沉积方法技术

本公开的实施例涉及沉积方法。本公开的一些实施例公开了一种溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪或钇的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：通过脉冲DC反应溅射将含添加剂的氮化铝薄膜的第一层沉积到设置在腔室内的衬底上；以及通过脉冲DC反应溅射在第一层上沉积含添加剂的氮化铝薄膜的第二层，第二层具有与第一层相同的成分。

【技术实现步骤摘要】
沉积方法
本专利技术涉及溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于沉积含添加剂的氮化铝薄膜，例如含钪或钇的氮化铝薄膜的脉冲DC反应溅射方法。本专利技术还涉及含添加剂的氮化铝薄膜本身以及包括这些薄膜的压电器件。
技术介绍
压电氮化铝(AlN)薄膜可以应用于RF谐振器器件，如体声波(BAW)滤波器。与未掺杂的氮化铝薄膜相比，含添加剂的氮化铝可以提高器件的机电耦合效率(Keff)。例如，钪可以以降低铝含量为代价加入到合金中，以形成具有相对较高Keff的Al100-xScxN形式的含添加剂的氮化铝。应当理解，当组合物以Al100-xScxN的形式表示时，值100-x和x表示为百分比，x作为百分比在化学计量术语中可以等于0.01x。特别地，c轴取向的Al100-xScxN薄膜优选用于谐振器器件，因为这种取向增强了材料的压电特性。为了制造更高质量的RF谐振器器件，需要增加机电耦合系数。例如，增加含添加剂的氮化铝中存在的添加剂元素的量可以增加机电耦合系数(Keff)。然而，随着含添加剂的氮化铝中存在的添加剂元素的量增加，晶体缺陷形成的可能性更大。晶体缺陷降低了含添加剂的氮化铝薄膜的质量和结晶度。这些晶体缺陷是非压电活性的，因此对含添加剂的氮化铝薄膜的机电耦合系数有不利影响。也就是说，缺陷几乎没有压电响应，因此可以降低每单位体积薄膜的压电耦合。图1示出了在使用已知沉积方法生产的AlScN薄膜上观察到的晶体缺陷的SEM图像。图2示出了晶体缺陷20的放大倍数更高的SEM图像。此外，这些缺陷可能难以蚀刻，可能对后续层的生长产生不利影响，并因此可能影响后续处理步骤。因此，需要开发一种方法来增加含添加剂的氮化铝中存在的添加剂元素的量，同时保持可接受的缺陷密度和结晶度(或织构)。通常，为了制造高质量的器件，每100μm2小于50个缺陷的缺陷规格是理想的。通常，为了制造高质量的器件，小于2.0°FWHM的织构规格是理想的。EP3153603公开了一种通过脉冲DC反应溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法。然而，需要开发新的方法来抑制含添加剂的氮化铝薄膜中的缺陷水平，特别是当添加剂浓度大于约8At％时。因此，希望进一步增加添加剂元素的浓度(特别是高于约8At％)，同时抑制缺陷并将薄膜织构改善到高质量RF谐振器器件的商业制造可接受的水平。最终商业化的另一个条件是，这种方法可以以经济可行的方式实施。
技术实现思路
本专利技术在其至少一些实施例中寻求解决至少一些上述问题、期望和需求。在本专利技术的至少一些实施例中，本专利技术提供了一种用于沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述氮化铝薄膜具有低缺陷密度和高机电耦合系数(Keff)，并且适用于谐振器器件。根据本专利技术的第一方面，提供一种溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述薄膜含有选自钪或钇的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：通过脉冲DC反应溅射将含添加剂的氮化铝薄膜的第一层沉积到设置在腔室内的衬底上；以及通过脉冲DC反应溅射在第一层上沉积含添加剂的氮化铝薄膜的第二层，第二层具有与第一层相同的成分；其中：沉积第一层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体或气体混合物引入腔室，且87-100％的流速(sccm)是氮气流；沉积第二层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体混合物引入腔室，所述气体混合物包括氮气和惰性气体，以及在沉积第一层的步骤中使用的流速(sccm)中的氮气百分比大于在沉积第二层的步骤中使用的流速(sccm)中的氮气百分比。第一层可以是晶种层。第一层可以为第二层的定向晶体生长提供成核位置，例如具有c轴取向。已经发现，在高度富氮的气氛(例如87-100％)中沉积第一层允许将高浓度的添加剂元素结合到氮化铝材料中，同时保持可接受水平的晶体缺陷、结晶度和织构。添加剂元素可以是钪。添加剂元素可以以0.5At％至40At％的量存在，任选地在8At％至40At％的范围内，任选地在10At％至35At％的范围内，任选地在15At％至30At％的范围内，或任选地在20At％至25At％的范围内。添加剂元素可以以大于8At％、大于10At％、大于15At％、大于20At％、大于25At％的量存在。添加剂元素可以以小于等于40At％的量存在。添加剂元素可以以上述上限和下限的任意组合存在。本专利技术的方法对于沉积具有高浓度添加剂元素(例如高于8At％)的含添加剂的氮化铝薄膜特别有效，同时保持可接受水平的缺陷密度、结晶度和织构。在沉积第一层的步骤中使用的流速(sccm)的88％或更多、89％或更多、90％或更多、91％或更多、92％或更多、93％或更多、94％或更多、95％或更多、96％或更多、97％或更多、98％或更多、99％或更多或100％可以是氮气流。在沉积第一层的步骤中使用的90-100％、94-100％或任选98-100％的流速(sccm)可以是氮气流。在沉积第一层的步骤中使用的流速(sccm)可以包括氮气流和惰性气体流，例如氩气流，或者由氮气流和惰性气体流组成。在沉积第一层的步骤中使用的流速(sccm)基本上仅由氮气流组成。优选地，在沉积第一层的步骤中，大约100％的流速(sccm)是氮气流。也就是说，在沉积第一层的步骤中的流速(sccm)优选仅是氮气流。在沉积第一层的步骤中使用的氮气的流速(sccm)可以是50-500sccm，任选60-250sccm，任选100-200sccm，或约150sccm。在沉积第一层的步骤中使用的氮气的流速(sccm)可以大于50sccm、60sccm、100sccm或150sccm。在沉积第一层的步骤中使用的氮气的流速(sccm)可以小于500sccm、250sccm、200sccm或150sccm。通过在第一层沉积期间使用富氮或仅含氮的气氛，所得含添加剂的氮化铝薄膜的缺陷密度、结晶度和织构可以相对于已知方法显著改善。这些效应在仅含氮的气氛中特别明显。不希望被任何理论或推测束缚的条件下，据信仅在富氮或仅含氮的气氛中沉积第一层具有两个有益效果。首先，第一层中加入的氩原子的数量减少。这减少了原子缺陷的潜在来源，原子缺陷可能导致晶体缺陷在含添加剂的氮化铝薄膜中传播。其次，拒信靶的溅射效率降低，因为靶材料仅被氮溅射，而非同时被氩溅射。因此，由靶溅射的铝(或添加剂元素，如钪或钇)原子较少。拒信这增加了沉积腔室中活性氮形态的比例，使得活性氮形态可以更有利地沉积到衬底上。这样，衬底上就能形成更富氮的第一层(例如初始晶种层)，其上具有更少的原子点缺陷。因此，晶体缺陷生长的成核点较少，从而抑制缺陷的形成。此外，有更多的成核位置可供c轴氮端AlScN以定向织构模式生长。c轴Al1-xScxN生长可以增强含添加剂的氮化铝薄膜的压电性能。总的来说，这减少了含添加剂的氮化铝薄膜中缺陷的数量和密度，并且可以提高薄膜的机电耦合效率，从而允许薄膜中存在更高浓度的添加剂元素，同时保持可接受水平的缺陷密度和织构。在沉积第一层的步骤中使用的气体或气体混合物可以包括氮气和惰性气体。惰性气体可以是稀有气体。稀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述薄膜含有选自钪或钇的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：/n通过脉冲DC反应溅射将所述含添加剂的氮化铝薄膜的第一层沉积到设置在腔室内的衬底上；以及/n通过脉冲DC反应溅射在所述第一层上沉积所述含添加剂的氮化铝薄膜的第二层，所述第二层具有与所述第一层相同的成分；/n其中：/n沉积所述第一层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体或气体混合物引入所述腔室，且87-100％的所述流速(sccm)是氮气流；/n沉积所述第二层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体混合物引入所述腔室，所述气体混合物包括氮气和惰性气体；以及/n在沉积所述第一层的步骤中使用的所述流速(sccm)中的氮气百分比大于在沉积所述第二层的步骤中使用的所述流速(sccm)中的氮气百分比。/n

【技术特征摘要】
20190515 GB 1906840.21.一种溅射沉积含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述薄膜含有选自钪或钇的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：
通过脉冲DC反应溅射将所述含添加剂的氮化铝薄膜的第一层沉积到设置在腔室内的衬底上；以及
通过脉冲DC反应溅射在所述第一层上沉积所述含添加剂的氮化铝薄膜的第二层，所述第二层具有与所述第一层相同的成分；
其中：
沉积所述第一层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体或气体混合物引入所述腔室，且87-100％的所述流速(sccm)是氮气流；
沉积所述第二层的步骤包括以一定流速(sccm)将气体混合物引入所述腔室，所述气体混合物包括氮气和惰性气体；以及
在沉积所述第一层的步骤中使用的所述流速(sccm)中的氮气百分比大于在沉积所述第二层的步骤中使用的所述流速(sccm)中的氮气百分比。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述添加剂元素是钪。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述添加剂元素的量在0.5At％至40At％的范围内，任选在8At％至40At％的范围内，任选在10At％至35At％的范围内，任选在15At％至30At％的范围内，或任选在20At％至25At％的范围内。


4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在沉积所述第一层的步骤中使用的90-100％，任选94-100％，或任选98-100％的所述流速(sccm)是氮气流。


5.根据权利要求4所述的方法，其中在沉积所述第一层的步骤中使用的所述流速(sccm)基本上仅由氮气流组成。


6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在沉积所述第一层的步骤中使用的所述氮气流在50至500sccm的范围内；任选60至250sccm；任选100至200sccm；任选约150sccm。


7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在沉积所述第一层的步骤中使用的所述气体或气体混合物包括氮气和惰性气体，例如氩气。


8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在沉积所述第一层的步骤中，所述腔室的压力在2-6mTorr的范围内，任选约4mTorr。


9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在沉积所述第二层的步骤中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·托马斯，S·伯吉斯，A·拉斯托吉，T·威尔比，S·海默尔，
申请(专利权)人：SPTS科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB