DE112006003218T5 - Filmherstellvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Films - Google Patents

Filmherstellvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Films Download PDF

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Tadashi Tsukuba-shi Morita
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Abstract

Filmherstellvorrichtung, gekennzeichnet durch:
eine Vakuumkammer;
einen im Inneren der Vakuumkammer angeordneten Substrat-Trägertisch;
einen Substrat-Drehmechanismus, der für eine Drehung des Substrat-Trägertischs sorgt;
eine mit einem Sputtertarget versehene Sputterkathode, um dafür zu sorgen, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat auf dem Substrat-Trägertisch treffen; und
eine Substrattemperatur-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Filmherstellvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Films, die in einem Prozess zum Herstellen eines elektronischen oder Halbleiterbauteils mit Mehrschichtstruktur, wie einem MRAM (Magnetic Random Access Memory) verwendet werden.
  • Hintergrundbildende Technik
  • Als nichtflüchtige Speicher werden beispielsweise Halbleiterspeicher und ferroelektrische Speicher (FRAM: ferroelektrischer RAM) in weiter Verbreitung verwendet. In den letzten Jahren ziehen jedoch Bauteile mit Widerstandsänderung, wie magnetische nichtflüchtige Speicher (MRAM), Phasenänderungsspeicher (PRAM: Phasenänderungs-RAM) und ein CBRAM (Conductive Bridging RAM) Aufmerksamkeit als neue Speicherbauteile auf sich.
  • Bauteile mit Widerstandsänderung zeigen eine magnetische Mehrschichtfilmstruktur, und die zugehörigen Mehrschichtfilme werden unter Verwendung eines Dünnfilm-Herstellverfahrens zum Herstellen eines Halbleiters hergestellt. Jedoch variieren die das Bauteil mit Widerstandsänderung bildenden Mehrschichtfilme hinsichtlich ihrer Eigenschaften stark abhängig von Filmeigenschaften einschließlich der Filmdicke, der Kristallinität und des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses, wobei eine Kontrolle der Filmeigenschaften auf extrem hohem Niveau im Vergleich dazu erforderlich ist, wie es bei bisher verwendeten Halbleiterbauteilen eingesetzt wird.
  • Bisher wurden, beim Herstellen eines Bauteils mit Widerstandsänderung, die Mehrschichtfilme ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgreich in derselben Vorrichtung hergestellt, wobei verhindert wurde, dass Fremdsubstanzen in die Filme eingemischt werden (siehe unten das Patentdokument 1). In den meisten Fällen wird als Filmherstellverfahren für die Mehrschichtfilme ein Sputterverfahren verwendet, bei dem mehrere Sputterkathoden in einer Vakuumkammer angeordnet werden. An den mehreren Sputterkathoden angebrachte Sputtermaterialien bestehen beispielsweise aus Materialien voneinander verschiedener Arten, um in einer Laminierreihenfolge unterscheidbar verwendet zu werden, oder die mehreren Materialien werden bei der Filmherstellung einer Materialschicht aus mehreren Komponenten mit einem vorbestimmten Komponentenzusammensetzungsverhältnis gleichzeitig verwendet.
  • Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen eines Films bekannt, zu dem es gehört, dafür zu sorgen, dass Sputterteilchen aus einer schrägen Richtung auf die Oberfläche eines Substrats treffen, während dieses gedreht wird, um die Gleichmäßigkeit eines in der Ebene ausgebildeten Films auf dem Substrat zu fördern (siehe unten das Patentdokument 2).
    • Patentdokument 1: JP 2003-253439 A
    • Patentdokument 2: JP 2002-167661 A
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Jedoch besteht beim Filmherstellverfahren, bei dem nur dafür gesorgt wird, dass gesputterte Teilchen schräg auf ein Substrat treffen, während dieses gedreht wird, ein Problem dahingehend, dass die Kristallinität und das Komponentenzusammensetzungsverhältnis an verschiedenen Positionen in der Ebene variieren und dass es aufgrund einer in den Substraten in radialer Richtung erzeugten Temperaturungleichmäßigkeit zu einer Variation zwischen Substraten kommt. Die Temperaturungleichmäßigkeit ist einer Änderung der Temperatur in der Kammer zuzuschreiben, zu der es durch eine Fortsetzung eines Filmherstellprozesses, eine Änderung des Plasmabildungsbereichs, in dem das Target zu sputtern ist, aufgrund einer relativen Positionsbeziehung zwischen dem in Gebrauch befindlichen Target und dem Substrat kommt, und dergleichen kommt.
  • Daher, da also betreffend das Zusammensetzungsverhältnis, die Kristallinität und dergleichen eines Films innerhalb einer Ebene des Substrats oder zwischen Substraten durch das herkömmliche Verfahren keine gleichmäßigen Filmeigenschaften erzielt werden können, wurden eine Verringerung der Zuverlässigkeit und eine Beeinträchtigung der Ausbeute aufgrund von Variationen von Bauteileeigenschaften, wie es Widerstands in der Ebene, zu einem großen Problem.
  • Außerdem erfordert das Herstellen eines Bauteils mit Widerstandsänderung einen Prozess zum Ausführen einer Kristallisationswärmebehandlung der Mehrschichtfilme zum Verbessern der Eigenschaften derselben. Gemäß der einschlägigen Technik wird die Wärmebehandlung nach dem Herstellen der Mehrschichtfilme ausgeführt, was einen zusätzlichen Wärmebehandlungsprozess nach der Filmherstellung benötigt, was zu einem Problem dahingehend führt, dass die Produktivität nicht verbessert werden kann.
  • Die Erfindung erfolgte angesichts der oben angegebenen Probleme, und es liegt ihr daher die Aufgabe zugrunde, eine Filmherstellvorrichtung und ein Filmherstellverfahren zu schaffen, die die Gleichmäßigkeit von Filmeigenschaften erhöhen und die Produktivität verbessern können.
  • Maßnahme zum Lösen der Probleme
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist gemäß der Erfindung eine Filmherstellvorrichtung mit einer Vakuumkammer, einem Substrat-Trägertisch, einem Substrat-Drehmechanismus, einer Sputterkathode und einer Substrattemperatur-Einstelleinrichtung geschaffen. Der Substrat-Trägertisch ist innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Der Substrat-Drehmechanismus sorgt für eine Drehung des Substrat-Trägertischs. Die Sputterkathode ist mit einem Sputtertarget versehen, und sie sorgt dafür, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat auf dem Substrat-Trägertisch treffen. Die Substrattemperatur-Einstelleinrichtung stellt die Substrattemperatur ein.
  • Ferner ist, gemäß der Erfindung, ein Filmherstellverfahren geschaffen, zu dem es gehört, dafür zu sorgen, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat auf einem sich drehenden Substrat-Trägertisch treffen, um dadurch einen Film herzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein Film hergestellt, während die Substrattemperatur am Substrat-Trägertisch konstant gehalten wird.
  • Wie oben beschrieben, wird, bei der Erfindung, durch Anbringen der Substrattemperatur-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur und zum Konstanthalten derselben bei der Filmherstellung, die Temperaturungleichmäßigkeit am Substrat bei der Filmherstellung verringert, und die Filmeigenschaften in der Ebene sind gleichmäßig gemacht. So wird Gleichmäßigkeit von Filmeigenschaften wie der Filmdicke, der Kristallinität und des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses der Filmherstellschicht erzielt, und es wird möglich, ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit stabilen Bauteileeigenschaften herzustellen, wobei Variationen der Bauteileigenschaften einschließlich bei spielsweise des Widerstands in der Ebene oder des Magnetowiderstandseffekts unterdrückt sind.
  • Darüber hinaus wird es durch Einstellen der Substrattemperatur auf die Kristallisationstemperatur des Filmherstellmaterials durch die Substrattemperatur-Einstelleinrichtung möglich, einen Filmherstellprozess und eine Filmkristallisation gleichzeitig auszuführen, wodurch die Produktivität weiter verbessert werden kann, da die kristallisierende Wärmebehandlung nach der Herstellung des Mehrschichtfilms überflüssig wird. Auch wird es in diesem Fall möglich, da die Temperatur des Substrats für eine Kristallisation in der Ebene gleichmäßig gehalten werden kann, möglich, eine Bauteil mit Widerstandsänderung mit gewünschten Bauteileeigenschaften stabil herzustellen, wobei Kristallinitätsvariationen in der Ebene unterdrückt sind.
  • Für die Substrattemperatur-Einstelleinrichtung besteht keine Einschränkung auf den oben beschriebenen Mechanismus, solange sie die Temperatur in der Ebene gleichmäßig halten kann, ohne eine Verteilung der Temperatur in der Ebene im Substrat zu erzeugen. Als Substrat-Trägertisch ist eine Heizplatte mit einer eingebauten Wärmequelle bevorzugt. Es ist zu beachten, dass für die Substrattemperatur-Einstelleinrichtung keine Einschränkung auf eine Wärmequelle besteht, sondern dass es sich um eine Kühlquelle handeln kann.
  • Für eine effektive Einstellung der Substrattemperatur unter Verwendung einer Heizplatte ist es bevorzugter, wenn zusätzlich eine Konstruktion vorhanden ist, durch die die gesamte Oberfläche des Substrats am Substrat-Trägertisch angebracht werden kann. Vorzugsweise ist am Substrat-Trägertisch ein elektrostatischer Spannmechanismus vorhanden.
  • Es kann nicht nur eine Art von Sputterkathode (Targets) angebracht sein, sondern mehrere. Die mehreren Sputterkathoden be stehen beispielsweise aus Materialien voneinander verschiedener Arten, um in einer Laminierreihenfolge unterscheidbar verwendet zu werden, oder diese mehreren Materialien werden gleichzeitig bei der Filmherstellung einer Materialschicht aus mehreren Komponenten mit einem vorbestimmten Komponentenzusammensetzungsverhältnis verwendet. Insbesondere wird es, gemäß der Erfindung, da die Substrattemperatur in der Ebene konstant gehalten werden kann, möglich, ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit gewünschten Bauteileeigenschaften stabil herzustellen, wobei Variationen des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses in der Ebene unterdrückt sind.
  • Wirkung der Erfindung
  • Wie oben beschrieben, können, gemäß der Erfindung, Filmeigenschaften einschließlich der Filmdicke, der Kristallinität und des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses einer Filmherstellschicht in der Ebene gleichmäßig gehalten werden. So wird es möglich, mit hoher Produktivität, ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit stabilen Bauteileeigenschaften herzustellen, wobei Variationen der Bauteileeigenschaften, einschließlich beispielsweise des Widerstands in der Ebene oder des Magnetowiderstandseffekts, unterdrückt sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Filmherstellvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Draufsicht der Filmherstellvorrichtung 1.
  • 3 zeigt Versuchsergebnisse der Temperaturverteilung innerhalb eines Substrats, um eine Betriebweise der Filmherstellvorrichtung 1 zu veranschaulichen.
  • 4 ist eine schematische Aufbauansicht einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung, die mit der Filmherstellvorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist.
  • Beste Art zum Ausführen der Erfindung
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform eingeschränkt ist, sondern dass sie auf Grundlage des technischen Grundgedankens der Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert werden kann.
  • Die 1 und 2 sind schematische Aufbauansichten einer Filmherstellvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Filmherstellvorrichtung 1 als Magnetronsputtervorrichtung aufgebaut.
  • Die Filmherstellvorrichtung 1 verfügt über eine Vakuumkammer 2, einen im Inneren derselben angeordneten Substrat-Trägertisch 3, einen Substrat-Drehmechanismus zum Drehen des Substrat-Trägertischs 3 um eine Rotationsachse 4 sowie mehrere (drei bei dieser Ausführungsform) Sputterkathoden 5A, 5B und 5C, die im Inneren der Vakuumkammer 2 vorhanden sind.
  • Die Vakuumkammer 2 verfügt über eine im Inneren ausgebildete Bearbeitungskammer, deren Druck über eine Vakuumpumpeinrichtung (nicht dargestellt) auf einen vorbestimmten Vakuumgrad abgesenkt werden kann. Ferner verfügt die Vakuumkammer 2 an einer vorbestimmten Position über eine Gaseinlassdüse (nicht dargestellt) zum Einlassen eines Prozessgases wie Argongas oder eines Reaktionsgases wie Sauerstoff und Stickstoff in die Bearbeitungskammer 6.
  • Der Substrat-Trägertisch 3 besteht aus einer Heizplatte mit eingebauter Wärmequelle 10. Die Wärmequelle 10 ist als Temperatureinstelleinrichtung zum Erwärmen eines auf dem Substrat-Trägertisch 3 montierten Substrats W auf eine vorbestimmte Temperatur vorhanden. Beispielsweise hält die Wärmequelle 10 das Substrat W innerhalb eines Bereichs von 20°C bis 500°C auf einer bestimmten Temperatur. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Wärmequelle 10 Widerstandsheizung verwendet ist.
  • Der Substrat-Trägertisch 3 besteht aus einem isolierenden Material (beispielsweise PBN: pyrolytisches Bornitrid), und an geeigneten Positionen innerhalb des Substrat-Trägertischs 3 sind in der Nähe seiner Oberfläche eine geeignete Anzahl elektrostatischer Spannelektroden 11 vorhanden. Demgemäß wird das Sub strat W in engen Kontakt mit der Oberfläche des Substrat-Trägertischs 3 gebracht, um dadurch die Substrattemperatur in der Ebene gleichmäßig zu machen. Es sei darauf hingewiesen, dass als Substrat W beispielsweise ein Halbleitersubstrat wie ein Siliciumsubstrat verwendet wird.
  • Der Substrat-Trägertisch 3 ist auf einem Sockel 7 aus Metall (beispielsweise Aluminium) angebracht.
  • Am Sockel 7 ist im Zentrum seiner Unterseite eine Rotationsachse 4 befestigt. Der Sockel 7 ist so aufgebaut, dass er über eine Antriebsquelle 9 wie einen Motor drehbar ist. Demgemäß ist ein Substrat-Drehmechanismus geschaffen, der dafür sorgt, dass sich das Substrat W um sein Zentrum dreht. Es sei darauf hingewiesen, dass die Rotationsachse 4 über einen Lagermechanismus (nicht dargestellt) und einen Abdichtmechanismus wie eine magnetische Fluiddichtung 8 an der Vakuumkammer 2 angebracht ist.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, verfügt der Sockel 7 über einen Kühlmantel, in dessen Innerem ein Kühlmedium umgewälzt wird, wobei er als anderes spezielles Beispiel der Substrattemperatur-Einstelleinrichtung aufgebaut ist, um den Substrat-Trägertisch 3 auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise –40°C bis 0°C) zu kühlen. Im Inneren der Rotationsachse 4 ist eine Einlass-/Auslassleitung 12 für das Kühlmedium gemeinsam mit einer Wärmequelleleitung 10L, einer Leitung 11L für das elektrostatische Spannfutter, und dergleichen angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass im Inneren der Rotationsachse 4 auch eine Temperaturmessleitung 13L vorhanden ist, die mit einer Temperaturmesseinrichtung wie einem Thermoelement (nicht dargestellt) zum Messen der Temperatur des Substrat-Trägertischs 4 verbunden ist.
  • Als Nächstes sind, wie es in der 2 dargestellt ist, die Sputterkathoden 5A bis 5C im oberen Teil der Vakuumkammer 2 mit gleichwinkligen Intervallen konzentrisch um das Substrat W herum angeordnet. Es ist angenommen, dass jede der Sputterkathoden 5A bis 5C mit einer unabhängigen Plasmaerzeugungsquelle wie einer Hochfrequenzspannungsversorgung und einem Magnetmechanismus zum Ausbilden eines Plasmas innerhalb der Bearbeitungskammer 6 versehen ist, wozu Einzelheiten weggelassen werden.
  • Jede der Sputterkathoden 5A bis 5C trägt ein Sputtertarget aus einem beliebigen Material zur Filmherstellung auf dem Substrat W. Die Sputterkathoden 5A bis 5C sind in der Vakuumkammer 2 vorhanden, während sie um einen vorbestimmten Winkel so gekippt sind, dass Sputterteilchen, die durch Argonionen im Plasma aus dem Target geschlagen werden, aus einer schrägen Richtung in Bezug auf eine Normallinienrichtung auf das Substrat W treffen.
  • Genauer gesagt, ist bei dieser Ausführungsform beim Herstellen eines Films dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf das auf dem sich drehenden Substrat-Trägertisch 3 angebrachte Substrat W treffen, und durch konstantes Aufrechterhalten der Substrattemperatur dafür gesorgt, dass eine Temperaturungleichmäßigkeit am Substrat während der Filmherstellung beseitigt ist, um Gleichmäßigkeit der Filmeigenschaften in der Ebene zu realisieren.
  • Die durch die Sputterkathoden 5A bis 5C gehaltenen Targets bestehen beispielsweise aus Materialien von voneinander verschiedenen Arten, um in einer Laminierreihenfolge unterscheidbar verwendet zu werden, oder diese mehreren Materialien werden bei der Filmherstellung einer ternären Materialschicht mit einem vorbestimmten Komponentenzusammensetzungsverhältnis gleichzeitig verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Anzahl der anbringbaren Sputterkathoden keine spezielle Einschränkung besteht, sondern dass die Anzahl 1 oder mehr sein kann, was vom Material zur Filmherstellung abhängt.
  • Für das das Target bildende Material besteht keine spezielle Einschränkung, sondern bei der Herstellung eines Bauteils mit Widerstandsänderung, wie eines MRAM oder eines PRAM, wird in geeigneter Weise ein ferromagnetisches oder ein antiferromagnetisches Material, das mindestens eine Funktionsschicht des Bauteils bildet, verwendet. Zu zugehörigen speziellen Beispielen gehören Materialien auf Basis von Ni-Fe, Co-Fe, Pt-Mn oder Ge-Sb-Te sowie ein Material auf Basis von Tb-Sb-Fe-Co für ein magnetooptisches Bauteil. Es kann für jedes dieser Elemente ein Target hergestellt werden, um eine Materialschicht mit gewünschtem Komponentenzusammensetzungsverhältnis durch gleichzeitiges Sputtern der mehreren Targets herzustellen, oder es ist auch möglich, ein aus diesen Elementen bestehendes Legierungstarget zu verwenden.
  • Darüber hinaus können Targets aus Materialien verwendet werden, die bei einem magnetischen Bauteil mit Mehrschichtfilm eine Isolierschicht, eine Schutzschicht und eine leitende Schicht bilden. Beispielsweise können die Targetmaterialien abhängig von der Art des herzustellenden Bauteils ausgewählt werden, wobei zu den Materialien Cu, Ru, Ta und Al gehören. Ferner ist es möglich, einen Oxidfilm oder einen Nitridfilm dadurch auszubilden, dass ein Reaktionsgas wie Sauerstoff oder Stickstoff eingeleitet wird.
  • Es ist zu beachten, dass dann, wenn ein Filmherstellung unter Verwendung mehrerer Sputterkathoden ausgeführt wird, ein Übersprechen zwischen denselben vermieden werden kann, wenn die Arbeitsfrequenz derselben, beispielsweise 1 kHz oder mehr, unterschiedlich gewählt wird, wobei das Plasma stabil ausgebildet werden kann.
  • Übrigens existiert, wenn mehrere Sputterkathoden vorhanden sind, der Fall, dass eine beliebige oder nicht alle, sondern mehrere Sputterkathoden zur Filmherstellung auf dem Substrat W unter Verwendung eines vorbestimmten Materials verwendet werden, statt eines Falls, gemäß dem alle der mehreren Sputterkathoden gleichzeitig verwendet werden. In diesem Fall ist in der Bearbeitungskammer 6 ein Verschlussmechanismus 14 vorhanden, um zu verhindern, dass ein Material einer anderen Art in das Filmherstellmaterial eingemischt wird (Verunreinigung), da ein nicht gebrauchtes Sputtertarget dem in der Bearbeitungskammer 6 ausgebildeten Plasma ausgesetzt wird.
  • Der Verschlussmechanismus 14 verfügt über mehrere Abschirmungsplatten 15 und einer Rotationsachse 16 zum individuellen Drehen derselben. Jede der Abschirmungsplatten 15 besteht beispielsweise aus einer schirmartigen Metallplatte einer Größe, die dazu ausreicht, alle Sputterkathoden 5A bis 5C abzudecken. In jeder der Abschirmungsplatten 15 sind vorab Öffnungen in Teilen ausgebildet, die jeweils den Sputterkathoden 5A bis 5C entsprechen. Darüber hinaus werden die Rotationspositionen der Abschirmungsplatten 15 durch Antreiben der Rotationsachse 16 geeignet eingestellt, wodurch es möglich, einen Zustand zu wählen, in dem alle Sputterkathoden offen sind, oder einen Zustand, in dem nur ein beliebiges oder zwei Sputtertargets offen sind. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Anzahl anzubringender Abschirmungsplatten 15 keine Einschränkung auf das besteht, was beim Beispiel in der Figur dargestellt ist.
  • Bei der Filmherstellvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform sind im Inneren der Bearbeitungskammer 6 Abscheidungsverhinderungsplatten 17 vorhanden, um zu verhindern, dass Filmherstellmaterialien an Innenwandflächen der Vakuumkammer 2 anhaften. Die Abscheidungsverhinderungsplatten 17 sind in der vertikalen Richtung verstellbar, und sie werden entsprechend Anbringungs/Abnehm-Bedienungsvorgängen für das Substrat W in Bezug auf den Substrat-Trägertisch 3 angetrieben. Ferner können am Umfang der Oberseite des Substrat-Trägertischs 3 Magnete 18 vorhanden sein, um die Magnetisierungsrichtung des zur Filmher stellung auf dem Substrat W verwendeten magnetischen Materials zu kontrollieren.
  • In der Filmherstellvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau erfolgt eine Filmherstellung in solcher Weise, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf das auf dem sich drehenden Substrat-Trägertisch 3 platzierte Substrat W treffen. Demgemäß kann die Filmdickenverteilung in der Ebene im Vergleich zum Fall, bei dem Targetflächen parallel so angeordnet sind, dass sie an der Substratoberfläche einander gegenüberstehen, gleichmäßig gemacht werden.
  • Ferner erfolgt, bei dieser Ausführungsform, die Filmherstellung in solcher Weise, dass das Substrat W durch die Wärmequelle 10 auf einer bestimmten Temperatur (beispielsweise Kristallisationstemperatur) gehalten wird. Demgemäß wird es im Vergleich zum Filmherstellverfahren gemäß der einschlägigen Technik, bei dem die Filmherstelltemperatur auf die Raumtemperatur eingestellt ist, möglich, den Einfluss störender Komponenten, wie einer Änderung der Temperatur innerhalb der Kammer aufgrund einer Fortsetzung der Filmherstellverarbeitung und der Plasmaerzeugungsverteilung innerhalb des Bearbeitungsraums zu unterdrücken und eine Temperaturungleichmäßigkeit des Substrats W in der radialen Richtung zu verringern.
  • Daher wird es, gemäß dieser Ausführungsform, auch möglich, gleichzeitig die Filmherstelltemperatur der auf dem Substrat abgeschiedenen Materialschichten gleichmäßig zu machen. So ist es möglich, eine Materialschicht mit starker Temperaturabhängigkeit hinsichtlich der Kristallinität und des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses mit gleichmäßiger Kristallinität und gleichmäßigem Komponentenzusammensetzungsverhältnis innerhalb der Substratebene stabil herzustellen und Gleichmäßigkeit der Filmeigenschaften zu erzielen.
  • Außerdem kann, bei dieser Ausführungsform, nicht nur Gleichmäßigkeit der Temperatur in der Ebene des Substrats erzielt werden, sondern es kann auch Temperaturgleichmäßigkeit zwischen Substraten erzielt werden. Die 3 zeigt ein Beispiel von Ergebnissen eines Versuchs, wie er durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde. Bei diesem Versuch erfolgte eine Messung der Temperaturänderung zwischen Substraten, wenn ein Siliciumoxidfilm mit einer Dicke von 100 nm auf der Oberfläche eines Substrats mit einem Durchmesser von 8 Zoll durch das Filmherstellverfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Die Abszisse repräsentiert die Anzahl der Substratbearbeitungsvorgänge, und die Ordinate repräsentiert die Substrattemperatur.
  • Die Temperatur des Substrat-Trägertischs war auf 300°C eingestellt. Wie es aus den in der 3 dargestellten Ergebnissen erkennbar ist, betrug die mittlere Substrattemperatur 293, 9°C, und die Temperaturdifferenz zwischen Substraten war auf 6°C oder weniger herabgedrückt.
  • Wie oben beschrieben, ist es, gemäß dieser Ausführungsform, möglich, Gleichmäßigkeit zwischen Substraten sowie Gleichmäßigkeit von Filmeigenschaften in der Ebene der Filmherstellschicht auf einem Substrat zu erzielen, wozu die Filmdicke, die Kristallinität und das Komponentenzusammensetzungsverhältnis gehören. Insbesondere wird bei der Erfindung hinsichtlich der Filmherstellung einer Funktionsschicht mit künstlichem magnetischem Gitter bei einem Bauteil mit Widerstandsänderung mit einer Filmdicke von 50 nm oder weniger ein deutlicher Effekt erzielt, und es wird möglich, ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit Bauteileeigenschaften wie des Widerstands in der Ebene oder des Magnetowiderstandseffekts stabil herzustellen. Durch den durch die Erfinder der Erfindung ausgeführten Versuch wurde beim Herstellen einer ternären magnetischen Schicht auf Ge-Sb- Te-Basis und durch Betrachten der Kristallinität derselben in der Ebene geklärt, dass hohe Gleichmäßigkeit erzielt wurde.
  • Ferner wird es, gemäß dieser Ausführungsform, möglich, das Komponentenzusammensetzungsverhältnis oder die Kristallphase der Filmherstellschicht auf einem Substrat dadurch zu kontrollieren, dass lediglich die Temperatur des Substrats W (des Substrat-Trägertischs 3) eingestellt wird, wodurch eine Kontrolle von Filmeigenschaften der Filmherstellschicht im Vergleich zur einschlägigen Technik leicht ausgeführt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass derselbe Effekt auch dadurch erzielt werden kann, dass die an die Sputterkathoden 5A bis 5C angelegte Spannung kontrolliert wird, anstatt dass die Substrattemperatur kontrolliert würde.
  • Ferner wird es, gemäß dieser Ausführungsform, durch Korrelieren der Einstelltemperatur des Substrats W (des Substrat-Trägertischs 3) mit der Kristallisationstemperatur der Filmherstellschicht möglich, eine Filmherstellung und eine Kristallisation gleichzeitig auszuführen. So muss nach der Filmherstellung nicht zusätzlich eine Wärmebehandlung zur Kristallisation ausgeführt werden, wodurch es möglich wird, die Produktivität zu verbessern.
  • Übrigens wird ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit einer magnetischen Mehrschichtfilmstruktur beispielsweise unter Verwendung einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung 20 ausgeführt, wie sie in der 4 schematisch dargestellt ist. Die Vakuumbearbeitungsvorrichtung 20 ist so aufgebaut, dass mehrere Bearbeitungsräume 1A, 1B, 1C, 1D, 22, 23, 24 und 25 als Gruppe über Schleusenventile um einen Förderraum 21 herum angeordnet sind. Der Druck des Förderraums 21 wird auf einen vorbestimmten Vakuumgrad abgesenkt, und in seinem Inneren ist ein Substratförderroboter (nicht dargestellt) vorhanden. Beispielsweise fungiert ein Bearbeitungsraum 22 als Lade-/Entladeraum, und ein Bearbei tungsraum 23 fungiert als Vorabraum zum Ausführen einer Vorverarbeitung (Erwärmen, Abkühlen und dergleichen) vor der Filmherstellung. Andere Bearbeitungsräume fungieren als Filmherstellungsräume. Insbesondere bestehen die Bearbeitungsräume 1A bis 1D jeweils aus der in der 1 dargestellten Filmherstellvorrichtung 1. E sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der anzubringenden Filmherstellräume und dergleichen abhängig vom Bauteilaufbau oder der Art des Filmherstellmaterials geeignet geändert wird.
  • Vorbestimmte Materialschichten werden durch jeden der Filmherstellräume aufeinanderfolgend auf das in der Vakuumbearbeitungsvorrichtung 20 angebrachte Substrat auflaminiert, um dadurch ein Bauteil mit Widerstandsänderung, wie einen MRAM, einen PRAM oder einen GRAM (Giant Magneto-Resistive) herzustellen. Wie oben beschrieben, werden Mehrschichtfilme aufeinanderfolgend in derselben Vakuumbearbeitungsvorrichtung ohne Abbau des Vakuums hergestellt, wodurch es möglich ist, Filme hoher Qualität stabil herzustellen.
  • Zusammenfassung
  • Es sind eine Filmherstellvorrichtung und ein Filmherstellverfahren geschaffen, mit denen die Gleichmäßigkeit von Filmeigenschaften erhöht werden kann und die Produktivität verbessert werden kann. Eine Filmherstellvorrichtung (1) gemäß der Erfindung verfügt über eine Substrattemperatur-Einstelleinrichtung (Wärmequelle 10) zum Einstellen der Substrattemperatur, und eine Filmherstellung wird in solcher Weise ausgeführt, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat W auf einem sich drehenden Substrat-Trägertisch (3) treffen. Dadurch, dass die Substrattemperatur bei der Filmherstellung auf diese Weise konstant gehalten wird, ist es möglich, eine Temperaturungleichmäßigkeit am Substrat bei der Filmherstellung zu verringern und Filmeigenschaften in der Ebene zu vergleichmäßigen. Demgemäß können Filmeigenschaften, einschließlich der Filmdicke, der Kristallinität und des Komponentenzusammensetzungsverhältnisses einer Filmherstellschicht, gleichmäßig gemacht werden und es wird möglich, ein Bauteil mit Widerstandsänderung mit hoher Produktivität und stabilen Bauteileeigenschaften herzustellen, wobei Variationen der Bauteileeigenschaften, einschließlich beispielsweise des Widerstands in der Ebene und des Magnetowiderstandseffekts, unterdrückt sind.
    • 1
    Filmherstellvorrichtung
    2
    Vakuumkammer
    3
    Substrat-Trägertisch
    4
    Rotationsachse
    5A–5C
    Sputterkathode
    6
    Bearbeitungskammer
    7
    Sockel
    9
    Antriebsquelle
    10
    Wärmequelle (Substrat-Drehmechanismus)
    11
    elektrostatische Spannelektrode
    14
    Verschlussmechanismus
    20
    Vakuumbearbeitungsvorrichtung
    W
    Substrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-253439 A [0005]
    • - JP 2002-167661 A [0005]

Claims (10)

  1. Filmherstellvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine Vakuumkammer; einen im Inneren der Vakuumkammer angeordneten Substrat-Trägertisch; einen Substrat-Drehmechanismus, der für eine Drehung des Substrat-Trägertischs sorgt; eine mit einem Sputtertarget versehene Sputterkathode, um dafür zu sorgen, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat auf dem Substrat-Trägertisch treffen; und eine Substrattemperatur-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Substrattemperatur.
  2. Filmherstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrattemperatur-Einstelleinrichtung eine Wärmequelle oder eine Kühlquelle ist, die in den Substrat-Trägertisch eingebaut ist.
  3. Filmherstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrat-Trägertisch mit einem elektrostatischen Spannmechanismus versehen ist.
  4. Filmherstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sputterkathoden vorhanden sind und für jede der mehreren Sputterkathoden eine unabhängige Plasmaerzeugungsquelle vorhanden ist.
  5. Filmherstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mehreren Sputterkathoden und dem Substrat-Trägertisch ein Verschlussmechanismus zum Sperren einer beliebigen oder mehrerer Sputterkathoden vorhanden ist.
  6. Filmherstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sputterkathode aus einem magnetischen Material besteht, das mindestens eine Funktionsschicht eines Bauteils mit Widerstandsänderung bildet.
  7. Filmherstellverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es zu diesem gehört, dafür zu sorgen, dass gesputterte Teilchen aus einer schrägen Richtung auf ein Substrat auf einem sich drehenden Substrat-Trägertisch treffen, um dadurch einen Film herzustellen; und dass der Film hergestellt wird, während die Substrattemperatur auf dem Substrat-Trägertisch konstant gehalten wird.
  8. Filmherstellverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrattemperatur auf die Kristallisationstemperatur eines Filmherstellmaterials eingestellt wird.
  9. Filmherstellverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Filmherstellung auf dem Substrat gehört, gleichzeitig eine Hochfrequenzspannung an mehrere Sputterkathoden anzulegen.
  10. Filmherstellverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die mehreren Sputterkathoden Hochfrequenzspannungen mit voneinander verschiedenen Spannungsversorgungsfrequenzen angelegt werden.
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