JP5116945B2 - 音響共振器 - Google Patents

Description

本発明は、音響共振器類及びその様なデバイス類を形成する方法に関する。特に、しかし限定されないが、本発明は、その上に例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の圧電体層を堆積させる（deposit）モリブデン（Ｍｏ）電極に関する。その様な構造は、ケイ素ウエハー上に形成された音響共振器類の特色をよく示している。音響共振器類は、ＲＦフィルター類及びバルク弾性波（ＢＡＷ）又はフィルムバルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ）の様な共振器類として用いられ、そして、用語「音響共振器」は、すべてのその様なデバイス類及び類似の構造を用いる別の類を網羅する為に広範に用いられる。その様なデバイス類に於いて、例えば結晶性の窒化アルミニウムの圧電体層は、少なくとも二つの電極の間に位置する。該構造に高周波電圧を印加すると、圧電体層は、選択された周波数での許容振動モードで振動すると考えられ、その結果、バンドパス・フィルター又は周波数安定化を可能とさせる。

モリブデンは、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ及びＴｉの様な他の電極金属類と比較して、そのより高い剛性により、より低い音響損失と言う長所を有しているので、下部電極として、例えばＦＢＡＲデバイス類で用いられる。Ｍｏでのより低い音響損失に関連した利点は、デバイス類におけるより高いＱファクターであり、Ｑはフィルターがオンとオフを切り替える速度を決定する。

ＦＢＡＲデバイス類での良好な性能に対する主要な要求の一つは、あらかじめ選び抜かれた結晶学的面におけるロッキングカーブのＦＷＨＭ（半値幅、full width half maximum）が好ましくは２°以下である、ＡｌＮ膜におけるシャープな｛０００２｝テクスチャ（texture）である。ＡｌＮ膜のテクスチャは、その上にＡｌＮ膜を堆積させる下層電極の粗度及びテクスチャの双方に強く依存する事は、既知である。シャープなテクスチャを有する滑らかな下層は、実現し得る最高の組み合わせである。

英国特許出願公開第２ ３４９ ３９２号明細書に於いて、本出願人は、下層電極を堆積させる前、間中又は後に、プラズマでの水素原子の使用を記述している。そして、それは、結果的に、続いて該電極上に堆積する窒化アルミニウム層の向上した品質をもたらした。当時は、そのプロセスは、十分に理解されておらず、そしてその結果、最適化されなかった。

米国特許第６、０６０、８１８号明細書（US-B-6,060,818）に於いて、リンドープ・シリカガラス（ＰＳＧ）層の表面を鏡面仕上げに研磨する事により、モリブデンの十分にコリメートされた（well-collimated）膜が堆積し得る事が、示された。この開示は、次いで、ＰＳＧ層に対する前記鏡面仕上げが、「ＰＳＧ層が圧電体層を「シードする」（seed）結晶性構造を含んでいないと言う事実にもかかわらず」、高度にテクスチャリングされた（highly textured）Ｃ軸圧電体層の基となる事を、更に記載する。この開示でのＰＳＧ層は、犠牲層（sacrificial layer）であり、続いて、キャビティ（cavity）を創り出す為にウェットエッチングされる。化学機械研磨プロセス及び続いてのクリーニングは、複雑及び費用のかかるものである。

従って、その上に圧電体層を堆積させる表面としてふさわしい、しかし、電極層の下の犠牲層及び／又は直に接する下地（underlay）の研磨を必要としていない、下部電極を堆積させる向上した方法の要求がある。

研究から、本出願人は、電極層真下の下層又は下複数層が、電極層との界面で滑らかである事ばかりではなく、二つの機能を果たす事も、即ち、一つは電極層にマッチされた原子間隔である事、そしてもう一つは真下の基材から下部電極をバッファリングする又は少なくとも部分的に結晶学的に分離する事と言う二つの機能を果たす事も必要である事を、主張した。

本出願人は、それを達成する方法を発見した。
それ故に、本発明の一つの特徴に於いて、以下を含む音響共振器が提供される。それは、
基材、
該基材上に、直接又は一層以上の中間層の上に設けられた少なくとも一層のほぼ結晶性のプライマー層（primer layer）、
該プライマー層上に設けられたほぼ滑らかでほぼ結晶性の電極層、
及び
該電極層上に設けられた圧電体層
であり、
（ｉ）該プライマー層の少なくとも一層が、第一の結晶系（system）に属する結晶学的構造を有し、
（ii）該電極層が、該第一の結晶系とは異なる第二の結晶系に属する結晶学的構造を有し、かつ
（iii ）少なくとも一つの方位（orientation）に於いて、該プライマー層の少なくとも一層の原子間隔と該電極層の原子間隔とが、約１５％以内にマッチする
事を特徴とする。

もう一つの特徴から、本発明は、以下を含む音響共振器にある。それは、
基材、
該基材上に、直接又は一層以上の中間層の上に設けられた少なくとも一層のほぼ結晶性のプライマー層、
該プライマー層上に設けられたほぼ滑らかでほぼ結晶性の電極層、
及び
該電極層上に設けられた圧電体層
を含み、
（vi）プライマー層の少なくとも一層が、第一の結晶系に属する結晶学的構造を有し、
（vii ）該電極層が、該第一の結晶系とは異なる第二の結晶系に属する結晶学的構造を有し、かつ
（viii）少なくとも一つの方位に於いて、該プライマー層又は少なくとも該電極と接するプライマー層の原子間隔と該電極層の原子間隔とが、約１５％以内にマッチする
事を特徴とする。

明確にする為に、その上に圧電体層を堆積させる導電層は、導電層がそれ自身で又は導電性の下層と連携して電流キャリア機能を果たすかどうかにかかわりなく、「電極」と呼ばれる。窒化アルミニウムは圧電体層としてよく知られており、そして例として本明細書で示されたが、用いられる他の圧電体物質類は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む。

真下の基材は、例えば、音響ミラー層類又は非晶質層（それは、場合によっては、次の処理ステップの間で部分的に又は完全に取り除かれる犠牲層であってもよい）又は滑らかな表面を創り出す何か別の層を含んでよい。その上に電極構造を堆積させる表面は、結晶学的要素を殆んど又は全く有していなさそうであり、それ故に、プライマー層は、下層基材での結晶性が不十分な又は不規則な構造が電極層に於いて複製されない様に、結晶性構造のものであるが、しかし電極の結晶系に対して異なる結晶系のものである様に選び抜かれる。この様に、プライマー層は、プライマー層が、電極層で複製される基材の非晶質な又は不規則な性質に対するいかなる傾向をも低減する為に、電極層に対し異なる結晶学的構造、及びプライマー層と電極層との間の良好な（即ち、約１５％以内の）原子間隔マッチングを有すると言う特性を、有する様に選び抜かれる。

一つの例に於いて、単一のプライマー層は、基材と下部電極層との間に、適用される機能の双方を提供する単一のプライマー層を備えている。あるいは、電極層の結晶学的構造と異なる結晶学的構造を有する様に選び抜かれた下部プライマー層、及び電極層にマッチさせられた原子間隔である様に選び抜かれた上部プライマー層を有する、二層以上のプライマー層があってよい。

一つの例に於いて、単一のプライマー層は、六方晶系に属する結晶学的構造を有し、そして、前記電極層は、立方晶系に属する結晶学的構造を有している。例えば、電極層は、モリブデン（立方晶系）で形成されたものでよく、そして、プライマー層は、例えば、窒化アルミニウム又は六方晶α型チタンから選び抜かれてよい。プライマー層は、元素、化学量論的又は非化学量論的物質の合金又は化合物でよい。モリブデン電極層は、実質的には元素形態で、又は、他の元素類と合金されるか別の方法で組み合わせられてよい。

代わりの電極システムで、電極層は、立方晶形態の任意のふさわしい金属性物質（例えば、タングステン、ケイ素、アルミニウム、銅、金、ニッケル、白金、タンタル、あるいはＴｉＷの様な合金又は化合物）で形成されたものでよく、そして、プライマー層は、別の結晶形態（例えば、正方晶、斜方晶、又は六方晶）の層又は複数層で形成されたものでよく、そして、元素、化合物、又は合金でよい。その様な層は、例えば、チタン（チタンは、二形性（dimorphic）で、そしてα型での六方晶であると言う点で異例である。）、インジウム、窒化アルミニウム、窒化タンタル、ケイ化タングステン、亜鉛、及び炭化モリブデンを含んでよい。

出願人は、厚肉の（thicker）プライマー複数層が電極層のテクスチャの品質を下げる傾向がある事を、見出していたので、プライマー層は、好ましくは約２００nm以下の、より好ましくは約１００nm以下の、及び好都合には約５０nmの厚みを有している。

特定の状況によっては、基材上に単一のプライマー層を設けてもよく、その上には単一の電極層が設けられ、さらにその上には圧電体物質が設けられる。また、基材上に設けられた多層構造があってもよい。

もう一つの特徴に於いて、本発明は、以下の工程を含む音響共振器を形成する方法を提供する。その工程は、
プライマー層を堆積させる工程、
該プライマー層の上部表面上にモリブデンを含んでいる電極層を堆積させる工程、
及び
最上部電極層上に圧電体物質の層を堆積させる工程
であって、該プライマー層が、少なくとも一つの方位に於いて、ほぼ結晶性の物質を含み、その原子間隔が該電極層の原子間隔と約１５％以内にマッチし、かつ立方晶形態のものではない事を特徴とする。

幾つかの実施態様に於いて、プライマー層の堆積は、約１００℃未満の基材温度で実行され、２０〜１００℃が、ふさわしい範囲である可能性がある。プライマー層の堆積と電極層の堆積との間で真空破壊を有さない事も、好ましいかもしれない。

幾つかの状態に於いて、プライマー複数層を用いる事又はモリブデン電極から逸脱する事は、常に可能ではないかもしれない。例えば、音響共振器は、上記技術を実行する事を困難にする、下部電極の下に音響ミラーを有している可能性がある。従って、更なる試みが、プライマー層を伴わず下部電極の上に形成される圧電体物質の結晶学的テクスチャを向上させる為に実行された。しかしながら、注目すべきは、それらの研究の結果として開発された技術も、上述のプライマー層構造と併用して用いられる可能性がある事、である。

それ故に、本発明のなお一層の特徴に於いて、以下を含む音響共振器が提供される。それは、
基材、
該基材上に直接又は該基材上の一層以上の中間層上に間接的に設けられたモリブデンを含む電極層、及び
該電極層上に設けられた圧電体物質の層
であり、該モリブデン電極層は主にネオン・スパッタリング・プロセスにより堆積し、かつ電極層は水素プラズマで処理される事を特徴とする。

本出願人は、ターゲット物質に対して質量マッチ（mass-matched）が不十分なガスを用いて基材上にモリブデンをスパッタリングする事が、向上したＦＷＨＭを有するより滑らかな電極表面をもたらすであろうと言う事を、主張した。アルゴン及びクリプトンを用いて行われた研究は、この仮説が真実である事を暗示した。何故なら、スパッタリングガスとしてアルゴンを用いて基材上に堆積したモリブデン電極は、クリプトンを用いて堆積したものよりもより滑らかな外観を有していた。しかしながら、本出願人による更なる研究（work）は、アルゴンが用いられる時モリブデン表面のＦＷＨＭは減少するけれども、ネオン（原子量２０）が用いられる時そのＦＷＨＭは劣化すると言う事を、示した。しかしながら、全く意外にも、ネオン・スパッタリングを用いるモリブデン上に堆積した圧電体物質（窒化アルミニウム）のＦＷＨＭは、もし電極層が水素プラズマで処理されるならば、大幅に向上し、そして、本当に、試験に於いてアルゴン・スパッタリングを用いて得られた結果よりもより良好である優れたＦＷＨＭ結果を示すと言う事が、見出された。

もう一つの特徴に於いて、本発明は、以下の工程を含む音響共振器を形成する方法を提供する。その工程は、
基材上に直接又は基材上の一層以上の中間層上に間接的にモリブデンを含む電極層を設ける為に、ネオン・スパッタリング・プロセス及びモリブデンターゲットを用いる工程、
水素プラズマで該電極層を処理する工程、及び
該電極層上に圧電体物質の層を設ける工程
である。
圧電体物質は、都合よくは、窒化アルミニウムを含んでよい。

水素プラズマ処理は、約１８０KHz〜約２７．１２MHzの範囲の周波数を用い及び２００mm直径の基材に対し約０．５〜約１０KWの範囲の電力で、平行平板型反応器、及び約１〜約１０Torrの範囲の水素圧力を用いて実行されてよい。

また更なる特徴から、本発明は、電極層とは結晶学的に異なり、かつ少なくとも一つの方位に於いて、電極層の原子間隔と約１５％以内にマッチする原子間隔を有する層を選ぶ事を含む、音響共振器に於ける下部電極層用のプライマー層を選ぶ方法にある。

プライマー層は、二層以上の層を含んでもよく、そして、異なる結晶学的構造は、下部層にあってよい。
本発明は上述されたとはいえ、それは、説明又は後に添付の請求項に記載されるいかなる発明の組み合わせにも適用される。
本発明は、種々の様式（way）で実行されてよく、そして、特定の実施態様は、実施例を通して、添付の図１〜３を参照して、ここに記述される。

実験が、あるプライマー層が十分にテクスチャリングされたＭｏ膜の成長を促進する事ができるかを確かめる為に、Ｍｏ膜下のプライマー層を先ず堆積させる事で行われた。結果を表１で要約する。

表１に於いて、見出し「原子ミスマッチ（atomic mismatch）」は、プライマー層上に堆積したモリブデン層に関して、表面に相当する面上のプライマー層の原子間隔に於ける百分率差を示す為に用いられる。例えば、六方晶結晶類は、結晶の方位によっては、同時に示される極めて異なる原子間隔を有している可能性がある。この事は、特にチタンに関して更に論議される。

プライマー層類は、Ｍｏ（モリブデンの原子間隔、ａ_Mo＝２．７２５Å）との原子間隔マッチを基に選択され、そこではプライマーが結晶性並びに結晶性形態に於いて非立方晶であった。この事は、Ｍｏに対する良好なプライマー層類として、ａ_Ta2N＝３．０５Åの原子間隔を有する窒化タンタル、窒化アルミニウム及びチタン、特に六方晶α型のチタンを、暗示した。

チタンは、二形性で、六方晶及び立方晶形態の双方で存在し、そして、堆積条件によっては、六方晶形態チタンは、二つの結晶形態の一つに於けるその結晶方位を示すかもしれない。より高い温度、例えば４００℃の基材温度でチタンを堆積させる事は、結晶面で大きく異なる原子距離を有する（数１）方位を創り出したが、低い温度（典型的には１００℃未満）、例えば４０℃の基材温度でチタンを堆積させる事は、｛０００２｝方位を創り出した。この事は、粗悪な（inferior）モリブデン電極層を作り出す為に見出された。

結晶性マッチングが不十分な物質との更なる比較として、窒化モリブデンも、極めて滑らかだが、非結晶性である非晶質ＳｉＯＮ層と同様に、試みられた。

これら実験からの結果は、結晶性で、電極層に対する異なる結晶学のもので、そして近接した原子距離マッチングを有する、例えば、該電極層に対して約１５％以内のマッチングを有する、プライマー層を選び出す事により、音響共振器に於ける十分にテクスチャリングされた下部電極層を作り出すプライマー層を選び出すやり方を特定する。

配向性が良好なＭｏ（ＦＷＨＭ＝１．８４°）上に堆積したＡｌＮも配向性が良好である（ＦＷＨＭ＝１．１０°）事が、分かり得る。配向性が良好なＭｏ電極層とその上に堆積した配向性が良好なＡｌＮ圧電体層との間に直接関係があるように見える。又、注目すべきは、厚肉のプライマー層はＭｏテクスチャの品質を下げる傾向がある事、である。これは厚肉のプライマー層類が一層粗い事に因ると、考えられる。

極めて当然で、Ｍｏとの原子間隔マッチが不十分な窒化Ｍｏプライマー層類は、粗悪なＭｏテクスチャを示した。極めて滑らかな非晶質のＳｉＯＮプライマーも粗悪なＭｏテクスチャを示した。

良好な圧電体電極層類は、又、上部に立方晶モリブデン層を有する、例えば、六方晶チタン、立方晶アルミニウムからなるスタック（stack）構造上に形成されるかもしれないと、仮定される。このスタック構造は、下部チタンと覆っているアルミニウムとの間での結晶学に於ける所要の変化（この実施例に於ける六方晶から立方晶に）を提供するだろう。その様な構造に於いて、１，０００Åを超える、及び典型的には２，０００Åの厚みの上部電極層を有するプライマー複数層は、各々の層が典型的には１５０Åの厚みであり、典型的には５００Å以下の総厚みであろう。この実施例は、本発明の一般性（generality）を実証する為に示され、上部アルミニウム並びにモリブデンの層は、それらが双方とも導電性であるので、一緒に電極と見なされる事もあり得、そして、もし幾つかの層がこの機能を遂行する様にふさわしい厚さに膜厚を増加させるならば、実際には、単一の導電性層は、１，０００Åの厚みを超える必要は決してない。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）並びにＦＷＨＭの調査は、ＡｌＮ（５０nm）／Ｍｏ（１８０nm）スタックに関して行われた。そして、その様な構造の顕微鏡写真は、図１に示される。ｒｍｓ粗度は、０．５０nmである。ＭｏのＦＷＨＭは、２．４°で、そして、ＡｌＮのＦＷＨＭは、１．２２°である。ｚ軸は、５nmである。

多分、下部電極の下の音響ミラーのデザインにより、プライマー層類を用いる事又はＭｏ電極から逸脱する事は、いつも可能ではないかもしれない。従って、追加の実験が、プライマー層無しでモリブデン下部電極上のＡｌＮテクスチャを向上させる為に、行われた。

スパッタリング・プロセスは、ターゲットに衝突する希ガスのイオンを利用する。スパッタリング効率は、ターゲット原子の質量とマッチするスパッタリングガスを用いる事により向上する。従って、例えば、Ａｒ効率とＫｒ効率との間で見られる差異は、多分、Ｍｏ原子とスパッタリングガス原子との間でのエネルギー伝達の効率に因る。ＫｒとＭｏとの間でのエネルギー伝達（Ｅ_t＝０．９９）は、Ｋｒ（原子量 ８０）とＭｏ（原子量 ９６）との間でのより良好な質量マッチに因り、ＡｒとＭｏとの間でのエネルギー伝達（Ｅ_t＝０．８３）よりもより高い。従って、Ｋｒを用いてスパッタリングされたＭｏ原子は、Ａｒを用いてスパッタリングされたＭｏ原子よりもより低いエネルギーを有しているだろう。この事は、アルゴン及びクリプトンで堆積したＭｏ膜（図２及び３）の粗度に於ける顕著な差異、及びこれら膜上での次に形成されるＡｌＮテクスチャに於ける差異を、説明する。

この事は、より滑らかな窒化アルミニウムの層が、ターゲット物質に対し質量マッチが不十分なスパッタリングガスを用いて、下部モリブデン電極をスパッタリングする事により達成される可能性がある事を、暗示する。それ故に、この事は、スパッタリングされるターゲット物質がウエハー表面に到達する時（スパッタリング効率のロスはあるが）、そのターゲット物質に対してより高い残存エネルギーレベルを提供する。

それ故に、実験は、アルゴン、クリプトン及びネオン中で絶縁体に堆積するモリブデン電極層で行われ、次いで、窒化アルミニウムがこのモリブデン層上にスパッタリングされた。更に、幾つかの実験の為に、水素プラズマ処理が、窒化アルミニウム層をスパッタリングする前にＭｏ下部電極層上で行われた。水素処理チャンバーは、上部シャワーヘッド（showerhead）に印加される１３．５６MHzでのＲＦを有する狭い間隔で並んだ平行平板型反応器であった。ベストな結果が、２kWのパワー並びに４Torrの水素圧力で得られた。これらの実験を表２で要約する。

意外にも、ベストなＡｌＮのＦＷＨＭの結果が、最も悪いＦＷＨＭを示すＭｏの下地（underlay）を水素プラズマ処理する事により得られる。この事は全く予想外であり、そして、ネオンで堆積したＭｏを水素処理する事により、かなりの差で、最も悪いＭｏ下地がベストのＭｏ下地に変質させられる。

水素プラズマ処理に対するプロセスウィンドウ（process window）は、より高いパワー並びに圧力に対してＡｌＮのＦＷＨＭ結果を向上させる（より小さい角度）全体的な傾向に関して、かなり幅が広い（broad）事が見出された。２００mmウエハーに印加される０．５〜２kWのパワー及び０．５〜４Torrの水素圧力の範囲以内で、良好な結果が、２kW及び４Torr条件でのベスト結果と共に、得られた。

対照的に、３５６KHzの低い周波数のＲＦが、１３．５６MHz周波数のＲＦの代わりに試みられ、１５０秒にアップしたプロセス時間に対するＡｌＮのＦＷＨＭ角度は変えないが、より長いプロセス時間でのＭｏ膜のブリスタリング（blistering）を伴った。電極は、用いられたプラズマ反応器に於いて、狭い間隔で並んでいた（３０mm未満）。より低い圧力並びに周波数は、衝撃（bombardment）での増加したエネルギーと関係し、実験的証拠は、低いエネルギーレベルにある増加した磁束（flux）により、ベスト結果が得られる事、である。

すべてのケースに於いて、大気への該当表面の暴露を伴わずプライマー層（複数層）の表面上に電極層を堆積させる事が、好まれ、そして、この事は、本出願人から市販されているシグマ（Sigma）（商標）スパッター・システムの様なマルチチャンバー・「クラスタ」タイプ・シングルウエハー・スパッタリングシステム、又はApplied Materials Incから入手できるエンデュラ（Endura）（商標）の様な類似のシステムに於いて、ベスト状態で得られる。

電極層上に堆積した圧電体層の品質は、適切なプライマー層を選び抜く事により、劇的に向上し得る事が、示されている。この事は、更なる実験結果を伴う、最新の内容である。

上述の全てのモリブデンの堆積は、標準の近接した結合型(close coupled）（４５mmスロー（throw））マグネトロン・スパッタリング・チャンバーで行われた。しかしながら、４３０mmのソースから基材迄の距離及び磁気コイルを有するウルトラ（Ultra）（商標）・スパッター・チャンバー（Trikon Technologies Inc.から市販されている、そして、国際公開第０２／１１１７６号パンフレットに記述される様な）が、ふさわしいプライマー層上のモリブデン堆積に用いられる時、モリブデン電極並びに次に堆積する窒化アルミニウム圧電体の層のＦＷＨＭの角度が改善する事が、見出されている。これは、プライマー層が全く用いられないケースには見られない意外な結果であり、そして、この改善に対する理由は、現在も理解されて無いが、以下の様に説明されるだろう。

磁気コイルの閉じ込め（confinemnt）は、ターゲットでのプラズマ密度を増大させる効果を有しており、そして、その結果、コイルに対して１３５０アンペア・ターンの条件で、スパッタリングされた物質のイオン化度を約５％から約２０〜２５％に増大させる。ソースから基材迄の距離を引き延ばす事は（少なくとも標準より５倍大きい）、ターゲットプラズマから基材を引き離し、その結果、基材への衝撃を低減する効果を有している。印加基材バイアスが無くても、ウエハーは、典型的には、１０ｅＶ台の負の自己バイアスを帯び、その結果、イオン化ガス及び／又はスパッタリングされる物質によるある程度の衝撃を被るだろう。ロングスロー・チャンバーは、必然的に物質効率が悪く（１／１０の基材上の堆積速度）、段差被覆性（step coverage）の要求は無く（共振器類はフラットなので）、そして、電極の下にプライマー層が無い状態では、全くＦＷＨＭの角度向上は見られない。これらの理由の為、ロングスロー・チャンバーは、本用途の全ての既知の要求から避けられており（contra-indict）、実験するために通常は選択されない。結果を表３で要約する。

チタンは、「コールド」（cold）堆積した（公称４０℃）。標準（４５mmのソースから基材迄の距離）での値は、表１の値にそのまま相当し、そして、実験結果の範囲内のみで差がある。

チタンの好ましい｛０００２｝並びに（数２）テクスチャを堆積させる条件を更に詳細に決定する為に、以下の実験が、表２に示された様に行われた。４００℃堆積したＴｉ膜上のＸＲＤ測定は、テクスチャが極めてかすかな｛０００２｝ピークを有する（数３）である事を、示した。Ｔｉに於ける｛０００２｝テクスチャは、配向性が良好なＭｏ膜の成長を促進する為に必要とされる。Ｔｉ膜を一層コールド堆積させる事は、｛０００２｝テクスチャの成長を促進するであろう事が、見出された。ウエハーはスパッタリングする前にヒートステーション（heat station）に於いて気体を除く為に加熱されるので、低温度での堆積は冷却ステップを必要とする。この事は、ウエハーチャック（wafer chuck）に対する熱伝導度を増大させる為に、チタンチャンバーをアルゴンでバックフィリング（backfilling）する事で、実験的には達成された。より的確には、それは、ウエハー静電クランピング（electrostatic wafer clamping）並びにウエハー・バックサイドガス与圧（wafer backside gas pressurisation）の様なふさわしいクランプ／冷却により、達成されるかもしれない。次いで、Ｔｉ膜は、｛０００２｝テクスチャを促進する為に１００℃並びに４０℃で堆積した。結果を表４に示す。

以下の結論が、表４に示された結果から出され得る。Ｔｉの｛０００２｝テクスチャは、良好なＭｏテクスチャを促進する事に際し、（数４）テクスチャよりもより効力があり、ウエハーは、Ｔｉでの｛０００２｝テクスチャを得る為に、Ｔｉの堆積の間中コールドである事を必要とし、そして、ＡｌＮテクスチャは、Ｍｏテクスチャでの改善により向上する。

既に示された様に、Ｔｉシード及び特に｛０００２｝シードの効果に対する理由は、電極の原子間隔に対してシードの原子間隔をマッチングさせる事である。

Ｔｉ、Ｍｏ及びＡｌＮに対する該当面での格子定数及び原子間隔は下表に示されている。｛１１０｝面上のＭｏ（それは、Ｍｏでの好ましいテクスチャである）での格子マッチは、｛０００２｝テクスチャリングされたＴｉシードとの間でより良好である事が、表５から分かり得る。この事は、１００℃より低いコールド堆積したＴｉ膜上で見られたより良好なＭｏのＦＷＨＭを説明する。

タングステンは、Ｍｏとのベストな原子マッチを有しており、そして、それ故に、十分にテクスチャリングされたＭｏ膜に対するシーディング層としての使用候補である。しかしながら、堆積したままの（as-deposited）Ｗ膜（「シーディング」（seeding）又はプライマー層類の無い）のテクスチャは不十分（ＦＷＨＭ＞１０．０°）なので（Ｍｏと同じ様に）、タングステンはこの点で使えない。この不十分なテクスチャは、覆っているＭｏ膜に於いて複製されるだろう。対照的に、ＴｉテクスチャがＭｏテクスチャに影響する唯一のファクターではないが、４．５°未満のＦＷＨＭを有するＴｉを堆積させ得る。ＴｉテクスチャがＴｉプライマー層の膜厚の増大と共に向上する一方で、Ｍｏ（及びＡｌＮ）テクスチャはＴｉプライマー層の膜厚の増大と共に品質が低下する事が、見出される。｛０００２｝ＴｉのＦＷＨＭは、１５nm厚のＴｉ膜に対して４．５°であり、そして、１００nm厚のＴｉ膜に対して３．５２°である。Ｔｉプライマーの厚みの増大と共にＭｏテクスチャの品質低下は、多分、厚みの増大と共にＴｉ膜が粗くなる事に因る。

それ故に、望ましいプライマーは、電極層とぴったりの原子間隔マッチングを有しており、そして、十分にテクスチャリングされ、そして、堆積したままで滑らかである。チタンプライマー層の最適な厚みは、表６に示される。一般に、共振器用のベストな電極類は、立方晶であり、そして、ベストなプライマー層類は、結晶性形態に於いて六方晶であろう。

極めてかすかな｛０００２｝ピークを持つ（数５）テクスチャを有するＴｉ膜が、４００℃で堆積した。Ｔｉでの｛０００２｝テクスチャは、配向性が良好なＭｏ膜の成長を促進する為に必要とされる。Ｍｏ膜は、５００nmの厚みであり、そして、電力を供給される（powered）コイルを有するウルトラ（商標）チャンバーに於いて２００℃で堆積した。ＡｌＮ膜は、１．５μmの厚みであり、そして、４００℃で堆積した。

ＡｌＮプライマー層は、配向性が良好なＭｏ膜の成長を促進する事に対して、Ｔｉよりもより効力がある事が、表１に示された。この事は、プライマーと電極との間での原子マッチングが電極テクスチャに影響する唯一のファクターでない事を、更に暗示する。ＡｌＮシードのより良好なテクスチャ並びに滑らかさが、ＴｉとＭｏとの間でのより良好な原子マッチングより優位である可能性がある。

追加の実験が、Ｍｏテクスチャに影響を与える際のプライマー層テクスチャの役割を明確にする為に、行われた（４５mmのソースから基材迄の距離で）。配向性が不十分なＡｌＮ膜は、ＡｌＮの堆積前に脱気（degassing）ステップを除外する事により、堆積し得る。配向性が良好なＡｌＮ膜は、配向性が不十分なＡｌＮ膜よりもより良好なプライマー層である事が、分かり得る。ＡＦＭ調査が、十分にテクスチャリングされたＭｏ膜はテクスチャリングが不十分な膜よりもより滑らかである事を、示している様に、この事は、向上した滑らかさに因るかもしれない。

タングステンは、ＢＡＷデバイス類に於いて、下部電極に適用する際、興味あるもう一つの金属である。ＷはＴｉ及びＡｌＮと良好な原子マッチングを有している事が、表５から分かり得、それ故に、Ｔｉ並びにＡｌＮプライマー層が、Ｗ膜に対して又研究された。

Ｔｉ並びにＡｌＮの双方のプライマー層がＷテクスチャを向上させる事が、上表から分かり得る。Ｍｏで実証された様に、ＡｌＮは、Ｗ（及びＡｌＮ）テクスチャを向上させる際、Ｔｉよりもより効力がある。

図１は、基材上に堆積した窒化アルミニウムのプライマー層上に堆積したモリブデンの電極層を備える電極構造の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。

図２は、スパッタリングガスとしてアルゴンを用いて堆積したモリブデン膜の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。

図３は、スパッタリングガスとしてクリプトンを用いて堆積したモリブデン膜のＳＥＭ顕微鏡写真である。

Claims (12)

1. 基材、
   該基材上に、直接又は一層以上の中間層の上に設けられた少なくとも一層の結晶性構造のプライマー層、
   該プライマー層上に設けられたほぼ滑らかな結晶性構造の電極層、及び
   該電極層上に設けられた圧電体層
   を含んでなり、
   （ｉ）該プライマー層の少なくとも一層は、第一の結晶系に属する結晶学的構造を有しており、
   （ii）該電極層は、該第一の結晶系とは異なる第二の結晶系に属する結晶学的構造を有しており、かつ
   （iii）該プライマー層の少なくとも一層の原子間隔と該電極層の原子間隔とが、約１５％以内にマッチしており、
   該プライマー層が２０℃〜１００℃で堆積されたものであり、
   該電極層がネオン・スパッタリングにより堆積され、次に水素プラズマで処理されたモリブデンである事を特徴とする、音響共振器。
2. 基材、
   該基材上に、直接又は一層以上の中間層の上に設けられた少なくとも一層の結晶性構造のプライマー層、
   該プライマー層上に設けられたほぼ滑らかな結晶性構造の電極層、及び
   該電極層上に設けられた圧電体層
   を含んでなり、
   （iv）該プライマー層の少なくとも一層は、第一の結晶系に属する結晶学的構造を有しており、
   （ｖ）該電極層は、該第一の結晶系とは異なる第二の結晶系に属する結晶学的構造を有しており、かつ
   （vi）少なくとも一つの方位に於いて、該プライマー層又は少なくとも該電極と接するプライマー層の原子間隔と該電極層の原子間隔とが、約１５％以内にマッチしており、
   該プライマー層が２０℃〜１００℃で堆積されたものであり、
   該電極層がネオン・スパッタリングにより堆積され、次に水素プラズマで処理されたモリブデンである事を特徴とする、音響共振器。
3. 前記電極層は、立方晶系に属する結晶学的構造を有している事を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された音響共振器。
4. 前記プライマー層は、六方晶系、正方晶系、又は斜方晶系に属する結晶学的構造を有している事を特徴とする、請求項３に記載された音響共振器。
5. 前記プライマー層は、六方晶α型チタン、インジウム、窒化アルミニウム、窒化タンタル、ケイ化タングステン、亜鉛又は炭化モリブデン、あるいは合金又は化合物から選ばれる事を特徴とする、請求項３又は請求項４に記載された音響共振器。
6. 前記プライマー層は、約２００nm以下の厚みを有している事を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載された音響共振器。
7. 前記プライマー層は、約１００nm以下の厚みを有している事を特徴とする、請求項６に記載された音響共振器。
8. 前記プライマー層は、約５０nmの厚みを有している事を特徴とする、請求項６又は請求項７に記載された音響共振器。
9. 少なくとも一層のプライマー層を２０℃〜１００℃で堆積させる工程、
   該プライマー層の上部表面上にモリブデンを含んでいる電極層をネオン・スパッタリングにより堆積させる工程、
   堆積された該電極層を水素プラズマで処理する工程、及び
   該最上部電極層上に圧電体物質の層を堆積させる工程
   を含む音響共振器を形成する方法であって、該プライマー層は、六方晶α型チタン又は窒化アルミニウムを含み、その上面の原子間隔が該電極層の原子間隔と約１５％以内にマッチし、かつ立方晶形態のものではない事を特徴とする、音響共振器を形成する方法。
10. 少なくとも一層のプライマー層を２０℃〜１００℃で堆積させる工程、
    該プライマー層の上部表面上にモリブデンを含んでいる電極層をネオン・スパッタリングにより堆積させる工程、
    堆積された該電極層を水素プラズマで処理する工程、及び
    該最上部電極層上に圧電体物質の層を堆積させる工程
    を含む音響共振器を形成する方法であって、該プライマー層の少なくとも一層は、六方晶α型チタン又は窒化アルミニウムを含み、その上面の原子間隔が該電極層の原子間隔と少なくとも一つの方位に於いて約１５％以内にマッチし、かつ立方晶形態のものではない事を特徴とする、音響共振器を形成する方法。
11. 前記プライマー層は、約４０℃で堆積する事を特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載された方法。
12. 前記プライマー層及び前記電極の堆積の間に真空破壊が無い事を特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載された方法。

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