JP5699516B2 - 電極に接する絶縁膜の製造方法及びその絶縁膜を含む半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁膜の原料となる化合物の供給と、プラズマエネルギー供給を別々に行うことで、成長する膜の膜厚や、膜質(密度や組成)のゆらぎを改善する点に特徴がある。すなわち、従来は化合物供給とプラズマエネルギー供給を同時に行っていたため、膜厚と膜質は、化合物とプラズマの双方分布によって大きく影響されていたが、本発明では、膜厚は化合物供給を独立して行うことで、制御性が高くなる。
本発明の実施形態に係る抵抗変化素子の構成要素について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態の抵抗変化素子(半導体装置)の一構成例を模式的に示した断面図である。
図2は、本実施形態の方法に基づいてイオン伝導層を形成する際に使用するプラズマCVD装置の一構成例を示すブロック図である。
次に、上記構成のプラズマCVD装置を用いた、イオン伝導層の形成方法の手順を説明する。
次に、本発明における第二の実施形態について説明する。
次に、本発明に対する比較例として従来技術によるイオン伝導層の形成方法について説明する。図5に本発明に対する比較例における成膜シーケンスを示す。反応室内に不飽和炭化水素を含む原料ガスと不活性ガスを供給する。反応室の圧力が所望の圧力に安定化したところで、シャワーヘッドにRF電力を印加し、プラズマを励起させる。イオン伝導層が所望の膜厚にて得られたらRF電力の印加を停止する。このとき、RF電力は連続的に印加されるため、気相中での化合物原料の活性化と分解が連続的に発生し、化合物原料が有機シロキサン原料である場合には、原料の分解による酸素プラズマが発生する。酸素プラズマは下部Cu電極を酸化させ、イオン伝導層の絶縁歩留りを劣化させてしまうとともに、酸化Cuとイオン伝導層の密着性が低く、素子動作時の信頼性を低下させる。
次に、本発明における第三の実施形態について説明する。
本実施例1では、第一の実施形態で説明した方法で作製した抵抗変化素子の形成方法と抵抗変化特性を説明する。不飽和炭化水素を含む化合物原料としては、化学式5に示す構造の原料(化合物)を用いた。
本実施例2では、第二の実施形態で説明した方法で作製した抵抗変化素子の形成方法と抵抗変化特性を説明する。不飽和炭化水素を含む化合物原料としては、化学式5に示す構造の原料を用いた。
本実施例3では、第二の実施形態で説明した方法で作製した抵抗変化素子の形成方法と抵抗変化特性を説明する。不飽和炭化水素を含む化合物原料としては、アリルベンゼンを用いた。
本実施例4では、実施例1に説明した方法でイオン伝導層を形成した後、ALD法によりRu電極(第2の電極)を形成した、抵抗変化素子の形成方法を説明する。有機Ru原料としては、(EtCp)2Ruを用いた。
本実施例5では、実施例4に説明した方法を実現する真空クラスタ装置について説明する。イオン伝導層の原料としては、化学式5の原料を用い、有機Ru原料化合物としては、(EtCp)2Ruを用いた。
102 イオン伝導層
103 第2の電極
300 カセットボックス
301 大気圧ロボット
302 ロードロック室
303 中央プラットフォーム
304 前処理モジュール
305 イオン伝導層成長モジュール
306 Ru電極成長モジュール
Claims (10)
- 電極と接する絶縁膜を形成する方法であって、
(i)反応室内に電極となる基板を配置し、少なくとも不飽和炭化水素基を含む化合物の蒸気を含むガスを供給して、該基板上に該不飽和炭化水素基を含む化合物を付着させる工程と、
(ii)該基板上に、プラズマにより励起した不活性ガス又はプラズマにより励起した不飽和炭化水素基を含む化合物の蒸気と不活性ガスとの混合ガスを供給して、該基板上に付着した該化合物の不飽和炭化水素基を活性化する工程と、
(iii)工程(i)と工程(ii)を少なくとも2回以上繰り返し、それにより該基板上に絶縁膜を形成する工程と、を含み、
前記不飽和炭化水素基は、側鎖の2重結合である絶縁膜の形成方法。 - 前記基板は、少なくとも一部に銅電極が露出した基板であることを特徴とする、請求項1に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記不飽和炭化水素基を含む化合物が、少なくともシリコンと酸素を元素として含む化合物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記励起した不活性ガスは、Heを含むプラズマであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記工程(ii)は0.1〜5秒間で行われることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記工程(iii)のあとに、励起した不活性ガスのみを前記基板表面に供給する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記工程(iii)により形成された絶縁膜上に、有機Ru化合物を用いたALD法によって、第2の電極となるルテニウム膜、またはルテニウム酸化物膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の絶縁膜の形成方法。
- 前記工程(iii)により形成された絶縁膜上に、前記不飽和炭化水素基を含む化合物のガスを有機ルテニウム化合物のガスに切り替えて供給し、前記絶縁膜上に第2の電極となるルテニウム膜、あるいはルテニウム酸化膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一に記載の絶縁膜の形成方法。
- 電極に接する絶縁膜であって、不飽和炭化水素基を含む原料化合物を電極となる基板上に付着させ次いでプラズマで励起する工程、を複数回繰り返して形成される、多層構造を有する絶縁膜、を含み、
前記不飽和炭化水素基は、側鎖の2重結合である抵抗変化素子を有する半導体装置。 - 多層構造を有する絶縁膜を含む抵抗変化素子の製造装置であって、少なくとも前処理用還元プラズマ処理チャンバーと、絶縁膜成長用チャンバーとを有し、大気暴露することなくチャンバー間の搬送が行われ、前記絶縁膜成長用チャンバーでは請求項1〜6のいずれか一に記載の形成方法が用いられることを特徴とする、製造装置。
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