[发明专利]膜形成设备和膜形成设备用的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用真空泵和真空室在低压环境下在基板上进行膜形成处理的膜形成设备和该膜形成设备用的校准方法，特别涉及通过使用真空室中包括的遮蔽板使从靶材发射出的膜形成材料与活性气体反应来形成膜的物理气相沉积设备和物理气相沉积方法。

背景技术

近年来，趋向于将溅射技术应用至用于使用例如铁电材料的非易失性半导体存储器电路(FeRAM：Ferroelectric Random Access Memory，铁电随机存取存储器)的铁电电容器的电极的、诸如氮化钛等的金属化合物，因为溅射技术可以实现高纯度和对膜厚度的出色控制。在溅射技术的应用中，通常使用所谓的“反应溅射“技术，其中，通过利用诸如氩的惰性气体溅射简单金属物质的靶材并然后使发射出的金属粒子与诸如氮气或氧气的活性气体反应来获得期望的金属化合物。在该技术中，将例如氧气或氮气的活性气体与溅射气体(例如，氩)一起导入真空室中，使活性气体的分子和通过溅射从靶材发射出的金属粒子相互反应，从而使所生成的反应化合物的薄膜形成在基板上。

图14是示出传统的反应溅射设备的示意图。在日本特开2009-200405中公开了这种设备，该设备能够通过反应溅射沉积诸如氮化钛(TiN)或氧化铱(IrOx)等的金属化合物。

该设备包括连接到由不锈钢等形成的真空室301的诸如未示出的涡轮分子泵等的排气部件(未示出)，并且真空室301例如能够维持具有1×10^-8帕的压力的高真空环境。此外，真空室301包括用于保持处理对象基板303的台架302，并且在放置在台架302上的处理对象基板303上进行膜形成处理。

靶材305由膜形成材料的纯物质或化合物形成。将未示出的DC电源连接至靶材305以使得将电压施加至靶材305。与真空室301绝缘地设置靶材305。此外，设置未示出的磁体，以使得可以将磁场施加至靶材305的表面。这里，将靶材305设置在包装板304上。

气体导入部件314和315各自包括例如质量流量控制器和阀等的流量控制部件。在气体导入部件314和315中，例如用于供给诸如氮气的活性气体的部件314和用于供给诸如氩的溅射气体的部件315相互连接，并被配置为将活性气体和溅射气体导入真空室301中。气体导入部件315导入溅射气体，并且气体导入部件314导入诸如氮气的活性气体。当DC电源输入功率以将负电压施加至靶材305时，利用磁体引起磁控放电。

通过磁控放电，将溅射气体引入靶材305附近的等离子体，并且通过具有负电压的靶材305对等离子体的正离子进行加速，从而等离子体的正离子与靶材305碰撞。正离子的碰撞引起从靶材305发射出原子和分子等，并且所发射出的原子与由气体导入部件314同时导入的活性气体反应以生成金属化合物。由此生成的金属化合物到达基板303的对着靶材305的表面。以这种方式，将期望的膜形成在基板303上。

例如，通过使用用于靶材305的铱和作为活性气体314的氧气(O₂)，将是铁电物质的氧化铱(IrOx)膜形成在基板303上。用于测量氧气中的O₂的浓度的氧气浓度计311通过管312连接至真空室301。将氧气浓度计311测量得到的关于氧气的O₂浓度的数据发送至与氧气浓度计311电连接的控制单元313。

在上述设备中，将溅射膜散射并沉积在真空室301和基板的整个区域上。为了防止在膜形成步骤中出现粒子，需要设置遮蔽板306以限制散射的膜并避免膜易于脱落。通过喷砂等处理遮蔽板306以具有比基材的表面更粗糙的表面，并且遮蔽板306被配置为避免附着到遮蔽板306的膜易于从遮蔽板306脱落。此外，遮蔽板306被配置为以以下方式重复使用：当将一定量的膜沉积在遮蔽板306上时，卸下遮蔽板306，然后通过喷砂等单独地处理遮蔽板306以移除沉积膜。此外，遮蔽板306被配置为通过包围从靶材305附近到台架302的空间来形成遮蔽内部空间318和遮蔽外部空间319。遮蔽内部空间318和遮蔽外部空间319包围膜形成室301中的靶材。遮蔽板306防止膜附着到遮蔽外部空间319的壁表面。

这里，气体导入部件314和315导入遮蔽外部空间319中的活性气体和溅射气体通过遮蔽板306中的开口320供给至遮蔽内部空间318，同时从遮蔽内部空间318排放至遮蔽外部空间319。