JP2007209000A - 所定の層の厚さ特性を有する層の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】局部的に適合された、又は所定の層厚特性を有する層の製造方法の提供。
【解決手段】ａ）少なくとも１つの層（７）を基板上に形成する。ｂ）形成された層のための除去形状を決定する。ｃ）層（７）がイオンビームの場所において除去特性に応じて、局部的にエッチングされるように、少なくとも１本のイオンビーム（９）を層の上に少なくとも１度行う。その結果、局部的に適合された、または、所定の層厚特性を有する層ができる。
【選択図】図４

Description

発明の詳細な説明

本発明は、所定の、または、適合された層厚形状（Schichtdickenprofil）を有する層の製造方法に関するものである。本発明は、特に、圧電性の（piezoelektrischen）共振回路（Schwingkreisen）において周波数補償（Frequenzabgleichs）を行うための、所定の、または、適合された層厚形状を有する層の製造方法に関するものである。

５００ＭＨｚを越える周波数領域における圧電性薄膜（piezoelektrischen Duennenfilmen）を基盤とする共振回路の固有周波数（Eigenfrequenz）は、圧電性層（Piezoschicht）の層厚に対して間接的に比例している（indirekt proportional）。防音している下部構造（Unterbau）、下部電極、および、上部電極は、共振回路に対する付加的な大量の負荷（Massenbelastung）となっている。なお、この大量の負荷は、固有周波数を減少させるものである。これら全ての層における厚さのばらつき（Dickenschwankungen）は、製造上の公差（Fertigungstoleranzen）の範囲を決定し、この範囲内に、共振回路のサンプル（Exemplars）の固有周波数がある。超小型電子技術によるスパッタ処理では、５％の層厚のばらつきが一般的であり、いくらかの経費をかければ、１％（１σ）を達成できる。このようなばらつきは、ウエハー（Scheibe）毎に統計的に、かつ、ウエハー中央部と縁部との間に組織的（systematisch）に生じる。

圧電性薄膜を基盤とする共振回路の音響経路（akustischen Pfad）における、個々の層の厚さの誤差（Dickentoleranzen）は、基本的に、推計学的に相互に独立している。従って、厚さの誤差に起因する周波数の誤差（Frequenzfehler）、または、周波数偏差（Frequenzstreuungen）は、誤差伝播法則（Fehlerfortpflanzungsgesetz）に基づいて累積される。この場合、一般的に、圧電性薄膜を基盤とする共振回路では、結果として、全周波数偏差（Gesamtfrequenzstreuung）が、約２％（１σ）になる。しかしながら、ＧＨｚ領域で使用するためには、個々の共振回路の固有周波数の絶対精度（absolute Genauigkeit）が、少なくとも、０．５％でなければならない。高精度使用（Hochpraezisionsanwendungen）の場合、仕様書によると、たった０．２５％の公差窓（Toleranzfenster）である。

用途の選択性を高くするために、複数の共振回路を、梯子状、格子状、または、平行な構造で相互に接続（verschaltet）する必要がある。所望の特性を得ることを目的として、個々の共振回路を互いに離調する必要がある。経費の理由から、装置（Bauteils）の全ての共振回路を、一定の厚さの圧電性層から製造することが好ましい。周波数調整は、通常、音響的に活性化されている堆積物における付加的な層を用いて行なわれる。生じる各固有周波数のためには、厚さの異なる付加的な層（Zusatzschicht）を製造しなければならない。これは、通常、リソグラフィー工程と共に、蒸着、または、エッチング工程のそれぞれの場合で必要である。この経費を制限するために、通常、２つの固有周波数のみで設定された形状（Topologien）のみを製造する。

米国特許公報第５，５８７，６２０号（ＵＳ５，５８７，６２０）という文献には、装置特異的に付加的な層を蒸着することによって、周波数調整を行う方法が記載されている。しかしながら、このような方法は、ウエハー面（Waferebene）に実施することのできない。したがって、このような方法は、比較的、製造の高コスト化につながる。

さらに、米国特許公報第５，５８７，６２０号には、温度変化による周波数調整が提案されている。欧州公開特許第０７７１０７０号Ａ２（ＥＰ０７７１０７０Ａ２）という文献では、補助的に、受動素子（passiver Komponenten）を接続することによって、周波数を調整している。残念ながら、このような方法は、通常、周波数効果（Frequenzeffekt）が少なすぎ、共振回路の特性の他の望ましくない変更に繋がる。

従って、本発明の目的は、上記の問題点を低減あるいは完全に回避でき、局部的に適合された、または、所定の層厚形状を有する層の製造方法を提供することにある。特に、本発明の目的は、圧電性共振回路の固有周波数を設定するのに利用可能な方法を提供することである。

上記目的は、独立特許請求項１に記載の、局部的に適合された、または、所定の層厚形状を有する層の製造方法により達成される。本発明の他の有利な実施形態、設計、および、特徴（Aspekte）は、従属請求項、明細書本文（Beschreibung）、および、添付の図に記載する。

本発明は、以下のａ）〜ｃ）の工程を含む、局部的に適合された、または、所定の層厚形状を有する層の製造方法を提供する。
ａ）少なくとも１つの層を、基板上に形成する。
ｂ）除去形状（Abtragsprofil）を、形成された層のために決定する。
ｃ）少なくとも１本のイオンビーム（Ionenstrahl）を、層上に少なくとも１度照射し、イオンビームの場所で、上記層を、上記除去形状に基づいて局部的にエッチングし、局部的に適合された、または、所定の層厚形状を有する層を製造する。

本発明の方法の利点は、ウエハー（Wafer）毎の偶発的なばらつきと、ウエハー中央部とウエハー縁部との間の組織的なばらつきとの双方を修正できることである。本発明の方法では、比較的簡単な装置を用いてばらつきを費用効率よく修正できる。さらに、本発明の方法は、厚さの異なる領域を有する層を製造することを目的として使用できる。本発明の方法の他の利点は、任意の層物質（Schichtmaterialien）および層厚のために自在に使用できることである。さらに、本発明の方法は、一回目の試行時に除去形状が得られなかった場合、何度も使用できる。この際、機械処理能力（Maschienendurchsatz）は、層析出方法において生じる進歩から非常に利益を得ている。

層の処理を、ウエハー全体にわたって行うことが好ましい。この場合、本発明の方法は、例えば処理量（Durchsatz）を考慮に入れた工業的な大量生産による所定の要求に適合されている。本発明に基づく処理時間は、１〜６０分の範囲である。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、圧電性共振回路の固有周波数を設定するために使用されている。このようにして、固有周波数に直接影響を与える方法が得られる。なお、この方法は、共振回路の製造前、製造中、および製造後に使用できる。しかしながら、この方法は、ほぼ完成した共振回路に使用することが好ましい。本発明の他の利点は、ウエハー面上において周波数調整を行うことができ、圧電性共振回路の固有周波数を、２０％までの広い調整範囲（Trimmbereich）にわたり調整できることである。

本発明の好ましい実施形態によれば、イオンビームの範囲（Ausdehnung）は、１ｍｍよりも大きく、好ましくは、５ｍｍよりも大きい。さらに、イオンビームの範囲は、１００ｍｍ未満であり、好ましくは、５０ｍｍ未満であることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態によれば、イオンビームとしてアルゴンイオンビームを使用している。さらに、ガウス状の電流密度分布（gaussfoermigen Stromdichtverteilung）を有するイオンビームを使用することが好ましい。この場合、イオンビームの半値幅を、イオンビームの範囲と解釈する。この際、層上に痕跡をつけるように（in Spuren）イオンビームを照射し、痕跡の間隔が、イオンビームの半値幅未満であることが特に好ましい。

さらに、均一な電流密度分布を有するイオンビームを使用することが特に好ましい。この際、層上に痕跡をつけるようにイオンビームを照射し、痕跡の間隔が、イオンビームの半値幅未満であることが特に好ましい。従って、どちらの場合にも、例えば、移動台（Verschiebetisch）、および、電源制御（Quellensteuerung）といったイオンビームの制御データは、イオンビームのいわゆる「エッチングフットプリント（Aetz-Footpring）」により、所望の除去形状を反転重畳（inversen Faltung）することにより得られる。さらに、層の局部的なエッチングは、イオンビームの電流密度、および／または、層上にイオンビームを照射する速度によって制御されることが特に好ましい。

他の好ましい実施形態では、工程ｃ）の前に、マスク、特に、レジストマスクを、層上に形成している。このマスクは、層のエッチングする領域のみを露出している。

本発明の方法を、圧電性共振回路の固有周波数を設定するために使用する場合、形成された層の除去形状を決定するために、圧電性共振回路の固有周波数を電気的に測定することが特に好ましい。

添付の図を、以下に、図面の図を参考にしながら詳しく説明する。

図１は、本発明の方法により製造された圧電性共振回路を示す図である。図２〜図４は、図１に記載の圧電性共振回路の例における本発明の実施形態を示す図である。図５は、金属層の厚さにおいてほぼ回転対称（rotationssymmetrischen）である中央部-縁部誤り（Mitte-Rand-Fehlers）の一般的な除去形状を示す図である。図６は、イオンビームの測定された除去形状を示す図である。図７〜８は、本発明の方法の他の実施形態を示す図である。

図１は、本発明の方法により製造された圧電性共振回路を示す。ウエハー１上に、担体層（Traegerschicht）２が備えられている。この担体層２は、ポリシリコンであることが好ましい。また、この担体層２の下側であり、共振回路として備えられている層構造（Schichtstruktur）の領域の補助層３に、空洞（Hohlraum）４が設けられている。なお、上記補助層３としては、例えば、酸化物を含むものである。上記空洞の寸法（Abmessung）は、一般的に、約２００μｍである。担体層２上に、下部電極用に備えられている下部電極層５、圧電性層６、および、上部電極用に備えられている上部電極層７を含む共振回路の層構構造が備えられている。電極層５，７は、金属であることが好ましく、圧電性層６としては、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、または、ＰＺＴセラミック（ＰｂＺｒＴｉ）が挙げられる。これら層構造は、一般的に、全体が約５μｍの厚さである。上記空洞の代わりに、他の防音性の下部構造（例えば、音響ミラーなど）を使用できる。

所望の固有周波数のうちの１つを設定するために、局部的に適合された厚い形状を有する上部電極層７が生成されている。本実施例では、上部電極層７は、圧電性層６のすぐ上の圧電性共振回路の領域で、その残りの領域よりも明らかに薄く形成されている。この場合、図１に記載の上部電極層７の厚さ形状は、本発明の方法に相当するように生成されている。

図２〜図４は、図１に記載の圧電性共振器（piezoelektrischen Resonators）の例における本発明の方法の実施形態を示す。上部電極層７のない圧電性共振回路に相当する図２に記載の構造が、開始時点（Ausgangspunkt）である。従って、図２に記載の構造は、後から析出される上部電極層７のために、一種の基板としての役割を果たす。

次に、スパッタ方法により、タングステン層などの比較的厚い金属層を生成する。スパッタ方法の代わりに、ＣＶＤ方法、または、電気化学方法も使用できる。金属層を形成した後、金属に対する除去形状を決定する。この例では、共振回路の固有周波数を測定することにより、共振回路の場所を決定する。さらに、針状接触部（Nadelkontakt）８を、金属層上に導き、共振回路のインピーダンスを、電気的励振（elektrischen Anregung）の周波数とは無関係に測定する（図３）。このようにして得たインピーダンス曲線（Impedanzkurve）は、固有周波数を特定できる。さて、測定した固有周波数を、圧電性共振回路のための所望の固有周波数と比較する。その結果、除去しなければならない層の部分を決定できる。これらは、ウエハー１上の共振回路が異なる場合、層の厚さのばらつき、および／または、共振回路の異なる機能に起因して、層の厚さの異なる部分であるので、後にイオンビームエッチングを制御するために使用する特定の除去形状が全ウエハー上に生じる。

続いて、イオンビームを層の上に少なくとも１度照射する。その結果、イオンビームの場所の金属層が、除去形状に応じて局部的にエッチングされ、共振回路の所望の固有周波数に局部的に適合された層厚特性を有する金属層７が生じる（図４）。対応する直径（Durchmesser）を有するガウス状のイオンビームによりウエハーを機械的にスキャンすること（Abrastern）により、局部的に制御可能な除去を実現できる。ウエハーの痕跡がスキャンされると、放射電流（Strahlstrom）、または、スキャン速度のどちらかを、局部的に必要な除去基づいて制御できる。スキャンは、ｘ方向およびｙ方向における痕跡の任意の連続（あるいは、同心円（konzentrische Ringe）または螺旋も可能）において行われ、その痕跡の間隔は、明らかにイオンビームの半値幅未満である。

放射直径は、最も必要とされる除去角度に応じて選択される。放射直径が小さいと、急角度にできるが、全体的に時間単位で除去できる量（Volumenabtrag）は少なくなる。移動台および電源制御のための制御データは、所望の除去形状を、イオンビームのいわゆる「エッチングフットプリント」により反転重畳（inversen Faltung）することにより得られる。

ガウス状の電流密度分布を有するイオンビームの代わりに、当然、均一な電流密度分布を有するイオンビームを使用してもよい。この場合、痕跡間隔は、イオンビームの範囲未満であるのがよい。

図５は、金属層の厚さにおいてほぼ回転対称になっている中央部-縁部誤りの一般的な除去形状を示す。上記除去形状は、１５０個の圧電性共振回路に対応する約１５０箇所のウエハー上の場所において電気的周波数を測定することによって算出できる。図６は、ｘ方向における速度制御により割り出された、（半値直径が５ｎｍ〜５０ｍｍである）ガウス状のＡｒイオンビームによるイオンビームエッチングの測定された除去形状を示す。ｙ方向における痕跡間隔は、半値直径の約１０％になっている。残存する誤りは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。本発明の方法の利点は、ウエハー面上で周波数補償を行うことができ、周波数精度が０．２５％であると共に、圧電性共振回路の固有周波数を、２０％までの広い調整範囲（Trimmbereich）にわたり調整できることである。

これまでに説明してきた本発明の方法の実施形態の場合、共振回路の所望の固有周波数に局部的に適合された層厚形状を有する層が生成された。しかし、層厚形状の適合は、必ずしも共振回路の固有周波数に着目して行う必要はない。しかし、本発明の方法では、例えば、インピーダンス値は異なるが、横側の寸法（lateralen Abmessungen）は同じ多数の抵抗および／またはコンデンサも生成できる。従って、本発明の方法は、各抵抗器またはコンデンサに局部的に適合された層厚形状を生成するために利用される。さらに、本発明の方法により、機械的パラメータは異なるが、横側の寸法は同じ多数の膜（Membranen）が生成される。従って、本発明の方法は、各膜に適合された膜物質（Membranmaterials）の層厚形状を生成するために利用される。

図７〜図８は、本発明の方法の他の実施形態を示す。基板１０上に、比較的厚い層１１を生成する。スパッタ方法の代わりに、ＣＶＤ方法または、電気化学方法を使用できる。所望の用途に応じて、基板１０は、酸化物層などの絶縁性層であり、層１１は、金属層などの伝導性層でもよい。このように物質を選択することは、例えば、所定の異なる抵抗値を有する抵抗を生成するために適している。これとは対照的に、所定の異なるインピーダンス値を有するコンデンサを生成する場合、基板１０として、伝導性の層（例えば、金属層）を選択し、層１１として、絶縁性の層（例えば、酸化物層）を選択する。

層１１を形成し、層１１を場合によってはパターン化した後、層１１に対する除去形状を決定する。所定の異なる抵抗値を有する抵抗が生成される場合、除去形状は、例えば、抵抗測定により決定される。しかし、干渉計による測定も行える。

この例は、２つの異なる抵抗値を有する抵抗がウエハー上に分散されて生成される必要があると考えられる。従って、続いて、レジスト層が形成され、現像される。その結果、レジストマスク１２が生じる。このレジストマスク１２は、第１抵抗値を有する抵抗器１３の生成される場所が開口している。次に、イオンビームエッチングを行う。このイオンビームエッチングは、イオンビーム９により、レジストマスク１２の開口位置において、所定の除去形状に対応したエッチングを行う。層１１の全てのほかの残りの領域は、このとき、レジストマスク１２により保護されている（図７）。

第１イオンビームの照射が完了したら、レジストマスク１２を除去し、他のレジスト層を形成し、現像する。その結果、他のレジストマスク１４が生じる。このレジストマスク１４は、第２抵抗値を有する抵抗１５が生成される場所が開口している。続いて、同じく、イオンビームエッチングを行う。このイオンビームエッチングは、レジストマスク１４の開口位置において、所定の除去形状に基づき、エッチングを行う。層１１の全てのほかの残りの領域は、このとき、レジストマスク１４により保護されている（図８）。従って、レジストマスク１４を除去した後、各抵抗に局部的に適合された層厚形状を有する層１１が生じる。

本発明の方法により製造された圧電性共振回路を示す図である。 図１に記載の圧電性共振回路の例における本発明の実施形態を示す図である。 図１に記載の圧電性共振回路の例における本発明の実施形態を示す図である。 図１に記載の圧電性共振回路の例における本発明の実施形態を示す図である。 金属層の厚さにおいてほぼ回転対称である中央部-縁部誤りの一般的な除去形状を示す図である。 イオンビームの測定された除去形状を示す図である。 本発明の方法の他の実施形態を示す図である。 本発明の方法の他の実施形態を示す図である。

Claims (14)

1. 局部的に適合された、または、所定の層厚特性を有する層の製造方法であって、
   ａ）少なくとも１つの層を基板上に形成する工程と、
   ｂ）除去形状を形成された層のために決定する工程と、
   ｃ）少なくとも１本のイオンビームを、層に対するイオンビームの速度を制御可能に、層上に少なくとも１度照射し、イオンビームの場所で、上記層を、上記除去形状に基づいて局部的にエッチングし、局部的に適合された、または、所定の層厚形状を有する層を生成する工程とを含む方法。
2. 上記イオンビームの範囲が、１ｍｍよりも大きく、好ましくは、５ｍｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 上記イオンビームの範囲が、１００ｍｍ未満であり、好ましくは、５０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. イオンビームとして、アルゴンイオンビームを使用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. ガウス状の電流密度分布を有するイオンビームを使用することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 層上に痕跡をつけるように上記イオンビームを照射し、痕跡の間隔は、イオンビームの半値幅未満であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 均一な電流密度分布を有するイオンビームを使用することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
8. 層上に痕跡をつけるように上記イオンビームを照射し、痕跡の間隔は、イオンビームの半値幅未満であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 層の局部的なエッチングを、イオンビームの電流密度および／または層上に行うイオンビームの速度により制御することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 工程ｃ）の前に、層のエッチングする領域のみを露出するマスク、特に、レジストマスクを層上に形成することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 上記方法を、圧電性共振回路の固有周波数を設定するために使用することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 形成された層のための除去形状を決定するために、圧電性共振回路の固有周波数を電気的に測定することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 上記方法を、抵抗および／またはコンデンサのインピーダンスを設定するために使用することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
14. 上記方法を、異なる機械的パラメータを有する複数の膜を生成するために使用することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。

Images