(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの絶縁層の上に堆積された圧電膜を製作するために用いられる方法であって、
前記少なくとも一つの絶縁層の表面の粗さを決定するステップと、
前記少なくとも一つの絶縁層の厚さの均一性を促進するために、回転磁石マグネトロンおよびパルスＤＣパワーを用いる反応性スパッタプロセスを用いて前記少なくとも一つの絶縁層の堆積するステップ、
前記圧電膜の製作に先立って、前記圧電膜の質が決定され得る、十分に低い、前記絶縁層に対する表面の粗さを達成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記絶縁層と前記圧電膜の間に少なくとも一つの金属層が堆積される請求項１記載の方法。
【請求項３】
回転磁石マグネトロンおよびパルスＤＣパワーを、前記圧電膜の厚さの均一性を促進するために、前記圧電膜の堆積時に用いる反応性スパッタプロセスを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
ターゲット材料および基板がスパッタチャンバ内に配置され、かつ反応性ガスがチャンバ内に導入される、反応性スパッタプロセスを含み、
前記スパッタチャンバへの反応性ガスのフローに対してクロスオーバーポイントを決定するステップと、
反応性ガスが実質的に前記クロスオーバーポイントのフローレートに相当するフローレートでチャンバ内に導入され、かつ前記反応性ガスが前記ターゲット材料の一部と反応するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記圧電膜が堆積される前に前記少なくとも一つの絶縁層の前記表面の粗さを測定するステップと、
１０Å（ＲＭＳ）より小さい、前記少なくとも一つの絶縁層に対する所望の表面の粗さを達成するステップとを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの絶縁層の前記表面の粗さが非破壊的にその場でＡＦＭによって測定される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記所望の表面の粗さは、化学的機械的研磨と水素熱スパッタエッチプロセスを利用して達成される請求項５記載の方法。
【請求項８】
回転マグネトロンおよびパルスＤＣパワーを用いた反応性スパッタを用いることによる圧電デバイスを製造する方法であって、
スパッタチャンバ内に回転磁石アセンブリ上で配向されたターゲット材料を提供するステップと、
前記スパッタチャンバ内で基板を配置するステップと、
前記ターゲット材料を横切る磁場を生成するための前記磁石アセンブリの回転を引き起こすステップと、
希ガスを前記スパッタチャンバに導入するステップと、
反応性ガスを前記スパッタチャンバに導入し、前記反応性ガスを前記ターゲット材料の一部と反応させるステップと、
パルスＤＣ電圧を前記スパッタチャンバ内に位置する一対の電極を横切って印加し、前記希ガスからのイオンがターゲット材料に衝突してそこから原子を追い出し、前記ターゲット材料の自由原子が前記希ガスと反応して基板上に被覆を形成するステップとを含み、
前記反応性スパッタは前記基板上の前記被覆の厚さの均一性を促進する方法。
【請求項９】
前記スパッタチャンバへの前記反応性ガスのフローに対するクロスオーバーポイントを決定するステップと、
前記スパッタチャンバへの前記反応性ガスを実質的に前記クロスオーバーでのフローレートに相当するフローレートで導入するステップとをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記一対の電極がターゲットとアノード環を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＤＣ電圧のパルス幅を調節して前記基板上に形成された前記被覆の構造を改善するステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記基板上に形成された前記被覆の屈折率及び、電流あるいはパワーサプライパルス幅を監視して前記被覆に対して所望の屈折率を達成するステップを含む請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記被覆に対して所望の表面粗さを達成するために、前記パルスＤＣ電圧を増大するステップあるいは圧力を減少するステップの少なくとも一つのステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記パルスＤＣ電圧の安定した波形を達成するために、前記回転磁石マグネトロンの電流あるいはパルスＤＣ電圧の少なくとも一つを監視して、周波数を調節するステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１５】
（ｉ）一ないしそれ以上の層の基板上の堆積と、（ｉｉ）絶縁層あるいは金属層の少なくとも一つの上への圧電膜の堆積と、（ｉｉｉ）圧電デバイスの製造での利用、との少なくとも一つを含む請求項８記載の方法。
【請求項１６】
圧電デバイスを製作するための方法であって、絶縁層に対して、１０Å（ＲＭＳ）より小さい表面の粗さを達成することによって、少なくとも一つの絶縁層上に堆積される圧電膜の質を非破壊的に予測し、および保証し、
前記少なくとも一つの絶縁層の厚さの均一性を促進するために、回転磁石マグネトロンおよびパルスＤＣパワーを用いる反応性スパッタプロセスを用いて前記少なくとも一つの絶縁層の堆積するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転マグネトロンスパッタシステムを利用した圧電膜を含む電子デバイスの製造方法に関する。本発明は特に、音響共振子および半導体デバイスの製作に有益である。
【０００２】
【従来の技術】
通信システムは典型的には様々なデバイスを含んでいる（例えば、フィルター、混合器、増幅器、集積回路など）。通信システムは、無線リンク、ツイストペア、光ファイバなどの手段をもちいた情報伝達（例えば、声、ビデオ、データ）に対して有益である。無線通信システムがより広まるにつれて、信号はより高い周波数（例えばＰＣＳ，ＩＳＭなど）で伝送されるようになって来た。市場の圧力に応じてシステムは継続的に発展しつづけ、性能の向上やサイズの現象に対する需要が高まってきた。超音波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）共振子のような共振子はバンドパスフィルタやほかの関連する半導体デバイスの製造において重要な構成要素である。ＢＡＷ共振子は、少なくとも二つの電極間に堆積された圧電材料（例えば、結晶性ＡｌＮ膜）の膜を本質的に含む圧電共振子である。このような構造に電圧を印加すると、圧電材料はある周波数の許容振動モードで振動するだろう。圧電共振器は、周波数ダイバーシティーに基づく信号間での区別（例えばバンドパスフィルター）や安定な周波数信号の提供（例えば、発振器回路の中の周波数安定化フィードバック要素）において有益である。
【０００３】
典型的には圧電共振器の性能と共振周波数は、圧電共振器の材料の組成、厚さ、配向に依存している。圧電材料の共振周波数は典型的にはその厚さに逆比例し、圧電共振子を高周波数（例えば〜７００ＭＨｚないし１０ＧＨｚ）で動作させるためには、圧電膜の厚さは薄膜（例えば約５００ｎｍないし約１０μｍの範囲の厚さを持つ）にまで減少されなければならない。圧電共振器の電気的と機械的エネルギーの間の結合は圧電膜を構成する原子の結晶性の配向に依存している。印加電圧（すなわち電界）に応答して、圧電膜の中の誘導性ひずみ（すなわちストレス波）が圧電膜内の結晶軸の都合の良い配列からのみ起こりうる。都合の良い膜配向の例は、基板に垂直に、ＡｌＮの＜００２＞である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧電膜の質は膜を形成するために用いられた方法によって影響を受けるかもしれない。典型的にはスパッタ堆積あるいは反応性スパッタ堆積法が用いられる。スパッタ堆積は真空堆積プロセスを含み，そのプロセスでスパッタターゲットはイオンに衝突され、ターゲット材料の原子は機械的にターゲットから放され、近傍の基板に堆積する。反応性スパッタにおいて、反応性ガスは堆積チャンバに導入され，ターゲット材料と反応し、直接あるいはその上での自由ターゲット材料との更なる反応のいずれかにより基板上にスパッタされる膜を形成する。ＤＣ反応性スパッタにおいて、直流の電気ポテンシャルがスパッタチャンバにかけられ、その中で反応性スパッタプロセスが行われる。しかしながら典型的なスパッタ及び反応性スパッタ法では、ＤＣ反応性スパッタを含めて、しばしば適切な堆積速度を得られない。例えば反応ガスの方向および配達の改善された制御性を伴う、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような圧電材料の薄膜を効果的に堆積させるための、パルスＤＣスパッタ法が、本出願の譲受人に譲渡され、またここで参照として組み込まれる、Ｍｉｌｌｅｒ等による「圧電共振子製作のためのパルスＤＣ反応性スパッタ法」と題して１９９８年９月１日に出願された米国特許出願に記載されている。ミラー等によれば、圧電膜の質は、膜を堆積するために用いられる技術、すなわち印加電圧のポジティブ部分のパルス幅を所望の膜の組成、歪および構成に基づいて調節することによって改善される。
【０００５】
マグネトロンスパッタシステムは、その中で磁気的にエンハンスされたターゲットが特定の経路に沿ってプラズマ放電を制限し、かつターゲット材料の流れを促進するために用いられると知られている。ここで参照として組み込まれる、例えばKolenkowの「回転マグネトスパッタ源を用いたスパッタ法と装置」と題する米国特許番号５，８３０，３２７：Lal等の「ＤＣマグネトロンスパッタ法と装置」と題する米国特許番号５，６９３，１９７：Drehaman等の「円錐型マグネトロンスパッタ源」と題する米国特許番号５，３７８，３４１を参照されたい。しかしながら二酸化シリコン膜の堆積に対してマグネトロンスパッタには問題が存在している。二酸化シリコンは良い絶縁体であるので、アーク発生の問題を起こすのに十分な膜厚がターゲットのある領域ですぐに形成され、すなわち二酸化シリコンの領域あるいは背板がターゲット表面に堆積されて、均一にバイアスされなくなり、結果としてターゲットはもはや導電性のない点まで被覆され、堆積がストップされるかもしれない。こうして、マグネトロン反応性スパッタは従来、高品質の二酸化シリコン膜を堆積するためには用いられなかった。Sieck等の「マグネトロンスパッタシステムのためのアノード構造」と題する米国特許番号第５，６８３，５５８のコラム１、５３−５５行目を参照されたい（「二酸化シリコンの関連するアーク発生は、平面状マグネトロン反応性スパッタが良質の二酸化シリコン幕の堆積のために効率的に用いられることの妨げとなる」）。更に、絶縁膜（圧電膜をふくめて）を堆積する以前の方法は固定された磁石を用いたＲＦスパッタの利用を含んでいた。
【０００６】
理解されるように、通信システムと構成要素の分野の人々は、システムのパフォーマンスと集約度を高める新しい方法を探しつづけている。特に、圧電膜の品質を改善するための新しい方法を提供することには利点があるであろう。反射マルチレイヤ−音響ミラースタック上に堆積された、高品質のＡｌＮ圧電膜は高品質のＧＨｚ応用ＲＦフロント−エンドフィルタを提供するための方法である。本件発明の、これらの目的および更なる利点が以下で与えられる詳細な説明を概観することによってより十分に理解されるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
要約すると本発明は、電子デバイス、特に共振子に対する圧電膜の製作において用いられる質の保証方法を含む。方法は、その上に圧電膜が堆積される、絶縁層の表面の粗さを決定し、高品質の圧電膜を達成するために十分に低い絶縁層に対する表面の粗さを達成する。本発明の一面に従うことによって、絶縁層に対して低い表面の粗さが、堆積層の均一性を改善するための回転磁石マグネトロンシステムを利用して達成される。本発明の他の面によれば、堆積パラメータの最適化あるいは圧電膜の絶縁層前製作の表面の粗さを監視し、較正することによって高品質圧電膜が保証される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のよりよい理解のために、本発明の好例が図と共に示される。特定の特徴と様式が以下で議論されるが、これらの例が本発明の概念を例示する目的のみを目的としていること、そのためにスケールは正しくないことは理解されるべきである。当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他のステップ、様式および配置もまた利用し得ることは理解されるだろう。
【０００９】
本発明は高品質の圧電膜を得るための方法に関連している。図１は、発明の方法で製作され得る音響振動子の透視図を示したものである。共振子１００は基板１１０、圧電材料の膜あるいは層１２０、及び基板１１０と膜１２０の間のブラッグ反射領域１２５のような圧電膜中の音響エネルギーを保持するための手段を含んでいる。反射領域１２５の変わりに空気層（図示されない）が基板１１０の上に膜１２０を浮かせて用いられるかもしれない。底部電極１３５と上部電極１３０は圧電膜１２０の対向する表面上に配置される。
【００１０】
圧電材料の層はＡｌＮを含むと都合がよいが、特定の共振子への応用に対して十分な圧電の品質を持ついずれかの適した材料からなるかもしれない。典型的な圧電材料例えば石英、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、二酸化テルル（ＴｅＯ2）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）のようなセラミック材料を含む。基板は典型的にはシリコンからなるが、石英やサファイヤ、ポリシリコン、エアロゲル、および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）であるかもしれない。本発明では電極、特に底部電極１３５にはアルミニウム（Ａｌ）あるいはチタンとＡｌを用いた金属のスタックが用いられると都合が良い。Ａｌおよび／あるいはＴｉ／Ａｌの利用に加えて、低い面抵抗及び低い表面粗さを持つほかの材料が電極１３０、１３５を製作するために用いられるかもしれない。以前のスタック金属電極はしばしばＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌを組成選択として含んでいた。
【００１１】
膜堆積前に、圧電膜１２０の品質を非破壊的に予想し、保証することは都合の良いことであろう。伝統的に、圧電膜の品質を決定するための方法を圧電膜１２０の堆積後に応用してきたが（例えばＸ線解析）、これらの方法はデバイスを破壊あるいは損傷するかもしれない。さらに、コリメータ堆積に関連した膜厚の非均一性を排除するために、コリメータ材料（すなわちコリメータを使って堆積された金属）の利用を避けることは都合が良いだろう。このような非均一性を避けるために、本発明はコリメータを使わない高品質圧電膜を与える発明的プロセスを与える。本発明の方法は、テクスチャＴｉ−Ａｌの堆積のためのプロセスウィンドウでの減少があるとき高品質の圧電膜が製造でき、かつ圧電膜の質が製造前、すなわち圧電膜が堆積される前に保証される点で都合が良い。これは、高品質の圧電膜（例えば＜１０Å）を保証するために十分に低い表面粗さを持つ絶縁層１２５を製造し、非破壊的にこれらの層を評価し、かつ必要であればそれらを平坦化することによって達成できる。この方法はまた、堆積前に圧電膜の質を信頼性高く予想する。
【００１２】
本発明の一面によれば、回転磁石マグネトロンおよびパルスＤＣパワーサプライの利用を含むプロセスが絶縁層および／あるいは圧電膜を堆積するために応用される。回転磁石マグネトロンは膜厚均一性を与えるために利用され、このような回転磁石マグネトロンによって、高い堆積速度と正確な屈折率を達成するためにプロセスパラメータが最適化されると可能となる。本発明の他の一面によれば、プロセスは、ターゲットが原子放出とその上への材料の堆積耐性という点で効果的であるように「クロスオーバーポイント」の決定を含む。「クロスオーバーポイント」は、圧力が、チャンバ２１０（図２を参照されたい）で増大し、反応性ガスの流速が非線形となり、さらに以下で規定されるポイントとして決定される。さらにプロセスは、圧電膜がその上に堆積される層の表面の粗さを計算に入れることによって圧電膜の品質が改善されるという知見、すなわち比較的平坦な表面を持つ下の絶縁層を準備することによって高い品質の圧電膜が与えられるという知見を利用している。このように本発明のほかの一面によって絶縁層の表面の粗さは、圧電膜が堆積される前に監視され、必要があれば平坦化される。
【００１３】
特に、以前に参照されたＢｏｗｅｒの同時出願（本発明の譲受人に譲渡されここで参照として組み込まれる）には、圧電膜の下層の電極（図１、１３５）の表面の粗さが圧電膜１２０の質に影響を与えるという知見を記載している。Ｂｏｗｅｒの出願は、金属層１３５の下層の絶縁層１２５の表面の粗さの制御を含み得る、金属層の表面の粗さの制御するステップを含む、圧電膜をもつデバイスを製作する方法を記載している。Ｂｏｗｅｒの方法は、システムの耐性を増大させるためのテクスチャチタン（および堆積プロセスでのコリメータ）あるいは表面の粗さに対するプロセスウィンドウの利用からなる。言い換えれば，高品質圧電膜を達成するために，コリメータが用いられたとき、絶縁層１２５はコリメータが用いられない時と同じく平坦である必要はない。しかしながらコリメータはチタン層の厚みの均一性を減少するものとして知られている。
【００１４】
本発明で、電極と圧電膜が堆積される下層の絶縁層の表面の粗さを最小化するためのプロセスが記載され、本方法を用いるとコリメータの利用は必要ではない。下層１２５の表面の粗さは圧電膜に対する最大テクスチャおよび共振子の最適動作の達成を妨げる。例えば、絶縁層は、およそ１０Åより小さい表面の粗さを反映する二乗平均（ＲＭＳ）形態を持つように製作されるべきである。ＲＭＳ値は、ゼロ平均値からの表面形態の差、あるいは偏位に対する、真の平均、絶対値を反映している。ここで値がゼロとは完全に平坦な表面を示す。ＲＭＳ値は二乗平均と平均の二乗の間の差の平方根あるいは言い換えれば、測定された粗さの中央値に関する粗さの規格化された平均値である。
【００１５】
「高品質」圧電膜とはここで、原子の良い結晶配向を示すテクスチャを示し、低歪（約５０メガパスカル｛ＭＰａ｝）で、適度な屈折率（およそ２．０より好ましくは２．０７±０．００５、さらに好ましくは２．０７８±０．００５）を持つ膜として規定される。膜厚均一性は、０．４％の膜厚均一性（１シグマ）、より好ましくは０．２％の膜厚均一性（２シグマ）、さらにより好ましくは０．１％の膜厚均一性（３シグマ）であると都合が良い。このように、ここで用いられる用語として、圧電膜の「質」は圧電膜の屈折率、および／あるいはテクスチャ、ストレス、均一性の少なくとも一つに関連している。ここで用いられる「テクスチャ」という用語は、結晶性膜の中の粒子の結晶配列を表現することを意味し、ここで「最大テクスチャ」とは、成長方向から（に関して）ある角度で一つの方向のまわりに集中した粒子の配列（配向）を持つ膜を意味する。圧電膜のテクスチャと質はその「ロッキングカーブ」によって決定することができる。さらに特定すると、上で述べたように、理想的な粒子の結晶方向は一つの方向まわりに集中し，圧電膜（例えば圧電膜共振子）の性能は原子を含む膜の結晶配向に依存している。しかしながら典型的には、その周りに粒子が集中する方向のガウス分布である。より小さい分布は膜が最大テクスチャに近いことを示す。粒子の方向の分布はピークを決定するためにプロットされ、最大高さの半分でのピークの幅（半値幅）（ＦＷＨＭ）すなわち「ロッキングカーブ」幅が、膜のテクスチャの質を決定するための値を反映している。「ロッキングカーブ」幅は、膜テクスチャに対する優秀さの値であり、すなわち分布が小さく、ロッキングカーブが小さいとは、膜が最大テクスチャに近いということである。圧電膜は、ＦＷＨＭロッキングカーブが３．５°より小さい、さらに好ましくはロッキングカーブが焼く２．５°より小さく、さらにより好ましくは１．５°（ＦＷＨＭ）より小さいと都合が良い。
【００１６】
本発明の一面に従うと、高品質圧電膜が、回転マグネトロンおよびパルスＤＣ反応性スパッタプロセスを、絶縁層（図１、１２５）および／あるいは圧電膜（図１、１２０）を含む圧電デバイスの一ないし複数の層を形成するために応用することによって製作される。図２は、基板１１０上の圧電層１２０、絶縁層１２５および電極１３０，１３５を堆積するために用いられる回転マグネトロンスパッタ装置の単純化された模式図である。装置はチャンバ２１０（例えばプラズマチャンバ）および一対の電極（ターゲット２６０およびアノード環２２５）をチャンバ内に含む。電極に印加された電気ポテンシャルはパルスＤＣパワーソース２３０あるいは他の適切なソースによって制御される。様々なソースがチャンバ内にガスを注入するために準備される。第一のフロー制御ソース２５０は希ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ）をチャンバに注入し、第二のフロー制御ソース２５０は反応性ガス（Ｏ2，Ｎ2など）をチャンバ２１０に供給する。ガスは配達ポート２４５を介して供給される。
【００１７】
ターゲット材料はスパッタチャンバ内に配置される。基板１１０はまたその中に配置され、チャンバ内でターゲットとガスが接触するように配置される。ターゲット材料２６０は、ターゲット材料２６０を貫き、基板１１０に面するその表面上にアークを形成するような磁場を生み出すための磁石のアレイを含む回転磁石アセンブリ２８０に隣接して配置される。回転モーター３００は、回転磁石アセンブリのターゲット２６０に関する回転軸のまわりでの回転を引き起こす。ターゲット２６０を横切って生成された磁場は、ターゲットの表面の近くに自由電子を閉じ込める手助けとなる。ターゲット表面でのこれらの電子によって励起されたイオンの増大する濃度はスパッタプロセスの効率を向上する。チャンバ内の圧力は圧力レギュレーター２４０，２５０およびスロットルバルブ２７０で制御される。ＲＦパワーサプライ２３５はバイアス電圧を基板プラテン１１５に印加し、テンシル膜ストレスを制御する。
【００１８】
高品質膜がこの装置で達成され、様々なパラメータがプロセス条件を最適化するために与えられる。出願人は反応パラメータの最適化を含む方法を発見し、高い堆積速度で正確な屈折率を達成した。その方法はプロセス中で「クロスオーバーポイント」を決定するステップを含んでいる。「クロスオーバーポイント」とは、チャンバ２１０の中の圧力の増加が反応性ガスのフローにつれて非線形になるポイントのことで、このポイントはターゲット材料との反応に影響する反応性ガスのフローレートに反映される。例えば、図３は、反応性ガスが窒素を含み、ターゲットがアルミニウムを含む、ＡｌＮ圧電膜の製造を含むプロセスでのクロスオーバーポイントの決定を説明するグラフである。図４は、反応性ガスが酸素を含み、ターゲットがシリコンを含むＳｉＯ2層の製造を含むプロセスにおけるクロスオーバーポイントの決定を説明するグラフである。
【００１９】
図３を参照すると、特徴的な圧力−フローカーブが二つの漸近領域を示している。反応ガスの低いフロー（グラフの左側）で、すべての窒素は金属アルミニウムと反応して、窒素の少量の導入はチャンバの圧力を増加させない。ガスフローが増加されるにつれて、金属と反応できないガスがチャンバ内に存在し、未反応ガスがチャンバ内の圧力の増加を引き起こす。非常に高いフローレート（グラフの右側）ではターゲット材料は完全に「毒」されあるいは反応産物（ＡｌＮ）で被覆され、いかなる追加でチャンバに入れられたガスはターゲット材料と反応せずに，直接に圧力の増加に寄与するようになるだろう。圧力対反応ガスフローのプロット（図３、図４のように）は、金属ターゲットが完全に反応性ガスを消費する様子から、更なる追加の反応性が巣による圧力の増加を示している完全に毒されたターゲットの様子への「クロスオーバー」を示している。
【００２０】
図５は、本発明の一面の例証となるステップを示したブロック図である。本発明は回転磁石マグネトロンおよびパルスＤＣパワーを利用して反応性スパッタ堆積プロセスを最適化するためにクロスオーバーカーブの利用を含んでいる。方法は、スパッタチャンバ内で、ターゲット材料を横切る磁場を生み出すための回転磁石アセンブリ上に方向付けられたターゲット材料を提供するステップを含む。ターゲットとオープンな連絡をするスパッタチャンバ内の基板と一対の電極（ターゲットとアノード環）がスパッタチャンバ内に配置される。プロセスが始められると、磁石の回転が始まり、均一なターゲットの侵食を達成するために十分なレベルで安定化される。適度な回転速度は例えば２８２ｒｐｍｓである。スパッタチャンバへの反応性ガスフローに対するクロスオーバーポイントは、パルス周期とパルス幅の適切な設定によって決定される。希ガスがスパッタチャンバに導入され，反応ガスが加えられると、ターゲット材料の一部と反応する。反応ガスが増加するようにスパッタチャンバに加えられると、反応性ガスのフローレートはクロスオーバーポイントのフローレートに実質的に対応するがそれより大きいレートに維持される。クロスオーバーポイントのちょうど上で維持されるとき膜が基板上に堆積される。クロスオーバーポイントのすぐ下（３ｓｃｃより少ない）では金属膜を生じる。クロスオーバーポイントの上では、少なくとも２０ｓｃｃｍに対して、また、ターゲットが全体的に毒され、絶縁体となり、プラズマはもはや維持されなくなるまで、堆積レートは減少する。堆積プロセスが実行されるとき、パルスＤＣ電圧がスパッタチャンバの中に配置される一対の電極（ターゲットとアノード環）を横切って印加され，希ガスからのイオンがターゲット材料に衝突し、そこから原子を追い出す。ターゲット材料からの自由原子はほとんどターゲットで反応性ガスと反応し基板上に被覆を形成する。クロスオーバーポイントの近くにフローレートを維持することは堆積条件を最適化する上で効果的であり，基板上に被覆を堆積する間にターゲットは導電性でありつづけ，ターゲット自身の毒化が制御される。さらにプロセスの様々なほかの側面によって堆積レートおよび堆積膜全体の質を改善している。例えばプロセスの関連パラメータは、堆積レートが反応性ガス、パワーサプライパルス幅および堆積圧に反比例し、パワーに直接比例することを考慮に入れて、監視され、かつ調整される。堆積レートはパワーサプライ周波数によって影響されない。屈折率は反応ガスとパワーサプライパルス幅の両方に反比例する。
【００２１】
本発明の一面によれば、これらの堆積パラメータは、実質的に歪がなく所望の屈折率を持つ圧電膜を生産するために最適な堆積レートを達成するために調整される。ウェーハ監視をすることによって、堆積された被覆の屈折率が、被覆に対して所望の屈折率が達成されるように監視されかつ調整される。これは、パルス幅に関する精密なチューニングに続かれる反応性ガスでの粗い調整を含むかもしれない。電流および／又は電圧は安定な波形を得られるように、監視されかつ周波数調整される。ＤＣ電圧のパルス幅は、基板上に形成される膜あるいは被覆の均質性を改善するように調節され得る。膜の表面の粗さを改善するために、ＤＣパワーが増加されるか、圧力あるいはフローレートが減少される。
【００２２】
発明的プロセスでは、圧電膜を堆積すること、またその上に堆積される圧電膜のテクスチャに衝撃を与える、絶縁層を堆積するためのプロセス条件を最適化することが都合が良い。絶縁層に適用されたとき、考慮される追加のパラメータは、パワーの増加および／あるいは圧力の減少によって、結果のＳｉＯ2膜の表面の粗さの減少が達成されるということである。本発明によればこれらのパラメータは、所望の表面粗さと屈折率をもつ膜を生産する最も速い堆積速度を達成するために、調整かつ最適化される。この評価ステップを適用することによって、所望の屈折率と２５Å（ＲＭＳ）より少なく、より好ましくは１０Åより少ない表面テクスチャを持つ膜が一貫して生産される。
【００２３】
良い開始プラットホームを圧電膜に提供することによって（すなわち比較的平坦な表面テクスチャを持つ下層の絶縁層を提供することによって）、圧電膜の質が改善され得るという発見を適用するので、絶縁層の表面の粗さが測定され、必要があれば、さらに最適な質の圧電膜を達成するための処理をする。ＳｉＯ2膜の表面の粗さは、圧電デバイスが生産される、例えば全てのシリコン製造が行われるクラス１０クリーンルームあるいは他のシリコン製造開発研究所（ＳＦＲＬ）などのシリコン研究所内に配置されるＡＦＭ（Acoustic Force Microscope、Atomic Force Microscope）によって非破壊的に測定される。言い換えれば、絶縁層の表面の粗さは製造中にその場（イン・シツ）で測定される。さらに平坦化は化学的機械的研磨と少ない程度で水素熱スパッタエッチプロセス（ＨＳＥ）（このプロセスの特許はTrikonTechnologies Inc.によって英国で出願され、ここで参照として組み込まれる）によって達成され得る。  Trikonのプロセスに５０ｓｃｃｍでの水素のフローレートが教示されている。しかしながら、出願人は、水素ガスのフローレートの減少は、所望のテクスチャを持つ膜の生産において与えることを発見した。例えば、水素ガスフローレート２５ｓｃｃｍ（Trikonの５０ｓｃｃｍのフローレートから）に減少すると、ＳｉＯ2膜の全体の厚さに影響を与えない改善された表面の平坦な能力を得られる。
【００２４】
続く例は、発明の本質を示す典型となるが、特許請求の範囲によって規定されるその範囲を制限すると解釈すべきではない。
【００２５】
例１−ＡｌＮ膜の堆積
動作時に、第１のステップはモニタウェーハのクロスオーバーカーブを決定するステップを含む。これは、１００ｋＨｚのパルス周波数と２５ｎｓのパルス幅を任意に設定することによって達成される。
【００２６】
次にアルゴン（希ガス）がチャンバに、好ましくはプラズマが維持される最低の値で導入される。Ａｒに対する適切なフローレートは２０ｓｃｃｍで結果としてのチャンバの圧力は１．５ｍＴｏｒｒである。始めに、電圧、電流及びチャンバ圧をクロスオーバーポイントに対応するフローレートを決定するために監視しながら、窒素が増加されながら（例えば１ｓｃｃｍ刻みで）導入される。（電圧、電流あるいはチャンバ圧のいずれか一つがフローレートに対してプロットされてクロスオーバーポイントを示し、これらのファクタのいずれか一つが分析され、あるいは三つ全てが確証のために分析される。）窒素（反応ガス）は、クロスオーバーポイントでのフローレート（例えば約３ｓｃｃｍを超える）、すなわちターゲットが窒素化されるポイントに実質的に対応するフローレートでチャンバに導入される。
【００２７】
膜がクロスオーバーポイントより約３ｓｃｃｍ大きいガス比率で堆積される。堆積材料の屈折率と歪が測定される。マグネトロンの電圧−電流が監視され、必要であれば周波数が、安定な波形を達成するように調整される。周波数は膜質に影響しないので自由に調整できる。
【００２８】
反応ガスの量とパワーサプライパルス幅は、所望の屈折率を達成するように調節される。ガス比率は粗い較正をなすように変化されるかもしれない。逆バイアスパルス幅は屈折率の精密チューニング較正のために調整される。ここでパルス幅が増大されると（すなわちそれをカバーする選択された周波数のパーセンテージが大きくなると）、屈折率が高くなるが、パルス幅の増大は堆積速度を低下する。
【００２９】
ＲＦバイアスが基板にテンシルストレスを制御するために印加される。モニタウェーハは、屈折率が精密調整された時に０±５０MPaのストレスを結果として与えるバイアスを決定するために用いられる。システムは監視され、かつ屈折率が精密調整された時にゼロのストレスに対して較正される。
【００３０】
パルスDCパワーは、既に参照され、ここで組み込まれるMillerの出願に記載されたように、所望の膜成分、ストレスおよびテクスチャを反応性ガスによりさらに効果的な反応を介して促進するために調整される。
【００３１】
例２−二酸化シリコン絶縁膜の堆積
二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜は、２％以下のホウ素でドープされたシリコンターゲットを用いて製造されるかもしれない。酸素は反応性ガスとして、シリコンターゲットを酸化し、かつＳｉＯ2を形成するために用いられる。ＡｌＮ堆積の際に、絶縁層堆積の第１ステップは、モニタウェーハのクロスオーバーポイントを決定するステップを含む。初期パルス周波数はが任意に１００ｋＨｚに、パルス幅が２５ｎＳにセットされ、アルゴンフローは３０ｓｃｃｍに調整される。酸素ガスは１ｓｃｃｍ刻みで加えられ、その間に電圧、電流及びチャンバ圧が記録された。フローレートはおよそ３ｓｃｃｍクロスオーバーポイントより大きいガス比率で維持された。膜は新しいモニタウェーハ上に堆積され、屈折率が測定される。ストレスは〜１２５ＭＰａ（±２５ＭＰａ）の加圧であり、ＲＦバイアスあるいはチャンバ圧をもちいて較正できない。従って、ストレスレベルはＡｌＮストレスを制御することによって計算される（すなわちＡｌＮを１００ＭＰａテンシルストレスで放置する）。マグネトロンの電圧−電流が監視され、必要であれば周波数が安定な波形を達成できるように調整される。周波数は膜質に影響を与えず、自由に調整できるかもしれない。
【００３２】
反応性ガスの量とパワーサプライパルス幅が所望の屈折率を達成するように調節される。ガスの比率は粗い較正をなすために変化されるかもしれない。逆バイアスパルス幅が屈折率の精密な調整の較正のために調節される。ここでパルス幅が増大すると（すなわちそれをカバーする選択された周波数のパーセンテージが大きくなると）、屈折率は高くなるが、パルス幅の増大はまた体積レートを低下させる。
【００３３】
次に所望の表面の粗さが達成されるまで、表面の粗さが測定され、パワーと圧力が調節される。結果として得られたＳｉＯ2膜の表面の粗さはパワーの増加と圧力の減少で改善される。２ｋＷの堆積パワーと３０／２８ｓｃｃｍＡｒ／Ｏ2比率によって、１５Å（ＲＭＳ）より少ない表面粗さを持つ膜が得られる。ＨＳＥを用いて、１５Åの表面粗さは１０Åより少なくまで改善され得る。２０Åより大きい粗さを１０Åより少ない程度まで改善するためにはＣＭＰが必要とされる。本発明の都合の良い一面は、ＳｉＯ2表面形状を測定し、圧電層の堆積前にこの表面を１０Å程度まで改善する能力にあり、これによって圧電膜の製造コストが減少される。以前の製造方法では、圧電膜の堆積後にウェーハを破壊するＸ線回折が必要とされてきた。現在のマスク設計によってＸ線回折に対してウェーハの選択領域を与えてきたが、これらはプロセスと圧電膜の堆積が完了するまで与えつづけることはできない。
【００３４】
ここで説明された実施例はただの例にすぎず、当業者ならば本発明の精神と範囲から離れることなく変更および修正を行うことができることは理解されるだろう。全てのこのような変更や修正は特許請求の範囲の中に含まれることが意図されている。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタ法により堆積される膜の質を改善するための新しい方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は音響振動子の断面略図を示した図である。
【図２】図２は本発明の方法を行うために用いられる、回転マグネトロンを伴う反応性スパッタ装置の略図である。
【図３】図３はＡｌＮに対するクロスオーバーポイントの決定を例解するための代表的なグラフを示す図である。
【図４】図４はＳｉＯ2に対するクロスオーバーポイントの決定を例解するための代表的なグラフを示す図である。
【図５】図５は典型的な本発明の方法を行うためのステップを示したブロック図である。
【符号の説明】
１００  共振子
１１０  基板
１１５  プラテン
１２０  圧電膜
１２５  ブラッグ反射層
１３０  上部電極
１３５  底部電極
２１０  チャンバ
２３５  ＲＦパワーサプライ
２４０  圧力レギュレータ
２５０  フロー制御ソース
２６０  ターゲット
２８０  アセンブリ
３００  モーター
【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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