TWI573887B - A vacuum processing device, a vacuum treatment method and a memory medium - Google Patents

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TWI573887B TW102119045A TW102119045A TWI573887B TW I573887 B TWI573887 B TW I573887B TW 102119045 A TW102119045 A TW 102119045A TW 102119045 A TW102119045 A TW 102119045A TW I573887 B TWI573887 B TW I573887B
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Description

真空處理裝置、真空處理方法及記憶媒體
本發明關於一種真空處理裝置及真空處理方法，係藉由將金屬構成的靶材濺射，而於基板上成膜金屬膜，接著，使金屬膜氧化來獲得金屬氧化膜。
近年來，MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)作為一種相較於傳統的DRAM等記憶體，由於具有優異特性而受到期待之記憶體的其中之一，受到矚目。將MRAM記憶元件的基本機制顯示於圖12。MRAM記憶元件係將絕緣膜91挾置其中而於兩側具有強磁性層92a及92b，強磁性層92a的磁化方向為可變，強磁性層92b的磁化方向則為固定。如圖12(a)所示，當兩側之強磁性層92a及92b的磁化為相反方向時，絕緣膜92的電阻值會上昇，電流不易從強磁性層92a流至92b。MRAM會將此狀態當作記憶元件的「1」的狀態來使用。相反地，如圖12(b)所示，當兩側之強磁性層92a及92b的磁化為相同方向時，絕緣膜92的電阻值會降低，電流容易從強磁性層92a流至92b。MRAM會將此狀態當作記憶元件的「0」的狀態來使用。
雖係使用金屬氧化膜來作為絕緣膜，但若金屬氧化膜的電阻值發生變化，則作為MRAM之特性會改變，在寫入上述「0」或「1」時，所需的電流大小會變化。於是，有關於MRAM之金屬氧化膜的電阻值，係設定在嚴格的許容範圍。
有關此金屬氧化膜的成膜工序，日本特開平6-172989號公 報中雖記載了將金屬氧化物構成的靶材濺射之方法(反應式濺射法)，但此方法有金屬靶材表面會在濺射中慢慢氧化之問題。又，日本特開2008-13829號公報中雖記載了一邊將氧氣導入濺射裝置內，一邊將金屬構成的靶材濺射而於基板上獲得金屬氧化膜之方法，但因殘留氧使得靶材的表面被氧化，而有所成膜之金屬氧化膜的電阻值不穩定之問題。再者，日本特開平6-49633號公報中雖記載了於一處理室內成膜金屬膜後，在另一氧供應室內供應氧來使金屬膜氧化之方法，但由於係使用二個以上腔室，因而裝置整體的產能會降低。又，被導入至氧供應室內的氧會殘留，而有因該殘留氧導致金屬氧化膜的電阻值在基板間發生變異之疑慮。
上述3個公報中記載的方法所成膜之金屬氧化膜，由於基板間的電阻值缺乏穩定性，因而有無法獲得高良率之問題。
又，日本特開2009-65181號公報雖記載了使用具有2個靶材之處理室，而在金屬氧化膜形成前先進行收集(gettering)之要旨的MRAM製造方法，但由於係直接將金屬氧化膜的材質本身(該發明中為MgO)作為靶材使用，因此並未教示如何達成本發明之動機。
本發明有鑑於上述情事，其目的在於提供一種可成膜基板間的電阻值穩定之金屬氧化膜之技術。
本發明之真空處理裝置係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為具備：第1靶材，係由具有能夠吸附氧的性質之物質所構成；第2靶材，係由金屬所構成；電源部，係對該第1靶材及第2靶材施加電壓；擋門，係用以防止將該第1及第2靶材的其中一者濺射時，來自該其中一靶材的粒子附著在另一靶材；遮蔽組件，係為了防止來自該第1靶材的粒 子附著在基板，而可在覆蓋基板之遮蔽位置與自覆蓋基板之位置處退避的退避位置之間自由移動；氧供應部，係用以對該載置部上的基板供應含氧氣體；以及控制部，其係用以執行以下步驟：為了使第1靶材的粒子附著在該真空容器內，而在將該遮蔽組件設定為遮蔽位置之狀態下，對第1靶材供應電漿產生用電壓來將第1靶材濺射之步驟；接著，停止對於第1靶材之電壓供應，在將該遮蔽組件設定為退避位置之狀態下，為了於基板成膜金屬膜，而對第2靶材供應電漿產生用電壓來將第2靶材濺射之步驟；接著，從該氧供應部將含氧氣體供應至該基板之步驟。
又，本發明之另一真空處理裝置係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為具備：靶材，係由具有能夠吸附氧的性質之金屬所構成；電源部，係對該靶材施加電壓；遮蔽組件，係為了防止來自該靶材的粒子附著在基板，而可在覆蓋基板之遮蔽位置與自覆蓋基板之位置處退避的退避位置之間自由移動；氧供應部，係用以對該載置部上的基板供應含氧氣體；以及控制部，其係用以執行以下步驟：為了使靶材的粒子附著在該真空容器內，而在將該遮蔽組件設定為遮蔽位置之狀態下，對靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射之步驟；接著，停止對於靶材之電壓供應，在將該遮蔽組件設定為退避位置之狀態下，為了於基板成膜金屬膜，而對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射之步驟；接著，從該氧供應部將含氧氣體供應至該基板之步驟。
本發明之真空處理方法係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為：係使用具有能夠吸附氧的性質之物質所構成的第1靶材，與金屬所構成的第2靶材；該真空處理方 法包含以下工序：為了防止來自該第1靶材的粒子附著在該基板而以遮蔽組件覆蓋該載置部上的該基板，並且，為了防止來自第1靶材的粒子附著在第2靶材而將擋門配置在面臨第2靶材之位置處之工序；接下來，對該第1靶材供應電漿產生用電壓來將該第1靶材濺射，藉此使第1靶材的粒子附著在真空容器內之工序；接著，停止對於該第1靶材之電壓供應，並且，為了防止來自第2靶材的粒子附著在第1靶材而將擋門配置在面臨第1靶材之位置處，且使遮蔽組件自覆蓋該基板之位置處退避之工序；之後，對該第2靶材供應電漿產生用電壓來將該第2靶材濺射，而於該基板成膜金屬膜之工序；以及接著，將含氧氣體供應至該載置部上的該基板之工序。
又，本發明之另一真空處理方法係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為：係使用具有能夠吸附氧的性質之金屬所構成的靶材；該真空處理方法包含以下工序：為了防止來自該靶材的粒子附著在該基板而以遮蔽組件覆蓋該載置部上的基板之工序；接下來，對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射，藉此使靶材的粒子附著在真空容器內之工序；之後，在使得該遮蔽組件自覆蓋該基板之位置處退避之狀態下，對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射，而於該基板成膜金屬膜之工序；以及接著，將含氧氣體供應至該載置部上的該基板之工序。
再者，本發明之記憶媒體係記錄有使用於真空處理之電腦程式，該真空處理係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為該電腦程式係用以實施上述真空處理方法。
本發明係使用具有能夠吸附氧的性質之吸氧材料(oxygen gettering material)(即第1靶材)，與成膜用金屬所構成的第2 靶材。然後，以遮蔽組件來覆蓋基板之狀態下，將第1靶材濺射來使吸氣材料(gettering material)附著在真空容器內，之後，在開放遮蔽組件之狀態下，將第2靶材濺射，而於基板上成膜金屬，接著，關閉遮蔽組件後，將氧供應至基板來將金屬膜氧化。於是，由於係在真空容器內的殘留氧經降低後之狀態下成膜金屬膜，因此可高精確度地控制金屬氧化膜所含的氧量，從而可在基板間使金屬氧化膜的電阻值穩定。
S‧‧‧基板
2‧‧‧真空容器
2a‧‧‧圓筒部分
2b‧‧‧突出部分
4‧‧‧載置部
4a‧‧‧軸組件
21‧‧‧排氣路徑
21a‧‧‧壓力調整部
22‧‧‧真空排氣裝置
23‧‧‧搬出入口
24‧‧‧閘閥
25a、25b‧‧‧絕緣體
26‧‧‧Ar氣體供應源
27‧‧‧氣體控制機器群
28‧‧‧Ar氣體供應路徑
31a、31b‧‧‧靶材
32a、32b‧‧‧靶材電極
33a、33b‧‧‧電源部
34a、34b‧‧‧保持體
38a、38b‧‧‧開關
40‧‧‧加熱器
41‧‧‧驅動機構
41a‧‧‧升降銷
41b‧‧‧升降部
41c‧‧‧支撐組件
42‧‧‧密封部
43‧‧‧覆蓋板
43a‧‧‧支柱
44‧‧‧密封機構
45‧‧‧氣體噴出口
46‧‧‧氧氣供應路徑
46a‧‧‧軟管
47‧‧‧旋轉驅動部
47a‧‧‧馬達
47b‧‧‧皮帶
48‧‧‧支撐部
48a‧‧‧電源部
48b‧‧‧滑環
48c‧‧‧供電路徑
49‧‧‧氧氣供應源
49a‧‧‧氣體控制機器群
49b‧‧‧氣體供應管
51a、51b‧‧‧磁石配列體
53a、53b‧‧‧旋轉機構
61‧‧‧擋門
62‧‧‧開口部
63‧‧‧旋轉軸
64‧‧‧旋轉驅動部
64a‧‧‧磁石
71‧‧‧基體
72a~72e‧‧‧N極磁石群
73a~73d‧‧‧S極磁石群
91‧‧‧絕緣膜
92a、92b‧‧‧強磁性層
100‧‧‧控制部
圖1係顯示本發明第1實施型態之真空處理裝置之縱剖側視圖。
圖2為從上面觀看第1實施型態之真空處理裝置之俯視圖。
圖3為從下面觀看第1實施型態中使用的擋門之俯視圖。
圖4係顯示第1實施型態中使用的磁石配列體一例之俯視圖。
圖5為從上面及下面觀看第1實施型態中使用的覆蓋板之俯視圖。
圖6係顯示第1實施型態中使用的覆蓋板及周邊部位的細節之剖視圖。
圖7係顯示第1實施型態的作用之說明圖。
圖8係顯示第1實施型態的作用之說明圖。
圖9係顯示上述真空處理裝置之各部位各個步驟的動作之說明圖。
圖10為第2實施型態之真空處理裝置的縱剖側視圖。
圖11為實施例與比較例中所成膜之氧化膜電阻值的分佈圖。
圖12為MRAM記憶元件的基本機制之略解圖。
本發明實施型態之真空處理裝置如圖1所示，係具備有由導電性材料(例如不鏽鋼)所構成，且為接地狀態之真空容器2。真空容器2係由圓筒部分2a與突出部分2b所構成。圖2為從上面觀看真空容器2之圖式。圓筒部2a的頂部處，左右並排(並排於x軸方向)且水平地設置有分別為圓形且大小互為約略相同之第1靶材電極32a及第2靶材電極32b。該等靶材電極32a及32b係透過環狀的保持體34a及34b而分別接合於環狀的絕緣體25a及25b，且絕緣體25a及25b係接合於真空容器2的頂部。於是，靶材電極32a及32b便會在與真空容器2為電性絕緣之狀態下，配置在較圓筒部2a的上面要低之位置處。
第1靶材電極32a的下面接合有第1靶材31a，第2靶材電極32b的下面接合有第2靶材31b。靶材31a及31b係形成為大小互為約略相同之正方形等的矩形。
靶材31a及31b的正下方具有擋門61。圖3係顯示從下面觀看擋門61之俯視圖。擋門61為較靶材31a及31b兩者的投影區域要大之圓形板體，係透過旋轉軸63可自由旋轉地安裝在圓筒部2a的上面中心部。又，擋門61係形成有當對齊於旋轉方向的位置時，從下方側觀看靶材31a或31b的整體之位置處，尺寸較靶材31a(31b)稍大之矩形的開口部62。於是，當開口部62位在面臨靶材31a及31b其中一者的區域時，靶材31a及31b的另一者便會受到擋門61的覆蓋，可防止上述其中一靶材被濺射時，被濺擊出的粒子附著在上述另一靶材。與真空容器2頂部上方處的旋轉軸63相對應之位置處，設置有具有磁石64a之旋轉驅動部64，藉由該磁石64a與設置於旋轉軸63側之磁石之間的磁氣結合，來使旋轉軸63旋轉。
另一方面，靶材電極32a及32b係分別與電源部33a及33b相連接，例如，被施加負的直流電壓。靶材電極32a與電源部33a之間，及靶材電極32b與電源部33b之間，分別介設有開關38a及38b。
第1靶材31a的材料係由能夠吸收氧或水分之組件(以下稱 作「收集(gettering)組件」)所構成，例如鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鎂(Mg)或鉿(Hf)，或是使用該等的合金等。另一靶材31b的材料係針對基板S之成膜材料，舉例有Mg、鋁(Al)、鎳(Ni)鎵(Ga)、錳(Mn)、銅(Cu)、銀(Ag)、鋅(Zn)及Hf等之金屬。本實施型態中，使用Ti作為收集組件，使用Mg作為成膜材料。
又，在真空容器2內，以對向於前記靶材31a、31b之方式，設置有水平地載置基板S之載置部4。載置部4係透過軸組件4a而連接於配置在真空容器2下方側之驅動機構41。驅動機構41具有二個功能，其中一功能為可使載置部4旋轉，另一功能為可使例如半導體的矽晶圓(即基板S)，在透過升降銷41a而在與外部的(圖中未顯示)搬送機構之間進行收授之位置，與濺射時的處理位置之間升降。符號42為密封部。又，該載置部4內安裝有加熱機構(圖中未顯示)，而構成為可在濺射時加熱基板S。升降銷41a係設置為3根，從基板S的下面以3點支撐該基板S，藉由升降部41b且透過支撐組件41c而升降。
靶材電極32a及32b的上部係以分別接近靶材電極32a及32b之方式設置有磁石配列體51a及51b。磁石配列體51a及51b係藉由於透磁性高的材料(例如鐵(Fe))的基體71，將N極磁石群72a~72e及S極磁石群73a~73d配列成例如N極與S極呈現陣列狀所構成。圖4係顯示從靶材31a、31b側觀看N極磁石群72a~72e及S極磁石群73a~73d時的俯視圖。
磁石配列體51a及51b，為了提高靶材31a及31b的濺蝕均勻性，係配置在自中心偏移之位置處，藉由旋轉機構53a及53b，以靶材31a及31b的中心為旋轉中心而旋轉。
又，在真空容器2的內部，為了防止來自第1靶材31a的粒子附著在基板S，係設置有尺寸大於基板S之遮蔽組件(即圓形的覆蓋板43)。圖5(a)為覆蓋板43的俯視圖。覆蓋板43係構成為可以設置於端部之支柱43a為中心而朝向水平方向旋轉，會在覆蓋基板S之遮蔽位置與自覆蓋基板S之位置處退避 之退避位置之間旋轉。支柱43a係貫穿真空容器2的底部，透過旋轉驅動部47且藉由旋轉支撐部48，可自由旋轉地受到支撐。符號44為密封機構。覆蓋板43在此例中，除了上述遮蔽功能以外，亦具有將氧(O2)供應至基板S之功能，具體來說，係如圖5(b)所示般地於覆蓋板43的下面側，等間隔地配列有沿著直徑噴出氧氣之氣體噴出口45。
圖6係顯示覆蓋板43及支柱43a的詳細機構之圖式。覆蓋板43及支柱43a的內部設置有氧氣供應路徑46，氧氣供應路徑46的上游端連接有構成氣體供應路徑之軟管46a。該軟管46a係透過介設有閥體或流量計等的氣體控制機器群49a之氣體供應管49b而連接於氧氣供應源49。來自氧氣供應源49的氧氣會通過支柱43a及覆蓋板43內的氣體供應路徑46，從上述氣體噴出口45被噴出。氣體供應路徑46及氣體噴出口45構成了氧供應部。此實施型態中，雖係舉馬達47a及皮帶47b作為旋轉驅動部47的一例，但不限於此。支撐部48係設置有滑環(slip ring)48b，且支柱43a內係設置有供電路徑48c，供電路徑48c與外部的電源部48a會透過滑環48b而電連接。
覆蓋板43內係設置有連接於供電路徑48c之構成溫調機構(即加熱部)之加熱器40，藉由該加熱器40來預先加熱氣體供應路徑46內的氧氣。加熱器40的配置區域不限於覆蓋板43內，亦可設置於支柱43a內，或是兩者皆設置亦可。此外，亦可使覆蓋板43及支柱43a的內部為空洞，而將氣體供應路徑46、供電路徑48c及加熱器40設置在空洞部內。
再者，真空容器2係於底部連接有排氣路徑21，排氣路徑21係透過壓力調整部21a而連接於真空排氣裝置22。又，真空容器2的側面部係設置有能夠開閉基板S的搬出入口23之閘閥24。再者，真空容器2的上部側壁係設置有用以將電漿產生用氣體(非活性氣體，例如Ar氣體)供應至真空容器2內之Ar氣體供應路徑28。該Ar氣體供應路徑28係透過閥體或流量計等的氣體控制機器群27而連接於Ar氣體供應源26。
真空處理裝置具備有能夠控制各動作之電腦所構成的控制部100。動作的具體例舉例有來自電源部33a及33b之電源供應動作、來自Ar氣體供應源26之Ar氣體的供應動作、藉由升降裝置41所進行之載置部4的升降動作及旋轉動作、覆蓋板43的旋轉動作及氧氣供應動作、磁石配列體51a及51b的旋轉動作、擋門61的旋轉動作、藉由真空排氣裝置22所進行之真空容器2內部的排氣動作等。然後，控制部100為了於基板S上進行金屬氧化膜的成膜，關於必要的控制，包含有命令群之程式係透過外部記憶媒體(例如硬碟、磁帶儲存器、光碟、磁光碟、記憶卡等)來讀取，以進行該真空處理裝置整體的控制。
接著，參閱圖1、圖7、圖8及圖9加以說明該裝置的作用。
首先，藉由設置於外部的真空搬送室之搬送機構來將基板S經由搬出入口23搬入，並載置於載置部4上，並關閉閘閥24。接著，使壓力調整部21a為全開來進行真空容器2內的真空抽氣。
圖9係顯示依時間軸將各部位的動作予以並排之序列之說明圖，在基板S的搬入時，係使擋門61為全關(相對於靶材31a、31b兩者而為關閉之位置)，並使覆蓋板43位在遮蔽位置處(步驟1)。然後，從Ar氣體供應源26導入Ar氣體，並將真空容器2內的壓力設定為例如100mPa(0.8mTorr)。另外，開啟第1靶材31a側(即Ti靶材側)的電源部33a，來對靶材電極32a施加例如380V的直流電壓(步驟2)。又，使磁石配列體51a旋轉，並將擋門61旋轉為第1靶材31a側會呈開口(步驟3)。如此一來，Ar氣體便會因施加在第1靶材31a之電場及磁石配列體51a所產生的磁場而高密度地電漿化，藉此電漿來將第1靶材31a濺射，而濺擊出Ti粒子，Ti粒子會附著在真空容器2的壁面或覆蓋板43的上面等而成膜。圖7(a)中顯示此樣態。Ti粒子之對於真空容器2內部的濺射係進行例如10秒期間。 然後，停止對於靶材31a之電壓施加與Ar氣體的供應，停止磁石配列體51a，並關閉擋門61(步驟4)。藉由上述濺射而附著在真空容器2內部之Ti粒子會吸收存在於真空容器2內的氧分子或水分子，而成為鈦氧化物等。於是，真空容器2內部的壓力便會降低至9×10-8Pa。此外，由於將第1靶材31a濺射前的真空容器2內壓力為4×10-7Pa，而證實了Ti的收集效果佳。
當Ti的濺射完成後，將Mg濺射在基板S。具體來說，係再度開始Ar氣體的供應，並將真空容器2內的壓力設定為例如100mPa(0.8mTorr)。旋轉磁石配列體51b，並對靶材電極32b(第2靶材31b)施加例如300V的直流電壓(步驟5)。使覆蓋板43從載置部4上退避(步驟6)，一邊旋轉載置部4，一邊將擋門61旋轉為第2靶材31b側會呈開口(步驟7)。藉此使Ar氣體電漿化，來將第2靶材31b濺射，Mg粒子會附著在基板S上，而於基板S上成膜例如膜厚3Å(0.3nm)的Mg膜。Mg粒子之對於基板S的濺射係進行約10秒期間。圖7(b)中顯示此樣態。然後，停止對於第2靶材31b之電壓施加與Ar氣體的供應(步驟8)，停止磁石配列體51b，並關閉擋門61(步驟9)。
然後，如圖7(c)所示般地將來自氧氣供應源27的氧氣，在利用加熱器40預先加熱之狀態下從覆蓋板43的氣體噴出口45噴出，而供應至基板S的表面。例如以1sccm的流量持續20秒期間噴出純氧氣(步驟10)。藉由此氧氣供應來將Mg膜氧化而成為MgO膜。純氧氣的流量係設定為例如0.1~100sccm的範圍。
然後，例如接著重複2次Mg粒子濺射與對於Mg膜之氧氣供應。藉由如此般總計連續3次進行Mg粒子濺射步驟與對於Mg膜之氧氣供應步驟之工序，而形成3層3Å的MgO膜，整體來說會在基板S上形成約9Å(0.9nm)的MgO膜。
此工序中，對於Mg膜所供應之氧的量可針對各個步驟而變化，藉由針對各個步驟調整氧流量，便可控制所形成之MgO膜的電阻值。舉一例，對於Mg膜所供應之氧流量，在最初的 步驟中係設定為0.1sccm，第2次的步驟中係設定為1sccm，第3次的步驟中係設定為10sccm。此氧流量的條件，當靶材31b為Mg的情況係適用0.1sccm~40sccm，當材31b為Ni的情況係適用10sccm~100sccm的條件。又，接連著重複複數次上述步驟而成膜層積膜時，為了調整構成層積膜之所謂各分割膜的電阻值，亦可針對各個步驟來調整氧氣的流量，例如在至少2層分割膜之間使氧氣的流量相異。
以下，說明對Mg膜供應氧氣時，使用圖6般的覆蓋板43之理由。由於氧富反應性，故具有容易與氧分子附近的物質反應、吸附之性質。於是，若從遠離基板S之位置處對基板S供應氧氣，則在氧氣到達基板S之前會先與附近的物質反應、吸附，結果，便不易對Mg膜供應氧。於是，氧的消耗量會變多，而無法穩定地供應至基板上。因此，便使用覆蓋板43，而從附近將氧氣供應至基板S上。又，氧導入時，從相對於靶材之氧化防止的觀點，擋門61會相對於靶材31a及31b兩者而移動至遮蔽位置處。
回到圖1及圖8繼續說明。第3次的氧氣供應步驟結束後，使覆蓋板43位在載置部4上方的遮蔽位置處之狀態下，再度供應Ar氣體，使磁石配列體51a旋轉，並對靶材電極32a施加直流電壓。然後，使擋門61的靶材31a側呈開口後，Ti粒子會被再度朝真空容器2內部被濺射(步驟11)。接著，停止對靶材31a之電壓施加與Ar氣體的供應，停止磁石配列體51a，並關閉擋門61。上述Ti粒子的濺射係進行例如約10秒期間。圖8(d)中顯示此樣態。藉由此Ti的濺射步驟，來從朝下一工序被搬出之基板S的MgO膜上及真空容器2內去除剩餘的氧氣。
之後，使擋門61相對於兩者的靶材31a及31b為關閉狀態，使覆蓋板43從載置部4上退避，打開閘閥24，並從搬出入口23搬出基板S(步驟12)。圖8(e)中顯示此樣態。
上述實施型態中，藉由在圖1所示之一個真空容器針對1片基板進行MgO膜形成工序，可抑制氧自外部流入。又，在 對基板S進行MgO膜形成工序的前後，藉由覆蓋板43來覆蓋基板S之狀態下進行Ti的濺射，並去除真空容器2內的氧，藉此可在真空容器2內的殘留氧經降低後之狀態下形成Mg膜。於是，由於可藉由氧氣的供應量來控制Mg的氧化程度，故可使基板S間的電阻值穩定。因此，將MRAM記憶元件等的MgO膜作為絕緣膜使用之記憶元件等的製造中，有助於品質提升。
此外，上述實施型態中，對於板S上之MgO膜成膜工序中，並不一定要重複Mg膜成膜步驟與將Mg膜氧化而形成MgO膜之步驟。又，如前述，成膜材料不限於Mg，可使用Al、Ni、Hf、Ga、Zn等之金屬及其合金等。
將第1靶材31a濺射時，從覆蓋板43的上面至基板S之距離，較佳宜相對於靶材31a與基板S之間的距離(260mm)為例如1/2以下(130mm以下)。為獲得遮蔽效果之覆蓋板43的大小，由於藉由使覆蓋板43接近基板S可增大遮蔽效果，故可縮小覆蓋板43的直徑。
再者，以一次Mg濺射處理及氧化處理來成膜例如3Å的極薄MgO膜之情況，覆蓋板43的下面與基板S之距離，例如當覆蓋板43的厚度為10mm之情況，較佳宜設定為10mm~120mm，例如30mm。該噴出口45與基板S之距離係藉由例如上昇操作載置部4等來調節。有關上述距離的設定理由，係由防止氧分子附著在靶材或腔室壁之觀點，以及減少氧消耗量之觀點，來盡可能地減少噴出的氧量之緣故。
[變形例]
氧氣的噴出口45亦可取代如上述實施型態般地配置於直線上，而在基板的投影區域內配置為縱橫或是同心圓狀。又，包含有氣體噴出口45及氧氣供應路徑46之氧氣供應部不限於與覆蓋板43為一體成型，而亦可為分別的個體。此情況下，氧氣供應部亦可構成為與覆蓋板43的驅動為獨立地，而藉由移動機構，可在基板S的上方位置與自該上方位置退避之位置之間移動。
又，氧氣供應部亦可為由例如貫穿真空容器2的側壁之氣體供應管所構成，且使氧氣的噴出口位置固定之樣態。再者，依排氣口與氧氣供應部的配置等，從氧氣供應部對基板S供應氧氣之噴出口亦可位在基板的下方側。上述實施型態中，雖係預先加熱氧氣，但亦可不預先加熱。然後，覆蓋板43亦可構成為取代旋轉，而是朝橫向直線地移動。又，依裝置結構、排氣流的流動及排氣口的配置等，從氧供應部對基板S供應氧氣時，亦可不藉由擋門61來關閉靶材31a、31b。
再者，上述實施型態中，係將第1及第2靶材31a及31b配置為與載置部4上的基板S呈平行。但本發明不限於上述配置，而亦可為使第1及第2靶材31a及31b傾斜，來使第1及第2靶材31a及31b處之基板S之中心軸上的各端部較該中心軸之相反側的端部要來得高之結構。
以上，雖已敘述本發明之實施型態，但施加在靶材31(31a、31b)之電力亦可使用交流電力來取代直流電力，且用以產生電漿之非活性氣體不限於Ar氣體。又，不限於使用磁石配列體51，而亦可為例如對靶材31施加高頻電功率，且對載置台施加高頻偏壓之方法。
[第2實施型態]
以下詳述的第2實施型態中，與上述第1實施型態的說明為相同之部分，則賦予相同的符號而省略說明。第2實施型態如圖10所示，其結構係第1實施型態之第1靶材31a與第2靶材31b為共通。此情況下，靶材的材料乃為成膜於基板S之金屬，且為能夠吸收氧且成為氧化物之金屬，舉例有Hf或Mg等，以及該等的合金等。
首先，將基板S搬入至真空容器2內後，打開擋門61並使覆蓋板43位在載置部4上之狀態下，將靶材31濺射來使靶材31的粒子附著在真空容器2內，並進行氧或水分的收集。接著，使覆蓋板43自載置部4上退避，再度將靶材31濺射，來使靶材粒子附著在基板S上而成膜金屬膜。在成膜後，使覆 蓋板43再度位在載置部4上，關閉擋門61，從覆蓋板43的氣體噴出口45將氧氣供應至基板S上，來將基板S上的金屬膜氧化而形成金屬氧化膜。然後，使覆蓋板43位在載置部4上之狀態下，打開擋門61，將靶材31濺射，且再度進行收集後，將基板S自真空容器2內搬出。
第2實施型態中亦獲得與第1實施型態同樣的效果。此第2實施型態中亦可應用第1實施型態中上述的變形例。
(實施例)
使用上述實施型態的裝置來對25片矽晶圓依序進行金屬氧化膜的成膜處理，分別針對所獲得之基板，測量氧化膜的電阻值，並調查其變化。具體來說，係以實施型態所記載之條件來層積3層3Å的MgO膜。
又，其他條件如下所述。
．靶材31a(收集組件)的材料：Ti
．靶材31b(成膜材料)的材料：Mg
．基板S直徑：300mm
．覆蓋板43直徑：450mm
．對靶材電極32a之施加電壓：380V
．對靶材電極32b之施加電壓：300V
．濺射時之基板S與靶材31a、31b的距離：260mm
(比較例)
使用進行濺射之腔室(濺射室)與進行氧化脂腔室(氧化室)為分離之真空處理裝置。然後，在濺射室中使Mg膜成膜於基板S上，之後，在真空狀態下將基板S搬入至氧化室，在氧化室中將Mg膜氧化為MgO膜，針對重複此製程所成膜之25片矽晶圓，分別測量氧化膜的電阻值，並調查其變化。
具體來說，首先，係在濺射室中將Mg濺射，而成膜3Å(0.3nm)的Mg膜後，將基板S搬送至氧化室，並在氧化室中對此Mg膜供應氧而形成MgO膜。將此基板S返回濺射室，再度將Mg濺射，而成膜3Å(0.3nm)的Mg膜後，將基板S搬送 至氧化室，並在氧化室中對此Mg膜供應氧而形成MgO膜。再將此基板S再度返回濺射室，將Mg濺射，重複上述製程，而於基板S上成膜9Å(0.9nm)的MgO膜。此外，一連串的基板S搬送係在真空氛圍下進行。藉由上述方法來對25片基板S進行MgO膜成膜。
圖11係顯示該等的結果，橫軸為基板的編號，縱軸為電阻值(單位：Ω/μm2)，表示基板間之電阻值的變化。由圖11可知，相對於比較例中金屬氧化膜的電阻值為上昇，而實施例中電阻值為1.50~1.55Ω/μm2前後，顯示了基板間為穩定的數值。關於此結果，分析如下。亦即，比較例中，濺射室與氧化室為分離。但在腔室間搬送基板S時，縱使已充分保持真空度，氧仍會從氧化室流入至濺射室，以及，因氧化室內的殘留氧而導致所成膜之MgO膜被氧化，因而使得電阻值相較於實施例為上昇之結果。
又，除了使用上述第1實施型態的裝置中省略了靶材31a之裝置，且不進行自靶材31a來將Ti濺射之步驟順序以外，係在相同的條件下進行MgO膜的成膜，而獲得以下的結果。第1片的電阻值雖為1.5Ω/μm2，但隨著持續基板處理，電阻值為上昇，可確認到第25片超過3Ω/μm2之結果。
由上述結果可知本實施型態之氧化膜成膜方法大為有助於使用於MRAM等之金屬氧化膜中電阻值的穩定。
S‧‧‧基板
2‧‧‧真空容器
2a‧‧‧圓筒部分
2b‧‧‧突出部分
4‧‧‧載置部
4a‧‧‧軸組件
21‧‧‧排氣路徑
21a‧‧‧壓力調整部
22‧‧‧真空排氣裝置
23‧‧‧搬出入口
24‧‧‧閘閥
25a、25b‧‧‧絕緣體
26‧‧‧Ar氣體供應源
27‧‧‧氣體控制機器群
28‧‧‧Ar氣體供應路徑
31a、31b‧‧‧靶材
32a、32b‧‧‧靶材電極
33a、33b‧‧‧電源部
34a、34b‧‧‧保持體
38a、38b‧‧‧開關
41‧‧‧驅動機構
41a‧‧‧升降銷
41b‧‧‧升降部
41c‧‧‧支撐組件
42‧‧‧密封部
43‧‧‧覆蓋板
43a‧‧‧支柱
44‧‧‧密封機構
47‧‧‧旋轉驅動部
48‧‧‧支撐部
48a‧‧‧電源部
51a、51b‧‧‧磁石配列體
53a、53b‧‧‧旋轉機構
61‧‧‧擋門
62‧‧‧開口部
63‧‧‧旋轉軸
64‧‧‧旋轉驅動部
64a‧‧‧磁石
100‧‧‧控制部

Claims (14)

  1. 一種真空處理裝置，係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其具備：第1靶材，係由具有能夠吸附氧的性質之物質所構成；第2靶材，係由金屬所構成；電源部，係對該第1靶材及第2靶材施加電壓；擋門，係用以防止將該第1及第2靶材的其中一者濺射時，來自該其中一靶材的粒子附著在另一靶材；遮蔽組件，係為了防止來自該第1靶材的粒子附著在基板，而可在覆蓋基板之遮蔽位置與自覆蓋基板之位置處退避的退避位置之間自由移動；氧供應部，係用以對該載置部上的基板供應含氧氣體；以及控制部，其係用以執行以下步驟：為了使第1靶材的粒子附著在該真空容器內，而在將該遮蔽組件設定為遮蔽位置之狀態下，對第1靶材供應電漿產生用電壓來將第1靶材濺射之步驟；接著，停止對於第1靶材之電壓供應，在將該遮蔽組件設定為退避位置之狀態下，為了於基板成膜金屬膜，而對第2靶材供應電漿產生用電壓來將第2靶材濺射之步驟；接著，讓該氧供應部移動至基板上而將含氧氣體供應至該基板之步驟。
  2. 一種真空處理裝置，係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其具備：靶材，係由具有能夠吸附氧的性質之金屬所構成； 電源部，係對該靶材施加電壓；遮蔽組件，係為了防止來自該靶材的粒子附著在基板，而可在覆蓋基板之遮蔽位置與自覆蓋基板之位置處退避的退避位置之間自由移動；氧供應部，係用以對該載置部上的基板供應含氧氣體；以及控制部，其係用以執行以下步驟：為了使靶材的粒子附著在該真空容器內，而在將該遮蔽組件設定為遮蔽位置之狀態下，對靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射之步驟；接著，停止對於靶材之電壓供應，在將該遮蔽組件設定為退避位置之狀態下，為了於基板成膜金屬膜，而對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射之步驟；接著，讓該氧供應部移動至基板上而將含氧氣體供應至該基板之步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中該遮蔽組件係兼用該氧供應部。
  4. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其具備加熱部，該加熱部會在從該氧供應部對真空容器內噴出含氧氣體之前，先加熱該氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中該第1靶材為選自鈦、鉻、鉭、鋯、鎂或鉿之金屬，或是含有該等當中的1種以上之合金。
  6. 如申請專利範圍第1項之真空處理裝置，其中該第2靶材為選自鎂、鋁、鎳、鎵、錳、銅、銀、鋅或鉿之金屬。
  7. 一種真空處理方法，係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其係使用具有能夠吸附氧的性質之物質所構成的第1靶材，與金屬所構成的第2靶材； 該真空處理方法包含以下工序：為了防止來自該第1靶材的粒子附著在該基板而以遮蔽組件覆蓋該載置部上的該基板，並且，為了防止來自第1靶材的粒子附著在第2靶材而將擋門配置在面臨第2靶材之位置處之工序；接下來，對該第1靶材供應電漿產生用電壓來將該第1靶材濺射，藉此使第1靶材的粒子附著在真空容器內之工序；接著，停止對於該第1靶材之電壓供應，並且，為了防止來自第2靶材的粒子附著在第1靶材而將擋門配置在面臨第1靶材之位置處，且使遮蔽組件自覆蓋該基板之位置處退避之工序；之後，對該第2靶材供應電漿產生用電壓來將該第2靶材濺射，而於該基板成膜金屬膜之工序；以及接著，讓氧供應部移動至基板上而將含氧氣體供應至該載置部上的該基板之工序。
  8. 一種真空處理方法，係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其係使用具有能夠吸附氧的性質之金屬所構成的靶材；該真空處理方法包含以下工序：為了防止來自該靶材的粒子附著在該基板而以遮蔽組件覆蓋該載置部上的基板之工序；接下來，對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射，藉此使靶材的粒子附著在真空容器內之工序；之後，在使得該遮蔽組件自覆蓋該基板之位置處退避之狀態下，對該靶材供應電漿產生用電壓來將該靶材濺射，而於該基板成膜金屬膜之工序；以及 接著，讓氧供應部移動至基板上而將含氧氣體供應至該載置部上的該基板之工序。
  9. 如申請專利範圍第7項之真空處理方法，其中該氧供應部係設置於該遮蔽組件。
  10. 如申請專利範圍第7項之真空處理方法，其中使得為了吸附氧所使用之該第1靶材的粒子附著在該真空容器內之該工序，係在於該基板形成金屬氧化膜後，並將該基板從真空容器內搬出前，以及，替換下一基板並搬人至該真空容器內後重複進行。
  11. 如申請專利範圍第7項之真空處理方法，其中係依序重複複數次使得為了吸附氧所使用之該第1靶材的粒子附著在該真空容器內之上述工序、藉由濺射而於該基板形成該金屬膜之上述工序、以及將含氧氣體供應至該載置部上的該基板之上述工序，來成膜相互層積之金屬氧化膜。
  12. 如申請專利範圍第11項之真空處理方法，其中關於相互層積之複數金屬氧化膜中的至少2個金屬氧化膜，對基板供應含氧氣體時的氧流量係互為不同。
  13. 如申請專利範圍第7項之真空處理方法，其係在從該氧供應部對真空容器內噴出含氧氣體之前先加熱該氣體。
  14. 一種記憶媒體，其記錄有使用於真空處理之電腦程式，該真空處理係藉由使得電漿產生用氣體電漿化所獲得之電漿中的離子，來將朝向真空容器內之載置部上的基板所配置之靶材濺射，而於基板上形成金屬膜，接著，將該金屬膜氧化；其特徵為該電腦程式係用以實施如申請專利範圍第7項之真空處理方法。
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