CN100557963C - 薄膜声反射器叠层、制作方法及配置 - Google Patents
薄膜声反射器叠层、制作方法及配置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种制作包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层的方法，所述第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中，通过反应脉冲直流磁控溅射工艺交替地沉积各层。本发明还包括由此制作的声反射器叠层以及用于执行所述方法的配置。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层的制作方法、一种由此制作的声反射器叠层、以及执行所述方法的配置，其中第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗。
背景技术
这些反射器叠层与体声波(BAW)滤波器及谐振器一起使用，并且包括交替的高和低声阻抗材料的λ/4层(λ＝声波波长)。用于沉积SiO2和Ta2O5的不同薄膜技术是公知的。然而，对用于BAW反射器的材料要求相当高：高温度稳定性、高密度、低应力水平、低表面粗糙度。迄今为止使用不同沉积工艺制备的层不能满足全部要求。尤其是蒸发的Ta2O5膜在400℃以上的处理温度下表现出结晶。因此，需要能够给出具有良好性能的声布拉格反射器的沉积工艺。
发明内容
本发明的方法用于制作包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中通过反应直流磁控溅射工艺在沉积区沉积至少一层，然后移动至反应区并在反应区进行氧化，其中在同一个真空反应腔中设置沉积区和反应区，并且在反应区设置微波源，本发明的方法满足以上要求，尤其是对于进一步处理所必需的400℃以上的温度下缺少结晶，以及低的机械应力(低的晶片弯曲)。
为了进一步稳定工艺，溅射工艺可以是脉冲的。尽管本发明包括用不同的工艺构造另一层，在优选实施例中通过溅射工艺交替地沉积这两层。
本发明方法的有利的实施例，其中将多个衬底放置在包含惰性气体和反应气体的真空反应腔中，包括步骤：
a)移动衬底通过第一材料的沉积区，包括具有第一材料前体(precursor)的磁控溅射源，收集第一材料的薄层；
b)移动衬底通过反应区，其中氧的分压高于沉积区中；
c)重复步骤a)和b)直到第一材料层已经达到所需厚度；
d)移动衬底通过第二材料的沉积区，包括具有第二材料前体的磁控溅射源，收集第二材料的薄层；
e)移动衬底通过氧化区，其中氧的分压高于沉积区；
f)重复步骤d)和e)，直到第二材料层已经达到所需厚度；
g)重复步骤a)和f)，直到第一和第二材料的层数已经达到所需数目。
一个薄层的逐步沉积与独立的反应区相结合实现了溅射原子的完全反应，例如Si与反应气体。本方法可以用不同工艺实现，例如，硅、钽、或钛-与氧作为反应气体，如果有用的话则是氮。因为大多数应用要求氧，这将在以下描述。
优选地，薄层少于五个单层。
本发明还涉及一种包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中通过在沉积区的反应脉冲直流磁控溅射工艺和在反应区的氧化工艺交替地沉积所述层，其中在同一个真空反应腔中设置沉积区和反应区，并且在反应区设置微波源。
一种用于制作包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层的有利配置，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中通过反应脉冲直流磁控溅射工艺交替地沉积各层，包括：
a)反应腔，具有用于抽空和用于受控气源的装置；
b)在反应腔中的旋转支撑设备，在其外围上布置了用于衬底的安装台(mount)；
c)布置在反应腔的外围的不同位置上的至少两个靶和至少一个微波源；
d)从反应腔的内部看，安装在靶后面的磁体，形成磁罩以便将放电电子保持和集中在靶表面附近。
由于在特殊应用中是有用的，支撑设备可以形成为鼓状物或者台子。
尽管本发明方法要求逐步沉积薄层，该配置允许低成本高精度的大量制造。一个实际使用的实施例可以在一批中处理超过20个晶片。
附图说明
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚，并且将参考下面描述的实施例进行阐述。
图1是溅射配置的示意性表示；
图2是溅射源的透视图；
图3是反应腔的示意性表示；
图4更加详细地示出了根据图3的反应腔的截面。
具体实施方式
将待沉积的材料或它的一些前体作为固体靶1放入到反应腔2中，从而面对待涂敷的衬底(图1)。用真空泵7对反应腔进行抽空。进气阀8允许提供所需气体。用电源3向靶1通电，使得在靶1附近持续放电，在惰性气体(大多使用的是Ar)中形成等离子体4。然后使靶1受到高能惰性气体离子的轰击，当与靶1碰撞时，所述轰击通过碰撞级联(collision cascade)去除了表面原子。如图所示，这些靶原子按照宽角度分布喷射，并且部分地到达衬底5，在所述衬底处它们合并到生长层6中。
为了增加溅射强度和工艺生产率，可以使用图2所示的、且本身从Ohring M.的“The Materials Science of Thin Films”，Academic Press，UK，1992，123页中已知的磁控原理：这里使用具有放置在靶15背面上的极片14的永磁体11、12、13的配置以形成“磁罩”16，以便将放电电子保持和集中在靶表面附近。这形成了所谓的跑道(racetrack)，在那里等离子体和溅射最强。
溅射的最快方式之一是直流模式，靶作为阴极而系统的其余部分作为放电阳极。该模式只能对导电靶起作用。因此为了形成电介质材料(SiO2、Si3N4、TiO2、Ta2O5…)，所述靶由相应的金属制造，而把其它化学组分(比如说氧)作为与惰性气体的气态混合物引入系统。
为了达到金属层的高度氧化，高的氧分压似乎是所需的。很不幸地是，氧不仅与层材料反应，而且还到达靶，在靶表面形成不导电层。这导致溅射工艺的不稳定操作状态。该问题通过使用氧化处理的额外区来解决，如图3和图4中是示意性示出的。
在真空系统抽气之后(系统基底压强是较低的10-6mTorr范围)，采用由微波(3×4kW功率)驱动的氩等离子体(6.5mTorr Ar)的等离子体清洗步骤，以进一步地清洗腔31中的环境(atmosphere)和表面，并达到必要的溅射背景压强。用于清洗工艺的示踪剂(tracer)是在微波等离子作用期间从表面释放到腔环境中的氧。连续监测氧分压。优选地，可以执行清洗直到氧分压下降到0.05mTorr以下。
移动衬底通过磁控溅射源17收集金属或硅薄层的沉积区18，例如其厚度是约一个单层或者小于五个单层。在溅射源17的等离子体中，经由气体控制器19流入系统的氧开始与在衬底20上沉积的金属反应。但是，由于这不足以得到均匀的层，因此安装了额外的微波单元21，向系统提供额外反应区22，在那里进一步地氧化额外层(即，每个沉积步骤中的额外层)。干涉滤波器的单层的构建可能需要几百个这样的经过，经过的数目非常精确地限定了层厚。如图3和4所示，系统装备有用于干涉叠层所需的不同材料的不同靶17、23。
SiO2和Ta2O5两者都采用单个靶工艺沉积，即每次只有一个靶是激活的。参数设置依赖于材料。对于SiO2的典型值是：Ar压强6.3mTorr、O2压强0.3mTorr、微波功率3×5kW、靶功率10kW。对于Ta2O5的典型值是：Ar压强6.0mTorr、O2压强0.5mTorr、微波功率3×5kW、靶功率8.5kW。通过试验沉积和层厚光学测量来进行层厚校准，例如在实验样品上发现层厚为500nm。沉积速率依赖于衬底形状和靶功率。根据实验，它们在25nm/min的范围。
Claims (12)
1.一种用于制作包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层的方法，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中，通过反应直流磁控溅射工艺在沉积区沉积所述层中的至少一层，然后移动至反应区并在反应区进行氧化，其中在同一个真空反应腔中设置沉积区和反应区，并且在反应区设置微波源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，溅射工艺是脉冲的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，两层都通过溅射工艺交替地沉积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将多个衬底放置在包含惰性气体和反应气体的真空反应腔中，包括步骤：
a)移动衬底通过第一材料的沉积区，包括具有第一材料前体的磁控溅射源，收集第一材料的薄层；
b)移动衬底通过反应区，其中氧的分压高于沉积区中；
c)重复步骤a)和b)直到第一材料层已经达到所需厚度；
d)移动衬底通过第二材料的沉积区，包括具有第二材料前体的磁控溅射源，收集第二材料的薄层；
e)移动衬底通过反应区，其中氧的分压高于沉积区中；
f)重复步骤d)和e)直到第二材料层已经达到所需厚度；
g)重复步骤a)和f)直到第一和第二材料的层数已经达到所需数目。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述前体之一是硅。
6.根据权利要求4所述所述的方法，其中，所述前体之一是钽。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述前体之一是钛。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述反应气体之一是氧。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述反应气体之一是氮。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述薄层少于五个单层。
11.一种包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中，通过在沉积区的反应脉冲直流磁控溅射工艺和在反应区的氧化工艺交替地沉积各层，其中在同一个真空反应腔中设置沉积区和反应区，并且在反应区设置微波源。
12.一种用于制作包括第一和第二材料的交替层的薄膜声反射器叠层的配置，第一和第二材料具有不同的声学特征阻抗，其中，通过反应脉冲直流磁控溅射工艺交替地沉积各层，包括：
a)反应腔，具有用于抽空和用于受控气源的装置；
b)在反应腔中的旋转支撑设备，在其外围上布置了用于衬底的安装台；
c)布置在反应腔的外围的不同位置上的至少两个靶和至少一个微波源；
d)从反应腔的内部看，安装在靶后面的磁体，形成磁罩，以便将放电电子保持和集中在靶表面附近。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: NXP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V. Effective date: 20080404 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20080404 Address after: Holland Ian Deho Finn Applicant after: Koninkl Philips Electronics NV Address before: Holland Ian Deho Finn Applicant before: Koninklijke Philips Electronics N.V. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TRIQUINT SEMICONDUCTOR, INC. Free format text: FORMER OWNER: NXP CORPORATION Effective date: 20120903 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120903 Address after: oregon Patentee after: Triquint Semiconductor Inc Address before: Holland Ian Deho Finn Patentee before: Koninkl Philips Electronics NV |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091104 Termination date: 20141207 |
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