專利名稱：薄膜聲反射器迭層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層的制作方法、一種由此制作的聲反射器迭層、以及執(zhí)行所述方法的配置，其中第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗。
背景技術(shù)：
這些反射器迭層與體聲波(BAW)濾波器及諧振器一起使用，并且包括交替的高和低聲阻抗材料的λ/4層(λ＝聲波波長)。用于沉積SiO2和Ta2O5的不同薄膜技術(shù)是公知的。然而，對用于BAW反射器的材料要求相當(dāng)高高溫度穩(wěn)定性、高密度、低應(yīng)力水平、低表面粗糙度。迄今為止使用不同沉積工藝制備的層不能滿足全部要求。尤其是蒸發(fā)的Ta2O5膜在400℃以上的處理溫度下表現(xiàn)出結(jié)晶。因此，需要能夠給出具有良好性能的聲布拉格反射器的沉積工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法用于制作包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中通過反應(yīng)直流磁控濺射工藝來沉積至少一層，本發(fā)明的方法滿足以上要求，尤其是對于進(jìn)一步處理所必需的400℃以上的溫度下缺少結(jié)晶，以及低的機(jī)械應(yīng)力(低的晶片彎曲)。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定工藝，濺射工藝可以是脈沖的。盡管本發(fā)明包括用不同的工藝構(gòu)造另一層，在優(yōu)選實(shí)施例中通過濺射工藝交替地沉積這兩層。
本發(fā)明方法的有利的實(shí)施例，其中將多個(gè)襯底放置在包含惰性氣體和反應(yīng)氣體的真空反應(yīng)腔中，包括步驟a)移動(dòng)襯底通過第一材料的沉積區(qū)，包括具有第一材料前體(precursor)的磁控濺射源，收集第一材料的薄層；b)移動(dòng)襯底通過反應(yīng)區(qū)，其中氧的分壓高于沉積區(qū)中；c)重復(fù)步驟a)和b)直到第一材料層已經(jīng)達(dá)到所需厚度；d)移動(dòng)襯底通過第二材料的沉積區(qū)，包括具有第二材料前體的磁控濺射源，收集第二材料的薄層；e)移動(dòng)襯底通過氧化區(qū)，其中氧的分壓高于沉積區(qū)；f)重復(fù)步驟d)和e)，直到第二材料層已經(jīng)達(dá)到所需厚度；g)重復(fù)步驟a)和f)，直到第一和第二材料的層數(shù)已經(jīng)達(dá)到所需數(shù)目。
一個(gè)薄層的逐步沉積與獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了濺射原子的完全反應(yīng)，例如Si與反應(yīng)氣體。本方法可以用不同工藝實(shí)現(xiàn)，例如，硅、鉭、或鈦-與氧作為反應(yīng)氣體，如果有用的話則是氮。因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用要求氧，這將在以下描述。
優(yōu)選地，薄層少于五個(gè)單層。
本發(fā)明還涉及一種包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中通過反應(yīng)脈沖直流磁控濺射工藝交替地沉積所述層。
一種用于制作包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層的有利配置，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中通過反應(yīng)脈沖直流磁控濺射工藝交替地沉積各層，包括a)反應(yīng)腔，具有用于抽空和用于受控氣源的裝置；b)在反應(yīng)腔中的旋轉(zhuǎn)支撐設(shè)備，在其外圍上布置了用于襯底的安裝臺(mount)；c)布置在反應(yīng)腔的外圍上的至少兩個(gè)靶和至少一個(gè)微波源；d)從反應(yīng)腔的內(nèi)部看，安裝在靶后面的磁體，形成磁罩以便將放電電子保持和集中在靶表面附近。
由于在特殊應(yīng)用中是有用的，支撐設(shè)備可以形成為鼓狀物或者臺子。
盡管本發(fā)明方法要求逐步沉積薄層，該配置允許低成本高精度的大量制造。一個(gè)實(shí)際使用的實(shí)施例可以在一批中處理超過20個(gè)晶片。


參考下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得清楚，并且將參考下面描述的實(shí)施例進(jìn)行闡述。
圖1是濺射配置的示意性表示；圖2是濺射源的透視圖；圖3是反應(yīng)腔的示意性表示；圖4更加詳細(xì)地示出了根據(jù)圖3的反應(yīng)腔的截面。
具體實(shí)施例方式
將待沉積的材料或它的一些前體作為固體靶1放入到反應(yīng)腔2中，從而面對待涂敷的襯底(圖1)。用真空泵7對反應(yīng)腔進(jìn)行抽空。進(jìn)氣閥8允許提供所需氣體。用電源3向靶1通電，使得在靶1附近持續(xù)放電，在惰性氣體(大多使用的是Ar)中形成等離子體4。然后使靶1受到高能惰性氣體離子的轟擊，當(dāng)與靶1碰撞時(shí)，所述轟擊通過碰撞級聯(lián)(collision cascade)去除了表面原子。如圖所示，這些靶原子按照寬角度分布噴射，并且部分地到達(dá)襯底5，在所述襯底處它們合并到生長層6中。
為了增加濺射強(qiáng)度和工藝生產(chǎn)率，可以使用圖2所示的、且本身從Ohring M.的“The Materials Science of Thin Films”，Academic Press，UK，1992，123頁中已知的磁控原理這里使用具有放置在靶15背面上的極片14的永磁體11、12、13的配置以形成“磁罩”16，以便將放電電子保持和集中在靶表面附近。這形成了所謂的跑道(racetrack)，在那里等離子體和濺射最強(qiáng)。
濺射的最快方式之一是直流模式，靶作為陰極而系統(tǒng)的其余部分作為放電陽極。該模式只能對導(dǎo)電靶起作用。因此為了形成電介質(zhì)材料(SiO2、Si3N4、TiO2、Ta2O5…)，所述靶由相應(yīng)的金屬制造，而把其它化學(xué)組分(比如說氧)作為與惰性氣體的氣態(tài)混合物引入系統(tǒng)。
為了達(dá)到金屬層的高度氧化，高的氧分壓似乎是所需的。很不幸地是，氧不僅與層材料反應(yīng)，而且還到達(dá)靶，在靶表面形成不導(dǎo)電層。這導(dǎo)致濺射工藝的不穩(wěn)定操作狀態(tài)。該問題通過使用氧化處理的額外區(qū)來解決，如圖3和圖4中是示意性示出的。
在真空系統(tǒng)抽氣之后(系統(tǒng)基底壓強(qiáng)是較低的10-5mTorr范圍)，采用由微波(3×4kW功率)驅(qū)動(dòng)的氬等離子體(6.5mTorr Ar)的等離子體清洗步驟，以進(jìn)一步地清洗腔31中的環(huán)境(atmosphere)和表面，并達(dá)到必要的濺射背景壓強(qiáng)。用于清洗工藝的示蹤劑(tracer)是在微波等離子作用期間從表面釋放到腔環(huán)境中的氧。連續(xù)監(jiān)測氧分壓。優(yōu)選地，可以執(zhí)行清洗直到氧分壓下降到0.05mTorr以下。
移動(dòng)襯底通過磁控濺射源17收集金屬或硅薄層的沉積區(qū)18，例如其厚度是約一個(gè)單層或者小于五個(gè)單層。在濺射源17的等離子體中，經(jīng)由氣體控制器19流入系統(tǒng)的氧開始與在襯底20上沉積的金屬反應(yīng)。但是，由于這不足以得到均勻的層，因此安裝了額外的微波單元21，向系統(tǒng)提供額外反應(yīng)區(qū)22，在那里進(jìn)一步地氧化額外層(即，每個(gè)沉積步驟中的額外層)。干涉濾波器的單層的構(gòu)建可能需要幾百個(gè)這樣的經(jīng)過，經(jīng)過的數(shù)目非常精確地限定了層厚。如圖3和4所示，系統(tǒng)裝備有用于干涉迭層所需的不同材料的不同靶17、23。
SiO2和Ta2O5兩者都采用單個(gè)靶工藝沉積，即每次只有一個(gè)靶是激活的。參數(shù)設(shè)置依賴于材料。對于SiO2的典型值是Ar壓強(qiáng)6.3mTorr、O2壓強(qiáng)0.3mTorr、微波功率3×5kW、靶功率10kW。對于Ta2O5的典型值是Ar壓強(qiáng)6.0mTorr、O2壓強(qiáng)0.5mTorr、微波功率3×5kW、靶功率8.5kW。通過試驗(yàn)沉積和層厚光學(xué)測量來進(jìn)行層厚校準(zhǔn)，例如在實(shí)驗(yàn)樣品上發(fā)現(xiàn)層厚為500nm。沉積速率依賴于襯底形狀和靶功率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，它們在25nm/min的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制作包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層的方法，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中，通過反應(yīng)直流磁控濺射工藝來沉積所述層中的至少一層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，濺射工藝是脈沖的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，兩層都通過濺射工藝交替地沉積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將多個(gè)襯底放置在包含惰性氣體和反應(yīng)氣體的真空反應(yīng)腔中，包括步驟h)移動(dòng)襯底通過第一材料的沉積區(qū)，包括具有第一材料前體的磁控濺射源，收集第一材料的薄薄層；i)移動(dòng)襯底通過反應(yīng)區(qū)，其中氧的分壓高于沉積區(qū)中；j)重復(fù)步驟a)和b)直到第一材料層已經(jīng)達(dá)到所需厚度；k)移動(dòng)襯底通過第二材料的沉積區(qū)，包括具有第二材料前體的磁控濺射源，收集第二材料的薄層；l)移動(dòng)襯底通過氧化區(qū)，其中氧的分壓高于沉積區(qū)中；m)重復(fù)步驟d)和e)直到第二材料層已經(jīng)達(dá)到所需厚度；n)重復(fù)步驟a)和f)直到第一和第二材料的層數(shù)已經(jīng)達(dá)到所需數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述前體之一是硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述所述的方法，其中，所述前體之一是鉭。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述前體之一是鈦。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述反應(yīng)氣體之一是氧。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述反應(yīng)氣體之一是氮。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述薄層少于五個(gè)單層。
11.一種包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中，通過反應(yīng)脈沖直流磁控濺射工藝交替地沉積各層。
12.一種用于制作包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層的配置，第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中，通過反應(yīng)脈沖直流磁控濺射工藝交替地沉積各層，包括e)反應(yīng)腔，具有用于抽空和用于受控氣源的裝置；f)在反應(yīng)腔中的旋轉(zhuǎn)支撐設(shè)備，在其外圍上布置了用于襯底的安裝臺；g)布置在反應(yīng)腔的外圍上的至少兩個(gè)靶和至少一個(gè)微波源；h)從反應(yīng)腔的內(nèi)部看，安裝在靶后面的磁體，形成磁罩，以便將放電電子保持和集中靶表面附近。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制作包括第一和第二材料的交替層的薄膜聲反射器迭層的方法，所述第一和第二材料具有不同的聲學(xué)特征阻抗，其中，通過反應(yīng)脈沖直流磁控濺射工藝交替地沉積各層。本發(fā)明還包括由此制作的聲反射器迭層以及用于執(zhí)行所述方法的配置。
文檔編號C23C14/00GK101080869SQ200580043139
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者漢斯-彼德·勒布爾, 阿恩德·里茨, 克里斯托弗·梅茨馬赫爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司