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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-22
(54)【発明の名称】圧電コーティングおよび堆積プロセス
(51)【国際特許分類】
C23C 14/06 20060101AFI20220914BHJP
C23C 14/34 20060101ALI20220914BHJP
H01L 41/107 20060101ALI20220914BHJP
H01L 41/113 20060101ALI20220914BHJP
H01L 41/35 20130101ALI20220914BHJP
H01L 41/316 20130101ALI20220914BHJP
【ＦＩ】
C23C14/06 A
C23C14/34 U
H01L41/107
H01L41/113
H01L41/35
H01L41/316
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022503539
(86)(22)【出願日】2020-07-15
(85)【翻訳文提出日】2022-02-01
(86)【国際出願番号】 EP2020070055
(87)【国際公開番号】W WO2021013660
(87)【国際公開日】2021-01-28
(31)【優先権主張番号】00924/19
(32)【優先日】2019-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH
(31)【優先権主張番号】01157/19
(32)【優先日】2019-09-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518031387
【氏名又は名称】エヴァテック・アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】アンドレア・マッツァライ
(72)【発明者】
【氏名】フォルカー・レビッシュ
(72)【発明者】
【氏名】ベルント・ハインツ
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029BA58
4K029BB02
4K029CA06
4K029DA03
4K029DA08
4K029DC03
4K029DC04
4K029DC16
4K029DC39
4K029EA02
4K029EA09
4K029JA02
4K029JA03
4K029KA09
(57)【要約】
圧電コーティングＩでコーティングされた表面を有する基板であって、コーティングはＡ－ｘＭｅｘＮを含み、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの少なくとも１つであり、Ｍｅは、遷移金属族３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、ランタニド、およびＭｇのうちの少なくとも１つの金属元素Ｍｅであり、コーティングＩは厚さｄを有し、Ａｌの原子百分率に対するＭｅの原子百分率の比率が前記コーティングの厚さ範囲δ３に沿って着実に上昇していく遷移層（３）をさらに含み、ここでδ３≦ｄが有効である、基板。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電コーティング（Ｉ）でコーティングされた表面を有する基板であって、前記コーティングはＡ１－ｘＭｅｘＮを含み、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの少なくとも１つであり、Ｍｅは、遷移金属族３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、ランタニド、およびＭｇのうちの少なくとも１つの金属元素であり、前記コーティング（Ｉ）は厚さｄを有し、Ａの原子百分率に対するＭｅの原子百分率の比率が前記コーティングの厚さ範囲δ３に沿って着実に上昇していく遷移層（３）をさらに含み、δ３≦ｄが有効である、基板。
【請求項2】
Ｍｅは、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｈｆ、およびＹのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の基板。
【請求項3】
ＭｅはＳｃである、請求項１または２に記載の基板。
【請求項4】
前記コーティングは、前記遷移層（３）の前記着実な上昇の開始点において終わるシード層（２）をさらに含み、前記比率は、前記シード層の厚さ範囲δ２に沿って一定である、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項5】
前記コーティングは、前記遷移層（３）の前記着実な上昇の終了点において開始する最上層（４）をさらに含み、前記比率は、前記最上層の厚さ範囲δ４に沿って一定である、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板。
【請求項6】
前記遷移層（３）は、前記コーティングの制限表面の１つにおいて開始および／または終了する、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板。
【請求項7】
δ３＝ｄである、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板。
【請求項8】
遷移層（３）の前記着実な上昇は、前記比率がゼロである状態で開始する、請求項１から７のいずれか一項に記載の基板。
【請求項9】
前記着実な上昇は少なくともほぼ直線的である、請求項１から８のいずれか一項に記載の基板。
【請求項10】
前記コーティングは、前記基板表面上に直接的に堆積された接着層（１）をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項11】
前記遷移層は、前記接着層上に直接的に堆積される、請求項１０に記載の基板。
【請求項12】
前記接着層（１）は、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔｉのうちの少なくとも１つの材料からなる、請求項１０または１１に記載の基板。
【請求項13】
前記シード層（２）は、前記基板（Ｓ）表面の一方に直接的に堆積される、請求項４から１２のいずれか一項に記載の基板。
【請求項14】
前記遷移層は、前記基板表面の一方に直接的に堆積される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項15】
シード層および接着層を備え、前記接着層は前記基板の一方の表面上に直接的に堆積され、前記シード層は前記接着層上に直接的に堆積される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板。
【請求項16】
前記基板の一方の表面上に直接的に堆積される接着層を備え、前記遷移層は前記接着層上に直接的に堆積される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の基板。
【請求項17】
少なくともコーティングされるべき前記基板表面は、Ｓｉ、ＳｉＯｘまたはＧａＡｓからなる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の基板。
【請求項18】
前記基板は、プレコーティングを含み、前記圧電コーティング（Ｉ）は、前記プレコーティング上に直接的に堆積される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の基板。
【請求項19】
前記遷移層（３）の前記着実な上昇の前記終わりにおける前記比率は、２６％より高いＭｅ、好ましくは３０％と等しいかまたはそれ以上のＭｅである、請求項１から１８のいずれか一項に記載の基板。
【請求項20】
前記遷移層（３）および前記最上層（４）のうち一方の表面は、どの５μｍ×５μｍの表面領域においても５０個未満のスパイクの均一な表面品質を有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項21】
Ａ１－ｘＭｅｘＮコーティングを堆積する方法、またはＡ１－ｘＭｅｘＮコーティングを有する基板を製造する方法であって、Ａの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第１のターゲット（１０）、およびＭｅの少なくとも１つの元素、またはＭｅの少なくとも１つの元素とＡの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第２のターゲット（１１）からの同時スパッタリングを含み、スパッタリングは、窒素含有ガス雰囲気中で、前記ターゲットのスパッタ時間およびスパッタレートを制御しつつ実行され、タイムスパンｔ３の間に、前記第１のターゲットのスパッタパワーＰＡに対する前記第２のターゲットのスパッタパワーＰＭｅのパワー比ＲＰ＝ＰＭｅ／ＰＡが増大する、方法。
【請求項22】
前記第２のターゲットの前記スパッタパワーＰＭｅは増大するか、または一定に保たれるが、前記第１のターゲットの前記スパッタパワーは一定に保たれる（ＰＡ）か、または減少する（ＰＡ’）、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
同時スパッタリングは、基板平面１４内の堆積領域内で実行され、前記第１のターゲットのスパッタコーンおよび前記第２のターゲットのスパッタコーンが重なり合う、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項24】
前記堆積領域は、コーティングされるべき前記基板表面の少なくとも５０％から１００％を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
同時スパッタリングは、少なくとも１つの第１のターゲット（１０）および少なくとも１つの第２のターゲット（１１）のスパッタコーン（Ｃ１、Ｃ２）を交互に通って中心軸Ｚ’から距離Ｄにおいて、少なくとも１つの基板を中心軸Ｚ’の周りで回転させることによって実行され、それにより、前記第１のターゲットまたは前記第２のターゲットのより高いスパッタレートおよび前記基板の前記回転が制御されて、前記より高いスパッタレートを有する前記ターゲットの前記スパッタコーンの１パスあたり１つまたは数個の原子材料層のみを堆積させる、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項26】
同時スパッタリングは、２つの第１のターゲットおよび２つの第２のターゲットを用いて実行される、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項27】
ＡＭｅＮマルチチャンバープロセスシステム（ＩＩＩ）であって、Ａの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第１のターゲット（１０）と、Ｍｅの少なくとも１つの元素、またはＭｅの少なくとも１つの元素とＡの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第２のターゲット（１１）と、ガス供給ライン（１９）と、コーティングされるべき少なくとも１つの平面基板を固定する手段を備える基板支持体（１３、１３’）とを備えるマルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバー（２４）と、
Ａの少なくとも１つの元素とＭｅの少なくとも１つの元素から作られたＡＭｅターゲット、およびさらなるガス供給ラインを備える少なくとも１つのスパッタチャンバー（２５）と、
前記プロセスチャンバー（２４、２５）に動作可能に接続され、請求項１から１６のいずれか一項に従って、所定の堆積時間の間に増加していくＭｅ対Ａの堆積比を用いてＡＭｅＮコーティングを堆積するように前記ターゲットを時間およびレート制御するように製作されている、時間およびスパッタレート制御ユニット（３２）と、を備えるＡＭｅＮマルチチャンバープロセスシステム（ＩＩＩ）。
【請求項28】
前記第２のターゲット（１１）は、ＳｃまたはＳｃおよびＡｌのうちの１つから作られ、前記スパッタチャンバー（２５）からのＡＭｅターゲットは、２６から６０ａｔ％の間のスカンジウム比を有するＡｌＳｃ合金またはＡｌＳｃ混合物から作られる、請求項２７に記載のプロセスシステム。
【請求項29】
前記第１のターゲット（１０）および前記第２のターゲット（１１）は、基板平面（１４）に平行な平面から中心基板支持体（１３）の中間軸Ｚに向かって角度αの角度を付けられ、その結果、前記ターゲットの堆積領域同士が、コーティングされるべき基板表面上で重なり合う、請求項２７または２８に記載のプロセスシステム。
【請求項30】
１０°≦α≦３０°である、請求項２９に記載のプロセスシステム。
【請求項31】
前記基板支持体１３は、軸Ｚを中心として静止する円盤状の基板を回転させる手段を備える、請求項２７から３０のいずれか一項に記載のプロセスシステム。
【請求項32】
前記第１のターゲット（１０）および前記第２のターゲット（１１）は、基板平面１４に平行な平面内にあり、基板支持体１３’はカルーセルタイプであり、軸Ｚ’を中心に基板を円形に回転させるための駆動部Ｍ’に動作可能に接続される、請求項２７または２８に記載のプロセスシステム。
【請求項33】
前記制御ユニット（３２）は、前記第１のターゲットまたは前記第２のターゲットのより高いスパッタパワーに依存して前記駆動部の速度を制御するように設計される、請求項３１に記載のプロセスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１に記載の圧電コーティングでコーティングされた表面を有する基板、請求項１６に記載のそのようなコーティングを生産する方法、および基板上にそのようなコーティングを堆積させるプロセスシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
圧電薄膜のより高い電気機械結合係数の探求は、数例を挙げると、無線用途のための高周波（２ＧＨｚ以上）で動作する広帯域フィルタ、小型スピーカおよびマイクロフォンなど、様々な用途のための微小電気機械デバイス（ＭＥＭＳ）の進歩の商業的なニーズによって推進されている。提案された様々な戦略のうちで、ウルツ鉱型ＡｌＮ格子中のＳｃによるＡｌの部分的置換は、達成可能な性能指数が高く、ＣＭＯＳ構造への組み込みが可能であり、フロントエンド半導体機器と互換性があるため際立っている。
【0003】
ＡｌＮは、長年にわたって圧電薄膜用途のための支配的な材料であった。この材料の主な欠点、すなわち、他のクラスの材料に関して電気機械結合係数が低いことは、縦方向圧電活性がＳｃ／（Ｓｃ＋Ａｌ）比に対して最大４倍まで最大４０％まで増大するので、ウルツ鉱型格子中のＳｃの置換により克服され得る［Ａｋｙａｍａら、Ａｄｖ． Ｍａｔ． ２１、２００９年］。さらに、このクラスの材料における圧電異常の中心にある構造的不安定性が、ＩＩＩ族元素「Ａ」（ＡｌＮ、ＧａＮ、およびＩｎＮなど）の窒化物のウルツ鉱型構造中の金属元素「Ｍｅ」（Ｙまたは（Ｍｇ０．５、Ｚｒ０．５）など）の様々な置換により首尾よく導入され得ることが、理論的［Ｔｈｏｌａｎｄｅｒら、ＰＲＢ ８７、２０１３年］にも、実験的［Ｙｏｋｏｈａｍａら、ＩＥＥＥ ＴＵＦＦＣ ６１、２０１４年］にも実証されている。しかしながら、Ａ１－ｘＭｅｘＮのウルツ鉱型膜（Ａｌ（１－ｘ）ＳｃｘＮ、Ａｌ（１－ｘ）（Ｍｇ，Ｚｒ）ｘＮ、またはＩｎ１－ｘＹｘＮなど）の堆積のための大量生産の解決策は、新たな課題を提起する。膜応力に対する結合係数の依存性が大きくなるので、大表面の基板にわたって、膜応力、結晶性、および表面粗さの優れた均一性が要求される。しかしながら、Ｓｃ含有量の増大に伴い、ｃ軸配向を有する要求されるウルツ鉱型構造の成長は、隆起円錐状結晶子の出現により妨げられる。複数の著者［Ｆｉｃｈｔｎｅｒら］［Ｄｅｎｇら、ＪＶＳＴＡ、３０、２０１２年］は、この異常な結晶粒成長の事例が、オフノーマル堆積フラックス（ｏｆｆ－ｎｏｒｍａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｌｕｘ）に対するウルツ鉱型構造の異なる平面に対する捕獲断面内の表面異方性によって決定されることを示した。これらの望ましくない結晶粒は、まだウルツ鉱相にあるが、非ｃ軸配向である。競合成長メカニズムにより、これらの表面上の吸着原子移動度が低いので、これらの結晶粒の成長が高められ、その結果、膜の圧電活性に対して関連する仕方で寄与しない異常なサイズの結晶粒が生じる。このような表面の不安定性は、膜の中のＳｃの量と共に増大する。その結果、望ましくない結晶粒の体積分率は、Ｓｃ置換と共に実質的に増加する。これらの望ましくない結晶子の出現の可能性は、さらに基板／Ａｌ１－ｘＳｃｘＮ界面に強く依存している。ウルツ鉱相の核生成は実際に非常に高い率で起こる、すなわち、表面粗さが高いほど、したがって結果として、ｃ軸が基板に対して垂直ではない方向を指し、入ってくる吸着原子フラックスの方向から著しくずれる、結晶粒の核生成の可能性を高めることになる。モリブデン上に成長させたＡｌ１－ｘＳｃｘＮでは、Ｓｃ濃度が１５ａｔ％よりも高いときに、多数の結晶子が典型的には観察可能であるが、白金は、所与の膜厚に対して表面の滑らかさが高まるので、この問題の影響を受けにくい。いずれにしても、基板表面の選択および微細構造は、デバイスの仕様によって強く制限される。したがって、軸外結晶粒形成の可能性を低減する、Ａｌ１－ｘＳｃｘＮ層の堆積の、ロバストプロセスソリューションが非常に有利である。純粋なＡｌＮの表面不安定性は限定されているので、スカンジウムを含まない薄いシード層を使用することは、様々な基板タイプおよび材料上で所望のＡｌ１－ｘＳｃｘＮ品質の成長を確実にするのに効率的であることが判明している。たとえば、モリブデン電極上の２５ｎｍのＡｌＮの初期成長は、純粋なｃ軸配向ウルツ鉱型構造を有するＡｌ７５Ｓｃ２５Ｎ膜の堆積を可能にする。純ケイ素およびＳｉＯ２を含む他の基板表面上のＡｌＮシード層のプラス効果も実証されている。しかしながら、Ｓｃ濃度がたとえば３０ａｔ％まで成長すると、シード層の構造とＡｌ１－ｘＳｃｘＮ層との間のミスマッチは再核生成を促進する傾向があり、純粋なＡｌＮシード層戦略は限界に達する、すなわち、望ましくない結晶の成長は十分に効率的に抑制され得ない。したがって、本発明の主旨は、Ａ１－ｘＭｅｘＮ層、たとえば前述のＡｌＳｃＮ層の成長を確実にし、同等の高「Ｂ」含有量の他の知られている層と比較して、結晶子が全くないかまたはその数が無視できるくらい小さいことを示すべきである改善されたシーディングプロセスを提供することである。本発明のさらなる主旨は、そのような層を生産する方法を提供し、その方法を実行する処理システムを提供することである。
【0004】
定義：
Ａ１－ｘＭｅｘＮ層は、ＩＩＩ族元素「Ａ」（ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのような）のいずれかによって構成され、Ｙ、Ｚｒ、およびＭｇのような、遷移金属族２から６ｂからの、２ａ族、もしくは特にＳｃ、Ｎｂ、Ｍｏのようなその族の特に立方晶系種からの、またはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕのようなランタニド系もしくはここでもまた特にＣｅおよびＹｂのようなその族の立方晶系種からの、１つまたは複数の金属元素「Ｍｅ」を含む、任意のＡ１－ｘＭｅｘＮ非中心対称層を指す。元素Ａと元素または元素Ｍｅの混合物の原子百分率は、明示的な数字が参照されない限り変化してもよく、これは、ＡＭｅＮまたはＡｌＳｃＮは、ＭｅまたはＳｃ（スカンジウム）比とも呼ばれる任意のＭｅ／（Ａ＋Ｍｅ）またはＳｃ／（Ａｌ＋Ｓｃ）比を参照することを意味し、Ｎは、化合物の金属成分に関して化学量論的、準化学量論的、または超化学量論的な関係にあってもよい。
Ａ１－ｘＭｅｘＮ層は、ＩＩＩ族元素「Ａ」（ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムのような）のいずれかによって構成され、Ｙ、Ｚｒ、およびＭｇのような、遷移金属族２から６ｂからの、２ａ族、もしくは特にＳｃ、Ｎｂ、Ｍｏのようなその族の特に立方晶系種からの、またはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕのようなランタニド系もしくはここでもまた特にＣｅおよびＹｂのようなその族の立方晶系種からの、１つまたは複数の金属元素「Ｍｅ」を含む、任意のＡ１－ｘＭｅｘＮ非中心対称層を指す。元素Ａと元素または元素Ｍｅの混合物の原子百分率は、明示的な数字が参照されない限り変化してもよく、これは、ＡＭｅＮまたはＡｌＳｃＮは、ＭｅまたはＳｃ（スカンジウム）比とも呼ばれる任意のＭｅ／（Ａ＋Ｍｅ）またはＳｃ／（Ａｌ＋Ｓｃ）比を参照することを意味し、Ｎは、化合物の金属成分に関して化学量論的、準化学量論的、または超化学量論的な関係にあってもよい。
【0005】
基板は、任意の基材であってよく、異なるか、または同じコーティングシステムにおいて施され得るプレコーティングと呼ばれる、次の異なる機能層構造でプレコートされた基板も含む。このようなプレコーティングは、たとえば、音響ミラーを含むものとしてよく、たとえば、シリコン基板が、たとえば、ＳｉＯｘおよびＷ層、またはＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＮｘなどのエッチストップ層からの層スタックを含む。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Ａｋｙａｍａら、Ａｄｖ． Ｍａｔ． ２１、２００９年
【非特許文献2】Ｔｈｏｌａｎｄｅｒら、ＰＲＢ ８７、２０１３年
【非特許文献3】Ｙｏｋｏｈａｍａら、ＩＥＥＥ ＴＵＦＦＣ ６１、２０１４年
【非特許文献4】Ｄｅｎｇら、ＪＶＳＴＡ、３０、２０１２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
驚くべきことに、基板側から出発したときに、低いまたはゼロのＭｅ濃度から高いＭｅ／（Ａ＋Ｍｅ）比に向かって上昇するＭｅの濃度勾配を含むＡＭｅＮコーティングは、以下のスパイクとも呼ばれる望ましくない隆起円錐状結晶子の出現を抑制することを効率的に補助できることが判明している。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施形態では、基板は、圧電コーティングでコーティングされた表面を有する。このコーティングは、Ａ１－ｘＭｅｘＮを含み、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの少なくとも１つであり、Ｍｅは、遷移金属族３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、ランタニド、およびＭｇのうちの少なくとも１つの金属元素であり、このコーティングは厚さｄを有し、Ａの原子百分率に対するＭｅの原子百分率の比率が前記コーティングの厚さ範囲δ３に沿って着実に上昇していく遷移層をさらに含み、ここでδ３≦ｄが有効である。
【0009】
本発明のさらなる実施形態では、Ｍｅは、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｅ、ＹおよびＹｂのうちの少なくとも１つであってよく、これによりＳｃが好ましい。
【0010】
コーティングは、遷移層の前記着実に上昇する開始点で終わるシード層をさらに含んでもよく、前記比率は、前記コーティングのさらなる厚さ範囲δ２に沿って一定である。
【0011】
さらなる実施形態において、コーティングは、遷移層の前記着実に上昇する終了点で始まる最上層を含んでもよく、前記比率は、前記コーティングのさらなる厚さ範囲δ４に沿って一定である。
【0012】
遷移層は、前記コーティングの制限表面の１つで開始するか、または終了してよく、たとえば、基板の表面上で直接的に開始してもよく、接着層の表面上で直接的に開始してもよく、および／またはＭｅ／Ａｌ比が一定である最上層なしで終了してもよい。したがって、遷移層は、また、システムの唯一の層であり得、
δ３＝ｄとなる。
δ３＝ｄとなる。
【0013】
さらなる実施形態では、遷移層の前記着実な上昇は前記比率がゼロの状態で開始することができる。
【0014】
前記着実な上昇のＭｅ濃度は、少なくともほぼ直線的、たとえば斜面のようであってよい。
【0015】
それに加えて、コーティングは、基板表面に直接的に堆積された接着層をさらに含んでいてもよく、この接着層は、材料、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔｉのうちの少なくとも１つからなるものとしてよい。
【0016】
シード層、またはシード層が設けられていない場合には遷移層は、基板Ｓの表面に直接的に堆積されてよく、設けられている場合には接着層の表面に堆積されてもよい。
【0017】
基板の少なくとも１つの表面は、Ｓｉ、ＳｉＯｘ、またはＧａＡｓからなるものとしてよい。表面は、ウェハ、またはダイシングされて埋め込まれたウェハの表面であってもよい。
【0018】
遷移層の前記着実な上昇の終わりにおける比率は、２６％より高いＭｅ、好ましくは３０％と等しいかまたはそれ以上のＭｅ、たとえば２６から５０％、またはさらには３０から６０％の範囲内であってよい。
【0019】
遷移層および最上層のうちの一方の表面は、提供される限りにおいて、どの５μｍ×５μｍの表面領域内でも、５０個未満、特に４０個未満、またはさらには３０個未満のスパイクの均一な表面品質を有することができる。
【0020】
特に、基板Ｓ上の下記の層組合せが、実現され得、このリストの順序は改善の潜在的可能性を指している。
１． Ｓ／シード／遷移／最上：標準的な表面と材料に対して、Ｍｅが豊富に存在する最上層による高い圧電応答。３．の表面品質はほとんど維持できる。
２． Ｓ／接着／シード／遷移／最上：難しい表面状態や材料に対して、１．と同じ。４．の表面品質はほとんど維持できる。
３． Ｓ／シード／遷移：粗さ／スパイクの減少に関連した優れた表面品質、たとえば以下の図および実験を参照。
４． Ｓ／接着／シード／遷移：困難な表面状態または材料に対して、３．と同じ。
５． Ｓ／接着／遷移／最上。
６． Ｓ／遷移／最上。
７． Ｓ／遷移。
１． Ｓ／シード／遷移／最上：標準的な表面と材料に対して、Ｍｅが豊富に存在する最上層による高い圧電応答。３．の表面品質はほとんど維持できる。
２． Ｓ／接着／シード／遷移／最上：難しい表面状態や材料に対して、１．と同じ。４．の表面品質はほとんど維持できる。
３． Ｓ／シード／遷移：粗さ／スパイクの減少に関連した優れた表面品質、たとえば以下の図および実験を参照。
４． Ｓ／接着／シード／遷移：困難な表面状態または材料に対して、３．と同じ。
５． Ｓ／接着／遷移／最上。
６． Ｓ／遷移／最上。
７． Ｓ／遷移。
【0021】
ベストプラクティスの例および適用可能な厚さの範囲は、図の説明、および表２にも記載されている。
【0022】
本発明は、材料ＡからなるターゲットであるＡターゲット（第１のターゲット）、および材料Ｍｅからなる、または材料ＡにＭｅを加えたものからなるターゲットであるＭｅまたはＡＭｅターゲット（第２のターゲット）からの同時スパッタリングを含む上述の本発明のＡ１－ｘＭｅｘＮコーティングを堆積する方法にも向けられ、スパッタリングは、窒素含有ガス雰囲気中で、前記ターゲットのスパッタ時間およびスパッタレートを制御しつつ実行され、タイムスパンｔ３の間に、第１のターゲットのスパッタパワーＰＡに対する第２のターゲットのスパッタパワーＰＭｅのパワー比ＲＰ＝ＰＭｅ／ＰＡは増大する。したがって、例として、ＭｅターゲットまたはＡＭｅターゲットのスパッタパワーＰＭｅは増大され得るが、ＡターゲットのスパッタパワーＰＡは一定に保たれるか、または減少し得る。ＰＭｅは、純粋なＭｅターゲットのスパッタパワーと、少なくとも１つの元素Ａおよび少なくとも１つの元素ＭｅからなるＡＭｅターゲットのスパッタパワーの両方を指すことは言及されなければならない。
【0023】
本発明の一実施形態では、第１のターゲット（Ａターゲット）のスパッタコーンと第２のターゲット（ＭｅターゲットまたはＡＭｅターゲット）のスパッタコーンが重なる堆積領域内で、同時スパッタリングが実行され得る。重複する堆積領域は、コーティングされるべき基板表面の少なくとも５０％から１００％、または８０％から１００％を含むことができる。スパッタリングは、また、コーンがそれぞれ基板平面内で重なる２つの第１のターゲットと２つの第２のターゲットで実行され得る。したがって、第１のターゲットおよび第２のターゲットは、軸Ｚに同心の円上で交互に配置構成され得る。
【0024】
言及されているようにたとえば第１のターゲットと第２のターゲットの重なり合うスパッタコーンを使用する任意の方法において、コーティングされるべきそれぞれの基板表面領域と全く同様に、重なり合うコーン内で混合される異なるターゲットからスパッタリングされた異なる材料を容易に合金化するかまたは混合することは有益である。ターゲット平面内に大きな重なり合う表面領域を設けるために、ターゲットは、通常、基板平面に平行な平面から中心基板支持体の中間軸Ｚに向かって角度αで傾けられる。角度αは、１０°から３０°、たとえば約１５°±５°から選択され得るが、以下の例も参照されたい。
【0025】
本発明のさらなる実施形態では、同時スパッタリングは、少なくとも１つの第１のターゲットおよび少なくとも１つの第２のターゲットのスパッタコーン（Ｃ１、Ｃ２）を交互に通って中心軸Ｚ’から距離Ｄで、少なくとも１つの基板を中心軸Ｚ’の周りで回転させることによって実行され、それにより、第１のターゲットまたは第２のターゲットのより高いスパッタレートおよび基板の回転が相互に依存して制御されて、より高いスパッタレートを有するターゲットのスパッタコーンの１パスあたり１つまたは数個の原子材料層のみを堆積させるが、低いスパッタレートを有するターゲットの１パスあたりの寄与はいっそう低くなり、たとえば、いくつかの原子、１つまたは数個の原子層の程度である。
【0026】
本発明を実際にどのように実現するかを示すさらなる例およびプロセスパラメータは、図の説明および表１に記載されている。
【0027】
本発明は、以下の構成を備えるＡＭｅＮマルチチャンバープロセスシステム（ＭＣＳ）にも向けられている。
－ Ａの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第１のターゲット、およびＭｅの少なくとも１つの元素、またはＭｅの少なくとも１つの元素とＡの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第２のターゲット（１１）と、ガス供給ライン（１９）とを備えるマルチソーススパッタ（Ｍｕｌｔｉｓｏｕｒｃｅ ｓｐｕｔｔｅｒ）またはＭＳＳチャンバー、
－ Ａの少なくとも１つの元素とＭｅの少なくとも１つの元素から作られたＡＭｅターゲット、およびさらなるガス供給ラインとを含む、少なくとも１つのスパッタチャンバー２５、
－ コーティングされるべき少なくとも１つの平面基板を固定する手段を含む基板支持体であって、そのような手段は、基板陥凹部、横向きニップル、周縁部、クランプまたは同様のもののような機械的固定具、静電チャック（ＥＳＣ）、またはそのような手段の組合せを含むものとしてよい、基板支持体、
－ 前記プロセスチャンバーに動作可能に接続され、所定の堆積時間の間に増加していくＭｅ対Ａの堆積比を用いて前述の本発明のＡＭｅＮコーティングを堆積するように前記ターゲットを時間およびレート制御するように構成されている時間およびスパッタレート制御ユニット。
－ Ａの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第１のターゲット、およびＭｅの少なくとも１つの元素、またはＭｅの少なくとも１つの元素とＡの少なくとも１つの元素から作られた少なくとも１つの第２のターゲット（１１）と、ガス供給ライン（１９）とを備えるマルチソーススパッタ（Ｍｕｌｔｉｓｏｕｒｃｅ ｓｐｕｔｔｅｒ）またはＭＳＳチャンバー、
－ Ａの少なくとも１つの元素とＭｅの少なくとも１つの元素から作られたＡＭｅターゲット、およびさらなるガス供給ラインとを含む、少なくとも１つのスパッタチャンバー２５、
－ コーティングされるべき少なくとも１つの平面基板を固定する手段を含む基板支持体であって、そのような手段は、基板陥凹部、横向きニップル、周縁部、クランプまたは同様のもののような機械的固定具、静電チャック（ＥＳＣ）、またはそのような手段の組合せを含むものとしてよい、基板支持体、
－ 前記プロセスチャンバーに動作可能に接続され、所定の堆積時間の間に増加していくＭｅ対Ａの堆積比を用いて前述の本発明のＡＭｅＮコーティングを堆積するように前記ターゲットを時間およびレート制御するように構成されている時間およびスパッタレート制御ユニット。
【0028】
本発明のプロセスシステムの一実施形態では、第２のターゲットは、ＳｃまたはＳｃおよびＡｌのうちの１つから作られ、スパッタチャンバーからのＡＭｅターゲットは、２６から５０ａｔ％の間または３０から６０％の間のスカンジウム比を有するＡｌＳｃ合金またはＡｌＳｃ混合物から作られる。本発明のプロセスシステムのさらなる実施形態は、それぞれの図および説明に記載されている。
【0029】
プロセスシステムの一実施形態では、第１のターゲットおよび第２のターゲットは、基板平面に平行な平面から中心基板支持体の中間軸Ｚに向かって角度αの角度を付けられ、その結果、ターゲットの堆積領域同士が、コーティングされるべき基板表面上で重なり合う。一例として、角度αは、１０°から３０°、たとえば１５°±５°とすることができる。基板支持体は、軸Ｚを中心として静止している円盤形状の基板を回転させる手段を備え得る。
【0030】
本発明のプロセスシステムのさらなる実施形態では、第１のターゲットおよび第２のターゲットは、基板平面に平行な平面において、軸Ｚ’から側方の対向する距離Ｄにあり、基板支持体は、カルーセルタイプであり、基板を軸Ｚの周りで円を描くように回転させるように駆動部Ｍ’に動作可能に接続されている。制御ユニットは、第１のターゲットまたは第２のターゲットのより高いスパッタパワーに依存して、駆動部の速度を制御するように設計され得る。
【0031】
本発明は、次に、図の助けを借りてさらに例示されるものとする。図の説明は次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】ＡＭｅ層の第１の濃度プロファイルを示す図である。
【図2】ＡＭｅ層の第２の濃度プロファイルを示す図である。
【図3】ＡＭｅ層の第３の濃度プロファイルを示す図である。
【図4】ＡＭｅ層の第４の濃度プロファイルを示す図である。
【図5】ＡＭｅ層の第５および第６の濃度プロファイルを示す図である。
【図6】ＡＭｅ層の第６の濃度プロファイルを示す図である。
【図7】ＡＭｅ層の第７の濃度プロファイルを示す図である。
【図8】ＡＭｅＮコーティングを示す図である。
【図9A】最新技術によるコーティングのＡＦＭサーフェススキャンを示す図である。
【図9B】本発明のコーティングのＡＦＭサーフェススキャンを示す図である。
【図10】例示的なパラメータセットを示す図である。
【図12】本発明のコーティングを施すためのマルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバーＩＩを示す図である。
【図13】マルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバーＩＩ’を示す図である。
【図14】本発明のコーティングを施すためのプロセスシステムを示す図である。
【図15】プロセスパラメータを示す概略図である。
【図16】ＡｌＳｃＮコーティングの予想された深さプロファイルの図である。
【図17】ＡｌＳｃＮコーティングの測定された深さプロファイルの図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
図１から図７は、本発明のコーティングシステムにより適用可能な濃度プロファイルの概略図を示している。図１は、Ａ１－ｘＭｅｘＮ層を含むすべての本発明のコーティングに適用される基本スキームを示しており、厚さｄはコーティングＩの全体的な厚さであり、前記コーティングの厚さ範囲δ３に沿って、遷移層３が施され、Ａの原子百分率に対するＭｅの原子百分率の比率、たとえば、百分率を表すために１００を乗じたｘＭｅ／（ｘＡ＋ｘＭｅ）は上昇し、δ３≦ｄである。Ｍｅ含有量は、着実に、または小さなステップで、たとえば処理ユニットからの２値化によるステップから、上昇し得る。曲線は、直線（鎖線）から曲線（実線）までの任意の曲線タイプを含むことができる。
【0034】
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの少なくとも１つとすることができる。
【0035】
Ｍｅは、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂのうちの１つまたは２つ、３つもしくはそれ以上の金属の組合せとすることができる。最も一般的なのは、Ｓｃまたは、Ｓｃと金属のうちの１つとの組合せである。
【0036】
図２は、図１の一変更形態を示しており、前記Ｍｅ比は、前記コーティングのさらなる厚さ範囲δ２に沿って一定であり、前記着実に上昇する開始点、すなわち、基板および／または単なる任意の接着層（以下参照）と遷移層３との間、または単に遷移層の直下において終了する。前記Ｍｅ比は、前記コーティングの前記さらなる厚さ範囲δ２に沿ってゼロとすることができ、これは、シード層２とも呼ばれる厚さδ２のＡｌＮ内にはＭｅが存在しないことを意味する。括弧内の層（１、．．．４）は、条件的である。純粋なＡｌＮシード層を含むコーティングＩの特別な変更形態が図３に示されており、これはシード層からコーティングの遷移層へのＭｅ含有量の濃縮ステップを含む。しかしながら、好ましくは、シード層から遷移層および仕上げの最上層４への少なくともより高い濃縮ステップは回避されるべきである。
【0037】
コーティングのさらなる厚さ範囲δ４を有するそのような最上層は、図４に示されている。最上層４は前記着実に上昇する遷移層３の終わりから始まる。この最上層４は、通常、コーティングＩの最も高いＭｅ濃度を有する。
【0038】
図５は、コーティングの制限表面から始まる２つの遷移層４を示す。左側の曲線は基板の表面から直接的に始まる遷移層を示し、右側の曲線は大気に向かって外側表面で終わる遷移層を示している。図６は、図５の両方の層を組み合わせた遷移層を示しており、遷移層４は、コーティングの内側表面、たとえば、基板の表面から直接的に、シード層または接着層から始まり、最上層４またはコーティングの外側表面への界面において終わる。最後に、図７は図６の特別な実施形態であり、遷移層はゼロのＭｅ比から始まり、最高濃度で終わる。コーティングは遷移層４のみからなるものとしてよいという事実があるにもかかわらず、通常、圧電応答が高められるべきであるときに一定の高いＭｅ濃度の最終最上層が施され、多くの場合に、純粋なＡｌＮシード層は、結晶化の適切な開始のためのより安定したベースを提供するのに役立つ。
【0039】
基板とシード層および／または遷移層との間には、ある種のＡ１－ｘＭｅｘＮコーティングに有益な場合のある接着層１が施されてよく、たとえば、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｓｉまたはこれらの元素の混合物が有用であり得る。基板は、通常、ケイ素であり、ウェハの部分的にまたは完全に酸化された表面、および代替的にＧａＡｓのような他の半導体も包含する。
【0040】
さらなる詳細は、次の例を用いて与えられる。
【0041】
図７は、基板（Ｓ）表面から始まる本発明のコーティングＩを示しており、任意選択の接着ｌ層は基板表面に直接的に設けられてよく、通常は、接着層の上に、または接着層が使用されない場合は基板表面上に、直接的に、厚さδ２のシード層２が続く。導電性がある限り接着層は圧電コーティングのために下側電極層としても働き得る。シード層は、純粋なＡＮ、たとえばＡｌＮまたはＡ１－ｘＭｅｘＮ、たとえば、低いＭｅ、たとえばＳｃ濃度、たとえば１から１５ａｔ％または０．５から１０ａｔ％のＡｌ１－ｘＭｅｘＮ層であってもよい。代替的に、この層は、純粋なＡＮ層と、シード層２内に破線で示されている、低いＭｅ濃度のそれぞれのＡＭｅＮ層からなるものとしてよい。シード層２上で直接的に続き、遷移層３がその後に続き、通常は、シード層と同じであるか、またはシード層よりも最大で５原子％高いＭｅ濃度から始まり、たとえば、純粋なＡＮシード層からＭｅなし（ｘＭｅ＝０）で始まり、Ｍｅ濃度とともに最終的なＡ１－ｘＭｅｘＮの最高Ｍｅ濃度まで上昇し、この例では一定のＭｅ濃度の厚さδ４を有するＡＭｅＮ最上層となる。一例として、ＤＣ、ＤＣ－ｐｕｌｓまたはＲＦ技術のような従来のＰＶＤスパッタリングでは、最上層の最高Ｓｃ濃度は、約２６ａｔ％から最大４３ａｔ％まで選択され得る。次いで、より高い濃度に進むと、ＳｃＮの立方晶系結晶構造に起因する有害な立方体析出物が必然的に発生する。しかしながら、ＨＩＰＩＭＳ技術（ＨＩＰＩＭＳは高出力パルスマグネトロンの略である）を用いた実験が実施されており、Ｓｃ濃度が最大５０％、さらには６０％に達しても、純粋な、または少なくとも高度に優勢な六方晶相で堆積することができた。
【0042】
最上層は必ずしも大気に触れるその外表面で終わる必要はないことは言及されるべきである。たとえば、当技術分野で知られているさらなる層、たとえば、圧電コーティングのための金属上側電極層および／または引っ掻き抵抗性もしくは耐湿性を有する層が、追加で設けられ得る。
【0043】
図１５は、シード層、遷移層、および最上層からなる本発明のコーティングを、たとえば図１２で詳細に説明されているスパッタチャンバーＩＩ内に施すための例示的なプロセススキームを示している。シード層は、純粋なＡＮ層を堆積するタイムスパンｔ２、続いて純粋なＭｅターゲット（たとえばＳｃ）または高Ｍｅ濃度、たとえば３０ａｔ％超のＡＭｅターゲットの供給源のスパッタパワーＰＭｅ（ＰＳｃ）を上昇させることによりＡＭｅＮ遷移層を堆積するタイムスパンｔ３の間に、Ａターゲット（たとえば、Ａｌターゲット）の一定のスパッタパワーＰＡ（ＰＡｌ）で堆積される。このケースでは、直線ランプが示されている。図１から図６に示されているような濃度曲線を生成するためには、代替的ランプが適用され得る。さらなる代替的プロセスでは、パワーＰＡ’（ＰＡｌ’）は、タイムスパン２（一点鎖線）の少なくとも一部の間に下降させることによって低減することができ、これは、純粋なＭｅターゲットではなくＡＭｅターゲットが使用されるときに特に有用であり得る。最後に、タイムスパンｔ３の間、一定のパワーＰＭｅで高いＭｅ濃度を有する最上層が堆積される。一般に、最上層のコーティング組成は、遷移層の終わりと同じであるべきである。したがって、少なくとも最上層が同じプロセスモジュール内で、たとえば、図１４に示されているように同時スパッタリングによりＭＭＳチャンバー内で、堆積される限り、堆積パラメータは同じであり得る。基板がさらなるスパッタチャンバーに、たとえば、より高い堆積率で最上層を堆積するために移されるときに、パラメータは、遷移層の最後の副層とほぼ同じコーティング特徴を満たすように適合させなければならない。本発明の例では、反応ガス流、さらには不活性ガス流は、プロセス全体の間一定に保たれる。反応ガスの余剰により、少なくともほぼまたは完全に化学量論的に反応したＡＮ－、それぞれ、Ａ－ｘＭｅｘＮ層を含むコーティングが堆積され得る。さもなければ、１つの、たとえば反応ガスもしくは不活性ガス、またはそれ以上の反応ガスもしくは不活性ガスは、たとえば両方またはそれ以上の種類のガス、それぞれのガスランプについて、好ましい程度の反応を達成することが予見され得る。たとえばＭｏ、Ｐｔ、Ｗおよび／またはＳｉからの任意選択の接着層１が、タイムスパンｔ１において、シード層２を基板表面に直接的に施す代わりに、施されてよく、さらなる濃度ランプが、少なくとも１つのそれぞれのターゲットパワーランプを時間の経過とともにもたらすことによって層１と層２との間に使用することが可能である（図示せず）。
【0044】
表１は、本発明のコーティングで適用され得るプロセスパラメータおよび有用な範囲を参照するものである。すべての実験は、図１４に示されているように、Ｅｖａｔｅｃ Ｃｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＣＬＮ２００ ＭＳＱ真空システムのそれぞれのプロセスモジュール２４のマルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバーＩＩにおいて実行された。図１２を参照されたい。図１２に示されているように、ＡｌターゲットおよびＳｃターゲットは対毎の対向する位置に配置構成され、Ａｌターゲットはシード層を生成するために使用されており、両方のターゲットが次の遷移層と最上層に対して使用された。表１の２列目には、図８による本発明のコーティングの最上層を堆積するための堆積パラメータの例が示されている。この例では、最上層は５００ｎｍの厚さのＡｌ０．７Ｓｃ０．３Ｎ材料を含み、シード層は１５ｎｍの純粋なＡｌＮと、たとえば３５ｎｍの厚さの遷移層とを含み、これはゼロスカンジウムから始まり、最上層の３０ａｔ％のＳｃ濃度で終わる。４列目と５列目では、プロセス範囲１およびプロセス範囲２が与えられている。範囲１は、上記のように、ランタニドおよび他の３ｂから６ｂの金属または非金属Ｘ元素のような他のすべてのＭｅ元素に対するプロセス範囲も含むが、範囲２は、たとえば基準コーティングがＡｌＳｃＮを含むコーティングの圧電特徴に関して最適な結果を達成するためのパラメータ範囲を含む。
【0045】
範囲１または２の低いパラメータ値は、たとえばパルスＤＣ電力のスカンジウム、窒素ガスの流れの、Ｍｅランプの開始を指すものとしてよい。
【0046】
表２では、２列目に上記の厚さ５５０ｎｍのコーティングの例の層厚さを示し、４列目と５列目にそれぞれの厚さの範囲１と２を示している。
【0047】
【0048】
スキャングリッド：双方向ラインスキャン
スキャン速度：動的
スキャン面積：５μｍ×５μｍ
（これは、スパイクの数値解析に使用される面積も指す）
ＡＦＭティップ：ｎドープＳｉタイプＮＳＣ１５ ＡＬ ＢＳ
○ ８ｎｍの未コーティングティップの典型的な半径
○ コーティング＜８ｎｍの結果として得られるティップ半径
○ 完全なティップコーン角度＊４０°
○ 全ティップ高さ１２～１８μｍ
○ プローブ材料ｎ型シリコン
○ プローブバルク抵抗率０．０１～０．０２５Ｏｈｍ＊ｃｍ
○ ティップコーティング
○ 検出器コーティングアルミニウム
スキャン速度：動的
スキャン面積：５μｍ×５μｍ
（これは、スパイクの数値解析に使用される面積も指す）
ＡＦＭティップ：ｎドープＳｉタイプＮＳＣ１５ ＡＬ ＢＳ
○ ８ｎｍの未コーティングティップの典型的な半径
○ コーティング＜８ｎｍの結果として得られるティップ半径
○ 完全なティップコーン角度＊４０°
○ 全ティップ高さ１２～１８μｍ
○ プローブ材料ｎ型シリコン
○ プローブバルク抵抗率０．０１～０．０２５Ｏｈｍ＊ｃｍ
○ ティップコーティング
○ 検出器コーティングアルミニウム
【0049】
図９ＡのＡＦＭサーフェススキャンは、厚さ２５ｎｍのＡｌＮシード層２からの５μｍ×５μｍの表面領域を示しており、これは表１で述べられているような一定のパルスＤＣ電力（ＰＡｌ＝１０００Ｗ）および一定のパラメータにより、もちろんゼロである電力ＰＳｃを除き、堆積時間ｔ２＝１２２秒以内に堆積されている。このシード層２は、シリコンウェハＳに直接的に施され、シード層はいっさい施されなかった。Ｚ軸はナノメートル単位であり、ライトグレー（元々は茶色）から白への色の変化はおおよそ９ｎｍにある。表面のいわゆる「スパイク分析」を行ったところ、９ｎｍより高い高さ範囲内の結晶子に対応する約７０個の白色スパイクティップが得られたが、これはスパイクのない平均的な基本粗さ、ここでは約２ｎｍの約３から４倍以上の高さである。スパイクの高さとスパイクなしの平均表面粗さとのそのような関係は、典型的にはより低いマイクロメートル厚さ範囲までの薄い層に対してである。そのような結果は、良いものでも悪いものでもなく、今日使用されているとおりのシード層の通常の表面品質である。明らかに表面粗さにも影響を及ぼすが、コーティングの圧電応答にも影響を及ぼす、このような数の主に望ましくない高いスパイクは、通常圧電最上層であった堆積する次の層によって通常は再現される。それにより、シード層の欠陥は、次の最上位層の成長メカニズムによって直接的に転写されるか、または多くの場合に増幅されることすらあった。
【0050】
図９Ｂは、図９Ａのシード層上に堆積される２５ｎｍの遷移層３のＡＦＭサーフェススキャンの非常に驚くべき結果を示している。堆積パラメータは、同じだが、それに加えて、電力ＰＳｃが非常に薄い最終的なＡｌ０．７ＳＣ０．３Ｎ副層において終了する堆積時間の層３の堆積時間（ｔ３＝１２２秒）の間にゼロから４６０Ｗまで上昇したパラメータである。完全に予想外だったが、表面品質は劇的に、表面スパイクに関してほぼ３倍に改善され、相当する５μｍ×５μｍの表面領域内で２４個のスパイクにまで減らすことができた。
【0051】
例示的な時間変化パラメータセットを見ると分かるようにさらに検証されたそのような発見は、結果として、両方とも図１０に示されているように、異なる層厚さおよび全体的なコーティング厚さの二重層配置構成をもたらしている。全体的な層厚さＤＩは、左から右へのｘ座標に関して３０から、５０、７０ｎｍへと増加しているが、ｚ座標の方向では遷移層の厚さは１５から３５ｎｍへ１０ｎｍ刻みに増加しており、一方でシード層の厚さは３５から１５ｎｍに縮小している。それぞれの表面領域のＡＦＭスキャンは、スパイク分析のそれぞれいわゆる「スパイク数」と共に図１１に示されている。これにより、３０ｎｍに等しいか、なおもそれより小さい、たとえば５から３０ｎｍ、または１０から２５ｎｍであるべきである比較的薄いシード層２で最良の結果が得られることを示すことができた。一方、遷移層３の厚さは、好ましくはシード層２の厚さに等しいか、またはそれ以上であるべきであり、たとえば、１０から５０ｎｍ、たとえば、２０から４０ｎｍである。
【0052】
図１２は、本発明のプロセスシステムＩＩＩのマルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバーＩＩの概略を示している。このＭＳＳチャンバーは、Ａから作られた第１のターゲット１０と、上述の例にこだわるためにＭｅまたはＡＭｅから作られた第２のターゲット１１とを備える。代替的に、第２のターゲットは、上述したような金属のいずれかから、またはたとえば冶金的に製造されたそれぞれのＡＭｅ合金、またはたとえば粉末冶金的に生産されたターゲットからのＡＭｅ混合物から作ることができる。ターゲット１０、１１は、ライン１８、１９を介して、それぞれの第１の電源１５および第２の電源１６によって給電される。第１の電源および／または第２の電源は、ＤＣ、パルスＤＣ、パルスＤＣと重ねられたＤＣ、ＲＦと重ねられたＤＣ、またはＨＩＰＩＭＳ供給源とすることができる。ターゲット基板距離は、図１２により、ここでは基板平面１４に平行な平面から約１５°の角度αで、角度を付けられたターゲットの中間から基板Ｓとチャンバー軸Ｚの中間に向かって定義され、表１に従って選択され得る。これにより、最大４つのターゲット、たとえば２つのＡターゲットおよび２つのＭｅターゲットの堆積領域は、基板表面の大部分または全体の領域、すなわち基板領域の５０％から１００％、好ましくは８０％から１００％と重なる。重なり合いは、これにより、能動的ターゲット表面の外側境界線、つまりスパッタリングされた表面から生じるスパッタコーンを指し、ターゲット軸からの開き角は約３５°である。ＭＳＳチャンバーの上側領域内の中心軸Ｚの周りにスパッタソースを回転可能に取り付けること、および／またはたとえば対向する基板の回転、および／またはターゲット軸Ｔ１０、Ｔ１１の周りの回転（両方ともそれぞれの円形の二重矢印で記号化されている）を行うことで、均等な材料分布および層品質をさらに助長し得る。基板は、基板ホルダー１３、たとえばチャックによって支持され、これは、通常、加熱および／または冷却手段を備える。チャック１３は、平坦な基板を安全に固定するためのＥＳＣチャックであってもよい。軸Ｚを中心とする、円盤状の基板、たとえばウェハは、駆動部Ｍによって固定回転され得る。角度αは、実際の距離ＴＳ、基板の回転速度、および／またはターゲットの回転、条件的にさらなる幾何学的パラメータに達するまで、０°から９０°まで変化し得ることが言及されるべきである。チャンバーは、それぞれのポンプライン、高真空ポンプ、および少なくとも１つのフォアポンプまたは粗引きポンプを含む高真空ポンプシステムＰによってポンピングされる。現在のパラメータは、ウェハのような２００ｍｍの平坦な円形基板および円形の１００ｍｍターゲット用のチャンバーに最適化されている。アップスケーリングおよびダウンスケーリング手順は当業者に知られている。図１２に示されているようなそれぞれの対毎の対向する位置に円形に配置構成されている２つまたは４つのターゲットを装備することができるそのようなＭＳＳチャンバーでは、言及されているように本発明のコーティングを堆積するすべてのプロセスステップが実行され得るが、接着コーティングであっても、スパッタステーションの少なくとも１つがそれぞれのターゲット材料を装備していれば実行され得る。しかしながら、ＭＳＳチャンバーＩＩのそのような多目的使用の結果、次に説明されているようにＭＣＳシステムと比較して明らかにプロセスサイクルが長くなる。
【0053】
図１３は、本発明のプロセスシステムＩＩＩでチャンバーＩＩの代わりに使用可能な代替のマルチソーススパッタ（ＭＳＳ）チャンバーＩＩ’の概略を示している。チャンバーＩＩ’では、複数の基板５が、それぞれ選択されたコーティングパラメータに従って、シード層２、遷移層３、または最上層４で同時にコーティングされ得る。ここでもまた、チャンバーＩＩ’は、Ａから作られた少なくとも１つの第１のターゲット１０と、ＭｅまたはＡＭｅから作られた少なくとも１つの第２のターゲット１１とを備える。チャンバーＩＩと同様に、２つ、４つ、６つまたはそれ以上のターゲットが取り付けられているときに、異なる材料のＡまたはＭｅそれぞれＡＭｅのターゲットが交互する順序で配置構成される。しかしながら、この実施形態では、ターゲットは、基板支持体１３’、それぞれ基板５の表面、より上に、またそれと平行に、円形経路に沿って配置構成される。基板支持体１３’はカルーセルタイプであり、駆動部Ｍ’によって駆動され、基板を軸Ｚの周りで円形に回転させ、通常は基板を遊星軸Ｚの周りで回転させるための追加の駆動部Ｍを有する。類似の回転（「遊星」および／または循環的のみ）が、ターゲット１０、１１、それぞれ、全体として対応する磁気システムまたはスパッタソース（図示せず）で予見され得る。ターゲット材料、スパッタパワー、ターゲットと基板との距離、および異なる層の堆積のための使用に関しては、上述のようにそれぞれの備考を参照することができる。傾斜層３および最上層４の堆積のみに関して、チャンバーＩＩ内に共焦点配置構成され、角度を付けられたターゲットと比較して、ターゲットコーンの重なりを有しないか、または少なくとも少ない別々の堆積領域のせいで、カルーセル１３’の回転、および該当する場合には、軸Ｚ周りのターゲット１０、１１の逆回転は、基板がターゲットを通過する際に、１つまたはわずか数個の原子層の非常に薄い副層のみが堆積されるように十分に速くなければならないことが言及されるべきである。そのため、最低回転速度は、堆積されるべきそれぞれのＭｅ／（Ａ＋Ｍｅ）比に応じて第１または第２のターゲットであってよい主にスパッタレートの高いターゲットのスパッタパワーに依存する。そのような薄層を高速に連続して設けることで、ＡＮおよびＭｅＮまたはＡＭｅＮの副層の原子混合または合金化が達成され、それにより、上述したような重なり合うスパッタコーンと同様の材料特性がもたらされ得る。
【0054】
本発明のすべての実施形態によるターゲットは、マグネトロンターゲットであってよい。より適切な層分布のために、ターゲットの、またはターゲットの磁気システムの少なくとも一部の遊星回転が、たとえば、軸Ｔ１０、Ｔ１１または供給ライン１７’、１８’を包含する軸の周りに予見できる。
【0055】
産業規模の本発明の圧電コーティングを生産するための真空プロセスシステムが図１４に示されている。基板Ｓは、ロードロックチャンバー２８、２９を介して、システムの真空中に↑およびそこから↓に搬送され、ウェハハンドリングレベルの上下に対毎に位置する６つの前処理および後処理モジュール３０、３０’、３１、３１’内に入れられる。さらにシステム上には、６つのプロセスモジュール２１から２６を備える。すべてのモジュール２１から２９は、前処理モジュール３０から処理モジュール２１から２６にウェハＳを↑↓＜－＞搬送し、モジュール間でウェハを搬送し、最終的に後処理ツール３０にウェハを戻すための自由にプログラム可能なハンドラ２７を備える中央ハンドラコンパートメント２０の周りに円形または多角形の形状に配置構成される。マルチチャンバー真空プロセスシステム（ＭＣＳ）への搬入および搬出は、入ってくるウェハ用のロードロック２８および出て行くウェハ用のロードロック２９によって行われる。少なくとも１つのさらなるハンドラ（図示せず）がウェハを、ここでは１つのロードロックセクションとして実現されているロードロックチャンバー２８、２９から前処理モジュール３０へ、そして再び後処理モジュール３１からロードロックセクションへと搬送する。前処理モジュール３０、３０’および後処理モジュール３１、３１’は、処理や搬送を待つウェハ用のバッファ、加熱ステーション、冷却ステーション、エッチングステーションおよびアライナーステーションのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。モジュール２２は、ＭＣＳにおける全体的なプロセスを調整するためにさらなる処理モジュール内でスパッタ堆積が実行される前またはその間に基板をエッチングするためのエッチングステーションを備え得る。モジュール２１および２６は、Ｍｏターゲット、それぞれＰｔターゲットを各々備えた少なくとも１つの金属スパッタステーションを備え、基板表面に接着層を施し、これは操作者が必要ならば異なる基板タイプまたは表面状態に合わせて最も適切な接着コーティングを選択できるようにする。モジュール２３は、たとえばＡＮシード層を短時間のうちに施すためのＡターゲットを備えた金属スパッタステーションを備え得る。モジュール２５は、最終的に比較的厚いＡＭｅＮ、たとえばＡｌＳｃＮ層を施すための、ＡＭｅターゲット、たとえばＡｌＳｃターゲットを備えた金属スパッタステーションを備えるものとしてよい。別のＭＣＳの配置構成では、２つのプロセスモジュール、たとえばモジュール２５および２６でさえ、最後の層の堆積プロセスを分割し、それによって生産サイクルを高速化するためにそれぞれのターゲットを装備し得る。
【0056】
モジュールのそれぞれのシステムユニットを含むか、または少なくともそのようなユニットのタイミングを制御してもよい、ＭＣＳのシステム制御ユニット３２は、ここでもまたシステム制御ユニット３２内に少なくとも一部は含まれ得るか、または制御されるべきそれぞれのモジュールとは別個であってもよい制御および／または調整手段３３、測定手段およびセンサ（図示せず）によって、ウェハ搬送さらにはすべてのモジュール内のプロセスの詳細を制御する。入出力ユニット３４は、操作者が単一のプロセスパラメータを修正し、新しいプロセスを自動的にロードすることを可能にする。図示されているような真空プロセスシステムでは、すべての処理モジュールは高真空ポンプシステムＰによってポンピングされ、したがって中央ハンドラコンパートメント２０、前処理モジュール３０、後処理モジュール３１、および／またはロードロックチャンバー２８、２９であってよい。
【0057】
最後に、本発明の一実施形態、例、または種類と共に述べた特徴の組合せは、矛盾しない限り、本発明の他の実施形態、例、または種類と組み合わせられ得ることは言及されるべきである。
【0058】
【表1】
【0059】
【表2】
【符号の説明】
【0060】
Ｉ 圧電コーティング
１ 接着層
２ シード層
３ 遷移層
４ 最上層
５ 最上層の表面
６ シード層の円錐状結晶子
７ 遷移層の円錐状結晶子
Ｓ 基板
ＩＩ ＭＳＳチャンバー
１０ 第１のターゲットＡｌ
１１ 第２のターゲットＭｅ
１２ アノード（グランド電位にあってよい）
１３ 基板支持体
１４ 基板平面
１５、１６ 第１および第２のターゲット供給源
１７ 第１の供給源からのライン
１８ 第２の供給源からのライン
１９ 供給ライン
Ｃ スパッタコーン
Ｍ、Ｍ’ 駆動部
Ｐ 高真空ポンプシステム
Ｔ１０／１１ ターゲット軸
ＴＳ ターゲット／基板の距離
α チャンバー軸に対するターゲットの角度
Ｚ チャンバー軸
ＩＩＩ プロセスシステム
２０ 中央ハンドラコンパートメント
２１ 第１の処理モジュール／Ｍｏ
２２ 第２の処理モジュール／エッチング
２３ 第３の処理モジュール／ＡｌＮ
２４ 第４の処理モジュール／ＭＳ ＩＩ
２５ 第５の処理モジュール／ＡｌＭｅＮ、ＡｌＳｃＮ
２６ 第６の処理モジュール／Ｐｔ
２７ ハンドラ
２８、２９ ロードロックチャンバー入／出
３０ 前処理モジュール
３１ 後処理モジュール
３２ システムコントローラユニット
３３ 制御および／または調整手段
３４ 入力／出力ユニット
↑↓ 真空内に搬入／真空から搬出
↑↓＜－＞ ハンドラコンパートメントとモジュールとの間の搬送
１ 接着層
２ シード層
３ 遷移層
４ 最上層
５ 最上層の表面
６ シード層の円錐状結晶子
７ 遷移層の円錐状結晶子
Ｓ 基板
ＩＩ ＭＳＳチャンバー
１０ 第１のターゲットＡｌ
１１ 第２のターゲットＭｅ
１２ アノード（グランド電位にあってよい）
１３ 基板支持体
１４ 基板平面
１５、１６ 第１および第２のターゲット供給源
１７ 第１の供給源からのライン
１８ 第２の供給源からのライン
１９ 供給ライン
Ｃ スパッタコーン
Ｍ、Ｍ’ 駆動部
Ｐ 高真空ポンプシステム
Ｔ１０／１１ ターゲット軸
ＴＳ ターゲット／基板の距離
α チャンバー軸に対するターゲットの角度
Ｚ チャンバー軸
ＩＩＩ プロセスシステム
２０ 中央ハンドラコンパートメント
２１ 第１の処理モジュール／Ｍｏ
２２ 第２の処理モジュール／エッチング
２３ 第３の処理モジュール／ＡｌＮ
２４ 第４の処理モジュール／ＭＳ ＩＩ
２５ 第５の処理モジュール／ＡｌＭｅＮ、ＡｌＳｃＮ
２６ 第６の処理モジュール／Ｐｔ
２７ ハンドラ
２８、２９ ロードロックチャンバー入／出
３０ 前処理モジュール
３１ 後処理モジュール
３２ システムコントローラユニット
３３ 制御および／または調整手段
３４ 入力／出力ユニット
↑↓ 真空内に搬入／真空から搬出
↑↓＜－＞ ハンドラコンパートメントとモジュールとの間の搬送
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【国際調査報告】