにより反応物質がトンネル障壁層の材料と反応し、結果として、トンネル障壁層の酸化あるいは窒化の均一性を高めるように作用する。その結果、非導電性材料は欠陥が少なくなり、均質性が改善され、絶縁破壊電圧が高くなる。本発明の方法はトンネル接合素子のトンネル障壁層内の欠陥に対処することに適用することができるが、本発明の方法はトンネル障壁層の処理には限定されず、誘電体層内の欠陥を修復することが望ましいトンネル接合素子の任意の誘電体層に適用することができる。
図３に示されるような本発明の一実施形態では、トンネル接合素子５０の前駆層４上にトンネル障壁層６が形成される。前駆層４には、限定はしないが、磁界応答型のメモリ素子のデータ層（記憶層あるいは自由層とも呼ばれる）の１つあるいは複数の層、あるいは基準層（固定層とも呼ばれる）の１つあるいは複数の層を含む、トンネル接合素子５０を含む薄膜材料の層のうちの任意のものを用いることができる。たとえば、トンネル障壁層６および前駆層４には、ＴＭＲメモリセルのいくつかの層のうちの１つを用いることができる。トンネル接合素子５０は、前駆層４を支持する層２などの他の層を含むことができる。トンネル接合素子は、たとえばシリコン（Ｓｉ）ウェーハなどの基板層（図示せず）を含むことができる。
トンネル接合素子５０の層２および４は、破線矢印ｐによって示されるように、順番Ｐにしたがって層２が層４より先に形成されるように順番に形成される。したがって、前駆層４は、順番ｐにしたがってトンネル障壁層６より先に形成される層である。トンネル接合素子５０の形成を完了するためには、順番ｐにしたがってトンネル障壁層６の形成後に行われる後続の処理ステップ（図示せず）が必要とされる。
例示のために、トンネル接合素子５０は前駆層４およびトンネル障壁層６を含むものとして示されているが、トンネル接合素子５０などの磁界応答型のメモリ素子は薄膜材料からなる複数の層を含むことができ、それらの層だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
図３では、トンネル接合素子５０の前駆層４上にトンネル障壁層６が形成される。薄膜材料を形成するために一般的に用いられるマイクロエレクトロニクス処理技法を用いて、トンネル障壁層６を形成することができる。たとえば、堆積あるいはスパッタリングプロセスを用いて、前駆層４の表面４ｓ上にトンネル障壁層６のための材料を堆積することができる。
トンネル障壁層６のために適した材料は、限定はしないが、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）およびタンタル（Ｔａ）を含む。トンネル障壁層６を形成するためのプロセスには、限定はしないが、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、蒸着、プラズマを利用する堆積、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）および有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含むプロセスを用いることができる。トンネル障壁層６のための酸化物あるいは窒化物材料は、酸化物ターゲット材料あるいは窒化物ターゲット材料から反応性スパッタリングによって堆積することもできる。たとえば、堆積されることになる材料がアルミニウム酸化物である場合には、ターゲット材料としてＡｌ２Ｏ３を用いることができる。しかしながら、スパッタリングプロセスが終了した後に、依然としてトンネル障壁層６内の欠陥が修復される必要がある。
後続の上層を形成する前に、トンネル障壁層６は、酸化物を形成する場合には酸化プロセスを用いて、窒化物を形成する場合には窒化プロセスを用いて、非導電性材料（すなわち、誘電体材料）に変換される。図３では、酸素（Ｏ２）の原子あるいは窒素（Ｎ２）の原子などの反応物質１２が、トンネル障壁層６の材料に導入される（２０）。反応物質１２のうちの一部が、トンネル障壁層６の材料と化学的に反応し、酸素（Ｏ２）の場合には酸化物、窒素（Ｎ２）の場合には窒化物などの非導電性材料が形成される。
トンネル障壁層６がスパッタリングプロセスを用いて形成される場合には、トンネル障壁層６は、堆積された時点で既に非導電性材料である。限定はしないが、スパッタリングプロセスおよび反応スパッタリングを含むプロセスを用いて、非導電性トンネル障壁層６を形成することができる。たとえば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮｘ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）あるいはタンタル酸化物（ＴａＯｘ）などのスパッタリングターゲットを、非導電性トンネル障壁層６のための材料源として用いることができる。その場合には、トンネル障壁層６の材料を非導電性材料に変換するために、後続の酸化プロセスあるいは窒化プロセスを実行する必要はない。それにもかかわらず、スパッタリングプロセスの場合であっても、トンネル障壁層６内に、トンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応していない、一部の反応物質１２が残されるであろう。
いずれの場合においても、反応物質１２の全てがトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応するとは限らない。結果として、反応物質のある量が、未反応の状態で、トンネル障壁層６の材料内に残される（参照番号１２を参照されたい）。同様に、トンネル障壁層６のための材料の一部も未反応のままである（参照番号１１を参照されたい）。たとえば、アルミニウムの原子が反応しないままである可能性がある。さらに、反応物質１２の一部が、前駆層４の表面４ｓに隣接する領域において、前駆層４のための材料と反応する（参照番号１３を参照されたい）。
材料１３と反応した反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と反応しない限りにおいて、その反応物質も未反応の状態である。なぜなら、反応物質１２がトンネル障壁層６の意図されたターゲット材料１１と反応していないためであり、トンネル障壁層６内に、反応物質１２と反応するために利用することができるターゲット材料の自由電子１１が存在するためである。未反応のままの反応物質１２は、トンネル障壁層６内に上記の欠陥を引き起こすようになり、絶縁破壊電圧を低下させ、かつ／またはトンネル障壁層６を不均一にするようになる。
図4Aおよび図4Bでは、トンネル障壁層６が形成され、スパッタリング、酸化あるいは窒化を通して非導電性材料に概ね変換された後に、１つあるいは複数の後続の処理ステップの一部として、トンネル障壁層６の表面６ｓ上に少なくとも１つの上層８が形成される。上層８はトンネル障壁層６を覆い、所定の厚みｔ０を有する。図4Bでは、上層８の表面８ｓ上に別の上層１０が形成され、両方の上層（８、１０）がトンネル障壁層６を覆い、それらの層（８、１０）の合算された所定の厚みがｔ０になる（すなわち、上層８の厚みと上層１０の厚みとを加えたものがｔ０になる）。
しかしながら、層（８、１０等）のうちの１つあるいは複数の層が形成された後に、上記の欠陥（１１、１２、１３）が依然としてトンネル障壁層６内に残され、修復される必要がある。
図5Aでは、光源３２（すなわち、紫外線スペクトル内の放射エネルギーを放つ光源）からの紫外光３０が、上層８を通してトンネル障壁層６に照射される。紫外光３０の一部は、トンネル障壁層６内にある反応物質１２に入射する。紫外光３０は反応物質１２を活性化し、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応し、材料１１を非導電性材料に変換するようにする。基本的には、紫外光３０を照射する前に、反応物質１２の自由原子およびトンネル障壁層６の材料１１の自由原子が存在する。一旦、照射が開始されたなら、紫外光３０のエネルギーが反応物質１２を活性化し、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１の自由原子と化学的に反応し、非導電性材料が形成されるようになる。
たとえば、トンネル障壁層６の材料がアルミニウム（Ａｌ）であり、反応物質が酸素（Ｏ２）である場合には、所望の非導電性材料はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）である。紫外光３０を照射する前には、トンネル障壁層６内に、アルミニウムの自由原子（参照番号１１を参照されたい）および酸素の自由原子（参照番号１２を参照されたい）が存在するであろう。その照射は、紫外光３０からのエネルギーを酸素原子に伝達し、それにより酸素原子とアルミニウム原子との化学反応を完了し、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）を形成するために必要とされるエネルギーを与えることにより、酸素原子を活性化するように作用する。
紫外光３０のための光源３２には、限定はしないが、たとえば冷陰極ＵＶグリッドランプあるいは熱陰極ＵＶスパイラルランプを含む、市販されているＵＶ光源を用いることができる。紫外光３０の波長は応用形態によって決まるであろう。通常、約４ｎｍ〜約４００ｎｍ（ナノメートル単位）の波長を有する光が紫外線放射（ＵＶ）であるとみなされる。近紫外線は約４００ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲にあり、遠紫外線は約３００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内にあり、約２００ｎｍ未満の任意の紫外線は極紫外線であるとみなされる。紫外光３０のための波長は約２００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。
上層８の所定の厚みｔ０、あるいは２つ以上の上層の場合には、それらの層（たとえば８、１０等）の合算された所定の厚みｔ０は、紫外光３０がそれらの層を透過し、トンネル障壁層６に十分に照射されるように選択されるべきである。さらに、上層（８、１０等）のために選択される材料は、紫外光３０の波長に対して光学的に透過性でなければならない。
たとえば、上層８は紫外光３０の全てを概ね反射すべきではなく、概ね吸収あるいは減衰すべきでもない。トンネル接合素子５０を含む薄膜材料の層は通常数ナノメートル（ｎｍ）厚以下であり、場合によっては約数百オングストローム厚であるので、近紫外線、遠紫外線、および極紫外線スペクトルの最も下端を除く全ての紫外線の紫外光３０が、少なくとも１つの上層８を透過し、トンネル障壁層６に十分に照射されるであろう。
図5Aでは、紫外光３０の一部（破線矢印を参照されたい）が反応物質１２に入射し、反応物質１２が活性化されて（破線矢印ａを参照されたい）、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応する。図5Bでは、反応物質１２と材料１１とが化学的に結合する結果として、非導電性材料が形成される。さらに、図5Aでは、材料１３と反応物質１２との間の化学的結合が破壊され（紫外線放射３０によって）、図5Bで示すように、反応物質１２が材料１１と自由に結合するようになる。
図5Bでは、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と反応し、非導電性材料が形成され、それによりトンネル障壁層６の上記の欠陥が低減あるいは排除され、均一性および絶縁破壊電圧が改善される。
上層８を形成する前にトンネル障壁層６を非導電性材料に変換するにあたり用いられるプロセスが、酸化プロセスの場合、その酸化プロセスには、限定はしないが、プラズマ酸化、自然酸化、室温（すなわち約２５℃での）自然酸化およびＵＶ−オゾン酸化を含むプロセスを用いることができる。
ＵＶ−オゾン酸化は、上層８を通して紫外光３０をトンネル障壁層６に照射することと混同されるべきではない。本発明では紫外線照射方法と大きく異なり、ＵＶ−オゾン酸化は別のプロセスであある。ここで酸素（Ｏ２）ガスは、紫外光に暴露されて、酸素ガスがオゾン（Ｏ３）に変換される。その後、オゾンはトンネル障壁層６に導入される。オゾン（Ｏ３）は、反応性が高くＯ２よりもトンネル障壁層６の材料１１と反応しやすいので、トンネル障壁層６の材料１１の反応速度を高める。酸化あるいは窒化のために用いられるプロセスに関係なく、反応物質１２には、限定はしないが、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）あるいは窒素（Ｎ２）を含む材料を用いることができる。
紫外光３０をトンネル障壁層６に照射することは、トンネル障壁層６の所望の特性が得られるまで、所定の時間にわたって続けることができる。所望の特性には、限定はしないが、トンネル障壁層６内の所定の欠陥密度、トンネル障壁層６の所定の絶縁破壊電圧、トンネル障壁層６の結晶構造の変化、およびトンネル障壁層６の粒子の向きに由来する表面組織の変化を含む特性を用いることができる。
たとえば、結晶密度は、トンネル障壁層６の単位面積あるいは単位体積当たりの金属混入（すなわち欠陥）の数にすることができる。別の例ではいくつかの粒子の向きに由来する表面組織を、紫外光３０を照射することにより成長させることができる。さらに別の例として、紫外光３０を照射する結果、トンネル障壁層６の結晶構造は、非晶質から結晶に変化する。トンネル障壁層６の上記の所望の特性の有効性の検証は、たとえば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの機器を用いて、構造上の特性を確認することにより達成できる。
紫外光３０の照射は、上層の形成中に行われることができる。あるいは上層の形成後に行われることができる。それゆえ、図5Aでは、紫外光３０は、上層８が形成されている間に、あるいは上層８が形成された後に、トンネル障壁層６に照射されることができる。
紫外光３０は、トンネル接合素子５０の処理のうちのいくつかあるいは全てが行われるチャンバ（図示せず）内に配置される紫外光源３２によって生成されることができる。また紫外光源３２は、紫外光３０の波長に対して光学的に透過性を有する窓を通してトンネル障壁層６に照射されることもできる。
図6Aおよび図6Bに示されるような本発明の別の実施形態では、トンネル障壁層６の材料１１に対する反応物質１２の活性化速度を速めるために、照射プロセス中または照射プロセス後に、トンネル障壁層６が加熱されることができる（Ｈ）。加熱Ｈによって、活性化プロセスが加速するとともに、トンネル障壁層６からさらに多くの欠陥が除去される。
図6Aでは、活性化速度を速めるために、トンネル障壁層６が加熱される（Ｈ）。反応物質１２が活性化され（破線矢印ａを参照されたい）、トンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応する。マイクロエレクトロニクス分野においてよく知られている種々の方法を用いて、トンネル障壁層６を加熱（Ｈ）することができる。たとえば、熱源を収容するか、あるいは熱源からの熱を伝達することができる真空チャック、ステージ、サンプルプラットフォーム等の上に基板を配置することにより、トンネル接合素子５０を支持する基板（図示せず）を加熱（Ｈ）することができる。たとえば、石英赤外線加熱ランプ、抵抗加熱器あるいは金属リボン放射加熱器などの熱源を用いて、基板８あるいはトンネル障壁層６を加熱することができる。上記のように、トンネル障壁層６の加熱は、紫外光３０の照射中あるいは照射後に行うことができる。
図6Bでは、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と反応し、非導電性材料が形成されており、それによりトンネル障壁層６の上記の欠陥が低減あるいは排除され、均一性および絶縁破壊電圧が改善されている。
図6Aおよび図6Bでは、２つ以上の上層（すなわち８、１０）がトンネル障壁層６を覆い、紫外光３０はそれらの層を透過して、トンネル障壁層６に照射される。しかしながら、１つの上層あるいは２つ以上の上層とともに、加熱Ｈを用いることができる。紫外光３０を照射することは、上層１０の形成中に、あるいは上層１０の形成後に行うことができる。
同様に、加熱Ｈは層（８、１０）のうちの任意の層の形成中に、あるいはそれらの層の形成後に行うことができる。加熱Ｈによる反応物質１２の活性化は上記の欠陥（１１、１２、１３）を修復するように作用するので、上層（８、１０）の形成前に、および紫外光３０を照射する前に、トンネル障壁層６に対して加熱Ｈを適用することもできる。さらに、加熱Ｈは、上層（８、１０）の形成中の任意の時点で再び適用することができ、紫外光３０を照射するのとは別に、あるいはそれとともに適用することができる。
上記の全ての実施形態において、紫外光３０の照射および加熱Ｈは、トンネル接合素子５０を形成するための他のマイクロエレクトロニクスプロセスとともに現場で行うことができ、トンネル障壁層６の形成中、あるいは形成後に行うことができる。
本発明のいくつかの実施形態が開示および例示されてきたが、本発明は、そのように記載および図示される特定の形態あるいは部品の配置には限定されない。本発明は請求の範囲によってのみ限定される。
４ 前駆層
６ トンネル障壁層
８ 上層
６ トンネル障壁層
８ 上層
Claims (10)
- トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法であって、
予め形成されたトンネル障壁層上に紫外光透過性の上層を形成することと、
前記トンネル障壁層に該上層を通して紫外光を照射することを含み、該紫外光は、前記上層を透過して前記トンネル障壁層内にある反応物質に入射し、
前記紫外光が前記反応物質を活性化することにより、該反応物質が、前記トンネル障壁層の未反応の導電性材料に反応し該導電性材料を非導電性材料に変換する方法。 - 前記反応物質は、酸素、オゾンおよび窒素からなる群から選択される物質である請求項１に記載の方法。
- 前記トンネル障壁層のための前記材料は、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素およびタンタルからなる群から選択される材料を含む請求項１または２に記載の方法。
- 前記照射することは、前記上層の形成中、および前記上層の形成後からなる群から選択される時点で行われる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記紫外光は約２００ｎｍないし約４００ｎｍの波長を有する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記照射中に前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が速められる請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加熱は、前記上層の形成中に行われる請求項６に記載の方法。
- 前記照射後に前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が速められる請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記上層の形成前に前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が速められる請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記上層の形成中、および前記上層の形成後からなる群から選択される時点で前記加熱を再び行うことをさらに含む請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
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