本文中所公开的实例与在基板上形成薄膜层的装置和方法相关。在第一腔室中在所述基板上沉积第一压电材料层。所述第一压电材料层在所述基板处于第一温度的同时形成于所述基板上。在将所述基板冷却到第二温度之后，在所述第一压电材料层上沉积第二压电材料层。所述第二温度低于所述第一温度。所述第一压电材料层和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于沉积压电材料的方法和装置
[0001]背景
[0002]本文中所公开的实例与在基板上形成薄膜层的装置和方法相关。
技术介绍
[0003]薄膜压电材料可以用于传感器和换能器中。压电传感器和换能器也被用在诸如陀螺传感器、喷墨打印机头和及其他微机电系统(MEMS)器件(包括手机和其他无线应用中所使用的声波谐振器)之类的器件中。这些薄的压电膜可以通过诸如溅射、脉冲激光烧蚀(PLD)、MOCVD、和溶胶
‑
凝胶沉积之类的技术来制造。
[0004]在半导体处理中，物理气相沉积(PVD)(例如，溅射工艺)是常规上用于沉积薄膜的工艺。PVD工艺包括轰击具有源材料的靶。在腔室内的等离子体中产生离子，从而使得源材料从靶溅射到基板。在一些PVD工艺期间，溅射的源材料接着经由电压偏压朝向受处理的基板加速。源材料被沉积于基板的表面上。在一些实例中，溅射的源材料可与另一种反应物反应。在基板上溅射所制造的层的情况下，由于基于压电的材料与基板之间的热及晶格失配，薄膜的外延生长可能展示出应变和/或脱位的结构。
[0005]在沉积所溅射的材料期间，溅射的薄膜的厚度和应力均匀性可能受到若干受控的参数的影响。受控的参数可以包括用来在溅射靶的表面附近捕获电子的磁场的强度、相邻材料之间的晶格匹配或失配，且基板的晶体取向可能使得难以维持均匀的薄膜性质。薄膜的这样的不均匀性可能减少压电传感器和致动器的器件生产的品质和良率。
[0006]相应地，需要用于沉积优质压电材料和增加生产感测器件时的良率的改善方法和装置。
技术实现思路
[0007]本文中所公开的是一种在基板上形成薄膜层的装置和方法。在第一腔室中在所述基板上沉积第一压电材料层。所述第一压电材料层在所述基板处于第一温度的同时形成于所述基板上。在将所述基板冷却到第二温度之后，在所述第一压电材料层上沉积第二压电材料层。所述第二温度小于所述第一温度。所述第一压电材料层和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。
[0008]在另一个实例中，一种在群集工具中处理基板的方法包括以下步骤：通过使用物理气相沉积工艺且在第一温度下在所述群集工具的第一工艺腔室中在基板上沉积种晶层。所述种晶层包括第一材料。将所述基板冷却到第二温度。所述第二温度低于所述第一温度。在将所述基板冷却到所述第二温度之后，通过使用物理气相沉积工艺来将第一压电材料层沉积于所述种晶层上。所述第一压电材料层包括所述第一材料。
[0009]在另一个实施方式中，一种用于处理基板的装置。所述装置包括：处理器，耦接到至少一个非暂时性计算机可读介质，其中所述至少一个非暂时性计算机可读介质包括指
令，所述指令在由所述处理器执行时被配置为执行方法。所述方法包括以下步骤：在第一腔室中在所述基板上沉积第一压电材料层。所述第一压电材料层在所述基板处于第一温度的同时形成于所述基板上。所述方法进一步包括以下步骤：在将所述基板冷却到第二温度之后，在所述第一压电材料层上沉积第二压电材料层。所述第二温度低于所述第一温度。所述第一压电材料层和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。
附图说明
[0010]为了能够详细了解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参照实例来获得上文所简要概述的本公开内容的更特定的说明，附图中图示这些实例中的一些。然而，要注意，附图仅图示实例且因此并被不视为对本公开内容的范围的限制，且可以允许其他同等有效的实例。
[0011]图1是依据本文中所述的实施方式的群集工具的平面图，所述群集工具被调适为通过使用一个或多个处理腔室来在基板上沉积薄膜层。
[0012]图2是依据本文中所述的实施方式的处理腔室中的一者的侧视横截面图，所述处理腔室被调适为在图1中所图示的群集工具中在基板上沉积薄膜层。
[0013]图3是依据本文中所述的实施方式的另一个处理腔室的侧视横截面图，所述处理腔室被调适为在图1中所图示的群集工具中处理基板。
[0014]图4A是依据本文中所述的实施方式在图1中所公开的群集工具内产生的示例性膜堆叠结构(stack)的侧视图。
[0015]图4B是依据本文中所述的实施方式在图1中所公开的群集工具内产生的示例性膜堆叠结构的侧视图。
[0016]图5A是流程图，描绘依据本文中所述的实施方式在图1中所图示的群集工具内产生膜堆叠结构的示例性方法。
[0017]图5B是流程图，描绘依据本文中所述的实施方式产生膜堆叠结构400的示例性方法。
[0018]图6是流程图，图示依据本文中所述的实施方式形成种晶层、或体层(bulk layer)的一部分的方法。
[0019]图7是控制器的平面图，所述控制器可以向图1至图3中所描绘的处理腔室中的任一者提供指令。
[0020]为了促进了解，已尽可能使用相同的参考数字来标志图所共有的相同元件。可以预期，可以有益地将一个实例的元件和特征并入其他实例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0021]本文中所公开的是在基板上形成薄膜层的装置和方法。在一些实施方式中，已经发现，在高温下将压电材料沉积于基板上时，改善沉积的膜中的晶体取向的变化，从而造成较窄的半高全宽(full
‑
width
‑
half
‑
maximum；
[0022]FWHM)峰。然而，在高的基板温度下，晶片内(within
‑
wafer；WIW)应力均匀性较差。相比之下，较低的基板温度与较佳的应力均匀性相关联，但产生较宽的FWHM峰(例如，结晶结构的变化更广)。本文中所公开的薄膜层的结晶结构是使用X射线衍射(XRD)技术来研究
的，然而，可以使用其他的技术。
[0023]有利地，可以利用在形成所沉积薄膜层的不同部分期间的差异温度(differential temperature)控制方法，所述方法在沉积工艺的部分期间引入冷却工艺，所述冷却工艺使得在沉积的膜中能够形成较窄的FWHM XRD峰并且实现改善的应力均匀性。例如，在差异温度控制方法的一些配置中，在一个腔室中在高温下对基板进行脱气，随后在基板保持在等于或接近在先前的处理步骤(诸如脱气处理步骤之类)期间在基板内所实现的高温的温度下的同时使用物理气相沉积(PVD)工艺来将种晶层沉积于基板上。然后可以将基板传输到另一个腔室，在所述另一个腔室处，在使用PVD工艺来在种晶层上方沉积体层之前在接近室温(RT)的温度下冷却基板。在本文中，室温(RT)低于100℃，诸如为从约20℃到约50℃之类。已经发现差异温度控制工艺通过减小膜应力、促进期望的晶体取向、和减少所沉积的膜层的晶体取向跨基板表面的变化，而改善膜堆叠结构(例如，种晶层和体层)的膜性质。膜堆叠结构的实例(即膜堆叠结构400)示于图4中。
[0024]在使用溅射工艺(即PVD工艺)来沉积一个或多个层的工艺期间，由热性质或表面不均匀性引起的基板上的薄膜层中的原子的排列的差异可导致锥形缺陷(cone defect)、堆叠缺陷(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：在第一腔室中在所述基板上沉积第一压电材料层，其中所述第一压电材料层在所述基板处于第一温度的同时形成于所述基板上；和在将所述基板冷却到第二温度之后在所述第一压电材料层上沉积第二压电材料层，其中所述第二温度小于所述第一温度，且所述第一压电材料层和所述第二压电材料层都包括第一压电材料。2.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，其中将所述基板冷却到所述第二温度的步骤在第二腔室中进行。3.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，其中冷却所述第一压电材料层和所述基板的步骤在第二腔室中进行，其中所述第一温度介于约120℃与约600℃之间，且所述第二温度低于或等于100℃。4.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，进一步包括以下步骤：在第二腔室中将所述基板加热到高于所述第一温度；在通过使用物理气相沉积工艺来在所述基板上沉积所述第一压电材料层之前在靶的表面与所述基板的表面之间建立距离，所述距离介于约30mm与70mm之间，且所述靶包括选自由铝和钪组成的群组的材料；和维持在约20瓦特(W)与约50W之间的偏压功率；和维持在约100rpm与150rpm之间的磁旋转速度。5.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，进一步包括以下步骤：在第二腔室中将所述基板加热到高于所述第一温度，其中沉积所述第二压电材料层的步骤在所述第一腔室中进行。6.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，所述方法进一步包括以下步骤：在所述第二压电材料层的顶部上沉积第三压电材料层，其中所述第三压电材料层包括所述第一压电材料层，且沉积所述第三压电材料层的工艺包括以下步骤：用与在沉积所述第二压电材料层时所使用的基板偏压不同的基板偏压来沉积所述第三压电材料层，其中所述第一压电材料层、所述第二压电材料层、和所述第三压电材料层中的每一者是通过物理气相沉积工艺来形成的。7.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，进一步包括以下步骤：在所述第二压电材料层的顶部上沉积第三压电材料层，其中所述第三压电材料层包括所述第一压电材料层，且沉积所述第三压电材料层的工艺包括以下步骤：用与用来沉积所述第二压电材料层的压力或基板偏压不同的压力或基板偏压来沉积所述第三压电材料层，其中沉积所述第一压电材料层、所述第二压电材料层、和所述第三压电材料层的工艺是通过使用在所述第一腔室中执行的物理气相沉积工艺来执行的。8.如权利要求1所述的处理所述基板的方法，其中所述第一压电材料层包括铝和氮，且沉积所述第一压电材料层和所述第二压电材料层的工艺是通过物理气相沉积工艺来执行的。9.一种在群集工具中处理基板的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用物理气相沉积工艺且在第一温度下在所述群集工具的第一工艺腔室中在基板上沉积种晶层，其中所述种晶层包括第一材料；
将所述基板冷却到第二温度，所述第二温度低于所述第一温度；和在将所述基板冷却到所述第二温度之后，通过使用所述物理气相沉积工艺来在所述种晶层上沉积第一压电材料层，且所述第一压电材料层包括所述第一材料。10.如权利要求9所述的处理所述基...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙立中，杨晓东，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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