WO2013179575A1

WO2013179575A1 - 真空処理装置、真空処理方法及び記憶媒体

Info

Publication number: WO2013179575A1
Application number: PCT/JP2013/002888
Authority: WO
Inventors: 真司古川; 五味　淳; 哲也宮下; 亨北田; 貫人中村
Original assignee: 東京エレクトロン株式会社
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2013-12-05
Also published as: US20150187546A1; CN104350174A; KR20150016945A; US9790590B2; TWI573887B; KR101726031B1; JP2013249517A; TW201413020A; JP5998654B2; CN104350174B

Abstract

【課題】基板に対して金属酸化膜を成膜するにあたり、基板間で金属酸化膜の抵抗値を安定化させる処理装置及び処理方法を提供すること。【解決手段】プラズマスパッタ処理が可能な真空容器２内部に酸素を吸収する部材からなるターゲット３１ａと金属からなるターゲット３１ｂを配置し、真空容器２内部に基板Ｓを搬入する。カバープレート４３で基板Ｓを覆い、ターゲット３１ａをスパッタして真空容器２内部に成膜し、当該膜に真空容器２内部の酸素を吸着させる。そしてカバープレート４３を基板Ｓ上から移動させ、ターゲット３１ｂをスパッタし基板Ｓ上に金属膜を成膜する。再び基板Ｓ上に移動させたカバープレート４３から酸素を必要量だけ供給し、金属膜を金属酸化膜にする。そしてターゲット３１ａをスパッタし真空容器２内部の酸素を吸着した上で、金属酸化膜が形成された基板Ｓを真空容器２内部から搬出する。

Description

真空処理装置、真空処理方法及び記憶媒体

　本発明は、金属からなるターゲットをスパッタすることにより基板上に金属膜を成膜し、次いで金属膜を酸化して金属酸化膜を得る真空処理装置及び真空処理方法に関する。

　最近において、従来のＤＲＡＭ等のメモリに比べて優れた特性を有することで期待されているメモリの一つとしてＭＲＡＭ（Magnetoresistive
Random Access Memory）が注目されている。ＭＲＡＭ記憶素子の基本的なメカニズムを図１２に示す。ＭＲＡＭ記憶素子は、絶縁膜９１を挟んで両側に強磁性層９２ａ及び９２ｂを有し、強磁性層９２ａの磁化方向は可変であり、強磁性層９２ｂの磁化方向は固定されている。図１２（ａ）に示すように両側の強磁性層９２ａ及び９２ｂの磁化が逆方向のとき絶縁膜９２の抵抗値は上昇し、強磁性層９２ａから９２ｂに電流が流れにくくなる。ＭＲＡＭは、この状態を記憶素子の「１」の状態として用いている。反対に図１２（ｂ）に示すように両側の強磁性層９２ａ及び９２ｂの磁化が同方向のとき絶縁膜９２の抵抗値は低下し、強磁性層９２ａから９２ｂに電流が流れやすくなる。ＭＲＡＭは、この状態を記憶素子の「０」の状態として用いている。

　絶縁膜としては金属酸化膜が用いられるが、金属酸化膜の抵抗値が変動すると、ＭＲＡＭとしての特性が変化し、上述した「０」または「１」の書き込みの際に必要な電流の大きさが変動する。このためＭＲＡＭの金属酸化膜の抵抗値については厳しい許容範囲が設定されている。

　この金属酸化膜の成膜工程として、特開平６－１７２９８９号公報には金属酸化物から成るターゲットをスパッタする手法（リアクティブスパッタ法）が記載されているが、この手法は金属ターゲット表面がスパッタ中に徐々に酸化するという問題がある。また特開２００８－１３８２９号公報には酸素ガスをスパッタ装置内に導入しながら、金属から成るターゲットをスパッタして基板上に金属酸化膜を得る手法が記載されているが、残留酸素によりターゲットの表面が酸化され、成膜された金属酸化膜の抵抗値が不安定になる問題がある。さらに特開平６－４９６３３号公報には、金属膜を一の処理チャンバ内で成膜した後に、別の酸素供給チャンバ内で酸素を供給して金属膜を酸化させる手法が記載されているが、二つ以上のチャンバを用いるため装置全体としてスループットが低下する。また、酸素供給チャンバ内に導入した酸素が残留し、この残留酸素によって金属酸化膜の抵抗値が基板間でばらついてしまう懸念がある。

　上述した３つの公報に記載された手法で成膜した金属酸化膜は、基板間における抵抗値の安定性に欠けることから、高い歩留まりが得られない課題がある。

　また、特開２００９－６５１８１号公報には、２つのターゲットを有した処理チャンバを用い、金属酸化膜形成前にゲッタリングを行う旨のＭＲＡＭ製造方法が記載されているが、金属酸化膜の材質そのもの（当該発明ではＭｇＯ）を直接ターゲットとして用いているため、本発明の動機付けとなるものではない。

　本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、基板間において抵抗値の安定した金属酸化膜を成膜する技術を提供することにある。

　本発明の真空処理装置は、
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理装置において、
　酸素を吸着する性質を有する物質からなる第１のターゲットと、
　金属からなる第２のターゲットと、
　前記第１のターゲット及び第２のターゲットに電圧を印加する電源部と、
　前記第１及び第２のターゲットの一方をスパッタしているときに当該一方のターゲットからの粒子が他方のターゲットに付着するのを防止するためのシャッターと、
　前記第１のターゲットからの粒子が基板に付着するのを防止するために基板を覆う遮蔽位置と基板を覆う位置から退避した退避位置との間で移動自在な遮蔽部材と、
　前記載置部上の基板に対して酸素を含むガスを供給するための酸素供給部と、
　前記真空容器内に第１のターゲットの粒子を付着させるために、前記遮蔽部材を遮蔽位置に設定した状態で第１のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して第１のターゲットをスパッタするステップと、次いで第１のターゲットに対する電圧供給を停止し、前記遮蔽部材を退避位置に設定した状態で、基板に金属膜を成膜するために、第２のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して第２のターゲットをスパッタするステップと、続いて前記酸素供給部から酸素を含むガスを前記基板に供給するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする。　
　また、本発明の別の真空処理装置は、
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理装置において、
　酸素を吸着する性質を有する金属からなるターゲットと、
　前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
　前記ターゲットからの粒子が基板に付着するのを防止するために基板を覆う遮蔽位置と基板を覆う位置から退避した退避位置との間で移動自在な遮蔽部材と、
　前記載置部上の基板に対して酸素を含むガスを供給するための酸素供給部と、
　前記真空容器内にターゲットの粒子を付着させるために、前記遮蔽部材を遮蔽位置に設定した状態でターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタするステップと、次いでターゲットに対する電圧供給を停止し、前記遮蔽部材を退避位置に設定した状態で、基板に金属膜を成膜するために、前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタするステップと、続いて前記酸素供給部から酸素を含むガスを前記基板に供給するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする。

　本発明の真空処理方法は、
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理方法において、
　酸素を吸着する性質を有する物質からなる第１のターゲットと、金属からなる第２のターゲットと、を用い、
　前記第１のターゲットからの粒子が前記基板に付着するのを防止するために遮蔽部材により前記載置部上の前記基板を覆うと共に第１のターゲットからの粒子が第２のターゲットに付着するのを防止するために第２のターゲットに臨む位置にシャッターを配置する工程と、
　次に、前記第１のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して前記第１のターゲットをスパッタし、これにより第１のターゲットの粒子を真空容器内に付着させる工程と、
　次いで前記第１のターゲットに対する電圧供給を停止すると共に第２のターゲットからの粒子が第１のターゲットに付着するのを防止するために第１のターゲットに臨む位置にシャッターを配置し、かつ遮蔽部材を前記基板を覆う位置から退避させる工程と、
　その後、前記第２のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該第２のターゲットをスパッタし、前記基板に対して金属膜を成膜する工程と、
　続いて酸素を含むガスを前記載置部上の前記基板に供給する工程と、を含むことを特徴とする。　
　また、本発明の別の真空処理方法は、
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理方法において、
　酸素を吸着する性質を有する金属からなるターゲットを用い、
　前記ターゲットからの粒子が前記基板に付着するのを防止するために遮蔽部材により前記載置部上の基板を覆う工程と、
　次に前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタし、これによりターゲットの粒子を真空容器内に付着させる工程と、
　その後、前記遮蔽部材を前記基板を覆う位置から退避させた状態で、前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタし、前記基板に対して金属膜を成膜する工程と、
　続いて酸素を含むガスを前記載置部上の前記基板に供給する工程と、を含むことを特徴とする。

　さらに、本発明の記憶媒体は、
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理に用いられるコンピュータプログラムが記録された記憶媒体であって、
　前記コンピュータプログラムは、上述の真空処理方法を実施するためのものであることを特徴とする。

　本発明は、酸素を吸着する性質を有する酸素ゲッタリング材である第１のターゲットと成膜用の金属からなる第２のターゲットとを用いている。そして基板を遮蔽部材にて覆った状態で第１のターゲットをスパッタして真空容器内にゲッタリング材を付着させ、その後遮蔽部材を開放した状態で第２のターゲットをスパッタして金属を基板上に成膜し、続いて遮蔽部材を閉じた後、基板に酸素を供給し、金属膜を酸化している。従って真空容器内の残留酸素が低減された状態で金属膜が成膜されるので、金属酸化膜に含まれる酸素量を高い精度でコントロールすることができ、このため基板間で金属酸化膜の抵抗値が安定する。

本発明の第１の実施形態にかかる真空処理装置を示す縦断側面図である。第１の実施形態にかかる真空処理装置を上面から見た平面図である。第１の実施形態に用いられるシャッターを下面から見た平面図である。第１の実施形態に用いられるマグネット配列体の一例を示す平面図である。第１の実施形態に用いられるカバープレートを上面及び下面から見た平面図である。第１の実施形態に用いられるカバープレート及び周辺部位の詳細を示す断面図である。第１の実施形態の作用を示す説明図である。第１の実施形態の作用を示す説明図である。前記真空処理装置の各部位のステップ毎の動作を示した説明図である。第２の実施形態にかかる真空処理装置の縦断側面図である。実施例と比較例において成膜された酸化膜の抵抗値についての分布図である。ＭＲＡＭ記憶素子の基本的なメカニズムの略解図である。

　本発明の実施形態に係る真空処理装置は、図１に示すように、導電性の素材、例えばステンレスから成り、接地された真空容器２を備えている。真空容器２は円筒部分２ａと突出部分２ｂとからなる。図２は真空容器２を上面から見た図である。円筒部２ａの天井部には、各々円形かつ大きさが互いに略同一である第１のターゲット電極３２ａ及び第２のターゲット電極３２ｂが、左右に並んで（ｘ軸方向に並んで）水平に設けられている。これらターゲット電極３２ａ及び３２ｂはリング状の保持体３４ａ及び３４ｂを介して夫々リング状の絶縁体２５ａ及び２５ｂに接合され、絶縁体２５ａ及び２５ｂは真空容器２の天井部に接合している。従ってターゲット電極３２ａ及び３２ｂは、真空容器２とは電気的に絶縁された状態で、円筒部２ａの上面より低く落とし込まれた位置に配置されている。

　第１のターゲット電極３２ａの下面には第１のターゲット３１ａが接合され、第２のターゲット電極３２ｂの下面には第２のターゲット３１ｂが接合されている。ターゲット３１ａ及び３１ｂは、互いに大きさが略同一である正方形などの矩形状に形成されている。

　ターゲット３１ａ及び３１ｂの直下には、シャッター６１が備え付けられている。図３にシャッター６１を下面から見た平面図を示す。シャッター６１は、ターゲット３１ａ及び３１ｂの両方の投影領域よりも大きな円形の板であり、円筒部２ａの上面中心部に回転軸６３を介して回転自在に取り付けられている。またシャッター６１は、回転方向の位置を合わせたときにターゲット３１ａまたは３１ｂの全体が下方側から見通せる位置にターゲット３１ａ（３１ｂ）よりも少し大きいサイズの矩形の開口部６２が形成されている。従ってターゲット３１ａ及び３１ｂの一方に臨む領域に開口部６２が位置するときには、ターゲット３１ａ及び３１ｂの他方がシャッター６１により覆われることとなり、前記一方のターゲットがスパッタされているときには叩き出された粒子が前記他方のターゲットに付着することを防止している。真空容器２の天井部上方における回転軸６３と対応する位置にはマグネット６４ａを有する回転駆動部６４が設けられ、このマグネット６４ａと回転軸６３側に設けられたマグネットとの間の磁気結合により、回転軸６３が回転するようになっている。

　一方、ターゲット電極３２ａ及び３２ｂは夫々電源部３３ａ及び３３ｂと接続されており、例えば負の直流電圧が印加されるようになっている。ターゲット電極３２ａと電源部３３ａとの間、及びターゲット電極３２ｂと電源部３３ｂの間には、夫々スイッチ３８ａ及び３８ｂが介在している。

　第１のターゲット３１ａの材料としては、酸素や水分を吸収する部材（以下「ゲッタリング部材」という）からなり、例えばチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはハフニウム（Ｈｆ）、あるいはこれらの合金などが用いられる。一方ターゲット３１ｂの材料は基板Ｓに対する成膜材である、例えばＭｇ、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）ガリウム（Ｇａ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びＨｆなどの金属が挙げられる。本実施形態ではゲッタリング部材としてＴｉを、成膜材としてＭｇを用いることとする。

　また、真空容器２内には前記ターゲット３１ａ、３１ｂと対向するように、基板Ｓを水平に載置する載置部４が設けられている。載置部４は、軸部材４ａを介して真空容器２の下方側に配置された駆動機構４１に接続されている。駆動機構４１は、載置部４を回転させる役割と、例えば半導体のシリコンウエハである基板Ｓを外部の図示しない搬送機構との間で昇降ピン４１ａを介して受け渡しする位置と、スパッタ時における処理位置との間で昇降させる役割を果たしている。４２はシール部である。またこの載置部４内には図示しない加熱機構が組み込まれており、スパッタ時に基板Ｓを加熱できるように構成されている。昇降ピン４１ａは、基板Ｓの下面から３ヶ所で支持するように３本設けられ、昇降部４１ｂにより支持部材４１ｃを介して昇降する。

　ターゲット電極３２ａ及び３２ｂの上部には、夫々ターゲット電極３２ａ及び３２ｂと近接するようにマグネット配列体５１ａ及び５１ｂが設けられている。マグネット配列体５１ａ及び５１ｂは、透磁性の高い素材、例えば鉄（Ｆｅ）のベース体７１にＮ極マグネット群７２ａ～７２ｅ及びＳ極マグネット群７３ａ～７３ｄを、例えばＮ極とＳ極がマトリクス状となるように配列することで構成されている。図４は、ターゲット３１ａ、３１ｂ側からＮ極マグネット群７２ａ～７２ｅ及びＳ極マグネット群７３ａ～７３ｄを見たときの平面図である。

　マグネット配列体５１ａ及び５１ｂは、ターゲット３１ａ及び３１ｂのエロージョンの均一性を高めるために中心から偏芯した位置に配置され、回転機構５３ａ及び５３ｂによりターゲット３１ａ及び３１ｂの中心を回転中心として回転するようになっている。

　また真空容器２内部には、第１のターゲット３１ａからの粒子が基板Ｓに付着するのを防止するために、基板Ｓよりもサイズの大きい遮蔽部材である円形状のカバープレート４３が設けられている。図５（ａ）はカバープレート４３の上面図である。カバープレート４３は、端部に設けられた支柱４３ａを中心に水平方向に旋回可能に構成され、基板Ｓを覆う遮蔽位置と基板Ｓを覆う位置から退避した退避位置との間で旋回する。支柱４３ａは真空容器２の底部を貫通し、回転駆動部４７を介して回転支持部４８により回転自在に支持されている。４４はシール機構である。カバープレート４３は、この例では上述の遮蔽機能に加えて酸素（Ｏ_２）を基板Ｓに供給する機能を有し、具体的には図５（ｂ）に示すようにカバープレート４３の下面側に直径に沿って酸素ガスを吐出するガス吐出口４５が等間隔に配列されている。

　図６はカバープレート４３及び支柱４３ａの詳細な機構を示す図である。カバープレート４３及び支柱４３ａの内部には、酸素ガス供給路４６が設けられており、酸素ガス供給路４６の上流端には、ガス供給路をなすフレキシブルチューブ４６ａが接続されている。このフレキシブルチューブ４６ａは、バルブやフローメーター等のガス制御機器群４９ａが介設されたガス供給管４９ｂを介して酸素ガス供給源４９に接続されている。酸素ガス供給源４９からの酸素ガスは、支柱４３ａ及びカバープレート４３内のガス供給路４６を通って既述のガス吐出口４５から吐出されることになる。ガス供給路４６及びガス吐出口４５は、酸素供給部を構成している。この実施形態では、回転駆動部４７の一例としてモータ４７ａ及びベルト４７ｂを挙げているが、これに限られるものではない。支持部４８にはスリップリング４８ｂが設けられると共に支柱４３ａ内には給電路４８ｃが設けられ、給電路４８ｃと外部の電源部４８ａとがスリップリング４８ｂを介して電気的に接続されている。

　カバープレート４３内には給電路４８ｃに接続された温調機構である加熱部をなすヒータ４０が設けられ、このヒータ４０によりガス供給路４６内の酸素ガスが予備加熱される。ヒータ４０の配置領域としてはカバープレート４３内に限らず支柱４３ａ内に設けられていてもよいし、両方に設けてもよい。なお、カバープレート４３及び支柱４３ａは、内部を空洞とし、空洞部内にガス供給路４６、給電路４８ｃ及びヒータ４０を設けるようにしてもよい。

　さらに、真空容器２は底部に排気路２１が接続され、排気路２１は圧力調整部２１ａを介して真空排気装置２２に接続されている。また真空容器２の側面部には基板Ｓの搬入出口２３を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。さらに真空容器２の上部側壁には、プラズマ発生用のガスである不活性ガス、例えばＡｒガスを真空容器２内に供給するためのＡｒガス供給路２８が設けられている。このＡｒガス供給路２８は、バルブやフローメータ等のガス制御機器群２７を介してＡｒガス供給源２６に接続されている。

　真空処理装置は、各動作を制御するコンピュータからなる制御部１００を備えている
。動作の具体例としては、電源部３３ａ及び３３ｂからの電源供給動作、Ａｒガス供給源２６からのＡｒガスの供給動作、昇降装置４１による載置部４の昇降動作及び回転動作、カバープレート４３の回転動作及び酸素ガス供給動作、マグネット配列体５１ａ及び５１ｂの回転動作、シャッター６１の回転動作、真空排気装置２２による真空容器２内部の排気動作などが挙げられる。そして制御部１００は、基板Ｓ上に金属酸化膜の成膜を行うために必要な制御について命令群が組まれたプログラムが、外部記憶媒体、例えばハードディスク、テープストレージ、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリーカードなどを介して読み込まれ、当該真空処理装置全体の制御を行う。

　続いてこの装置の作用について図１、図７、図８及び図９を参照して説明する。　
　先ず図示しない外部の真空搬送室に設けられた搬送機構により基板Ｓを搬入出口２３を介して搬入し、載置部４上に載置すると共に、ゲートバルブ２４を閉じる。次いで圧力調整部２１ａを全開にして真空容器２内の引き切りを行う。

　図９は各部の動作を時系列に並べたシーケンスを示す説明図であり、基板Ｓの搬入時においては、シャッター６１が全クローズ（ターゲット３１ａ、３１ｂの両方に対して閉じた位置にある）、カバープレート４３が遮蔽位置に置かれている（ステップ１）。そしてＡｒガス供給源２６からＡｒガスを導入し、真空容器２内の圧力を例えば１００ｍＰａ（０．８ｍＴｏｒｒ）に設定する。更に第１のターゲット３１ａ側であるＴｉターゲット側の電源部３３ａをオンにして、ターゲット電極３２ａに例えば３８０Ｖの直流電圧を印加する（ステップ２）。また、マグネット配列体５１ａを回転させると共に、シャッター６１を第１のターゲット３１ａ側が開口するように回転させる（ステップ３）。するとＡｒガスが第１のターゲット３１ａに印加された電界及びマグネット配列体５１ａによる磁界により高密度にプラズマ化し、このプラズマにより第１のターゲット３１ａがスパッタされてＴｉ粒子が叩き出され、真空容器２の壁面やカバープレート４３の上面などにＴｉ粒子が付着し、成膜される。図７（ａ）はこの様子を表している。Ｔｉ粒子の真空容器２内部へのスパッタは例えば１０秒間行う。そしてターゲット３１ａへの電圧印加とＡｒガスの供給を停止し、マグネット配列体５１ａを停止させ、シャッター６１を閉じる（ステップ４）。上述のスパッタにより真空容器２内部に付着したＴｉ粒子は、真空容器２内に存在する酸素分子や水分子を吸収し、チタン酸化物などになる。このため、真空容器２内部の圧力は９×１０^－８Ｐａまで低下する。なお、第１のターゲット３１ａをスパッタする前における真空容器２内の圧力は４×１０^－７Ｐａであることから、Ｔｉによるゲッタリング効果が大きいことが裏付けられる。

　Ｔｉのスパッタリングが完了した後、Ｍｇを基板Ｓにスパッタする。具体的には、再びＡｒガスの供給を開始し、真空容器２内の圧力を例えば１００ｍＰａ（０．８ｍＴｏｒｒ）に設定する。マグネット配列体５１ｂを回転させ、ターゲット電極３２ｂ（第２のターゲット３１ｂ）に、例えば３００Ｖの直流電圧を印加する（ステップ５）。カバープレート４３を載置部４上から退避させ（ステップ６）、載置部４を回転させながら、シャッター６１を第２のターゲット３１ｂ側が開口するように回転させる（ステップ７）。これによりＡｒガスがプラズマ化し、第２のターゲット３１ｂがスパッタされ、Ｍｇ粒子が基板Ｓ上へ付着し、基板Ｓ上に例えば膜厚３Å（０．３ｎｍ）のＭｇ膜が成膜される。Ｍｇ粒子の基板Ｓへのスパッタは約１０秒間行う。図７（ｂ）はこの様子を表している。そして第２のターゲット３１ｂへの電圧印加とＡｒガスの供給を停止し（ステップ８）、マグネット配列体５１ｂを停止させ、シャッター６１を閉じる（ステップ９）。

　そして図７（ｃ）に示すように酸素ガス供給源２７からの酸素ガスをヒータ４０により予備加熱した状態でカバープレート４３のガス吐出口４５から吐出させて、基板Ｓの表面に供給する。例えば純酸素ガスを１ｓｃｃｍの流量で２０秒間吐出する（ステップ１０）。この酸素ガス供給によりＭｇ膜が酸化されてＭｇＯ膜となる。純酸素ガスの流量は、例えば０．１～１００ｓｃｃｍの範囲で設定される。

　そして、Ｍｇ粒子スパッタと酸素ガスのＭｇ膜への供給を、例えば引き続き２回繰り返す。このようにＭｇ粒子スパッタステップと酸素ガスのＭｇ膜への供給ステップを全体で３回連続して行う工程により、３ÅのＭｇＯ膜が３層形成されて、全体で約９Å（０．９ｎｍ）のＭｇＯ膜が基板Ｓ上に形成される。

　この工程で、Ｍｇ膜へと供給する酸素の量は、ステップ毎に変化させることが可能であり、酸素流量をステップ毎に調整することにより、形成されるＭｇＯ膜の抵抗値の制御が可能である。一例として、Ｍｇ膜へ供給する酸素流量を、最初のステップにおいて０．１ｓｃｃｍ、２回目のステップにおいて１ｓｃｃｍ、３回目のステップにおいて１０ｓｃｃｍに設定する。この酸素流量の条件としては、ターゲット３１ｂがＭｇの場合は０．１ｓｃｃｍ～４０ｓｃｃｍ、ターゲット３１ｂがＮｉの場合は１０ｓｃｃｍ～１００ｓｃｃｍの条件が適している。また前記ステップを連続して複数回繰り返して積層膜を成膜するにあたり、積層膜を構成するいわば各分割膜の抵抗値を調整するために、各ステップ毎に酸素ガスの流量を調整し、例えば少なくとも２層の分割膜の間で酸素ガスの流量を異ならせるようにしてもよい。

　ここで、Ｍｇ膜に酸素ガスを供給する際に図６のようなカバープレート４３を用いる理由について説明する。酸素は反応性に富むため、酸素分子近傍の物質と反応、吸着しやすい性質を持つ。そのため、基板Ｓから遠い位置から基板Ｓに酸素ガスを供給すると、基板Ｓに酸素ガスが到達する前に近傍の物質と反応、吸着してしまい、結果としてＭｇ膜に酸素が供給されにくくなる。従って酸素の消費量が多く、基板上に安定供給できなくなる。このためカバープレート４３を用い、基板Ｓ上に近傍から酸素ガスを供給している。また、酸素導入時には、ターゲットに対する酸化防止の観点から、シャッター６１はターゲット３１ａ及び３１ｂ両方に対して遮蔽位置に移動する。

　図１及び図８に戻って説明を続ける。３回目の酸素ガス供給ステップが終了した後、カバープレート４３は載置部４上方の遮蔽位置に置いたまま、再びＡｒガスを供給し、マグネット配列体５１ａを回転させ、ターゲット電極３２ａに直流電圧を印加する。そしてシャッター６１のターゲット３１ａ側を開口させると、Ｔｉ粒子が再び真空容器２内部へとスパッタされる（ステップ１１）。次いでターゲット３１ａへの電圧印加とＡｒガスの供給を停止し、マグネット配列体５１ａを停止させ、シャッター６１を閉じる。上述のＴｉ粒子のスパッタは例えば約１０秒間行う。図８（ｄ）はこの様子を表している。このＴｉのスパッタリングのステップにより、次工程へ搬出される基板ＳのＭｇＯ膜上及び真空容器２内から、余剰の酸素ガスが除去される。

　しかる後、シャッター６１を両方のターゲット３１ａ及び３１ｂに対して閉じた状態にし、カバープレート４３を載置部４上から退避させ、ゲートバルブ２４を開成し、搬入出口２３から基板Ｓを搬出する（ステップ１２）。図８（ｅ）はこの様子を表している。

　上述の実施形態では、１枚の基板に対するＭｇＯ膜形成工程を図１に示した一個の真空容器で行うことにより、外部からの酸素の流入を抑えることができる。また基板ＳへのＭｇＯ膜形成工程の前後にカバープレート４３により基板Ｓを覆った状態でＴｉのスパッタリングを行い、真空容器２内の酸素を除去することにより、真空容器２内の残留酸素が低減された状態でＭｇ膜を形成することができる。従ってＭｇの酸化程度を酸素ガスの供給量によりコントロールできるので、基板Ｓ間の抵抗値が安定する。よってＭＲＡＭ記憶素子等のＭｇＯ膜を絶縁膜として用いる記憶素子等の製造において品質向上の面で有効である。

　なお、上述の実施形態において、基板Ｓ上へのＭｇＯ膜成膜工程において、Ｍｇ膜成膜ステップとＭｇ膜を酸化しＭｇＯ膜とするステップは必ずしも繰り返しを要さない。また、前述したように成膜材としてはＭｇに限るものではなく、Ａｌ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｚｎなどの金属及びその合金などを使用することができる。

　第１のターゲット３１ａをスパッタするときにおいて、カバープレート４３の上面から基板Ｓまでの距離は、ターゲット３１ａと基板Ｓとの間の距離である２６０ｍｍに対して例えば１／２以下である１３０ｍｍ以下が望ましい。遮蔽効果を得るためのカバープレート４３の大きさについては、基板Ｓにカバープレート４３を近づけることにより遮蔽効果が増大するため、カバープレート４３の直径を小さくすることができる。

　さらに、例えば３Åの極薄のＭｇＯ膜を一回のＭｇスパッタ処理及び酸化処理にて成膜する場合、カバープレート４３の下面と基板Ｓとの距離については、例えばカバープレート４３の厚みが１０ｍｍである場合、１０ｍｍ～１２０ｍｍとすることが好ましく、例えば３０ｍｍに設定される。この吐出口４５と基板Ｓとの距離は、例えば載置部４を上昇操作すること等により調節する。これらの距離の設定の理由については、ターゲットやチャンバ壁に酸素分子が付着することを防止する観点と、酸素の消費量を少なくする観点から、吐出する酸素の量をできるだけ少なくするためである。

　［変形例］
　酸素ガスの吐出口４５は、上述実施形態のようにライン上に配置される代わりに、基板の投影領域内にて縦横にあるいは同心円状に配置されていてもよい。またガス吐出口４５及び酸素ガス供給路４６を含む酸素ガス供給部はカバープレート４３と一体になっていることに限られるものではなく、別体であってもよい。この場合酸素ガス供給部は、カバープレート４３の駆動とは独立して、基板Ｓの上方位置と当該上方位置から退避した位置との間で移動機構により移動できるように構成してもよい。

　また酸素ガス供給部は、例えば真空容器２の側壁を貫通するガス供給管により構成し、酸素ガスの吐出口の位置が固定された態様であってもよい。更にまた排気口と酸素ガス供給部のレイアウトなどによっては、酸素ガス供給部から酸素ガスを基板Ｓに供給する吐出口は、基板の下方側に位置してもよい。上述の実施形態では酸素ガスを予備加熱するようにしているが、予備加熱しなくてもよい。そして、カバープレート４３は、旋回する代わりに横方向に直線的に移動するように構成してもよい。また、装置構成、排気流の流れ及び排気口の配置などによっては、酸素供給部から基板Ｓに酸素ガスを供給するときに、ターゲット３１ａ、３１ｂをシャッター６１により閉じていなくてもよい。

　さらに、上述の実施形態では、第１及び第２のターゲット３１ａ及び３１ｂを載置部４上の基板Ｓと平行になるように配置している。本発明はこのような配置に限らず、第１及び第２のターゲット３１ａ及び３１ｂにおける基板Ｓの中心軸上の各端部が当該中心軸とは反対側の端部よりも高くなるように、第１及び第２のターゲット３１ａ及び３１ｂを傾ける構成であってもよい。

　以上、本発明の実施形態について述べてきたが、ターゲット３１（３１ａ、３１ｂ）に印加する電力は直流電力の代替として交流電力を用いてもよく、プラズマを発生させるための不活性ガスはＡｒガスに限るものではない。またマグネット配列体５１を用いることに限られず、例えばターゲット３１に高周波電力を印加すると共に、載置台に高周波バイアスを印加する手法であってもよい。

　［第２の実施形態］
　以下に詳述する第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と説明が同一である部分については、同一の符号を付し説明を省略する。第２の実施形態は、図１０に示すように、第１の実施形態における第１のターゲット３１ａと第２のターゲット３１ｂとが共通化されている構成である。この場合、ターゲットの材料は、基板Ｓに成膜する金属であって、酸素を吸収しかつ酸化物となる金属、例としてはＨｆやＭｇなど、並びにこれらの合金などが挙げられる。

　先ず真空容器２内へ基板Ｓを搬入した後、シャッター６１を開放すると共にカバープレート４３を載置部４上に位置させた状態で、ターゲット３１をスパッタしてターゲット３１の粒子を真空容器２内に付着させ、酸素や水分のゲッタリングを行う。次にカバープレート４３を載置部４上から退避させ、再びターゲット３１をスパッタし、ターゲット粒子を基板Ｓ上に付着させて金属膜を成膜する。成膜後にカバープレート４３を再び載置部４上に位置させ、シャッター６１を閉じ、カバープレート４３のガス吐出口４５から基板Ｓ上に酸素ガスを供給し、基板Ｓ上の金属膜を酸化して金属酸化膜を形成する。そしてカバープレート４３を載置部４上に位置させたまま、シャッター６１を開放し、ターゲット３１をスパッタして再度ゲッタリングを行った後、基板Ｓを真空容器２内から搬出する。　
　第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。この第２の実施形態においても、第１の実施形態で上述した変形例を適用することができる。

（実施例）
　上述実施形態の装置を用い、２５枚のシリコンウエハに対して順次金属酸化膜の成膜処理を行い、得られた基板について夫々、酸化膜の抵抗値を測定し、その変動を調べた。具体的には３ÅのＭｇＯ膜を実施形態に記載した条件で３層積層した。

　また他の条件としては以下の通りである。
・ターゲット３１ａ（ゲッタリング部材）の素材：Ｔｉ
・ターゲット３１ｂ（成膜材）の素材：Ｍｇ
・基板Ｓ直径：３００ｍｍ
・カバープレート４３直径：４５０ｍｍ
・ターゲット電極３２ａへの印加電圧：３８０Ｖ
・ターゲット電極３２ｂへの印加電圧：３００Ｖ
・スパッタ時の基板Ｓとターゲット３１ａ、３１ｂとの距離：２６０ｍｍ
（比較例）
　スパッタを行うチャンバ（スパッタ室）と酸化を行うチャンバ（酸化室）が分離している真空処理装置を用いた。そしてスパッタ室にてＭｇ膜を基板Ｓ上に成膜し、その後真空状態にて酸化室に基板Ｓを搬入し、酸化室にてＭｇ膜をＭｇＯ膜へと酸化し、このプロセスを繰り返すことにより成膜した２５枚のシリコンウエハについて、夫々酸化膜の抵抗値を測定し、その変動を調べた。

　具体的には先ずスパッタ室にてＭｇをスパッタし、３Å（０．３ｎｍ）のＭｇ膜を成膜したうえで基板Ｓを酸化室へ搬送し、酸化室でこのＭｇ膜に酸素を供給しＭｇＯ膜を形成した。この基板Ｓをスパッタ室に戻し、再びＭｇをスパッタし、３Å（０．３ｎｍ）のＭｇ膜を成膜したうえで基板Ｓを酸化室へ搬送し、酸化室でこのＭｇ膜に酸素を供給しＭｇＯ膜を形成した。さらにこの基板Ｓを再びスパッタ室に戻し、Ｍｇをスパッタし、という具合にプロセスを繰り返し、基板Ｓ上に９Å（０．９ｎｍ）のＭｇＯ膜を成膜した。なお一連の基板Ｓの搬送は真空雰囲気にて行われる。以上の方法でＭｇＯ膜成膜を２５枚の基板Ｓに対して行った。

　図１１は、これらの結果を示し、横軸に基板の番号、縦軸に抵抗値（単位：Ω／μｍ^２）をとり、基板間の抵抗値の変動を示したものである。図１１から、比較例では金属酸化膜の抵抗値が上昇していくのに対し、実施例では、抵抗値が１．５０～１．５５Ω／μｍ^２前後と、基板間で安定した数値を示した。この結果については以下のように分析している。即ち、比較例においては、スパッタ室と酸化室を分離している。しかしながら、基板Ｓをチャンバ間で搬送する際に、十分真空度が保たれていても酸化室からスパッタ室に酸素が流入してしまうことと、酸化室内の残留酸素によって成膜されたＭｇＯ膜が酸化されてしまうことにより、抵抗値が実施例と比して上昇する結果となったものと考えられる。

　また、上記第１の実施形態の装置からターゲット３１ａを省いた装置を用い、ターゲット３１ａからＴｉをスパッタする手順を行わない以外は同様の条件下でＭｇＯ膜の成膜を行ったところ次の結果が得られた。１枚目の抵抗値は１．５Ω／μｍ^２であったが、基板処理を継続していくと共に抵抗値は上昇し、２５枚目では３Ω／μｍ^２を上回るという結果が確認できている。

　これらの結果により、本実施形態の酸化膜成膜方法は、ＭＲＡＭなどに用いられる金属酸化膜における抵抗値の安定化に大きく寄与することが示唆される。

Claims

　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理装置において、
　酸素を吸着する性質を有する物質からなる第１のターゲットと、
　金属からなる第２のターゲットと、
　前記第１のターゲット及び第２のターゲットに電圧を印加する電源部と、
　前記第１及び第２のターゲットの一方をスパッタしているときに当該一方のターゲットからの粒子が他方のターゲットに付着するのを防止するためのシャッターと、
　前記第１のターゲットからの粒子が基板に付着するのを防止するために基板を覆う遮蔽位置と基板を覆う位置から退避した退避位置との間で移動自在な遮蔽部材と、
　前記載置部上の基板に対して酸素を含むガスを供給するための酸素供給部と、
　前記真空容器内に第１のターゲットの粒子を付着させるために、前記遮蔽部材を遮蔽位置に設定した状態で第１のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して第１のターゲットをスパッタするステップと、次いで第１のターゲットに対する電圧供給を停止し、前記遮蔽部材を退避位置に設定した状態で、基板に金属膜を成膜するために、第２のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して第２のターゲットをスパッタするステップと、続いて前記酸素供給部から酸素を含むガスを前記基板に供給するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする真空処理装置。
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理装置において、
　酸素を吸着する性質を有する金属からなるターゲットと、
　前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
　前記ターゲットからの粒子が基板に付着するのを防止するために基板を覆う遮蔽位置と基板を覆う位置から退避した退避位置との間で移動自在な遮蔽部材と、
　前記載置部上の基板に対して酸素を含むガスを供給するための酸素供給部と、
　前記真空容器内にターゲットの粒子を付着させるために、前記遮蔽部材を遮蔽位置に設定した状態でターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタするステップと、次いでターゲットに対する電圧供給を停止し、前記遮蔽部材を退避位置に設定した状態で、基板に金属膜を成膜するために、前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタするステップと、続いて前記酸素供給部から酸素を含むガスを前記基板に供給するステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする真空処理装置。
　前記酸素供給部は、前記遮蔽部材に設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
　前記酸素供給部から真空容器内に酸素を含むガスが吐出される前に当該ガスを加熱するための加熱部を備えていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
　前記第１のターゲットは、チタン、クロム、タンタル、ジルコニウム、マグネシウム、またはハフニウムから選ばれる金属、あるいはこれらのうち１種以上を含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
　前記第２のターゲットは、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、ガリウム、マンガン、銅、銀、亜鉛、またはハフニウムから選ばれる金属であることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理方法において、
　酸素を吸着する性質を有する物質からなる第１のターゲットと、金属からなる第２のターゲットと、を用い、
　前記第１のターゲットからの粒子が前記基板に付着するのを防止するために遮蔽部材により前記載置部上の前記基板を覆うと共に第１のターゲットからの粒子が第２のターゲットに付着するのを防止するために第２のターゲットに臨む位置にシャッターを配置する工程と、
　次に、前記第１のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して前記第１のターゲットをスパッタし、これにより第１のターゲットの粒子を真空容器内に付着させる工程と、
　次いで前記第１のターゲットに対する電圧供給を停止すると共に第２のターゲットからの粒子が第１のターゲットに付着するのを防止するために第１のターゲットに臨む位置にシャッターを配置し、かつ遮蔽部材を前記基板を覆う位置から退避させる工程と、
　その後、前記第２のターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該第２のターゲットをスパッタし、前記基板に対して金属膜を成膜する工程と、
　続いて酸素を含むガスを前記載置部上の前記基板に供給する工程と、を含むことを特徴とする真空処理方法。
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理方法において、
　酸素を吸着する性質を有する金属からなるターゲットを用い、
　前記ターゲットからの粒子が前記基板に付着するのを防止するために遮蔽部材により前記載置部上の基板を覆う工程と、
　次に前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタし、これによりターゲットの粒子を真空容器内に付着させる工程と、
　その後、前記遮蔽部材を前記基板を覆う位置から退避させた状態で、前記ターゲットにプラズマ発生用の電圧を供給して当該ターゲットをスパッタし、前記基板に対して金属膜を成膜する工程と、
　続いて酸素を含むガスを前記載置部上の前記基板に供給する工程と、を含むことを特徴とする真空処理方法。
　前記酸素を含むガスは前記遮蔽部材中に設けられた酸素供給部から前記基板に供給されることを特徴とする請求項７記載の真空処理方法。
　酸素を吸着するために用いる前記ターゲットの粒子を前記真空容器内に付着させる工程は、前記基板に金属酸化膜を形成した後、当該基板が真空容器内から搬出される前と、次の基板が入れ替わって前記真空容器内に搬入された後と、に行われることを特徴とする請求項７記載の真空処理方法。
　酸素を吸着するために用いる前記ターゲットの粒子を前記真空容器内に付着させる前記工程と、前記基板にスパッタにて前記金属膜を形成する前記工程と、酸素を含むガスを前記載置部上の前記基板に供給する前記工程とを順次複数回繰り返し、互いに積層された金属酸化膜を成膜することを特徴とする、請求項７記載の真空処理方法。
　互いに積層された複数の金属酸化膜の少なくとも２つの金属酸化膜については、酸素を含むガスを基板に供給するときの酸素の流量が互いに異なることを特徴とする請求項１１記載の真空処理方法。
　前記酸素供給部から真空容器内に酸素を含むガスが吐出される前に当該ガスを加熱することを特徴とする請求項７記載の真空処理方法。
　真空容器内の載置部上の基板に向くように配置されたターゲットを、プラズマ発生用のガスをプラズマ化して得たプラズマ中のイオンによりスパッタして基板上に金属膜を形成し、次いでこの金属膜を酸化する真空処理に用いられるコンピュータプログラムが記録された記憶媒体であって、
　前記コンピュータプログラムは、請求項７記載の真空処理方法を実施するためのものであることを特徴とする記憶媒体。