JP2011058073A - Thin film deposition method and thin film deposition apparatus - Google Patents

Thin film deposition method and thin film deposition apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film deposition method and a thin film deposition apparatus which improve the uniformity of the (001) orientation of an MgO film to be deposited using a sputtering process. <P>SOLUTION: The thin film deposition method deposits the MgO film of the (001) orientation on an amorphous magnetic film by the following steps of: feeding a rare gas to the inside of a vacuum tank 11 which stores a disk-shaped substrate S having the amorphous magnetic film on the principal plane, while rotating the substrate S in the circumferential direction thereof in the vacuum tank 11; and sputtering an MgO target T with the rare gas, the MgO target T being arranged in such a form that a target surface Ta made of MgO is exposed to the inside of the vacuum tank 11 and the target surface Ta is tilted to the principal plane of the substrate 3. In the method, a plane including the principal plane of the substrate S is used as a projection plane, the target surface Ta is arranged in such a form that a projection region SP being a region where the target surface Ta is projected to normal direction thereof is separated from the principal plane of the substrate S, and also the angle between the normal with respect to the principal plane of the substrate S and the normal with respect to the target surface Ta is controlled to be 8&deg; to 14&deg;. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、スパッタリング法を用いて薄膜を形成する薄膜形成方法、特に酸化マグネシウムを表面に有するターゲットを用いて非晶質磁性膜上に酸化マグネシウム膜を形成する薄膜形成方法及びそれに用いられる薄膜形成装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film forming method for forming a thin film using a sputtering method, in particular, a thin film forming method for forming a magnesium oxide film on an amorphous magnetic film using a target having magnesium oxide on the surface, and a thin film forming method used therefor It relates to the device.

トンネル磁気抵抗素子の高出力化を実現させる技術の一つとしてトンネル絶縁膜を酸化マグネシウム(MgO)で構成することが挙げられる。そしてトンネル効果を発現させるような極めて薄い絶縁膜をMgOで形成する薄膜の形成方法には、MgOを表面に有したターゲットをスパッタして該ターゲットから放出される粒子を基板の主面に堆積させるというスパッタリング法が広く採用されている。このようなスパッタリング法のなかでも、例えば特許文献1に記載されるように、真空槽に収容された基板をそれの周方向に回転させながら、この基板の表面に対して傾斜するように配置されたターゲットの表面をスパッタする、いわゆる斜め入射スパッタリング法が広く採用されている。   One technique for realizing high output of the tunnel magnetoresistive element is to configure the tunnel insulating film with magnesium oxide (MgO). Then, in the method of forming a thin film that forms an extremely thin insulating film made of MgO so as to develop a tunnel effect, a target having MgO on the surface is sputtered and particles emitted from the target are deposited on the main surface of the substrate. The sputtering method is widely adopted. Among such sputtering methods, for example, as described in Patent Document 1, the substrate accommodated in the vacuum chamber is arranged to be inclined with respect to the surface of the substrate while rotating in the circumferential direction thereof. A so-called oblique incidence sputtering method, in which the surface of a target is sputtered, is widely used.

スパッタリングによりターゲットの表面から放出される粒子の分布は、該ターゲットの表面の面内において必ずしも均一であるとは限らず、むしろターゲットの表面近傍に形成されるプラズマ密度の分布に合わせて偏るようになる。そのため、ターゲットの表面と基板の表面とが対向するかたちにターゲットが配置されたり、ターゲットの表面が基板の表面に対して静置されたりする方法では、ターゲットの表面から放出される粒子の該表面における面内分布がMgO膜の膜厚の面内分布に直接反映されてしまい、MgO膜の膜厚の均一性が十分に得られ難くなる。この点、上記斜め入射スパッタリング法によれば、ターゲットの表面から放出される粒子の面内分布が該表面で不均一であっても、ターゲットの表面が基板の表面に対して傾いていること、このターゲットの表面に対して回転軸を中心に基板が回転すること、それらによりMgO膜の膜厚を均一にすることが可能になる。   The distribution of particles emitted from the surface of the target by sputtering is not necessarily uniform in the plane of the surface of the target, but rather is biased in accordance with the distribution of plasma density formed in the vicinity of the surface of the target. Become. For this reason, in a method in which the target is disposed in such a manner that the surface of the target and the surface of the substrate are opposed to each other, or the surface of the target is left stationary with respect to the surface of the substrate, the surface of particles emitted from the surface of the target The in-plane distribution is directly reflected in the in-plane distribution of the MgO film thickness, and it is difficult to obtain sufficient uniformity of the MgO film thickness. In this regard, according to the oblique incident sputtering method, even if the in-plane distribution of particles emitted from the surface of the target is nonuniform on the surface, the surface of the target is inclined with respect to the surface of the substrate. The substrate rotates about the rotation axis with respect to the surface of the target, and thereby the thickness of the MgO film can be made uniform.

ところで、上記トンネル磁気抵抗素子が高い磁気抵抗比を発現するためには、上記MgO膜が磁性膜上に単に形成されることだけではなく、該MgO膜において(001)配向が必要とされている。そして上記スパッタリング法を利用してMgO膜にこの(001)配向を与えるためには、
・[条件1]MgO膜の下地となる磁性膜が非晶質であること、
・[条件2]非晶質磁性膜に到達したMgO粒子が、該非晶質磁性膜上において多結晶化するためのエネルギーと、多結晶化したなかにおいて(001)面を優先的に配向させるためのエネルギーとを保有すること、それらが必要とされる。
By the way, in order for the tunnel magnetoresistive element to exhibit a high magnetoresistance ratio, the MgO film is not simply formed on the magnetic film, but (001) orientation is required in the MgO film. . In order to give this (001) orientation to the MgO film using the above sputtering method,
[Condition 1] The magnetic film serving as the base of the MgO film is amorphous.
[Condition 2] In order to preferentially orient the (001) plane in the polycrystallized energy of the MgO particles that have reached the amorphous magnetic film and the polycrystallized state on the amorphous magnetic film Possessing the energy of them, they are needed.

特開2009−151891号公報JP 2009-151891 A

一方、ターゲットの表面がスパッタガスによりスパッタされる過程では、
・[a]ターゲットの構成材料の粒子であるマグネシウム粒子や酸素粒子、
・[b]これら構成材料が電荷を帯びた荷電粒子、
・[c]ターゲットの表面で跳ね返されたスパッタガスからなる反跳粒子、それら各種粒子がターゲットの表面から放出されたり反跳されたりすることになる。上記非晶質磁性膜に到達する各種の粒子は、ターゲットから非晶質磁性膜に到達するまでに他の粒子との衝
突を繰り返しつつ、それのエネルギーを減少させる。そのため非晶質磁性膜に到達したときの各種粒子のエネルギーは、該粒子の飛行時間において該粒子が他の粒子と衝突した回数、すなわち平均衝突回数が多くなるほど低くなる一方、該粒子の平均衝突回数が少なくなるほど高くなる。上記MgO膜のスパッタリング技術では、MgO膜を構成する上記[a]の粒子が非晶質磁性膜の全体にわたり上記[条件2]を満たすことを目的として、上記[a]粒子の平均衝突回数が基板表面の全体にわたり所定の回数よりも低くなるように、10mPa〜20mPaという低い圧力下でスパッタ処理が実施されている。
On the other hand, in the process where the surface of the target is sputtered by the sputtering gas,
[A] Magnesium particles and oxygen particles that are particles of the constituent material of the target,
[B] charged particles in which these constituent materials are charged,
[C] Recoil particles made of sputter gas bounced off the surface of the target, and these various particles will be released or recoiled from the surface of the target. Various kinds of particles that reach the amorphous magnetic film repeatedly collide with other particles before reaching the amorphous magnetic film from the target, and reduce the energy of the particles. Therefore, the energy of various particles when reaching the amorphous magnetic film decreases as the number of times the particles collide with other particles during the flight time of the particles, that is, the average number of collisions increases, while the average collision of the particles The lower the number of times, the higher. In the sputtering technique of the MgO film, the average number of collisions of the [a] particles is set so that the [a] particles constituting the MgO film satisfy the above [Condition 2] over the entire amorphous magnetic film. Sputtering is performed under a low pressure of 10 mPa to 20 mPa so as to be lower than the predetermined number of times over the entire surface of the substrate.

しかしながら、MgO膜の形成される圧力が同じとしても、上記[a]〜[c]の各種粒子はそれの生成された過程が互いに異なるために、それの飛行する経路も互いに異なることが一般的である。そのため上記[a]〜[c]の各粒子が非晶質磁性膜に与えるエネルギーも各種粒子の飛行した経路および質量に合わせて互いに異なることになるため、相対的に短い経路を飛行した大きい質量の粒子が着弾する非晶質磁性膜の部位では常に過剰に高いエネルギーが供給されることになる。その結果、上記[a]〜[c]の各種粒子の高いエネルギーが、非晶質磁性膜の一部に結晶性を発現させて、このような部位における非晶質性を消失させてしまうこととなる。つまり、MgO膜の(001)配向を向上させるために上記[条件2]に従って各種粒子に高いエネルギーが与えられると、かえって非晶質磁性膜の一部、さらにはMgO膜自体がダメージを受けて上記[条件1]が満たされなくなってしまい、MgO膜の(001)配向そのものが失われてしまう。   However, even if the pressure at which the MgO film is formed is the same, since the various particles [a] to [c] are generated in different processes, their flight paths are generally different from each other. It is. For this reason, the energy given to the amorphous magnetic film by each of the particles [a] to [c] is also different from each other according to the route and mass of the various particles that flew. An excessively high energy is always supplied to the portion of the amorphous magnetic film where the particles of the particles land. As a result, the high energy of the various particles [a] to [c] described above causes crystallinity to develop in a part of the amorphous magnetic film, and the amorphousness at such sites is lost. It becomes. In other words, when high energy is given to various particles in accordance with the above [Condition 2] in order to improve the (001) orientation of the MgO film, part of the amorphous magnetic film and further the MgO film itself is damaged. The above [Condition 1] is not satisfied, and the (001) orientation itself of the MgO film is lost.

ターゲットの表面と基板の表面とが対向するかたちにターゲットが配置されたり、ターゲットの表面が基板の表面に対して静置されたりする方法では、上記ダメージを受ける非晶質磁性膜の部位が常に固定され、このような部位においてトンネル磁気抵抗素子が形成不能となってしまう。上述するような斜め入射スパッタリング法によれば上記ダメージを受ける非晶質磁性膜の部位を基板の周方向に分散させることが可能ではあるが、結局のところ、基板の中心あるいは基板の周縁にダメージが偏ることとなって、これら基板の中心と基板の周縁との間では(001)配向の均一性が得られ難くなってしまう。   In the method in which the target is placed so that the surface of the target and the surface of the substrate face each other, or the surface of the target is left stationary with respect to the surface of the substrate, the portion of the amorphous magnetic film that is damaged is always present. The tunnel magnetoresistive element cannot be formed at such a portion. According to the oblique incident sputtering method as described above, it is possible to disperse the damaged portion of the amorphous magnetic film in the circumferential direction of the substrate, but in the end, damage to the center of the substrate or the periphery of the substrate. Therefore, it becomes difficult to obtain (001) orientation uniformity between the center of the substrate and the periphery of the substrate.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スパッタリング法を用いて形成するMgO膜において(001)配向の均一性を向上させる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a thin film forming method and a thin film forming apparatus for improving the uniformity of (001) orientation in an MgO film formed by using a sputtering method. It is.

上記課題を解決するための手段及びその作用効果を以下に記載する。
請求項1に記載の発明は、非晶質磁性膜を主面に有した円板状の基板を収容する真空槽の内部で該基板をそれの周方向に回転させながら該真空槽の内部へ希ガスを供給し、前記真空槽の内部に酸化マグネシウムからなるターゲット表面を露出して該ターゲット表面が前記基板の主面に対し傾斜するかたちに配置されたターゲットを前記希ガスでスパッタすることにより(001)配向の酸化マグネシウム膜を前記非晶質磁性膜上に形成する薄膜形成方法であって、前記基板の主面を含む平面を投影面として前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域である投影領域が前記基板から離間するかたちに前記ターゲット表面を配置し且つ、前記基板の主面に対する法線と前記ターゲット表面に対する法線とのなす角度を8°以上で14°以下にすること、それを要旨とする。
Means for solving the above-described problems and their effects are described below.
According to the first aspect of the present invention, the inside of the vacuum chamber is rotated while rotating the substrate in the circumferential direction inside the vacuum chamber containing a disk-shaped substrate having an amorphous magnetic film as a main surface. By supplying a rare gas, exposing the target surface made of magnesium oxide inside the vacuum chamber, and sputtering the target disposed in a manner that the target surface is inclined with respect to the main surface of the substrate by the rare gas. A thin film formation method for forming a (001) -oriented magnesium oxide film on the amorphous magnetic film, wherein the target surface is projected in the normal direction thereof with a plane including the main surface of the substrate as a projection plane The target surface is arranged in such a manner that the projection region which is a region is separated from the substrate, and an angle formed between a normal to the main surface of the substrate and a normal to the target surface is 8 ° or more and 14 ° or less. The bottom line is that.

請求項3に記載の発明は、非晶質磁性膜を主面に有した円板状の基板をそれの周方向に回転させる基板ステージを収容して内部に希ガスが供給される真空槽と、前記真空槽の内部に酸化マグネシウムからなるターゲット表面を露出して該ターゲット表面が前記基板の主面に対し傾斜するかたちに配置されたターゲットとを備え、前記ターゲットに高周波電力を供給して前記ターゲット表面を前記希ガスでスパッタすることにより(001)配向の酸化マグネシウム膜を前記非晶質磁性膜上に形成する薄膜形成装置であって、前記基板
の主面を含む平面を投影面として前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域である投影領域が前記基板から離間するかたちに前記ターゲット表面が配置され且つ、前記基板の主面に対する法線と前記ターゲット表面に対する法線とのなす角度を8°以上で14°以下にすること、それを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vacuum chamber that contains a substrate stage for rotating a disk-shaped substrate having an amorphous magnetic film as a main surface in a circumferential direction thereof and is supplied with a rare gas therein. A target surface made of magnesium oxide is exposed inside the vacuum chamber, and the target surface is disposed in a shape inclined with respect to the main surface of the substrate, and a high-frequency power is supplied to the target. A thin film forming apparatus for forming a (001) -oriented magnesium oxide film on the amorphous magnetic film by sputtering a target surface with the rare gas, wherein a plane including a main surface of the substrate is used as a projection plane. The target surface is disposed in such a manner that a projection region, which is a region obtained by projecting the target surface in the normal direction thereof, is separated from the substrate, and the normal to the main surface of the substrate and the To below 14 ° angle at 8 ° above the normal to Getto surface and it and gist.

MgOからなるターゲット表面が希ガスによりスパッタされる過程では、ターゲットの構成材料の粒子であるマグネシウム(Mg)粒子や酸素(O)粒子の他、これら構成材料が電荷を帯びた荷電粒子やターゲットの表面で跳ね返された希ガスからなる反跳粒子も、それら固有の放出角度や反跳角度でターゲット表面から放出されたり反跳されたりすることになる。上述するようにスパッタリング法を利用してMgO膜に(001)配向を与えるためには、非晶質磁性膜に到達したMgO粒子が、該非晶質磁性膜上において多結晶化するためのエネルギーと、多結晶化したなかにおいて(001)面を優先的に配向させるためのエネルギーとを保有すること、それが必要とされる。つまりMgO膜の(001)配向を向上させる上では、MgO膜を構成する各種粒子に対して非晶質磁性膜の全体にわたり上記エネルギーを保有させるために、該各種粒子と他の粒子との衝突回数が基板の主面の全体にわたり所定の回数よりも低くさせるような低い成膜圧力が必要とされる。ただし、成膜圧力の低下が進行すると、マグネシウム(Mg)粒子や酸素(O)粒子のみならず、上記荷電粒子や反跳粒子も高いエネルギーを保有して非晶質磁性膜に到達することになり、このような各種粒子の高いエネルギーが、非晶質磁性膜の一部に結晶性を発現させてMgO膜の(001)配向を阻害してしまう。   In the process in which the target surface made of MgO is sputtered by a rare gas, in addition to magnesium (Mg) particles and oxygen (O) particles which are target constituent particles, these constituent materials are charged with charged particles or targets. The recoil particles made of the rare gas bounced back from the surface are also emitted from the target surface or recoiled at their specific emission angle and recoil angle. As described above, in order to give the (001) orientation to the MgO film by using the sputtering method, the energy required for the MgO particles reaching the amorphous magnetic film to be polycrystallized on the amorphous magnetic film is It is necessary to retain energy for preferentially orienting the (001) plane in the polycrystallized state. In other words, in order to improve the (001) orientation of the MgO film, the various particles constituting the MgO film have the above-described energy over the entire amorphous magnetic film, so that the various particles collide with other particles. A low deposition pressure is required so that the number of times is lower than a predetermined number over the entire main surface of the substrate. However, as the deposition pressure decreases, not only magnesium (Mg) particles and oxygen (O) particles but also the charged particles and recoil particles have high energy and reach the amorphous magnetic film. Thus, the high energy of such various particles causes crystallinity to develop in a part of the amorphous magnetic film and inhibits the (001) orientation of the MgO film.

本願発明者は、このようなMgO膜の(001)配向を阻害する要因が、成膜圧力が低下するに連れて、基板の主面を含む平面を投影面としてターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域である投影領域において顕著に現われること、それを見出した。請求項1及び請求項3に記載の発明によれば、上記投影領域を避けるかたちにMgO膜が形成されるため、該投影領域が基板と重畳するような薄膜形成の態様と比較して、基板の全体における非晶質磁性膜へのダメージを軽減させることが可能となる。それゆえに成膜圧力が低下するとしても、このようなダメージが軽減されている分、MgO膜の(001)配向分布の均一性を向上させること、それが可能になる。   The present inventor has found that the factor that inhibits the (001) orientation of the MgO film is that the plane including the main surface of the substrate is the projection plane and the target surface is in the normal direction as the deposition pressure decreases. It has been found that it appears prominently in the projected area, which is the area projected onto the screen. According to the first and third aspects of the present invention, since the MgO film is formed in such a manner as to avoid the projection region, the substrate is compared with the thin film formation mode in which the projection region overlaps the substrate. It is possible to reduce damage to the amorphous magnetic film in the whole. Therefore, even if the deposition pressure is lowered, the uniformity of the (001) orientation distribution of the MgO film can be improved as much as such damage is reduced.

またトンネル効果を発現させるような極めて薄い絶縁膜をMgOで形成する上では、上記(001)配向分布の均一性と同じく、該MgO膜の膜厚の均一性を担保することも重要になる。本願発明者は、上記投影領域を基板から離間させるというターゲットの配置を鋭利研究するなかで、ターゲットから放出されるMg粒子やO粒子の放出角度がターゲット表面に対する法線から大きく傾斜したものであってターゲット表面の略接線方向に近いこと、それを見出した。請求項1及び請求項3に記載の発明によれば、上記投影領域を基板から離間させるターゲットの配置のうち、基板の主面に対する法線とターゲット表面に対する法線とのなす角度が14°以下であることから、回転する基板の全体にわたりMg粒子やO粒子を均一に到達させることが可能となる。また基板の主面に対する法線とターゲット表面に対する法線とのなす角度が8°以上であることから、Mg粒子やO粒子が基板に到達しないことを回避することも可能となる。それゆえにMgO膜の膜厚均一性を担保させた上で(001)配向分布の均一性を向上させること、それが可能になる。   In addition, in forming an extremely thin insulating film that exhibits the tunnel effect with MgO, it is important to ensure the uniformity of the thickness of the MgO film as well as the uniformity of the (001) orientation distribution. The inventor of the present application has studied sharply the arrangement of the target that separates the projection region from the substrate, and the emission angle of Mg particles and O particles emitted from the target is greatly inclined from the normal to the target surface. And found that it is close to the tangential direction of the target surface. According to the first and third aspects of the present invention, the angle formed between the normal to the main surface of the substrate and the normal to the target surface is 14 ° or less in the target arrangement for separating the projection region from the substrate. Therefore, Mg particles and O particles can be uniformly reached over the entire rotating substrate. Further, since the angle formed between the normal line to the main surface of the substrate and the normal line to the target surface is 8 ° or more, it is possible to prevent Mg particles and O particles from reaching the substrate. Therefore, it is possible to improve the uniformity of (001) orientation distribution while ensuring the film thickness uniformity of the MgO film.

請求項2に記載の発明は、前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域が前記基板の側面と接するかたちに前記ターゲット表面を配置すること、それを要旨とする。 請求項4に記載の発明は、前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域が前記基板の側面と接するかたちに前記ターゲット表面が配置されること、それを要旨とする。   The gist of the invention described in claim 2 is that the target surface is arranged in such a manner that a region obtained by projecting the target surface in the normal direction thereof is in contact with the side surface of the substrate. The gist of the invention described in claim 4 is that the target surface is arranged in such a manner that a region obtained by projecting the target surface in the normal direction thereof is in contact with the side surface of the substrate.

上記投影領域が基板の主面から離間すると、ターゲットから放出されるMg粒子やO粒子が基板の主面に到達し難くなるために、MgO膜の成膜速度も自ずと低くなってしまう
。請求項2及び請求項4に記載の発明によれば、投影領域が基板の側面と接するかたちにターゲット表面が配置されることから、投影領域に起因した(001)配向の劣化が抑えられるなかで、MgO膜の成膜速度を最大にすることが可能となる。
When the projection region is separated from the main surface of the substrate, Mg particles and O particles emitted from the target are difficult to reach the main surface of the substrate, so that the deposition rate of the MgO film is naturally reduced. According to the second and fourth aspects of the present invention, since the target surface is arranged in such a manner that the projection area is in contact with the side surface of the substrate, deterioration of (001) orientation due to the projection area can be suppressed. It is possible to maximize the deposition rate of the MgO film.

本発明に係る薄膜形成装置の概略構成を該装置の側断面構造と共に示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the thin film forming apparatus which concerns on this invention with the side cross-section of this apparatus. (a)(b)ターゲットと基板との位置の関係を示す側断面図及び平面図。(A) (b) Side sectional view and plan view showing the positional relationship between the target and the substrate. (a)(b)ターゲットに対する基板の配置と基板上における酸化マグネシウムの配向の面内分布との関係を示す図。(A) (b) The figure which shows the relationship between arrangement | positioning of the board | substrate with respect to a target, and in-plane distribution of the orientation of magnesium oxide on a board | substrate. (a)(b)(c)ターゲットと基板との位置の関係を斜入射角度ごとに示す側断面図及び平面図。(A) (b) (c) The sectional side view and top view which show the relationship of the position of a target and a board | substrate for every oblique incident angle. 基板エッジからの距離と、(001)配向を示すピークの強度との関係を斜入射角度ごとに示すグラフ。The graph which shows the relationship between the distance from a substrate edge, and the intensity | strength of the peak which shows (001) orientation for every oblique incident angle. 基板中心からの距離と面積抵抗率との関係を斜入射角度ごとに示すグラフ。The graph which shows the relationship between the distance from a substrate center, and a sheet resistivity for every oblique incident angle.

以下、本発明を具体化した一実施形態について図1〜図6を参照して説明する。まず、本発明にかかる薄膜形成装置について以下に説明する。
図1に示されるように、薄膜形成装置10における真空槽11には、該真空槽11の内部空間を排気するクライオポンプ等からなる排気装置12が連結され、またこの排気装置12と真空槽11との間には真空槽11の内部圧力を検出する圧力検出装置VGが連結されている。そして排気装置12が排気動作を実行すると、真空槽11の内部が減圧されて、該内部の圧力が圧力検出装置VGにより検出される。このような真空槽11には、希ガスであるアルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、又はクリプトン(Kr)を所定の流量で供給するマスフローコントローラ等からなるガス供給装置13が連結されている。そして上記排気装置12が排気処理を定常的に実行する状態でガス供給装置13が真空槽11の内部に希ガスを供給すると、真空槽11における内部の圧力が該内部に供給される希ガスの流量に応じて1mPa〜300mPaの範囲で変わることになる。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. First, a thin film forming apparatus according to the present invention will be described below.
As shown in FIG. 1, the vacuum chamber 11 in the thin film forming apparatus 10 is connected to an exhaust device 12 composed of a cryopump or the like for exhausting the internal space of the vacuum chamber 11, and the exhaust device 12 and the vacuum chamber 11. Is connected to a pressure detection device VG for detecting the internal pressure of the vacuum chamber 11. When the exhaust device 12 performs the exhaust operation, the inside of the vacuum chamber 11 is depressurized, and the internal pressure is detected by the pressure detection device VG. A gas supply device 13 including a mass flow controller or the like for supplying a rare gas such as argon (Ar), xenon (Xe), or krypton (Kr) at a predetermined flow rate is connected to the vacuum chamber 11. When the gas supply device 13 supplies the rare gas to the inside of the vacuum chamber 11 in a state where the exhaust device 12 performs the exhaust process regularly, the internal pressure in the vacuum chamber 11 is reduced. It changes in the range of 1 mPa-300 mPa according to the flow rate.

真空槽11における内部空間の底部には、直径が8インチからなる円板状の基板Sを保持するための基板ステージ14が基板回転装置15の出力軸に連結されるかたちに収容されている。基板ステージ14に支持される基板Sは、非晶質のコバルト鉄ボロン(CoFeB)等、MgO膜の下地となる非晶質磁性膜を表面に有した円板状の各種の基板、例えば直径が8インチのSiウェハ、AlTiCウェハ、ガラスウェハ等である。そして基板回転装置15が基板ステージ14を回転させることにより、基板ステージ14は基板Sの温度を室温に維持しつつ、該基板Sに対する法線のうち、該基板Sの中心を通る基板回転軸線Asを回転中心にして該基板Sを基板Sの周方向に回転させる。こうした構成からなる基板ステージ14によれば、一つの方向から基板Sの表面に向けて飛行するスパッタ粒子が基板Sの周方向の全体にわたり均一に分散することになり、非晶質磁性膜上における堆積物の膜厚均一性を向上させること、それが可能になる。   A substrate stage 14 for holding a disk-shaped substrate S having a diameter of 8 inches is accommodated at the bottom of the internal space in the vacuum chamber 11 in a form connected to the output shaft of the substrate rotating device 15. The substrate S supported by the substrate stage 14 is a disk-shaped substrate having an amorphous magnetic film on the surface, such as amorphous cobalt iron boron (CoFeB). Examples include an 8-inch Si wafer, an AlTiC wafer, and a glass wafer. Then, the substrate rotating device 15 rotates the substrate stage 14 so that the substrate stage 14 maintains the temperature of the substrate S at room temperature, and the substrate rotation axis As passing through the center of the substrate S among the normals to the substrate S. Is rotated in the circumferential direction of the substrate S. According to the substrate stage 14 having such a configuration, the sputtered particles flying from one direction toward the surface of the substrate S are uniformly dispersed over the entire circumferential direction of the substrate S. It is possible to improve the film thickness uniformity of the deposit.

真空槽11の内部空間には有底筒状の下側遮蔽板16Aが基板ステージ14の周囲を覆うかたちに配置され、基板ステージ14の周囲や真空槽11の底部に向けて飛行するスパッタ粒子がこの下側遮蔽板16Aの遮蔽効果により該基板ステージ14の周囲や真空槽11の底部に対して遮蔽される。また下側遮蔽板16Aの径方向の内側には基板Sの外周に沿う円環状のカバーリングCRが配置され、基板ステージ14の周囲に向けて飛行するスパッタ粒子がこのカバーリングCRにより遮蔽される。   In the internal space of the vacuum chamber 11, a bottomed cylindrical lower shielding plate 16 </ b> A is disposed so as to cover the periphery of the substrate stage 14, and sputter particles flying toward the periphery of the substrate stage 14 and the bottom of the vacuum chamber 11. The lower shielding plate 16 </ b> A shields the substrate stage 14 and the vacuum chamber 11 from the bottom. An annular cover ring CR is disposed along the outer periphery of the substrate S inside the lower shielding plate 16A in the radial direction, and sputtered particles flying toward the periphery of the substrate stage 14 are shielded by the cover ring CR. .

真空槽11の天部には真空槽11の内部にプラズマを生成するためのカソード18が搭
載されている。カソード18のバッキングプレート19には13.56MHzの高周波電力を電力密度が2.85W/cmになるように出力する高周波電源GEが電気的に接続されている。このバッキングプレート19における基板Sの側には、MgOが主成分となるターゲット表面Taを真空槽11の内部空間に露出する直径が5インチからなる円板状のMgOターゲットTが電気的に接続されている。このMgOターゲットTは、それのターゲット表面Taが基板回転軸線Asから離間し、且つ基板Sの表面に対して傾斜するかたちに真空槽11に搭載されている。
A cathode 18 for generating plasma inside the vacuum chamber 11 is mounted on the top of the vacuum chamber 11. A high frequency power source GE that outputs high frequency power of 13.56 MHz so that the power density is 2.85 W / cm 2 is electrically connected to the backing plate 19 of the cathode 18. A disk-shaped MgO target T having a diameter of 5 inches that exposes the target surface Ta mainly composed of MgO to the internal space of the vacuum chamber 11 is electrically connected to the substrate S side of the backing plate 19. ing. The MgO target T is mounted on the vacuum chamber 11 such that the target surface Ta is separated from the substrate rotation axis As and is inclined with respect to the surface of the substrate S.

上記バッキングプレート19を挟んでMgOターゲットTの反対側には磁気回路21が配設されており、高周波電源GEからの高周波電力がバッキングプレート19に供給される状態で磁気回路21が駆動することにより、MgOターゲットTのターゲット表面Taにマグネトロン磁場が形成される。そしてMgOターゲットTのターゲット表面Taの近傍に高密度のプラズマが生成されることよりMgOターゲットTのターゲット表面Taがカソードとして機能し、ターゲット表面Taが希ガスのイオンによりスパッタされる。   A magnetic circuit 21 is disposed on the opposite side of the MgO target T across the backing plate 19, and the magnetic circuit 21 is driven in a state in which high-frequency power from the high-frequency power source GE is supplied to the backing plate 19. A magnetron magnetic field is formed on the target surface Ta of the MgO target T. Since the high-density plasma is generated in the vicinity of the target surface Ta of the MgO target T, the target surface Ta of the MgO target T functions as a cathode, and the target surface Ta is sputtered by rare gas ions.

MgOターゲットTに対する基板Sの側には、基板Sの上方を覆うドーム状のシャッタ22がシャッタ回転装置23の出力軸に連結されるかたちに基板ステージ14の直上に配置されている。シャッタ22の一部には、上記MgOターゲットTのターゲット表面Taの略全体を基板Sに向けて露出可能にする貫通孔である開口22Hが設けられている。そしてシャッタ回転装置23がシャッタ22を回転させることにより、シャッタ22が基板回転軸線Asを中心にして回転し、上記バッキングプレート19に高周波電力が供給される場合には、MgOターゲットTのターゲット表面Taと開口22Hとが対向し、MgOターゲットTに対するスパッタリングが可能になる。またバッキングプレート19に高周波電力が供給されない場合には、MgOターゲットTのターゲット表面Taがシャッタ22により覆われ、MgOターゲットTに対するスパッタリングが不能になると伴に、ターゲット表面Taに対する汚染が抑制される。   On the side of the substrate S with respect to the MgO target T, a dome-shaped shutter 22 covering the upper side of the substrate S is disposed immediately above the substrate stage 14 so as to be connected to the output shaft of the shutter rotation device 23. A part of the shutter 22 is provided with an opening 22 </ b> H that is a through hole that allows the entire target surface Ta of the MgO target T to be exposed toward the substrate S. When the shutter rotating device 23 rotates the shutter 22, the shutter 22 rotates about the substrate rotation axis As, and when the high frequency power is supplied to the backing plate 19, the target surface Ta of the MgO target T. And the opening 22H face each other, and sputtering with respect to the MgO target T becomes possible. When high frequency power is not supplied to the backing plate 19, the target surface Ta of the MgO target T is covered with the shutter 22, and sputtering on the MgO target T becomes impossible, and contamination on the target surface Ta is suppressed.

以下、上記MgOターゲットTと基板Sとの位置の関係について図2を参照して詳細に説明する。図2(a)(b)は、それぞれ上記MgOターゲットTと基板Sとの位置の関係を示す側断面図及び平面図である。   Hereinafter, the positional relationship between the MgO target T and the substrate S will be described in detail with reference to FIG. 2A and 2B are a side sectional view and a plan view showing the positional relationship between the MgO target T and the substrate S, respectively.

図2に示されるように、ターゲット表面Taに対する法線であるターゲット法線Atと基板Sの主面に対する法線である基板回転軸線Asとのなす角度である斜入射角度θが8°以上且つ、14°以下となるかたちにターゲット表面Taは基板Sの主面に対して傾斜している。このターゲット表面Taは、それがターゲット法線Atに沿って延びる領域である円筒状の退避領域SPが基板Sの主面と重畳しないかたちに配置され且つ、該円筒状の退避領域SPが基板SにおけるMgOターゲットT側の側面と接するかたちに配置されている。つまり基板Sの主面を含む平面を投影面としてターゲット表面Taをターゲット法線Atの方向に投影した領域である投影領域が基板Sの主面から離間し且つ、退避領域SPが基板Sに最も近接するかたちにターゲット表面Taは配置されている。なお、基板回転軸線Asの方向においてターゲット表面Taの中心と基板Sの主面の中心との距離(ターゲット高さH)が190mmであり、基板Sの主面の接線方向においてターゲット表面Taの中心と基板Sの主面の中心との距離が175mmとなるかたちにターゲット表面Taが配置されている。   As shown in FIG. 2, the oblique incident angle θ that is an angle formed between the target normal At that is a normal to the target surface Ta and the substrate rotation axis As that is a normal to the main surface of the substrate S is 8 ° or more and The target surface Ta is inclined with respect to the main surface of the substrate S so as to be 14 ° or less. The target surface Ta is arranged in such a manner that the cylindrical retraction area SP, which is an area extending along the target normal At, does not overlap the main surface of the substrate S, and the cylindrical retraction area SP is formed on the substrate S. Are arranged in contact with the side surface on the MgO target T side. That is, the projection area, which is an area obtained by projecting the target surface Ta in the direction of the target normal At with the plane including the main surface of the substrate S as the projection plane, is separated from the main surface of the substrate S, and the retreat area SP is the most on the substrate S. The target surface Ta is arranged in the vicinity. Note that the distance (target height H) between the center of the target surface Ta and the center of the main surface of the substrate S in the direction of the substrate rotation axis As is 190 mm, and the center of the target surface Ta in the tangential direction of the main surface of the substrate S The target surface Ta is arranged in such a way that the distance from the center of the main surface of the substrate S is 175 mm.

このような構成からなる薄膜形成装置10において成膜処理が開始されると、まず排気装置12が真空槽11の内部の圧力を基準値となる圧力値まで減圧されて、図示されない基板搬送装置により真空槽11の内部へ基板Sが搬入される。そして非晶質磁性膜を主面に有した基板Sが基板ステージ14にセットされると、シャッタ回転装置23がシャッタ22の開口22Hとターゲット表面Taとを対向させて、また基板回転装置15が基板回
転軸線Asを中心にして基板Sの回転を開始する。このようにして基板Sの回転が開始されると、ガス供給装置13が予め設定された流量の希ガスを真空槽11の内部へ供給して真空槽11の圧力を成膜圧力に昇圧し、次いで高周波電源GEが高周波電力をMgOターゲットTに供給してターゲット表面Taのスパッタリングを開始する。そして基板Sの主面を構成する非晶質磁性膜上に対し予め設定された期間だけMgOターゲットTがスパッタリングされ、所望とする膜厚のMgO膜が非晶質磁性膜上に形成される。
When the film forming process is started in the thin film forming apparatus 10 having such a configuration, first, the exhaust device 12 is depressurized to a pressure value that is a reference value in the vacuum chamber 11 and then by a substrate transfer device (not shown). The substrate S is carried into the vacuum chamber 11. When the substrate S having the amorphous magnetic film on the main surface is set on the substrate stage 14, the shutter rotation device 23 makes the opening 22H of the shutter 22 and the target surface Ta face each other, and the substrate rotation device 15 The rotation of the substrate S is started around the substrate rotation axis As. When the rotation of the substrate S is started in this way, the gas supply device 13 supplies a rare gas having a preset flow rate to the inside of the vacuum chamber 11 to increase the pressure of the vacuum chamber 11 to the film formation pressure, Next, the high frequency power supply GE supplies high frequency power to the MgO target T to start sputtering of the target surface Ta. Then, the MgO target T is sputtered for a preset period on the amorphous magnetic film constituting the main surface of the substrate S, and an MgO film having a desired thickness is formed on the amorphous magnetic film.

ここで、スパッタリング法を利用してMgO膜に(001)配向を与えるためには、上記[条件2]に記載のように、非晶質磁性膜に到達したMgO粒子が、非晶質磁性膜上において多結晶化するためのエネルギーと、多結晶化したなかにおいて(001)面を優先的に配向させるためのエネルギーとを保有すること、それが必要とされる。つまりMgO膜の(001)配向を向上させる上では、MgO膜を構成する各種粒子に対して非晶質磁性膜の全体にわたり上記エネルギーを保有させるために、各種粒子と他の粒子との衝突回数が基板Sの主面の全体にわたり所定の回数よりも低くさせるような低い成膜圧力が必要とされる。ただし、成膜圧力の低下が進行すると、Mg粒子やO粒子のみならず、これらの荷電粒子やターゲット表面Taからの反跳粒子も高いエネルギーを保有して非晶質磁性膜に到達することになるため、このような各種粒子の高いエネルギーが、非晶質磁性膜の一部に結晶性を発現させてMgO膜の(001)配向を阻害してしまう。   Here, in order to give the (001) orientation to the MgO film by using the sputtering method, as described in [Condition 2] above, the MgO particles that have reached the amorphous magnetic film are converted into the amorphous magnetic film. It is necessary to have the energy for polycrystallization above and the energy for preferentially orienting the (001) plane in the polycrystallization. In other words, in order to improve the (001) orientation of the MgO film, the number of collisions between the various particles and other particles in order to retain the energy over the entire amorphous magnetic film for the various particles constituting the MgO film. However, a low film forming pressure is required so that the entire surface of the substrate S is lower than the predetermined number of times. However, as the deposition pressure decreases, not only Mg particles and O particles, but also these charged particles and recoil particles from the target surface Ta have high energy to reach the amorphous magnetic film. Therefore, the high energy of such various particles causes crystallinity to develop in a part of the amorphous magnetic film and inhibits the (001) orientation of the MgO film.

本願発明者は、このようなMgO膜の(001)配向を阻害する要因が、成膜圧力が低下するほど上記投影領域において顕著に現われること、それを見出した。図2に示されるように、このような投影領域を構成する退避領域SPとは、基板回転軸線Asから見て、基板Sの主面に対してMgOターゲットTの側に偏った領域である。そのため退避領域SPと基板Sの主面とが重なる状態でMgO膜が形成されると、回転する基板Sの外周部の全体にわたり投影領域が重畳することとなり、基板Sの外周部と基板Sの中央部との間でMgO膜の(001)配向の強度が大きく異なることとなる。この点、上記薄膜形成装置10によれば、上記投影領域を避けるかたちにMgO膜が形成されるため、該投影領域が基板Sと重畳するような薄膜形成の態様と比較して、基板Sの全体における非晶質磁性膜へのダメージを軽減させることが可能となる。それゆえに成膜圧力が低下するとしても、このようなダメージが軽減されている分、MgO膜の(001)配向分布の均一性を向上させること、それが可能になる。ただし、上記投影領域が基板Sから離れるほどMg粒子やO粒子が基板Sの主面に到達し難くなるため、MgO膜の成膜速度も自ずと低くなってしまう。この点、上記薄膜形成装置10によれば、基板SにおけるMgOターゲットT側の側面と退避領域SPとが接するかたちにターゲット表面Taが配置されることから、該投影領域に起因した(001)配向の劣化が抑えられるなかで、MgO膜の成膜速度を最大にすることが可能となる。   The inventor of the present application has found that such a factor that inhibits the (001) orientation of the MgO film appears more prominently in the projection region as the deposition pressure decreases. As shown in FIG. 2, the retreat area SP constituting such a projection area is an area that is biased toward the MgO target T with respect to the main surface of the substrate S as viewed from the substrate rotation axis As. Therefore, when the MgO film is formed in a state where the retreat area SP and the main surface of the substrate S overlap, the projection area is overlapped over the entire outer periphery of the rotating substrate S, and the outer periphery of the substrate S and the substrate S are overlapped. The strength of the (001) orientation of the MgO film differs greatly from the central part. In this regard, according to the thin film forming apparatus 10, since the MgO film is formed in such a manner as to avoid the projection region, the thin film formation apparatus 10 is compared with the thin film formation mode in which the projection region overlaps the substrate S. It is possible to reduce damage to the amorphous magnetic film as a whole. Therefore, even if the deposition pressure is lowered, the uniformity of the (001) orientation distribution of the MgO film can be improved as much as such damage is reduced. However, since the Mg particles and the O particles do not easily reach the main surface of the substrate S as the projected region is farther from the substrate S, the deposition rate of the MgO film is naturally reduced. In this regard, according to the thin film forming apparatus 10, since the target surface Ta is arranged in such a manner that the side surface of the substrate S on the MgO target T side and the retreat area SP are in contact with each other, the (001) orientation resulting from the projection area In this way, it is possible to maximize the deposition rate of the MgO film.

また本願発明者は、上記投影領域を基板Sから離間させるというMgOターゲットTの配置を鋭利研究するなかで、MgOターゲットTから放出されるMg粒子やO粒子の放出角度が一般に知られる余弦則に即したものと異なり、ターゲット法線Atに対して大きく傾斜したものであってターゲット表面Taの略接線方向に近いこと、それを見出した。トンネル効果を発現させるような極めて薄い絶縁膜をMgOで形成する上では、上記(001)配向分布の均一性と同じく、MgO膜の膜厚の均一性を担保することも重要になる。この点、上記薄膜形成装置10によれば、上記投影領域を基板Sから離間させるMgOターゲットTの配置のうち、基板回転軸線Asとターゲット法線Atとのなす角度が14°以下、すなわち基板Sの主面がターゲット表面Taの接線方向に近いかたちにMgOターゲットTが配置されることになる。それゆえ回転する基板Sの全体にわたりMg粒子やO粒子を均一に到達させることが可能となる。また基板回転軸線Asとターゲット法線Atとのなす角度が8°以上であることから、Mg粒子やO粒子が基板Sに到達しないことを回避することも可能となる。それゆえにMgO膜の膜厚均一性を担保させた上で(001
)配向の均一性を向上させること、それが可能になる。
(試験例)
上記投影領域に認められる結晶配向性の傾向と、各種の斜入射角度θのもとで形成されるMgO膜の(001)配向とについて、試験例等とともに以下に詳細に説明する。まず上記投影領域に認められる結晶配向性の傾向について図3を参照して説明する。
Further, the inventors of the present application have studied the arrangement of the MgO target T that separates the projection region from the substrate S, and in accordance with the cosine law in which the emission angle of Mg particles and O particles emitted from the MgO target T is generally known. It was found that it was largely inclined with respect to the target normal line At and close to the substantially tangential direction of the target surface Ta, unlike the corresponding one. In forming an extremely thin insulating film that exhibits the tunnel effect with MgO, it is important to ensure the uniformity of the thickness of the MgO film as well as the uniformity of the (001) orientation distribution. In this regard, according to the thin film forming apparatus 10, in the arrangement of the MgO target T that separates the projection region from the substrate S, the angle formed by the substrate rotation axis As and the target normal At is 14 ° or less, that is, the substrate S. The MgO target T is arranged so that the main surface is close to the tangential direction of the target surface Ta. Therefore, the Mg particles and the O particles can be uniformly reached over the entire rotating substrate S. In addition, since the angle formed between the substrate rotation axis As and the target normal At is 8 ° or more, it is possible to prevent Mg particles and O particles from reaching the substrate S. Therefore, after ensuring the film thickness uniformity of the MgO film (001
) It is possible to improve the uniformity of orientation.
(Test example)
The crystal orientation tendency observed in the projection region and the (001) orientation of the MgO film formed under various oblique incident angles θ will be described in detail below along with test examples and the like. First, the tendency of the crystal orientation observed in the projection region will be described with reference to FIG.

まず結晶配向性を測定する積層構造として、基板S/Ta(5nm)/CoFeB(3nm)/MgO(20nm)/CoFeB(3nm)/Ta(2nm)を用いた。そしてMgO膜の成膜に際して、成膜圧力が互いに異なる下記成膜条件のもと、基板Sの回転を停止させて試験例のMgO膜を形成し、(001)配向を示すMgO(200)ピーク(2θ=42.9°)の強度を各試験例についてX線回折法により計測した。図3は、試験例におけるMgO(200)ピークの強度の分布を例示する図であり、MgO(200)ピークの強度が等しくなる位置を等高線Larにより結んだ等高線図である。なお図3(a)には、成膜圧力が19mPaとなる条件で形成した試験例の強度分布を例示し、図3(b)には、成膜圧力が310mPaとなる条件で形成した試験例の強度分布を例示し、いずれでもMgO(200)ピークの強度が低い領域ほど濃いドットを付して示す。
(成膜条件)
・基板S:シリコン基板(直径:8インチ)
・ターゲット:MgOターゲット(直径:5インチ)
・斜入射角度θ:22°
・ターゲット高さH:190mm
・非晶質磁性膜:(CoFe)0.80.2
・基板温度:室温
・最短飛行距離dts:200mm
・成膜圧力:19mPa,310mPa
・スパッタガス:Ar
・MgO膜厚:20nm
図3に例示されるように、基板Sの回転が停止された状態、つまり基板Sの主面とターゲット表面Taとの相対位置が固定された状態でMgO膜が形成されると、基板Sの主面とターゲット表面Taとの相対距離に応じたかたちに(001)配向の強度分布が現われることが認められた。言い換えれば、MgOターゲットTの縁からの距離が等しくなる位置においてMgO(200)ピークの強度が等しくなるように、(001)配向の強度分布が現われること、それが認められた。
First, the substrate S / Ta (5 nm) / CoFeB (3 nm) / MgO (20 nm) / CoFeB (3 nm) / Ta (2 nm) was used as a laminated structure for measuring crystal orientation. Then, when forming the MgO film, the rotation of the substrate S was stopped under the following film forming conditions with different film forming pressures to form the MgO film of the test example, and the MgO (200) peak indicating (001) orientation was formed. The intensity of (2θ = 42.9 °) was measured for each test example by the X-ray diffraction method. FIG. 3 is a diagram illustrating the intensity distribution of the MgO (200) peak in the test example, and is a contour map in which positions where the intensity of the MgO (200) peak is equal are connected by a contour line Lar. FIG. 3A illustrates the intensity distribution of a test example formed under conditions where the film forming pressure is 19 mPa, and FIG. 3B illustrates a test example formed under conditions where the film forming pressure is 310 mPa. In any case, the lower the intensity of the MgO (200) peak, the darker the dots.
(Deposition conditions)
・ Substrate S: Silicon substrate (diameter: 8 inches)
・ Target: MgO target (diameter: 5 inches)
Oblique incident angle θ: 22 °
・ Target height H: 190mm
Amorphous magnetic film: (CoFe) 0.8 B 0.2
-Substrate temperature: Room temperature-Shortest flight distance dts: 200mm
-Film formation pressure: 19 mPa, 310 mPa
・ Sputtering gas: Ar
MgO film thickness: 20nm
As illustrated in FIG. 3, when the MgO film is formed in a state where the rotation of the substrate S is stopped, that is, in a state where the relative position between the main surface of the substrate S and the target surface Ta is fixed, It was confirmed that a (001) -oriented intensity distribution appeared in accordance with the relative distance between the main surface and the target surface Ta. In other words, it was recognized that the intensity distribution of (001) orientation appears so that the intensity of the MgO (200) peak becomes equal at the position where the distance from the edge of the MgO target T becomes equal.

また各等高線Larにより区画された領域である投影領域Z1、第2領域Z2、第3領域Z3、第4領域Z4では、それの(001)配向の強度として、成膜圧力に応じた以下のような傾向が認められた。すなわち図3(a)に示されるように、成膜圧力が比較的に高い310mPaにおいては、第4領域Z4<第3領域Z3<投影領域Z1<第2領域Z2という高低関係が認められた。一方、成膜圧力が比較的に低い19mPaにおいては、投影領域Z1<第4領域Z4<第2領域Z2<第3領域Z3という高低関係が認められた。   Further, in the projection area Z1, the second area Z2, the third area Z3, and the fourth area Z4, which are areas partitioned by the contour lines Lar, the intensity of the (001) orientation is as follows according to the film forming pressure. A tendency was observed. That is, as shown in FIG. 3 (a), at 310 mPa where the film formation pressure is relatively high, a height relationship of fourth region Z4 <third region Z3 <projection region Z1 <second region Z2 was recognized. On the other hand, at 19 mPa where the film forming pressure is relatively low, a height relationship of projection region Z1 <fourth region Z4 <second region Z2 <third region Z3 was observed.

上述するような(001)配向の強度分布の傾向は、
・[d]相対的にMgOターゲットTに近い領域である投影領域Z1において該領域に到達する粒子の高いエネルギーにより非晶質磁性膜の非晶質性が失われること、
・[e]相対的にMgOターゲットTから遠い領域である第4領域Z4において該領域に到達する粒子の低いエネルギーによりMgOの多結晶化、あるいは(001)面の優先的な配向が促進され難いこと、それらが要因であることを示唆するものである。
The tendency of the intensity distribution of the (001) orientation as described above is
[D] The amorphous nature of the amorphous magnetic film is lost due to the high energy of particles reaching the region in the projection region Z1, which is a region relatively close to the MgO target T.
[E] In the fourth region Z4, which is a region relatively far from the MgO target T, it is difficult to promote MgO polycrystallization or preferential orientation of the (001) plane due to the low energy of particles reaching the region. That suggests that they are a factor.

そして図3(a)と図3(b)とにおける強度分布の差異は、成膜圧力の下降に従って
上記[d]が顕著になること、すなわち投影領域Z1における非晶質性の消失が顕著になること、それを示唆するものである。詳述すると、上記非晶質磁性膜に到達する各種粒子は一般に、MgOターゲットTから放出された後に他の粒子との衝突を繰り返して自身のエネルギーを低下させる。つまり上記非晶質磁性膜に到達する各種粒子が高い成膜圧力のもとで飛行するほど該粒子のエネルギーが低下することになり、反対に各種粒子が低い成膜圧力のもとで飛行するほど該粒子のエネルギーの低下が抑えられることになる。よって比較的に低い成膜圧力においては、非晶質磁性膜に到達する粒子のエネルギーが比較的に高くなるため、上記[d]に起因した低強度が投影領域Z1に顕著に現われることになる。
The difference in intensity distribution between FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) is that the above [d] becomes conspicuous as the film forming pressure decreases, that is, the disappearance of the amorphous property in the projection region Z1 becomes conspicuous. It is a suggestion. Specifically, various particles that reach the amorphous magnetic film are generally released from the MgO target T and then repeatedly collide with other particles to reduce their own energy. In other words, as the various particles that reach the amorphous magnetic film fly under a high deposition pressure, the energy of the particles decreases, and conversely, the various particles fly under a low deposition pressure. As a result, the decrease in energy of the particles is suppressed. Therefore, at a relatively low deposition pressure, the energy of the particles reaching the amorphous magnetic film is relatively high, so that the low intensity due to the above [d] appears remarkably in the projection region Z1. .

ここで、上述するような比較的に低い成膜圧力で初期のMgO膜が成膜されると、上記[d]に記載されるように、高いエネルギーを保有した粒子が非晶質磁性膜に到達してしまい、このような粒子が着弾する非晶質磁性膜の部位において非晶質性が失われることとなる。そこで、このような投影領域Z1が基板Sの主面から離間するかたちにMgOターゲットTが配置されれば、上記[d]に起因した低強度が基板Sの主面から離間するため、比較的に低い成膜圧力でMgO膜が形成されるとしても、基板Sの外周において(001)配向を失うことが抑えられる。それゆえにMgO膜における(001)配向の均一性を向上させること、それが可能になる。   Here, when the initial MgO film is formed at a relatively low film formation pressure as described above, as described in [d] above, particles having high energy are formed in the amorphous magnetic film. As a result, the amorphous property is lost at the portion of the amorphous magnetic film where such particles land. Therefore, if the MgO target T is arranged in such a manner that the projection region Z1 is separated from the main surface of the substrate S, the low intensity due to the above [d] is separated from the main surface of the substrate S. Even if the MgO film is formed at a very low deposition pressure, the loss of (001) orientation on the outer periphery of the substrate S can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the uniformity of (001) orientation in the MgO film.

次いで、各種の斜入射角度θで形成されたMgO膜の結晶配向性について、試験例等とともに図4〜図6を参照して説明する。まず結晶配向性を測定する積層構造として、基板S/Ta(5nm)/CoFeB(3nm)/MgO(20nm)/CoFeB(3nm)/Ta(2nm)を用いた。そしてMgO膜を成膜するに際して、斜入射角度θが互いに異なる下記成膜条件のもと、基板Sの回転を停止させて試験例のMgO膜を形成し、MgO(200)ピークの強度を各試験例についてX線回折法により計測した。図4(a)(b)(c)は、それぞれ試験例における基板SとMgOターゲットTとの位置の関係を模式的に示す図である。また図5は、試験例におけるMgO(200)ピークの強度と基板Sの端部(エッジ)からの距離との関係を斜入射角度ごとに示す図である。なお図5における基板Sの端部とは基板SにおけるMgOターゲットT側の端部であり、該端部からの距離とは該端部から径方向への距離である。
(成膜条件)
・基板S:シリコン基板(直径:8インチ)
・ターゲット:MgOターゲット(直径:5インチ)
・斜入射角度θ:0°,11°,22°
・ターゲット高さH:190mm
・非晶質磁性膜:(CoFe)0.80.2
・基板温度:室温
・最短飛行距離dts:200mm
・成膜圧力:19mPa
・スパッタガス:Ar
・MgO膜厚:20nm
図4(a)〜(c)に示されるように、斜入射角度θが22°の場合、退避領域SPの一部が基板Sの外周部に重畳して基板Sの主面上に投影領域が形成されることになる。これに対して斜入射角度θが11°になると、退避領域SPの一部が基板Sの側面に接して基板Sの主面から投影領域が離間することになる。そして斜入射角度θが0°になると、退避領域SPそのものが基板Sから離間して基板Sの主面から投影領域がさらに離間することになる。
Next, the crystal orientation of the MgO film formed at various oblique incident angles θ will be described with reference to FIGS. First, the substrate S / Ta (5 nm) / CoFeB (3 nm) / MgO (20 nm) / CoFeB (3 nm) / Ta (2 nm) was used as a laminated structure for measuring crystal orientation. Then, when forming the MgO film, the rotation of the substrate S is stopped under the following film forming conditions with different oblique incident angles θ, and the MgO film of the test example is formed. The test example was measured by the X-ray diffraction method. 4A, 4B, and 4C are diagrams schematically showing the positional relationship between the substrate S and the MgO target T in each test example. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the intensity of the MgO (200) peak and the distance from the edge (edge) of the substrate S for each oblique incident angle in the test example. Note that the end of the substrate S in FIG. 5 is the end of the substrate S on the MgO target T side, and the distance from the end is the distance in the radial direction from the end.
(Deposition conditions)
・ Substrate S: Silicon substrate (diameter: 8 inches)
・ Target: MgO target (diameter: 5 inches)
-Oblique incidence angle θ: 0 °, 11 °, 22 °
・ Target height H: 190mm
Amorphous magnetic film: (CoFe) 0.8 B 0.2
-Substrate temperature: Room temperature-Shortest flight distance dts: 200mm
-Film formation pressure: 19 mPa
・ Sputtering gas: Ar
MgO film thickness: 20nm
As shown in FIGS. 4A to 4C, when the oblique incident angle θ is 22 °, a part of the retreat area SP overlaps the outer periphery of the substrate S and is projected onto the main surface of the substrate S. Will be formed. On the other hand, when the oblique incident angle θ is 11 °, a part of the retreat area SP comes into contact with the side surface of the substrate S and the projection area is separated from the main surface of the substrate S. When the oblique incident angle θ becomes 0 °, the retreat area SP itself is separated from the substrate S, and the projection area is further separated from the main surface of the substrate S.

図5に示されるように、斜入射角度θが22°になると、基板SのMgOターゲットT側(基板エッジからの距離が0mm〜50mm)には投影領域Z1に合わせてピーク強度
が著しく低くなる領域が認められた。そして基板Sの端部から100mmの付近、すなわち基板Sの中央部においてピーク強度が最も高くなる領域が認められ、該中央部から基板Sの他端部へ移るにつれて再びピーク強度が低くなる傾向が認められた。一方、斜入射角度θが11°になると、斜入射角度θが22°の場合と比較して基板SのMgOターゲットT側におけるピーク強度に大幅な増大が認められ且つ、基板Sの中央部、及び基板Sの他端部においても斜入射角度θが22°の場合と略同程度のピーク強度が認められた。つまり投影領域Z1が基板Sの主面から離間することにより、該投影領域Z1に起因した(001)配向の強度の低下が抑えられ、基板Sの主面における強度分布の均一化が図れること、それが認められた。これに対して、斜入射角度θが0°の場合には、斜入射角度θが11°の場合と比較して基板SのMgOターゲットT側におけるピーク強度にさらなる増大が認められる一方、基板Sの他端部においては斜入射角度θが22°,11°の場合と略同程度のピーク強度が認められた。つまり投影領域Z1が基板Sの主面から離間することにより、該投影領域Z1に起因した(001)配向の強度の低下が抑えられるものの、基板Sの他端部と基板Sの中央部とのピーク強度の差も増大しているために、斜入射角度θが11°の場合と比較して、基板Sの主面における強度分布の均一性が図られないこと、それも認められた。
As shown in FIG. 5, when the oblique incident angle θ is 22 °, the peak intensity on the side of the MgO target T of the substrate S (the distance from the substrate edge is 0 mm to 50 mm) is remarkably reduced in accordance with the projection region Z1. An area was recognized. Then, a region where the peak intensity is highest in the vicinity of 100 mm from the end of the substrate S, that is, in the central portion of the substrate S is recognized, and the peak intensity tends to decrease again as the region moves from the central portion to the other end of the substrate S. Admitted. On the other hand, when the oblique incident angle θ is 11 °, a significant increase in the peak intensity on the MgO target T side of the substrate S is recognized as compared with the case where the oblique incident angle θ is 22 °, and the central portion of the substrate S, Also, at the other end portion of the substrate S, a peak intensity substantially equal to that in the case where the oblique incident angle θ was 22 ° was recognized. That is, by separating the projection area Z1 from the main surface of the substrate S, a decrease in (001) orientation strength due to the projection area Z1 can be suppressed, and the intensity distribution on the main surface of the substrate S can be made uniform. That was recognized. On the other hand, when the oblique incident angle θ is 0 °, the peak intensity on the MgO target T side of the substrate S is further increased as compared with the case where the oblique incident angle θ is 11 °. At the other end, a peak intensity substantially equal to that in the case where the oblique incident angle θ was 22 ° or 11 ° was recognized. That is, when the projection region Z1 is separated from the main surface of the substrate S, a decrease in (001) orientation strength due to the projection region Z1 can be suppressed, but the other end portion of the substrate S and the central portion of the substrate S Since the difference in peak intensity is also increasing, it was recognized that the intensity distribution on the main surface of the substrate S was not uniform compared to the case where the oblique incident angle θ was 11 °.

次いで、MgO膜を利用したトンネル磁気抵抗素子の比抵抗値に関する斜入射角度θの依存性について、実施例等とともに図6を参照して説明する。まずトンネル磁気抵抗素子の素子構造として、基板S/Ta(5nm)/PtMn(15nm)/Co90Fe10(2.5nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(3nm)/MgO(2.5nm)/CoFeB(3nm)/Ta(5nm)/Ru(7nm)を用いた。そしてMgOの形成に際して、下記成膜条件のもと、斜入射角度θを11°に設定して基板Sを回転させつつ実施例のトンネル磁気抵抗素子を形成し、該トンネル磁気抵抗素子の面積抵抗RAを計測した。また同成膜条件のもと、斜入射角度θのみを22°に変更して比較例のトンネル磁気抵抗素子を形成し、該トンネル磁気抵抗素子の面積抵抗RAを計測した。図6は、各測定点における面積抵抗RAを基板Sの中心における面積抵抗RACで規格化した値と、基板Sの中心からの距離との関係を斜入射角度ごとに示す図である。
(成膜条件)
・基板S:シリコン基板(直径:8インチ)
・ターゲット:MgOターゲット(直径:5インチ)
・斜入射角度θ:11°,22°
・ターゲット高さH:190mm
・非晶質磁性膜:(CoFe)0.80.2
・基板温度:室温
・最短飛行距離dts:200mm
・成膜圧力:19mPa
・スパッタガス:Ar
・MgO膜厚:2.5nm
図6に示されるように、斜入射角度θが11°である場合、基板Sの外周部が基板Sの中心部よりも若干に高い面積抵抗率RA/RACを有するものの、このような傾向は斜入射角度θが22°である場合と比較して非常に小さく、基板Sの全体における面積抵抗率RA/RACの均一性が大幅に向上していることが認められた。すなわち斜入射角度θが11°である場合には投影領域Z1を避けるかたちにMgO膜が形成されるため、該投影領域Z1が基板Sと重畳するような薄膜形成の態様と比較して、基板Sの全体における非晶質磁性膜へのダメージを軽減させること、つまりMgO膜の(001)配向分布の均一性を向上させることが可能になり、ひいてはトンネル磁気抵抗素子の面積抵抗RAの均一性を向上できることが認められた。
Next, the dependency of the oblique incident angle θ on the specific resistance value of the tunnel magnetoresistive element using the MgO film will be described with reference to FIG. First, as the element structure of the tunnel magnetoresistive element, substrate S / Ta (5 nm) / PtMn (15 nm) / Co 90 Fe 10 (2.5 nm) / Ru ( 0.9 nm) / CoFeB (3 nm) / MgO (2.5 nm ) / CoFeB (3 nm) / Ta (5 nm) / Ru (7 nm). Then, when forming MgO, the tunnel magnetoresistive element of the example was formed while rotating the substrate S with the oblique incident angle θ set to 11 ° under the following film forming conditions, and the area resistance of the tunnel magnetoresistive element was RA was measured. Further, under the same film forming conditions, only the oblique incident angle θ was changed to 22 ° to form a tunnel magnetoresistive element of a comparative example, and the sheet resistance RA of the tunnel magnetoresistive element was measured. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the value obtained by normalizing the area resistance RA at each measurement point by the area resistance RAC at the center of the substrate S and the distance from the center of the substrate S for each oblique incident angle.
(Deposition conditions)
・ Substrate S: Silicon substrate (diameter: 8 inches)
・ Target: MgO target (diameter: 5 inches)
-Oblique incident angle θ: 11 °, 22 °
・ Target height H: 190mm
Amorphous magnetic film: (CoFe) 0.8 B 0.2
-Substrate temperature: Room temperature-Shortest flight distance dts: 200mm
-Film formation pressure: 19 mPa
・ Sputtering gas: Ar
MgO film thickness: 2.5 nm
As shown in FIG. 6, when the oblique incident angle θ is 11 °, the outer peripheral portion of the substrate S has a slightly higher area resistivity RA / RAC than the central portion of the substrate S. Compared with the case where the oblique incident angle θ is 22 °, it is very small, and it was recognized that the uniformity of the sheet resistivity RA / RAC in the entire substrate S is greatly improved. That is, when the oblique incident angle θ is 11 °, the MgO film is formed in a manner avoiding the projection region Z1, so that the substrate is compared with the thin film formation mode in which the projection region Z1 overlaps the substrate S. It is possible to reduce damage to the amorphous magnetic film in the entire S, that is, to improve the uniformity of the (001) orientation distribution of the MgO film, and thus the uniformity of the area resistance RA of the tunnel magnetoresistive element. It was found that

なおトンネル効果を発現させるような極めて薄い絶縁膜をMgOで形成する上では、上
記(001)配向分布の均一性と同じく、該MgO膜の膜厚の均一性を担保することも重要になる。本願発明者は、上記投影領域Z1を基板Sから離間させるというMgOターゲットTの配置を鋭利研究するなかで、MgOターゲットTから放出されるMg粒子やO粒子の放出角度がターゲット法線Atから大きく傾斜したものであってターゲット表面Taの略接線方向に近いこと、それを成膜速度と斜入射角度θとの関係から見出した。表1は、MgO膜の成膜速度及びそれの均一性と斜入射角度θとの関係を示す。
In forming an extremely thin insulating film that exhibits the tunnel effect with MgO, it is important to ensure the uniformity of the thickness of the MgO film as well as the uniformity of the (001) orientation distribution. The inventor of the present application has studied the arrangement of the MgO target T that separates the projection region Z1 from the substrate S, and the emission angle of Mg particles and O particles emitted from the MgO target T is larger than the target normal At. It was found that it was tilted and was close to the substantially tangential direction of the target surface Ta from the relationship between the film forming speed and the oblique incident angle θ. Table 1 shows the relationship between the deposition rate of the MgO film and its uniformity and the oblique incident angle θ.

表1に示されるように、上記投影領域Z1を基板Sから離間させるMgOターゲットTの配置のうち、斜入射角度θが14°以下且つ、8°以上であれば、基板面内において±1%以下の膜厚均一性が得られること、つまり回転する基板Sの全体にわたりMg粒子やO粒子を均一に到達させることが可能であること、それが認められた。すなわちターゲット表面Taから放出される粒子の放出角度がターゲット表面Taの接線方向に近いため、ターゲット表面Taと基板Sの主面とのなす角度が8°未満であっては、ターゲット表面Taから放出される粒子が基板Sの主面においてMgOターゲットTに近い側に偏ってしまうことが認められた。これに対して、ターゲット表面Taと基板Sの主面とのなす角度が14°を超えると、ターゲット表面Taから放出される粒子が基板Sの主面においてMgOターゲットTから遠い側に偏ってしまうことが認められた。そしてターゲット表面Taと基板Sの主面とのなす角度が8°以上且つ、14°以下であれば、ターゲット表面Taから放出される粒子が基板Sの主面に対して偏ること、それが回避可能であることが認められた。また斜入射角度が8°以上であれば、0.40nm/min以上の高い成膜速度が得られること、つまりMg粒子やO粒子が基板Sに到達し難いために成膜速度が過剰に低下すること、それも回避できることが認められた。それゆえに斜入射角度θが8°以上且つ、14°以下に設定される上記薄膜形成装置10であれば、MgO膜の膜厚均一性を担保させた上で(001)配向分布の均一性を向上させること、それが可能になる。   As shown in Table 1, in the arrangement of the MgO target T that separates the projection region Z1 from the substrate S, if the oblique incident angle θ is 14 ° or less and 8 ° or more, ± 1% in the substrate plane It was recognized that the following film thickness uniformity was obtained, that is, it was possible to uniformly reach Mg particles and O particles throughout the rotating substrate S. That is, since the emission angle of the particles emitted from the target surface Ta is close to the tangential direction of the target surface Ta, if the angle between the target surface Ta and the main surface of the substrate S is less than 8 °, the particles are emitted from the target surface Ta. It was confirmed that the particles to be distributed are biased to the side closer to the MgO target T on the main surface of the substrate S. On the other hand, when the angle formed by the target surface Ta and the main surface of the substrate S exceeds 14 °, particles emitted from the target surface Ta are biased to the side far from the MgO target T on the main surface of the substrate S. It was recognized that If the angle formed between the target surface Ta and the main surface of the substrate S is not less than 8 ° and not more than 14 °, the particles emitted from the target surface Ta are biased with respect to the main surface of the substrate S. It was found that it was possible. In addition, when the oblique incident angle is 8 ° or more, a high film formation rate of 0.40 nm / min or more can be obtained, that is, the film formation rate is excessively decreased because Mg particles and O particles are difficult to reach the substrate S. It was recognized that it could be avoided. Therefore, in the thin film forming apparatus 10 in which the oblique incident angle θ is set to 8 ° or more and 14 ° or less, the uniformity of the (001) orientation distribution is ensured while ensuring the uniformity of the MgO film thickness. It can be improved.

以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)基板Sの主面を含む平面を投影面としてターゲット表面Taをターゲット法線Atの方向に投影した領域である投影領域Z1が基板Sから離間するかたちにターゲット表面Taが配置される。それゆえに投影領域Z1を避けるかたちにMgO膜が形成されるため、該投影領域Z1が基板Sと重畳するような薄膜形成の態様と比較して、基板Sの全体における非晶質磁性膜へのダメージを軽減させることが可能となる。それゆえに成膜圧力が低下するとしても、このようなダメージが軽減されている分、MgO膜の(001)配向分布の均一性を向上させること、それが可能になる。   (1) The target surface Ta is arranged in such a manner that the projection region Z1 that is a region obtained by projecting the target surface Ta in the direction of the target normal At using the plane including the main surface of the substrate S as the projection surface is separated from the substrate S. Therefore, since the MgO film is formed so as to avoid the projection region Z1, compared with the thin film formation mode in which the projection region Z1 overlaps the substrate S, the amorphous magnetic film in the entire substrate S is formed. Damage can be reduced. Therefore, even if the deposition pressure is lowered, the uniformity of the (001) orientation distribution of the MgO film can be improved as much as such damage is reduced.

(2)また投影領域Z1を基板Sから離間させるMgOターゲットTの配置のうち、基板回転軸線Asとターゲット法線Atとのなす角度である斜入射角度θが14°以下であることから、回転する基板Sの全体にわたりMg粒子やO粒子を均一に到達させることが可能となる。また基板回転軸線Asとターゲット法線Atとのなす角度が8°以上であることから、Mg粒子やO粒子が基板Sに到達しないことを回避することも可能となる。それゆえにMgO膜の膜厚均一性を担保させた上で(001)配向分布の均一性を向上させ
ること、それが可能になる。
(2) Of the arrangement of the MgO target T that separates the projection region Z1 from the substrate S, the oblique incident angle θ, which is the angle formed by the substrate rotation axis As and the target normal At, is 14 ° or less. It becomes possible to make Mg particles and O particles reach uniformly over the entire substrate S. In addition, since the angle formed between the substrate rotation axis As and the target normal At is 8 ° or more, it is possible to prevent Mg particles and O particles from reaching the substrate S. Therefore, it is possible to improve the uniformity of (001) orientation distribution while ensuring the film thickness uniformity of the MgO film.

(3)投影領域Z1が基板Sの側面と接するかたちにターゲット表面Taが配置されることから、投影領域Z1に起因した(001)配向の劣化が抑えられるなかで、MgO膜の成膜速度を最大にすることが可能となる。   (3) Since the target surface Ta is arranged so that the projection region Z1 is in contact with the side surface of the substrate S, the deposition rate of the MgO film can be increased while suppressing the deterioration of (001) orientation caused by the projection region Z1. It is possible to maximize.

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、退避領域SPが基板SにおけるMgOターゲットT側の側面に接するかたちを前提としたが、これに換えて、退避領域SPが基板Sの側面から離間するかたちにターゲット表面Taが配置される構成であってもよい。このような構成であっても、基板Sの主面から投影領域Z1が離間する以上、上記(1)(2)に記載の効果を得ることができる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, it is assumed that the retreat area SP is in contact with the side surface of the substrate S on the MgO target T side. Instead, the target surface Ta is formed so that the retreat area SP is separated from the side surface of the substrate S. May be arranged. Even with such a configuration, the effects described in (1) and (2) above can be obtained as long as the projection region Z1 is separated from the main surface of the substrate S.

θ…斜入射角度、As…基板回転軸、At…ターゲット法線、S…基板、SP…退避領域、T…ターゲット、Ta…ターゲット表面、Z1…投影領域、10…薄膜形成装置、11…真空槽、12…排気装置、13…ガス供給装置、14…基板ステージ、16A…下側遮蔽板、18…カソード、19…バッキングプレート、22…シャッタ、22H…開口、23…シャッタ回転装置。   θ ... oblique incident angle, As ... substrate rotation axis, At ... target normal, S ... substrate, SP ... retraction area, T ... target, Ta ... target surface, Z1 ... projection area, 10 ... thin film forming apparatus, 11 ... vacuum A tank, 12 ... an exhaust device, 13 ... a gas supply device, 14 ... a substrate stage, 16A ... a lower shielding plate, 18 ... a cathode, 19 ... a backing plate, 22 ... a shutter, 22H ... an opening, 23 ... a shutter rotating device.

Claims (4)

非晶質磁性膜を主面に有した円板状の基板を収容する真空槽の内部で該基板をそれの周方向に回転させながら該真空槽の内部へ希ガスを供給し、前記真空槽の内部に酸化マグネシウムからなるターゲット表面を露出して該ターゲット表面が前記基板の主面に対し傾斜するかたちに配置されたターゲットを前記希ガスでスパッタすることにより(001)配向の酸化マグネシウム膜を前記非晶質磁性膜上に形成する薄膜形成方法であって、
前記基板の主面を含む平面を投影面として前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域である投影領域が前記基板の主面から離間するかたちに前記ターゲット表面を配置し且つ、前記基板の主面に対する法線と前記ターゲット表面に対する法線とのなす角度を8°以上で14°以下にする
ことを特徴とする薄膜形成方法。
A rare gas is supplied to the inside of the vacuum chamber while rotating the substrate in the circumferential direction inside the vacuum chamber containing a disk-shaped substrate having an amorphous magnetic film as a main surface, and the vacuum chamber A (001) oriented magnesium oxide film is formed by sputtering a target having a target surface made of magnesium oxide inside and exposing the target surface to be inclined with respect to the main surface of the substrate with the rare gas. A method of forming a thin film on the amorphous magnetic film,
The target surface is disposed in such a manner that a projection region, which is a region obtained by projecting the target surface in the normal direction thereof with a plane including the main surface of the substrate as a projection surface, is separated from the main surface of the substrate, and A method of forming a thin film, characterized in that an angle formed between a normal to the principal surface of the substrate and a normal to the target surface is 8 ° or more and 14 ° or less.
前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域が前記基板の側面と接するかたちに前記ターゲット表面を配置する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The thin film formation method according to claim 1, wherein the target surface is disposed in a manner that a region obtained by projecting the target surface in a normal direction thereof contacts a side surface of the substrate.
非晶質磁性膜を主面に有した円板状の基板をそれの周方向に回転させる基板ステージを収容して内部に希ガスが供給される真空槽と、
前記真空槽の内部に酸化マグネシウムからなるターゲット表面を露出して該ターゲット表面が前記基板の主面に対し傾斜するかたちに配置されたターゲットとを備え
前記ターゲットに高周波電力を供給して前記ターゲット表面を前記希ガスでスパッタすることにより(001)配向の酸化マグネシウム膜を前記非晶質磁性膜上に形成する薄膜形成装置であって、
前記基板の主面を含む平面を投影面として前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域である投影領域が前記基板から離間するかたちに前記ターゲット表面が配置され且つ、前記基板の主面に対する法線と前記ターゲット表面に対する法線とのなす角度が8°以上で14°以下である
ことを特徴とする薄膜形成装置。
A vacuum chamber that contains a substrate stage that rotates a disk-shaped substrate having an amorphous magnetic film on its main surface in the circumferential direction thereof, and is supplied with a rare gas therein;
A target surface made of magnesium oxide is exposed inside the vacuum chamber, and the target surface is arranged in a shape inclined with respect to the main surface of the substrate. A thin film forming apparatus for forming a (001) oriented magnesium oxide film on the amorphous magnetic film by sputtering with the rare gas,
The target surface is arranged in such a manner that a projection region, which is a region obtained by projecting the target surface in the normal direction thereof with a plane including the main surface of the substrate as a projection surface, is separated from the substrate, and the main surface of the substrate The thin film forming apparatus is characterized in that an angle formed by a normal to the target and a normal to the target surface is not less than 8 ° and not more than 14 °.
前記ターゲット表面をそれの法線方向に投影した領域が前記基板の側面と接するかたちに前記ターゲット表面が配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 3, wherein the target surface is arranged such that a region obtained by projecting the target surface in a normal direction thereof is in contact with a side surface of the substrate.
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