JP2008524442A

JP2008524442A - 薄膜音響積層反射体ならびにその製造方法および製造装置

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Publication number: JP2008524442A
Application number: JP2007546244A
Authority: JP
Inventors: レプルハンス−ペーター; リッツアルント; メッツマヒャークリストフ
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2008-07-10
Also published as: EP1829209A1; WO2006064414A1; CN101080869A; US20100001814A1; CN100557963C

Abstract

本発明は、異なる音響特性インピーダンスを有する、第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層を交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体の製造方法であって、前記第１および第２層のうちの少なくとも一方の層は、反応性直流パルスマグネトロンスパッタリングプロセスによって蒸着される薄膜音響積層反射体の製造方法に関するものである。本発明は、さらに、この方法によって製造される音響積層反射体と、この方法を実施するための装置に関するものである。

Description

本発明は、異なる音響特性インピーダンスを有する、第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層を交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体の製造方法であって、前記第１および第２層のうちの少なくとも一方の層は、反応性直流マグネトロンスパッタリングプロセスによって蒸着される薄膜音響積層反射体の製造方法、この方法によって製造される薄膜音響積層反射体、およびこの方法を実施するための装置に関するものである。

これらの積層反射体は、バルク音波（＝ＢＡＷ）フィルタおよび共振器とともに用いられ、高い音響インピーダンスの材料からなる層と、低い音響インピーダンスの材料からなる層とをλ／４の層厚（λ＝音響の波長）で交互に積層した積層体からなる。ＳｉＯ_２およびＴａ_２Ｏ_５の蒸着に関する種々の薄膜技術は知られている。

しかしながら、ＢＡＷ反射体のための材料上の要求はかなり高く、高温安定性、高密度、低応力レベル、および低表面粗さが要求される。種々の蒸着プロセスを用いて今まで準備されていた積層体が、全ての要求を満たすわけではない。特に、蒸着したＴａ_２Ｏ_５膜は、４００℃を超える処理温度で結晶化を示す。したがって、良好な特性を有する音響ブラッグ反射体を供給できる蒸着プロセスが必要であった。

本発明は、異なる音響特性インピーダンスを有する、第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層を交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体の製造方法であって、前記第１および第２層のうちの少なくとも一方の層は、反応性直流マグネトロンスパッタリングプロセスによって蒸着され、上記要求、特に、さらなるプロセスを必要とする４００℃を超える温度での結晶化が起こらず、低機械的応力（低ウェーハ反り）を満たす薄膜音響反射体の製造方法を提供する。
前記プロセスを安定させるため、さらに、前記スパッタリングプロセスは、パルス化されうる。本発明は、異なるプロセスによる他の層の形成を包含するけれども、好ましい実施形態では、第１層及び第２層の双方が、スパッタリングプロセスによって交互に蒸着される。

本発明の方法の有利な実施形態では、複数の基板が、希ガスおよび反応ガスを含む真空反応チャンバ内に配置され、
前記第１材料の前駆物質を具えるマグネトロンスパッタ源を有し、前記第１材料からなる薄層を蒸着させる、前記第１材料のための蒸着ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ａ）と、
酸素の分圧が前記蒸着ゾーンにおける分圧よりも高い反応ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｂ）と、
前記第１層が所望の厚さに達するまで、前記工程（ａ）および工程（ｂ）を繰り返す工程（ｃ）と、
前記第２材料の前駆物質を具えるマグネトロンスパッタ源を有し、前記第２材料からなる薄層を蒸着させる、前記第２材料のための蒸着ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｄ)と、
酸素の分圧が前記蒸着ゾーンにおける分圧よりも高い酸化ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｅ）と、
前記第２層が所望の厚さに達するまで、前記工程（ｄ）および工程（ｅ）を繰り返す工程（ｆ）と、
前記第１および第２層の層数が所望の数に達するまで、前記工程（ｃ）および工程（ｆ）を繰り返す工程（ｇ）と
を具える。

別個の反応ゾーンと組み合わせて一の薄層を段階的に蒸着することは、反応ガスでスパッタされた原子、例えばＳｉ原子の完全な反応をもたらす。この方法は、異なるプロセス、例えば、酸素（有用であれば窒素）を反応ガスとし、シリコン、タンタルまたはチタンのような原子の完全な反応をもたらす、異なるプロセスで行うことができる。ほとんどの用途で酸素を必要とするので、このことは以下に記載する。

前記薄層は、５単分子層未満であるのが好ましい。

本発明は、さらに、異なる音響特性インピーダンスを有する第１材料からなる層と第２材料からなる層とを交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体であって、これらの層が、反応性直流パルスマグネトロンスパッタリングプロセスによって交互に蒸着される薄膜音響積層反射体に関するものである。

異なる音響特性インピーダンスを有する第１材料からなる層と第２材料からなる層とを交互に積層した積層体をもち、これらの層が、反応性直流パルスマグネトロンスパッタリングプロセスによって交互に蒸着される薄膜音響積層反射体を製造するための有利な装置は、排気するための手段と、制御されたガス供給のための手段を有する反応チャンバと、前記反応チャンバ内の回転支持装置であって、その周面上に複数の基板用の取付け台が配設された回転支持装置と、前記反応チャンバの周面上に配設される、少なくとも２つのターゲットと、少なくとも１つのマイクロ波源と、前記反応チャンバの内部から見て、前記ターゲットの背後に取付けられ、前記ターゲットの表面近くに放電電子を保持しかつ集中させるために磁気ケージを形成する複数の磁石とを具える。

前記回転支持装置は、ドラムまたはテーブルとして形成することができ、それは特別な用途において有用であろう。

本発明の方法は、薄層の積層体の段階的な蒸着を必要とするけれども、この装置によれば、低コスト且つ高精度で大量製造が可能である。実際に用いられた一の実施形態では、１バッチで２０枚を超えるウェーハを処理することが可能である。

本発明の、これらのおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、かつ、明瞭となるであろう。

蒸着させるべき材料、またはこの材料のある前駆物質は、固体ターゲット１として反応チャンバ２内に配置され、これにより、被覆されるべき基板と対向する（図１）。前記反応チャンバは、真空ポンプ７により排気される。注入バルブ８は、必要とされるガスの供給を可能にする。前記ターゲット１は、電源３によって活性化されて、希ガス（多くの場合に用いられるのはアルゴンガス）中にプラズマ４を形成する放電が、ターゲット１の近くで維持されるようにする。ターゲット１は、その後、励起された希ガスイオンの衝撃を受け、この希ガスイオンは、ターゲット１と衝突すると、衝突カスケードを経てターゲットの表面原子をはじき飛ばす。これらのターゲット原子は、図に示されているように、広い角度分布で放出され、それらの一部は基板５に達し、成長層６内に組み込まれる。

スパッタ強度およびプロセス生産性を高めるために、図２に示され、ＯｈｒｉｎｇＭ、「ＴｈｅＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅｏｆＴｈｉｎＦｉｌｍｓ」、ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、ＵＫ、１９９２、ｐ．１２３からそれ自体が知られているマグネトロン原理を適用することができる。ここで、ターゲット１５の背後に配置される磁極片１４を有する永久磁石１１、１２、１３の装置は、ターゲット表面の近くに放電電子を維持しかつ集中させため、「磁気ケージ」１６を形成するのに用いられる。これは、いわゆるレーストラックを形成し、そこでは、プラズマおよびスパッタリングが最も集中的である。

スパッタリングを最も速く行う方法の一つは、放電のカソードとして作用するターゲットと、放電のアノードとなる残りのシステムとを有する直流モードである。このモードは、導電性ターゲットで動作するのみである。したがって、誘電材料（ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、…）を形成するため、ターゲットはこれら誘電材料に対応する金属から製造され、他の化学成分、仮に酸素だとすると、酸素は希ガスへの添加ガスとしてシステム内へ導入される。

金属層の高酸化度を達成するためには、高酸素分圧が望ましいようにみえる。残念なことに、酸素は層材料と反応するだけでなく、ターゲットにも到達し、このターゲット表面上に非導電層を形成する。これは、スパッタリングプロセスに関し、不安定な作動条件が生じる結果となる。この問題は、酸化プロセスのための特別なゾーンを用いることにより解決される。このことは、図３および図４で線図的に表される。

真空システム（システムの背圧は比較的低い１０^−６ｍＴｏｒｒの範囲）の排気後、マイクロ波（電力３×４ｋＷ）によって駆動されるアルゴンプラズマ（６．５ｍＴｏｒｒＡｒ）によるプラズマクリーニング工程は、チャンバ３１内の雰囲気および表面をさらにクリーンにするために、そして必要なスパッタバックグラウンド圧力に達するために適用される。クリーニングプロセス用のトレーサは、マイクロ波プラズマアクションの間中、表面からチャンバ雰囲気に解き放たれる酸素である。酸素の分圧は、連続してモニタされる。好ましくは、クリーニングは、酸素分圧が０．０５ｍＴｏｒｒ以下に下がるまで行うことができる。

前記複数の基板は、例えば、約１単分子層または５単分子層未満の厚さの、金属またはシリコンなどの薄層を蒸着するマグネトロンスパッタ源１７の蒸着ゾーン１８を通って移動させる。スパッタ源１７のプラズマ中で、ガスコントローラ１９を経てシステム内に供給される酸素は、基板５上に蒸着した金属と反応し始める。しかし、これは均質層を得るのに十分でないため、特別なマイクロ波ユニット２１が取付けられる。マイクロ波ユニットは、各蒸着工程における吸着層、すなわち追加層がさらに酸化されるところの付加的な反応ゾーン２２をもつシステムを供給する。単層の干渉フィルタの積層は、層厚を定めるパス数で、このような数百のパスを非常に正確にとることができる。図３および図４に示されるように、システムには、干渉積層体のために必要とされる、異なる材料用の異なるターゲット１７、２３が配備される。

ＳｉＯ_２およびＴａ_２Ｏ_５の双方は、シングルターゲットプロセス、すなわち、一のターゲットのみが一度に活性化されるプロセスで蒸着される。パラメータ設定は、材料に依存する。典型的な値は、ＳｉＯ_２に関しては、Ａｒ圧６．３ｍＴｏｒｒ、Ｏ_２圧０．３ｍＴｏｒｒ、マイクロ波電力３×５ｋＷ、ターゲット電力１０ｋＷであり、Ｔａ_２Ｏ_５に関しては、Ａｒ圧６．０ｍＴｏｒｒ、Ｏ_２圧０．５ｍＴｏｒｒ、マイクロ波電力３×５ｋＷ、ターゲット電力８．５ｋＷである。層厚の較正は、試験蒸着および試験サンプル上で求められた、例えば５００ｎｍの層厚の光学計測によって行われる。蒸着速度は、基板の形状およびターゲット電力に依存する。種々の実験によれば、蒸着速度は２５ｎｍ／ｍｉｎ程度である。

図１は、スパッタ装置の概略図である。図２は、スパッタ源の透視図である。図３は、反応チャンバの概略図である。図４は、図３に従う反応チャンバの断面をより詳細に示す図である。

Claims

異なる音響特性インピーダンスを有する、第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層を交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体の製造方法であって、前記第１および第２層のうちの少なくとも一方の層は、反応性直流マグネトロンスパッタリングプロセスによって蒸着される薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記スパッタリングプロセスは、パルス化されている請求項１に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記第１層および第２層の双方は、スパッタリングプロセスによって交互に蒸着される請求項１に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
複数の基板が、希ガスおよび反応ガスを含む真空反応チャンバ内に配置される請求項１に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法であって、
前記第１材料の前駆物質を具えるマグネトロンスパッタ源を有し、前記第１材料からなる薄層を蒸着させる、前記第１材料のための蒸着ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ａ）と、
酸素の分圧が前記蒸着ゾーンにおける分圧よりも高い反応ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｂ）と、
前記第１層が所望の厚さに達するまで、前記工程（ａ）および工程（ｂ）を繰り返す工程（ｃ）と、
前記第２材料の前駆物質を具えるマグネトロンスパッタ源を有し、前記第２材料からなる薄層を蒸着させる、前記第２材料のための蒸着ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｄ)と、
酸素の分圧が前記蒸着ゾーンにおける分圧よりも高い酸化ゾーンを通って前記複数の基板を移動させる工程（ｅ）と、
前記第２層が所望の厚さに達するまで、前記工程（ｄ）および工程（ｅ）を繰り返す工程（ｆ）と、
前記第１および第２層の層数が所望の数に達するまで、前記工程（ｃ）および工程（ｆ）を繰り返す工程（ｇ）と
を具える薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記前駆物質のうちの一つはシリコンである請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記前駆物質のうちの一つはタンタルである請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記前駆物質のうちの一つはチタンである請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記反応ガスは酸素である請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記反応ガスは窒素である請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
前記薄層は、いずれも５単分子層未満である請求項４に記載の薄膜音響積層反射体の製造方法。
異なる音響特性インピーダンスを有する第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層を交互に積層した積層体をもつ薄膜音響積層反射体であって、
これらの層が、反応性直流パルスマグネトロンスパッタリングプロセスによって交互に蒸着される薄膜音響積層反射体。
異なる音響特性インピーダンスを有する第１材料からなる第１層と第２材料からなる第２層とを交互に積層した積層体をもち、これらの層が、反応性直流パルスマグネトロンスパッタリングプロセスによって交互に蒸着される薄膜音響積層反射体の製造装置であって、
排気するための手段と、制御されたガス供給のための手段を有する反応チャンバと、
前記反応チャンバ内の回転支持装置であって、その周面上に複数の基板用の取付け台が配設された回転支持装置と、
前記反応チャンバの周面上に配設される、少なくとも２つのターゲットと、少なくとも１つのマイクロ波源と、
前記反応チャンバの内部から見て、前記ターゲットの背後に取付けられ、前記ターゲットの表面近くに放電電子を保持しかつ集中させるために磁気ケージを形成する複数の磁石と
を具える薄膜音響積層反射体の製造装置。