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公開番号2024057514
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-24
出願番号2022164316
出願日2022-10-12
発明の名称不揮発性スイッチング素子の製造方法
出願人ナノブリッジ・セミコンダクター株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H10B 63/00 20230101AFI20240417BHJP()
要約【課題】下部電極上にスパッタリング成膜するバッファ層材料の成膜偏りを解消し、保持特性に優れた不揮発性スイッチング素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板110に第1層間絶縁膜101を形成し、第1層間絶縁膜101に下部電極103を埋設し、第1層間絶縁膜101上に第2層間絶縁膜102を形成し、第1層間絶縁膜101及び第2層間絶縁膜102に、下部電極103の一部が露出する開口部109を形成し、開口部109にバッファ層105をスパッタ成膜し、バッファ層105に固体電解質層106、第1上部電極107及び第2上部電極108を形成する工程を有し、バッファ層105をスパッタ成膜する工程において、アルゴンの圧力でのアルゴン平均自由行程と、カソードと開口部109との間の距離との比を2から3.5の間に設定してスパッタ成膜する、不揮発性スイッチング素子100の製造方法が提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜に下部電極を埋設する工程と、
前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜及び前記第２層間絶縁膜に、前記下部電極の一部が露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部にバッファ層をスパッタ成膜する工程と、
前記バッファ層に固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層に上部電極を形成する工程と、
を有し、
前記開口部にバッファ層をスパッタ成膜する工程において、成膜時のアルゴンの圧力でのアルゴン平均自由行程と、カソードと前記開口部との間の距離との比を２から３．５の間に設定してスパッタ成膜する、
不揮発性スイッチング素子の製造方法。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記バッファ層が形成される被成膜面は、凹型の段差パタンである、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項３】
前記バッファ層の厚さは０．５ｎｍ～５ｎｍである、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項４】
前記バッファ層のバッファ層材料は、チタン、アルミニウム、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムの内のいずれかを主成分とする金属又は金属の酸化物である、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項５】
前記バッファ層材料は金属であり、
厚さが０．２５ｎｍ～１．０ｎｍの前記バッファ層材料の成膜工程と、
前記バッファ層材料の酸化工程と、
を前記バッファ層が所望の厚さになるまで繰り返す、請求項４に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項６】
前記酸化工程は、前記バッファ層材料の表面に酸化性ガスを暴露することで前記バッファ層材料を酸化させる工程である、請求項５に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項７】
前記バッファ層が形成される被成膜面の形状は、前記バッファ層のバッファ層材料の被覆性において、前記第２層間絶縁膜の厚さと、前記下部電極の露出している面の幅との比であるアスペクト比が０．４～１の凹型パタンである、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項８】
前記バッファ層が形成される被成膜面の形状は、
前記開口部の底面に１つ以上の銅電極又は銅配線が部分的に露出しており、
前記開口部の側壁高さは１０～３０ｎｍであり、
前記開口部の直径は２００ｎｍ以下であり、
前記銅電極又は前記銅配線が部分的に露出している部分の大きさは２０～５０ｎｍである、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。
【請求項９】
前記バッファ層のスパッタターゲットの直径が、成膜する前記基板の直径の６０％以下であり、
それぞれの中心軸がオフセットして配置されているスパッタリング装置を用いて前記バッファ層を形成する、請求項１に記載の不揮発性スイッチング素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、不揮発性スイッチング素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ基板およびその製造方法が開示されている。薄膜トランジスタを作製する際にスパッタリング成膜が用いられる。スパッタリング成膜では、アルゴン（Ａｒ）イオンによる散乱の影響が小さい条件で成膜すると、膜中に取り込まれるアルゴンも少なく、良質な膜が得られるとされている。ターゲットと基板との間距離ＴＳと、アルゴンの平均自由行程λとの比、すなわちＴＳ／λは、アルゴンが基板からターゲットに移動する間の平均衝突回数を意味し、スパッタリング時のアルゴン散乱の指標とすることができる。アルゴン散乱の影響を小さくするためにはＴＳ／λを小さくする、すなわちアルゴンの圧力を低くし、λを大きくすることが一般的である。
【０００３】
特に、材料ターゲットが成膜基板よりも小さく、オフセット配置されているスパッタリング装置では、自転している基板上に散乱されず直進性の高い材料粒子を斜め入射させる。この場合、ＴＳ／λを１以下に設定することで、小径ターゲットを使用しているにも関わらず、平坦な基板上では、均一性に優れた良質の薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１０２６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の不揮発性スイッチング素子の製造では、上記のような条件を設定し、バッファ層材料を成膜していた。しかしながら、バッファ層材料を成膜する被成膜面は凹型の段差構造を有している。このため、段差構造の側壁が障害となり、所謂シャドーイング効果により、下部電極上に成膜されるバッファ材料層の厚さに偏りが生じていた。この結果、製造した不揮発性スイッチング素子では、保持特性が劣化する素子が一定数生じるという課題があった。
【０００６】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、下部電極上にスパッタリング成膜するバッファ層材料の成膜偏りを解消し、保持特性に優れた不揮発性スイッチング素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のある観点によれば、基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１層間絶縁膜に下部電極を埋設する工程と、前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１層間絶縁膜及び前記第２層間絶縁膜に、前記下部電極の一部が露出する開口部を形成する工程と、前記開口部にバッファ層をスパッタ成膜する工程と、前記バッファ層に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層に上部電極を形成する工程と、を有し、前記開口部にバッファ層をスパッタ成膜する工程において、成膜時のアルゴンの圧力でのアルゴン平均自由行程と、カソードと前記開口部との間の距離との比を２から３．５の間に設定してスパッタ成膜する、不揮発性スイッチング素子の製造方法が提供される。
【０００８】
前記バッファ層が形成される被成膜面は、凹型の段差パタンであってもよい。
【０００９】
前記バッファ層の厚さは０．５ｎｍ～５ｎｍであってもよい、
【００１０】
前記バッファ層のバッファ層材料は、チタン、アルミニウム、タンタル、ジルコニウム、ハフニウムの内のいずれかを主成分とする金属又は金属の酸化物であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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