特開 2022-176909 ＤＣ金属同時スパッタリングによるＬａＣｏＯ３薄膜堆積

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176909

(43)【公開日】2022-11-30

(54)【発明の名称】ＤＣ金属同時スパッタリングによるＬａＣｏＯ３薄膜堆積

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/08 20060101AFI20221122BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20221122BHJP

   H01L 29/24 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

C23C14/08 K

C23C14/34 Z

H01L29/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022078559

(22)【出願日】2022-05-12

(31)【優先権主張番号】17/318,519

(32)【優先日】2021-05-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100173565

【弁理士】

【氏名又は名称】末松 亮太

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】ラジャシュリー・バッタチャリア

(72)【発明者】

【氏名】ビンセント・ガンビン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】さまざまな基板上に、絶縁体から金属への高い転移点を有し、比較的低コストで大規模生産に適した、滑らかで高品質の結晶性薄ＬａＣｏＯ_３膜の製造方法を提供する。
【解決手段】基板３８上にＬａＣｏＯ_３膜６０を製造するための方法であって、基板３８を真空チャンバ３２内に配置するステップと、真空チャンバ３２内にコバルトターゲット３４を配置するステップと、真空チャンバ３２内にランタンターゲット３６を配置するステップと、真空チャンバ３２内に酸素４６を供給するステップと、コバルト原子５６およびランタン原子５８が酸素と相互作用して基板３８上にＬａＣｏＯ_３膜６０を形成するように、コバルトターゲット３４からコバルト原子５６をスパッタリングし、ランタンターゲット３６からランタン原子５８をスパッタリングするステップと、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上にＬａＣｏＯ_３膜を製造するための方法であって、
前記基板を真空チャンバ内に配置するステップと、
前記真空チャンバ内にコバルトターゲットを配置するステップと、
前記真空チャンバ内にランタンターゲットを配置するステップと、
前記真空チャンバ内に酸素を供給するステップと、
コバルト原子およびランタン原子が前記酸素と相互作用して前記基板上に前記ＬａＣｏＯ_３膜を形成するように、前記コバルトターゲットから前記コバルト原子をスパッタリングし、前記ランタンターゲットから前記ランタン原子をスパッタリングするステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記基板を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板を加熱するステップは、前記基板を４００℃から７００℃の間の温度に加熱するステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記基板を回転させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記コバルト原子およびランタン原子をスパッタリングするステップは、前記チャンバ内で不活性ガスプラズマを生成するステップと、ターゲットにプラズマイオンが衝突するように前記コバルトターゲットおよび前記ランタンターゲットにバイアスをかけるステップとを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記不活性ガスがアルゴンである、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記基板が電力リミッタの一部である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

基板上にＬａＣｏＯ_３膜を製造するためのシステムであって、
前記基板を真空チャンバ内に配置するための手段と、
前記真空チャンバ内にコバルトターゲットを配置するための手段と、
前記真空チャンバ内にランタンターゲットを配置するための手段と、
前記真空チャンバ内に酸素を供給するための手段と、
コバルト原子およびランタン原子が前記酸素と相互作用して前記基板上に前記ＬａＣｏＯ_３膜を形成するように、前記コバルトターゲットから前記コバルト原子をスパッタリングし、前記ランタンターゲットから前記ランタン原子をスパッタリングするための手段と、
を備える、システム。

【請求項9】

前記基板を加熱するための手段をさらに備える、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記基板を加熱するための前記手段が、前記基板を４００℃から７００℃の間の温度に加熱する、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記基板を回転させるための手段をさらに備える、請求項８に記載のシステム。

【請求項12】

前記コバルト原子およびランタン原子をスパッタリングするための手段が、前記チャンバ内に不活性ガスプラズマを生成し、ターゲットにプラズマイオンが衝突するように前記コバルトターゲットおよび前記ランタンターゲットにバイアスをかける、請求項８に記載のシステム。

【請求項13】

前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記基板が電力リミッタの一部である、請求項８に記載のシステム。

【請求項15】

電子デバイスに適用される電力を制限するための電力リミッタであって、
前記電子デバイスに送信される入力信号を受信する導波路と、
前記導波路に形成された少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜と、
前記導波路の反対側の前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜に形成された少なくとも１つの接地要素であって、前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜の熱レベルが所定の閾値を下回る場合、前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜は絶縁体であり、前記入力信号は、前記導波路を通って前記電子デバイス１２に直接伝播し、前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜の前記熱レベルが前記閾値に達した場合、前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜が導電性になり、前記入力信号が前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜を通って前記少なくとも１つの接地要素に分流される、少なくとも１つの接地要素と、
を備える、電力リミッタ。

【請求項16】

前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜は、前記導波路の一方の側に形成された第１のＬａＣｏＯ_３膜と、前記導波路の反対側に形成された第２のＬａＣｏＯ_３膜であり、前記少なくとも１つの接地要素は、前記第１のＬａＣｏＯ_３膜に形成された第１の接地要素と、前記第２のＬａＣｏＯ_３膜に形成された第２の接地要素である、請求項１５に記載の電力リミッタ。

【請求項17】

前記少なくとも１つのＬａＣｏＯ_３膜が４０～２００ｎｍの厚さを有する、請求項１５に記載の電力リミッタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、概して、基板上にＬａＣｏＯ_３膜を製造するための方法に関し、より具体的には、高真空スパッタリングチャンバ内で酸素と反応してＬａＣｏＯ_３膜を生成する２つの金属ターゲットからコバルト原子とランタン原子とをスパッタリングすることを含む基板上にＬａＣｏＯ_３膜を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]受信機のフロントエンド回路やその他のデバイスにおいて、低ノイズアンプ（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡ）などの敏感な電気コンポーネントを高電力ＲＦ信号から保護するために、ＲＦ電力リミッタがよく使用される。従来、これらの電力リミッタは、ｐ－ｉ－ｎダイオードやＭＥＳＦＥＴデバイスなどの半導体コンポーネントを使用するソリッド・ステート・デバイスであり、特定の周波数範囲で入力電力を制限する。ただし、ＲＦコンポーネントとシステムの電力と敏捷性の進歩に伴い、低消費電力、より高い入射電力制御、および高い信頼性という形での追加の課題が、従来のＲＦ電力リミッタに課せられている。これらの課題は、電力の増加に伴って増大する特定の温度変化に応答して、絶縁体から金属への相転移（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－ｔｏ－ｍｅｔａｌ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ：ＩＭＴ）を採用することが多い新しい電力制限材料の調査につながった。電流の増加、すなわち温度の上昇に応答して、ＩＭＴ材料は絶縁状態から金属状態に移行し、所与の閾値を超える電力を分流する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

[0003]電力制限の目的でＩＭＴの挙動を示すことができるＩＭＴ材料の１つは、二酸化バナジウム（ＶＯ_２）である。ＶＯ_２は、分子線エピタキシ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、パルスレーザ堆積、直流および高周波スパッタリングなど、さまざまな方法で合成されている。ＶＯ_２は、材料が約３４０ケルビンに加熱されると、抵抗が急激に低下する。ただし、この温度は一般に、多くのシステムの実際のデバイス動作には低すぎる。

【0004】

[0004]ＩＭＴの挙動を示すことができるもう１つのＩＭＴ材料は、酸化ランタンコバルト（ＬａＣｏＯ_３）である。ＬａＣｏＯ_３は、ＶＯ_２などの他のＩＭＴ材料よりも高温においてＩＭＴを有する。より具体的には、ＬａＣｏＯ_３は、電子スピン状態遷移または軌道融解メカニズムなどの非構造相転移の結果として、約５００ケルビンで抵抗率の大幅な低下を示し、温度上昇の関数として電気抵抗率が急速に低下する。材料に関する研究の大部分が、ガスセンサおよび湿度センサの触媒作用への応用にあるため、文献に見られるＬａＣｏＯ_３の典型的な合成方法は、多孔質ボリュームの生成に焦点を当てている。ＬａＣｏＯ_３の薄膜を堆積するためのさまざまなプロセスが文献で報告されており、これらは通常、ＭＢＥ、イオンビームスパッタリング、化学蒸着、パルスレーザ堆積などの触媒用途に焦点を当てている。ＭＢＥは、高品質で滑らかな結晶性膜を製造することが知られている。ただし、これは時間がかかり、困難で、費用のかかるプロセスである。文献によると、ＬａＣｏＯ_３の膜は、金属ターゲットのＤＣ同時スパッタリングを使用して製造できるが、これらのプロセスでは、膜を適切に酸素化および結晶化するために、堆積後の焼成ステップが必要であった。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】ＬａＣｏＯ_３膜を使用する電力リミッタの概略ブロック図である。

【図2】ＬａＣｏＯ_３膜を製造するためのスパッタリングシステムの概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[0007]基板上にＬａＣｏＯ_３膜を製造するための方法に向けられた本開示の実施形態に関する以下の議論は、本質的に単なる例示であり、本開示またはその用途もしくは使用を制限することを決して意図するものではない。

【0007】

[0008]本開示は、温度が閾値を上回って上昇するときに抵抗が急速に低下するＬａＣｏＯ_３膜を使用するＲＦデバイスを製造することを提案している。課題は、さまざまな基板上に、絶縁体から金属への高い転移点を有し、比較的低コストで大規模生産に適した、滑らかで高品質の結晶性薄ＬａＣｏＯ_３膜を製造することである。また、簡単にするため、および高温焼成での損傷から下にあるデバイス層を保護するために、１つのステップのみで構成する必要がある。このプロセスでは、ＬａＣｏＯ_３膜をさまざまな誘電特性を有するさまざまな基板に堆積させて、膜特性とデバイスの性能を最適化することができる。

【0008】

[0009]上記のようなＲＦデバイスを提供するために、本開示は、大規模なウェーハスケール材料を迅速に製造することができる比較的安価な原料を使用してＬａＣｏＯ_３を合成するための単一ステップＤＣスパッタリングプロセスを説明する。事前に焼結されたＬａＣｏＯ_３のセラミックターゲットを使用するのではなく、提案されたプロセスは、ランタンとコバルトのより安価な金属ターゲットを利用する。このプロセスでは、加熱された基板を、活性酸素／アルゴン雰囲気において金属ターゲットの堆積と組み合わせて使用する。これらの金属は、基板に向かって材料を放出する直流マグネトロンガンによって気化される。これらの条件下で、金属は反応して基板表面に直接結晶化し、ＬａＣｏＯ_３膜を形成する。したがって、膜を完全に結晶化または酸素化するために二次的な処理ステップを必要としない。提案されたプロセスの追加の利点は、独立して制御された金属ターゲットを使用することにより、膜の組成の調整が可能になり、膜特性の最適化をより細かく制御できることである。このプロセスで基板温度を変化させる機能により、７００°Ｃで成長した高結晶性膜と低温で成長したアモルファス膜の利点のバランスをとることもできる。さらに、滑らかで高品質の膜を製造することが可能である一方、スパッタリングは、大規模なウェーハスケールの合成に使用される低コストで高速な製造ツールと見なされている。

【0009】

[0010]図１は、ＬＮＡなどの敏感な電気デバイス１２に送達できる電力の量を制限する電力リミッタ１０の概略ブロック図である。入力信号は、信号をデバイス１２に送達する導波路１４に提供される。ＬａＣｏＯ_３膜１６は、導波路１４の一方の側に形成され、接地要素１８に結合され、ＬａＣｏＯ_３膜２０は、導波路１４の反対側に形成され、接地要素２２に結合される。入力信号の電力が増加すると、膜１６および２０においてより多くの熱が発生する。膜１６および２０の熱レベルが特定の閾値を下回る場合、膜１６および２０は絶縁体であり、信号は導波路１４を通ってデバイス１２に直接伝播する。膜１６および２０の熱レベルが閾値に達すると、膜１６および２０は金属に転移して導電性になり、信号の電力は膜１６および２０を介して接地要素１８および２２に分流され、最小の電力がデバイス１２に伝達される。膜１６および２０の熱レベルが閾値を下回ると、膜１６および２０は転移して絶縁体に戻る。

【0010】

[0011]図２は、真空チャンバ３２を含むスパッタシステム３０の概略ブロック図である。コバルト源ターゲット３４およびランタン源ターゲット３６は、基板３８に対してチャンバ３２と一緒に配置され、基板３８は、炭化ケイ素、サファイア、溶融シリカ、シリコン、アルミン酸ランタンなどの適切な材料の任意の基板、またはＧａＮウェーハなどの完全に製造されたデバイスを表すことを意図している。用途に応じて、基板３８は、スパッタリングプロセスを強化するために、ヒータ４０によって所望の温度、例えば、４００℃から７００℃の間で加熱され得る。供給源４４からのアルゴンまたは他の適切な不活性ガスおよび供給源４６からの酸素がチャンバ３２に放出され、これにより、チャンバ３２内の圧力が、例えば、５ｍｔｏｒｒに増加する。

【0011】

[0012]ＤＣ供給源５２および５４によって、ターゲット３４および３６にそれぞれ負のバイアス電位が印加される。磁石（図示せず）を使用して、ターゲット３４および３６の表面近くに電子の雲をトラップすることによってイオン化頻度を増加させ、これにより、アルゴンガスの衝突およびイオン化の可能性が増加する。正のアルゴンイオンがターゲット３４および３６に衝突し、ターゲット３４からコバルト原子５６を放出し、ターゲット３６からランタン原子５８を放出する。原子５６および５８は、基板３８に引き寄せられ、そこで酸素と直接反応して、基板３８上に結晶化されたＬａＣｏＯ_３膜６０を生成する。回転装置６２は、膜６０が均一な濃度のコバルトおよびランタンを有するように、基板３８を回転させる。スパッタリングプロセスは、膜６０の厚さが所望の厚さ、例えば、４０～２００ｎｍに達するまで続けられる。チャンバ３２内の酸素の割合は、ターゲット３４および３６の有意な酸化を回避するように注意深く調整される。

【0012】

[0013]前述の議論は、本開示の単なる例示的な実施形態を開示および説明する。当業者は、そのような議論ならびに添付の図面および特許請求の範囲から、以下の特許請求の範囲で定義される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更、修正および変形を行うことができることを容易に認識するであろう。

【図1】

【図2】

【外国語明細書】