[发明专利]溅射装置和成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溅射装置和成膜方法，适于形成被膜，该被膜用于构成巨磁电阻(Giant Magnetic Resistive，GMR)自旋阀或隧道磁电阻(TunnelingMagnetic Resistive，TMR)元件等半导体设备，该巨磁电阻自旋阀用于构成磁头，该隧道磁电阻元件用于构成磁随机存取存储器(Magnetic RandomAccess Memory，MRAM)。

本申请主张2005年1月9日申请的日本专利申请第2005-011364号的优先权，在此引用其内容。

背景技术

溅射装置作为成膜处理装置正被广泛地使用。通常溅射装置的结构为，在处理腔室(chamber)内设置用于放置被处理衬底的台子和配置有成膜材料的溅射阴极(靶)。在专利文献1中，通过使衬底以适当的速度进行旋转，同时将靶的中心轴线相对于衬底法线的角度θ保持在15°≤θ≤45°的范围，从而即使靶的直径小于或等于衬底的直径，也可以得到均匀的膜厚、膜质。

专利文献1：特开2000-265263号公报

近来，正在进行开发的MRAM等半导体设备中采用了如图5A所示的隧道接合元件10。该隧道接合元件10是由磁性层(固定层)14、隧道势垒层15、磁性层(自由层)16等层压而成。该隧道势垒层15由将Al(金属铝)氧化而得到的AlO(表示所有铝氧化物，包含被称为氧化铝(alumina)的物质。下同。)等形成。而且，隧道接合元件10的电阻值根据这些固定层14和自由层16的磁化方向是平行还是反平行而不同，利用这一点来读出“1”或“0”。

如图5B所示，若隧道接合元件10的各个层内(例如，自由层16)存在膜厚分布，则隧道势垒层15呈凹凸状地层压形成。由于隧道势垒层15的隧道电阻值按照指数函数依赖于其膜厚，所以，即使金属铝的膜厚分布为1％，隧道电阻值的分布也会有10％以上的大分布。而且，因为MRAM元件(隧道接合元件)在8英寸以上的大衬底上制作，所以如果根据衬底上的位置不同而MRAM元件的电阻值大不相同，则会给批量生产带来大的问题。而且，同样的，如果在自由层16存在膜厚分布，则根据衬底上的位置不同而自由层16的磁化不同，所以在反转加工MRAM元件的磁化方向时，会出现所施加的磁场大小不均匀的情况。这些都是和所制作的MRAM元件的性能相关的问题。因此，要求减少隧道接合元件10的各个层中的膜厚分布的偏差。

然而，在现有的溅射装置中，从靶飞出的粒子，和氩等溅射气体分子碰撞而散射到衬底。因此，根据靶和衬底的相对位置、从衬底到腔室壁的距离等，即便旋转衬底的同时进行成膜处理，也很难获得良好的膜厚分布。

特别是当衬底尺寸大到8英寸以上时，获得良好的膜厚分布就变得极为困难。在专利文献1的发明中，在其整个技术范围中难以获得1％以下的膜厚分布。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种溅射装置和成膜方法，可以减少膜厚分布的偏差。

为了实现上述目的，本发明的溅射装置是围绕旋转轴线使圆盘状衬底旋转的同时，对该衬底的衬底表面进行成膜处理的装置，其特征在于，该装置包括，腔室，在其内部形成有溅射处理室；台子，设置在所述腔室的第1区域，用于将所述衬底表面朝向所述溅射处理室内的状态下保持所述衬底，同时以所述旋转轴线为中心使该衬底在与所述衬底表面平行的面内旋转；溅射阴极，其设置在所述腔室的第2区域中从所述旋转轴线相离的位置，具有在所述溅射处理室中与所述衬底对置的阴极表面，所述第2区域隔着所述溅射处理室位于所述第1区域的相反侧；其中，当从所述旋转轴线到所述衬底的外周边缘部的距离为R，从所述旋转轴线到所述阴极表面的中心点的距离为OF，从所述衬底表面到所述阴极表面的中心点的高度为TS时，大概满足R∶OF∶TS＝100∶175∶190±20的关系，同时，所述旋转轴线与通过所述阴极表面的中心点的法线交叉，其交叉角度满足22°±2°的关系。

通过上述结构，对于多种材料，在进行成膜处理时可以使膜厚分布的偏差在1％以内。

其中，“大概”包括R∶OF∶TS的比率在上式中有大约5％偏移的情况，用OF值表示为大约175±10。

另外，较佳的，包围所述衬底的隔离板以所述旋转轴线为中心轴，以轴对称形状配置；所述溅射处理室由所述隔离板和所述衬底表面所包围的内侧空间形成。

通过上述结构，由于存在隔离板，所以可以对涉及到膜厚分布的影响付与轴对象性，从而可以减少膜厚分布的偏差。