(57)【要約】【課題】所望の抵抗率を有する金属酸化物層を備えた抵抗変化素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、第１の電極層の上にペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで第１の金属酸化物層を形成し、前記第１の金属酸化物層の上に二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで第２の金属酸化物層を形成し、前記第２の金属酸化物層の上に第２の電極層を形成する。これにより所望の抵抗率を有する第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを備えた抵抗変化素子を容易に製造することができる。【選択図】図６
2013207130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層の上に、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで第１の金属酸化物層を形成し、
前記第１の金属酸化物層の上に、二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで第２の金属酸化物層を形成し、
前記第２の金属酸化物層の上に第２の電極層を形成する
抵抗変化素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗変化素子の製造方法であって、
前記第１の金属酸化物層は、前記第１のターゲットを希ガスでスパッタすることで形成される
抵抗変化素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の抵抗変化素子の製造方法であって、
前記第１の金属酸化物は、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、Ｌａ（Ｓｒ，Ｍｎ）Ｏ3のいずれかである
抵抗変化素子の製造方法。
【請求項４】
第１の電極層と、
第２の電極層と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成され、第１の抵抗率を有するペロブスカイト構造の第１の金属酸化物層と、
前記第１の金属酸化物層と前記第２の電極との間に形成され、前記第１の抵抗率よりも大きい第２の抵抗率を有する二元系の第２の金属酸化物層と
を具備する抵抗変化素子。
【請求項５】
請求項４に記載の抵抗変化素子であって、
前記第１の抵抗率は、１〜１０6Ωｃｍ以下であり、
前記第２の抵抗率は、１０6Ωｃｍ超である
抵抗変化素子。
【請求項６】
請求項５に記載の抵抗変化素子であって、
前記第１の金属酸化物層は、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、Ｌａ（Ｓｒ，Ｍｎ）Ｏ3のいずれかで形成される
抵抗変化素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性メモリ等として使用される抵抗変化素子及びその製造方法に関する。
【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、電圧によっ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、典型的には金属酸化物層で構成され、例えば、酸化度すなわち抵抗率が異なる２層の金属酸化物層が上下の電極層で挟み込まれた構造が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
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の下でスパッタする、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。例えば下記特許文献１には、金属からなるターゲットをスパッタしつつ酸素の供給量を調整することで、酸素濃度の高い遷移金属酸化物層と酸素濃度の低い遷移金属酸化物層とを順次積層する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
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、酸化ガスの供給量によって金属酸化物層の抵抗率を制御することは容易ではなく、所望の抵抗率を有する金属酸化物層を形成するのは困難であった。さらに、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く、その分布をコントロールするのも困難であった。このため、所望の抵抗率を有する金属酸化物層を精度よく形成することができなかった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所望の抵抗率を有する金属酸化物層を備えた抵抗変化素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、第１の電極層の上に、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで第１の金属酸化物層を形成することを含む。
上記第１の金属酸化物層の上に、二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで第２の金属酸化物層が形成される。
上記第２の金属酸化物層の上に第２の電極層が形成される。
【０００９】
本発明の一形態に係る抵抗変化素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物層と、二元系の第２の金属酸化物層とを具備する。
上記第１の金属酸化物層は、上記第１の電極と上記第２の電極との間に形成され、第１の抵抗率を有する。
上記第２の金属酸化物層は、上記第１の金属酸化物層と上記第２の電極との間に形成され、上記第１の抵抗率よりも大きい第２の抵抗率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の構造を説明する概略断面図である。
【図２】構成の異なる複数の抵抗変化素子各々のスイッチング特性を示す図である。
【図３】反応性スパッタ法により成膜される酸化物の抵抗率の酸素流量依存性を示す図である。
【図４】反応性スパッタ法により成膜された酸化物の抵抗率の面内分布を示す一実験結果である。
【図５】反応性スパッタ法により成膜された酸化物の抵抗率のウェーハ間分布を示す一実験結果である。
【図６】本発明の一実施形態に係るスパッタ法で成膜される酸化物の抵抗率とターゲットの抵抗率との関係を示す一実験結果である。
【図７】本発明の一実施形態に係るスパッタ法で成膜された酸化物の抵抗率の面内分布を示す一実験結果である。
【図８】本発明の一実施形態に係るスパッタ法で成膜された酸化物の抵抗率のウェーハ間分布を示す一実験結果である。
【図９】本発明の一実施形態において使用されるスパッタ装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、第１の電極層の上に、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで第１の金属酸化物層を形成することを含む。
上記第１の金属酸化物層の上に、二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで第２の金属酸化物層が形成される。
上記第２の金属酸化物層の上に第２の電極層が形成される。
【００１２】
ペロブスカイト構造の金属酸化物の抵抗率は、二元系の金属酸化物の抵抗率よりも低く、例えば、ペロブスカイト構造の金属酸化物の抵抗率は１〜１０6Ωｃｍ、二元系の金属酸化物の抵抗率は１０6Ωｃｍ超の抵抗率を有する。したがって、第１の電極と第２の電極との間に、ペロブスカイト構造の金属酸化物で形成された第１の金属酸化物層と二元系の金属酸化物で形成された第２の金属酸化物層とを積層することにより、相互に異なる抵抗率を有する２層の金属酸化物層を備えた抵抗変化素子が構成される。
【００１３】
上記製造方法においては、第１の金属酸化物層は、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで形成され、第２の金属酸化物層は、二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで形成される。スパッタ法によって形成された金属酸化物層は、スパッタされるターゲット材料とほぼ同等の抵抗率を有するため、ターゲット材の抵抗率を調整することで所望の抵抗率を有する金属酸化物層を容易に形成することができる。したがって上記製造方法によれば、所望の抵抗率を有する第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを備えた抵抗変化素子を容易に製造することができる。
【００１４】
ペロブスカイト構造の金属酸化物としては、例えば、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、Ｌａ（Ｓｒ，Ｍｎ）Ｏ3等が挙げられる。一方、二元系金属酸化物としては、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯx）、酸化ハフニウム（ＨｆＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、酸化鉄（ＦｅＯx）、酸化ニッケル（ＮｉＯx）、酸化コバルト（ＣｏＯx）、酸化マンガン（ＭｎＯx）、酸化錫（ＳｎＯx）、酸化亜鉛（ＺｎＯx）、酸化バナジウム（ＶＯx）、酸化タングステン（ＷＯx）、酸化銅（ＣｕＯx）等が挙げられる。
【００１５】
上記製造方法の一実施形態においては、上記第１の金属酸化物層は、上記第１のターゲットを希ガスでスパッタすることで形成される。希ガスとしては、典型的にはアルゴン（Ａｒ）であるが、勿論これに限られず、キセノン（Ｘｅ）等の他の希ガスであってもよい。スパッタガスに希ガス単体を用いることで、第１のターゲットとほぼ同等の抵抗率を有する金属酸化物層を形成することができる。また、酸素等の反応性ガスを使用しないため、基板面内において金属酸化物層の抵抗率を均一化することができる。第２の金属酸化物層についても同様に、第２のターゲットを希ガスでスパッタすることで第２の金属酸化物層を形成することができる。
【００１６】
第１のターゲットと第２のターゲットとは、同一のスパッタ装置に組み込まれてもよいし、別々のスパッタ装置に組み込まれてもよい。スパッタ方式も特に限定されず、例えば高周波（ＲＦ）スパッタ法が適用可能である。スパッタ電力、成膜圧力等も特に限定されず、製品特性に応じて適宜設定可能である。
【００１７】
一方、本発明の一形態に係る抵抗変化素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物層と、二元系の第２の金属酸化物層とを具備する。
上記第１の金属酸化物層は、上記第１の電極と上記第２の電極との間に形成され、第１の抵抗率を有する。
上記第２の金属酸化物層は、上記第１の金属酸化物層と上記第２の電極との間に形成され、上記第１の抵抗率よりも大きい第２の抵抗率を有する。
【００１８】
上記第１の金属酸化物層は、例えば、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物で形成されたターゲットをスパッタすることで形成される。スパッタ法によって形成された金属酸化物層は、スパッタされるターゲット材料とほぼ同等の抵抗率を有するため、ターゲット材の抵抗率を調整することで所望の抵抗率を有する金属酸化物層を容易に形成することができる。
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
［抵抗変化素子の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子を示す概略断面図である。本実施形態の抵抗変化素子１は、基板２と、下部電極層３と、酸化物半導体層４と、上部電極層５とを有する。
【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、ガラス基板等で構成されてもよい。
【００２２】
下部電極層３及び上部電極層５は、いずれも金属膜で構成される。金属膜としては、例えばＰｔ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗなどの遷移金属、あるいはこれらの合金（例えば、ＴａＳｉ、ＷＳｉ、ＴｉＳｉ等のシリコン合金、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ等の窒素化合物、ＴａＣ等の炭素化合物）が挙げられる。
【００２３】
下部電極層３と上部電極層５は、同種の金属膜で構成されてもよいし、異種の金属膜で構成されてもよい。本実施形態では、下部電極層３及び上部電極層５は、いずれもＰｔ膜で構成される。
【００２４】
酸化物半導体層４は、第１の金属酸化物層４１と、第２の金属酸化物層４２とを有する。本実施形態において、第１の金属酸化物層４１は、ペロブスカイト構造の金属酸化物（第１の金属酸化物）で形成され、第２の金属酸化物層４２は、二元系の金属酸化物（第２の金属酸化物）で形成される。第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２の厚みは特に限定されず、例えば、それぞれ０．５〜１０ｎｍ及び５〜１００ｎｍである。
【００２５】
ペロブスカイト構造の金属酸化物としては、例えば、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3、ＬａＡｌＯ3、Ｌａ（Ｓｒ，Ｍｎ）Ｏ3等が挙げられる。一方、二元系の金属酸化物としては、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯx）、酸化ハフニウム（ＨｆＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、酸化鉄（ＦｅＯx）、酸化ニッケル（ＮｉＯx）、酸化コバルト（ＣｏＯx）、酸化マンガン（ＭｎＯx）、酸化錫（ＳｎＯx）、酸化亜鉛（ＺｎＯx）、酸化バナジウム（ＶＯx）、酸化タングステン（ＷＯx）、酸化銅（ＣｕＯx）等が挙げられる。本実施形態では、第１の金属酸化物層４１は、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3で形成され、第２の金属酸化物層４２は、酸化タンタル（ＴａＯx）で形成される。
【００２６】
ペロブスカイト構造の金属酸化物の抵抗率は、二元系の金属酸化物の抵抗率よりも低く、例えば、ペロブスカイト構造の金属酸化物の抵抗率は１〜１０6Ωｃｍ、二元系の金属酸化物の抵抗率は１０6Ωｃｍ超の抵抗率を有する。したがって、下部電極層３と上部電極層５との間に、ペロブスカイト構造の金属酸化物で形成された第１の金属酸化物層４１と二元系の金属酸化物で形成された第２の金属酸化物層４２とを積層することにより、抵抗率が相互に異なる２層の金属酸化物層を備えた酸化物半導体層４が得られる。
【００２７】
ここで、酸化物半導体層を構成する２層の金属酸化物層の抵抗率を異ならせる方法として、各々の酸化物半導体層の酸化度を異ならせる方法が知られている。典型的には、一方の金属酸化物層は、化学量論組成に近い高抵抗層で構成され、他方の金属酸化物層は、酸素欠損を多く含む低抵抗層で構成される。抵抗変化素子は、高抵抗層中の酸素が低抵抗層中に拡散し、高抵抗層が低抵抗化することで、メモリスイッチング動作が実現される。
【００２８】
例えば図２（Ａ）に示すように、上記酸化物半導体層が所定厚み（例えば１５ｎｍ）を超える高抵抗層からなる単層構造では、素子は高電圧での動作で不可逆なダメージを受け、スイッチングしない。次に、図２（Ｂ）に示すように当該高抵抗層を所定厚み以下で成膜した素子では、スイッチングはするがダメージが完全に減らず、動作時に大きい電流を流す。これらに対して図２（Ｃ）のように、所定厚み以下の高抵抗層の上に低抵抗層が積層された二層構造の酸化物半導体層を有する抵抗変化素子においては、低電圧かつ低電流のスイッチングが可能となる。良好なスイッチング特性を得るには、酸化物半導体層の酸素量のコントロールが極めて重要なことが分かる。
【００２９】
金属酸化物層の成膜方法としては、メタルターゲットをＡｒ（アルゴン）と酸素との混合ガスでスパッタする反応性スパッタリングが一般的である。この場合、成膜される金属酸化物材料の酸化度は、スパッタチャンバ内に導入される酸素の流量で制御される。その酸化物の抵抗率は、図３に示すような酸素流量依存性を示す。１０6（1.E+06）Ωｃｍを超える領域は上記高抵抗層に相当し、１Ωｃｍ以上１０6Ωｃｍ以下の領域は上記低抵抗層に相当する。１Ωｃｍ以上で、抵抗率は酸素流量と共に急激に増加することがわかる。
【００３０】
またターゲット表面の酸化やシールド（防着板）表面に付着した膜による酸素のゲッタ効果によりチャンバ内における酸素濃度に分布が生じるため、これが原因でウェーハ面内やウェーハ間で均一な抵抗率を有する金属酸化物層を形成することは、実際には非常に困難である。例えば図４及び図５に、酸素との反応性スパッタリングによって成膜された金属酸化物の抵抗率分布を示す。図４はウェーハ面内の抵抗率分布を、図５はウェーハ間の抵抗率分布をそれぞれ示している。図４に示すようにウェーハ中央部と周縁部との間において抵抗率に差が生じている理由は、処理室内において酸素濃度を均一化することができないことによる。また図５に示すように、ウェーハの処理枚数の増加に伴って抵抗率が上昇し所定枚数で抵抗率が律速する。その理由は、処理枚数が多くなるに伴い、防着板やターゲットに吸着される酸素量が減少し、スパッタ粒子との反応に寄与する酸素が相対的に多くなるためである。
【００３１】
そこで本実施形態では、酸化ガスを用いずにターゲット中の酸素量をコントロールしたセラミックターゲットをＡｒでスパッタすることで、金属酸化物層の抵抗率を制御するようにしている。すなわち本実施形態では、第１の金属酸化物層４１は、ペロブスカイト構造の第１の金属酸化物で形成された第１のターゲットをスパッタすることで形成され、第２の金属酸化物層４２は、二元系の第２の金属酸化物で形成された第２のターゲットをスパッタすることで形成される。
【００３２】
図６は、金属酸化物ターゲットの抵抗率と、当該ターゲットをスパッタすることで成膜された金属酸化物層（スパッタ膜）の抵抗率との関係を示している。図６に示すようにターゲットの抵抗率はほぼ膜に反映されることから、所定のターゲットを選択することで、あるいは、ターゲットの抵抗率を調整することで、成膜される酸化物層の抵抗率をコントロールすることができる。第１のターゲットＴ１及び第２のターゲットＴ２は、典型的には、焼結法で作製されたセラミックターゲットで構成されるが、溶湯を鋳造したインゴットターゲットで構成されてもよい。
【００３３】
また図６に示すように、ターゲットとしてＡｌ2Ｏ3やＨｆＯ2などの二元系金属酸化物材料を使用することで、１０6Ωｃｍ超の抵抗率を有する金属酸化物層を成膜でき、ターゲットとしてＰｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3やＬａＡｌＯ3などのペロブスカイト系酸化物材料を使用することで、１０6Ωｃｍ以下の抵抗率を有する金属酸化物層を成膜できることがわかる。
【００３４】
以上のように、スパッタ法によって形成された金属酸化物層は、スパッタされるターゲット材料とほぼ同等の抵抗率を有するため、ターゲット材の抵抗率を調整することで所望の抵抗率を有する金属酸化物層を容易かつ安定に形成することができる。
【００３５】
また、ターゲットのスパッタに際して酸素等の酸化性ガスが不要となるため、ウェーハ面内及びウェーハ間において金属酸化物層の抵抗率の均一化を図ることができる。例えば図７に金属酸化物層４１の抵抗率の面内分布を、図８に金属酸化物層４１のウェーハ間の面内分布をそれぞれ示す。図７及び図８に示すように、ウェーハ面内の抵抗率分布は±３．０％に、ウェーハ間における抵抗率分布は±２．０％に改善された。
【００３６】
［抵抗変化素子の製造装置］
図９は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の製造装置を示す概略断面図である。本実施形態において上記製造装置は、スパッタ装置で構成される。
【００３７】
スパッタ装置１０は、真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１は内部に処理室Ｃを画成しており、図示しない真空排気手段を介して処理室Ｃを所定の真空度（例えば、１×１０−４Ｐａ未満）にまで減圧可能とされている。また、処理室Ｃの内部にＡｒガスを導入するためのガス導入配管１９が真空チャンバ１１に設けられている。
【００３８】
処理室Ｃには基板支持台１４が設置されている。基板支持台１４の内部には静電チャック用電極１４１が適宜配置されている。これにより、ウェーハＷを基板支持台１４の表面に密着させることができる。基板支持台１４は、台座１５の上に設置される。台座１５は、その下面中心部に回転軸１５Ｌが取り付けられており、モータ等の駆動源（図示せず）を介して回転可能に構成されている。これにより、ウェーハW（基板２に相当）をその中心のまわりに自転させる基板回転機構が構成されている。回転軸１５Ｌは、軸受機構や磁性流体シール等のシール機構１５１を介して真空チャンバ１１に取り付けられている。また、基板支持台１４の周囲には防着板１７が設置されており、スパッタされたスパッタ粒子の真空チャンバ１１内壁への付着を抑制する。
【００３９】
処理室Ｃには更に、第１のスパッタカソード１２Ａと、第２のスパッタカソード１２Ｂとが設置されている。第１のスパッタカソード１２Ａ及び第２のスパッタカソード１２Ｂは、スパッタ粒子がウェーハＷの法線方向に対して斜め方向から入射するように、各々所定角度傾斜して真空チャンバ１１の上部に取り付けられている。第１のスパッタカソード１２Ａ及び第２のスパッタカソード１２Ｂには、第１のターゲットＴ１及び第２のターゲットＴ２がそれぞれ設置されている。また図示を省略するが、スパッタカソード１２Ａ，１２Ｂには、ターゲットＴ１，Ｔ２を冷却可能に支持するバッキングプレートや、ターゲットＴ１，Ｔ２の表面に磁場を形成する磁気回路等が設置されている。
【００４０】
第１のターゲットＴ１は、第１の金属酸化物層４１を成膜するためのターゲット材料であり、本実施形態ではペロブスカイト構造の金属酸化物（例えば、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ3）で形成される。一方、第２のターゲットＴ２は、第２の金属酸化物層４２を成膜するためのターゲット材料であり、本実施形態では二元系金属酸化物（例えば、ＴａＯx）で形成される。第１のターゲットＴ１及び第２のターゲットＴ２は、真空チャンバ１１外部に設置されたＲＦ電源１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ接続される。ＲＦ電源１８Ａ，１８Ｂは、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力５００Ｗである。
【００４１】
スパッタ装置１０は、下部電極層３及び上部電極層５を成膜するための第３のスパッタカソードをさらに備えていてもよい。第３のスパッタカソードは、下部電極層３及び上部電極層５と同種の金属材料（例えば、Ｐｔ）で形成された第３のターゲットを有する。上記第３のターゲットは、例えばＤＣ電源の負極に接続される。
【００４２】
スパッタ装置１０は、シャッタ機構１６を備える。シャッタ機構１６は、例えば、複数枚の遮蔽板１６１と、これら遮蔽板１６１を個々に回転させる回動軸１６２とを有する。各遮蔽板１６１は、例えば、全てのスパッタカソードを覆うことができる大きさの傘状の金属板からなり、各スパッタカソードの対応部位に予め開口が形成されている。そして、回動軸１６２を駆動させて１６１の回転位置を適宜調整することにより、開口させる任意の1つ又は2つ以上のスパッタターゲットを選択できるようにする。なお、遮蔽板１６１の数は図示の例に限られない。
【００４３】
スパッタ装置１０は、コントローラ１３（制御ユニット）をさらに備える。コントローラ１３は、典型的にはコンピュータで構成されており、スパッタ装置１０の全体の動作、すなわち上記真空排気手段、ガス流量、静電チャック用電極１４１、ＲＦ電源１８Ａ，１８Ｂ、シャッタ機構１６の動作等を制御する。
【００４４】
［抵抗変化素子の製造方法］
次に、本実施形態の抵抗変化素子１の製造方法を説明する。
【００４５】
まず、基板２の上に、下部電極層３が形成される。下部電極層３の形成方法としては、例えば蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法等の各種成膜法が採用される。下部電極層３は、図９に示したスパッタ装置１０を用いて成膜されてもよい。この場合、上記第３のターゲットをスパッタすることで下部電極層３が成膜される。下部電極層３の厚みは特に限定されず、例えば５０ｎｍである。
【００４６】
次に、下部電極層３の上に、第１の金属酸化物層４１が形成される。第１の金属酸化物層４１は、図９に示したスパッタ装置１０によって成膜される。この場合、第１のターゲットＴ１に所定のＲＦ電力を印加することで処理室Ｃに導入されたＡｒのプラズマを形成し、当該プラズマ中のイオンで第１のターゲットＴ１をスパッタすることで、第１の金属酸化物層４１が成膜される。このときの処理室Ｃの圧力は、例えば０．０１〜５Ｐａとされる。
【００４７】
続いて、第１の金属酸化物層４１の上に、第２の金属酸化物層４２が形成される。第２の金属酸化物層４２は、図９に示したスパッタ装置１０によって成膜される。この場合、第２のターゲットＴ２に所定のＲＦ電力を印加することで、処理室Ｃに導入されたＡｒのプラズマを形成し、当該プラズマ中のイオンで第２のターゲットＴ２をスパッタすることで、第２の金属酸化物層４２が成膜される。このときの処理室Ｃの圧力は、例えば０．０１〜５Ｐａとされる。
【００４８】
以上のようにして酸化物半導体層４が形成される。次に、第２の金属酸化物層４２の上に、上部電極層５が形成される。上部電極層５は、下部電極層３と同様の方法で成膜される。上部電極層５の厚みは特に限定されず、例えば５０ｎｍである。
【００４９】
その後、必要に応じて各層がパターニングされる。パターニングには、リソグラフィ及びドライエッチング技術が用いられてもよいし、リソグラフィ及びウェットエッチング技術が用いられてもよいし、レジストマスクを用いて各層の成膜が行われてもよい。
【００５０】
以上のように本実施形態の抵抗変化素子の製造方法によれば、予め抵抗率が調整されたターゲットをスパッタすることで目的とする抵抗率を有する金属酸化膜を形成するようにしているので、所望の抵抗率を有する第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを備えた抵抗変化素子を容易に製造することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、低抵抗層としての第１の金属酸化物層４１の成膜にペロブスカイト構造の金属酸化物ターゲットを、高抵抗層としての第２の金属酸化物層４２の成膜に二元系金属酸化物ターゲットをそれぞれ使用するため、ターゲットの組成を選択するだけで目的とする抵抗率を有する金属酸化物層を安定に成膜することができる。
【００５２】
さらに本実施形態によれば、金属酸化物層４１，４２の成膜に際して、酸素等の酸化ガスを用いた反応性スパッタを採用していないため、ウェーハ面内及びウェーハ間において抵抗率の均一性を維持することができる。これにより、ウェーハ面内及びウェーハ間の抵抗率のバラツキに起因する素子のスイッチング動作不良、動作電流のバラツキを阻止し、初期の動作特性を有する抵抗変化阻止を安定に製造することが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば以上の実施形態では、下部電極層３の上に第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２を順に積層したが、これに代えて、下部電極層３の上に第２の金属酸化物層４２及び第１の金属酸化物層４１を順に積層してもよい。
【００５５】
また以上の実施形態では、第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２の成膜に際して、それぞれ単一のターゲットＴ１，Ｔ２をスパッタしたが、これに限られない。例えば同種又は異種の複数の酸化物ターゲットを同時にスパッタすることで、各々の金属酸化物層を成膜するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…抵抗変化素子
２…基板
３…下部電極層
４…酸化物半導体層
５…上部電極層
１０…スパッタ装置
１２Ａ…第１のスパッタカソード
１２Ｂ…第２のスパッタカソード
４１…第１の金属酸化物層
４２…第２の金属酸化物層
Ｔ１…第１のターゲット
Ｔ２…第２のターゲット
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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