(57)【要約】【解決手段】  改善された薄膜ゲッタ装置（３００、５００）は、基板（３２０、５２０）上に置かれたゲッタ材の層（３５０、５５０）を具備している。この層は主部分（３４０、５４０）と、キャップ部（３６０、５６０）とを有している。キャップ部は、装置の外表面を形成している。キャップ部は、主部分より低い比表面積を有している。【選択図】図３
2009522104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積されたゲッタ材の層を具備する薄膜ゲッタ装置であって、
前記層は、主部分と、前記装置の外面を形成するキャップ部と、を有し、
前記キャップ部は前記主部分よりも小さな比表面積を有する、
ゲッタ装置。
【請求項２】
基板上に堆積されたゲッタ材の層を具備する薄膜ゲッタ装置であって、
前記層は、主部分と、前記装置の外面を形成するキャップ部と、を有し、
前記キャップ部は前記主部分よりも高い密度を有する、
ゲッタ装置。
【請求項３】
前記主部分は前記基板上に堆積され、前記キャップ部は前記主部分上に堆積されている、請求項１または請求項２の装置。
【請求項４】
前記キャップ部は実質的に一様な比表面積を有する、請求項１または請求項３の装置。
【請求項５】
前記キャップ部は、前記主部分と前記キャップ部との間の境界における第１値と、前記装置の前記外表面における第２値と、の間で変化し、
前記第２値は、前記第１値より小さい、
請求項１または請求項３の装置。
【請求項６】
前記ゲッタ材がチタンである、先行する請求項のいずれかの装置。
【請求項７】
基板上にゲッタ材をスパッタすることを具備する薄膜ゲッタ装置の製造方法であって、
前記スパッタすることは、
（ａ）スパッタ条件の第１の組を用いてゲッタ材の主部分をスパッタすることと、
（ｂ）スパッタ条件の第２の組を用いてゲッタ材のキャップ部をスパッタすることと、
を具備し、
前記スパッタ条件の第１の組は前記スパッタ条件の第２の組を用いて生成される層より高い比表面積の層を生成するように構成されている、方法。
【請求項８】
基板上にゲッタ材をスパッタすることを具備する薄膜ゲッタ装置の製造方法であって、
前記スパッタすることは、
（ａ）スパッタ条件の第１の組を用いてゲッタ材の主部分をスパッタすることと、
（ｂ）スパッタ条件の第２の組を用いてゲッタ材のキャップ部をスパッタすることと、
を具備し、
前記スパッタ条件の第１の組は前記スパッタ条件の第２の組を用いて生成される層より低い密度の層を生成するように構成されている、方法。
【請求項９】
前記スパッタ条件の第１の組は、第１圧力を具備し、
前記スパッタ条件の第２の組は、より低い第２圧力を具備する、
請求項７または請求項８の方法。
【請求項１０】
前記スパッタ条件の第２の組は、前記スパッタ条件の第１の組において用いられる圧力と等しい第１圧力から第２圧力へと減少する変化する圧力を連続的に印加することを具備する、請求項７または請求項８の方法。
【請求項１１】
前記圧力は前記第の１圧力から前記第２圧力へと直線的に減少する、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記ゲッタ材はチタンである、請求項７乃至請求項１１のいずれかの方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項６のいずれかのゲッタ装置を具備する振動構造ジャイロスコープ。
【請求項１４】
実質的に添付の図面を参照して本明細書に記載されているような薄膜ゲッタ装置。
【請求項１５】
実質的に添付の図面を参照して本明細書に記載されているような薄膜ゲッタ装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜ゲッタ、および薄膜ゲッタの製造方法に関する。本発明は、特にスパッタによって得られる薄膜ゲッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲッタ材は、真空の質を改善するために真空技術適用形態において用いられる反応性の高い材料である。一般に用いられるゲッタ材はチタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、およびこれらの１つと、アルミニウム、遷移金属元素、または希土類の１つまたは複数の元素との合金または合成物、例としてチタン・バナジウム、ジルコニウム・アルミニウムを含む二元合金、あるいはジルコニウム・バナジウム鉄のような三元合金である。ゲッタは、真空環境内にある微量ガスと化学反応することにより機能する。例えば、真空環境に微量の酸素と窒素がある位置でゲッタ材の酸化物および窒化物が形成され得る。ゲッタ材の１つの具体的な適用形態は、真空パッケージングを採用することが多くの場合に必要となり得る微小装置の分野である。装置から気体を抜くことに関連する問題を克服するために、現場型ゲッタ（in-situ getter）が用いられて気体を抜くことによるあらゆる生成物を吸収する。具体的な一例は、微細化された容量性ジャイロスコープの製造に関係するものであり、例として欧州特許第1163490号に記載されているものである。この構造における変動のＱ因子は圧力に敏感で、特に、圧力の増加に伴って劇的に低下する。したがって、振動構造の周囲で安定した高度の真空を維持することが重要である。これは、現場型ゲッタ装置を用いることを通じて部分的には達成される。そのような適用形態では、ゲッタ装置が多量の気体を吸収できることが望ましい。多くの場合、このことは、ゲッタ材が高い多孔度、すなわち大きな比表面積を有するようにすることによって達成されることが可能である。
【０００３】
ゲッタ装置について知られている問題は、活性化の問題である。ゲッタ装置が現場において活性化されることができるようにすることが必要である。反応性が非常に高いゲッタ材は、標準的な大気条件に晒されると、パッシベーション酸化被膜を急速に生成し、それにより、真空条件でのゲッタとして役立たなくなるであろう。この問題に対する様々な解決策が提案されてきた。例えば、Sparksは、米国特許6,923,625号で、反応性材料を実質的に非反応性材料の層で覆うことを提案した。非反応性層が十分に薄いところでは、適切に加熱することによって、反応性材料と非反応性材料とが、反応性材料の少なくとも一部が周囲の空気からのゲッタ気体と反応することができる程度まで、相互に拡散した状態になる。欧州特許出願番号第1518599号においてSAES Getters S.p.Aによって開示された別の解決策は、低い活性化温度を有する第１の非拡張性ゲッタ合金の層が大きな比表面積を有する第２の異なる非蒸発性ゲッタ材の層上に位置して形成されるゲッタ多層構造を設けることである。この多層ゲッタは真空条件の下で生成され、この結果、第２のゲッタ合金が後続の取り扱いの間に大気に決して晒されない。第１のゲッタ合金だけが晒される。後続の活性化は、第１のゲッタ合金の低い活性化温度で行なわれる必要がある。上記の解決策は両方とも、ゲッタ装置が必ず多くの異なる材料を具備する必要があるという不都合を示す。このことによって、特にスパッタ工程が製造の際に用いられる場合、製造工程が複雑になる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、既知のゲッタ装置に関する上記の問題のうちの少なくとも幾つかを緩和することである。本発明のさらなる目的は、既知のゲッタ装置より製造が簡単なゲッタ装置を提供すること、また必要な場合に簡単に活性化されることが可能なゲッタ装置を提供することである。
【０００５】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】欧州特許第1163490号明細書
【特許文献２】米国特許第6,923,625号明細書
【特許文献３】欧州特許出願番号第1558599号明細書
【発明の開示】
【０００６】
広く、本発明は、ゲッタ装置の製造中にスパッタ・パラメータを適切に制御することを通じてゲッタ装置の特性が調整されるスパッタを通じて製造されるゲッタ装置の概念に属している。そのような装置は唯１つのゲッタ材を用いて製造されることが可能であり、同時に今まで通り取り扱いの間に大気条件から実質的に保護されることが可能で、必要なときに、例えば微細加工環境において現場にて活性化されることが可能である。
【０００７】
発明の第１の態様に従って、本発明は、基板上に堆積されたゲッタ材の層を具備する薄膜ゲッタ装置であって、当該層は第１部分と装置の外面を形成するキャップ部とを有し、キャップ部は第１部分よりも小さな比表面積を有する、ゲッタ装置が提供される。本発明の第２の態様に従って、基板上に堆積されたゲッタ材の層を具備する薄膜ゲッタ装置であって、当該層は、主部分と装置の外面を形成するキャップ部とを有し、キャップ部は主部分よりも小さな比表面積を有する、ゲッタ装置が提供される。キャップ部は、標準的な取り扱いの間、ゲッタ装置の主部分の酸化の度合いを低下させる。本発明の重要な利点は、同じゲッタ材（例えばチタン）からキャップ部および主部分の両方が製造されることであり、この結果、キャップ部が存在して通常の状態におけるゲッタ装置の取り扱いを容易にすることを可能にしながら、製造工程が既知のゲッタ装置で可能なものよりもはるかに単純になる。相違する材料を用いてキャップ部を形成するのではなく、本発明は相違する条件下で堆積された同じ材料を用いて、この結果、キャップ部がゲッタ装置の主部分と異なる物理的特性を有する材料の層という形態になる。
【０００８】
発明の一実施形態では、キャップ部は、主部分とキャップ部との間の境界における第１値と装置の外表面における第２値との間で変化し得、第２値は第１値より小さい。
【０００９】
本発明の第３の態様に従って、基板上にゲッタ材をスパッタすることを具備する薄膜ゲッタ装置の製造方法であって、当該スパッタすることは、スパッタ条件の第１の組を用いてゲッタ材の第１部分をスパッタすることと、スパッタ条件の第２の組を用いてゲッタ材のキャップ部をスパッタすることと、を具備し、スパッタ条件の第１の組はスパッタ条件の第２の組を用いて生成される層より高い比表面積の層を生成するように構成されている、方法が提供される。本発明の第４の態様に従って、基板上にゲッタ材をスパッタすることを具備する薄膜ゲッタ装置の製造方法であって、当該スパッタすることは、（ａ）スパッタ条件の第１の組を用いてゲッタ材の主部分をスパッタすることと、（ｂ）スパッタ条件の第２の組を用いてゲッタ材のキャップ部をスパッタすることと、を具備し、スパッタ条件の第１の組はスパッタ条件の第２の組を用いて生成される層より低い密度の層を生成するように構成されている、方法が提供される。したがって、ゲッタ材の層の主部分は基板上に直接堆積され、キャップ部は主部分上に堆積される。便利なことに、スパッタ条件が、製造中に標準大気条件にゲッタ装置を晒すことを必要とすることなく連続的なスパッタ工程の間に変更されることが可能である。
【００１０】
スパッタ条件の第１の組は、第１圧力を具備し得、スパッタ条件の第２の組はより低い第２圧力を具備し得る。圧力を変化させることによって、ゲッタ装置のスパッタされた層の物理的特性を主部分とキャップ部の間で変えるという単純な方法が提供されることが分かった。代替的な実施形態では、スパッタ条件の第１の組はスパッタ条件の第２の組より低い温度を具備し得る。
【００１１】
スパッタ条件の第２の組は、スパッタ条件の第１の組において用いられる圧力と等しい第１圧力から第２圧力まで減少する変化する圧力を連続的に印加することを具備し得る。以下に記載されている１つの具体的な例示的な実施形態では、圧力は、第１圧力から第２圧力まで直線的に減少する。
【００１２】
本発明は、上に記載されているようなゲッタ装置を具備する振動構造ジャイロスコープ、例として容量性ジャイロスコープまで及ぶ。
【００１３】
本発明の上記の特徴およびさらなる特徴は、添付図面において具体的に記載されるとともに、添付図面内に示されている様々な例示的な実施形態を参照しながら以下に詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に従ったゲッタ装置はスパッタ堆積技術を用いて製造される。陰極堆積として知られているスパッタ堆積は、半導体業界および光学業界において材料の薄膜を堆積するのに広く用いられているよく知られた技術である。スパッタ堆積装置１００の概略図が図１に示されており、その動作は後に簡単に説明される。ガス源１１０がチャンバ１２０に設けられている。チャンバは、真空ポンプ１３０によって低圧に維持されている。ガスは不活性ガス（例えばアルゴン）である。チャンバは基板１４０およびターゲット１５０を保持する。ガス源から供給されたプロセス・ガスは、真空チャンバ１２０内でイオン化され、この結果生じる正に帯電したイオン１６０は、陽極１７０による電場の影響によってターゲット１５０に向けて加速される。イオンはターゲット１５０と衝突して基板１４０の方向にターゲット材を放出する。ターゲット材は基板上に集まり、この結果、ターゲット材の薄膜１８０が基板１２０上に成長する。
【００１５】
この成長の速度および膜１８０の質は、使用されるスパッタ装置の現実の配置に依存して決定される。多くの重要なパラメータが挙げられ得る。チャンバの大きさおよび配置は、排気速度を通じたシステムの清浄度に影響を及ぼす。排気速度は、チャンバの表面積対体積比によって一部決定される。ターゲットの基板との幾何図形上の関係は薄膜の成長速度に影響を及ぼし、また、ターゲットと基板との間の経路長を通じて、ターゲット材の基板への入射時のエネルギーに影響するであろう。結果得られる薄膜の均一性も、材料をターゲットから放出する際の幾何図形上の変化に影響を受ける。
【００１６】
用いられる真空ポンプの選択によって、システムの達成可能な基本圧力が決定され、したがって、システムの全体の清浄度に影響を及ぼし、また、ガス量ポンプ速度を設定することを通じてプロセス・ガスの清浄度が決定される。これらの特徴は、続いて、例えば不純物の粒界を不純物に留めさせること、すなわち粒成長核の密度に影響を及ぼすことによって薄膜の形態に影響を及ぼし得る。スパッタ・システムにおいて用いられることが可能な真空ポンプの１つの例はクライオ・ポンプである。クライオ・ポンプは、液体ヘリウムを用いてシステム内のあらゆる気体を凝固し、スパッタ・システムにとって比較的清浄な真空状態を作り出すという利点を有する。
【００１７】
プロセス・ガスを選択することによって、プロセス・ガスのイオン化エネルギーによるプラズマ形成の容易さが決定され、プロセス・ガスの原子質量を通じた放出されたターゲット材の運動エネルギーも決定される。プロセス・ガス圧力を選択することによって、ターゲットに入射するイオンと基板に入射するターゲット粒子の両方の実際のエネルギーが、チャンバで生じる散乱衝突の回数が変化することを通じて制限される。ターゲット材を選択することによって、堆積速度、均一性、放出されたターゲット材の運動エネルギーが影響を受ける。
【００１８】
薄膜、特にスパッタにより形成された薄膜の成長メカニズムは、多くの場合、ゾーン・モデルによって記述される。ゾーン・モデルは、ソーントン・モデルとして知られており、J. A. Thornton, J Vac. Sci. Technol. 11, p666 (1974)に記載されており、図２に概略的に示されている。このモデルによれば、３つの別個の微構造（ゾーンＩ、ゾーンＩＩ、ゾーンＩＩＩ微構造）が、ゾーンＩ、ゾーンＩＩ間の付加的な遷移ゾーン（ゾーンＴ微構造）と共に、得ることができる。本モデルは、膜がスパッタされる条件とスパッタ圧力とに依存し、このスパッタ条件がターゲット材の融点に対する基板温度の点からパラメータ化されていることを記述している。低いエネルギー条件（高圧および低温）で得られるゾーンＩ微構造は、先細状の粒構造によって特徴づけられる。この先細状の粒構造は、競いながら成長が生じる規則性ない複数の粒成長核から発生し、タッチングな（touching)半球状の強固に相互結合していない粒という結果になる。より高いエネルギー条件（より低い圧力およびより高い温度）の下では、ゾーンＴ微構造が得られ、次いでゾーンＩＩ微構造が得られる。ＩとＩＩとの間の推移は、図２から分かるように、約１／３Ｔｍの温度で生じる。遷移ゾーンでは、粒はゾーンＩでのものよりもより密集して凝集し、繊維状構造を有している。ゾーンＩＩ微構造は、ファセット面（faceted surface）を有するとともに粒相互間の相互結合がはるかに強いさらに密集して凝集した円柱状の粒構造を有している。条件がより高いエネルギーになり、また再結晶化が生じることを可能にするのに十分なエネルギーとなるに連れて、ゾーンＩＩＩ微構造が得られる。ゾーンＩＩＩ微構造には、より大きな柱状の粒がある。ゾーンＩからゾーンＩＩＩ微構造への推移は、図２から分かるように、約１／２Ｔｍで生じる。圧力に応じて遷移温度も変化し、その結果、図２に示されているようにゾーン・モデルが２次元になることに留意されたい。
【００１９】
一般に、スパッタ堆積工程は、機械的に強く高密度で低抵抗の膜を生成するためにゾーンＩＩまたはゾーンＩＩＩ微構造を生成できるように調整される。しかしながら、ゲッタ装置の製造においては、高い比表面積を有する隙間のある多孔性の構造が要求され、このため、ゾーンＩ微構造を有するスパッタ形成された薄膜が、効果がより高いゲッタである可能性が高い。より低いエネルギー条件（より高い圧力および（または）より低い温度）が、効果的なゲッタ装置を製造するために必要とされる。当業者が直ちに理解するように、より低い密度構造がより高い比表面積を有する一方、より高い密度構造はより低い比表面積を有する。
【００２０】
図３は、発明の第１実施形態に従ったゲッタ装置３００の概略図を示している。ゲッタ装置は、基板３２０と、概して３５０として言及される層の形態のゲッタ材を具備している。層３５０は、第１部分３４０およびキャップ部３６０を具備している。本実施形態中のゲッタ材はチタンであり、ゲッタ装置は、基板３２０上にチタンをスパッタして１μｍの厚さのオーダーの薄膜３５０を形成することによって製造される。薄膜３５０の大部分を形成している層である主部分３４０は、下においてより詳細に記載されているように、調整されたスパッタ条件を用いて形成されている。この結果、高いゲッタ活動を示す高い比表面積を有する隙間のある多孔性構造が形成される。キャップ部３６０は主部分よりはるかに薄く、０．０１μｍ乃至約０．１μｍオーダーである。キャップ部３６０は、下においてより詳細に記載されているように、調整された条件を用いて形成され、この結果、主部分３４０より低い比表面積を有し、ひいては主部分３４０より低いゲッタ活動を有するより凝集した微構造が形成される。キャップ部は、ゲッタ装置の外表面を形成し、よって、ゲッタ装置が大気条件に晒されるとき、キャップ部内のゲッタ材は急速に酸化する。しかしながら、キャップ部が僅かな多孔度のみを有するので、本装置が標準大気条件の下で取り扱われる際、層３５０の主部分３４０内のゲッタ装置のバルクは、酸化から保護される。
【００２１】
一旦大気条件に晒されると、装置３００は真空環境内でゲッタとして機能するために活性化されなければならない。活性化されるために、第１部分３５０内のゲッタ材が露出されなければならない。実験によって、このことが、本装置を４５０℃の温度へと熱することによって達成されることが可能であることが示された。現在、この活性化は、本ゲッタ装置が熱膨張してキャップ部３５０の粒構造の隙間が増えるとともに主部分３４０を露出すること、またはより高い温度での粒の成長によって粒構造をより粗くしてこれによって粒相互間の多孔度を増加させる結果となること、のいずれかに起因すると考えられる。または、この活性化は、キャップ部の薄膜表面層のバルクへと拡散し、新たな材料を露出させることの結果であり得る。しかしながら、他のメカニズムが原因であるかもしれない。
【００２２】
装置３００は、米国ニューヨーク州１４６０３、ロチェスター、私書箱１８８８、リー通り５２５のＣＶＣプロダクツ社（CVC Products Inc., of 525 Lee Road, P.O. Box 1888, Rochester, N.Y. 14603, USA）から入手可能なＣＶＣ６０１スパッタ・システムによって製造されている。これは、スパッタ・アップ（sputter up）構成内の３つの８インチのマグネトロン・ターゲットを伴ったクライオ・ポンプで排気されたバッチ・ロード型（batch-loaded）の複数基板堆積機械である。基板は、一部熱的に絶縁された回転可能な、４インチまたは５インチの１２枚のウェハを保持可能なカルーセル上に保持される。
【００２３】
従来の高密度かつ低抵抗のチタン膜が圧力８ｍＴｏｒｒのアルゴン雰囲気中で５００ＷのＤＣスパッタ電力を用いてＣＶＣ６０１システムで得られることが可能であることが見出された。０Ｗから５００Ｗへとランプ上に上昇するスパッタ電力が１０分に亘って印加される前処理が用いられて、ターゲットの表面上の潜在的に汚染されている物質を除去する。本発明の実施形態の製造方法に使用されるチタン・ターゲットについては、ターゲット表面上で薄い酸化層が存在することが予想される。前処理の間、基板の前方のシャッターは、この潜在的に汚染されている物質がシャッター裏面にスパッタされるように、閉じられている。前処理の終わりに、シャッターは自動的に移動され、また堆積手順が指定されたタイミングで開始される。チタン膜は、堆積されるゲッタ層の位置を定義するために用いられるシャドウ・マスクを用いて、シリコン基板上に直接堆積された。スパッタ・エッチングは実行されなかった。チタンが基板に良好に接着することを確実にするための特別な措置は取られなかった。チタンは高い反応性を有しており、したがって、基板表面と化学結合することが予想されるからである。実験から、全ての堆積条件下で良好な接着が得られることが見出された。
【００２４】
ゾーン・モデルとの関連で上に記載されているように、低エネルギー条件でスパッタを行なうと、一般に、ゲッタ活動が望まれる場合に好ましいより隙間のある多孔性の構造をもたらす結果になる。本例に用いられているＣＶＣ６０１システムでは、基板温度を直接制御することはできず、間接的な温度制御だけが可能である。そのような間接的制御は、スパッタ強度を変更することにより達成されることが可能であり、その結果、自己発熱の程度が低いという結果になるであろう。しかしながら、間接的温度制御は、融点が高い（１６６０℃）チタンの場合に微構造の著しい変化が達成されるのに必要な温度制御の大きさが提供されるのにはおそらく十分でない。いずれの場合でも、ＣＶＣ６０１システムでの温度は正確に制御可能でないし、正確に測定可能でもない。しかしながら、スパッタ圧力は、直接制御されることが可能であり、また結果得られる薄膜の微構造へ著しい変化をもたらすことが期待される。スパッタ圧力を標準的なチタン堆積に用いられる８ｍＴｏｒｒから上げることによって、より隙間の多い構造とより低い密度とを有する微構造が得られる。そのような微構造は、化学物質のゲッタが生じるために利用できる比表面積が大きい。
【００２５】
図３に示されている装置３００の第１部分３４０は、基板上に堆積される膜の第１部分であり、標準的なチタン薄膜の製造において用いられる８ｍＴｏｒｒの圧力より著しく大きな１４ｍＴｏｒｒのスパッタ圧力を用いて、また１００分間の５００Ｗのスパッタ電力を用いて堆積されて、約１μｍの厚さを達成する。キャップ部３６０は、スパッタ圧力を８ｍＴｏｒｒへと減じるとともに１乃至１０分間に亘って５００Ｗで堆積し続けることによって形成されて、約０．０１乃至０．１μｍのキャップ厚さを達成する。したがって、キャップ部は第１部分より著しく薄い。８ｍＴｏｒｒのより低い圧力でキャップ部を堆積することによって、より高いエネルギー条件が達成され、よって、上に説明されているように、より高密度の微構造が得られる。したがって、キャップ部３６０および第１部分３４０の両方は、１つの連続的な堆積工程において製造され、第１部分が製造の最中に大気条件に晒されないという利点が得られる。製造後、第１部分３４０はキャップ部３６０によって大気条件から保護される。さらに、装置３００の第１の主部分、および保護キャップ部の両方が１つの材料を用いて１つの連続する工程において製造されるので、装置３００は、既知の保護されたゲッタ装置より低コストで実行されることが可能である。
【００２６】
より高いスパッタ圧力を用いた場合により多孔質な構造が得られることを確認するために、膜密度の測定値が様々なスパッタ圧力において堆積された多数のチタン薄膜について取得された。その結果は、図４にグラフ式に示されており、８ｍＴｏｒｒから１８ｍＴｏｒｒまでの圧力を増加することによって、結果得られる膜の密度が４．４ｇ／ｃｍ３から３．９ｇ／ｃｍ３へと減少する効果があったことを示している。より低い圧力においてさえ、膜密度はバルク・チタンの膜密度（４．５０７ｇ／ｃｍの３）未満であるが、約０．５ｇ／ｃｍの３の密度の減少（１０％以上）が、印加される圧力の上昇によって達成されることは注目に値する。密度が減少したことは、より隙間の多い、ひいてはより多孔性の微構造であることを示している。そして、そのような微構造はより多くの比表面積、ひいてはより高密度の微構造よりも良好なゲッタ活動を有することが予想される。
【００２７】
本発明の第２実施形態に従ったゲッタ装置５００が、図５に示されている。装置５００は、図３に示されている第１実施形態の装置３００と非常に類似しており、同様の部分は図３において用いられている番号に２００を加えた番号によって参照されている。装置５００は基板５２０とゲッタ材５５０の層とを具備している。ゲッタ材の層は、主部分５４０およびキャップ部５６０へと分割されていることが示されている。装置５００は、実際は、キャップ部５６０のみにおいて装置３００と大きく異なる。キャップ部５６０は、傾斜を持った密度プロファイルを有しており、この結果、主部分である多孔性部分５４０の構造特性とキャップ部５６０の構造特性との間に明確な境界線はなく、代わりに、キャップ部を経由して主部分と等しい第１値からゲッタ装置の表面におけるより高い第２値へと移動するに連れて、膜の密度が徐々に増加する。これに従って、キャップ部５６０を経由してゲッタ装置の表面へと移動するに連れて多孔度が減少する。本発明の第１実施形態とは対照的に、ゲッタ装置の微構造の比表面積は、主部分とキャップ部との間の境界を横切って連続的である。
【００２８】
装置５００は、装置３００の製造に関連して上に記載されているようなＣＶＣ６０１スパッタ・システムで製造される。製造プロセスは、スパッタ工程の最後の１０分間に圧力が１４ｍＴｏｒｒから８ｍＴｏｒｒまで切り替えられない代わりに、スパッタ工程の最後の１０分間に１４ｍＴｏｒｒから８ｍＴｏｒｒまで直線的に減じられて、その結果、上記されているキャップ部５６０が傾斜を有する構造となる点を除いて、実質的に同じである。
【００２９】
ゲッタ装置の有効性を証明するために、エネルギー分散型Ｘ線分析が、上記のように堆積されるともに４５０℃において酸素に５０分間晒された後の多くのスパッタ形成された膜に対して実行された。これらのテストの結果が図６ａおよび図６ｂに示されている。図６ａは、標準的なチタン膜（６１０を付された結果）と、多孔質チタン膜（６２０を付された結果）と、標準的なチタン膜の薄い（一様な）キャップを有する多孔質チタン膜（６３０を付された結果）と、標準的なチタン膜の厚い（一様な）キャップを有する多孔質チタン膜（６４０を付された結果）と、本発明の第２実施形態に従った傾斜を付けられたキャップを有する多孔質チタン膜（６５０を付された結果）と、の多くの上記のように堆積されたゲッタ装置におけるチタンおよび酸素の原子百分率を示している。各ケースにおいて、左側の棒は膜内に存在するチタンの量を原子百分率で示しており、右側の棒は存在する酸素の量を原子百分率で示している。薄いキャップは、１分の堆積時間の結果約０．０１μｍの厚さを有し、他方厚いキャップは１０分間の堆積時間の結果約０．１μｍの厚さを有している。
【００３０】
見て分かるように、かなりの量の酸素が上記のように堆積される段階においてさえも膜内に導入される。この酸素は、ＣＶＣ６０１スパッタ・チャンバの真空チャンバ内で排気した結果、存在する。ＣＶＣ６０１システムがバッチ・ロード型システムであるので、ＣＶＣ６０１が開かれるごとに、内部真空チャンバは外部大気に露出されねばならない。対照的に、ロード・ロック型（load-locked）システムは、内部真空チャンバを外部大気にそれほど定期的に露出することが必要ではないので、より清浄な真空チャンバを有すると予想される。したがって、ロード・ロック型システムで製造されたゲッタ装置は、図６ａおよび図６ｂ内の結果において示されるものよりも低い酸素の導入量を示すであろう。特に、膜のより多孔質な部分をスパッタする間により高いアルゴン圧力が用いられるとともにエネルギー分散型Ｘ線分析は１％の原子百分率でアルゴン・レベルに対して感度を有していると予想されるにも係らず、アルゴンは、どの膜にも導入されなかったことが分かった。
【００３１】
８ｍＴｏｒｒ（６１０を付された結果）での堆積によって形成された標準的な金属膜は、最低の酸素導入量（９．９ａｔ％）を示す。６２０を付された多孔性金属膜（１４ｍＴｏｒｒでの堆積）の結果は、多孔性膜が標準的な金属膜の酸素量の２倍以上（約２２．３ａｔ％）の酸素含有量を有し、より高圧で堆積された膜の多孔度が改善したことを示している。キャップを付された構造（６３０、６４０、６５０を付された結果）は、多孔性金属より著しく低い酸素含有量（サンプル６３０、６４０、６５０について、それぞれ、１５．２ａｔ％、１５．５ａｔ％、１３．４ａｔ％）を有するが、標準的な金属膜よりも依然高い酸素含有量を有している。キャップを付された膜のうち、傾斜を付けられたキャップ（６５０を付された結果）は、約１３．４％で最低の酸素導入量を示している。
【００３２】
キャップを付された膜がより下層の多孔質層を露出させるように活性化されることが可能であることを証明するために、さらなるエネルギー分散型Ｘ線分析が、４５０℃での５０分間の酸素ガスへの露出に続いて検査された各サンプルに対して実行された。容量性ジャイロスコープを形成する際、４５０℃の温度に露出されるのは、ジャイロスコープの製造中の陽極結合の段階であることが予想される。図６ｂは、ＥＤＸ分析によって割り出されるように、この露出の後に膜に導入された酸素の原子百分率の増加率を示している。サンプルは図６ａでのサンプルと同じであったので、同じ参照数字が用いられて図６ｂでのサンプルを参照している。多孔質膜（６２０を付された結果）は、６．２％の最低の酸素含有量を示している。厚いキャップを付されたサンプル（６４０を付された結果）は、１３．９％の著しく大きな酸素含有量の増加を示しており、他方薄いキャップを付されたサンプル（６３０を付された結果）および傾斜を付けられたキャップのサンプル（６５０を付された結果）は、それぞれ、１６．５％および１６．１％の依然大きな酸素含有量の増加を示している。したがって、多孔性構造と比較して、キャップを付する全ての処理によって、装置のゲッタ性能が大幅に改善する。厚いキャップを付された構造の成績が若干劣ることは、４５０℃への加熱において、キャップの分解がより劣ることに起因すると考えられる。
【００３３】
完成済みの振動構造ジャイロスコープにおける本発明の実施形態に従ったゲッタの予備テストは、有望な成績であった。そのようなジャイロスコープ構造は、欧州特許第EP1163490号に開示されているように、シリコンの実質的に平坦なリング振動構造と、この振動構造に駆動運動を与えるとともにその動きを検知する容量性手段と、を具備し、また微細化工技術による製造に適している。振動リング構造は、ジャイロスコープの製造における終わりの方の段階で形成された真空パッケージで囲まれる。その振動のＱ因子ができるだけ高く維持されるようにできるだけ低く維持された周囲圧力内に振動構造があることを確実にすることが必要である。上に記載されているようなゲッタ装置は、構造の他の部品からの排気にも係らずパッケージ内で安定して低圧を維持するために用いられることが可能である。ゲッタは、パッケージの「蓋」に埋め込まれており、活性化が、その上に振動リング形成される構造の基部への蓋を接着する最中に生じる。
【００３４】
本発明の様々な具体的な実施形態について記載したが、上記の例が全ての点において例示的であること、上の実施形態からの変形および改良が添付の請求項において定義されている本発明の範囲から外れることなく可能であることが留意されるべきである。例えば、当業者は、本発明の実施形態に従ったゲッタ層の正確な構成が、ゲッタ層の様々な部分、キャップ部の厚さ、キャップ部に適用される傾斜を付けられた多孔度をスパッタ圧力の制御を通じて調節することを通じて要望通りに容易に修正されることが可能であることを直ちに理解するであろう。また、ゲッタ材としてチタンを用いることが記載されている一方、例えば上に示されているゲッタ材のように、チタン以外のゲッタ材を用いて本発明に従ったゲッタ装置を製造することができることに留意されたい。
【００３５】
さらに、上記のスパッタ・パラメータ値が上に記載されているＣＶＣ６０１スパッタ・システムに適している一方、これらのパラメータが他のスパッタ・システムに必ずしも直ちに当てはまらないことに留意されたい。例えば、上に記載されているように、最適な微構造を達成するのに必要な圧力の絶対値がスパッタ・システムの他のパラメータに応じて変わるので、本発明の上記の実施形態で用いられている圧力は、他のスパッタ・システムへと単純に引き継がれることはできない。さらに、上に記載されているＣＶＣ６０１システムにおいても、密度がより低く、ひいてはゲッタ膜の主部分を堆積するのに用いられる圧力をさらに増加させることによって比表面積がより高く且つ多孔度がより高いチタン膜を生成することが可能かもしれないことが予想される。
【００３６】
ほとんどの製品スパッタ・システムは、高スループットで高密度、高容量膜を達成するために、上記のＣＶＣ６０１スパッタ・システムにおいて用いられている電力よりもはるかに高い目標電力におけるクラスタ配置および単一のウェハ処理を用いている。それらの標準的な製造設定では、堆積速度は非常に高いかもしれないので、多孔性膜を達成するのに必要な圧力は一群のポンプがその最大のガス処理能力に達する前には、達成可能ではないかもしれない。一般に用いられているクライオ・ポンプの場合には、大きなガス負荷によって、ポンプがその動作を停止するかもしれない。しかしながら、当業者が容易に理解するように、そのような問題はより低いスパッタ電力や、真空ポンプ速度を制御するための適切に設計されたガス・コンダクタンスを用いることによって、克服されることが可能である。当業者は、あらゆるスパッタ・システムで本発明に従ったゲッタ装置を生産するために必要な最適化を容易に行なうことができるであろう。しかしながら、そのような製品スパッタ・システムについての非標準的な構成を使用することが必要であり得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】スパッタ装置の概略図。
【図２】圧力と温度を伴ってスパッタで形成された薄膜の微構造の一般的な変化を示す概略図。
【図３】本発明の第１実施形態に従ったゲッタ装置の概略図。
【図４】このようにスパッタで形成されたチタン薄膜密度のスパッタ圧力に対する変化を示すグラフ。
【図５】本発明の第２実施形態に従ったゲッタ装置の概略図。
【図６ａ】本発明の幾つかの実施形態のゲッタ活動を比較するグラフ。
【図６ｂ】本発明の幾つかの実施形態のゲッタ活動を比較するグラフ。
【図１】
2009522104.tif 000003
【図２】
2009522104.tif 000004
【図３】
2009522104.tif 000005
【図４】
2009522104.tif 000006
【図５】
2009522104.tif 000007
【図６ａ】
2009522104.tif 000008
【図６ｂ】
2009522104.tif 000009
【国際調査報告】
2009522104.tif 000010
2009522104.tif 000011
2009522104.tif 000012