JP6481138B2 - 配向膜基板の製造方法、スパッタリング装置及びマルチチャンバー装置 - Google Patents
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Description
[1](100)の結晶面を有するSi基板と、
前記Si基板上にエピタキシャル成長により形成された(100)の配向膜と、
前記配向膜上にエピタキシャル成長により形成された磁性を有する導電膜と、
を具備することを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜は金属を含むことを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜は、磁性を有する金属が40質量%以上含まれていることを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜は、Ni、Fe、Ni合金、Ni−Cu合金、Fe合金及びFe−Ni合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にAgを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜は電極であることを特徴とする配向膜基板。
前記配向膜及び前記導電膜は500℃の耐熱性を有することを特徴とする配向膜基板。
前記配向膜は、ZrO2膜とY2O3膜を積層した積層膜またはYSZ膜であることを特徴とする配向膜基板。
前記配向膜と前記導電膜との間に形成されたペロブスカイト構造物質を含む第1のバッファ層を有することを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜上に形成され、(100)に配向した誘電体膜を有することを特徴とする配向膜基板。
前記誘電体膜はPZT膜であることを特徴とする配向膜基板。
前記導電膜と前記誘電体膜との間に形成されたペロブスカイト構造物質を含む第2のバッファ層を有することを特徴とする配向膜基板。
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、Os、IrPt、U、Co、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MoおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とする配向膜基板。
前記Si基板上にエピタキシャル成長によりZrO2膜とY2O3膜を積層した積層膜またはYSZ膜を形成し、
前記積層膜またはYSZ膜上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜を形成する配向膜基板の製造方法であり、
前記積層膜は(100)に配向しており、
前記YSZ膜は(100)に配向しており、
前記導電膜は、Ni、Fe、Ni合金、Ni−Cu合金、Fe合金及びFe−Ni合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にAgを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記導電膜は、磁性を有する金属が40質量%以上含まれていることを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記積層膜またはYSZ膜を形成した後で且つ前記導電膜を形成する前に、前記積層膜またはYSZ膜上にペロブスカイト構造物質を含む第1のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記導電膜を形成した後に、前記導電膜上に(100)に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記誘電体膜はPZT膜であることを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記導電膜を形成した後で且つ前記誘電体膜を形成する前に、前記導電膜上にペロブスカイト構造物質を含む第2のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、Os、IrPt、U、Co、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MoおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とする配向膜基板の製造方法。
前記第1のチャンバー内に配置された、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に設けられ、前記基板の下面にランプ光を照射して前記基板を800℃以上に加熱するランプヒーターと、
前記第1のチャンバー内に配置され、前記保持機構に保持された前記基板の上面と対向するスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに電気的に接続されたスパッタ電極と、
前記スパッタ電極に電気的に接続された第1の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記スパッタリングターゲットとの間に配置されたグリッド電極と、
前記グリッド電極に設けられた複数の貫通孔と、
前記グリッド電極に電気的に接続された第2の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間の第1の空間から真空排気する排気機構と、
を具備し、
前記グリッド電極によって前記第1のチャンバーは、前記第1の空間と、前記グリッド電極と前記スパッタリングターゲットとの間の第2の空間に二分割されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記保持機構に設けられ、前記ランプヒーターから照射されるランプ光が前記基板の下面の外側に漏れるのを遮る遮光部材を有することを特徴とするスパッタリング装置。
前記遮光部材は、前記ランプ光を前記基板の下面に集光させる集光リフレクターであることを特徴とするスパッタリング装置。
前記集光リフレクターはAl製であり、前記集光リフレクターにはAuメッキが施されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記スパッタリングターゲットの近傍にはマグネットが配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記第2の空間に不活性ガスを導入し、前記第1の空間に酸素ガスを導入するガス導入機構を有することを特徴とするスパッタリング装置。
前記スパッタリングターゲットは、YとZrを含有するものであり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板であることを特徴とするスパッタリング装置。
前記スパッタリングターゲットは、Zrからなり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板であることを特徴とするスパッタリング装置。
前記スパッタリングターゲットは、Yからなり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板上にZrO2膜が形成されたものであることを特徴とするスパッタリング装置。
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間に配置されたフィラメントと、前記フィラメントに電気的に接続された第3の電源とを有することを特徴とするスパッタリング装置。
前記第1の電源は、高周波電源または直流電源であり、
前記第2の電源は、直流電源または前記第1の電源の周波数より低い周波数の高周波電源であり、
前記第3の電源は、直流電源または交流電源であることを特徴とするスパッタリング装置。
前記グリッド電極は、カーボンで形成されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記第1のチャンバーに第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続された第2のチャンバーと、
前記第2のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。
請求項28に記載のスパッタリング装置と、
前記第1のチャンバーに第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続された第2のチャンバーと、
前記第2のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。
前記搬送室に第3のゲートバルブを介して接続された第3のチャンバーと、
前記第3のチャンバー内で誘電体膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。
前記搬送室に第4のゲートバルブを介して接続された第4のチャンバーと、
前記第4のチャンバーを有する誘電体膜製膜装置と、
を具備し、
前記誘電体膜製膜装置は、ゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布して誘電体膜を製膜する装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
≪製造装置≫
図1は、本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図である。
マルチチャンバー装置は、ロードロック室1と、搬送室2と、搬送ロボット3と、YSZスパッタ室4と、磁性を持つ物質のスパッタ室5と、特定の格子定数を持つ物質のスパッタ室6と、PZTスパッタ室7とを有している。
図1に示すマルチチャンバー装置が有する図2の第1のスパッタリング装置を、ボート型蒸着装置、EB型蒸着装置またはRF型イオンプレーティング装置に代えて実施してもよい。つまり、図1に示すマルチチャンバー装置がボート型蒸着装置、EB型蒸着装置またはRF型イオンプレーティング装置を有するように変更しても良い。
EB型蒸着装置は成膜チャンバー41を有しており、成膜チャンバー41の下部には蒸着源43が配置されている。成膜チャンバー41の上部には基板ホルダー44が配置されており、この基板ホルダー44は蒸着源43と対向するように配置されている。蒸着源43は、YとZrを含有する蒸着材料、Zrを含有する蒸着材料、またはYを含有する蒸発材料を収容したルツボ及び電子銃(EBgun)42を有している。ルツボには冷却機構(図示せず)が取り付けられている。蒸着源43は、電子銃42からの電子ビームを蒸発材料に照射して加熱し、蒸発材料を蒸発させるものである。
図4(A)は、本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図である。この配向膜基板は、図1に示すマルチチャンバー装置と図2及び図3(A)に示す第1のスパッタリング装置を用いて作製される。
図4(B)は、図4(A)に示す配向膜基板の変形例であり、図4(A)と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
≪製造装置≫
図5は、本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図4(A)に示す配向膜基板と異なる点についてのみ説明する。
図4(B)に示す配向膜基板と異なる点についてのみ説明する。
≪製造装置≫
図6は、本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図7(A)は、本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図であり、図4(A)の配向膜基板と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。図7(A)の配向膜基板は、図6に示すマルチチャンバー装置を用いて作製される。
図7(B)は、図7(A)に示す配向膜基板の変形例であり、図4(B)と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
表面に約0.3μmの酸化シリコン絶縁膜が形成されたSiウエハを基板とした。この基板上に、RFスパッタリング方法により、Ti膜を15nm成膜した。
表面に約0.3μmの酸化シリコン絶縁膜が形成されたSiウエハを基板とした。この基板上に、RFスパッタリング方法により、Ti膜を15nm成膜し、次いでPt下部電極を150nm成膜した。
2 搬送室
3 搬送ロボット
4 YSZスパッタ室
5 磁性を持つ物質のスパッタ室5
6 特定の格子定数を持つ物質のスパッタ室6
7 PZTスパッタ室
8 ゾルゲルスピンコート式PZT製膜装置(誘電体膜成膜装置)
10 グリッド電源(第2の電源)
11 フィラメント
12 フィラメント電源(第3の電源)
13 放電ガス導入機構
14 反応ガス導入機構
15 集光型反射部材(集光リフレクター)
17,18 ランプ光がSiウエハの下面の外側に漏れる量
21 第1のチャンバー(プロセスチャンバー)
22 保持機構
23 Siウエハ(Si基板)
24 ランプヒーター
25 スパッタ電極
26 スパッタリングターゲット
27 ロータリーマグネット
28 スパッタ電源(第1の電源)
29 グリッド電極
29a 貫通孔
31 YSZ膜
31a ZrO2膜
31b Y2O3膜
32 磁性を有する導電膜
33 PZT膜
34 ペロブスカイト構造物質を含む第1のバッファ層
35 ペロブスカイト構造物質を含む第2のバッファ層
51 ゲートバルブ
52 第1の空間
53 第2の空間
54 バルブ
Claims (24)
- (100)の結晶面を有するSi基板を用意し、
前記Si基板上にエピタキシャル成長によりZrO2膜とY2O3膜を積層した積層膜またはYSZ膜を形成し、
前記積層膜またはYSZ膜上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜を形成する配向膜基板の製造方法であり、
前記積層膜は(100)に配向しており、
前記YSZ膜は(100)に配向しており、
前記導電膜は、Ni、Fe、Ni合金、Ni−Cu合金、Fe合金及びFe−Ni合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にAgを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項1において、
前記導電膜は、磁性を有する金属が40質量%以上含まれていることを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項1または2において、
前記積層膜またはYSZ膜を形成した後で且つ前記導電膜を形成する前に、前記積層膜またはYSZ膜上にペロブスカイト構造物質を含む第1のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記導電膜を形成した後に、前記導電膜上に(100)に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項4において、
前記誘電体膜はPZT膜であることを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項4または5において、
前記導電膜を形成した後で且つ前記誘電体膜を形成する前に、前記導電膜上にペロブスカイト構造物質を含む第2のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 請求項3または6において、
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、Os、IrPt、U、Co、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MoおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とする配向膜基板の製造方法。 - 第1のチャンバーと、
前記第1のチャンバー内に配置された、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に設けられ、前記基板の下面にランプ光を照射して前記基板を800℃以上に加熱するランプヒーターと、
前記第1のチャンバー内に配置され、前記保持機構に保持された前記基板の上面と対向するスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに電気的に接続されたスパッタ電極と、
前記スパッタ電極に電気的に接続された第1の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記スパッタリングターゲットとの間に配置されたグリッド電極と、
前記グリッド電極に設けられた複数の貫通孔と、
前記グリッド電極に電気的に接続された第2の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間の第1の空間から真空排気する排気機構と、
を具備し、
前記グリッド電極によって前記第1のチャンバーは、前記第1の空間と、前記グリッド電極と前記スパッタリングターゲットとの間の第2の空間に二分割されており、
前記排気機構によって前記第1の空間から真空排気することで、前記グリッド電極の前記複数の貫通孔を通して前記第2の空間も真空排気され、それにより、前記第2の空間より前記第1の空間の方が高真空とされることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8において、
前記ランプヒーターは、前記第1のチャンバー内に配置されており、
前記ランプ光は前記基板の下面に直接照射されることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8において、
前記保持機構に設けられ、前記ランプヒーターから照射されるランプ光が前記基板の下面の外側に漏れるのを遮る遮光部材を有することを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項10において、
前記遮光部材は、前記ランプ光を前記基板の下面に集光させる集光リフレクターであることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項11において、
前記集光リフレクターはAl製であり、前記集光リフレクターにはAuメッキが施されていることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8乃至12のいずれか一項において、
前記スパッタリングターゲットの近傍にはマグネットが配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8乃至13のいずれか一項において、
前記第2の空間に不活性ガスを導入し、前記第1の空間に酸素ガスを導入するガス導入機構を有することを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項14において、
前記スパッタリングターゲットは、YとZrを含有するものであり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板であることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項14において、
前記スパッタリングターゲットは、Zrからなり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板であることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項14において、
前記スパッタリングターゲットは、Yからなり、
前記基板は、(100)の結晶面を有するSi基板上にZrO2膜が形成されたものであることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8乃至17のいずれか一項において、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間に配置されたフィラメントと、前記フィラメントに電気的に接続された第3の電源とを有することを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項18において、
前記第1の電源は、高周波電源または直流電源であり、
前記第2の電源は、直流電源または前記第1の電源の周波数より低い周波数の高周波電源であり、
前記第3の電源は、直流電源または交流電源であることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項8乃至19のいずれか一項において、
前記グリッド電極は、カーボンで形成されていることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項15に記載のスパッタリング装置と、
前記第1のチャンバーに第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続された第2のチャンバーと、
前記第2のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。 - 請求項16に記載のスパッタリング装置と、
請求項17に記載のスパッタリング装置と、
前記第1のチャンバーに第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続された第2のチャンバーと、
前記第2のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。 - 請求項21または22において、
前記搬送室に第3のゲートバルブを介して接続された第3のチャンバーと、
前記第3のチャンバー内で誘電体膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。 - 請求項21または22において、
前記搬送室に第4のゲートバルブを介して接続された第4のチャンバーと、
前記第4のチャンバーを有する誘電体膜製膜装置と、
を具備し、
前記誘電体膜製膜装置は、ゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布して誘電体膜を製膜する装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
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