(57)【要約】【課題】    ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるためのバッファ層の形成方法を提供する。【解決手段】  ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるためのバッファ層の形成方法は、基板を準備する準備工程と、前記基板上に下部電極を堆積させる下部電極堆積工程と、前記下部電極上に複数の原子価を有する遷移金属の薄膜を堆積させる遷移金属膜堆積工程と、前記遷移金属膜上に金属酸化物の膜を堆積させる金属酸化膜堆積工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を堆積させる上部電極堆積工程と、前記基板と前記基板上に形成される前記複数の膜をアニールするアニール工程と、前記ＲＲＡＭを完成させるＲＲＡＭ形成工程とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるためのバッファ層の形成方法であって、
基板を準備する準備工程と、
前記基板上に下部電極を堆積させる下部電極堆積工程と、
前記下部電極上に複数の原子価を有する遷移金属の薄膜を堆積させる遷移金属膜堆積工程と、
前記遷移金属膜上に金属酸化物の膜を堆積させる金属酸化膜堆積工程と、
前記金属酸化膜上に上部電極を堆積させる上部電極堆積工程と、
前記基板と前記基板上に形成される前記複数の膜をアニールするアニール工程と、
前記ＲＲＡＭを完成させるＲＲＡＭ形成工程と、
を有することを特徴とするバッファ層形成方法。
【請求項２】
前記遷移金属膜堆積工程において、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、及び、コバルトから成る遷移金属のグループから選択される遷移金属の薄膜が、約２ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚で堆積されることを特徴とする請求項１に記載のバッファ層形成方法。
【請求項３】
前記金属酸化膜堆積工程において、ＰＣＭＯ、及び、ＰＬＣＭＯから成る金属酸化物のグループから選択される金属酸化物の膜が、約８０ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で堆積されることを特徴とする請求項１に記載のバッファ層形成方法。
【請求項４】
前記アニール工程において、アニールが約４００℃〜６５０℃の温度の空気中で、約２分〜３０分間行われることを特徴とする請求項１に記載のバッファ層形成方法。
【請求項５】
前記ＲＲＡＭ形成工程において、前記基板、電極、金属酸化膜を封止し、当該構造に対し金属処理することを特徴とする請求項１に記載のバッファ層形成方法。
【請求項６】
ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるためのバッファ層の形成方法であって、
基板を準備する準備工程と、
前記基板上に下部電極を堆積させる下部電極堆積工程と、
前記下部電極上に、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、及び、コバルトから成る遷移金属のグループから選択される複数の原子価を有する遷移金属の薄膜を、約２ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚で堆積させる遷移金属膜堆積工程と、
前記遷移金属膜上に金属酸化物の膜を堆積させる金属酸化膜堆積工程と、
前記金属酸化膜上に上部電極を堆積させる上部電極堆積工程と、
前記基板と前記基板上に形成される前記複数の膜をアニールして、酸欠層を形成するアニール工程と、
前記ＲＲＡＭを完成させるＲＲＡＭ形成工程と、
を有することを特徴とするバッファ層形成方法。
【請求項７】
前記金属酸化膜堆積工程において、ＰＣＭＯ、及び、ＰＬＣＭＯから成る金属酸化物のグループから選択される金属酸化物の膜が、約８０ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で堆積されることを特徴とする請求項６に記載のバッファ層形成方法。
【請求項８】
前記アニール工程において、アニールが約４００℃〜６５０℃の温度の空気中で、約２分〜３０分間行われることを特徴とする請求項６に記載のバッファ層形成方法。
【請求項９】
前記ＲＲＡＭ形成工程において、前記基板、電極、金属酸化膜を封止し、当該構造に対し金属処理することを特徴とする請求項６に記載のバッファ層形成方法。
【請求項１０】
ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるバッファ層の形成方法であって、
基板を準備する準備工程と、
前記基板上に下部電極を堆積させる下部電極堆積工程と、
前記下部電極上に、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、及び、コバルトから成る遷移金属のグループから選択される複数の原子価を有する遷移金属の薄膜を、約２ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚で堆積させる遷移金属膜堆積工程と、
前記遷移金属膜上に金属酸化物の膜を堆積させる金属酸化膜堆積工程と、
前記金属酸化膜上に上部電極を堆積させる上部電極堆積工程と、
前記基板と前記基板上に形成される前記複数の膜を、約４００℃〜６５０℃の温度の空気中で、約２分〜３０分間アニールして、前記遷移金属を遷移金属酸化物に酸化させて、薄い酸欠層を形成するアニール工程と、
前記ＲＲＡＭを完成させるＲＲＡＭ形成工程と、
を有することを特徴とするバッファ層形成方法。
【請求項１１】
前記金属酸化膜堆積工程において、ＰＣＭＯ、及び、ＰＬＣＭＯから成る金属酸化物のグループから選択される金属酸化物の膜が、約８０ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で堆積されることを特徴とする請求項１０に記載のバッファ層形成方法。
【請求項１２】
前記ＲＲＡＭ形成工程において、前記基板、電極、金属酸化膜を封止し、当該構造に対し金属処理することを特徴とする請求項１０に記載のバッファ層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遷移金属を用いた、ＲＲＡＭ金属酸化薄膜をその上に堆積させるための薄いバッファ層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、及びコバルトといった遷移金属は、複数の原子価を持つことが知られている。こうした遷移金属は、加熱すると空気中あるいは酸化物の酸素と結びつき、容易に酸化する。電気パルスを印加すると可逆性抵抗変化を示すＰｒ０．３Ｃａ０．７ＭｎＯ３（ＰＣＭＯ）といった金属酸化薄膜が、エピタキシャルＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（ＹＢＣＯ）上、及び、部分的にエピタキシャルの白金基板上の両方で、パルスレーザーアブレーション法（ＰＬＡ）により形成されることが、下記の非特許文献１及び特許文献１にて開示されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，２０４，１３９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８４９，８９１号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１０／８３１，６７７号明細書
【非特許文献１】Ｌｉｕ他、「ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｐｕｌｓｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｇｉｓｔｉｖｅ  ｆｉｌｍｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．７６、ｎｕｍｂｅｒ  １９、ｐｐ．２７４９、２０００年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、金属酸化物であるＲＲＡＭのスイッチング特性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ＲＲＡＭ薄膜を堆積させるためのバッファ層の形成方法は、基板を準備する準備工程と、前記基板上に下部電極を堆積させる下部電極堆積工程と、前記下部電極上に複数の原子価を有する遷移金属の薄膜を堆積させる遷移金属膜堆積工程と、前記遷移金属膜上に金属酸化物の膜を堆積させる金属酸化膜堆積工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を堆積させる上部電極堆積工程と、前記基板と前記基板上に形成される前記複数の膜をアニールするアニール工程と、前記ＲＲＡＭを完成させるＲＲＡＭ形成工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
課題を解決するための手段の欄で示した記載によって、本発明の特徴の可及的速やかな理解が提供される。更に、本発明の十分な理解は、下記に詳述された図面と発明を実施するための最良の形態を参照することによって得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ＲＲＡＭ金属酸化薄膜の酸欠特性を考慮して、例えば１０ｎｍ未満といった臨界的な薄さの、コバルト、クロム等の遷移金属から成るバッファ層を、電極とＲＲＡＭ薄膜の間に配置する。ポストアニール工程の間に遷移金属は酸化し、遷移金属酸化物が形成される。選択された遷移金属が複数の原子価を持つため、結果として生じる遷移金属酸化物によって、強い酸欠特性を持つＲＲＡＭ金属酸化物の界面層の形成が容易になるとともに、スイッチング特性を高めることができる。特許文献２及び３は夫々、様々なＲＲＡＭ電極とＲＲＡＭ金属酸化物のスイッチング特性を開示している。
【０００８】
Ｐｒ０．３Ｃａ０．７ＭｎＯ３（ＰＣＭＯ）薄膜は、上記非特許文献１にもあるように、可逆性抵抗変化を有することが分かっている。電気パルスをナノ秒の持続時間で、例えば５Ｖの電気振幅、１００ｎ秒の持続時間で印加することによって、抵抗が高抵抗状態になる。抵抗を低抵抗状態にリセットするには、電気パルスをマイクロ秒の持続時間で、例えば、３Ｖの振幅、１０μ秒のパルス幅で印加する。この抵抗スイッチング特性により、ＰＣＭＯ薄膜は不揮発性メモリへの利用に適している。
【０００９】
白金は、ＰＣＭＯ薄膜を集積化する際に用いられる一般的な電極材料である。特許文献２では、ＲＲＡＭ装置で電極として用いられる遷移金属、及び、金属窒化物を挙げている。特許文献２で明らかにされた遷移金属に加えて、最近、電極とＲＲＡＭ薄膜の間に遷移金属から成るバッファ層を配置することでＲＲＡＭの電気特性に好ましい作用が生じることが判明した。
【００１０】
本発明の方法は、図１の矢符１０で示すように、基板の準備工程（工程１２）から始まる。基板は、単結晶のシリコン、もしくは二酸化シリコンである。次に、工程１４で下部電極が堆積される。下部電極は、白金あるいは、他の貴金属から成り、約５０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚で堆積される。次に工程１６にて、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト等の原子価を複数持つ遷移金属膜が、約２ｎｍ〜１０ｎｍの臨界的な膜厚で、電子ビーム蒸着によって堆積される。ここで、遷移金属膜に関して用いられている「薄」という表現は、約２ｎｍ〜１０ｎｍの間の膜厚を意味している。次に工程１８にて、ＰＣＭＯといった金属酸化膜が、約８０ｎｍ〜８００ｎｍの膜厚で堆積される。工程２０では、白金あるいは他の貴金属から成る上部電極が、約５０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚で、前記金属酸化膜上に堆積される。工程２２で、工程２０までに形成された構造が約４００℃〜６５０℃の温度の空気中で、約２分〜３０分間アニールされる。最後に工程２４で、前記基板、電極、金属酸化膜を封止し、当該構造に対して金属配線を施すことによって、ＲＲＡＭが形成される。ポストアニール工程の間に遷移金属は酸化し、遷移金属酸化物が形成される。選択された遷移金属が複数の原子価を持つため、結果として生じる遷移金属酸化物によって、強い酸欠特性を持つＲＲＡＭ金属酸化物の界面層の形成が容易になるとともに、スイッチング特性を高めることができる。
【００１１】
本発明方法に係るＲＲＡＭ製造における第１の実施例では、コバルトを遷移金属バッファ層として用いる。コバルト金属バッファ層は電子ビーム蒸着によって白金族電極上に堆積される。コバルトバッファ層の膜厚は約８ｎｍである。次に、ＰＣＭＯのＲＲＡＭ薄膜がスピンコーティングされ、約２００ｎｍの膜厚で成膜される。白金の上部電極が堆積された後、装置は約５２５℃の温度の空気中で、約２０分間ポストアニール処理される。図２に示すように、電気特性の測定値から薄膜のスイッチング特性が分かる。５Ｖの電気振幅、約１００ｎ秒の持続時間の短いパルスを印加して生じる高抵抗状態は、約１００ｋΩであり、３Ｖの電気振幅、１０μ秒の持続時間のパルスを印加して高抵抗状態からリセットされた低抵抗状態は１０ｋΩ程度である。
【００１２】
バッファ層を備えた他の実施例として、Ｐｒ０．３５Ｌａ０．３５Ｃａ０．３ＭｎＯ３（ＰＬＣＭＯ）をコバルトバッファ層を有する白金電極基板上でスピンコーティングする。約５２５℃の温度の空気中で、約２０分間ポストアニール処理された後、電気特性の測定値は、図３に示すような薄膜スイッチング特性を表す。この場合、５Ｖの電気振幅、約５０ｎ秒の持続時間のパルスを印加して生じる高抵抗状態は、約１５ｋΩであり、３Ｖの電気振幅、約５μ秒の持続時間のパルスを印加して高抵抗状態からリセットされた低抵抗状態は６ｋΩ程度である。
【００１３】
本発明を実施する上での最良の形態の全ての工程は、図及び本明細書に示したとおりである。新たに工程が追加されることはなく、ここに記載した様々な膜が順番に形成、堆積される間に新たな工程や膜が追加されることはない。
【００１４】
上記何れの実施例においても、スイッチング特性が観察される。ポストアニール処理の後、薄いコバルトバッファ層は酸化してコバルト金属酸化物となる。薄い酸欠層を形成するポストアニール処理の間に、Ｃｏ２＋あるいはＣｏ３＋といった複数の酸化状態のコバルトが形成されることによってコバルト金属酸化物のバッファ効果が得られ、同時にスイッチング特性を高めることができる。
【００１５】
以上、ＲＲＡＭ薄膜堆積のためのバッファ層の形成方法につき詳細に説明したが、本発明方法は、特許請求の範囲で示される本発明の技術的範囲内において適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法のブロック図
【図２】コバルトバッファ層を備えた白金基板上のＰＣＭＯ薄膜のスイッチング特性を表す図
【図３】５Ｖで５０ｎ秒の書き込みパラメータと３Ｖで５μ秒のリセットパラメータを有するスイッチング特性を表す図
【符号の説明】
【００１７】
１０：  本発明に係るバッファ膜形成方法の処理手順全体
【図１】
2007067385.tif 000003
【図２】
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【図３】
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