JP2011149091A - 反応性スパッタリング方法及び反応性スパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一実施形態では、スパッタ空間に臨む構造部材の温度に応じて、反応性ガスの流量を調整しながら、反応性スパッタリングを行う。具体的にはシールド120に温度センサ121を設け、温度に応じた流量に調整する。これにより、シールドに付着した膜の脱ガス量が変化しても、反応性ガスの分圧を所定にできる。ReRAMを構成する抵抗変化層、PrCaMnO3(PCMO)、LaSrMnO3(LSMO)、GdBaCoxOy(GBCO)等のペロブスカイト材料や、ニッケル酸化物(NiO)、バナジウム酸化物(V2O5)等の化学量論からずれた組成を有する2元系の遷移金属酸化物材料等が扱われている。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態の方法の実施に適したスパッタ装置の概略図である。成膜処理室100はヒータ101によって所定の温度に加熱できるように構成されている。また、成膜処理室(容器)100は、被処理基板102を、基板支持台103に組み込まれた、サセプタ104を介して、ヒータ105によって所定の温度に加熱できるように構成されている。基板を保持可能な基板ホルダーとしての基板支持台103は、膜厚の均一性の観点から所定の回転数で回転できることが好ましい。成膜処理室内には、ターゲット106が被処理基板102を臨む位置に設置されている。ターゲット106は、Cu等の金属から出来ているバックプレート107を介してターゲットホルダー108に設置されている。なお、ターゲット106とバックプレート107を組み合わせたターゲット組立体の外形を一つの部品としてターゲット材料で作製し、これをターゲットとして取り付けても構わない。つまり、ターゲットがターゲットホルダーに設置された構成でも構わない。
次に、第2実施形態について説明する。
次に、図4を参照して、第3実施形態について説明する。
次に、第4実施形態について説明する。
TM=Ts(x)+1/2*Tu(x−1)*Td(x)/Td(x−1) …式(1)
式中、Tu(x−1)は、x−1回目(前回)の成膜処理中の温度上昇量であり、Td(x)はx−1回目の処理後x回目の処理開始まで間の温度降下量である。
温度を推定でき、これに基づき適切な反応性ガスの目標流量を算出できる。
図7は、本発明の一実施形態に係るReRAMの断面構造を示す概略図である。一般的なReRAMの抵抗変化素子(メモリ素子)311は、下部電極312と上部電極314の間に、抵抗変化膜(たとえば遷移金属酸化物膜)313を挟み込んだ平行平板型積層構造をしている。上部電極314と下部電極312の間に電圧を印加すると、抵抗変化膜313の電気抵抗が変化して、2つの異なる抵抗状態(リセット状態、セット状態)をとる。使用される電極材料には、Pt、Ru、Ti、Al、Ta、Cu、WおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料を用いることが記載されている。
表1に示すのは、反応性スパッタの連続成膜を、シールド温度を考慮して酸素流量制御を行った結果である。下記成膜条件で50回の成膜を行った。
成膜条件;
ターゲット Ta
ターゲット投入パワー DC1000W
Arガス流量 20sccm
反応性ガス 酸素
成膜時圧力 0.06Pa
評価基板 熱酸化膜付きSi基板
膜厚 30nm
比抵抗 20mohm・cm程度
102 被処理基板
103 基板支持台
106 金属ターゲット
108 ターゲットホルダー
110 直流電源
117 コンダクタンスバルブ
118 排気ポンプ
119 シールド支持棒
120 シールド
121 温度センサ
122 放射温度計
201 不活性ガス源
202,204,206,208 バルブ
203,207 マスフローコントローラ
134,205 反応性ガス源
209 反応性ガス流量制御機構
Claims (11)
- 成膜処理室内に配置されたターゲットをスパッタし、該成膜処理室内に反応性ガスを供給して、反応性スパッタリングにより前記成膜処理室内に配置された被処理基板上に成膜物を形成する反応性スパッタリング方法であって、
前記成膜処理室内に設けられた、スパッタ空間に臨む構成部材の温度を測定する工程と、
前記測定された温度の上昇に応じて、前記成膜処理室内に供給される反応性ガスの流量を低減させるように前記反応性ガスの流量を調整しながら、前記反応性スパッタリングを行う工程と
を有することを特徴とする反応性スパッタリング方法。 - 前記反応性スパッタリングを行う工程は、前記測定された温度に応じて、前記成膜処理室内の前記反応性ガスの分圧が所定範囲内となるように前記成膜処理室内に供給される反応性ガスの流量を調整しながら、前記反応性スパッタリングを行うことを特徴とする請求項1に記載の反応性スパッタリング方法。
- 前記反応性スパッタリングを行う工程は、各温度における反応性ガスの流量に対する、前記成膜物の比抵抗値の関係を予め規定したマップと、前記測定された温度の測定値とに基づいて、前記成膜物の比抵抗値が所定の比抵抗値となるような反応性ガスの流量を演算し、前記成膜処理室内に供給する前記反応性ガスの流量を、該算出した反応性ガスの流量に制御することを特徴とする請求項1に記載の反応性スパッタリング方法。
- 前記スパッタ空間は、前記ターゲットと前記被処理基板との間に形成され、
前記スパッタ空間の周囲に設けられるシールドの前記被処理基板側の位置に、該シールドの温度を測定可能な温度センサが取り付けられており、
前記温度センサによって前記構成部材の温度を測定することを特徴とする請求項1に記載の反応性スパッタリング方法。 - 前記温度センサは、熱電対または放射温度計であることを特徴とする請求項3に記載の反応性スパッタリング方法。
- 前記成膜物は、酸素欠損を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項1に記載の反応性スパッタリング方法。
- 前記絶縁膜に含まれる元素がTa、Ni、V、Zn、Nb、Ti、Co、W、Hf、Alの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項5に記載の反応性スパッタリング方法。
- 前記絶縁膜が、Ti、W、Pt、Ti、Al、Ru、Ta、Cuの少なくとも一つを含む金属で挟まれた積層構造を有することを特徴とする請求項5に記載の反応性スパッタリング方法。
- 反応性スパッタリングにより、被処理基板上に成膜物を形成する反応性スパッタリング装置であって、
容器と、
前記容器内に設けられ、ターゲットを取り付け可能な電極と、
前記容器内に設けられ、前記被処理基板を保持可能な基板ホルダと、
前記容器内に設けられ、前記反応性スパッタリングにおけるスパッタ空間に臨むように設けられたシールドと、
前記容器内に反応性ガスを導入する反応性ガス導入手段と、
前記シールドの温度を測定可能な温度センサと、
前記温度センサからの出力に応じて、前記シールドの温度の上昇に応じて、前記容器内に供給される反応性ガスの流量を低減させるように前記反応性ガス導入手段を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする反応性スパッタリング装置。 - 前記制御装置は、前記容器内の前記反応性ガスの分圧が所定範囲内となる流量で前記反応性ガスを導入するように前記反応性ガス導入手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の反応性スパッタリング装置。
- 前記温度センサは、放射温度計であり、
前記基板ホルダと前記電極との間に設けられ、前記ターゲットからのスパッタ粒子が通過可能な開口部を有する遮蔽板をさらに備え、
前記遮蔽板は、前記開口部が前記ターゲットに対向する場合に、前記放射温度計が前記遮蔽板により前記スパッタ空間に対して遮蔽されるように構成されており、
前記制御装置は、成膜処理の合間に前記開口部を介してスパッタ空間に対して前記放射温度計を開放し、成膜処理中は前記開口部を介してスパッタ空間に対して前記電極を開放させるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の反応性スパッタリング装置。
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