(57)【要約】【課題】所望の膜特性を有する金属化合物層を基板面内に均一に形成することができる成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る成膜方法は、筒状の隔壁２０の内部に形成された成膜室１０１と隔壁２０の外部に形成された排気室１０２とを有する真空チャンバ１０の内部を、排気室１０２に接続された排気ライン５０を介して排気することを含む。排気室１０２に反応性ガスを含むプロセスガスが導入され、成膜室１０１が排気室１０２よりも低圧に維持された状態で、隔壁２０と真空チャンバ１０との間に形成されたガス流路８０を介してプロセスガスが成膜室１０１へ供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の隔壁の内部に形成された成膜室と前記隔壁の外部に形成された排気室とを有する真空チャンバの内部を、前記排気室に接続された排気ラインを介して排気し、
前記排気室に反応性ガスを含むプロセスガスを導入し、前記成膜室を前記排気室よりも低圧に維持した状態で、前記隔壁と前記真空チャンバとの間に形成されたガス流路を介して前記プロセスガスを前記成膜室へ供給する
成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法であって、さらに、
前記成膜室で金属ターゲットをスパッタすることで、基板上に金属化合物層を成膜する
成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成膜方法であって、
前記成膜室への前記プロセスガスの供給は、前記真空チャンバと前記隔壁との間に形成された環状の通路部と、前記隔壁と前記真空チャンバの底壁部との間に形成された流路部とを介して、前記成膜室へ前記プロセスガスを供給する
成膜方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法であって、
前記プロセスガスにアルゴンと酸素との混合ガスを用い、前記基板上に金属酸化物層を成膜する
成膜方法
【請求項５】
底壁部と天板部とを有する真空チャンバと、
前記真空チャンバの内部に配置され、前記真空チャンバの内部を成膜室と排気室とに区画する筒状の隔壁と、
前記排気室に接続され、前記成膜室と前記排気室とを共通に排気可能な排気ラインと、
前記排気室に接続され、前記排気室へ反応性ガスを含むプロセスガスを導入可能なガス導入ラインと、
前記底壁部と前記隔壁との間に設けられ、前記排気室へ導入されたプロセスガスを前記成膜室へ供給するガス流路と
を具備する成膜装置。
【請求項６】
請求項５に記載の成膜装置であって、
前記成膜室は、前記底壁部に設置され基板支持用の支持面を有するステージと、前記天板部に設置され前記ステージに対向するスパッタリング用のターゲットとを含み、
前記ガス流路は、前記支持面よりも前記底壁部側に設けられる
成膜装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の成膜装置であって、
前記ガス流路は、前記真空チャンバと前記隔壁との間に形成された環状の通路部と、前記通路部に連通し前記隔壁の周囲に形成された少なくとも１つの流路部とを含む
成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜均一性を高めることができる成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリには、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory ）などの揮発性メモリとフラッシュメモリなどの不揮発性メモリがある。不揮発性メモリとして、ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ等が知られているが、さらに微細化が可能なデバイスとして、ＲｅＲＡＭ（Resistance RAM）が注目されている。【０００３】
ＲｅＲＡＭは、パルス電圧を受けて抵抗値が変化する可変抵抗体を抵抗素子として利用する。この可変抵抗体は、典型的には、酸化度、すなわち抵抗率の異なる２層以上の金属酸化物層であり、これらを上下電極ではさみこんだ構造をしている。酸化度が異なる酸化物の層構造を形成する方法として、金属からなるターゲットを酸素雰囲気でスパッタする、いわゆる反応性スパッタによって金属酸化物を形成する方法が知られている。例えば特許文献１には、金属からなるターゲットを酸素雰囲気でスパッタするいわゆる反応性スパッタによって、金属酸化物層を基板上に積層する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４４０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、酸素の流量変化に対する金属酸化物層の抵抗率変化が大きいため、所望の抵抗率を有する金属酸化物層を基板上に均一に形成することは、一般的に困難である。例えば、ターゲット表面やシールド（防着板）表面における導入酸素の吸着等により、ウェーハ面内やウェーハ間で抵抗率の分布が発生しやすい。このため、所望の抵抗率を有する金属酸化物層を基板面内に均一に形成することができなかった。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所望の膜特性を有する金属化合物層を基板面内に均一に形成することができる成膜方法および成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、筒状の隔壁の内部に形成された成膜室と上記隔壁の外部に形成された排気室とを有する真空チャンバの内部を、上記排気室に接続された排気ラインを介して排気することを含む。
上記排気室に反応性ガスを含むプロセスガスが導入され、上記成膜室が上記排気室よりも低圧に維持された状態で、上記隔壁と上記真空チャンバとの間に形成されたガス流路を介して上記プロセスガスが上記成膜室へ供給される。【０００８】
本発明の一形態に係る成膜装置は、真空チャンバと、筒状の隔壁と、排気ラインと、ガス導入ラインと、ガス流路とを具備する。
上記真空チャンバは、底壁部と天板部とを有する。
上記隔壁は、上記真空チャンバの内部に配置され、上記真空チャンバの内部を成膜室と排気室とに区画する。
上記排気ラインは、上記排気室に接続され、上記成膜室と上記排気室とを共通に排気可能に構成される。
上記ガス導入ラインは、上記排気室に接続され、上記排気室へ反応性ガスを含むプロセスガスを導入可能に構成される。
上記ガス流路は、上記底壁部と上記隔壁との間に設けられ、上記排気室へ導入されたプロセスガスを上記成膜室へ供給する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】抵抗変化素子の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略側断面図である。
【図３】図２における［Ａ］−［Ａ］線方向断面図である。
【図４】比較例に係る成膜装置を用いて成膜したタンタル酸化物層の基板面内における膜厚［ｎｍ］およびシート抵抗値［Ω／□］を示す実験結果である。
【図５】本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜したタンタル酸化物層の基板面内における膜厚［ｎｍ］およびシート抵抗値［Ω／□］を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る成膜方法は、筒状の隔壁の内部に形成された成膜室と上記隔壁の外部に形成された排気室とを有する真空チャンバの内部を、上記排気室に接続された排気ラインを介して排気することを含む。
上記排気室に反応性ガスを含むプロセスガスが導入され、上記成膜室が上記排気室よりも低圧に維持された状態で、上記隔壁と上記真空チャンバとの間に形成されたガス流路を介して上記プロセスガスが上記成膜室へ供給される。
【００１１】
上記成膜方法においては、成膜室と排気室との間の圧力差を利用して、プロセスガスがガス流路を介して排気室から成膜室へ供給される。このとき、成膜室を区画する隔壁が筒状に形成されているため、排気室から成膜室へプロセスガスが等方的に供給される。これにより基板上における反応性ガスの濃度分布のばらつきが抑えられ、所望の膜特性を有する金属化合物層を基板面内に均一に形成することが可能となる。
【００１２】
反応性ガスとしては、酸素、窒素、炭素を含むガスが適用可能であり、目的とする金属化合物層の種類や膜特性に応じて適宜選択される。例えば、金属酸化物層を成膜する場合には反応性ガスとして酸素を用いることができ、添加する酸素量に応じて、金属酸化物層の抵抗率を調整することができる。プロセスガスとしては、上記各種の反応性ガスとアルゴン等の希ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００１３】
上記成膜室への上記プロセスガスの供給は、上記真空チャンバと上記隔壁との間に形成された環状の通路部と、上記隔壁と上記真空チャンバの底壁部との間に形成された流路部とを介して、上記成膜室へ上記プロセスガスを供給してもよい。
この構成によれば、例えば真空チャンバの天板部に金属ターゲットが設置される場合において、ターゲットに対してより離れた位置からプロセスガスを成膜室へ供給することが可能となるため、反応ガスとの接触による金属ターゲットの酸化等が抑制される。これによりターゲット表面の酸化度等のばらつきを低減でき、スパッタ成膜される金属化合物層の物性（例えば抵抗率）の面内均一性をより高めることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る成膜装置は、真空チャンバと、筒状の隔壁と、排気ラインと、ガス導入ラインと、ガス流路とを具備する。
上記真空チャンバは、底壁部と天板部とを有する。
上記隔壁は、上記真空チャンバの内部に配置され、上記真空チャンバの内部を成膜室と排気室とに区画する。
上記排気ラインは、上記排気室に接続され、上記成膜室と上記排気室とを共通に排気可能に構成される。
上記ガス導入ラインは、上記排気室に接続され、上記排気室へ反応性ガスを含むプロセスガスを導入可能に構成される。
上記ガス流路は、上記底壁部と上記隔壁との間に設けられ、上記排気室へ導入されたプロセスガスを上記成膜室へ供給する。
【００１５】
上記成膜装置においては、成膜時に、成膜室と排気室との間に所定の圧力差を生成することができる。これにより成膜室へプロセスガスを等方的に供給して、所望の膜特性を有する金属化合物層を基板面内に均一に形成することが可能となる。
【００１６】
上記成膜室は、上記底壁部に設置され基板支持用の支持面を有するステージと、上記天板部に設置され上記ステージに対向するスパッタリング用のターゲットとを含んでもよい。この場合、上記ガス流路は、上記支持面よりも上記底壁部側に設けられる。
これによりターゲットに対してより離れた位置からプロセスガスを成膜室へ供給することが可能となるため、ターゲット表面の酸化度等のばらつきを低減でき、スパッタ成膜される金属化合物層の面内均一性をより高めることができる。
【００１７】
上記ガス流路は、上記真空チャンバと上記隔壁との間に形成された環状の通路部と、上記通路部に連通し上記隔壁の周囲に形成された少なくとも１つの流路部とを含んでもよい。
これにより、成膜室へプロセスガスを等方的に供給することが可能となり、面内均一性に優れた金属化合物層を安定に成膜することができる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、抵抗変化素子を構成する金属酸化物層の成膜に用いられる成膜装置およびその成膜方法を例に挙げて説明する。
【００１９】
［抵抗変化素子］
まず、抵抗変化素子の概略構成について説明する。図１は、抵抗変化素子の一構成例を示す概略断面図である。
【００２０】
抵抗変化素子１は、基板２、下部電極層３、第１の金属酸化物層４、第２の金属酸化物層５および上部電極層６を有する。
【００２１】
基板２は、例えばシリコン基板で構成されるが、これに限られず、ガラス基板等の他の基板材料が用いられてもよい。
【００２２】
下部電極層３は、基板２上に形成され、本実施形態ではＴａで形成される。なお、材料はこれに限定されず、例えばHf，Z r，Ti，Al，Fe，Co，M n，Sn，Zn，C r，V，Wなどの遷移金属、あるいはこれらの合金（TaSi，WSi，TiSiなどのシリコン合金、TaN，WaN，TiN，TiAlNなどの窒素化合物、TaCなどの炭素合金等）等を用いることができる。
【００２３】
第１の金属酸化物層４は、下部電極層３上に形成され、本実施形態ではTaOxで形成される。ここで、第１の金属酸化物層４に用いられるTaOxは、化学量論組成に近い酸化物である。なお、材料はこれに限定されず、例えば、ZrOx，HfOx，TiOx，AlOx，SiOx，FeOx，NiOx，CoOx，MnOx，SnOx，ZnOx，VOx，WOx，CuOx等の遷移金属の二元系の酸化物等を用いることができる。また、第１の金属酸化物層４の有する抵抗率は、所望の素子特性が得られれば限られないが、例えば１０6Ωｃｍより大きい値である。
【００２４】
第２の金属酸化物層５は、第１の金属酸化物層４上に形成され、本実施形態ではTaOxで形成される。ここで、第２の金属酸化物層５に用いられるTaOxは、第１の金属酸化物層４を形成するTaOxよりも酸化度が低く、酸素欠損を多数含む酸化物である。なお、材料はこれに限定されず、例えば、ZrOx，HfOx，TiOx，AlOx，SiOx，FeOx，NiOx，CoOx，MnOx，SnOx，ZnOx，VOx，WOx，CuOx等の遷移金属の二元系の酸化物等を用いることができる。
【００２５】
第２の金属酸化物層５は、第１の金属酸化物層４と同じ金属からなる酸化物で構成されてもよいし、第１の金属酸化物層４とは異なる金属からなる酸化物で構成されてもよい。また、第２の金属酸化物層５の有する抵抗率は、第１の金属酸化物層４の抵抗率よりも小さければよく、例えば、１Ωｃｍより大きく１０6Ωｃｍ以下である。
【００２６】
上部電極層６は、第２の金属酸化物層５上に形成され、本実施形態ではＴａで形成される。なお、材料はこれに限定されず、例えばHf，Z r，Ti，Al，Fe，C o，M n，Sn，Zn，Cr，V，Wなどの遷移金属、あるいはこれらの合金（TaSi，WSi，TiSiなどのシリコン合金、TaN，WaN，TiN，TiAlNなどの窒素化合物、TaCなどの炭素合金）等を用いることができる。
【００２７】
本実施形態の抵抗変化素子１において、第１の金属酸化物層４は、第２の金属酸化物層５よりも酸化度が高いため、第２の金属酸化物層よりも高い抵抗率を有する。ここで、上部電極層６に正電圧、下部電極層３に負電圧をそれぞれ加えると、高抵抗である第１の金属酸化物層４中の酸素イオン（Ｏ2−）が低抵抗である第２の金属酸化物層５中に拡散し、第１の金属酸化物層４の抵抗が低下する（低抵抗状態）。一方、下部電極層３に正電圧、上部電極層６に負電圧をそれぞれ加えると、第２の金属酸化物層５から第１の金属酸化物層４へＯ2−が拡散し、再び第１の金属酸化物層４の酸化度が高まり、抵抗が高くなる（高抵抗状態）。
【００２８】
すなわち、第１の金属酸化物層４は、下部電極層３及び上部電極層６間の電圧を制御することにより、低抵抗状態と高抵抗状態とを可逆的にスイッチングする。さらに、低抵抗状態および高抵抗状態は、電圧が印加されていなくても保持されるため、抵抗変化素子１は不揮発性メモリ素子として利用可能となる。
【００２９】
［成膜装置］
図２および図３は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図２は側断面図、図３は図２における［Ａ］−［Ａ］線方向断面図である。本実施形態の成膜装置１００は、抵抗変化素子１の製造工程において第１および第２の金属酸化物層４，５を成膜するためのスパッタ装置として構成される。
【００３０】
成膜装置１００は、真空チャンバ１０を有する。真空チャンバ１０は、アルミニウム、ステンレス等の金属材料で形成され、グランド電位に接続される。真空チャンバ１０は、底壁部１１と、天板部１２と、側壁部１３とを有し、内部を所定の真空雰囲気に維持可能に構成される。
【００３１】
真空チャンバ１０の内部には、基板Ｗを支持するための支持面３１を有するステージ３０と、金属ターゲット４１（本実施形態では、Ｔａターゲット）を含むターゲットユニット４０とがそれぞれ配置される。ステージ３０は真空チャンバ１０の底壁部１１に設けられ、ターゲットユニット４０は真空チャンバ１０の天板部１２に設けられる。ステージ３０とターゲットユニット４０とは相互に対向するようにそれぞれ配置される。
【００３２】
ステージ３０には、支持面３１に基板Ｗを静電的あるいは機械的に保持するためのチャッキング機構や、基板Ｗを所定温度に加熱または冷却するための温調ユニット等が備えられていてもよい。
【００３３】
ターゲットユニット４０は、ターゲット４１を支持するバッキングプレートやターゲット４１の表面に磁場を形成する磁気回路等が含まれてもよい。ターゲットユニット４０はバッキングプレートに所定の電力（直流、交流又は高周波）を供給するための電力源に接続される。電力源は、ターゲットユニット４０の一部として構成されてもよいし、ターゲットユニット４０とは別に構成されてもよい。
【００３４】
成膜装置１００は、真空チャンバ１０の内部を成膜室１０１と排気室１０２とに区画する筒状の隔壁２０を有する。本実施形態において隔壁２０は、天板部１２に固定される第１の端部２１と、底壁部１１に対向する第２の端部２２とを有する、例えばアルミニウム又はステンレス鋼製の金属板で構成される。
【００３５】
隔壁２０は、ステージ３０およびターゲットユニット４０を内部に収容できる大きさの円筒形状を有し、その隔壁２０の内部に成膜室１０１を形成する。成膜室１０１にはさらに、ステージ３０とターゲットユニット４０との間の領域の周囲を囲むように円筒形状の防着板２３が設置されている。
【００３６】
隔壁２０の外部には排気室１０２が形成される。排気室１０２は、真空チャンバ１０に接続された排気ライン５０によって所定の真空圧力にまで排気される。排気ライン５０は、排気バルブ５１と、排気バルブ５１を介して排気室１０２に接続される真空ポンプ５２とを含む。真空ポンプ５２には例えばターボ分子ポンプが用いられ、必要に応じて補助ポンプが追加的に接続される。
【００３７】
排気室１０２にはさらに、成膜用のプロセスガスを導入するためのガス導入ライン６０が接続される。本実施形態では、プロセスガスとして、スパッタ用のアルゴンガスと反応性ガスである酸素との混合ガスが用いられる。
【００３８】
ガス導入ライン６０は、メインバルブ６１と、メインバルブを介して排気室１０２にそれぞれ接続されるアルゴン導入ライン６２ａおよび酸素導入ライン６２ｂとを含む。これらの導入ライン６２ａ，６２ｂは、複数のバルブおよびマスフローコントローラ、ガス源等を含む。
【００３９】
成膜室１０１と排気室１０２とは、ガス流路８０を介して相互に連通している。ガス流路８０は、真空チャンバ１０の側壁１３と隔壁２０の外周面との間に形成された環状の通路部８１と、通路部８１に連通し隔壁２０の周囲に形成された流路部８２とを含む。
【００４０】
本実施形態において流路部８２は、複数の孔で構成されるが、隔壁２０の全周にわたって形成された円弧状のスリット等で構成されてもよい。また流路部８２としては、隔壁２０の第２の端部２２と真空チャンバ１０の底壁部１１との間の環状の隙間で構成されてもよい。上記孔、スリットあるいは隙間の大きさ（幅あるいは高さ）は特に限定されず、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度に設定される。
【００４１】
流路部８２の形成位置は特に限定されないが、ターゲット４１からより離れた位置に流路部８２が設けられることで、流路部８２を介して成膜室１０１へ供給される反応性ガス（酸素）によるターゲット４１の表面反応（酸化）を抑制することができる。本実施形態では、流路部８２は、ステージ３０の支持面３１よりも真空チャンバ１０の底壁部１１側に設けられる。
【００４２】
成膜装置１００は、コントローラ７０をさらに有する。コントローラ７０は、典型的にはコンピュータで構成され、ターゲットユニット４０、排気ライン５０、ガス導入ライン６０等の動作を制御する。
【００４３】
［成膜方法］
次に、本実施形態に係る成膜方法について成膜装置１００の一動作例とともに説明する。
【００４４】
まず、ステージ３０の支持面３１に基板Ｗが載置される。ここでは基板Ｗとして、下部電極層３が上面に形成された基板２（図１）が用いられる。次に、コントローラ７０は排気ライン５０を駆動し、隔壁２０の内部に形成された成膜室１０１と隔壁２０の外部に形成された排気室１０２とをそれぞれ所定の減圧雰囲気に真空排気する。成膜室１０１は、ガス流路８０および排気室１０２を介して排気ライン５０により排気される。
【００４５】
成膜室１０１および排気室１０２が所定の真空圧力に到達した後、コントローラ７０はガス導入ライン６０を駆動し、排気室１０２へプロセスガスを導入する。この際、排気室１０２は排気ライン５０を介して継続的に排気される。すなわちコントローラ７０は、排気室１０２を所定の排気速度で排気しながら、排気室１０２へ所定流量のプロセスガスを導入する。
【００４６】
本実施形態においてプロセスガスとしては、アルゴンと酸素の混合ガスが用いられる。アルゴンと酸素との混合比は特に限定されず、成膜するべき金属酸化物層の抵抗率によって酸素の添加量が調整される。上述のように成膜装置１００は、図１に示した抵抗変化素子１における第１，第２の金属酸化物層４，５の成膜に用いられる。第１の金属酸化物層４の成膜時には、化学量論組成のタンタル酸化物を成膜できる酸素流量（第１の流量）に設定され、第２の金属酸化物層５の成膜時には、酸素量が欠損した所定のタンタル酸化物を成膜できる酸素流量（第２の流量）に設定される。第１および第２の流量は、酸素導入ライン６２ｂにより設定され、酸素導入ライン６２ｂによる流量設定は、コントローラ７０により制御される。
【００４７】
排気室１０２へ導入されたプロセスガスは、ガス流路８０を介して成膜室１０１へ供給される。排気室１０２へのプロセスガスの導入により、成膜室１０１は排気室１０２よりも低圧となる。この状態を維持して、排気室１０２に導入されたプロセスガスは、真空チャンバ１０と隔壁２０との間に形成されたガス流路８０（通路部８１、流路部８２）を介して成膜室１０１へ等方的に拡散する。
【００４８】
一方、コントローラ７０は、ターゲットユニット４０を制御することで成膜室１０１内にプロセスガスのプラズマを形成する。プラズマ中のアルゴンイオンはターゲット４１をスパッタし、ターゲット４１から飛び出したスパッタ粒子は酸素と反応し、生成された酸化タンタル粒子は基板Ｗの表面に堆積する。これにより基板Ｗ上にタンタル酸化物（TaOx）層が成膜される。
【００４９】
コントローラ７０は、酸素導入ライン６２ｂに対する酸素の流量制御により、成膜対象を第１の金属酸化物層４から第２の金属酸化物層５へ切り替える。本実施形態では、酸素流量が上記第１の流量に設定されることで第１の金属酸化物層４が成膜され、酸素流量が上記第２の流量に設定されることで第２の金属酸化物層５が成膜される。これにより同一の真空チャンバ１０において抵抗率が相互に異なる第１の金属酸化物層４と第２の金属酸化物層との連続成膜が可能となり、生産性の向上を図ることができる。
【００５０】
以上のように本実施形態においては、成膜室１０１と排気室１０２との間の圧力差を利用して、プロセスガスがガス流路８０を介して排気室１０２から成膜室１０１へ供給される。このとき隔壁２０が筒状に形成されているため、排気室１０２から成膜室１０１へプロセスガスが等方的に供給される。これにより基板Ｗ上におけるプロセスガス中の酸素の濃度分布のばらつきが抑えられ、所望の膜特性を有する金属化合物層を基板Ｗの面内に均一に形成することが可能となる。
【００５１】
また本実施形態においては、隔壁２０と真空チャンバ１０の底壁部１１との間に形成された流路部８２を介してプロセスガスが成膜室１０１へ供給されるように構成される。これにより、真空チャンバ１０の天板部１２に設置されたターゲット４１に対してより離れた位置からプロセスガスを成膜室１０１へ供給することが可能となるため、プロセスガス中の酸素との接触によるターゲット４１の酸化が抑制される。これによりターゲット４１表面の酸化度のばらつきを低減でき、スパッタ成膜される金属酸化物層の抵抗率の面内均一性を高めることができる。
【００５２】
図４（Ａ），（Ｂ）は、隔壁２０を備えてない成膜装置（スパッタ装置）を用いて成膜したタンタル酸化物層の基板面内における膜厚［ｎｍ］およびシート抵抗値［Ω／□］の分布特性をそれぞれ示している。シート抵抗値の測定には、４端子法を採用した。この実験例では、膜厚の面内均一性は±４．５％、シート抵抗値の面内均一性は±３０．２％であった。
【００５３】
特に図４（Ｂ）に示すように、基板中央部のシート抵抗値よりも基板周縁部のシート抵抗値の方が高い傾向を示している。これは、成膜室に供給されるプロセスガス中の酸素でターゲットの周縁部がその中央部よりも酸化し易いためであると考えられる。また、基板周縁部のシート抵抗値にもばらつきが認められるが、その理由は、成膜室に等方的にプロセスガスが供給されないためであると考えられる。
【００５４】
一方、図５（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の成膜装置１００を用いて成膜したタンタル酸化物層の基板面内における膜厚［ｎｍ］およびシート抵抗値［Ω／□］の分布特性をそれぞれ示している。シート抵抗値の測定には、４端子法を採用した。この実験例では、膜厚の面内均一性は±４．５％、シート抵抗値の面内均一性は±３．３１％であった。
【００５５】
本実施形態によれば、図５（Ｂ）に示すように膜厚およびシート抵抗値のいずれについても基板面内均一性が高まることが確認された。これは、成膜室１０１へプロセスガスが等方的に供給されるためであると考えられ、さらに、排気室１０２から成膜室１０１へプロセスガスを供給する流路部８２がターゲット４１とは反対側（真空チャンバ１０の底壁部１１側）に設けられていることから、ターゲット４１の局所的な酸化が抑制されるためであると考えられる。
【００５６】
本実施形態において成膜室１０１と排気室１０２との間の差圧は、特に限定されず、各室の容積や成膜時の圧力等に応じて適宜設定可能である。図５（Ａ），（Ｂ）の実験例においては、成膜室１０１の容積が約０．０２７ｍ3、排気室１０２の容積が０．０２１ｍ3であり、成膜時の圧力は、成膜室１０１においては１．０Ｐａ、排気室１０２においては１．５Ｐａとした。プロセスガスの流量は、アルゴンが１００ｓｃｃｍ、酸素が２０ｓｃｃｍとした。
【００５７】
上述のように本実施形態によれば、抵抗率の面内均一性が高い金属酸化物層を基板上に成膜することができるため、高度に抵抗率が制御された金属酸化物層４，５を有する抵抗変化素子１を安定に製造することができる。これにより素子間の抵抗率のばらつきや素子の小型化が可能となり、例えば、フォーミングと呼ばれる素子の初期動作に必要な電圧の増加を抑制することができる。またフォーミング電圧の増加を抑制できるため、素子の破壊やスイッチ動作電圧および消費電力の増加を抑制し、更には、フィラメントと呼ばれる伝導パスの不安定な形成を抑制し、読み出し時の抵抗値のばらつきを防ぐことが可能となる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５９】
例えば以上の実施形態では、プロセスガスに添加される反応性ガスに酸素を用いたが、反応性ガスの種類は目的とする金属化合物層の種類や膜特性に応じて適宜選定可能であり、例えば金属窒化物層を形成する場合には窒素を含むガス（例えばアンモニア）が選択され、金属炭化物層を形成する場合には炭素を含むガス（例えばメタン）が選択可能である。
【００６０】
また以上の実施形態では、成膜室１０１を区画する隔壁２０の形状を円筒形に形成したが、これに限られず、多角筒形状や円錐台形状等、真空チャンバの形状に合わせて適宜変更することが可能である。
【００６１】
また以上の実施形態では、排気室１０２にそれぞれ単一の排気ライン５０およびガス導入ライン６０が設けられたが、これに限られず、排気ライン５０およびガス導入ライン６０は排気室１０２の複数箇所にそれぞれ設けられてもよい。
【００６２】
さらに以上の実施形態では、成膜装置としてスパッタ装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、ＣＶＤ装置や真空蒸着装置など、反応性ガスを含むプロセスガスを用いて真空中で成膜する各種成膜装置および成膜方法にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…抵抗変化素子
４，５…金属酸化物層
１０…真空チャンバ
２０…隔壁
３０…ステージ
４０…ターゲットユニット
５０…排気ライン
６０…ガス導入ライン
７０…コントローラ
８０…ガス流路
８１…通路部
８２…流路部
１００…成膜装置
１０１…成膜室
１０２…排気室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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