[发明专利]成膜装置及成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成膜装置及成膜方法。

技术背景

一种利用巨磁阻(GMR)效应和隧穿磁阻(TMR)效应的磁性装置，包括 一个包含大约6-15层的人造渐变多层薄膜制成的磁阻元件。所述磁阻元件包含 一个固定自发磁化方向的固定层；一个在自发磁化方向中旋转的自由层；和一 个位于固定层和自由层之间的非磁性层。

磁阻元件的电阻值在很大程度上决定着磁性装置的输出特性，而电阻值又 会根据非磁性层、自由层、固定层等各自的厚度不同而变化。比如，使用MgO (氧化镁)作为非磁性层时，即使氧化镁层0.1nm细微变化也会引起电阻值大 于或等于50％的变化(非专利文献1)。因此，在使用GMR元件或TMR元件 的磁性装置中，每层的厚度必须要高度精确以保证该磁性装置有稳定的输出特 性。

溅射装置被广泛作为用于人造晶格多层膜各层的成膜装置。溅射装置对溅 射靶(下文中简称为靶)进行溅射，并将从靶上散布出的溅射颗粒沉积到基板 上。为改进薄膜厚度的均匀性，有些溅射装置使靶面相对于基板表面倾斜，并 将靶围绕基板旋转，或者将靶相对基板摆动(比如，专利文献1和2)。在这 些情况下，从靶上散布出的溅射颗粒从不同角度冲击基板。由此这些溅射颗粒 能更均匀地沉积于整个基板表面。

在进行溅射时，薄膜的厚度均匀性的变化很大程度上决定于基板上方等离 子体放电区域的放电状态或等离子密度。而基板上方等离子体放电区域的放电 状态或等离子密度又由靶面上每个点相对于基板的位置决定。比如溅射颗粒相 对于基板的溅射轨道、溅射颗粒的密度的变化由靶的周向耦合角度决定。

在单片薄膜成型过程中，靶的旋转和摆动是通过将带有高厚度均匀性的耦 合角与带有低厚度均匀性的耦合角组合来进行的，这样使基板之间的膜厚度变 得均匀。因而，在单片薄膜成型过程中，有可能会制成厚度均匀性比较差的薄 膜。有效改善膜厚均匀性是困难的问题。

非专利文献1：Nature Mater.3(2004)868

专利文献1：日本特开No.2004-339547

专利文献2：日本特开No.2006-111927

发明内容

本发明提供一种成膜装置和成膜方法以改进膜厚均匀性。

本发明的第一个方面是一种成膜装置。所述成膜装置对靶进行溅射从而在 基板表面形成薄膜，所述靶包括相对于所述基板表面倾斜的溅射面。所述成膜 装置包括旋转机构，所述旋转机构可绕轴线旋转地保持住所述靶，所述轴线沿 所述溅射面的法线延伸，并且所述旋转机构在形成薄膜时保持所述靶的旋转角 度。

本发明的第二个方面是一种成膜方法。所述成膜方法对靶溅射从而在基板 表面形成薄膜，所述靶包括相对于所述基板表面倾斜的溅射面。所述方法包括 通过旋转机构使所述靶绕轴线旋转，所述轴线沿所述溅射面的法线延伸，并且 在利用所述旋转机构将所述靶的旋转角度保持为恒定值时，对靶进行溅射。

本发明的第三个方面是一种成膜方法。所述成膜方法对靶溅射从而在基板 表面形成薄膜，所述靶包括相对于所述基板表面倾斜的溅射面。所述方法包括 试溅射过程，该过程包括通过驱动旋转机构改变所述靶的旋转角度，所述驱动 机构使所述靶绕轴线旋转，所述轴线沿所述溅射面的法线延伸；在多个不同旋 转角度处分别溅射靶，形成多个不同的薄膜；并且根据所述多个薄膜的膜厚均 匀性，确定所述旋转角的目标值。所述方法还包括主溅射过程，该过程包括驱 动旋转机构将所述靶的所述旋转角度设为所述目标值；并且在将所述靶的旋转 角度保持在所述目标值时，对所述靶进行溅射，从而在所述基板表面形成所述 薄膜。

附图说明

图1是溅射装置的剖视图；

图2是阴极内部的剖视图；和

图3A是靶角和膜厚均匀性数据关系表示图；和

图3B是靶角和膜厚度分布数据关系表示图。

具体实施方式

靶制造过程中的轧制工序会对靶内部的残存应力或张力、晶向、晶粒直径 等物理性能产生影响。因此，靶平面具有各向异性。本发明的发明人发现由于 靶的这种各向异性会引起放电状态和等离子密度的变化，薄膜厚度分布会根据 靶的耦合角度呈现周期性。

根据本发明的一个实施例提出的一种成膜装置将会参考附图进行说明。图 1是一个剖视图，示意显示了作为成膜装置的溅射装置10。图2是阴极20的 剖视图。

[成膜装置]