用于在薄膜沉积期间调整膜性质的方法与设备

摘要

本文中所揭示的是用于微调薄膜的性质的设备及方法。形成压电膜的方法包括：(a)通过第一物理气相沉积(PVD)工艺在基板的表面上沉积第一压电膜层(408(1))。所述方法包括：(b)通过第二PVD工艺沉积第二压电膜层(408(2))，该第二压电膜层(408(2))在第一压电膜层(408(1))顶部并且接触第一压电膜层(408(1))。步骤(c)在形成第一压电膜层(408(1))之后及形成第二压电膜层(408(2))之前，降低基板的温度。通过执行过程达第一时段来降低温度。额外地执行过程(a)、(b)及(c)一或更多次。执行过程(c)达第二时段。第二时段不同于第一时段。

说明书

技术领域

本文中所揭示的实例关于用于微调沉积的薄膜材料的性质的方法及设备。

背景技术

薄膜压电材料可用于传感器及换能器中。压电传感器及换能器亦用于诸如陀螺仪传感器、喷墨印头及其他微机电系统(MEMS)装置的装置中，包括用于移动电话及其他无线应用中的声波共振器。通过诸如溅射、脉冲激光烧蚀(PLD)、MOCVD及溶胶凝胶沉积的技术可制造这些薄压电膜。

于半导体处理中，物理气相沉积(PVD)(如，溅射工艺)为用于沉积薄膜所使用的传统工艺。PVD工艺包括轰击具有源材料的靶材。于腔室内在等离子体中产生离子，造成源材料从靶材溅射至基板。于一些PVD工艺期间，溅射的源材料接着经由偏压朝向正被处理的基板加速。源材料沉积在基板的表面上。于一些实例中，溅射的源材料可与另外的反应物反应。在溅射制造层于基板上的情况中，薄膜的外延生长可显示由于热以及基于压电的材料与基板之间的晶格失配导致的应变和/或错位结构。

在沉积溅射的材料期间，溅射的薄膜的厚度及应力均匀性可能受到一些控制参数的影响。控制参数可包括用于在溅射靶材的表面附近捕集电子的磁场的强度、相邻材料间的晶格匹配或失配，以及基板的晶体取向可使维持薄膜的均匀性质变得困难。此薄膜的非均匀性可造成晶片内(WIW)压电性质的波动及降低压电装置的生产良率。

因此，需要用于沉积压电材料及延长用于感测装置中的薄膜的寿命的改进的方法及设备。

发明内容

本文中所揭示的是用于微调薄膜的性质的设备及方法。于一实例中，形成压电膜的方法包括：(a)通过第一物理气相沉积(PVD)工艺在基板的表面上沉积第一压电膜层。所述方法进一步包括：(b)通过第二物理气相沉积(PVD)工艺沉积第二压电膜层，所述第二压电膜层在第一压电膜层顶部并且与第一压电膜层接触。所述方法接续有步骤：(c)在形成第一压电膜层之后及形成第二压电膜层之前，降低基板的温度。通过执行过程达第一时段来降低所述温度。额外地执行过程(a)、(b)及(c)一或更多次。在额外地执行的过程(a)、(b)及(c)中，过程(c)被执行达第二时段。第二时段不同于第一时段。

于另一实例中，形成压电膜的方法包括：(a)在第一处理腔室中通过第一物理气相沉积(PVD)工艺在基板的表面上沉积第一压电膜层。所述方法包括：(b)在第一处理腔室中通过第二PVD工艺沉积第二压电膜层，所述第二压电膜层在第一压电膜层顶部并且与第一压电膜层接触。所述方法接续有步骤：(c)在形成第一压电膜之后及形成第二压电膜之前，降低基板的温度。通过执行过程达第一时段来降低所述温度。额外地执行过程(a)、(b)及(c)一或更多次。额外地执行的过程(c)被执行达第二时段。第二时段不同于第一时段。

于又另一实例中，用于处理基板的设备包括耦接至至少一个非暂态计算机可读取介质的处理器。至少一个非暂态计算机可读取介质包括指令，当由处理器执行时所述指令被配置成执行方法。所述方法包括：(a)通过第一物理气相沉积(PVD)工艺在基板的表面上沉积第一压电膜层。另外地，所述方法包括：(b)通过第二物理气相沉积(PVD)工艺沉积第二压电膜层，所述第二压电膜层在第一压电膜层顶部并且与第一压电膜层接触。所述方法接续有步骤：(c)在形成第一压电膜层之后及形成第二压电膜层之前，降低基板的温度。通过执行过程达第一时段来降低温度。额外地执行过程(a)、(b)及(c)一或更多次。在额外地执行的过程(a)、(b)及(c)中，过程(c)被执行达第二时段。第二时段不同于第一时段。

附图说明

为了能详细理解本揭示内容的以上记载的特征，通过参照实例可得到以上简要概述的本揭示内容的更具体的描述，附图中示出一些实例。然而，要注意的是，附图仅示出实例并因此不视为限制本揭示内容的范围，以及本揭示内容可允许其他等效的实例。

图1为适于在基板上沉积薄膜层的群集工具的平面图。

图2为图1所示的群集工具中的适于在基板上沉积薄膜层的处理腔室的一者的平面图。

图3为图1所示的群集工具中的适于处理基板的另一处理腔室的截面图。

图4为于图1中揭露的群集工具内生产的例示性膜堆叠的侧视图。

图5为描述于图1中所示的群集工具内生产膜堆叠的例示性方法的流程图。

图6为说明当基板温度降低时应力分布如何关于冷却时间改变的图表。

图7说明由多个连续间层(successive interlayers)形成的薄膜层中的结晶变化程度。

图8为可提供指令给图1-3中描述的任一处理腔室的控制器700的平面图。

为促进理解，已尽可能使用相同的附图标记表示各图共同的相同元件。所考量的是，一个实施例的元件及特征可有利地并入其他实施例而无需进一步叙述。

具体实施方式

本文中所揭示的是在薄膜沉积工艺期间用于微调薄膜的性质的设备及方法，薄膜沉积工艺诸如包括溅射工艺的工艺。当在高温下于基板上沉积压电材料时，晶体取向改进，从而由于晶体取向的变化减少而得到较小半高宽(FWHM)的峰。然而，当在高基板沉积温度下形成薄膜时，晶片内(WIW)应力一致增加。与之相较，较低基板温度相关于较佳WIW应力均匀性，但产生较大FWHM的峰。使用X射线衍射(XRD)研究本文中所揭示的薄膜层的结晶结构。因此，需要方法来解决晶体取向和膜应力的变化上的冲突效应。

为了解决这些竞争的效应，已开发多步骤工艺顺序并且于本文中揭露。工艺顺序大致上包括形成第一薄层(所谓的种晶层)以及第二层，第二层于本文中亦被称为块体层(bulk layer)，形成沉积的膜厚度的其余部分。于另一实例中，块体层形成于基板顶部并且与基板接触而没有沉积的种晶层。在用于形成两个层的沉积工艺期间使用分别的温度控制。于一个实施方式中，种晶层沉积工艺包括在第一腔室(诸如灯加热的腔室或含有加热的基板支撑基座的腔室)中加热基板至高温(如，150C-550C)，及接着在另外的沉积腔室中沉积种晶层，该沉积腔室具有基板支撑件，基板支撑件维持于低于在第一腔室中基板达到的温度的温度。于一实例中，种晶层沉积工艺包括适于形成压电材料的溅射工艺。当形成种晶层时基板达到的高温为薄膜层的成核提供良好的表面条件并允许形成的晶体具有较佳的晶体取向(例如，较小的晶体取向变化)。随后，将其上沉积有种晶层的基板送至不同腔室进行冷却。在基板冷却之后，将基板送回处理腔室，处理腔室具有温度控制为大约室温的基板支撑件以继续块体层的沉积。已发现的是该沉积-冷却-沉积的工艺顺序能够避免温度对应力和晶体取向的影响之间的冲突，并且反而针对各性质提供积极效应。有利地，本文中所揭示的设备及方法使得能够形成具有较小FWHM以及改进的应力均匀性与应力水平两者的薄层。在处理顺序的不同部分期间的单独的温度控制，通过降低膜应力及改进晶体取向而实现改进的整体膜性质。

于薄膜层的溅射期间，薄膜层的表面性质差异和/或基板表面的一或更多区域的表面性质差异可造成锥体缺陷、堆叠缺陷及其他表面缺陷。缺陷增加表面粗糙度、减弱层间的压电耦合及最终降低形成的压电装置的性能。在高温种晶层的沉积期间，调整诸如除气温度、压力、偏压功率、靶材基板间隔及气体比例的参数以抑制锥体缺陷及改进薄膜层的晶体品质。

本文中所揭示的方法及设备还使得能够通过调整块体层的形成期间的处理参数来对薄膜的性质进行微调。通常，调整沉积工艺参数、工艺时间、及冷却配方工艺参数以改进应力均匀性及晶体取向。沉积工艺压力、沉积偏压功率、溅射靶材功率、气体比例浓度(如，反应性气体对惰性气体的浓度比例)为可调整的沉积工艺参数的实例。冷却工艺压力、基板支撑件温度及冷却气体组成为可调整的冷却工艺参数的实例。可单独或与工艺时间组合而调整沉积及冷却工艺参数。因此，通过在沉积块体层时微调上述参数，可获得具有增加的晶片内(WIW)应力均匀性及增强的晶体取向的薄膜性质。

图1为适于在基板上沉积薄膜层的群集工具100的平面图。群集工具100的一个实例由加州圣塔克拉拉市的应用材料公司所贩售，且名为

群集工具100包括工厂界面104、装载台140、第一机器人132及第二机器人136。定向腔室152、除气腔室156、第一处理腔室160及168、第二处理腔室164-167、第二机器人136及主框架172包括于群集工具100中。群集工具100亦包括第一移送腔室124及第二移送腔室128。

各匣盒112，或FOUP，被配置成接收多个基板201。于此配置中，通过工厂界面机器人120的一者从匣盒112移除基板201。工厂界面机器人120将从匣盒112移送基板201并装载基板201至装载台140(即，装载锁定室)中。在群集工具100中完成基板处理后，经处理的基板201接着返回它们各自的匣盒112。

主框架172包括第一移送腔室124，第一移送腔室124包括第一机器人132。第一机器人132被配置成于定向腔室152、除气腔室156及第一处理腔室160之间移动基板201。定向腔室152、除气腔室156及第一处理腔室160的各者围绕第一移送腔室124的周边布置。于一些配置中，第一移送腔室124被真空抽吸至适度低压，例如约1毫托或更小。第二移送腔室128被抽吸至更低压力，例如1微托或更小。因此，第一移送腔室124或第二移送腔室128至少维持于适度真空水平以防止第一移送腔室124与第二移送腔室128间的污染转移。要理解的是，第一处理腔室160的任何论述及描述必然包括第一处理腔室168，除非另行清楚地说明。

第二机器人136被配置成在第一处理腔室160及第二处理腔室164间移动基板201。第二机器人136设置于第二移送腔室128内。第二机器人136被配置成移送基板201至第一处理腔室160及第二处理腔室164或附接至主框架172的第二移送腔室128部分的其他处理腔室165-168，或自前述腔室移送基板201。于一个配置中，第一机器人132及第二机器人136的各者为“蛙腿”类型机器人，其可购自加州圣塔克拉拉市的应用材料公司。通过使用设置于定向腔室152、除气腔室156及第一处理腔室160的各者间的狭缝阀(未图示)，第一移送腔室124可选择性地与定向腔室152、除气腔室156及第一处理腔室160的各者隔离。通过使用设置于第一处理腔室160或第二处理腔室164的各者间的狭缝阀，第二移送腔室128可选择性地与第一处理腔室160及第二处理腔室164的各者隔离。于本文中，要理解的是第二处理腔室164的任何论述或描述包括第二处理腔室165-167的任一者。

各装载台140各自选择性地通过狭缝阀而与第一移送腔室124隔离以及通过真空门(未图示)而与工厂界面104的外部区域116隔离。于此配置中，工厂界面中的工厂界面机器人120被配置成将基板201从匣盒112移动至装载台140。基板201接着通过耦接至装载台140的真空门(未图示)而与工厂界面104的外部区域116隔离。基板201被移送至装载台140。在将装载台140泵抽至所欲压力之后，可接着由第一机器人132通过形成于第一移送腔室124与装载台140之间的狭缝阀开口(未图示)获取基板201。

各基板201被装载至耦接至工厂界面104的匣盒112中。基板201可具有从约100mm至约750mm的范围中的直径。基板201可由各种材料形成，包括Si、SiC或SiC涂布的石墨。于一实例中，基板201包括碳化硅材料并且具有约1,000cm

可使用一或更多定向腔室152将基板201对准于群集工具100内的期望旋转取向中。通过对准基板201，基板201亦校准。定向腔室152可定位成接近装载台140及接近除气腔室156。

于一些实施方式中，定向腔室152包括热源，诸如灯或红外线产生辐射加热器。定向腔室152内的热源可适于加热基板201且将各基板201加热至所欲温度。可使定向腔室152的压力保持在真空条件下以确保在其他下游腔室中进行处理之前从基板201的表面移除任何不想要的水或其他污染。

于一些实施方式中，群集工具100包括预清洁腔室156，通过使用清洁工艺，预清洁腔室156适于清洁基板201的表面，清洁工艺包括将基板的表面暴露至射频(RF)产生的等离子体和/或包括载气(如，Ar、He、Kr)和/或反应性气体(如，氢)的一或更多预清洁气体成分。于一些实施方式中，预清洁腔室156适于执行可包括非选择性溅射蚀刻工艺的工艺。预清洁腔室156通常将包括类似于预清洁腔室300中可见的部件的部件，于以下结合图3描述预清洁腔室300。

各第一处理腔室160被配置成于其中处理基板201。处理可包括冷却基板、加热基板201、蚀刻基板201的表面上的一或更多层和/或于基板201的表面上沉积一或更多层。于一个配置中，第一处理腔室160被配置成冷却或加热基板201。

处理腔室164-167的各者适于执行蚀刻和/或沉积工艺。于一些实施方式中，沉积工艺可包括溅射沉积工艺(即，PVD沉积工艺)。溅射沉积工艺亦可包括于处理期间适于冷却和/或控制基板的温度的温度调控步骤。

图2为可为处理腔室164-167的一或更多者的部分的处理腔室200的平面图。处理腔室200适于在图1中所示的群集工具中在基板201上沉积薄膜层。处理腔室200可为可购自加州圣塔克拉拉市的应用材料公司的磁控管类型PVD腔室。处理腔室200包括腔室204、靶材248、磁控管296、真空泵送系统260、基板支撑组件232及工艺配件214。于一个实例中，靶材248为掺杂钪(Sc)的铝(Al)靶材。于一个实例中，靶材248为掺杂钪(Sc)的铝(Al)靶材，其具有约1原子％与40原子％之间的钪。于另一实例中，铝(Al)靶材具有约20原子％与40原子％之间的钪，或约30原子％与40原子％之间的钪。于又一实例中，铝(Al)靶材具有约5原子％与40原子％之间的钪，或约5原子％与20原子％之间的钪。于另一实例中，靶材248可由Al制成。

腔室204支撑靶材248，其通过靶材隔离器244使用多个O形环密封于腔室204的一端。腔室204可保持于真空下。

工艺配件214包括边缘环234、由第二介电屏蔽隔离器224分开的第一屏蔽件216及第二屏蔽件220。工艺配件214部件位于腔室204内以保护腔室壁208。工艺配件214内的金属从于内部容积212中产生的溅射的材料电气接地。可允许第一屏蔽件216电浮动而第二屏蔽件220为电气接地。于替代的实例中，第一屏蔽件216或第二屏蔽件220的一者或两者可接地、电浮动或偏压至相同或不同的不接地电平。第一屏蔽件216及第二屏蔽件220可由不锈钢制成。内表面228可被喷砂珠或以其他方式粗糙化以促进溅射沉积于内表面228上的材料的粘着。

基板支撑组件232包括基座236。基座236可包括静电夹具238，其具有适于将基板201支撑于电极240上方的支撑表面。要认识到的是，于处理期间可使用其他装置来固定基板201。可于基座236中形成电阻加热器、冷却剂通道和/或热传递气体腔(这些未图示于图2中)以于处理期间提供基板201的热控制。耦接至第一功率供应器252的电极240可施加RF和/或DC偏压至基板201以吸引等离子体299离子化的沉积材料及工艺气体。于其他应用中，可减少或消除基板201的偏压以进一步降低对沉积的薄膜层的损坏的可能性。

靶材248至少具有由待溅射沉积于基板201上的材料形成的表面部分。于一个实例中，由第二电源284施加脉冲DC、RF和/或脉冲RF偏压信号至靶材248。脉冲DC、RF和/或脉冲RF偏压信号使得能够沉积诸如PZT或氮化铝层的可选择的非导电层。为了吸引由等离子体299产生的离子以溅射靶材248，可通过第二电源284使靶材248偏压以提供例如1至20kW的平均功率。施加至靶材248的脉冲DC和/或RF偏压信号可包括具有多个交替的第一及第二时间间隔的信号(详述于下)。第一时间间隔的各者，施加的偏压信号的电压为负以吸引离子来溅射靶材248。于交替的第二时间间隔期间，施加的偏压信号低于第一时间间隔期间施加的偏压、未经偏压(如，零施加电压)。于一些实例中，施加的偏压信号具有正电压以从靶材248排斥带正电荷离子以减少电弧。

本领域技术人员将认识到的是，取决于特定应用，施加至靶材248的脉冲偏压信号可提供许多有益的处理优点。举例而言，脉冲偏压信号可用于降低沉积速率、形成等离子体299及增加等离子体299中的峰值能量以用于有效地控制等离子体化学以形成膜堆叠400(于图4中说明)。举例而言，当施加脉冲偏压信号至靶材248时，可获得更接近化学计量比例的薄膜层。另外其他可能的特征包括薄膜品质提高，特别是针对膜堆叠400。此外，当施加脉冲偏压时，由于可能消除不想要的微孔及柱状结构，因此可降低薄膜片电阻。要认识到的是于一些实例中，在沉积工艺的一或更多部分期间，可施加非脉冲偏压信号或非脉冲偏压信号与脉冲偏压信号组合来偏置靶材248。非脉冲偏压信号可为恒定的DC或RF功率水平偏压信号。

安装在基座236上的基板201可被加偏压以吸引或排斥所形成的等离子体299中产生的离子。举例而言，于沉积工艺期间，可提供第一功率供应器252以施加RF功率至基座236以对基板201加偏压以吸引沉积材料离子。此外，第一功率供应器252可被配置成施加RF功率至基座236的电极240以耦合补充能源至等离子体299。于沉积工艺期间，基座236可为电气浮动。然而相应地，可能在基座236上产生负DC偏压。替代地，可通过一源对基座236施加介于-1000伏特至+500伏特之间的偏压电压，诸如约-30VDC。举例而言，可对基座236加偏压以偏置基板201，从而将离子化的沉积材料吸引至基板201。在一些配置中，于处理期间，电容调谐器(未图示)可与第二电源284一起使用以控制基板201上的浮动电位。于替代的实例中，基板201可保留为电气地浮动。

如果用于通过基座236来对基板201加偏压的第一功率供应器252为RF功率供应器，则该供应器可于约13.56MHz至约60MHz的频率下操作。可对基座236供应10瓦至5kW的范围中的RF功率。可对基于计算机的控制器256编程以控制功率水平、电压、电流及频率。因此，要理解的是，上述功率水平、电压水平及频率可根据程序而变化。

真空泵送系统260包括泵组件268及阀264。泵组件523可包括用以维持处理腔室200的内部容积212中的所欲压力的低温泵、粗抽泵(未图示)。

磁控管296邻近靶材248设置且相对于靶材248旋转。多个磁体298包括于磁控管296中。多个磁体298包括多极化的磁体N，以及具有与磁体N相反的极化的多磁体S。通过使用第二电源284对靶材248加偏压而在内部容积212中产生等离子体299，磁体298用于约束等离子体299以从靶材248的前表面250溅射材料。第二电源284具有第二功率供应器288，其被配置成输送DC和/或RF功率至靶材248。于一些实例中，至第二电源284的RF功率输送亦可包括匹配电路290。

磁控管296可相对于靶材248的诸如前表面250或背表面251的表面倾斜。换句话说，磁控管296相对于磁控管296的中心轴202或旋转轴形成角度203。通过控制器256经由马达292可控制磁控管296以角度203的倾斜。可在处理批次之间、基板201之间、或基板201的处理期间原位地调整磁控管296的倾斜程度。可基于薄膜厚度或应力数据反馈控制磁控管296倾斜的角度203。以角度203相对于靶材248倾斜的磁控管296的特定部件可改变。于一个实例中，背板293的纵向尺寸(例如，轭(yoke))相对于靶材248以角度203倾斜。于一个实例中，由面向靶材248的背表面251的磁体298的下端限定的平面294(例如，平行于X-Y平面)相对于靶材248以角度203倾斜。于一个实例中，磁控管296相对于靶材248的背表面251倾斜。于另一实例中，磁控管相对于前表面250倾斜。

于一个实施方式中，当于处理期间磁控管296通过旋转马达292绕中心轴202旋转时，在磁控管296与靶材248之间维持角度203，使得绕中心轴202旋转时磁控管296上的任何点将维持距离靶材248的表面(诸如背表面251)的相同的垂直距离(即，Z方向距离)。当磁控管296旋转时，由磁控管296产生的磁场的强度为由各磁体298产生的磁场的各种强度的平均。横越靶材248的前表面250平均化磁场。磁场的强度的平均化能够实现均匀薄膜性质及均匀的靶材248的腐蚀。

通过在靶材248的背表面251(如图2中所示)与磁控管296的平面294之间建立角度来确定角度203。确定角度203的另一方式为在靶材248的前表面250与磁控管296的平面294之间建立角度。为简明之故，形成于磁控管296与靶材248之间的角度203的任何论述，必然地包括靶材248的表面250或251与磁控管296的平面294。形成于磁控管296与靶材248之间的角度203可为从约0.2度至约5度。于另一实例中，角度203为从约1度至约2度。如果磁控管296相对于靶材248倾斜的角度203小于约0.2度，则磁场强度平均化的效应可能减小。如同注明的，倾斜的磁控管269相对于靶材248的角度203小于或等于约5度。因此，磁控管296与中心轴202形成范围从约85度至约89.7度的锐角(未标记)。该锐角的范围可从约88度至约89度。角度203和该锐角的总和通常为90度。

第一气源272通过质流控制器280供应气体至腔室204。气体的一个实例为化学不活泼的惰性气体，诸如氩(Ar)。气体可进入腔室204的顶部，或如描绘的，于腔室204的底部。一或更多输入管(未描绘)穿过通过第二屏蔽220的底部的孔。或者，输入管可耦接至基座236内的孔。于PVD工艺期间，可从第二气源276输送氮(N)气以于基板201上形成层。所述层可包括诸如氮化铝(AlN)的材料。

图3为图1所示的群集工具中的适于处理基板的另一处理腔室300的截面图。可用于本揭示内容的处理腔室300的实例为可得自加州圣塔克拉拉市的应用材料公司的预清洁II(Pre-Clean II)腔室。

预清洁腔室300具有设置于腔室外壳308中于圆顶312之下的基板支撑组件304。于一个实例中，圆顶312可由石英制成。基座320包括具有基板支撑件316的基板支撑组件304。基板支撑件316设置于基板支撑组件304上的凹部324内。于处理期间，基板201放置于基板支撑件316上。至少一个定位销328将基板维持于基板支撑件316上的所欲的横向位置。

线圈344设置于圆顶312外并且连接至RF电源332。RF电源332于处理腔室300内发起并维持由工艺气体形成的等离子体。提供RF匹配网络340以匹配RF电源332和线圈344。基板支撑组件304连接至提供偏压至基板支撑组件304的DC电源336。

在沉积膜堆叠400内的一或更多层(如图4中所示)之前，可使用处理腔室300中的等离子体预清洁或蚀刻基板201。一旦基板201被定位而用于在处理腔室300中进行处理，则引入处理气体至内部容积212中。处理气体可包括约0％与约100％之间的氢(H)并且余量为载气。处理气体可为约5％与约50％之间的H。

处理气体可包括浓度为约95％与约50％之间的载气，诸如Ar或氦(He)。于内部容积212中点燃处理气体以形成等离子体，因此使基板201经受等离子体。举例而言，通过从RF电源332向线圈344施加约50W与约500W之间的功率可产生等离子体。DC电源336亦可提供约10W与约300W之间的DC偏压功率的功率。可维持等离子体达约10秒与约300秒之间的时段。一旦完成预清洁工艺，就抽空处理腔室300以从处理腔室300排放处理气体及反应副产物。

图4为在图1中揭示的群集工具内生产的例示性膜堆叠400的侧视图。膜堆叠400可包括基板201、任选的种晶层402及块体层404。于替代的实施方式中，块体层404形成于基板201的顶部上并且与基板201的表面接触。块体层404可包括一或更多间层408，其中各间层408可表示为408(n)，其中n为可从1至n变化的块体层404中的间层408的数目。举例而言，于图4中描绘的实例中n＝4，而于替代的实例中，n为从1至40，或甚至2至30。

于一个实例中，块体层404为掺杂钪的氮化铝(ScAlN)。于另一实例中，块体层404为AlN。于一些实例中，基板201具有<001>的晶体取向。基板201可包括具有适当晶格的其他层，包括但不限于多晶钼、及AlN。

图5为描述在图1所示的群集工具内生产膜堆叠400的例示性方法500的流程图。

于方块502，将基板201装载至群集工具100的装载台140中。于实例中，第一机器人132将基板201移动至定向腔室152。通过第一机器人132，基板201通过第一移送腔室124。第一移送腔室124中的第一机器人132将基板210从定向腔室152移动至第一处理腔室160。如前所述，第一移送腔室124中的压力(P)可为约1微托。因此，压力保持于真空状态。如以上详述的，供应工艺气体至第一处理腔室160。

任选地，于方块503，在基板201上形成种晶层402。于方块503期间，在加热的处理腔室(如，除气腔室156)内将基板201加热至所欲的第一温度(如，200℃至600℃之间的温度)，接着于第二处理腔室164中于第二处理温度(如，小于或实质上等于除气温度的温度)在基板上形成种晶层。可在包括处理腔室200中所示部件的第二处理腔室中形成种晶层402。于方块503期间执行的工艺可包括通过第二电源284输送脉冲DC、RF和/或脉冲RF偏压信号至靶材248以形成溅射的材料层。于一个实例中，进入至第二处理腔室的基板温度及因此基板处理温度大于室温，诸如介于约120℃与约600℃之间。于一个实例中，种晶层402具有从约10nm至约50nm的厚度。已发现的是，通过维持高起始温度(如，除气温度)，种晶层402中形成的缺陷减少。

于方块504，于基板201上或之上形成块体层404。如前述提到的，供应工艺气体至第二处理腔室164。可在包括处理腔室200中所示部件的第二处理腔室164中形成块体层404。块体层404包括至少一个在第二处理腔室164中形成于基板201上或之上的间层408。于一个实例中，可形成块体层404的第一间层408(1)至从约0.01微米至0.1微米的厚度。于一个实例中，可形成块体层404至从约0.2至10微米的总厚度，或诸如约0.4微米至10微米。于另一实例中，可将块体层404形成为约0.2微米至约0.5微米的总厚度。于又另一实例中，可将块体层404形成为约0.2微米至约2微米的总厚度，或约0.3微米至约2微米的总厚度，或约0.5微米至约1微米的总厚度。于替代的实例中，块体层404可为介于约0.2微米至约10微米之间的任何所欲的厚度。然而，块体层404的厚度不受限于此范围并且可以任何所欲的厚度沉积于基板201上。

于一些实施方式中，于方块504期间，在基板上形成块体层404可包括两个或更多处理步骤，诸如图5中所示的方块504-508。于一些实施方式中，于约室温(～20℃)与约180℃之间的温度形成块体层404的第一间层408(1)。于一些实施方式中，当于第一处理腔室160中冷却膜堆叠400时，将第一处理腔室160维持于室温。于一些实施方式中，块体层404形成于包括Ar及N的环境中。于一个实例中，Ar对N的体积比可为约2比1。于另一实例中，Ar对N的体积比可为约1比1。于方块504期间，第一电源252使用电极240施加第一功率偏压P1至基板201达第一持续时间(t1)。第一间层408(1)形成于膜堆叠400上。第一偏压功率P1介于约30瓦与约150瓦之间。

于方块506，第二间层408(2)形成于第一间层408(1)的顶部并且与第一间层408(1)接触。于一个实例中，块体层404的第二间层408(2)可形成为从约0.01微米至0.1微米的厚度。从第一电源252通过电极240将第二功率偏压P2施加至基板201达第二持续时间(t2)。第一持续时间介于约1秒与约200秒之间。于另一实例中，第一持续时间和第二持续时间为介于约1秒与约60秒之间，诸如约1秒与20秒之间，或诸如约1秒与40秒之间。第二持续时间大于300秒且小于或等于约2000秒。于一个实例中，第一时间可为约470秒且第二时间可为约1080秒。第二偏压功率P2小于约120瓦且大于或等于20瓦。举例而言，第一偏压功率P1可为约100瓦且第二偏压功率P2可为约60瓦。于另一实例中，第二偏压功率P2可为约80瓦。

于同一第二处理腔室164中形成第一间层408(1)和第二间层408(2)。于替代的实例中，可于第二处理腔室164的一者中形成第一间层408(1)，且可于群集工具100的不同的第二处理腔室165中形成第二间层408(2)。因此，于至少一个实例中，第一偏压功率P1高于第二偏压功率P2。于相同的实例中，第二持续时间(t2)大于第一持续时间(t1)。第一偏压功率P1或第二偏压功率P2任一者的例示性频率为约13.56MHz。于一些实施方式中，用于沉积第一间层408(1)的工艺配方参数或工艺变量不同于用于沉积第二间层408(2)的工艺配方参数。于一个实例中，用于沉积第一间层408(1)的工艺与用于沉积第二间层408(2)的工艺的至少一个工艺参数不同，其中所述至少一个工艺参数选自下列组成的群组：沉积工艺压力、偏压功率及沉积工艺时间。

于方块508，降低膜堆叠400的温度。在于方块508降低温度之前，膜堆叠400至少包括基板201及块体层404。于一个实例中，从第二处理腔室164移送膜堆叠400至第一处理腔室160以冷却膜堆叠400。当于第一处理腔室160中冷却基板201时，第一处理腔室160可维持于降低的温度。于另一实例中，不将膜堆叠400移送至第一处理腔室160，但使其在第二处理腔室164中经受降低的温度。通过从内部容积212移除热，例如通过中断至第二电源284的功率供应或将基板201夹持至冷却的基座238，可达成降低的温度。于另一实例中，可以以间层对412沉积块体层404。各间层对412可表示为412(n)，其中n为可从1至n变化的块体层404中的间层412的数目。举例而言，于图4中描绘的实例中n＝＝2，而于替代的实例中，n为从1至15。如所示的，第一间层对412(1)包括第一间层408(1)和第二间层408(2)。于方块508，可在连续间层对412(例如，412(n)与412(n+1))之间降低膜堆叠400的温度。于又另一实例中，可在方块504的间层408(n)的沉积之后且在方块506的另一间层408(n+1)的沉积之前，降低方块508的温度。于此实例中，在方块504的间层408(n)的沉积与方块506的间层408(n+1)的沉积之间，冷却400。

于一个实例中，可通过暂停沉积工艺达一时段Δt

当主动地冷却膜堆叠400时，将膜堆叠400的基板201放置于温度调节体的顶部并且与温度调节体直接接触，温度调节体诸如为基板支撑件316。替代地，膜基板201可放置于静电夹具240的顶部并且与静电夹具240直接接触。基板支撑件316或静电夹具240可具有低于基板201的温度，并因此可用于主动地冷却基板201。温度降低达时段Δt

根据本文中所揭示的方法500，在通过执行方块504-508的一或多者多次而处理膜堆叠400以形成具有所欲厚度的块体层404之后，膜堆叠400可返回工厂界面104。于一个实例中，执行方块504-508的顺序至少两次，诸如至少四次，或甚至至少20次。可从第二处理腔室164移动基板201，并且移送基板201至第一处理腔室160。接着可通过第一机器人132从第一处理腔室160移送膜堆叠400至装载台140。接下来，膜堆叠400可返回工厂界面104。

图6为说明使用所欲的工艺顺序，诸如执行方块504-508的顺序多次，来形成一系列间层408期间，横越基板201的应力分布如何关于冷却时间改变的图表。

图表600说明于方块508增加冷却时间(如，Δt

如图6中所描绘的，当冷却时间增加时，中央对边缘应力分布的变化降低(例如，标准差)并且横越基板201的平均(average或mean)应力分布降低。举例而言，于比较例998中，最大应力值为约4.8且最小应力值为约1.5。然而，线612的最大值612a为约2.5且最小值612b为约0.6。比较线612中的最大值612a及最小值612b与比较例998的最大应力值及最小应力值显示随冷却时间增加横越基板201的应力平均降低。另外地，如线604中所示，于基板201的中心(即，基板201的半径为0处)，当冷却时间为约10秒时，相对于比较例998有21％的应力下降。线608说明当冷却步骤为约20秒时，有32％的应力下降。线612显示相对于比较例998的约98％的应力下降。要理解的是，这些实例仅为说明性质并且，基于线604-612间的差异及线604-612与比较例998间的差异，并入未于本文中特别详述的其他实例。

图7说明由多个连续间层408形成的薄膜层中的结晶变化程度，连续间层408在具有变化的中间冷却步骤(即，方块508)的情况下形成。

图7中所示的曲线为摇摆曲线的实例。通常通过使用XRD检查工艺所形成的摇摆曲线能够检测由多个间层408所形成的沉积的膜层中的一或更多晶体取向的存在。产生的摇摆曲线的结果使得能够辨识所形成的层中发现的缺陷的属性，诸如位错密度、镶嵌扩展(mosaic spread)、曲率、相邻结晶结构的错向、及结晶非均质性。测量给定的摇摆曲线的峰值对应于原子间距(即，晶格面距)的规则性，原子间距描述在给定的间层408(n)的晶体结构中原子平面间的距离。测量峰值的相对幅度亦可提供诸如组成、应变及松弛的参数。图表700包括利用方块504至方块508的方法多次，通过在连续间层(例如，408(n)和408(n+1))的形成之间降低温度所产生的块体层404的曲线704。以约10秒的间层沉积时间执行约20次来形成曲线704。另外说明，曲线704显示形成约20个间层408。因此，曲线704具有单一峰806，表示两组相邻连续间层408的界面以及形成的间层408具有实质上相同的晶体取向。举例而言，第一组间层可为间层408(1)及间层408(2)，且在方块508的冷却时间发生于间层408(1)与间层408(2)之间。

尽管此图表显示20组连续间层408的配置，但已发现在各沉积步骤之间插入方块508的工艺步骤的情况下形成超过约10组连续间层408达成具有与曲线704中描绘的类似性质的膜堆叠400。另外地，已发现相邻组连续间层408间的冷却时间可为从约10至约40秒。曲线704中表示的各间层408被沉积持续约10秒至约50秒间的时段。

比较例999为针对一块体膜层(未图示)产生的另一曲线，该块体膜层包括沉积达第一时段及第二时段的两个间层408。以两个沉积工艺来沉积比较例999而没有于方块508的基板201的中间冷却。第一时段为约500秒或更大，第二时段为约1500秒或更大。于比较例999中，第一峰996及第二峰997表示两个连续间层408的界面具有不同晶体取向，其可能源自于在界面或各间层408处的小角度晶界。如所描绘的，比较例999显示介于角度1与角度2间的第一峰996。第一峰996具有约2.7的值。比较例999中显示的第二峰997介于角度2与角度3之间。第二峰997具有约1.8的值。比较例999的双峰(即，第一峰996及第二峰997)显示第一间层408(n)和第二间层408(n+1)间存在不希望的晶体取向变化。

曲线704显示包括介于角度0与角度5间的单一峰806的薄膜层。曲线704中的单一峰806表示，相对于比较例999，在连续间层408的界面处有较大的晶体取向均匀性。相信当于方块504-508形成块体层404时，随循环(方块504-508的循环)数目增加，在连续间层408的界面处的缺陷的数目减少。当循环的数目增加至约5循环与约15循环之间时，连续间层408间的缺陷显著地减少，使得维持单一峰806。举例而言，当循环的数目增加至高于约10时，形成单一峰806。连续间层408的界面变得更平滑，使得连续间层408间的晶体取向在图表700的摇摆曲线上产生约45度的平均斜率。

图8为可提供指令给图1-3中描述的任一处理腔室的控制器800的平面图。

任选的显示器单元801可耦接至控制器800。控制器700包括彼此耦接的处理器804、存储器808及支持电路812。控制器800可在群集工具100上，或于替代的实例中，控制器800可在图2或3中的处理腔室的一者上，或为远程装置(未图示)。

显示器单元801包括诸如功率供应器、时钟、高速缓存、输入/输出(I/O)电路的输入控制单元，其耦接至显示器单元801的各种部件以促进其控制。处理器804可为任何形式的通用微处理器、或通用中央处理单元(CPU)的一者，它们各者可用于工业设定中，处理器804诸如是可编程逻辑控制器(PLC)的。

存储器808为非暂态的且可为容易获得的存储器的一或多者，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或任何其他形式的本地或远程数字储存器。存储器808含有指令，当由处理器804执行指令时促进于图1-3中描绘的任何处理腔室的操作。存储器808中的指令呈程序产品的形式，诸如实施本揭示内容的方法的程序。程序产品的程序代码可符合许多不同编程语言的任何一者。说明性质的计算机可读取储存介质包括但不限于：(i)于其上永久储存信息的不可写入的储存介质(如，计算机内的只读存储器装置，诸如可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM磁盘、快闪存储器、ROM芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)于其上储存可变更信息的可写入的储存介质(如，磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。这些计算机可读取储存介质，当载有引导本文中描述的方法的功能的计算机可读取指令时，为本揭示内容的实例。

于一个实例中，控制器800可实施为储存于计算机可读取储存介质(如，808)上用于计算机系统(未图示)的程序产品。程序产品的程序限定本文中描述的揭示内容的功能。