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公開番号2024065465
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-15
出願番号2022174333
出願日2022-10-31
発明の名称成膜方法および成膜装置
出願人株式会社アルバック
代理人個人,個人
主分類C23C 14/08 20060101AFI20240508BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】クラック発生を抑制し、LiNbO₃層の結晶成長を可能とする。
【解決手段】スパッタリング法によりLiNbO₃またはLiTaO₃からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、原子比が、
1.5≦Li/Nb≦3
または
1.5≦Li/Ta≦3
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことを特徴とする成膜方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項５】
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことを特徴とする請求項６記載の成膜装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜方法および成膜装置に関し、特に圧電体膜の形成方法及び圧電デバイスに用いて好適な技術に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩｏＴ関連の急速な市場拡大を背景に、通信分野の需要が高まっている。通信接続速度及び通信帯域の向上により、フィルタ性能の向上が求められている。現在、フィルタとしては、ＦＢＡＲ型フィルタ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）やＳＡＷ型フィルタ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅｆｉｌｔｅｒ）が主流であり、周波数帯で棲み分けられている。ＦＢＡＲ型フィルタとしては、例えば、特許文献１に記載されたバルク音響共振器が知られている。
【０００３】
特許文献１に例示されるように、ＦＢＡＲ型フィルタの圧電体膜には、通常、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使われている。しかし、最近では、更なる性能向上のために、電気機械結合係数が優れた材料が求められており、ＳｃをドーピングしたＡｌＮ（Ｓｃ－ＡｌＮ）の開発が盛んになっている。また、最近では、ＡｌＮに代えて、ＬｉＮｂＯ
３
やＬｉＴａＯ
３
を用いた圧電体膜の開発も盛んになってきている。
【０００４】
ＬｉＮｂＯ
３
は、バルク体を３６°回転Ｙカットした場合に準縦波の電気機械結合係数が最大で約５０％を示すとされており、ＳｃをドーピングしたＡｌＮ（Ｓｃ－ＡｌＮ）の電気機械結合係数が最大でも２０％程度であることから、その潜在的性能の高さが伺える。ただし、ＬｉＮｂＯ
３
は、単結晶における３６°回転Ｙカット方向に相当する方向に配向させることによって電気機械結合係数が最大値を示すものとされているため、ＬｉＮｂＯ
３
よりなる圧電体膜を形成するためには、その配向方向を薄膜形成プロセスにて正確に制御する必要がある。また、ＬｉＴａＯ
３
についても、３６°回転Ｙカット方向に配向させることによって高い電気機械結合係数が得られるとされているため、ＬｉＮｂＯ
３
の場合と同様に、薄膜形成時に配向方向の制御が必要になる。
【０００５】
ＦＢＡＲ型フィルタを構成するためには、基板上に下部電極を形成し、下部電極上に圧電材料からなる圧電体膜を形成し、更にその上に上部電極を形成する必要がある。下部電極の材質は、例えば、モリブデン、ルテニウム、タングステン、イリジウム、白金などが挙げられるが、これらの材質からなる下部電極上にＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体膜を形成すると、ＬｉＮｂＯ
３
やＬｉＴａＯ
３
は単結晶におけるＺカット方向に相当する方向であるｃ軸方向に配向し、３６°回転Ｙカット方向に相当する方向である（０１２）方向には配向しないため、形成された圧電体膜は高い電気機械結合係数を発揮することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－１９３１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、ＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層が成膜できた場合でも、膜応力が高くなりクラックが発生して、実用に耐えなかった。また、ＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層が成膜できた場合でも、ＮｂまたはＴａに比べてＬｉの比率が低くなり、ＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層の結晶が得られなかった。さらに、電気機械合係数ｋ
２
が所望の範囲とならない。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．配向制御したＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層をクラックなしに成膜可能とすること。
２．Ｌｉの比率がＮｂまたはＴａに対して低下することを防止して、結晶化したＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層を成長可能とすること。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一態様にかかる成膜方法は、
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
（２）本発明の成膜方法は、上記（１）において、
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
（３）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（４）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことができる。
（５）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことができる。
（６）本発明の他の態様にかかる成膜装置は、
上記（２）から（５）のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（７）本発明の成膜装置は、上記（６）において、
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
【００１０】
（１）本発明の一態様にかかる成膜方法は、
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ
３
またはＬｉＴａＯ
３
からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
（【００１１】以降は省略されています）

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