相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法
【課題】金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリにおいて、読み書き動作の速度を高めることのできる相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法を提供する。
【解決手段】スパッタ装置１０は、互いに異なる組成を有したＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを有する。また、スパッタ装置１０は、基板Ｓを加熱する加熱面を有して、基板Ｓを該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージ１３と、基板ステージ１３を基板Ｓの周方向に回転させる回転部１８とを備えている。こうしたスパッタ装置１０は、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８が基板ステージ１３を回転させつつ、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つの金属カルコゲナイド膜を基板Ｓ上に積層する。
【解決手段】スパッタ装置１０は、互いに異なる組成を有したＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを有する。また、スパッタ装置１０は、基板Ｓを加熱する加熱面を有して、基板Ｓを該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージ１３と、基板ステージ１３を基板Ｓの周方向に回転させる回転部１８とを備えている。こうしたスパッタ装置１０は、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８が基板ステージ１３を回転させつつ、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つの金属カルコゲナイド膜を基板Ｓ上に積層する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属元素とカルコゲン元素とを含む互いに異なる組成の複数の金属カルコゲナイド膜が積層された積層体を有する相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に記載のように、金属元素とカルコゲン元素とを含む金属カルコゲナイド膜を用いた記憶素子である相変化メモリが広く知られている。金属カルコゲナイド膜は、それに与えられる熱エネルギーの違いによって、結晶相とアモルファス相との間で可逆的に相変化し、且つ常温においては、いずれの相も安定して保持されるという特性を有している。しかも、結晶相の金属カルコゲナイド膜とアモルファス相の金属カルコゲナイド膜とは、互いに異なる抵抗値を示す。そのため、こうした抵抗値の違いから、金属カルコゲナイド膜は、互いに異なる二値を記憶することのできる素子として用いられている。このように、上記記憶素子は、互いに異なる二つの相の抵抗値の違いによって情報を記憶するものであることから、記憶の維持に電力の供給を必要としない新たな不揮発性メモリとして注目を集めている。
【０００３】
こうした相変化メモリの一部断面構造を図６に示す。相変化メモリ５０の層間絶縁膜５１に形成されたホールには、断熱層５２に覆われた下部電極５３が埋め込まれている。層間絶縁膜５１上には、例えばＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５からなる単層の金属カルコゲナイド膜５４と上部電極５５との積層体が、下部電極５３の表面を覆う位置に形成されている。金属カルコゲナイド膜５４は、これを挟む下部電極５３と上部電極５５との間を流れる電流によって加熱されること、及び該電流供給の停止に伴って冷却されること、これらの度合いによって、結晶相とアモルファス相との間で相変化する。
【０００４】
こうした単層型の相変化によれば、上述のような抵抗値のスイッチング、つまりは情報の読み書きが確かに可能ではある。しかしながら、上記相変化には、金属カルコゲナイド膜５４を構成する各原子の物理的な移動が金属カルコゲナイド膜５４の厚さ方向で必要とされる。それゆえに、容量素子における電子の移動で情報を記憶するＤＲＡＭ等の他の記憶素子と比較して、読み書き速度が低い。そこで、例えば非特許文献１に記載のように、上述のような単一の金属カルコゲナイド膜に代えて、互いに異なる組成の金属カルコゲナイド膜の積層体を用いる相変化メモリが提案されている。
【０００５】
積層型の相変化メモリは、例えば交互に積層されたＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層とを複数有している。そして、非特許文献１における数値計算結果によれば、結晶相とアモルファス層との間での相変化が、互いに隣接するＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層との界面でのＧｅ原子の移動のみによって生じる。そのため、上述した相変化メモリでは、こうした積層構造が、書き込み速度を高めることができる方策の一つとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００８／０９０９６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 03A053, J. Tominaga, et al
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１では、上述のような原理で相変化が生じるという積層体の特性と、該特性による相変化メモリの性能に対する寄与とが提唱されているとはいえ、こうした特性とは、数値計算によって見出されたものでしかない。
【０００９】
そのため、例えばスパッタ法によって上述のような特性を有する積層体を成膜するに当たっての条件の検討は、未だ十分になされておらず、それゆえに、こうした成膜条件の開発が切望されている。
【００１０】
なお、こうした問題は、相変化メモリが、ＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層とからなる金属カルコゲナイド膜の積層体を有するものに限らず、他の金属カルコゲナイド膜からなる積層体を有するものであっても、概ね共通するものである。
【００１１】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリにおいて、読み書き動作の速度を高めることのできる相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置であって、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、前記基板を加熱する加熱面を有して前記基板を該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージと、前記基板ステージを前記基板の周方向に回転させる回転部とを備え、前記基板ステージが前記基板を吸着且つ加熱した状態で、前記回転部が前記基板ステージを回転させつつ、前記スパッタ源が前記二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層することを要旨とする。
【００１４】
本願発明者らは、組成の相異なる二つの金属カルコゲナイド膜が積層された積層構造を鋭意研究する中で、上記積層構造を構成する各金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一でないと、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化もまた成膜後に基板の面内で均一に生じにくいことを見出した。そして、金属カルコゲナイドに与えられる熱エネルギーの推移によって、該金属カルコゲナイドの相構造が容易に変わるという特性が、膜形成の途中にある金属カルコゲナイドでも同じであることを見出した。
【００１５】
この点、請求項１に記載の発明では、相変化メモリの形成装置が、二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、基板の吸着及び加熱を行う基板ステージと、基板ステージを回転させる回転部とを備えるようにしている。そして、相変化メモリの形成装置は、基板ステージによって基板を吸着且つ加熱した状態で、回転部によって基板ステージを回転させながら、上記金属カルコゲナイドターゲットのスパッタによって相異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を積層するようにしている。
【００１６】
そのため、基板の位置が固定される構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージが基板を吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板の面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板の面内で均一となる。このような構成であれば、相構造が熱によって大きく変わる金属カルコゲナイドであっても、基板上に形成された金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一に保たれやすくなる。したがって、こうした金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリでは、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の相変化メモリの形成装置において、前記基板ステージは、前記加熱面における静電気力によって前記基板を吸着することを要旨とする。
【００１８】
基板ステージの加熱面に基板を吸引する吸引孔が設けられる構成であれば、該吸引孔の吸引力により基板を加熱面に吸着することが可能である。ただし、このような構成では、吸引孔と向かい合う部位で基板が加熱され難くなるため、基板の面内にて温度のばらつきを抑えることには限りがある。この点、請求項２に記載の発明では、基板ステージの加熱面に基板が静電吸着されるため、加熱面に吸引孔が形成される構成と比較して、加熱面に接触する基板の領域を大きくすることが可能である。それゆえに、基板の面内における温度のばらつきを抑えることが可能であるから、金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の相変化メモリの形成装置において、前記二つ以上のカルコゲナイドターゲットは、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットから構成され、前記スパッタ源は、スパッタ対象を前記第一のターゲットと前記第二のターゲットとに交互に切り替えるとともに、スパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置き、前記切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つ該ターゲット以外のターゲットを覆うシャッタをさらに備え、前記基板ステージは、前記スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での前記加熱面の温度と、前記切り替え期間での前記加熱面の温度とが等しくなるように、前記加熱面を温調することを要旨とする。
【００２０】
第一のターゲットがスパッタされた後に第二のターゲットをスパッタする際に、一方のスパッタ終了時と他方のスパッタ開始時との間隔が短くなると、このような間隔では、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が、基板上で混ざりやすくなる。積層構造を備える相変化メモリでは、互いに隣接する金属カルコゲナイド膜の界面での原子の移動によりメモリ機能が発現するため、こうした界面における結晶の面方位が、特にメモリ機能の良否を大きく左右する。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、金属カルコゲナイドターゲットが、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットとから構成される。そのため、ＧｅＴｅターゲットのスパッタにより形成された膜と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲットのスパッタにより形成された膜との境界では、ＧｅとＳｂＴｅとの比を「Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２：２：５」とすることができる。これにより、膜の境界において安定な組成のＧｅＳｂＴｅ構造を形成することができることから、該ＧｅＳｂＴｅ構造における熱による相変化も安定に行うことができる。
【００２２】
そして、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が混在することを抑えるべく、スパッタ対象が切り替わる切り替え期間において、スパッタ対象以外のターゲットがシャッタによって覆われる。そのうえ、スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での加熱面の温度と、こうした切り替え期間での加熱面の温度とが等しくなるように、加熱面が温調される。それゆえに、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が基板上で混ざることが、切り替え期間の確保によって抑えられ、且つ切り替え期間における基板温度の変化が、切り替え期間の基板温度とスパッタ期間の基板温度とを等しくすることで抑えられる。その結果、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が隣接するカルコゲナイド膜の界面にて混ざることを抑えることが可能となる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の相変化メモリの形成装置において、前記基板の直径は、１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、前記基板の面内における温度のばらつきは、−１０℃以上＋１０℃以下であり、前記基板ステージの回転速度は、毎分６０回以上毎分２５０回以下であることを要旨とする。
【００２４】
本願発明者らは、基板の直径が２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下である場合、基板の面内における温度ばらつきが−１０℃以上＋１０℃以下であって、基板ステージの回転速度が毎分６０回以上２５０回以下であるときに、金属カルコゲナイド膜の略全体が、均一な面方位の結晶から構成される膜として形成されることを見出した。そこで、請求項４に記載の発明では、基板ステージが、基板の面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、回転部は、こうした基板ステージを毎分６０回以上且つ２５０回以下の速度で回転させる。これにより、金属カルコゲン膜を形成する結晶の面方位の均一性が、より確実に高められるようになる。ひいては、該金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成方法であって、前記基板を基板ステージの加熱面に吸着しながら該加熱面で加熱し、且つ前記基板ステージを回転させつつ、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングで希ガスによりスパッタして、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層することを要旨とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明では、基板ステージによって基板を吸着且つ加熱した状態で、基板ステージを回転させながら、二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットのスパッタによって相異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を積層するようにしている。
【００２７】
そのため、基板の位置が固定される構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージが基板を吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板の面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板の面内で均一となる。このような構成であれば、相構造が熱によって大きく変わる金属カルコゲナイドであっても、基板上に形成された金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一に保たれやすくなる。したがって、こうした金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリでは、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の相変化メモリの形成装置における一実施形態としてのスパッタ装置の全体構成を示す図。
【図２】（ａ）同スパッタ装置によって形成される金属カルコゲナイド積層体の断面構造を示す断面図（ｂ）（ｃ）積層体における相変化の様子を模式的に示す図。
【図３】基板中心からの距離とＸ線回折（ＸＲＤ）ピーク強度との関係を基板面内における温度ばらつき別に示したグラフ。
【図４】基板中心からの距離とＸＲＤピーク強度との関係を基板の回転速度別に示したグラフ。
【図５】本実施形態の相変化メモリの形成装置によって形成された積層体１、他の相変化メモリの形成装置によって形成された積層体２、及び、従来の相変化メモリの備える金属カルコゲナイド膜のＸＲＤピーク強度を示すグラフ。
【図６】従来の相変化メモリの断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法における一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。まず、相変化メモリの形成装置における一実施形態としてのスパッタ装置について図１を参照して説明する。
【００３０】
（装置構成）
スパッタ装置１０の備える円筒状の真空槽１１には、その上面を封止する上蓋１２が固着されている。真空槽１１内には、処理対象である円板状の基板Ｓを保持する基板ステージ１３が設置されている。基板ステージ１３には、基板Ｓを該基板ステージ１３の載置面１３ａに静電的に吸着するためのチャック電極１４が内蔵されている。チャック電極１４には、該チャック電極１４に対して直流電圧を供給するチャック電源１５が接続されている。基板ステージ１３の載置面１３ａには基板Ｓが静電吸着されるため、載置面１３ａに例えば真空吸着用の吸引孔が形成される構成や、メカニカルチャック等によって機械的に基板Ｓを保持する構成と比較して、載置面１３ａに接触する基板Ｓの領域を大きくすることが可能である。これにより、基板Ｓの面内における温度のばらつきを抑えることができる。
【００３１】
また、基板ステージ１３には、加熱面となる上記載置面１３ａに載置された基板Ｓを加熱するヒータ１６が内蔵されている。ヒータ１６は、例えば、直流電圧の印加によって熱を放射する抵抗加熱ヒータであって、例えば基板Ｓを２５０℃に加熱する。ヒータ１６には、該ヒータ１６に対して直流電圧を供給するヒータ電源１７が接続されている。また、基板ステージ１３には、該基板ステージ１３を基板Ｓの周方向に回転させる回転部１８が接続されている。回転部１８は、モータ、該モータの回転を基板ステージ１３に伝達する回転軸等から構成されている。
【００３２】
基板ステージ１３は、載置面１３ａに載置された基板Ｓを静電気力によって吸着しながら加熱することによって、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、基板ステージ１３は、回転部１８によって基板Ｓの周方向に回転されることで、基板Ｓを毎分６０回転以上毎分２５０回転以下の速度で回転させる。なお、基板Ｓの回転速度が毎分２５０回転を超えると、回転部１８を構成するモータの回転が不安定になることから、基板Ｓの回転速度のばらつきが大きくなる。
【００３３】
真空槽１１を封止する上蓋１２には、金属製の第１バッキングプレート２１ａと第２バッキングプレート２１ｂとが、絶縁材１２ａを介して嵌め込まれている。第１バッキングプレート２１ａの真空槽１１側には、第一のターゲットとしてのＧｅＴｅターゲット２２ａが、上記基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように接着されている。他方、第１バッキングプレート２１ａにおけるＧｅＴｅターゲット２２ａの反対側には、第１磁石ユニット２３ａが配設されている。第１磁石ユニット２３ａは、ＧｅＴｅターゲット２２ａの真空槽１１側の面に磁場を形成する永久磁石を備えている。
【００３４】
上記第２バッキングプレート２１ｂの真空槽１１側には、第二のターゲットとしてのＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂが、上記基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように接着されている。他方、第２バッキングプレート２１ｂにおけるＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの反対側には、第２磁石ユニット２３ｂが配設されている。第２磁石ユニット２３ｂは、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの真空槽１１側の面に磁場を形成する永久磁石を備えている。
【００３５】
第１バッキングプレート２１ａには、第１スイッチＳＷａを介して、他方、第２バッキングプレート２１ｂには、第２スイッチＳＷｂを介して、並列に接続された高周波電源２４と直流電源２５とが接続されている。高周波電源２４と直流電源２５との各々は、電圧の印加を開始あるいは停止するためのスイッチを有している。高周波電源２４から供給される高周波電力の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
【００３６】
真空槽１１内の上蓋１２側には、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを覆うとともに、いずれかのターゲットの表面を選択的に露出させることのできるシャッタ２６が配設されている。シャッタ２６は、一方のターゲットがスパッタされているときに、他方のターゲットを覆うことによって、単一の膜に二つのターゲット２２ａ，２２ｂからスパッタされた粒子が混在したり、一方のターゲットからスパッタされた粒子が、他方のターゲットに付着したりすることを抑える。
【００３７】
真空槽１１の下面に貫通形成された排気口１１ａには、排気部３１が接続されている。排気部３１は、真空槽１１内の圧力を調整するバルブと、各種真空ポンプとを備えている。真空槽１１の側面に貫通形成されたガス供給口１１ｂには、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する希ガス供給部３２が接続されている。希ガス供給部３２は、アルゴンガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽１１に供給するアルゴンガスの流量を例えば５ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下に調節する。また、同ガス供給口１１ｂには、アルゴンガスに添加される添加ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスや酸素（Ｏ２）ガスを供給する添加ガス供給部３３が接続されている。添加ガス供給部３３は、窒素ガスあるいは酸素ガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽１１に供給する添加ガスの流量を例えば０．１ｓｃｃｍ以上１０ｓｃｃｍ以下に調節する。
【００３８】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂがスパッタされるときには、希ガス供給部３２から供給されるアルゴンガスの流量、添加ガスの流量、及び排気部３１による排気流量によって、真空槽１１内の圧力が所定の圧力に維持される。
【００３９】
なお、本実施形態では、上記高周波電源２４及び希ガス供給部３２によってスパッタ源が構成されている。
【００４０】
（作用）
上記スパッタ装置１０の作用のうち、相変化メモリを構成する金属カルコゲナイド膜の積層体を該スパッタ装置１０が形成する際に行う動作について図２（ａ）を参照して説明する。
【００４１】
上記積層体を形成するときには、まず、排気部３１によって減圧された真空槽１１内に、図示しない搬出入口から搬入された基板Ｓが、ヒータ１６によって加熱された基板ステージ１３の載置面１３ａに載置される。基板Ｓは、図２（ａ）に示されるように、例えば直径１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下のシリコン基板等上に形成された層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１に形成されたホールの側面を覆う断熱層４２と、断熱層４２に覆われるようにホールに埋め込まれた下部電極４３とを有している。
【００４２】
基板Ｓが載置面１３ａ上に載置されると、希ガス供給部３２から真空槽１１内にアルゴンガスが供給された後、チャック電源１５からチャック電極１４に直流電圧が印加されることで、基板Ｓが載置面１３ａに静電吸着される。次いで、回転部１８が基板ステージ１３を回転させることで、基板Ｓがその周方向に回転される。
【００４３】
そして、シャッタ２６がＧｅＴｅターゲット２２ａの表面のみを真空槽１１内に露出させた状態で、高周波電源２４からの高周波電圧が、第１スイッチＳＷａを介して第１バッキングプレート２１ａ及びＧｅＴｅターゲット２２ａに印加される。これにより、ＧｅＴｅターゲット２２ａの周辺に生成されたプラズマ中の正イオンによって、ＧｅＴｅターゲット２２ａがスパッタされる。ＧｅＴｅターゲット２２ａがスパッタされると、層間絶縁膜４１の表面全体に金属カルコゲナイド膜としてのＧｅＴｅ膜４４ａが形成される。
【００４４】
ＧｅＴｅ膜４４ａが形成されると、スパッタの対象がＧｅＴｅターゲット２２ａからＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂに切り替えられる。このターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替え期間では、まず、第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂの両方が切られた後、シャッタ２６がＧｅＴｅターゲット２２ａを覆い、且つＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの表面を真空槽１１内に露出させる。なお、上記ヒータ１６は、切り替え期間中とＧｅＴｅターゲットのスパッタ中とで上記載置面１３ａの温度が同一となるように基板ステージ１３を温調し続ける。そのため、基板Ｓの温度は、切り替え期間中とＧｅＴｅターゲットのスパッタ中とで同一の温度に維持される。
【００４５】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替えが終了すると、上記第２スイッチＳＷｂを介して高周波電源２４から第２バッキングプレート２１ｂ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂに高周波電圧が印加される。これにより、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの周辺に生成されたプラズマ中の正イオンによって、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂがスパッタされる。Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂがスパッタされると、層間絶縁膜４１上に形成されたＧｅＴｅ膜４４ａの表面全体に金属カルコゲナイド膜としてのＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂが形成される。
【００４６】
Ｓｂ２Ｔｅ３膜４４ｂが形成されると、スパッタの対象がＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂからＧｅＴｅターゲット２２ａに切り替えられる。このターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替え期間では、上記ＧｅＴｅターゲット２２ａからＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂへの切り替え期間と同様に、第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂの両方が切られた後、シャッタ２６がＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを覆い、且つＧｅＴｅターゲット２２ａの表面を真空槽１１内に露出させる。なお、上記ヒータ１６も同様に、切り替え期間中とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ中とで上記載置面１３ａの温度が同一となるように基板ステージ１３を温調し続ける。そのため、基板Ｓの温度は、切り替え期間中とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ中とで同一の温度に維持される。
【００４７】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替えが終了すると、上記第１スイッチＳＷａを介して高周波電源２４から第１バッキングプレート及びＧｅＴｅターゲット２２ａに高周波電源が印加される。これにより、ＧｅＴｅターゲット２２ａが再びスパッタされることで、上記Ｓｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの表面全体にＧｅＴｅ膜４４ａが形成される。
【００４８】
このように、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとが互いに異なるタイミングでスパッタされるとともに、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとを交互に所定回数、例えば１０回ずつスパッタすることによって、２０層の金属カルコゲナイド膜からなる積層体４４が形成される。
【００４９】
上記切り替え期間における基板ステージ１３の載置面１３ａの温度は、その前後のスパッタ期間であるＧｅＴｅターゲット２２ａのスパッタ期間とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ期間における載置面１３ａの温度と同一となるように調節される。そのため、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界面のように、熱エネルギーによって相変化を生じる組成であっても、該熱エネルギーによる相変化が生じることを抑えることができる。
【００５０】
また、上述のように、スパッタの対象をＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの間で切り替えるときには、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとのいずれにも電圧が印加されていない状態とする。そして、スパッタの対象となるターゲットをシャッタ２６の開口から露出させる一方、スパッタの対象でないターゲットをシャッタ２６によって覆うようにした後に、スパッタ対象のターゲットに対して電圧を印加するようにしている。そのため、組成の相異なる金属カルコゲン膜であるＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界では、各膜を形成するためのスパッタ粒子の混合が抑えられるようになる。加えて、一方のターゲットからスパッタされた粒子が、他方のターゲットの表面に付着することも抑えられるようになるため、各ターゲット２２ａ，２２ｂのスパッタを開始した直後に形成された膜において、二つのターゲット２２ａ，２２ｂからスパッタされる粒子が混在することを抑えることができる。
【００５１】
基板Ｓ上に積層体４４が形成されると、回転部１８による基板ステージ１３の回転が停止された後、チャック電源１５からチャック電極１４への直流電圧の印加が停止される。そして、基板Ｓは、真空槽１１の搬出入口から真空槽１１外に搬出される。
【００５２】
なお、上記スパッタ装置１０による積層体４４の形成が終了すると、スパッタ装置等の公知の成膜装置によって積層体４４上に上部電極が形成された後、ドライエッチング装置等によって積層体４４及び上部電極の一部が選択的に除去される。これにより、上部電極と下部電極４３とに挟まれた金属カルコゲナイド膜の積層体を有した相変化メモリが形成される。
【００５３】
上記積層体４４において生じる相変化を図２（ｂ）及び図（ｃ）を参照して説明する。上述のように、積層体４４は、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層した構成であることから、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界では、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子が存在することになる。こうした境界では、ＧｅＴｅ膜４４ａを構成するＴｅ原子４４ＴとＧｅ原子４４Ｇとのうち、Ｇｅ原子４４Ｇのみが上記下部電極４３と上部電極との間に印加される電圧に基づく熱エネルギーによって移動することによって、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子によって形成される化合物の相が可逆的に変化する。より詳細には、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子によって形成されるＧｅＳｂＴｅ化合物は、比較的高温で短時間加熱された後に急冷されることによって、図２（ｂ）に示されるアモルファス相となる一方、比較的低温で長期間加熱された後に穏やかに冷却されることによって、図２（ｃ）に示される結晶相となる。このような熱処理によってアモルファス相あるいは結晶相となったＧｅＳｂＴｅ化合物は、例えば２０℃から２５℃程度の室温においては、アモルファス相及び結晶相のいずれの状態であっても該状態に維持される。
【００５４】
しかしながら、上述のようなＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界におけるＧｅＳｂＴｅ化合物の相変化は、単にＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層するのみでは、積層体４４、言い換えれば基板Ｓの面内において均一に生じにくいことを本願発明者らは見出した。つまり、本願発明者らは、積層体４４を構成するＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの全てが、成膜時に基板Ｓの面内において均一な面方位、特に［１１１］配向の結晶から形成されていないと、該積層体４４における相変化も成膜後に基板の面内において均一に生じにくいことを見出した。加えて、本願発明者らは、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界におけるＧｅＳｂＴｅ化合物の相変化は、上記スパッタ装置１０を用いてＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂを形成している途中にあっても発現されることも見出した。
【００５５】
この点、本実施形態では、スパッタ装置１０において積層体４４を形成するときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８によって基板ステージ１３を回転させながら、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタすることによってＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの各々を形成するようにしている。
【００５６】
そのため、基板Ｓの位置が固定されている構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板Ｓの面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板Ｓの面内で均一となる。つまり、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの組成や相構造が均一に保たれやすくなる。その結果、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂは、均一な面方位に成長しやすくなる。これにより、各膜を構成する結晶の配向が［１１１］配向にそろった結晶相として上記積層体４４を形成することができる。
【００５７】
次に、基板Ｓの面内における温度ばらつきと、積層体４４を構成する結晶の面方位との関係について図３を参照して説明する。なお、本実施形態では、積層体４４を構成する結晶の面方位をＸ線回折（ＸＲＤ）にて解析している。また、ＸＲＤにおけるピークの強度は、回折角に該当する面方位に配向性を有する結晶粒の体積に比例する。そこで、本実施形態では、［１１１］配向を主相とし、他を異相とするとともに、主相に配向した結晶が積層体４４を構成する結晶の９５％を超える場合、つまり主相に該当するピークの強度が、異相に該当するピークの強度の２０倍以上である場合に、積層体４４、つまりは積層体４４を構成する各膜の面方位が略均一であるものと見なす。
【００５８】
図３に実線で示されるように、基板Ｓの面内における温度のばらつきが−１０℃以上且つ＋１０℃以下であるとき、つまり、基板ステージ１３の載置面１３ａに対して基板Ｓを静電吸着するときには、基板Ｓの全体において、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍よりも大きいことが認められた。これに対し、図３に破線で示されるように、基板Ｓの面内における温度のばらつきが−２０℃以上且つ＋２０℃以下であるとき、つまり、基板ステージ１３の載置面１３ａに対して公知のメカニカルチャックを用いて機械的に保持するときには、基板Ｓの中心からの距離が５０ｍｍを超えない範囲でのみ、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。なお、図３に示されるＸＲＤによる解析がなされた積層体４４は、直径３００ｍｍの基板Ｓを基板ステージ１３における設定温度を２５０℃とした上で、基板Ｓをその周方向に毎分１００回の速度で回転させつつ形成したものである。
【００５９】
積層体４４の形成時における基板Ｓの回転速度と、積層体４４を構成する結晶の面方位との関係について図４を参照して説明する。図４に示されるように、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転以上であるときには、基板Ｓの全体において、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍よりも大きいことに加え、基板Ｓの回転速度が高い程、ピーク強度比の平均値が大きいことが認められた。これに対し、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転よりも低いときには、基板Ｓの中心側においてのみ主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。より詳細には、基板Ｓの回転速度が毎分４０回転であるときには、基板Ｓの中心からの距離が６０ｍｍ以内であるときに、他方、基板Ｓの回転速度が毎分２０回転であるときには、基板Ｓの中心からの距離が４０ｍｍ以内であるときに、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。なお、図４に示されるＸＲＤによる解析がなされた積層体４４は、直径３００ｍｍの基板Ｓを基板ステージ１３によって吸着し、且つ設定温度を２５０℃とした上で形成したものである。
【００６０】
このように、上記積層体４４の形成時には、基板ステージ１３によって基板Ｓを静電吸着しつつ加熱することによって、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とするとともに、回転部１８による基板Ｓの回転数を毎分６０回転以上毎分２５０回転以下とすることが好ましい。これにより、積層体４４を構成するＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの各々を形成する結晶の面方位を［１１１］配向にそろえることが、基板Ｓの全体において可能となる。
［実施例］
［実施例１］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、以下の条件にてＧｅＴｅ膜とＳｂＴｅ膜とを交互に１０層ずつ形成した。
○ＧｅＴｅ膜
・ターゲット ＧｅＴｅターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃（静電吸着）
・基板回転数 毎分１００回転
・膜厚 １０ｎｍ
○Ｓｂ２Ｔｅ３膜
・ターゲット Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃
・基板回転数 毎分１００回転
・膜厚 １０ｎｍ
【００６１】
［比較例１］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、ＧｅＴｅ膜とＳｂＴｅ膜とを交互に１０層ずつ形成した。なお、成膜条件としては、基板温度のばらつきが±２０℃である点と、基板回転数が毎分２０回転である点を除き、上記実施例１と同一の条件とした。また、基板は、公知のメカニカルチャックによって基板ステージの載置面に保持した。
［比較例２］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、以下の条件にて単一のＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５膜を形成した。
・ターゲット Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５ターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃（静電吸着）
・基板回転数 毎分０回転
・膜厚 ２００ｎｍ
図５には、上記実施例１、比較例１、及び比較例２の条件で形成された金属カルコゲン膜をＸＲＤによって解析した結果が示されている。なお、図５におけるピークＡは、［１１１］配向を示すピーク、ピークＢは［２００］配向を示すピーク、ピークＣは［２２０］配向を示すピーク、ピークＤは［２２２］配向を示すピークである。
【００６２】
図５に示されるように、実施例１の条件で形成された積層体１を形成する結晶のほとんどが［１１１］配向であり、その他の配向性を有した結晶はほとんど形成されていないことが認められた。これに対し、比較例１の条件で形成された積層体２には、［１１１］配向の結晶が含まれるものの、［２００］配向の結晶も同程度含まれているとともに、［２２０］配向及び［２２２］配向の結晶が含まれていることも認められた。また、比較例２の条件で形成された従来の金属カルコゲナイド膜には、［１１１］配向の結晶がほとんど含まれず、［２００］配向の結晶及び［２２０］配向の結晶が大部分を占めていることが認められた。加えて、従来の金属カルコゲナイド膜には、［２２２］配向の結晶も含まれていることが認められた。
【００６３】
上記実施例１、及び比較例１、及び比較例２と同様の条件にて形成した金属カルコゲナイド膜を用いた相変化メモリを作成し、各々におけるアモルファスの状態から結晶の状態に相変化するまでの時間であるセット時間と、結晶の状態からアモルファスの状態に相変化するまでの時間であるリセット時間とを測定した。この測定結果を以下の表１に示す。
【００６４】
【表１】
表１に示されるように、実施例１の条件で形成された積層体１を用いた相変化メモリによれば、比較例１及び比較例２の条件で形成された積層体２あるいは従来の金属カルコゲナイド膜を用いた相変化メモリと比較して、セット時間、及びリセット時間のいずれもが短縮された。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
【００６６】
（１）スパッタ装置１０が、基板Ｓの吸着及び加熱を行う基板ステージ１３と、基板ステージ１３を回転させる回転部１８とを備えている。そして、スパッタ装置１０は、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８によって基板ステージ１３を回転させながら、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜とを交互に積層するようにしている。そのため、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂから放出されたスパッタ粒子の数量の分布は、これらターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの相対的な位置が基板Ｓの面内で固定されている場合と比較して、基板Ｓの面内において均一になる。加えて、基板Ｓにおける温度の均一性は、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着していない構成と比較して、基板Ｓの面内において高められる。それゆえに、基板Ｓの表面に到達するスパッタ粒子の単位面積あたりの数量の均一性は、基板Ｓの面内で高くなる。つまり、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの組成が面内で均一となる。また、基板Ｓの表面からスパッタ粒子に与えられる熱エネルギーの単位面積あたりの大きさも、基板Ｓの面内で高くなる。このような構成であれば、温度の変動によって結晶構造の大きな変化を伴うＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂであっても、基板Ｓ上に形成されたＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの結晶構造が、均一に保たれやすくなる。その結果、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂは、均一な面方位に成長しやすくなる。したがって、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの積層体４４を有する相変化メモリでは、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【００６７】
（２）基板ステージ１３の載置面１３ａに基板Ｓを静電吸着するようにしている。そのため、載置面１３ａに接触する基板Ｓの領域を大きくすることができる。それゆえに、基板Ｓの面内における温度のばらつきを抑えることができることから、積層体４４を有する相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００６８】
（３）スパッタ装置１０は、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの間でスパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置くとともに、該切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つそれ以外のターゲットを覆うシャッタを備えている。そのため、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとからスパッタされた粒子が、切り替え期間とその次の切り替え期間とに挟まれたスパッタ期間によって形成される単一の膜内にて混在することを抑えることができる。それゆえに、ＧｅＴｅターゲット２２ａのスパッタにより形成された膜と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタにより形成された膜との境界では、ＧｅとＳｂＴｅとの比を「Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２：２：５」とすることができる。その結果、膜の境界において安定な組成のＧｅＳｂＴｅ構造を形成することができることから、該ＧｅＳｂＴｅ構造における熱による相変化も安定に行うことができる。
【００６９】
（４）基板ステージ１３は、ＧｅＴｅターゲット２２ａあるいはＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂをスパッタする期間での載置面１３ａの温度と、切り替え期間での載置面１３ａの温度とが等しくなるように、載置面１３ａを温調する。そのため、切り替え期間における基板温度の変化が抑えられる。それゆえに、温度変化に基づいてＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界において結晶構造が変化することを抑えられ、ひいては、ＧｅＴｅターゲット２２ａからスパッタされた粒子とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂからスパッタされた粒子とが、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの界面にて混ざることを抑えることが可能である。
【００７０】
（５）基板ステージ１３は、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、回転部１８は、こうした基板ステージ１３を毎分６０回以上２５０回以下の速度で回転させる。そのため、金属カルコゲン膜であるＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する結晶の面方位の均一性が、より確実に高められるようになる。ひいては、該金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００７１】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
【００７２】
・交互に１０層ずつ積層されたＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとによって積層体４４を構成するようにした。これに限らず、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜の積層数は任意に変更可能である。
【００７３】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂは、基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように配置したが、載置面１３ａの法線方向に対して所定の角度を有するように配置してもよい。
【００７４】
・希ガス供給部３２は、スパッタガスとしてアルゴンガスを供給するようにしたが、アルゴン以外の希ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、及びキセノン（Ｘｅ）ガスを供給するようにしてもよい。
【００７５】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ時に、添加ガス供給部３３から添加ガスである窒素ガスや酸素ガスを供給するようにしてよい。
【００７６】
・スパッタ装置１０は、添加ガス供給部３３を有していない構成であってもよい。
【００７７】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ時には、直流電源２５から各ターゲット２２ａ，２２ｂに直流電圧を印加するようにしてもよい。あるいは、高周波電源２４からの高周波電圧と、直流電源２５からの直流電圧との両方から同時に電圧を印加するようにしてもよい。
【００７８】
・第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂのいずれもが高周波電源２４と接続されていない状態で、シャッタ２６の開口から露出するターゲットの切り替えを行うようにした、これに限らず、高周波電源２４との接続を一方のスイッチから他方のスイッチへ切り替えた後に、シャッタ２６の開口から露出するターゲットを切り替えるようにしてもよい。要は、ＧｅＴｅターゲット２２ａの表面と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの表面とが同時にスパッタされないように、スイッチＳＷａ，ＳＷｂの切り替えとシャッタ２６の切り替えとを行うようにすればよい。
【００７９】
・上記ターゲット２２ａ，２２ｂには、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）等の元素が添加されていてもよい。
【００８０】
・基板Ｓの直径は３００ｍｍに限らず、他の大きさの基板を用いるようにしてもよい。どのような大きさの基板Ｓを用いるようにしても、基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させる以上、基板Ｓ上に形成されるＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂを形成する結晶の面方位をそろえやすくすることができる。
【００８１】
・温度ばらつきが−１０℃以上＋１０℃以下の範囲に含まれず、且つ、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転以上２５０回転以下の範囲に含まれなくとも、基板Ｓの吸着、加熱、及び回転をＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの形成時に行うようにすれば、これら膜４４ａ，４４ｂを形成する結晶における面方位の均一化は少なからず図られる。つまり、温度ばらつきの範囲及び回転速度の範囲が上述の好ましい範囲に含まれなくとも、基板を回転させ、吸着させ、加熱する以上、これらのいずれかが欠けた構成と比較して、上記膜４４ａ，４４ｂを形成する結晶における面方位の均一化を図ることが可能である。
【００８２】
・ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層することによって、これら膜の境界にＧｅＳｂＴｅ化合物が形成されるようにした。これに限らず、互いに異なる組成を有した金属カルコゲナイド膜の境界に、ＡｇＩｎＳｂＴｅ化合物が形成される、あるいはＧｅＣｕＴｅ化合物が形成されるように、二つの金属カルコゲナイドターゲットを構成するようにしてもよい。この場合、金属カルコゲナイドターゲットの組み合わせとしては、例えばＡｇＩｎＴｅ２ターゲットとＡｇＳｂＴｅ２ターゲットとの組み合わせ、あるいはＧｅＴｅターゲットとＣｕＴｅターゲットとの組み合わせを採用することができる。
【００８３】
・上記切り替え期間を設けることなく、スパッタ対象のターゲットを変更する際に、ＧｅＴｅターゲット２２ａの表面と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの両方がスパッタされる期間が存在してもよい。こうした構成であっても、これらターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させた状態でＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する以上、上記（１）及び（２）に準ずる効果を得ることができる。
【００８４】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂをスパッタするときと、スパッタ対象の切り替え期間とで、基板ステージ１３の載置面１３ａの温度が等しくなるように該載置面１３ａの温度を調節するようにした。これに限らず、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界に形成されるＧｅＳｂＴｅ化合物において結晶相からアモルファス相への変化が起こらない範囲であれば、載置面１３ａの温度が変化してもよい。
【００８５】
・スパッタ装置１０が、シャッタ２６を有していなくともよい。こうした構成であっても、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させた状態でＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する以上、上記（１）及び（２）に準ずる効果を得ることができる。
【００８６】
・基板Ｓを基板ステージ１３の載置面１３ａに静電気力によって吸着するようにしたが、例えば真空吸着等の他の吸着方法によって、基板Ｓの吸着を行うようにしてもよい。
【００８７】
・スパッタ装置１０は、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの二つの金属カルコゲナイドターゲットを有するようにしたが、三以上の金属カルコゲナイドターゲット、例えばＧｅＴｅターゲット、ＳｂＴｅターゲット、及びＧｅＳｂターゲットを有するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０…スパッタ装置、１１…真空槽、１１ａ…排気口、１１ｂ…ガス供給口、１２…上蓋、１２ａ…絶縁材、１３…基板ステージ、１３ａ…載置面（加熱面）、１４…チャック電極、１５…チャック電源、１６…ヒータ、１７…ヒータ電源、１８…回転部、２１ａ…第１バッキングプレート、２１ｂ…第２バッキングプレート、２２ａ…ＧｅＴｅターゲット（第一のターゲット）、２２ｂ…Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット（第二のターゲット）、２３ａ…第１磁石ユニット、２３ｂ…第２磁石ユニット、２４…高周波電源、２５…直流電源、２６…シャッタ、３１…排気部、３２…希ガス供給部、３３…添加ガス供給部、４１，５１…層間絶縁膜、４２，５２…断熱層、４３，５３…下部電極、４４…金属カルコゲナイド積層体、４４ａ…ＧｅＴｅ膜、４４ｂ…Ｓｂ２Ｔｅ３膜、４４Ｇ…ゲルマニウム原子、４４Ｔ…テルル原子、５０…相変化メモリ、５４…金属カルコゲナイド膜、５５…上部電極、Ｓ…基板、ＳＷａ…第１スイッチ、ＳＷｂ…第２スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属元素とカルコゲン元素とを含む互いに異なる組成の複数の金属カルコゲナイド膜が積層された積層体を有する相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に記載のように、金属元素とカルコゲン元素とを含む金属カルコゲナイド膜を用いた記憶素子である相変化メモリが広く知られている。金属カルコゲナイド膜は、それに与えられる熱エネルギーの違いによって、結晶相とアモルファス相との間で可逆的に相変化し、且つ常温においては、いずれの相も安定して保持されるという特性を有している。しかも、結晶相の金属カルコゲナイド膜とアモルファス相の金属カルコゲナイド膜とは、互いに異なる抵抗値を示す。そのため、こうした抵抗値の違いから、金属カルコゲナイド膜は、互いに異なる二値を記憶することのできる素子として用いられている。このように、上記記憶素子は、互いに異なる二つの相の抵抗値の違いによって情報を記憶するものであることから、記憶の維持に電力の供給を必要としない新たな不揮発性メモリとして注目を集めている。
【０００３】
こうした相変化メモリの一部断面構造を図６に示す。相変化メモリ５０の層間絶縁膜５１に形成されたホールには、断熱層５２に覆われた下部電極５３が埋め込まれている。層間絶縁膜５１上には、例えばＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５からなる単層の金属カルコゲナイド膜５４と上部電極５５との積層体が、下部電極５３の表面を覆う位置に形成されている。金属カルコゲナイド膜５４は、これを挟む下部電極５３と上部電極５５との間を流れる電流によって加熱されること、及び該電流供給の停止に伴って冷却されること、これらの度合いによって、結晶相とアモルファス相との間で相変化する。
【０００４】
こうした単層型の相変化によれば、上述のような抵抗値のスイッチング、つまりは情報の読み書きが確かに可能ではある。しかしながら、上記相変化には、金属カルコゲナイド膜５４を構成する各原子の物理的な移動が金属カルコゲナイド膜５４の厚さ方向で必要とされる。それゆえに、容量素子における電子の移動で情報を記憶するＤＲＡＭ等の他の記憶素子と比較して、読み書き速度が低い。そこで、例えば非特許文献１に記載のように、上述のような単一の金属カルコゲナイド膜に代えて、互いに異なる組成の金属カルコゲナイド膜の積層体を用いる相変化メモリが提案されている。
【０００５】
積層型の相変化メモリは、例えば交互に積層されたＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層とを複数有している。そして、非特許文献１における数値計算結果によれば、結晶相とアモルファス層との間での相変化が、互いに隣接するＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層との界面でのＧｅ原子の移動のみによって生じる。そのため、上述した相変化メモリでは、こうした積層構造が、書き込み速度を高めることができる方策の一つとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００８／０９０９６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 03A053, J. Tominaga, et al
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１では、上述のような原理で相変化が生じるという積層体の特性と、該特性による相変化メモリの性能に対する寄与とが提唱されているとはいえ、こうした特性とは、数値計算によって見出されたものでしかない。
【０００９】
そのため、例えばスパッタ法によって上述のような特性を有する積層体を成膜するに当たっての条件の検討は、未だ十分になされておらず、それゆえに、こうした成膜条件の開発が切望されている。
【００１０】
なお、こうした問題は、相変化メモリが、ＧｅＴｅ層とＳｂ２Ｔｅ３層とからなる金属カルコゲナイド膜の積層体を有するものに限らず、他の金属カルコゲナイド膜からなる積層体を有するものであっても、概ね共通するものである。
【００１１】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリにおいて、読み書き動作の速度を高めることのできる相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置であって、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、前記基板を加熱する加熱面を有して前記基板を該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージと、前記基板ステージを前記基板の周方向に回転させる回転部とを備え、前記基板ステージが前記基板を吸着且つ加熱した状態で、前記回転部が前記基板ステージを回転させつつ、前記スパッタ源が前記二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層することを要旨とする。
【００１４】
本願発明者らは、組成の相異なる二つの金属カルコゲナイド膜が積層された積層構造を鋭意研究する中で、上記積層構造を構成する各金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一でないと、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化もまた成膜後に基板の面内で均一に生じにくいことを見出した。そして、金属カルコゲナイドに与えられる熱エネルギーの推移によって、該金属カルコゲナイドの相構造が容易に変わるという特性が、膜形成の途中にある金属カルコゲナイドでも同じであることを見出した。
【００１５】
この点、請求項１に記載の発明では、相変化メモリの形成装置が、二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、基板の吸着及び加熱を行う基板ステージと、基板ステージを回転させる回転部とを備えるようにしている。そして、相変化メモリの形成装置は、基板ステージによって基板を吸着且つ加熱した状態で、回転部によって基板ステージを回転させながら、上記金属カルコゲナイドターゲットのスパッタによって相異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を積層するようにしている。
【００１６】
そのため、基板の位置が固定される構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージが基板を吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板の面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板の面内で均一となる。このような構成であれば、相構造が熱によって大きく変わる金属カルコゲナイドであっても、基板上に形成された金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一に保たれやすくなる。したがって、こうした金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリでは、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の相変化メモリの形成装置において、前記基板ステージは、前記加熱面における静電気力によって前記基板を吸着することを要旨とする。
【００１８】
基板ステージの加熱面に基板を吸引する吸引孔が設けられる構成であれば、該吸引孔の吸引力により基板を加熱面に吸着することが可能である。ただし、このような構成では、吸引孔と向かい合う部位で基板が加熱され難くなるため、基板の面内にて温度のばらつきを抑えることには限りがある。この点、請求項２に記載の発明では、基板ステージの加熱面に基板が静電吸着されるため、加熱面に吸引孔が形成される構成と比較して、加熱面に接触する基板の領域を大きくすることが可能である。それゆえに、基板の面内における温度のばらつきを抑えることが可能であるから、金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の相変化メモリの形成装置において、前記二つ以上のカルコゲナイドターゲットは、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットから構成され、前記スパッタ源は、スパッタ対象を前記第一のターゲットと前記第二のターゲットとに交互に切り替えるとともに、スパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置き、前記切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つ該ターゲット以外のターゲットを覆うシャッタをさらに備え、前記基板ステージは、前記スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での前記加熱面の温度と、前記切り替え期間での前記加熱面の温度とが等しくなるように、前記加熱面を温調することを要旨とする。
【００２０】
第一のターゲットがスパッタされた後に第二のターゲットをスパッタする際に、一方のスパッタ終了時と他方のスパッタ開始時との間隔が短くなると、このような間隔では、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が、基板上で混ざりやすくなる。積層構造を備える相変化メモリでは、互いに隣接する金属カルコゲナイド膜の界面での原子の移動によりメモリ機能が発現するため、こうした界面における結晶の面方位が、特にメモリ機能の良否を大きく左右する。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、金属カルコゲナイドターゲットが、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットとから構成される。そのため、ＧｅＴｅターゲットのスパッタにより形成された膜と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲットのスパッタにより形成された膜との境界では、ＧｅとＳｂＴｅとの比を「Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２：２：５」とすることができる。これにより、膜の境界において安定な組成のＧｅＳｂＴｅ構造を形成することができることから、該ＧｅＳｂＴｅ構造における熱による相変化も安定に行うことができる。
【００２２】
そして、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が混在することを抑えるべく、スパッタ対象が切り替わる切り替え期間において、スパッタ対象以外のターゲットがシャッタによって覆われる。そのうえ、スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での加熱面の温度と、こうした切り替え期間での加熱面の温度とが等しくなるように、加熱面が温調される。それゆえに、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が基板上で混ざることが、切り替え期間の確保によって抑えられ、且つ切り替え期間における基板温度の変化が、切り替え期間の基板温度とスパッタ期間の基板温度とを等しくすることで抑えられる。その結果、互いに異なるターゲットからスパッタされた粒子が隣接するカルコゲナイド膜の界面にて混ざることを抑えることが可能となる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の相変化メモリの形成装置において、前記基板の直径は、１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、前記基板の面内における温度のばらつきは、−１０℃以上＋１０℃以下であり、前記基板ステージの回転速度は、毎分６０回以上毎分２５０回以下であることを要旨とする。
【００２４】
本願発明者らは、基板の直径が２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下である場合、基板の面内における温度ばらつきが−１０℃以上＋１０℃以下であって、基板ステージの回転速度が毎分６０回以上２５０回以下であるときに、金属カルコゲナイド膜の略全体が、均一な面方位の結晶から構成される膜として形成されることを見出した。そこで、請求項４に記載の発明では、基板ステージが、基板の面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、回転部は、こうした基板ステージを毎分６０回以上且つ２５０回以下の速度で回転させる。これにより、金属カルコゲン膜を形成する結晶の面方位の均一性が、より確実に高められるようになる。ひいては、該金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成方法であって、前記基板を基板ステージの加熱面に吸着しながら該加熱面で加熱し、且つ前記基板ステージを回転させつつ、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングで希ガスによりスパッタして、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層することを要旨とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明では、基板ステージによって基板を吸着且つ加熱した状態で、基板ステージを回転させながら、二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットのスパッタによって相異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を積層するようにしている。
【００２７】
そのため、基板の位置が固定される構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージが基板を吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板の面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板の面内で均一となる。このような構成であれば、相構造が熱によって大きく変わる金属カルコゲナイドであっても、基板上に形成された金属カルコゲナイド膜の面方位が、成膜時に基板の面内で均一に保たれやすくなる。したがって、こうした金属カルコゲナイド膜の積層体を有する相変化メモリでは、各金属カルコゲナイド膜の境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の相変化メモリの形成装置における一実施形態としてのスパッタ装置の全体構成を示す図。
【図２】（ａ）同スパッタ装置によって形成される金属カルコゲナイド積層体の断面構造を示す断面図（ｂ）（ｃ）積層体における相変化の様子を模式的に示す図。
【図３】基板中心からの距離とＸ線回折（ＸＲＤ）ピーク強度との関係を基板面内における温度ばらつき別に示したグラフ。
【図４】基板中心からの距離とＸＲＤピーク強度との関係を基板の回転速度別に示したグラフ。
【図５】本実施形態の相変化メモリの形成装置によって形成された積層体１、他の相変化メモリの形成装置によって形成された積層体２、及び、従来の相変化メモリの備える金属カルコゲナイド膜のＸＲＤピーク強度を示すグラフ。
【図６】従来の相変化メモリの断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法における一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。まず、相変化メモリの形成装置における一実施形態としてのスパッタ装置について図１を参照して説明する。
【００３０】
（装置構成）
スパッタ装置１０の備える円筒状の真空槽１１には、その上面を封止する上蓋１２が固着されている。真空槽１１内には、処理対象である円板状の基板Ｓを保持する基板ステージ１３が設置されている。基板ステージ１３には、基板Ｓを該基板ステージ１３の載置面１３ａに静電的に吸着するためのチャック電極１４が内蔵されている。チャック電極１４には、該チャック電極１４に対して直流電圧を供給するチャック電源１５が接続されている。基板ステージ１３の載置面１３ａには基板Ｓが静電吸着されるため、載置面１３ａに例えば真空吸着用の吸引孔が形成される構成や、メカニカルチャック等によって機械的に基板Ｓを保持する構成と比較して、載置面１３ａに接触する基板Ｓの領域を大きくすることが可能である。これにより、基板Ｓの面内における温度のばらつきを抑えることができる。
【００３１】
また、基板ステージ１３には、加熱面となる上記載置面１３ａに載置された基板Ｓを加熱するヒータ１６が内蔵されている。ヒータ１６は、例えば、直流電圧の印加によって熱を放射する抵抗加熱ヒータであって、例えば基板Ｓを２５０℃に加熱する。ヒータ１６には、該ヒータ１６に対して直流電圧を供給するヒータ電源１７が接続されている。また、基板ステージ１３には、該基板ステージ１３を基板Ｓの周方向に回転させる回転部１８が接続されている。回転部１８は、モータ、該モータの回転を基板ステージ１３に伝達する回転軸等から構成されている。
【００３２】
基板ステージ１３は、載置面１３ａに載置された基板Ｓを静電気力によって吸着しながら加熱することによって、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、基板ステージ１３は、回転部１８によって基板Ｓの周方向に回転されることで、基板Ｓを毎分６０回転以上毎分２５０回転以下の速度で回転させる。なお、基板Ｓの回転速度が毎分２５０回転を超えると、回転部１８を構成するモータの回転が不安定になることから、基板Ｓの回転速度のばらつきが大きくなる。
【００３３】
真空槽１１を封止する上蓋１２には、金属製の第１バッキングプレート２１ａと第２バッキングプレート２１ｂとが、絶縁材１２ａを介して嵌め込まれている。第１バッキングプレート２１ａの真空槽１１側には、第一のターゲットとしてのＧｅＴｅターゲット２２ａが、上記基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように接着されている。他方、第１バッキングプレート２１ａにおけるＧｅＴｅターゲット２２ａの反対側には、第１磁石ユニット２３ａが配設されている。第１磁石ユニット２３ａは、ＧｅＴｅターゲット２２ａの真空槽１１側の面に磁場を形成する永久磁石を備えている。
【００３４】
上記第２バッキングプレート２１ｂの真空槽１１側には、第二のターゲットとしてのＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂが、上記基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように接着されている。他方、第２バッキングプレート２１ｂにおけるＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの反対側には、第２磁石ユニット２３ｂが配設されている。第２磁石ユニット２３ｂは、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの真空槽１１側の面に磁場を形成する永久磁石を備えている。
【００３５】
第１バッキングプレート２１ａには、第１スイッチＳＷａを介して、他方、第２バッキングプレート２１ｂには、第２スイッチＳＷｂを介して、並列に接続された高周波電源２４と直流電源２５とが接続されている。高周波電源２４と直流電源２５との各々は、電圧の印加を開始あるいは停止するためのスイッチを有している。高周波電源２４から供給される高周波電力の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
【００３６】
真空槽１１内の上蓋１２側には、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを覆うとともに、いずれかのターゲットの表面を選択的に露出させることのできるシャッタ２６が配設されている。シャッタ２６は、一方のターゲットがスパッタされているときに、他方のターゲットを覆うことによって、単一の膜に二つのターゲット２２ａ，２２ｂからスパッタされた粒子が混在したり、一方のターゲットからスパッタされた粒子が、他方のターゲットに付着したりすることを抑える。
【００３７】
真空槽１１の下面に貫通形成された排気口１１ａには、排気部３１が接続されている。排気部３１は、真空槽１１内の圧力を調整するバルブと、各種真空ポンプとを備えている。真空槽１１の側面に貫通形成されたガス供給口１１ｂには、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する希ガス供給部３２が接続されている。希ガス供給部３２は、アルゴンガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽１１に供給するアルゴンガスの流量を例えば５ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下に調節する。また、同ガス供給口１１ｂには、アルゴンガスに添加される添加ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスや酸素（Ｏ２）ガスを供給する添加ガス供給部３３が接続されている。添加ガス供給部３３は、窒素ガスあるいは酸素ガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽１１に供給する添加ガスの流量を例えば０．１ｓｃｃｍ以上１０ｓｃｃｍ以下に調節する。
【００３８】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂがスパッタされるときには、希ガス供給部３２から供給されるアルゴンガスの流量、添加ガスの流量、及び排気部３１による排気流量によって、真空槽１１内の圧力が所定の圧力に維持される。
【００３９】
なお、本実施形態では、上記高周波電源２４及び希ガス供給部３２によってスパッタ源が構成されている。
【００４０】
（作用）
上記スパッタ装置１０の作用のうち、相変化メモリを構成する金属カルコゲナイド膜の積層体を該スパッタ装置１０が形成する際に行う動作について図２（ａ）を参照して説明する。
【００４１】
上記積層体を形成するときには、まず、排気部３１によって減圧された真空槽１１内に、図示しない搬出入口から搬入された基板Ｓが、ヒータ１６によって加熱された基板ステージ１３の載置面１３ａに載置される。基板Ｓは、図２（ａ）に示されるように、例えば直径１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下のシリコン基板等上に形成された層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１に形成されたホールの側面を覆う断熱層４２と、断熱層４２に覆われるようにホールに埋め込まれた下部電極４３とを有している。
【００４２】
基板Ｓが載置面１３ａ上に載置されると、希ガス供給部３２から真空槽１１内にアルゴンガスが供給された後、チャック電源１５からチャック電極１４に直流電圧が印加されることで、基板Ｓが載置面１３ａに静電吸着される。次いで、回転部１８が基板ステージ１３を回転させることで、基板Ｓがその周方向に回転される。
【００４３】
そして、シャッタ２６がＧｅＴｅターゲット２２ａの表面のみを真空槽１１内に露出させた状態で、高周波電源２４からの高周波電圧が、第１スイッチＳＷａを介して第１バッキングプレート２１ａ及びＧｅＴｅターゲット２２ａに印加される。これにより、ＧｅＴｅターゲット２２ａの周辺に生成されたプラズマ中の正イオンによって、ＧｅＴｅターゲット２２ａがスパッタされる。ＧｅＴｅターゲット２２ａがスパッタされると、層間絶縁膜４１の表面全体に金属カルコゲナイド膜としてのＧｅＴｅ膜４４ａが形成される。
【００４４】
ＧｅＴｅ膜４４ａが形成されると、スパッタの対象がＧｅＴｅターゲット２２ａからＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂに切り替えられる。このターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替え期間では、まず、第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂの両方が切られた後、シャッタ２６がＧｅＴｅターゲット２２ａを覆い、且つＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの表面を真空槽１１内に露出させる。なお、上記ヒータ１６は、切り替え期間中とＧｅＴｅターゲットのスパッタ中とで上記載置面１３ａの温度が同一となるように基板ステージ１３を温調し続ける。そのため、基板Ｓの温度は、切り替え期間中とＧｅＴｅターゲットのスパッタ中とで同一の温度に維持される。
【００４５】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替えが終了すると、上記第２スイッチＳＷｂを介して高周波電源２４から第２バッキングプレート２１ｂ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂに高周波電圧が印加される。これにより、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの周辺に生成されたプラズマ中の正イオンによって、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂがスパッタされる。Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂがスパッタされると、層間絶縁膜４１上に形成されたＧｅＴｅ膜４４ａの表面全体に金属カルコゲナイド膜としてのＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂが形成される。
【００４６】
Ｓｂ２Ｔｅ３膜４４ｂが形成されると、スパッタの対象がＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂからＧｅＴｅターゲット２２ａに切り替えられる。このターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替え期間では、上記ＧｅＴｅターゲット２２ａからＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂへの切り替え期間と同様に、第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂの両方が切られた後、シャッタ２６がＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂを覆い、且つＧｅＴｅターゲット２２ａの表面を真空槽１１内に露出させる。なお、上記ヒータ１６も同様に、切り替え期間中とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ中とで上記載置面１３ａの温度が同一となるように基板ステージ１３を温調し続ける。そのため、基板Ｓの温度は、切り替え期間中とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ中とで同一の温度に維持される。
【００４７】
上記ターゲット２２ａ，２２ｂ間の切り替えが終了すると、上記第１スイッチＳＷａを介して高周波電源２４から第１バッキングプレート及びＧｅＴｅターゲット２２ａに高周波電源が印加される。これにより、ＧｅＴｅターゲット２２ａが再びスパッタされることで、上記Ｓｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの表面全体にＧｅＴｅ膜４４ａが形成される。
【００４８】
このように、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとが互いに異なるタイミングでスパッタされるとともに、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとを交互に所定回数、例えば１０回ずつスパッタすることによって、２０層の金属カルコゲナイド膜からなる積層体４４が形成される。
【００４９】
上記切り替え期間における基板ステージ１３の載置面１３ａの温度は、その前後のスパッタ期間であるＧｅＴｅターゲット２２ａのスパッタ期間とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ期間における載置面１３ａの温度と同一となるように調節される。そのため、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界面のように、熱エネルギーによって相変化を生じる組成であっても、該熱エネルギーによる相変化が生じることを抑えることができる。
【００５０】
また、上述のように、スパッタの対象をＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの間で切り替えるときには、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとのいずれにも電圧が印加されていない状態とする。そして、スパッタの対象となるターゲットをシャッタ２６の開口から露出させる一方、スパッタの対象でないターゲットをシャッタ２６によって覆うようにした後に、スパッタ対象のターゲットに対して電圧を印加するようにしている。そのため、組成の相異なる金属カルコゲン膜であるＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界では、各膜を形成するためのスパッタ粒子の混合が抑えられるようになる。加えて、一方のターゲットからスパッタされた粒子が、他方のターゲットの表面に付着することも抑えられるようになるため、各ターゲット２２ａ，２２ｂのスパッタを開始した直後に形成された膜において、二つのターゲット２２ａ，２２ｂからスパッタされる粒子が混在することを抑えることができる。
【００５１】
基板Ｓ上に積層体４４が形成されると、回転部１８による基板ステージ１３の回転が停止された後、チャック電源１５からチャック電極１４への直流電圧の印加が停止される。そして、基板Ｓは、真空槽１１の搬出入口から真空槽１１外に搬出される。
【００５２】
なお、上記スパッタ装置１０による積層体４４の形成が終了すると、スパッタ装置等の公知の成膜装置によって積層体４４上に上部電極が形成された後、ドライエッチング装置等によって積層体４４及び上部電極の一部が選択的に除去される。これにより、上部電極と下部電極４３とに挟まれた金属カルコゲナイド膜の積層体を有した相変化メモリが形成される。
【００５３】
上記積層体４４において生じる相変化を図２（ｂ）及び図（ｃ）を参照して説明する。上述のように、積層体４４は、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層した構成であることから、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界では、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子が存在することになる。こうした境界では、ＧｅＴｅ膜４４ａを構成するＴｅ原子４４ＴとＧｅ原子４４Ｇとのうち、Ｇｅ原子４４Ｇのみが上記下部電極４３と上部電極との間に印加される電圧に基づく熱エネルギーによって移動することによって、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子によって形成される化合物の相が可逆的に変化する。より詳細には、Ｇｅ原子、Ｓｂ原子、及びＴｅ原子によって形成されるＧｅＳｂＴｅ化合物は、比較的高温で短時間加熱された後に急冷されることによって、図２（ｂ）に示されるアモルファス相となる一方、比較的低温で長期間加熱された後に穏やかに冷却されることによって、図２（ｃ）に示される結晶相となる。このような熱処理によってアモルファス相あるいは結晶相となったＧｅＳｂＴｅ化合物は、例えば２０℃から２５℃程度の室温においては、アモルファス相及び結晶相のいずれの状態であっても該状態に維持される。
【００５４】
しかしながら、上述のようなＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界におけるＧｅＳｂＴｅ化合物の相変化は、単にＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層するのみでは、積層体４４、言い換えれば基板Ｓの面内において均一に生じにくいことを本願発明者らは見出した。つまり、本願発明者らは、積層体４４を構成するＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの全てが、成膜時に基板Ｓの面内において均一な面方位、特に［１１１］配向の結晶から形成されていないと、該積層体４４における相変化も成膜後に基板の面内において均一に生じにくいことを見出した。加えて、本願発明者らは、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界におけるＧｅＳｂＴｅ化合物の相変化は、上記スパッタ装置１０を用いてＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂを形成している途中にあっても発現されることも見出した。
【００５５】
この点、本実施形態では、スパッタ装置１０において積層体４４を形成するときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８によって基板ステージ１３を回転させながら、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタすることによってＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの各々を形成するようにしている。
【００５６】
そのため、基板Ｓの位置が固定されている構成と比較して、基板表面に到達するスパッタ粒子の数量が基板の面内で均一になる。加えて、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着していない構成と比較して、基板表面の温度が基板Ｓの面内で均一になる。それゆえに、基板表面から与えられるスパッタ粒子あたりの熱が基板Ｓの面内で均一となる。つまり、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの組成や相構造が均一に保たれやすくなる。その結果、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂは、均一な面方位に成長しやすくなる。これにより、各膜を構成する結晶の配向が［１１１］配向にそろった結晶相として上記積層体４４を形成することができる。
【００５７】
次に、基板Ｓの面内における温度ばらつきと、積層体４４を構成する結晶の面方位との関係について図３を参照して説明する。なお、本実施形態では、積層体４４を構成する結晶の面方位をＸ線回折（ＸＲＤ）にて解析している。また、ＸＲＤにおけるピークの強度は、回折角に該当する面方位に配向性を有する結晶粒の体積に比例する。そこで、本実施形態では、［１１１］配向を主相とし、他を異相とするとともに、主相に配向した結晶が積層体４４を構成する結晶の９５％を超える場合、つまり主相に該当するピークの強度が、異相に該当するピークの強度の２０倍以上である場合に、積層体４４、つまりは積層体４４を構成する各膜の面方位が略均一であるものと見なす。
【００５８】
図３に実線で示されるように、基板Ｓの面内における温度のばらつきが−１０℃以上且つ＋１０℃以下であるとき、つまり、基板ステージ１３の載置面１３ａに対して基板Ｓを静電吸着するときには、基板Ｓの全体において、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍よりも大きいことが認められた。これに対し、図３に破線で示されるように、基板Ｓの面内における温度のばらつきが−２０℃以上且つ＋２０℃以下であるとき、つまり、基板ステージ１３の載置面１３ａに対して公知のメカニカルチャックを用いて機械的に保持するときには、基板Ｓの中心からの距離が５０ｍｍを超えない範囲でのみ、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。なお、図３に示されるＸＲＤによる解析がなされた積層体４４は、直径３００ｍｍの基板Ｓを基板ステージ１３における設定温度を２５０℃とした上で、基板Ｓをその周方向に毎分１００回の速度で回転させつつ形成したものである。
【００５９】
積層体４４の形成時における基板Ｓの回転速度と、積層体４４を構成する結晶の面方位との関係について図４を参照して説明する。図４に示されるように、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転以上であるときには、基板Ｓの全体において、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍よりも大きいことに加え、基板Ｓの回転速度が高い程、ピーク強度比の平均値が大きいことが認められた。これに対し、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転よりも低いときには、基板Ｓの中心側においてのみ主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。より詳細には、基板Ｓの回転速度が毎分４０回転であるときには、基板Ｓの中心からの距離が６０ｍｍ以内であるときに、他方、基板Ｓの回転速度が毎分２０回転であるときには、基板Ｓの中心からの距離が４０ｍｍ以内であるときに、主相のピーク強度が異相のピーク強度の２０倍以上であることが認められた。なお、図４に示されるＸＲＤによる解析がなされた積層体４４は、直径３００ｍｍの基板Ｓを基板ステージ１３によって吸着し、且つ設定温度を２５０℃とした上で形成したものである。
【００６０】
このように、上記積層体４４の形成時には、基板ステージ１３によって基板Ｓを静電吸着しつつ加熱することによって、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とするとともに、回転部１８による基板Ｓの回転数を毎分６０回転以上毎分２５０回転以下とすることが好ましい。これにより、積層体４４を構成するＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの各々を形成する結晶の面方位を［１１１］配向にそろえることが、基板Ｓの全体において可能となる。
［実施例］
［実施例１］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、以下の条件にてＧｅＴｅ膜とＳｂＴｅ膜とを交互に１０層ずつ形成した。
○ＧｅＴｅ膜
・ターゲット ＧｅＴｅターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃（静電吸着）
・基板回転数 毎分１００回転
・膜厚 １０ｎｍ
○Ｓｂ２Ｔｅ３膜
・ターゲット Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃
・基板回転数 毎分１００回転
・膜厚 １０ｎｍ
【００６１】
［比較例１］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、ＧｅＴｅ膜とＳｂＴｅ膜とを交互に１０層ずつ形成した。なお、成膜条件としては、基板温度のばらつきが±２０℃である点と、基板回転数が毎分２０回転である点を除き、上記実施例１と同一の条件とした。また、基板は、公知のメカニカルチャックによって基板ステージの載置面に保持した。
［比較例２］
直径３００ｍｍのシリコン基板上に、以下の条件にて単一のＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５膜を形成した。
・ターゲット Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５ターゲット（直径１２５ｍｍ）
・供給電力 ５００Ｗ
・アルゴンガス流量 ５０ｓｃｃｍ
・真空槽内圧力 ０．５Ｐａ
・基板設定（載置面）温度 ２５０℃
・基板温度ばらつき ±１０℃（静電吸着）
・基板回転数 毎分０回転
・膜厚 ２００ｎｍ
図５には、上記実施例１、比較例１、及び比較例２の条件で形成された金属カルコゲン膜をＸＲＤによって解析した結果が示されている。なお、図５におけるピークＡは、［１１１］配向を示すピーク、ピークＢは［２００］配向を示すピーク、ピークＣは［２２０］配向を示すピーク、ピークＤは［２２２］配向を示すピークである。
【００６２】
図５に示されるように、実施例１の条件で形成された積層体１を形成する結晶のほとんどが［１１１］配向であり、その他の配向性を有した結晶はほとんど形成されていないことが認められた。これに対し、比較例１の条件で形成された積層体２には、［１１１］配向の結晶が含まれるものの、［２００］配向の結晶も同程度含まれているとともに、［２２０］配向及び［２２２］配向の結晶が含まれていることも認められた。また、比較例２の条件で形成された従来の金属カルコゲナイド膜には、［１１１］配向の結晶がほとんど含まれず、［２００］配向の結晶及び［２２０］配向の結晶が大部分を占めていることが認められた。加えて、従来の金属カルコゲナイド膜には、［２２２］配向の結晶も含まれていることが認められた。
【００６３】
上記実施例１、及び比較例１、及び比較例２と同様の条件にて形成した金属カルコゲナイド膜を用いた相変化メモリを作成し、各々におけるアモルファスの状態から結晶の状態に相変化するまでの時間であるセット時間と、結晶の状態からアモルファスの状態に相変化するまでの時間であるリセット時間とを測定した。この測定結果を以下の表１に示す。
【００６４】
【表１】
表１に示されるように、実施例１の条件で形成された積層体１を用いた相変化メモリによれば、比較例１及び比較例２の条件で形成された積層体２あるいは従来の金属カルコゲナイド膜を用いた相変化メモリと比較して、セット時間、及びリセット時間のいずれもが短縮された。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の相変化メモリの形成装置、及び相変化メモリの形成方法によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
【００６６】
（１）スパッタ装置１０が、基板Ｓの吸着及び加熱を行う基板ステージ１３と、基板ステージ１３を回転させる回転部１８とを備えている。そして、スパッタ装置１０は、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱した状態で、回転部１８によって基板ステージ１３を回転させながら、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜とを交互に積層するようにしている。そのため、ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂから放出されたスパッタ粒子の数量の分布は、これらターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの相対的な位置が基板Ｓの面内で固定されている場合と比較して、基板Ｓの面内において均一になる。加えて、基板Ｓにおける温度の均一性は、基板ステージ１３が基板Ｓを吸着していない構成と比較して、基板Ｓの面内において高められる。それゆえに、基板Ｓの表面に到達するスパッタ粒子の単位面積あたりの数量の均一性は、基板Ｓの面内で高くなる。つまり、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの組成が面内で均一となる。また、基板Ｓの表面からスパッタ粒子に与えられる熱エネルギーの単位面積あたりの大きさも、基板Ｓの面内で高くなる。このような構成であれば、温度の変動によって結晶構造の大きな変化を伴うＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂであっても、基板Ｓ上に形成されたＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの結晶構造が、均一に保たれやすくなる。その結果、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂは、均一な面方位に成長しやすくなる。したがって、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの積層体４４を有する相変化メモリでは、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界における相変化が生じやすくなり、ひいては、相変化メモリにおける読み書き動作の速度を高めることができるようになる。
【００６７】
（２）基板ステージ１３の載置面１３ａに基板Ｓを静電吸着するようにしている。そのため、載置面１３ａに接触する基板Ｓの領域を大きくすることができる。それゆえに、基板Ｓの面内における温度のばらつきを抑えることができることから、積層体４４を有する相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００６８】
（３）スパッタ装置１０は、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの間でスパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置くとともに、該切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つそれ以外のターゲットを覆うシャッタを備えている。そのため、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとからスパッタされた粒子が、切り替え期間とその次の切り替え期間とに挟まれたスパッタ期間によって形成される単一の膜内にて混在することを抑えることができる。それゆえに、ＧｅＴｅターゲット２２ａのスパッタにより形成された膜と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタにより形成された膜との境界では、ＧｅとＳｂＴｅとの比を「Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２：２：５」とすることができる。その結果、膜の境界において安定な組成のＧｅＳｂＴｅ構造を形成することができることから、該ＧｅＳｂＴｅ構造における熱による相変化も安定に行うことができる。
【００６９】
（４）基板ステージ１３は、ＧｅＴｅターゲット２２ａあるいはＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂをスパッタする期間での載置面１３ａの温度と、切り替え期間での載置面１３ａの温度とが等しくなるように、載置面１３ａを温調する。そのため、切り替え期間における基板温度の変化が抑えられる。それゆえに、温度変化に基づいてＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界において結晶構造が変化することを抑えられ、ひいては、ＧｅＴｅターゲット２２ａからスパッタされた粒子とＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂからスパッタされた粒子とが、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの界面にて混ざることを抑えることが可能である。
【００７０】
（５）基板ステージ１３は、基板Ｓの面内における温度のばらつきを−１０℃以上＋１０℃以下とする。また、回転部１８は、こうした基板ステージ１３を毎分６０回以上２５０回以下の速度で回転させる。そのため、金属カルコゲン膜であるＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する結晶の面方位の均一性が、より確実に高められるようになる。ひいては、該金属カルコゲン膜の積層構造を備える相変化メモリの読み書き速度がより確実に高められるようになる。
【００７１】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
【００７２】
・交互に１０層ずつ積層されたＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとによって積層体４４を構成するようにした。これに限らず、ＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜の積層数は任意に変更可能である。
【００７３】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂは、基板ステージ１３の載置面１３ａと略平行をなすように配置したが、載置面１３ａの法線方向に対して所定の角度を有するように配置してもよい。
【００７４】
・希ガス供給部３２は、スパッタガスとしてアルゴンガスを供給するようにしたが、アルゴン以外の希ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、及びキセノン（Ｘｅ）ガスを供給するようにしてもよい。
【００７５】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ時に、添加ガス供給部３３から添加ガスである窒素ガスや酸素ガスを供給するようにしてよい。
【００７６】
・スパッタ装置１０は、添加ガス供給部３３を有していない構成であってもよい。
【００７７】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂのスパッタ時には、直流電源２５から各ターゲット２２ａ，２２ｂに直流電圧を印加するようにしてもよい。あるいは、高周波電源２４からの高周波電圧と、直流電源２５からの直流電圧との両方から同時に電圧を印加するようにしてもよい。
【００７８】
・第１スイッチＳＷａ及び第２スイッチＳＷｂのいずれもが高周波電源２４と接続されていない状態で、シャッタ２６の開口から露出するターゲットの切り替えを行うようにした、これに限らず、高周波電源２４との接続を一方のスイッチから他方のスイッチへ切り替えた後に、シャッタ２６の開口から露出するターゲットを切り替えるようにしてもよい。要は、ＧｅＴｅターゲット２２ａの表面と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂの表面とが同時にスパッタされないように、スイッチＳＷａ，ＳＷｂの切り替えとシャッタ２６の切り替えとを行うようにすればよい。
【００７９】
・上記ターゲット２２ａ，２２ｂには、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）等の元素が添加されていてもよい。
【００８０】
・基板Ｓの直径は３００ｍｍに限らず、他の大きさの基板を用いるようにしてもよい。どのような大きさの基板Ｓを用いるようにしても、基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させる以上、基板Ｓ上に形成されるＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂを形成する結晶の面方位をそろえやすくすることができる。
【００８１】
・温度ばらつきが−１０℃以上＋１０℃以下の範囲に含まれず、且つ、基板Ｓの回転速度が毎分６０回転以上２５０回転以下の範囲に含まれなくとも、基板Ｓの吸着、加熱、及び回転をＧｅＴｅ膜４４ａ及びＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂの形成時に行うようにすれば、これら膜４４ａ，４４ｂを形成する結晶における面方位の均一化は少なからず図られる。つまり、温度ばらつきの範囲及び回転速度の範囲が上述の好ましい範囲に含まれなくとも、基板を回転させ、吸着させ、加熱する以上、これらのいずれかが欠けた構成と比較して、上記膜４４ａ，４４ｂを形成する結晶における面方位の均一化を図ることが可能である。
【００８２】
・ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを交互に積層することによって、これら膜の境界にＧｅＳｂＴｅ化合物が形成されるようにした。これに限らず、互いに異なる組成を有した金属カルコゲナイド膜の境界に、ＡｇＩｎＳｂＴｅ化合物が形成される、あるいはＧｅＣｕＴｅ化合物が形成されるように、二つの金属カルコゲナイドターゲットを構成するようにしてもよい。この場合、金属カルコゲナイドターゲットの組み合わせとしては、例えばＡｇＩｎＴｅ２ターゲットとＡｇＳｂＴｅ２ターゲットとの組み合わせ、あるいはＧｅＴｅターゲットとＣｕＴｅターゲットとの組み合わせを採用することができる。
【００８３】
・上記切り替え期間を設けることなく、スパッタ対象のターゲットを変更する際に、ＧｅＴｅターゲット２２ａの表面と、Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの両方がスパッタされる期間が存在してもよい。こうした構成であっても、これらターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させた状態でＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する以上、上記（１）及び（２）に準ずる効果を得ることができる。
【００８４】
・ＧｅＴｅターゲット２２ａ及びＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂをスパッタするときと、スパッタ対象の切り替え期間とで、基板ステージ１３の載置面１３ａの温度が等しくなるように該載置面１３ａの温度を調節するようにした。これに限らず、ＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとの境界に形成されるＧｅＳｂＴｅ化合物において結晶相からアモルファス相への変化が起こらない範囲であれば、載置面１３ａの温度が変化してもよい。
【００８５】
・スパッタ装置１０が、シャッタ２６を有していなくともよい。こうした構成であっても、上記ターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタするときに、基板ステージ１３によって基板Ｓを吸着且つ加熱しつつ、該基板Ｓをその周方向に回転させた状態でＧｅＴｅ膜４４ａとＳｂ２Ｔｅ３膜４４ｂとを形成する以上、上記（１）及び（２）に準ずる効果を得ることができる。
【００８６】
・基板Ｓを基板ステージ１３の載置面１３ａに静電気力によって吸着するようにしたが、例えば真空吸着等の他の吸着方法によって、基板Ｓの吸着を行うようにしてもよい。
【００８７】
・スパッタ装置１０は、ＧｅＴｅターゲット２２ａとＳｂ２Ｔｅ３ターゲット２２ｂとの二つの金属カルコゲナイドターゲットを有するようにしたが、三以上の金属カルコゲナイドターゲット、例えばＧｅＴｅターゲット、ＳｂＴｅターゲット、及びＧｅＳｂターゲットを有するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０…スパッタ装置、１１…真空槽、１１ａ…排気口、１１ｂ…ガス供給口、１２…上蓋、１２ａ…絶縁材、１３…基板ステージ、１３ａ…載置面（加熱面）、１４…チャック電極、１５…チャック電源、１６…ヒータ、１７…ヒータ電源、１８…回転部、２１ａ…第１バッキングプレート、２１ｂ…第２バッキングプレート、２２ａ…ＧｅＴｅターゲット（第一のターゲット）、２２ｂ…Ｓｂ２Ｔｅ３ターゲット（第二のターゲット）、２３ａ…第１磁石ユニット、２３ｂ…第２磁石ユニット、２４…高周波電源、２５…直流電源、２６…シャッタ、３１…排気部、３２…希ガス供給部、３３…添加ガス供給部、４１，５１…層間絶縁膜、４２，５２…断熱層、４３，５３…下部電極、４４…金属カルコゲナイド積層体、４４ａ…ＧｅＴｅ膜、４４ｂ…Ｓｂ２Ｔｅ３膜、４４Ｇ…ゲルマニウム原子、４４Ｔ…テルル原子、５０…相変化メモリ、５４…金属カルコゲナイド膜、５５…上部電極、Ｓ…基板、ＳＷａ…第１スイッチ、ＳＷｂ…第２スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置であって、
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、
前記基板を加熱する加熱面を有して前記基板を該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージと、
前記基板ステージを前記基板の周方向に回転させる回転部とを備え、
前記基板ステージが前記基板を吸着且つ加熱した状態で、前記回転部が前記基板ステージを回転させつつ、前記スパッタ源が前記二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層する
ことを特徴とする相変化メモリの形成装置。
【請求項２】
前記基板ステージは、前記加熱面における静電気力によって前記基板を吸着する
請求項１に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項３】
前記二つ以上のカルコゲナイドターゲットは、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットから構成され、
前記スパッタ源は、スパッタ対象を前記第一のターゲットと前記第二のターゲットとに交互に切り替えるとともに、スパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置き、
前記切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つ該ターゲット以外のターゲットを覆うシャッタをさらに備え、
前記基板ステージは、前記スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での前記加熱面の温度と、前記切り替え期間での前記加熱面の温度とが等しくなるように、前記加熱面を温調する
請求項１又は２に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項４】
前記基板の直径は、１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
前記基板の面内における温度のばらつきは、−１０℃以上＋１０℃以下であり、
前記基板ステージの回転速度は、毎分６０回以上毎分２５０回以下である
請求項３に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項５】
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成方法であって、
前記基板を基板ステージの加熱面に吸着しながら該加熱面で加熱し、且つ前記基板ステージを回転させつつ、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングで希ガスによりスパッタして、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層する
ことを特徴とする相変化メモリの形成方法。
【請求項１】
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成装置であって、
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を希ガスでスパッタするスパッタ源と、
前記基板を加熱する加熱面を有して前記基板を該加熱面に吸着しながら加熱する基板ステージと、
前記基板ステージを前記基板の周方向に回転させる回転部とを備え、
前記基板ステージが前記基板を吸着且つ加熱した状態で、前記回転部が前記基板ステージを回転させつつ、前記スパッタ源が前記二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングでスパッタすることにより、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層する
ことを特徴とする相変化メモリの形成装置。
【請求項２】
前記基板ステージは、前記加熱面における静電気力によって前記基板を吸着する
請求項１に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項３】
前記二つ以上のカルコゲナイドターゲットは、ＧｅＴｅからなる第一のターゲットとＳｂ２Ｔｅ３からなる第二のターゲットから構成され、
前記スパッタ源は、スパッタ対象を前記第一のターゲットと前記第二のターゲットとに交互に切り替えるとともに、スパッタ対象を切り替える際には、切り替え期間を置き、
前記切り替え期間にて、スパッタ対象になるターゲットを露出させ、且つ該ターゲット以外のターゲットを覆うシャッタをさらに備え、
前記基板ステージは、前記スパッタ源がターゲットをスパッタする期間での前記加熱面の温度と、前記切り替え期間での前記加熱面の温度とが等しくなるように、前記加熱面を温調する
請求項１又は２に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項４】
前記基板の直径は、１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
前記基板の面内における温度のばらつきは、−１０℃以上＋１０℃以下であり、
前記基板ステージの回転速度は、毎分６０回以上毎分２５０回以下である
請求項３に記載の相変化メモリの形成装置。
【請求項５】
互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を基板上にて積層することによって相変化メモリを形成する相変化メモリの形成方法であって、
前記基板を基板ステージの加熱面に吸着しながら該加熱面で加熱し、且つ前記基板ステージを回転させつつ、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイドターゲットの各々を互いに異なるタイミングで希ガスによりスパッタして、互いに異なる組成を有した二つ以上の金属カルコゲナイド膜を前記基板上にて積層する
ことを特徴とする相変化メモリの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１９３３０（Ｐ２０１２−２１９３３０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３９３（Ｐ２０１１−８６３９３）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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