真空处理装置、真空处理方法和存储介质的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种在基板上形成金属氧化膜时、使基板间金属氧化膜的电阻值稳定的处理装置和处理方法。在能够进行等离子体溅射处理的真空容器(2)内部配置有由用于吸收氧的构件构成的靶(31a)和由金属构成的靶(31b)，将基板(S)搬入真空容器(2)内部。利用盖板(43)遮蔽基板(S)，对靶(31a)进行溅射而在真空容器(2)内部成膜，由该膜吸附真空容器(2)内部的氧。之后，使盖板(43)从基板(S)上方移开，对靶(31b)进行溅射而在基板(S)上形成金属膜。从再次移动到基板(S)上方的盖板(43)供给所需量的氧，将金属膜氧化成金属氧化膜。之后，对靶(31a)进行溅射而吸附真空容器(2)内部的氧，之后将形成有金属氧化膜的基板(S)从真空容器(2)内部搬出。
【专利说明】真空处理装置、真空处理方法和存储介质
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过溅射由金属构成的靶而在基板上形成金属膜、并接着将该金 属膜氧化而得到金属氧化膜的真空处理装置和真空处理方法。
【背景技术】
[0002] 最近，作为由于相比以往的DRAM等存储器而言具有优良的特性而被期待的存储 器之一，MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)备受关注。MRAM 存储兀件的基 本机理在图12中示出。MRAM存储元件隔着绝缘膜91在两侧具有铁磁性层92a、92b，铁磁 性层92a的磁化方向可变，铁磁性层92b的磁化方向固定。如图12的（a)所示，在两侧的 铁磁性层92a、92b的磁化方向为相反的方向时，绝缘膜92的电阻值上升，电流难以自铁磁 性层92a向铁磁性层92b流动。MRAM将该状态作为存储元件的" 1"的状态使用。相反地， 如图12的（b)所示，在两侧的铁磁性层92a、92b的磁化方向为相同的方向时，绝缘膜92的 电阻值下降，电流容易自铁磁性层92a向铁磁性层92b流动。MRAM将该状态作为存储元件 的"0"的状态使用。
[0003] 绝缘膜使用金属氧化膜,但在金属氧化膜的电阻值发生变动时，MRAM的特性发生 变化，写入所述的"〇"或" 1"时所需要的电流的大小发生变动。因此，针对MRAM的金属氧 化膜的电阻值设定严格的容许范围。
[0004] 作为该金属氧化膜的成膜工序，在日本特开平6-172989号公报中记载了溅射由 金属氧化物构成的靶的方法（反应溅射法），但该方法存在金属靶表面在溅射中慢慢氧 化这样的问题。另外，在日本特开2008-13829号公报中记载了边向溅射装置内导入氧气 边溅射由金属构成的靶而在基板上形成金属氧化膜的方法，但存在这样的问题：因残留氧 而导致靶的表面被氧化，造成所形成的金属氧化膜的电阻值不稳定。此外，在日本特开平 6-49633号公报中记载了在一处理腔室内形成金属膜后在另一氧供给腔室内供给氧而使金 属膜氧化的方法，但使用两个以上的腔室，因此装置整体的生产率降低。而且，可能残留有 被导入氧供给腔室内的氧，因该残留氧导致金属氧化膜的电阻值在基板间产生偏差。
[0005] 利用所述的3个公报所记载的方法形成的金属氧化膜在基板间的电阻值缺乏稳 定性，因此存在无法得到较高的成品率的问题。
[0006] 另外，在日本特开2009-65181号公报中记载了这样内容的MRAM制造方法，S卩：使 用具有两个靶的处理腔室，在金属氧化膜形成前进行吸气（日文：y U >夕'' )，但将金 属氧化膜的材质本身（在该发明中为MgO)直接用作靶，因此并非本发明的动机。
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问是页
[0008] 本发明是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种在基板间电阻值稳定的 金属氧化膜的成膜技术。
[0009] 用于解决问题的方案
[0010] 本发明的真空处理装置用于、利用将等离子体产生用气体等离子体化而得到的等 离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而在基板上形 成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理装置的特征在于，
[0011] 该真空处理装置包括：
[0012] 第1靶，其由具有吸附氧的性质的物质构成；
[0013] 第2靶，其由金属构成；
[0014] 电源部，其用于对所述第1靶和第2靶施加电压；
[0015] 活动挡板，其用于防止在溅射所述第1靶和第2靶中的一个时来自该一个靶的粒 子附着于另一个革巴；
[0016] 遮蔽构件，其在遮蔽基板的遮蔽位置与从遮蔽基板的位置退避的退避位置之间移 动自如，以防止来自所述第1靶的粒子附着于基板；
[0017] 氧供给部，其用于向所述载置部上的基板供给含氧气体；以及
[0018] 控制部，其用于执行如下步骤：为了使第1靶的粒子附着在所述真空容器内，而在 将所述遮蔽构件设定在遮蔽位置的状态下对第1靶供给等离子体产生用电压，从而对第1 靶进行溅射的步骤；接着，停止对第1靶供给电压，在将所述遮蔽构件设定在退避位置的状 态下，为了在基板上形成金属膜，而对第2靶供给等离子体产生用电压，从而对第2靶进行 溅射的步骤；接着，由所述氧供给部向所述基板供给含氧气体的步骤。
[0019] 另外，本发明的另一真空处理装置用于、利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理装置的特征在于，
[0020] 该真空处理装置包括：
[0021] 靶，其由具有吸附氧的性质的金属构成；
[0022] 电源部，其用于对所述靶施加电压；
[0023] 遮蔽构件，其在遮蔽基板的遮蔽位置与从遮蔽基板的位置退避的退避位置之间移 动自如，以防止来自所述靶的粒子附着于基板；
[0024] 氧供给部，其用于向所述载置部上的基板供给含氧气体；
[0025] 控制部，其用于执行如下步骤：为了使靶的粒子附着在所述真空容器内，而在将所 述遮蔽构件设定在遮蔽位置的状态下向靶供给等离子体产生用电压，从而对该靶进行溅射 的步骤；接着，停止对靶供给电压，在将所述遮蔽构件设定在退避位置的状态下，为了在基 板上形成金属膜，而对所述靶供给等离子体产生用电压，从而对该靶进行溅射的步骤；接 着，由所述氧供给部向所述基板供给含氧气体的步骤。
[0026] 在本发明的真空处理方法中，利用将等离子体产生用气体等离子体化而得到的等 离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而在基板上形 成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理方法的特征在于，
[0027] 在该真空处理方法中，使用由具有吸附氧的性质的物质构成的第1靶和由金属构 成的第2靶，
[0028] 该真空处理方法包括如下工序：
[0029] 为了防止来自所述第1靶的粒子附着于所述基板而利用遮蔽构件遮蔽所述载置 部上的所述基板，并且为了防止来自第1靶的粒子附着于第2靶而在面朝第2靶的位置配 置活动挡板的工序；
[0030] 接着，向所述第1靶供给等离子体产生用电压而对所述第1靶进行溅射，由此使第 1靶的粒子附着在真空容器内的工序；
[0031] 接着，停止对所述第1靶供给电压，并且为了防止来自第2靶的粒子附着于第1 靶而在面朝第1靶的位置配置活动挡板，并且使遮蔽构件从遮蔽所述基板的位置退避的工 序；
[0032] 之后，向所述第2靶供给等离子体产生用电压而对该第2靶进行溅射，从而在所述 基板上形成金属膜的工序；
[0033] 接着，向所述载置部上的所述基板供给含氧气体的工序。
[0034] 另外，在本发明的另一真空处理方法中，利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理方法的特征在于，
[0035] 在该真空处理方法中，使用由具有吸附氧的性质的金属构成的靶，
[0036] 该真空处理方法包括如下工序：
[0037] 为了防止来自所述靶的粒子附着于所述基板而利用遮蔽构件遮蔽所述载置部上 的基板的工序；
[0038] 接着，向所述靶供给等离子体产生用电压而对该靶进行溅射，由此使靶的粒子附 着在真空容器内的工序；
[0039] 之后，使所述遮蔽构件从遮蔽所述基板的位置退避，在该状态下，向所述靶供给等 离子体产生用电压而对该靶进行溅射，从而在所述基板上形成金属膜的工序；
[0040] 接着，向所述载置部上的所述基板供给含氧气体的工序。
[0041] 此外，本发明的存储介质存储有用于真空处理的计算机程序，在该真空处理中，利 用将等离子体产生用气体等离子体化而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内 的载置部上的基板的方式配置的靶而在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该存 储介质的特征在于，
[0042] 所述计算机程序用于实施所述真空处理方法。
[0043] 发明的效果
[0044] 本发明使用具有吸附氧的性质的作为氧吸收材料的第1靶和由成膜用的金属构 成的第2靶。并且，在基板被遮蔽构件遮蔽的状态下，对第1靶进行溅射而使氧吸收材料附 着在真空容器内，之后，在打开遮蔽构件的状态下对第2靶进行溅射而在基板上形成金属 膜，接着，在关闭遮蔽构件后，向基板供给氧，将金属膜氧化。因而，在真空容器内的残留氧 减少了的状态下形成金属膜，所以能够以高精度控制金属氧化膜所含有的氧量，因此在基 板间金属氧化膜的电阻值稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 图1是表示本发明的第1实施方式的真空处理装置的纵剖侧视图。
[0046] 图2是第1实施方式的真空处理装置的从其上表面观察到的平面图。
[0047] 图3是用于第1实施方式的活动挡板的从其下表面观察到的平面图。
[0048] 图4是表示用于第1实施方式的磁铁排列体的一例的平面图。
[0049] 图5是用于第1实施方式的盖板的分别从其上表面和下表面观察到的平面图。
[0050] 图6是表示用于第1实施方式的盖板及其周边部位的详细结构的剖视图。
[0051] 图7是表示第1实施方式的作用的说明图。
[0052] 图8是表示第1实施方式的作用的说明图。
[0053] 图9是表示所述真空处理装置的各部位在各步骤中的动作的说明图。
[0054] 图10是第2实施方式的真空处理装置的纵剖侧视图。
[0055] 图11是分别在实施例中和比较例中形成的氧化膜的电阻值的分布图。
[0056] 图12是MRAM存储元件的基本机理的概略图。
【具体实施方式】
[0057] 如图1所示，本发明的实施方式的真空处理装置包括真空容器2,该真空容器2接 地，由导电性的材料、例如不锈钢构成。真空容器2由圆筒部分2a和突出部分2b构成。图 2是真空容器2的从其上表面观察到的图。在圆筒部2a的顶部设有分别为圆形且大小大致 相同的第1靶电极32a和第2靶电极32b，该第1靶电极32a和第2靶电极32b以左右排 列（沿X轴方向排列）的方式水平设置。所述靶电极32a、32b分别借助环状的保持体34a、 34b与环状的绝缘体25a、25b接合，绝缘体25a、25b与真空容器2的顶部接合。因而，靶电 极32a、32b以与真空容器2电绝缘的状态配置在相对于圆筒部2a的上表面而言凹陷的位 置。
[0058] 第1靶电极32a的下表面与第1靶31a接合，第2靶电极32b的下表面与第2靶 31b接合。靶31a、31b形成为彼此的大小大致相同的正方形等矩形。
[0059] 靶31a、31b的正下方设有活动挡板61。图3表示活动挡板61的从其下表面观察 到的平面图。活动挡板61为比靶31a、31b双方的投影区域大的圆形板，且借助旋转轴63 以旋转自如的方式安装在圆筒部2a的上表面中心部。另外，活动挡板61形成有尺寸稍大 于靶31a (31b)的尺寸的矩形的开口部62,该开口部62形成在该开口部62与靶31a (31b) 在旋转方向上位置对准时能够从下方侧看到靶31a整体或靶31b整体的位置。因而，在开 口部62位于面朝靶31a、31b中的一个的区域时，靶31a、31b中的另一个被活动挡板61遮 蔽，从而能够防止在溅射所述一个靶时逸出的粒子附着于所述另一个靶。在真空容器2的 顶部上方的与旋转轴63相对应的位置设有具有磁铁64a的旋转驱动部64,利用该磁铁64a 与设在旋转轴63侧的磁铁之间的磁耦合，使旋转轴63旋转。
[0060] 另一方面，靶电极32a、32b分别与电源部33a、33b连接，分别被施加有例如负直流 电压。在靶电极32a与电源部33a之间以及靶电极32b与电源部33b之间分别夹设有开关 38a、38b。
[0061] 第1靶31a的材料由吸收氧、水分的构件（以下称作"吸收构件"）构成，能够使用 例如钛（Ti)、铬（Cr)、钽（Ta)、锆（Zr)、镁（Mg)、铪（Hf)或者它们的合金等。另一方面，靶 31b的材料是对基板S成膜的材料，能够列举出例如Mg、铝（Al)、镍（Ni)、镓（Ga)、锰（Mn)、 铜（Cu)、银（Ag)、锌（Zn)以及Hf等金属。在本实施方式中吸收构件使用Ti,成膜材料使用 Mg0
[0062] 另外，在真空容器2内以与所述靶31a、31b相对的方式设有用于水平载置基板S 的载置部4。载置部4借助轴构件4a与配置在真空容器2的下方侧的驱动机构41连接。 驱动机构41发挥使载置部4旋转的作用以及使例如作为半导体硅晶圆的基板S在交接位 置与溅射时的处理位置之间升降的作用，该交接位置是指借助升降销41a与外部的未图示 的搬送机构之间交接该基板S的位置。附图标记42为密封部。另外，在该载置部4内组装 有未图示的加热机构，构成为能够在溅射时对基板S加热。升降销41a以在3处从基板S 的下表面支承基板S的方式设有3根，该升降销41a通过升降部41b借助支承构件41c进 行升降。
[0063] 在祀电极32a、32b的上部以分别靠近祀电极32a、32b的方式设有磁铁排列体51a、 51b。磁铁排列体51a、51b是通过将N极磁铁组72a?72e和S极磁铁组73a?73d以例 如N极和S极呈矩阵状的方式排列在磁导率较高的材料、例如铁（Fe)的基体71上而构成 的。图4是从靶3la、3Ib侧观察N极磁铁组72a?72e和S极磁铁组73a?73d时得到的 平面图。
[0064] 磁铁排列体51a、51b配置在相对于中心而言偏芯的位置，以提高靶31a、31b的侵 蚀均勻性，该磁铁排列体51a、51b在旋转机构53a、53b的带动下以祀31a、31b的中心为旋 转中心进行旋转。
[0065] 另外，在真空容器2内部设有相比基板S而言尺寸较大的作为遮蔽构件的圆形盖 板43,以用来防止来自第1靶31a的粒子附着于基板S。图5的（a)是盖板43的俯视图。 盖板43构成为能够以设于端部的支柱43a为中心沿水平方向旋转，且在遮蔽基板S的遮蔽 位置与自遮蔽基板S的位置退避的退避位置之间进行旋转。支柱43a贯穿真空容器2的底 部，借助旋转驱动部47被旋转支承部48支承为旋转自如。附图标记44为密封机构。在该 例中，盖板43除了具有所述的遮蔽功能之外还具有向基板S供给氧（O 2)的功能，具体而言， 如图5的（b)所示，在盖板43的下表面侧沿着直径等间隔地排列有用于喷出氧气的气体喷 出口 45。
[0066] 图6是表示盖板43和支柱43a的详细结构的图。在盖板43和支柱43a的内部设 有氧气供给路46,氧气供给路46的上游端与成为气体供给路的挠性管46a连接。该挠性 管46a经由夹设有阀、流量计等气体控制设备组49a的气体供给管49b与氧气供给源49连 接。来自氧气供给源49的氧气经由支柱43a和盖板43这两者内部的气体供给路46从所 述的气体喷出口 45喷出。气体供给路46和气体喷出口 45构成氧供给部。在该实施方式 中，作为旋转驱动部47的一例，列举出了电动机47a和带47b，但并不限定于此。在支承部 48设有集电环48b并且在支柱43a内设有供电路48c，供电路48c与外部的电源部48a借 助集电环48b电连接。
[0067] 在盖板43内设有与供电路48c连接的温度调节机构、即成为加热部的加热器40， 利用该加热器40对气体供给路46内的氧气进行予加热。加热器40的配置区域并不限定 于盖板43内，也可以设在支柱43a内，还可以设在盖板43和支柱43a双方内。另外，也可 以使盖板43的内部和支柱43a的内部设为空洞，而在空洞部内设置气体供给路46、供电路 48c和加热器40。
[0068] 此外，真空容器2在底部连接有排气路21，排气路21经由压力调整部21a与真空 排气装置22连接。另外，在真空容器2的侧面部设有用于开闭基板S的搬入搬出口 23的 闸阀24。此外，在真空容器2的上部侧壁设有用于向真空容器2内供给作为等离子体产生 用气体的非活性气体、例如Ar气体的Ar气体供给路28。该Ar气体供给路28经由阀、流量 计等气体控制设备组27与Ar气体供给源26连接。
[0069] 真空处理装置包括用于控制各动作的由计算机构成的控制部100。作为动作的具 体例，能够列举出由电源部33a、33b供给电源的动作、由Ar气体供给源26供给Ar气体的 动作、利用升降装置41使载置部4升降以及旋转的动作、盖板43的旋转动作以及氧气供给 动作、磁铁排列体51a、51b的旋转动作、活动挡板61的旋转动作、利用真空排气装置22对 真空容器2内部进行排气的动作等。另外，对于为了在基板S上进行金属氧化膜的成膜所 需要的控制，控制部100借助外部存储介质、例如硬盘、带存储器、光盘、磁光盘、存储卡等 读取已编入有命令组的程序，进行该真空处理装置整体的控制。
[0070] 接着，参照图1、图7、图8和图9说明该装置的作用。
[0071] 首先，利用未图示的设在外部的真空搬送室内的搬送机构经由搬入搬出口 23搬 入基板S，将该基板S载置在载置部4上并且关闭闸阀24。接着，使压力调整部21a完全打 开,对真空容器2内进行抽真空。
[0072] 图9是表示各部的动作按时间序列排列而成的指令序列的说明图，在搬入基板S 时，使活动挡板61完全关闭（位于相对于靶31a、31b双方关闭的位置），使盖板43位于遮 蔽位置（步骤1)。之后，由Ar气体供给源26导入Ar气体，将真空容器2内的压力设定为 例如IOOmPa(0. 8mTorr)。进而，接通第1革巴31a侧、即Ti革巴侧的电源部33a，对革巴电极32a 施加例如380V的直流电压（步骤2)。之后，使磁铁排列体51a旋转，并且使活动挡板61旋 转以使第1靶31a侧开口（步骤3)。于是，Ar气体在施加于第1靶31a的电场以及磁铁排 列体51a的磁场的作用下以高密度等离子体化，该等离子体溅射第1靶31a而使Ti粒子逸 出，从而在真空容器2的壁面、盖板43的上表面等附着Ti粒子而形成膜。图7的（a)表示 该情况。Ti粒子向真空容器2内部的溅镀例如进行10秒钟。之后，停止对靶31a施加电 压并停止供给Ar气体，使磁铁排列体51a停止旋转，关闭活动挡板61 (步骤4)。通过所述 的溅射而附着在真空容器2内部的Ti粒子吸收真空容器2内所存在的氧分子、水分子，而 成为钛氧化物等。因此，真空容器2内部的压力降低至9Xl(T 8Pa。其中，在溅射第1靶31a 之前，真空容器2内的压力为4Xl(T7Pa，因此证明Ti的吸收效果较大。
[0073] 在Ti的溅镀结束之后，向基板S溅镀Mg。具体而言，再次开始供给Ar气体，将真空 容器2内的压力设定为例如IOOmPa (0. 8mTorr)。使磁铁排列体51b旋转，对革巴电极32b (第 2靶31b)施加例如300V的直流电压（步骤5)。使盖板43自载置部4上方退避（步骤6)， 使载置部4旋转，同时使活动挡板61旋转以使第2靶31b侧开口（步骤7)。由此，Ar气体 等离子体化并溅射第2靶31b，使Mg粒子向基板S上附着，在基板S上形成例如膜厚为3A (0. 3nm)的Mg膜。Mg粒子向基板S的溅镀进行大约10秒钟。图7的（b)表示该情况。之 后，停止对第2靶31b施加电压并停止供给Ar气体（步骤8)，使磁铁排列体51b停止旋转， 关闭活动挡板61 (步骤9)。
[0074] 之后，如图7的（c)所示，使来自氧气供给源27的氧气以被加热器40予加热了的 状态从盖板43的气体喷出口 45喷出，而供给到基板S的表面上。例如将纯氧气以Isccm 的流量喷出20秒钟（步骤10)。通过该氧气供给，而使Mg膜氧化而成为MgO膜。纯氧气的 流量设定在例如〇. Isccm?IOOsccm的范围内。
[0075] 之后，例如连续地反复进行两次Mg粒子溅镀和向Mg膜供给氧气的动作。像这样， 通过使Mg粒子溅镀步骤和向Mg膜供给氧气的步骤整体连续地进行3次的工序，形成3层 厚度为3人的MgO膜，从而在基板S上形成整体为大约9A (〇.9nm)的MgO膜。
[0076] 在该工序中，能够使向Mg膜供给的氧的量在各步骤中发生变化，通过在各步骤中 调整氧流量，能够控制所形成的MgO膜的电阻值。作为一例，将向Mg膜供给的氧流量在最 初的步骤中设定为〇. lsccm，在第2次的步骤中设定为lsccm，在第3次的步骤中设定为 lOsccm。作为该氧流量的条件，在祀31b为Mg的情况下，适合0. Isccm?40sccm的条件， 在革El 31b为Ni的情况下，适合IOsccm?IOOsccm的条件。另外，在连续地反复多次进行所 述步骤来形成层叠膜时，为了调整构成层叠膜的所谓各分割膜的电阻值，而在各步骤中分 别调整氧气的流量，例如可以使氧气的流量在至少两层分割膜之间不同。
[0077] 在此，说明在向Mg膜供给氧气时使用图6那样的盖板43的原因。氧富有反应性， 因此具有容易与氧分子附近的物质发生反应、容易吸附氧分子附近的物质的性质。因此，若 从距基板S较远的位置向基板S供给氧气，则氧气在到达基板S之前与其附近的物质反应、 吸附其附近的物质，结果，难以将氧供给到Mg膜。因而，氧的消耗量较多，无法稳定地供给 到基板上。因此，使用盖板43从附近向基板S上供给氧气。另外，在氧导入时，从防止将靶 氧化的观点出发，将活动挡板61移动到遮蔽靶31a、31b双方的遮蔽位置。
[0078] 返回到图1和图8继续进行说明。在第3次氧气供给步骤结束之后，在盖板43保 持位于载置部4上方的遮蔽位置的状态下，再次供给Ar气体，使磁铁排列体51a旋转，对靶 电极32a施加直流电压。并且。在使活动挡板61的靶31a侧开口时，Ti粒子再次向真空 容器2内部溅镀（步骤11)。接着，停止对靶31a施加电压并停止供给Ar气体，使磁铁排列 体51a停止旋转，关闭活动挡板61。所述的Ti粒子的溅镀例如进行大约10秒钟。图8的 (d)表示该情况。通过该Ti的溅镀步骤，从要搬出至下一工序的基板S的MgO膜上和真空 容器2内除去剩余的氧气。
[0079] 之后，使活动挡板61成为相对于两靶31a、31b关闭的状态，使盖板43从载置部4 上方退避，打开闸阀24,从搬入搬出口 23搬出基板S (步骤12)。图8的（e)表示该情况。
[0080] 在所述的实施方式中，在图1所示的一个真空容器中对一片基板进行MgO膜形成 工序，由此能够抑制来自外部的氧流入。另外，在对基板S形成MgO膜的工序前后，在利用 盖板43遮蔽基板S的状态下进行Ti的溅镀，而将真空容器2内的氧除去，由此在真空容器 2内的残留氧减少了的状态下形成Mg膜。因而，能够通过氧气的供给量控制Mg的氧化程 度，因此在基板S之间电阻值稳定。因此，在MRAM存储元件等将MgO膜用作绝缘膜的存储 元件等的制造中，在提高品质这一方面是有效的。
[0081] 另外，在所述的实施方式中，在向基板S上形成MgO膜的工序中，不必反复进行Mg 膜成膜步骤和将Mg膜氧化而形成MgO膜的步骤。另外，如所述那样，成膜材料并不限定于 Mg,能够使用Al、Ni、Hf、Ga、Zn等金属和它们的合金等。
[0082] 优选的是，在溅射第1靶31a时，盖板43的上表面与基板S之间的距离是靶31a 与基板S之间的距离、即260mm的例如1/2以下、SP 130mm以下。对于用于得到遮蔽效果的 盖板43的大小，由于随着盖板43靠近基板S而遮蔽效果增大，因此盖板43的直径能够减 小。
[0083] 此外，在通过一次Mg溅镀处理和氧化处理形成例如厚度为3人的极薄的MgO膜 的情况下，在例如盖板43的厚度为IOmm时，优选盖板43的下表面与基板S之间的距离为 IOmm?120mm，例如设定为30mm。该喷出口 45与基板S之间的距离例如通过对载置部4进 行上升操作等来进行调节。对于所述的距离的设定原因，从防止氧分子附着于靶、腔室壁的 观点以及减少氧的消耗量的观点而言，是为了尽可能减少要喷出的氧的量。
[0084] [变形例]
[0085] 氧气的喷出口 45也可以不是如所述实施方式那样配置在一条线上而是以纵横状 或同心圆状配置在基板的投影区域内。另外，包括气体喷出口 45和氧气供给路46的氧气 供给部并不限定于与盖板43成为一体，也可以彼此独立。在该情况下，氧气供给部可以构 成为：能够借助移动机构与盖板43的驱动相对独立地在基板S的上方位置与从该上方位置 退避的位置之间移动。
[0086] 另外，也可以为这样的形态：氧气供给部例如由贯穿真空容器2的侧壁的气体供 给管构成，氧气的喷出口的位置被固定。此外，根据排气口和氧气供给部的布局等的不同， 自氧气供给部向基板S供给氧气的喷出口也可以位于基板的下方侧。在所述的实施方式 中，对氧气进行予加热，但也可以不进行予加热。另外，盖板43也可以构成为不是进行旋转 而是沿横向呈直线状移动。另外，根据装置结构、排气流的流动以及排气口的配置等的不 同，在自氧供给部向基板S供给氧气时，也可以不利用活动挡板61关闭靶31a、31b。
[0087] 此外，在所述的实施方式中，第1靶31a和第2靶31b配置为与载置部4上的基板 S平行。本发明并不限定于这样的配置，也可以为这样的结构：第1靶31a和第2靶31b倾 斜，使得第1靶31a和第2靶31b的在基板S的中心轴线上的各端部高于与该中心轴线侧 的端部相反的一侧的端部。
[0088] 以上，说明了本发明的实施方式，但欲施加于靶31 (31a、31b)的电力可以不使用 直流电力而是使用交流电力，用于产生等离子体的非活性气体并不限定于Ar气体。另外， 并不限定于使用磁铁排列体51，也可以为例如对靶31施加高频电力并对载置台施加高频 偏压的方法。
[0089] [第2实施方式]
[0090] 在以下要详细说明的第2实施方式中，对与所述的第1实施方式说明相同的部分 标注同一附图标记并省略说明。第2实施方式如图10所示那样为、第1实施方式中的第1 靶31a和第2靶31b共用的结构。在该情况下，靶的材料是用于在基板S上成膜的金属并 且是吸收氧且生成氧化物的金属，作为例子，能够列举出Hf、Mg等以及它们的合金等。
[0091] 首先，在向真空容器2内搬入基板S后，打开活动挡板61并且使盖板43位于载置 部4上，在该状态下，对靶31进行溅射，使靶31的粒子附着在真空容器2内，而进行氧、水 分的吸收。接着，使盖板43自载置部4上方退避，再次对靶31进行溅射，使靶粒子附着在 基板S上而形成金属膜。在成膜后使盖板43再次位于载置部4上，关闭活动挡板61，从盖 板43的气体喷出口 45向基板S上供给氧气，将基板S上的金属膜氧化而形成金属氧化膜。 之后，在保持盖板43位于载置部4上的状态下，打开活动挡板61，对靶31进行溅射而再次 进行吸气，之后将基板S从真空容器2内搬出。
[0092] 在第2实施方式中，也能够得到与第1实施方式相同的效果。在该第2实施方式 中，也能够应用第1实施方式所述的变形例。
[0093] 实施例
[0094] (实施例）
[0095] 使用所述实施方式的装置，对25片硅晶圆依次进行金属氧化膜的成膜处理，对所 得到的基板分别测量氧化膜的电阻值，调查该电阻值的变动。具体而言，在实施方式所述的 条件下，层叠3层厚度为3A的MgO膜。
[0096] 其他的条件如以下那样。
[0097] ?靶31a (吸收构件）的材料：Ti
[0098] ?靶31b (成膜材料）的材料：Mg
[0099] ?基板S的直径：300_
[0100] ?盖板43的直径：450mm
[0101] ?向靶电极32a施加的电压：380V
[0102] ?向靶电极32b施加的电压：300V
[0103] ?在溅射时基板S与靶31a、31b之间的距离：260mm
[0104] (比较例）
[0105] 使用了用于进行溅射的腔室（溅射室）和用于进行氧化的腔室（氧化室）彼此分 离的真空处理装置。并且，在溅射室内在基板S上形成Mg膜，之后在真空状态下向氧化室 内搬入基板S，在氧化室内将Mg膜氧化成MgO膜，针对通过反复进行该处理而成膜的25片 硅晶圆，分别测量氧化膜的电阻值，调查该电阻值的变动。
[0106] 具体而言，以这样的方法反复进行工艺，而在基板S上形成厚度为9A (〇. 9nm)的 MgO膜：首先在溅射室内溅镀Mg,形成厚度为3A (〇.3nm)的Mg膜，之后向氧化室内搬送基 板S，在氧化室内向该Mg膜供给氧而形成MgO膜。使该基板S返回到溅射室内，再次溅镀 Mg,形成厚度为3A (〇.3nm)的Mg膜，之后向氧化室内搬送基板S，在氧化室内向该Mg膜供 给氧而形成MgO膜。之后，使该基板S再次返回到溅射室内，溅镀Mg。其中，在真空气氛下 进行一系列的基板S的搬送。通过以上的方法在25片基板S上形成MgO膜。
[0107] 图11表示所述的结果，横轴为基板的序号，纵轴为电阻值（单位：Ω/μπι2)，图示 了基板间的电阻值的变动。由图11可知：相对于在比较例中金属氧化膜的电阻值上升，在 实施例中，电阻值大致为1.50Ω/μπι 2?1.55Ω/μπι2左右，在基板间示出稳定的数值。该 结果通过以下那样分析。即，在比较例中，溅射室和氧化室彼此分离。然而，在腔室间搬送 基板S时，即使能够确保足够的真空度，氧也会从氧化室流入溅射室内并且因氧化室内的 残留氧导致所形成的MgO膜被氧化，结果，电阻值相比实施例的电阻值而言上升。
[0108] 另外，使用从所述第1实施方式的装置省略了靶31a的装置，除了不进行自靶31a 溅射出Ti的步骤以外，在相同的条件下进行MgO膜的成膜，得到如下的结果。能够确认为 这样的结果：第1片基板的电阻值为1. 5 Ω/μπι2,但随着基板处理的继续进行而电阻值上 升，第25片基板的电阻值大于3 Ω / μ m2。
[0109] 根据所述的结果得到这样的启示：本实施方式的氧化膜成膜方法非常有助于用于 MRAM等的金属氧化膜的电阻值的稳定化。
【权利要求】
1. 一种真空处理装置，该真空处理装置用于、利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理装置的特征在于， 该真空处理装置包括： 第1靶，其由具有吸附氧的性质的物质构成； 第2靶，其由金属构成； 电源部，其用于对所述第1靶和所述第2靶施加电压； 活动挡板，其用于防止在溅射所述第1靶和所述第2靶中的一个时来自该一个靶的粒 子附着于另一个革巴； 遮蔽构件，其在遮蔽基板的遮蔽位置与从遮蔽基板的位置退避的退避位置之间移动自 如，以防止来自所述第1靶的粒子附着于基板； 氧供给部，其用于向所述载置部上的基板供给含氧气体； 控制部，其用于执行如下步骤：为了使第1靶的粒子附着在所述真空容器内，而在将 所述遮蔽构件设定在遮蔽位置的状态下向第1靶供给等离子体产生用电压，从而对第1靶 进行溅射的步骤；接着，停止对第1靶供给电压，在将所述遮蔽构件设定在退避位置的状态 下，为了在基板上形成金属膜，而对第2靶供给等离子体产生用电压，从而对第2靶进行溅 射的步骤；接着，由所述氧供给部向所述基板供给含氧气体的步骤。
2. -种真空处理装置，该真空处理装置用于、利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理装置的特征在于， 该真空处理装置包括： 靶，其由具有吸附氧的性质的金属构成； 电源部，其用于对所述靶施加电压； 遮蔽构件，其在遮蔽基板的遮蔽位置与从遮蔽基板的位置退避的退避位置之间移动自 如，以防止来自所述靶的粒子附着于基板； 氧供给部，其用于向所述载置部上的基板供给含氧气体； 控制部，其用于执行如下步骤：为了使靶的粒子附着在所述真空容器内，而在将所述遮 蔽构件设定在遮蔽位置的状态下向靶供给等离子体产生用电压，从而对该靶进行溅射的步 骤；接着，停止对靶供给电压，在将所述遮蔽构件设定在退避位置的状态下，为了在基板上 形成金属膜，而向所述靶供给等离子体产生用电压，从而对该靶进行溅射的步骤；接着，由 所述氧供给部向所述基板供给含氧气体的步骤。
3. 根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于， 所述氧供给部设于所述遮蔽构件。
4. 根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于， 该真空处理装置包括加热部，该加热部用于在由所述氧供给部向真空容器内喷出含氧 气体之前对该含氧气体进行加热。
5. 根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于， 所述第1靶为从钛、铬、钽、锆、镁、铪中选出的一种金属或者含有它们中的一种以上的 合金。
6. 根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于， 所述第2靶为从镁、铝、镍、镓、锰、铜、银、锌、铪中选出的一种金属。
7. -种真空处理方法，在该真空处理方法中，利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理方法的特征在于， 在该真空处理方法中，使用由具有吸附氧的性质的物质构成的第1靶和由金属构成的 第2靶， 该真空处理方法包括如下工序： 为了防止来自所述第1靶的粒子附着于所述基板而利用遮蔽构件遮蔽所述载置部上 的所述基板，并且为了防止来自第1靶的粒子附着于第2靶而在面朝第2靶的位置配置活 动挡板的工序； 接着，向所述第1靶供给等离子体产生用电压而对所述第1靶进行溅射，由此使第1靶 的粒子附着在真空容器内的工序； 接着，停止对所述第1靶供给电压，并且为了防止来自第2靶的粒子附着于第1靶而在 面朝第1靶的位置配置活动挡板，并且将遮蔽构件从遮蔽所述基板的位置退避的工序； 之后，对所述第2靶供给等离子体产生用电压而对该第2靶进行溅射，从而在所述基板 上形成金属膜的工序； 接着，向所述载置部上的所述基板供给含氧气体的工序。
8. -种真空处理方法，在该真空处理方法中，利用将等离子体产生用气体等离子体化 而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器内的载置部上的基板的方式配置的靶而 在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该真空处理方法的特征在于， 在该真空处理方法中，使用由具有吸附氧的性质的金属构成的靶， 该真空处理方法包括如下工序： 为了防止来自所述靶的粒子附着于所述基板而利用遮蔽构件遮蔽所述载置部上的基 板的工序； 接着，向所述靶供给等离子体产生用电压而对该靶进行溅射，由此使靶的粒子附着在 真空容器内的工序； 之后，使所述遮蔽构件从遮蔽所述基板的位置退避，在该状态下，向所述靶供给等离子 体产生用电压而对该靶进行溅射，从而在所述基板上形成金属膜的工序； 接着，向所述载置部上的所述基板供给含氧气体的工序。
9. 根据权利要求7所述的真空处理方法，其特征在于， 所述含氧气体由设于所述遮蔽构件中的氧供给部供给到所述基板上。
10. 根据权利要求7所述的真空处理方法，其特征在于， 在所述基板上形成金属氧化膜之后且从真空容器内搬出该基板之前进行并且在更换 成下一基板、将该下一基板搬入所述真空容器内之后进行如下工序：使为了吸附氧所用的 所述靶的粒子附着在所述真空容器内。
11. 根据权利要求7所述的真空处理方法，其特征在于， 依次反复进行多次如下工序：使为了吸附氧所用的所述靶的粒子附着在所述真空容器 内的所述工序、通过溅镀在所述基板上形成所述金属膜的所述工序、向所述载置部上的所 述基板供给含氧气体的所述工序，从而形成彼此层叠的金属氧化膜。
12. 根据权利要求11所述的真空处理方法，其特征在于， 对于彼此层叠的多层金属氧化膜中的至少两层金属氧化膜，向基板供给含氧气体时氧 的流量彼此不同。
13. 根据权利要求7所述的真空处理方法，其特征在于， 在由所述氧供给部向真空容器内喷出含氧气体之前对该含氧气体进行加热。
14. 一种存储介质，该存储介质存储有用于真空处理的计算机程序，在该真空处理中， 利用将等离子体产生用气体等离子体化而得到的等离子体中的离子溅射以面朝真空容器 内的载置部上的基板的方式配置的靶而在基板上形成金属膜、并接着将该金属膜氧化，该 存储介质的特征在于， 所述计算机程序用于实施权利要求7所述的真空处理方法。
【文档编号】C23C14/08GK104350174SQ201380028671
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月30日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】古川真司, 五味淳, 宫下哲也, 北田亨, 中村贯人 申请人:东京毅力科创株式会社