(57)【要約】【課題】スパッタリング堆積により堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を有するＳＡＷデバイスの歩留まり及び性能の改善。【解決手段】圧電性基板上のすだれ状電極の上に反応性スパッタリングにより堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を含む表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの共鳴周波数の不均一性を低減する方法。前記方法は、すだれ状電極を有する圧電性基板を基板支持体上に配置し、次に、圧電性基板及びすだれ状電極の上にケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を堆積させてＳＡＷデバイスを形成する工程を含む。ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層が１１オングストローム以下の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有するように、基板支持体がスパッタリングターゲットに対して配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの共鳴周波数の不均一性を低減する方法であって、前記ＳＡＷデバイスは、圧電性基板上のすだれ状電極の上に反応性スパッタリングにより堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を含み、前記方法は、
（ｉ）すだれ状電極を有する圧電性基板を基板支持体上に配置し、前記圧電性基板及び前記すだれ状電極の上にケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を堆積させて第１のＳＡＷデバイスを形成する工程であって、前記第１のＳＡＷデバイスの前記ケイ素酸化物層が１１オングストローム以下の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有するように、前記基板支持体が、スパッタリングターゲットに対して配置される工程、
を含む、方法。
【請求項２】
さらに、
（ii）前記基板支持体の位置を調整する工程；及び
（iii）前記基板支持体上に、すだれ状電極を有する次の圧電性基板を配置し、同じターゲットを使用して、前記次の圧電性基板及びすだれ状電極の上にケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を堆積させて第２のＳＡＷデバイスを形成する工程；
を含み、前記第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も１１オングストローム以下の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有するように、工程（ii）における前記基板支持体の位置が選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ii）及び（iii）が、前記ターゲットの寿命の間に少なくとも１回繰り返される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板支持体と前記ターゲットとの間の分離距離を変えることにより前記基板支持体の位置が調整される、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記又は各調整は、先に形成されたＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層についての表面粗さ測定に基づく、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記基板支持体の位置が、ルックアップテーブルに基づいて調整される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ルックアップテーブルが、前記ターゲットの経過した寿命の値に対応する位置調整値を与える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板支持体が鉛直移動可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記又は各ケイ素酸化物層がマグネトロンを使用して堆積される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
各ケイ素酸化物層が、ＤＣスパッタリング堆積、例えばパルスＤＣスパッタリング堆積、好ましくはパルスＤＣマグネトロンスパッタリング堆積により堆積される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記又は各ＳＡＷデバイスが温度補償ＳＡＷデバイスである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記又は各ＳＡＷデバイスがＳＡＷフィルタである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
圧電性基板であって、その上に堆積されたすだれ状電極を有する圧電性基板；及び
前記圧電性基板及び前記すだれ状電極の表面上に堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層；
を含み、前記ケイ素酸化物層が１１オングストローム以下の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有する、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス。
【請求項１４】
前記ケイ素酸化物層が、スパッタリング堆積により前記圧電性基板及び前記すだれ状電極の上に堆積された、請求項１３に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項１５】
前記ＳＡＷデバイスが温度補償ＳＡＷデバイスである、請求項１３又は１４に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項１６】
前記ＳＡＷデバイスがＳＡＷフィルタである、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイスを少なくとも１つ含む電子回路。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電子回路を少なくとも１つ含む、又は、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイスを少なくとも１つ含む電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、例えば温度補償ＳＡＷデバイス（ＴＣ−ＳＡＷ）、及びＳＡＷデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、例えばフィルタは、例えばスマートフォンやタブレットなどのデバイスのＲＦフロントエンドにおける重要なコンポーネントである。ＳＡＷデバイスは、高選択性、低電力及び小フットプリントで、低廉で信頼性のあるＲＦフィルタリングを提供する。最近のマルチバンドのスマートフォンは、１０個以上のＳＡＷデバイスを含むことがあり、この数は、新しいスマートフォンが発表されるたびに増加している。ＳＡＷデバイスに対する要求が増していることから、フィルタ性能を向上させ、歩留まりを最大限に高め、単価を下げるために、構成要素の膜の製造アスペクトには、より一層厳しい制御が求められる。
【０００３】
典型的なＳＡＷデバイスは、研磨された圧電性結晶基板、通常、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含み、その上に、ある配列のすだれ状電極（interdigital transducers）（ＩＤＴ）が配置される。ＩＤＴは、金属電極のインターロッキング櫛型アレイから構成される。ＩＤＴに印加された電気信号は、圧電性基板において圧電効果の結果として機械的表面弾性波に変換される。表面弾性波は、いったん発生すると、基板を伝播することができ、電極のジオメトリを変えることによって、種々のタイプの信号プロセッシングデバイスを介して操作することができる。圧電性基板における最終的なＳＡＷを、別の組のＩＤＴにより電気信号に戻すことができる。
【０００４】
基本的なＳＡＷデバイスの効率を向上させるために、圧電性基板及びＩＤＴの上にケイ素の酸化物（例えば、二酸化ケイ素）を含む層（オーバーコート）が堆積される。ケイ素酸化物層は、ＩＤＴの機械的剛性を増大させ、それによって、下方の圧電性基板へのＳＡＷ波の電気機械的結合を向上させる。ケイ素酸化物層は、温度によるデバイスの周波数ドリフトを減少させるという重要な役割も果たす。かかるデバイスは、温度補償ＳＡＷデバイスとして知られている。
【０００５】
ケイ素酸化物薄膜を堆積させる１つの公知の技術は、ケイ素をターゲットから基板に向けてスパッタし、酸素と反応させて基板上にケイ素酸化物の層を形成する反応性スパッタリング堆積である。この技術の公知の形態としては、ＲＦ（高周波）スパッタリング、ＤＣ（直流）スパッタリング、パルスＤＣスパッタリング、及びパルスＤＣマグネトロンスパッタリングが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、スパッタリング堆積により堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を有するＳＡＷデバイスの歩留まり及び性能を、ＳＡＷデバイスの周波数応答を改善することによって、改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの共鳴周波数の不均一性を低減する方法が提供される。このＳＡＷデバイスは、すだれ状電極を有する圧電性基板上に反応性スパッタリングにより堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を含み、この方法は、
（ｉ）すだれ状電極を有する圧電性基板を基板支持体上に配置し、圧電性基板及びすだれ状電極の上にケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を堆積させて第１のＳＡＷデバイスを形成する工程であって、第１のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層が１１オングストローム以下の算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有するように、基板支持体が、スパッタリングターゲットに対して配置される工程、
を含む。
【０００８】
本発明者らは、圧電性基板上に堆積されたケイ素酸化物層（例えば、二酸化ケイ素層）を有するＳＡＷデバイスについて、デバイスの周波数応答が、ケイ素酸化物層の表面粗さにより影響されることを見出した。特に、ケイ素酸化物層の表面粗さは、デバイス内の周波数分布の不均一性（すなわち、ウェハ内（within-wafer (WIW)）周波数不均一性）と直接相関することが求められた。特定の理論に縛られるわけではないが、表面粗さは、デバイスの弾性応答にとって重要であるバルク膜特性（例えば、密度、弾性率）に直接関係すると仮定される。
【０００９】
本発明者らは、ターゲットと、圧電性基板が載置された基板支持体との間の距離を調整することによって、スパッタリング装置により堆積されたケイ素酸化物膜の粗さを制御できることも見出した。
【００１０】
第１の態様の方法により製造されたＳＡＷデバイスは、１１オングストローム以下の算術平均表面粗さを有するケイ素酸化物層を有する。これは、デバイスにわたって低い不均一性の周波数応答をもたらし、この低い不均一性の周波数応答は、性能及び歩留まりを向上させる。
【００１１】
本明細書及び特許請求の範囲中で使用される用語「ケイ素酸化物層」は、化学量論的ＳｉＯの層というよりも（しかし、この用語は、この可能性を包含する）、ケイ素の少なくとも１種の酸化物を含む層を指す。ケイ素酸化物層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでもよい。ケイ素酸化物層は、二酸化ケイ素層であることができる（しかし、実際には、この層は、純粋なＳｉＯ２である可能性は低い）。
【００１２】
用語「算術平均表面粗さ」は、一般的に「Ｒａ」と表される表面粗さパラメータを指し、平均中央線からの算術平均偏差の１つの尺度である。ケイ素酸化物層の算術平均表面粗さは、当該技術分野で知られている方法、例えばＸ線反射率法又は原子間力顕微鏡法を使用して測定することができ、ケイ素酸化物層の全表面にわたって測定される。
【００１３】
ケイ素酸化物層はＳＡＷデバイスの最後（最も上）の層でなくてもよい。ケイ素酸化物層上にもう１つの層又は複数の層が存在してもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスは１０オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスは９オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスは８オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスは７オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。
【００１５】
ターゲットに対する基板支持体の位置は、試行錯誤により選択することができ、スパッタリング堆積を実施するために使用される装置の構成に依存し得る。
【００１６】
第１の態様の上記方法は、さらに、
（ii）基板支持体の位置を調整する工程；及び
（iii）基板支持体上に次の圧電性基板を配置し、同じターゲットを使用して、当該次の圧電性基板上にケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層を堆積させて第２のＳＡＷデバイスを形成する工程；
を含むことができ、第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も１１オングストローム以下の平均表面粗さを有するように、工程（ii）における基板支持体の位置が選択される。
【００１７】
フィルタデバイスの大量生産の重要な特徴は、ターゲットの寿命にわたってデバイスの歩留まり及び性能を維持することである。スパッタリング装置では、ターゲットと基板との間の有効距離は、ターゲットが消耗するにつれて増加する。さらに、ターゲットの消耗は、ターゲットの表面にわたって不均一であることがある。これは、ターゲットの寿命にわたって通常のターゲットを使用して形成されたＳＡＷデバイスのケイ素酸化物膜の特性にドリフトをもたらす恐れがあり、これは、デバイスの歩留まりの低下をもたらしうる。
【００１８】
基板支持体の位置を調整することによって、ターゲットの寿命中に、第１のＳＡＷデバイスに続くＳＡＷデバイスも、１１オングストローム以下の算術平均表面粗さで形成することができるように、ターゲットと基板支持体との間の有効距離を維持することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は１０オングストローム以下の算術平均表面粗さを有し、そして、基板支持体の位置は、第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も１０オングストローム以下の算術平均表面粗さを有するように選択される。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は９オングストローム以下の算術平均表面粗さを有し、そして、基板支持体の位置は、第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も９オングストローム以下の算術平均表面粗さを有するように選択される。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は８オングストローム以下の算術平均表面粗さを有し、そして、基板支持体の位置は、第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も８オングストローム以下の算術平均表面粗さを有するように選択される。いくつかの実施形態において、第１のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は７オングストローム以下の算術平均表面粗さを有し、そして、基板支持体の位置は、第２のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層も７オングストローム以下の算術平均表面粗さを有するように選択される。
【００２０】
工程（ｉ）及び（ii）が連続的に実施される必要はない。例えば、第１のＳＡＷデバイスの後で基板支持体の位置を調整する前に、もう１つの又は複数のＳＡＷデバイスを形成するために、もう１回の又は複数回のケイ素酸化物堆積を実施してもよい。さらに、第１のＳＡＷデバイスと基板支持体の位置の調整との間に形成されたＳＡＷデバイスは、上記の望ましい範囲の外にある表面粗さを有するケイ素酸化物層を有してもよい。かかるＳＡＷデバイスの検出は、基板支持体の位置を調整すべきことについての指標を与える。
【００２１】
第１の態様の工程（ii）及び（iii）は、ターゲットの寿命の間に少なくとも１回繰り返してもよい。そのため、ターゲットの寿命中に望ましいケイ素酸化物層表面粗さを維持するために必要となった場合に、基板支持体の位置を調整することができる。
【００２２】
かかる実施形態において、工程（ii）及び（iii）が連続的に実施される必要はない。例えば、各基板支持体調整の間に、複数のＳＡＷデバイスを形成するために、複数のケイ素酸化物堆積を実施してもよい。例えば、第２のＳＡＷデバイスを形成した後、基板支持体の位置を再び調整する前に、もう１つの又は複数のＳＡＷデバイスを形成してもよい。さらに、第２のＳＡＷデバイスと基板支持体の位置の調整との間に形成されたＳＡＷデバイスは、上記の望ましい範囲の外にある表面粗さを有するケイ素酸化物層を有してもよい。かかるＳＡＷデバイスの検出は、基板支持体の位置を調整すべきことについての指標を与える。
【００２３】
基板支持体の位置は、ターゲットと基板支持体との間の分離距離を変えることにより調整することができる。例えば、基板支持体の位置は、ターゲットの方へ基板支持体を移動させることにより調整することができる。上述のように、より多くのスパッタリング操作を実施するにつれて、ターゲットは消耗しうる。そのため、ターゲットの方へ基板支持体を移動させることによって、所望の表面粗さを維持するために基板支持体とターゲットとの間の有効距離を維持することができる。
【００２４】
基板支持体はプラテンであることができる。
【００２５】
基板とターゲットとの間の距離を調整できるように、基板支持体は鉛直移動可能（ターゲットに対して）であることができる。
【００２６】
基板支持体の位置の上記又は各調整は、先に形成されたＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層についての表面粗さ測定（例えば、Ｘ線反射率法又は原子間力顕微鏡法による）に基づくものであることができる。例えば、複数のＳＡＷデバイスの生産操業の間、ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層の表面粗さを試験するためにＳＡＷデバイスを選択することができる。表面粗さが所望（特許請求の範囲に記載）の範囲から外れているか又はもう少しでこの範囲から外れることが分かったら、次に形成されるＳＡＷデバイスが所望（特許請求の範囲に記載）の範囲内の表面粗さを有するように、基板支持体の位置を調整することができる。
【００２７】
基板支持体の位置が所望（特許請求の範囲に記載）の範囲内のケイ素酸化物層表面粗さを有する第２のＳＡＷデバイスをもたらすまで、基板支持体の位置を試行錯誤により調整することができる。
【００２８】
基板支持体の位置の上記又は各調整は、ルックアップテーブルに基づくものであってもよい。例えば、ルックアップテーブルは、ターゲットの経過した寿命の値（例えば、実施したスパッタリング操作の時間又は回数の単位で）に対応する基板支持体の位置の値（例えば、基板支持体とターゲットの間の距離、又は、基板支持体を移動させるべき距離）を与えることができる。
【００２９】
上記又は各ケイ素酸化物層は、マグネトロンを使用して堆積させることができる。
【００３０】
上記又は各ケイ素酸化物層は、公知のスパッタリング堆積技術、例えばＲＦスパッタリング堆積、又は、パルスＤＣスパッタリング堆積により堆積させることができる。
【００３１】
第１及び／又は第２のＳＡＷデバイス又は各ＳＡＷデバイスは、温度補償ＳＡＷ（ＴＣ−ＳＡＷ）デバイスであることができる。
【００３２】
第１及び／又は第２のＳＡＷデバイス又は各ＳＡＷデバイスは、ＳＡＷフィルタであることができる。
【００３３】
圧電性基板は、合成結晶、例えばニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムなどであることができる。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、
表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
圧電性基板であって、その上に堆積されたすだれ状電極を有する圧電性基板；及び
圧電性基板及びすだれ状電極の表面上に堆積されたケイ素の酸化物を含むケイ素酸化物層；
を含み、ケイ素酸化物層が、１１オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスが提供される。
【００３５】
すでに述べたように、本発明者らは、圧電性基板上に堆積されたケイ素酸化物層を有するＳＡＷデバイスについて、デバイスの周波数特性が、ケイ素酸化物層の表面粗さにより影響されることを見出した。特に、ケイ素酸化物層の表面粗さは、デバイス内の周波数分布（すなわち、ウェハ内（ＷＩＷ）周波数）の不均一性と直接相関することが分かった。１１オングストローム以下の平均表面粗さを有するケイ素酸化物層を有するＳＡＷデバイスを提供することによって、デバイス内の周波数分布の不均一性を改善し、それによって、性能及び歩留まりが向上する。
【００３６】
ケイ素酸化物層はＳＡＷデバイスの最後（最も上）の層でなくてもよい。ケイ素酸化物層上にもう１つの層又は複数の層が存在してもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は１０オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は９オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は８オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。いくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は７オングストローム以下の算術平均表面粗さを有する。
【００３８】
第２の態様のＳＡＷデバイスのケイ素酸化物層は、スパッタリング堆積、例えば、ＲＦスパッタリング堆積又はパルスＤＣスパッタリング堆積によって、圧電性基板及びすだれ状電極の上に堆積されたものであることができる。スパッタリング堆積は、マグネトロンを使用して行われてもよい。
【００３９】
ＳＡＷデバイスは、温度補償ＳＡＷ（ＴＣ−ＳＡＷ）デバイスであることができる。
【００４０】
ＳＡＷデバイスは、ＳＡＷフィルタであることができる。
【００４１】
圧電性基板は、合成結晶、例えばニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムなどであることができる。
【００４２】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様によるＳＡＷデバイスを少なくとも１つ含む電子回路が提供される。
【００４３】
本発明の第４の態様によれば、第３の態様による電子回路を少なくとも１つ又は第２の態様によるＳＡＷデバイスを少なくとも１つ含む電子デバイスが提供される。
【００４４】
本発明を以下で説明するが、本発明は上記の若しくは以下の説明、図面又は特許請求の範囲に記載の特徴のいかなる発明的組み合わせにも拡張される。
【００４５】
本発明を、単に例示のために、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明を実施するために使用することのできる装置の模式図である。
【図２】図２は、本発明によるＳＡＷデバイスの模式図である。
【図３】図３は、ＳＡＷデバイスの周波数不均一性とそのケイ素酸化物層の表面粗さとの間の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、ウェハの中央及び縁におけるＲＭＳ表面粗さが、使用されるターゲット−プラテン間距離によってどのように変化するかを示すグラフである。
【図５】図５は、ケイ素酸化物層を堆積させるときに異なるターゲット−プラテン（ＴＴＰ）間距離を使用した、ウェハの中央及び縁領域についての原子間力顕微鏡法により得られたトポグラフィ画像を示す。
【図６】図６は、最適距離から離れるターゲット−プラテン間距離を使用して堆積されたケイ素酸化物膜についてのＸ線反射率法により得られた表面粗さ分布（図の左側、Ａのラベルが付されている）と、最小ケイ素酸化物粗さに関して最適化されたターゲット−プラテン間距離を使用して堆積されたケイ素酸化物膜についてのＸ線反射率法により得られた表面粗さ分布（図の右側、Ｂのラベルが付されている）を示す。
【図７】図７は、図６のデバイスに対応するＳＡＷデバイスについての周波数分布マップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、パルスＤＣマグネトロン反応性スパッタリングアレンジメントの形態の、本発明を実施するための典型的な装置１０を示す。この装置は、真空チャンバ１２を含み、この真空チャンバ内にウェハプラテン１３が設置されている。チャンバ１２の上部は、シリコン又は二酸化ケイ素から形成されたものであることができる円形ターゲット１４を含む。カソードとして作用するターゲット１４にパルスＤＣ電力を印加するためのパルスＤＣ電源１１が備えられている。装置１０は、さらに、金属（典型的にはアルミニウム又はステンレス鋼）から作られた環状リングの形態のアノード１７を含み、このアノード１７はターゲット１４の周囲を取り囲んでいる。アノード１７が、接地されているチャンバ１２に触れるのを避けるため、及び、アノード１７をアノード１７上に位置するターゲット１４から隔離したまま保つために、アノード１７は絶縁部１８（例えばセラミック絶縁体）により支持されている。公知のタイプのマグネトロン１５がターゲット１４の後方（上方）に設置されている。
【００４８】
使用の際に、プラテン１３が、ターゲット１４と対向して、基板、典型的にはウェハを支持する。プラテン１３は、導電性材料から形成されており、プラテン１３が電極として作用することができるように、プラテン１３に容量性結合回路を介してＲＦ電源によりＲＦ信号がバイアスされる。スパッタされたイオンが基板に向かって加速されるように、プラズマの存在下でのＲＦバイアスは、プラテン１３上に負のＤＣバイアスを発現させる。
【００４９】
さらに、ターゲット１４とプラテン１３との間の距離を調整できるように、プラテン１３は、鉛直方向に移動することができる。ターゲット−プラテン間距離（ＴＴＰ）は、基板上に到達するターゲットイオンの角度分布を変化させて、堆積膜の特性に影響を及ぼす。
【００５０】
酸素及びアルゴンの供給源が備えられる。適切なガスマニホールドの一部としてマスフローコントローラを使用して、酸素（Ｏ２）及びアルゴン（Ａｒ）が、ガス入口１６を通じてチャンバ１２内に選択的に入れられる。酸素ガスは、ターゲット１４からスパッタされたケイ素と反応して、プラテン１３上に位置する基板の表面上にケイ素の酸化物を含む層を形成する。本発明に関して使用することのできる又は本発明に関する使用のために容易に適合させることができるＰＶＤシステムは市販されている。例えば、出願人自身のＳｉｇｍａ（登録商標）ｆｘＰTM  ＰＶＤシステムを望ましいマグネトロンとともに使用することができる。
【００５１】
ケイ素酸化物スパッタリング堆積プロセスのために動作条件の例は、２ｋＷのターゲット出力、１０ｓｃｃｍのＡｒと５０ｓｃｃｍのＯ２のスパッタリングガスフロー混合物、５０℃のプラテン温度、及び約１００Ｖ又はそれより高いプラテンＤＣバイアスである。
【００５２】
図２は、装置１０により製造されたＳＡＷデバイス２０の模式図を示す。デバイス２０は、圧電性基板２１、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含む。すだれ状電極を形成している金属電極２２が基板２１上に堆積されている。ケイ素酸化物層２３が、基板２１及び電極２２の上に堆積されている。
【００５３】
ケイ素酸化物の粗さ及びＳＡＷ周波数応答
ケイ素酸化物層の平均（算術平均）表面粗さとＳＡＷデバイスの中心周波数のウェハ内（ＷＩＷ）標準偏差（これは、周波数応答の不均一性の１つの尺度である）との間の相関を調べるために実験を行った。実験に使用したＳＡＷデバイスは、上記の装置１０を使用して堆積された２００ｎｍケイ素酸化物層を有するＬｉＮｂＯ３基板から構成された。市販のシステムを使用してＸ線反射率法（ＸＲＲ）によりオングストローム単位で算術平均表面粗さを測定した。
【００５４】
図３のグラフに示されている結果は、平均ケイ素酸化物膜粗さと中心周波数のＷＩＷ標準偏差との間の強い相関を示している。このグラフは、ハードウェア構成（例えばマグネトロンのジオメトリ）とプロセスパラメータの両方を変えた１１回の実験から得られたデータの相互関係を示す。膜の厚さ、密度及び屈折率は、周波数不均一性と強い対応関係を示さなかった。表面粗さは、かかる広範な条件にわたって、ＷＩＷ周波数不均一性に直接関連付けることができる唯一の測定されたブランケット膜パラメータであることが分かった。このグラフは、約１１オングストローム以下の平均表面粗さが周波数応答に良好な均一性をもたらすことを示している。
【００５５】
ターゲット−プラテン間距離による粗さ最適化
本発明者らは、ターゲット１４とプラテン１３との間の距離を調整することによって、スパッタリング堆積により形成されたケイ素酸化物膜の表面粗さを最適化できることも見出した。図４は、様々なターゲット−プラテン間距離を使用した２００ｎｍケイ素酸化物膜の中央及び縁におけるＲＭＳ表面粗さ（Ｒｑ）のグラフを示す。表面粗さ値は、非接触モードで高解像度原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して１０００ｎｍ×１０００ｎｍの領域にわたって測定した。標準的なＤ型マグネトロン設計を用いて、この例では、約４０ｍｍのターゲット−プラテン間距離（ＴＴＰ）で最適距離が観測された。この距離は、ウェハの中央及び縁の両方において約１．０オングストロームのＲＭＳ表面粗さをもたらした。
【００５６】
対応するＡＦＭトポグラフィ画像が図５に示されている。最適なターゲット−プラテン間距離から離れるにつれて、ウェハの中央におけるトポグラフィと縁におけるトポグラフィとの間で明確な差異を観察することができ、膜は、一般的に、縁よりも中央におけるほうが粗く、なんらかの微粒子構造を観察することができる。４０ｍｍの最適ＴＴＰでは、ウェハの中央と縁との間で粗さの点で識別可能な差異はなく、観察可能な構造はほとんどなかった。
【００５７】
最適なターゲット−プラテン間高さは、個々の装置構成、例えば、マグネトロンの設計（電場強度、ジオメトリ）に依存するが、ターゲット−プラテン間距離によっても変わる厚さの不均一性に直接対応しないことが分かった。これは、表１及び２に示されている。
【００５８】
【表１】
2019057910.tif 000003
【００５９】
【表２】
2019057910.tif 000004
【００６０】
用語「マグネトロンＡ」及び「マグネトロンＢ」は、単に、異なるマグネトロンを使用したことを示すための記述子である。本発明は、使用されるマグネトロンのタイプに関して限定されない。
【００６１】
特性評価したケイ素酸化物膜の表面粗さで、ＳＡＷデバイスを製造し、試験した。ＳＡＷデバイスのケイ素酸化物表面粗さと周波数分布との間で明確な関係が観察された。図６は、４７ｍｍの次善のＴＴＰ距離（suboptimal TTP distance）で１５０ｍｍウェハ上に堆積された２００ｎｍケイ素酸化物層のＸＲＲ粗さマップ（図６の左側）と、４０ｍｍの最適ＴＴＰ距離で１５０ｍｍウェハ上に堆積された２００ｎｍケイ素酸化物層のＸＲＲ粗さマップ（図６の右側）を示す。図７は、デバイスの対応する周波数分布マップを示す。最適ＴＴＰ距離から離れると、ＸＲＲ粗さマップと周波数分布は両方とも、ＳＡＷデバイスのより低い中央周波数に対応するより高い粗さで明瞭なブルズアイ（bulls-eye）パターンを示すことが分かる。この周波数不均一性は、製品の歩留まりの低下につながる恐れがある。しかしながら、ＴＴＰ距離がケイ素酸化物表面粗さに関して最適化された場合には、ＳＡＷデバイスの周波数分布はウェハ全体にわたって均一であり、不合格となったデバイスは少なくなり、製品歩留まりが向上した。
【００６２】
ターゲット寿命中の補正
ＲＦフィルタデバイスの大量生産の重要な特徴は、ターゲットの寿命の全体にわたってデバイスの歩留まり及び性能を維持することである。先に説明した装置１０において、有効なターゲット−プラテン間距離は、ターゲットが消耗するにつれて増加する。これは、著しいデバイスの歩留まり低下をもたらす、ターゲットの寿命にわたるケイ素酸化物膜特性のドリフトをもたらす恐れがある。最適なターゲット−プラテン間距離は、周波数性能及び歩留まりを維持するために、粗さ測定を行い、それに応じてターゲット−ウェハ間距離を調整することによって、ターゲットの寿命中に間隔を置いて再設定することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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