JP4766441B2 - 半導体不揮発メモリー用相変化膜およびこの相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
(イ)通常のGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有する相変化材料にGa:1〜10%含有させると融点を下げることができ、なおかつ結晶状態の比抵抗はGaを含有させない時とほとんど変わらないことから、溶融のために必要な電流量を少なくすることができるので、消費電力を少なくすることができると同時に周辺回路への負担を少なくすることができる、
(ロ)さらにB、Al、C、Siまたはランタノイド元素を10%以下含有せしめると、比抵抗が上昇して、より一層溶融のために必要な電流量を少なくし、したがって消費電力を少なくすることができる、
(ハ)前記ランタノイド元素の内でもDy,Tb,Nd,Sm,Gdが特に有効である、などの研究結果が得られたのである。
(1)原子%でGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、さらにGa:1〜10%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有し、結晶化後に四探針法により測定した比抵抗値が5×10 −3 〜5×10Ω・cmであり、かつ融点が600℃以下である半導体不揮発メモリー用相変化膜、
(2)原子%でGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、さらにGa:1〜10%を含有し、さらにB、Al、C、Siおよびランタノイド元素の内の1種または2種以上を合計で10%以下を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有し、結晶化後に四探針法により測定した比抵抗値が5×10 −3 〜5×10Ω・cmであり、かつ融点が600℃以下である半導体不揮発メモリー用相変化膜、に特徴を有するものである。
前記ランタノイド元素の内でもDy,Tb,Nd,Sm,Gdが特に好ましい。したがって、この発明は、
(3)前記ランタノイド元素は、Dy,Tb,Nd,Sm,Gdの内の1種または2種以上である前記(2)記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜、に特徴を有するものである。
(a)Ga:
Ga成分は、Ge:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有する相変化膜に含有せしめて相変化膜の融点を一層低下させる作用を有するが、Gaを1%未満含有しても融点を下げる効果が少ないので好ましくなく、一方、Gaを10%を越えて含有させると結晶化温度が上昇し過ぎるために好ましくない。適度な結晶化温度の上昇は非晶質状態の安定性を高め、保持特性の向上につながるが、必要以上に高くなると結晶化するために必要な電力が増加し、低電力化の観点から好ましくないのである。したがって、Gaの相変化膜に含有せしめる量を1〜10%(一層好ましくは、2〜8%)に定めた。
なお、Ge:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有する相変化材料にGa:1〜10%を含有しても、この膜の結晶化状態での比抵抗を低下させない。
また、このGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有する相変化膜は、主に高抵抗な面心立方晶および低抵抗な六方晶の二種類の結晶構造を持ち、前者は比較的低温で結晶化した場合、後者は比較的高温で保持した場合に生じる。非晶質から面心立方晶への相変化速度が速いことから、通常、非晶質状態から相変化を起こして結晶化した場合に生じる結晶が面心立方晶である。しかし、従来から知られているGe−Sb−Teの組成にGaを添加すると、この面心立方晶構造が無添加の場合よりも高温まで安定化するために比抵抗の温度安定性を向上させる効果もある。
これら成分は、Gaを添加することによる相変化膜の結晶状態での抵抗値を一層上昇させる作用を有するので、必要に応じ添加するが、10%を越えて含有すると相変化膜の結晶化温度の上昇が大きくなりすぎるので好ましくない。適度な結晶化温度の上昇は非晶質状態の安定性を高め、保持特性の向上につながるが、必要以上に高くなると結晶化するために必要な電力が増加し、低電力化の観点から好ましくないのである。したがって、これら成分の含有量は10%以下に定めた。これらの含有量の一層好ましい範囲は0.5〜8%である。なお、ランタノイド元素の内でもDy,Tb,Nd,Sm,Gdが特に好ましい。
この発明の電気抵抗が高い相変化膜に含まれるGeおよびSbは、Ge:10〜25%、Sb:10〜25%が好ましい。その理由は、Ge:10%未満、Sb:10%未満であっても、またGe:25%を越え、Sb:25%を越えても抵抗値が低くなったり結晶化時間が長くなって好ましくないことによるものである。
(4)前記(1)記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、原子%でGe:10〜26%、Sb:10〜26%を含有し、さらにGa:1〜11%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有するスパッタリングターゲット、
(5)前記(2)記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、原子%でGe:10〜26%、Sb:10〜26%を含有し、さらにGa:1〜11%を含有し、さらにB、Al、C、Siおよびランタノイド元素の内の1種または2種以上を合計で:11%以下を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有するスパッタリングターゲット。
(6)前記ランタノイド元素は、Dy,Tb,Nd,Sm,Gdの内の1種または2種以上である前記(5)記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。
さらに、この発明の前記(2)記載の成分組成を有する半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲットは、Ge−Sb−Te系合金にGaを添加しこの合金粉末と、別途作製した200μm以下のB,Al,C,Si,ランタノイド元素(好ましくは、Dy,Tb,Nd,Sm,Gd)の各粉末をこの発明の成分組成となるように混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を真空ホットプレスすることにより作製する。前記真空ホットプレスは、圧力:146〜155MPa、温度:370〜430℃、1〜2時間保持の条件で行なわれ、その後、モールドの温度が270〜300℃まで下がった時点で冷却速度:1〜3℃/min.で常温まで冷却することにより行われる。
これら合金粉末および混合粉末をそれぞれ温度:400℃、圧力:146MPaで真空ホットプレスすることによりホットプレス体を作製し、これらホットプレス体を超硬バイトを使用し、旋盤回転数:200rpmの条件で研削加工することにより直径:125mm、厚さ:5mmの寸法を有する円盤状の表1〜3に示される成分組成を有する本発明ターゲット1〜21、比較ターゲット1〜10および従来ターゲット1を作製した。
・基板温度:室温、
・投入電力:50W(0.4W/cm2)、
の条件でスパッタリングを行い、基板の表面に厚さ:300nmを有し表4〜6に示される成分組成を有する本発明相変化膜1〜21、比較相変化膜1〜10および従来相変化膜1を形成した。
Claims (6)
- 原子%でGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、さらにGa:1〜10%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有し、結晶化後に四探針法により測定した比抵抗値が5×10 −3 〜5×10Ω・cmであり、かつ融点が600℃以下であることを特徴とする半導体不揮発メモリー用相変化膜。
- 原子%でGe:10〜25%、Sb:10〜25%を含有し、さらにGa:1〜10%を含有し、さらにB、Al、C、Siおよびランタノイド元素の内の1種または2種以上を合計で10%以下を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有し、結晶化後に四探針法により測定した比抵抗値が5×10 −3 〜5×10Ω・cmであり、かつ融点が600℃以下であることを特徴とする半導体不揮発メモリー用相変化膜。
- 前記ランタノイド元素は、Dy,Tb,Nd,Sm,Gdの内の1種または2種以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜。
- 請求項1記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、原子%でGe:10〜26%、Sb:10〜26%を含有し、さらにGa:1〜11%を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 請求項2記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、原子%でGe:10〜26%、Sb:10〜26%を含有し、さらにGa:1〜11%を含有し、さらにB、Al、C、Siおよびランタノイド元素の内の1種または2種以上を合計で:11%以下を含有し、残部がTeおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 前記ランタノイド元素は、Dy,Tb,Nd,Sm,Gdの内の1種または2種以上であることを特徴とする請求項5記載の半導体不揮発メモリー用相変化膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
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