(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ記憶媒体を製造する方法であって、
基板上に相変化層を形成するステップと、
前記相変化層の上に第1のキャップ層を形成するステップと、
前記相変化層を第１の相から第２の相へ変化させるステップと、
前記第1のキャップ層を除去するステップと、
前記相変化層の上に第2のキャップ層を形成するステップと
からなる方法。
【請求項２】
前記相変化層を形成するステップは、熱蒸着、電子ビーム蒸着、元素同時蒸着および高周波（ＲＦ）スパッタリングのうちの、少なくとも１つを実施することを含む、請求項１の方法。
【請求項３】
前記相変化層を形成するステップは、厚さ１０００オングストローム〜３０００オングストロームの前記相変化層を形成することを含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第1のキャップ層を形成するステップは、厚さ１０００オングストローム〜１５００オングストロームの前記第1のキャップ層を形成することを含む、請求項１の方法。
【請求項５】
前記第1のキャップ層を形成するステップは、シリカ（ＳｉＯ2）、ほうけい酸ガラス（ＢＳＧ）、りんガラス（ＰＳＧ）、および、ほうけい酸りんガラス（ＢＰＳＧ）のうちの少なくとも１つを含むように前記第1のキャップ層を形成することを含む、請求項１の方法。
【請求項６】
前記第1のキャップ層を形成するステップは、ＲＦスパッタリングおよび電子ビーム蒸着のうちの少なくとも一方を実施することを含む、請求項１の方法。
【請求項７】
前記除去するステップは、前記第1のキャップ層を選択的にエッチングすることを含む、請求項１の方法。
【請求項８】
前記除去するステップは、選択的ウェットエッチングおよび選択的蒸気エッチングのうちの少なくとも一方を含む、請求項１の方法。
【請求項９】
前記第2のキャップ層を形成するステップは、ＲＦスパッタリングおよび原子層堆積（ＡＬＤ）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記第2のキャップ層を形成するステップは、厚さ３ナノメートル〜７ナノメートルの前記薄いキャップ層を形成することを含む、請求項１の方法。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に配置された相変化層と、
前記相変化層の上に配置されたキャップ層とからなり、
前記相変化層の第１の表面が前記キャップ層の極めて近くに配置され、前記相変化層の第１の表面の自乗平均平方根表面粗さ（ＲＭＳ）が２ナノメートル未満である、データ記憶媒体。
【請求項１２】
前記相変化層は結晶性領域を含む、請求項１１のデータ記憶媒体。
【請求項１３】
前記相変化層はナノメートルスケールのデータビットを含む、請求項１２のデータ記憶媒体。
【請求項１４】
前記相変化層は、厚さ１０００オングストローム〜３０００オングストロームの層を含む、請求項１２のデータ記憶媒体。
【請求項１５】
前記キャップ層は、厚さ３ナノメートル〜７ナノメートルの層を含む、請求項１２のデータ記憶媒体。
【請求項１６】
前記キャップ層は、アルミニウムまたはホウ素を含む、請求項１２のデータ記憶媒体。
【請求項１７】
前記キャップ層は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および窒化ホウ素のうちの少なくとも一方を含む、請求項１７のデータ記憶媒体。
【請求項１８】
前記第１の表面の自乗平均平方根表面粗さが０．４ナノメートル未満である、請求項１２のデータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、データ記憶媒体およびデータ記憶媒体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、関連技術による超高密度データ記憶素子１０を示している。データ記憶装置１０は、記憶媒体２０およびその記憶媒体２０の片面に近接して配置されたチップウェーハ３０からなる。記憶媒体２０は、ナノメートルスケールの大きさのデータビット４０を含み、これらは、チップウェーハ３０の表面に配置されたその記憶媒体２０に最も近い放出器５０によって、書き込みおよび読み出しされる。書き込みおよび読み出しの動作を以下に説明する。
【０００３】
放出器５０は、ナノメートルスケールのスポットに収束する電子ビームをデータビット４０に照射する。電子ビームが十分に高いエネルギーを有する場合には、電子ビームを照射されたデータビット４０に相変化（例えば、結晶状態と非晶質状態との間の相変化）が生じる。記憶媒体２０への書き込みは、このような相変化を生じさせることによってなされる。
【０００４】
図１に示すデータ記憶装置１０において、記憶媒体２０内には、複数のナノメートルスケールのデータビット４０が含まれる。これらのデータビット４０は、上記のように何らかの放出器５０によって既に書き込まれている場合、数「１」を表すデータビット４０であるとみなされる。一方、まだ書き込みが行われていないデータビット４０は、数「０」を表すデータビット４０であるとみなされる。
【０００５】
データビット４０が「１」を表すか「０」を表すかは、書き込み動作に用いられるビームよりも低いエネルギーのビームを目標のデータビット４０に照射し、そのビームとデータビット４０との相互作用を監視することによって判定することができる。かかるステップの実行は、記憶媒体２０からの「読み出し」として知られている。
【０００６】
読み出し動作の例には、電子ビームを照射されるデータビット４０が相変化を引き起こさないくらいの低エネルギーの電子ビームを記憶媒体２０のデータビット４０に照射することが含まれる。また、この例示的な読み出し動作には、低エネルギーで照射する電子がデータビット４０と如何に相互作用するかを監視することも含まれる。低エネルギー電子ビームが結晶状態のデータビット４０に照射されると、非晶質状態のデータビット４０に照射されるときとは異なる数の電子−正孔対が生成される。それゆえ、生成された電子−正孔対の数を監視することによって、データビット４０が「１」を表すか「０」を表すかを判定することが可能になる。
【０００７】
図２は、図１に示すデータ記憶装置１０に用いられる関連技術の記憶媒体２０の拡大図を示す。図２によると、記憶媒体２０は、基板６０および基板６０の片面に形成された結晶性相変化層７０からなる。図には示していないが、前述のデータビット４０は、結晶性相変化層７０に対して書き込みおよび読み出しされる。
【０００８】
図２は、基板６０から最も遠い結晶性相変化層７０の表面が、大きな表面粗さを有することを示している。典型的には、表面粗さは、４．０ｎｍ二乗平均平方根値（ＲＭＳ）より大きい。欠点の中でも、特にこの表面粗さの大きさは、一定の大きさのデータビット４０を形成することを困難にし、それゆえ、データ記憶装置１０の分解能を制限する。
【０００９】
図２に示す結晶性相変化層７０を形成する関連技術の方法によれば、高温堆積法が用いられる。しかしながら、高温条件下（たとえば、約３００℃）では、基板６０上に形成される結晶性相変化層７０が図２に示す比較的粗い表面を有し、超高密度記憶装置１０にとって好ましくない粒状の表面形状になる場合がある。
【００１０】
表面粗さは、少なくとも、データビット４０の形状を変化させ記憶媒体２０から読み出しを行う際に信号雑音を生じさせる場合があるという理由から、好ましくない。さらに、関連技術による結晶性相変化層７０の高温堆積は、記憶媒体２０に通常用いられるセレンおよびテルル（Ｓｅ、Ｔｅ）などの揮発性ＶＩ族元素の損失を引き起こす場合がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、原子レベルで滑らかな相変化層表面を有し、データ記憶素子の分解能を制限することのないデータ記憶媒体と、そのデータ記憶媒体を製造する方法とを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
一実施形態によれば、データ記憶媒体を製造する方法は、相変化層を基板上に形成することと、厚いキャップ層を相変化層上に形成することと、相変化層を第１の相から第２の相へ変化させることと、厚いキャップ層を除去することと、薄いキャップ層を相変化層上に形成することとを含む。
【００１３】
別の実施形態によれば、データ記憶媒体は、基板と、基板上に配置された相変化層と、相変化層上に配置された薄いキャップ層とを含み、相変化層の第１の表面は薄いキャップ層の最も近くに配置され、相変化層の第１の表面は２ｎｍ未満の二乗平均平方根（ｒｍｓ）表面粗さを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、特定の添付の図面を参照しながら、実施例によって説明される。
【００１５】
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態による滑らかな表面の記憶媒体２０を形成する方法を示している。図３Ｅに示す記憶媒体２０は、原子レベルで滑らかな表面を含み、相変化材料に一般に用いられる揮発性ＶＩ族元素の損失を受けにくい。
【００１６】
図３Ａによれば、非晶質相変化層８０が、室温で基板６０上に堆積される。非晶質相変化層８０は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、元素同時蒸着および／または高周波（ＲＦ）スパッタリングによって堆積させることができる。また、非晶質相変化層８０は、原子レベルで滑らかな表面を形成する任意の他の方法によって堆積させることもできる。
【００１７】
非晶質相変化層８０は、上記のナノメートルスケールのデータビット４０を保持することができる任意の材料を含むことができる。これらのデータビット４０は、先に説明した放出器５０からの電子ビームによって、記憶媒体２０に対して書き込みおよび読み出しされる。
【００１８】
基板６０は、ほとんどいかなる材料からも形成することができる。しかしながら、本発明のある実施形態によれば、好ましい材料には、原子レベルで滑らかな層として堆積させることができる材料、および／または、半導体微細処理を容易に行うことができる材料が含まれる。特定の実施形態によると、基板６０には、以下で説明する化学的エッチングに耐性のある材料が選択される。
【００１９】
通常、非晶質相変化層８０は、約１０００〜３０００オングストロームの厚さの層として堆積される。非晶質相変化層８０は、約１０００〜１５００オングストロームの厚さであることが好ましい（本発明の好ましい実施形態に関連して説明される層の厚さは、おおよその値であり、上記の厚さの１０％以内にある任意の厚さ、その他適当な厚さも、本発明の範囲内にある）。非晶質相変化層８０の厚さの制限は、その中に形成されるデータビット４０が読み出し可能であるくらい厚くしなければならないことだけであり、非晶質相変化層８０は、堆積中あるいは堆積後に内部の応力によって亀裂が生じるほど厚くしてはならない。
【００２０】
図３Ｂは、本発明の一実施形態による製造方法の別のステップを示しており、厚いキャップ層９０が、基板６０から最も遠い非晶質相変化層８０の表面上に形成される。この厚いキャップ層９０の厚さは、通常、１０００〜２０００オングストロームであるが、製造プロセス中に亀裂が生じない限り、厚いキャップ層９０および非晶質相変化層８０のいずれについても、その厚さに特定の上限値はない。さらに、厚いキャップ層９０は、非晶質相変化層８０の厚いキャップ層９０に最も近い表面が製造方法の残りのステップの間にその表面形状に変化を受けないようにするだけの十分な厚さを有する限り、その厚さに下限値もない。
【００２１】
厚いキャップ層９０には、結晶性相変化層１００（以下に説明するように、非晶質相変化層８０が最終的に変換されたもの）および基板６０に対して選択的にエッチングすることができるならば、任意の材料を用いることができる。厚いキャップ層９０を形成する典型的な材料には、限定はしないが、シリカ（ＳｉＯ２）、ほうけい酸ガラス（ＢＳＧ）、りんガラス（ＰＳＧ：phosphosilicate glass）、ほうけい酸りんガラス（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate glass）などが含まれる。厚いキャップ層９０は、通常、ＲＦスパッタリングまたは電子ビーム蒸着によって堆積される。しかしながら、これらの方法は、本発明を制限するものではなく、非晶質相変化層８０の原子レベルの滑らかな表面を実質的に乱すことなく厚いキャップ層９０を形成するいかなる方法も、本発明の範囲内にある。
【００２２】
図３Ｃは、本発明の一実施形態による製造プロセスの別のステップを示しており、非晶質相変化層８０が結晶性相変化層１００に変換された後を示している。しかしながら、非晶質相変化層８０から結晶性相変化層１００への変化を生じさせることができるいかなるプロセスも、本発明の範囲内にある。好ましい実施形態では、アニール処理を用いてこの変化を生じさせる。典型的なアニール時間およびアニール温度は、用いられる相変化材料に依存する。しかしながら、典型的なアニール温度は、アニールされる材料の結晶化温度に応じて選択されることが好ましい。本発明の特定の実施形態によると、結晶化温度は、約２００〜３００℃であり、アニール温度は、その範囲内から選択することができる。
【００２３】
図３Ｄは、本発明の一実施形態による製造プロセスの別のステップを示している。図３Ｄによれば、先に結晶性相変化層１００上に堆積されていた厚いキャップ層９０は、結晶性相変化層１００の表面から除去されている。
【００２４】
本発明のある実施形態によれば、厚いキャップ層９０は、ＨＦ溶液あるいは蒸気によって選択的にエッチングされ、および／またはフッ素系のドライエッチングによってエッチングされる。言い換えると、厚いキャップ層９０を除去する方法には、ウエットエッチングまたは蒸気エッチングのいずれを用いることもできるが、ウエットエッチングおよび蒸気エッチングに限定されない。結晶性相変化層１００の表面形状を実質的に変化させることなく結晶性相変化層１００の表面から厚いキャップ層９０を除去することができるいかなる方法も、本発明の範囲内にある。通常、ＨＦ腐食剤は、１：１０〜１：１００のＨＦ対水の比を有するが、この比率は例示的なものにすぎず、他の比率を用いることもできる。また、他の緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）を用いることもできる。
【００２５】
図３Ｅは、本発明による製造プロセスのさらに別のステップを示しており、薄いキャップ層１１０が、基板６０から最も遠い結晶性相変化層１００の表面上に形成されている。薄いキャップ層１１０の厚さは、通常、３〜７ｎｍであるが、他の厚さも本発明の範囲内にある。薄いキャップ層１１０の最大厚は、記憶媒体２０に対して読み出しおよび書き込み動作を行う際にエネルギー放出器５０によって放出されるエネルギー量によって決まる。詳しくは、薄いキャップ層１１０が厚くなるほどより多くのエネルギーを吸収するので、エネルギー放出器５０によって放出されるエネルギーが薄いキャップ層１１０の一定の厚さしか横切らないようになり、そのため薄いキャップ層１１０は、薄くしておく必要がある。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、エネルギー放出器５０が、透明な薄いキャップ層１１０の大きな厚みを貫通することができる種類のエネルギー（たとえば、光）を放出するので、薄いキャップ層１１０の厚さを非常に厚くすることができる。
【００２７】
薄いキャップ層１１０は、通常、低原子密度の耐久性のある材料から形成される。これは、アルミニウムおよびホウ素など、低原子密度の原子を用いることができることを意味する。そのような低原子密度の材料によって、放出器５０からの電子は、薄いキャップ層１１０のさらに大きな厚みを貫通して移動できるようになる。薄いキャップ層１１０に用いられる材料の耐久性に関しては、これは主に材料の磨耗および物理的損傷に耐える能力のことを指す。
【００２８】
薄いキャップ層１１０を形成する典型的な材料には、限定はしないが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および窒化ホウ素が含まれる。通常、薄いキャップ層１１０は、ＲＦスパッタリングあるいは原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて堆積される。しかしながら、薄いキャップ層１１０を形成する方法は、薄いキャップ層１１０の表面粗さを低く保つことができ、安定的に滑らかな表面を形成し、および、薄いキャップ層１１０が堆積される結晶性相変化層１００の表面特性を実質的に変化させることのない方法にみ限られる。
【００２９】
薄いキャップ層１１０の典型的な表面粗さは、２．０ｎｍ未満のＲＭＳである。しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、薄いキャップ層１１０の表面粗さは、０．４ｎｍ未満のＲＭＳである。
【００３０】
図３Ｅに示す記憶媒体２０の構成は、結晶性相変化層１００および薄いキャップ層１１０を有し、これらは、原子レベルで滑らかであり、上記の放出器５０に近接して配置することができる。薄いキャップ層１１０は、結晶性相変化層１００の表面構造を保護し、それによってデータビット４０の読み出しおよび書き込みを、より高い温度でまたはより高い放出器５０のエネルギーで実行できるようにしている。さらに、図３Ｅに示す本発明の実施形態によれば、結晶性相変化層１００からのＶＩ族元素の気化は、大幅に低減されあるいは完全になくなる。
【００３１】
図４は、上記の製造ステップの流れ図である。図４に示すように、製造プロセスは、開始ステップ２００から開始される。その後、基板上に非晶質相変化層を形成することを要するステップ２１０が含まれる場合がある。このステップは、図３Ａに示されている。その後、非晶質相変化層上の厚いキャップ層を形成することを要するステップ２２０が続く場合があり、これは、図３Ｂに示されている。この時点で、図３Ｃに示すような、非晶質相変化層を結晶性相変化層に変換することを要するステップ２３０が含まれる場合がある。ステップ２３０の後、図３Ｄに示されるような厚いキャップ層を除去することを要するステップ２４０が続く場合がある。その後、結晶性相変化層上に薄いキャップ層を形成するため、図３Ｅに示すステップ２５０が含まれる場合がある。その後、ステップ２６０で、製造プロセスは、終了することができる。
【００３２】
上記の説明は、本発明の典型的な実施形態を理解するためにのみ提供するものであって、それらによって不要な制限を課すものではない。当業者には、付記の特許請求の範囲およびその均等から逸脱することなく、種々の変形が明らかであろう。
【００３３】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．データ記憶媒体(20)を製造する方法であって、
相変化層(80)を基板(60)上に形成するステップと、
厚いキャップ層(90)を前記相変化層(80)上に形成するステップと、
前記相変化層(80)を第１の相から第２の相へ変化させるステップと、
前記厚いキャップ層(90)を除去するステップと、
薄いキャップ層(110)を前記相変化層(100)上に形成するステップと、
からなる方法。
２．前記相変化層(80)を形成するステップは、
熱蒸着、電子ビーム蒸着、元素同時蒸着および高周波（ＲＦ）スパッタリングのうちの少なくとも１つを実施することを含む、項番１の方法。
３．前記厚いキャップ層(90)を形成するステップは、ＲＦスパッタリングおよび電子ビーム蒸着のうちの少なくとも一方を実施することを含む、項番１の方法。
４．前記除去するステップは、前記厚いキャップ層(90)を選択的にエッチングすることを含む、項番１の方法。
５．前記薄いキャップ層(110)を形成するステップは、ＲＦスパッタリングおよび原子層堆積（ＡＬＤ）のうちの少なくとも一方を含む、項番１の方法。
６．基板(60)、該基板(60)上に配置された相変化層(100)および該相変化層(100)上に配置された薄いキャップ層(110)からなるデータ記憶媒体(20)であって、
前記相変化層(100)の第１の表面が該キャップ層(110)に近接して配置され、前記相変化層(100)の第１の表面が２ｎｍ未満の二乗平均平方根（ｒｍｓ）表面粗さを有するデータ記憶媒体(20)。
７．前記相変化層(100)が結晶性領域を含む、項番６のデータ記憶媒体(20)。
８．前記相変化層がナノメートルスケールのデータビット(40)を含む、項番７のデータ記憶媒体(20)。
９．前記薄いキャップ層(100)が低原子密度の耐久性のある材料を含む、項番７のデータ記憶媒体(20)。
１０．前記第１の表面が０．４ｎｍ未満の二乗平均平方根表面粗さを有する、項番７のデータ記憶媒体(20)。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、原子レベルで滑らかな相変化層表面を有し、データ記憶素子の分解能を制限することのないデータ記憶媒体およびそのデータ記憶媒体を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】関連技術による超高密度データ記憶素子の断面図である。
【図２】関連技術による超高密度データ記憶素子の記憶媒体の拡大図である。
【図３Ａ】非晶質相変化層が基板上に形成される本発明の製造方法の１ステップを示す図である。
【図３Ｂ】厚いキャップ層が非晶質相変化層上に形成される本発明の製造方法の１ステップを示す図である。
【図３Ｃ】基板と厚いキャップ層との間に結晶性相変化層が形成される本発明の製造方法の１ステップを示す図である。
【図３Ｄ】基板上に結晶性相変化層のみが存在する本発明の製造方法の１ステップを示す図である。
【図３Ｅ】薄いキャップ層が結晶性相変化層上に形成される本発明の製造方法の１ステップを示す図である。
【図４】本発明と一致する製造方法の種々のステップを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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