[發(fā)明專利]一種氮化鋁壓電薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710051036.2
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN101280412A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石玉;鐘慧;王華磊;黃光俊;杜波;蔣欣;何澤濤;趙寶林
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;B08B3/12;B32B7/02;B32B33/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化鋁壓電薄膜領(lǐng)域，具體涉及一種低應(yīng)力復(fù)合多層氮化鋁壓電薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，極大地推動著電子產(chǎn)品向多功能、高性能、可靠性、小型化、便攜化以及大眾化普及所要求的低成本等方向發(fā)展。衛(wèi)星、蜂窩電話等無線通信技術(shù)的主流通信頻段日益擁擠，人們愈來愈關(guān)注更高頻率的通信應(yīng)用。射頻RF(800MHz～4GHz)通信相對較低的頻段通信有著帶寬更大、數(shù)據(jù)傳輸更快的優(yōu)勢。在GHz通信系統(tǒng)中，前置濾波器是系統(tǒng)提高信噪比、減少功耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中以壓電材料制備的表、體聲波濾波器是該領(lǐng)域最具有競爭力的器件之一。壓電材料制備的諧振器相比與其他技術(shù)實現(xiàn)的LC諧振器或陶瓷諧振器具有明顯的小體積優(yōu)勢而廣泛適應(yīng)無線應(yīng)用領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的壓電材料，如LiNbO₃、quartz(SiO₂)、LiTaO₃等單晶壓材料，由于與IC工藝的兼容性問題可選擇的材料種類較少。此外由于諧振器頻率主要由器件尺寸及聲波在這些材料中的傳輸速率兩者決定，因此要提高頻率則不得不減少器件的體積，從而給制備工藝帶來較大的困難和損耗。目前，使用壓電單晶制備的表面聲波(SAW)器件和體聲波(BAW)器件其頻率都在2GHz以下。對于更高頻率的濾波器，壓電單晶材料就無法再滿足應(yīng)用要求了。

要克服單晶壓電材料的頻率較低的缺陷，則不得不使用薄膜體聲諧振器(TFBAR或FBAR)。薄膜體聲諧振器具有以下四個方面的優(yōu)點：1)諧振器的頻率可以擴(kuò)展到20GHz；2)體積小、損耗小、高功率使用容量；3)基片和薄膜材料的選擇范圍較寬；4)采用的MENS工藝與IC工藝(平面工藝)兼容，即可以減少制備過程的復(fù)雜性，利于環(huán)保。正是由于以上優(yōu)點，使得FBAR在目前RF諧振器的應(yīng)用中最具潛力。

要保證低制備成本下高質(zhì)量FBAR的實現(xiàn)，就要求所使用的壓電薄膜材料具備以下特點：1)高機(jī)電耦合系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)越高則越可以保證諧振器的較寬帶寬；2)高品質(zhì)因素；3)好熱穩(wěn)定性以保證器件在較大的溫度范圍內(nèi)正常工作；4)可調(diào)制；5)與平面工藝兼容。

AlN是一種優(yōu)良的無機(jī)非鐵性壓電材料，它具有寬帶隙、高電阻率、高抗擊穿電壓、高聲傳播速率和低傳輸損耗等優(yōu)點，在微電子器件中有著廣泛的應(yīng)用前景。AlN薄膜具有許多種突出的物理化學(xué)性能，如：擊穿場強(qiáng)大，熱導(dǎo)慮高，化學(xué)穩(wěn)定性好，以及良好的光學(xué)及力學(xué)性能，是優(yōu)異的介電材料，可用于電子器件和集成電路的封裝、介電隔離和絕緣，尤其適用于高溫高壓功率器件。AlN薄膜的另一個優(yōu)越性能是其優(yōu)異的壓電和聲表面波特性：AlN薄膜的聲表面波速度是所有無機(jī)非鐵電性壓電材料中最高的，幾乎是表聲波器件常用壓電薄膜AlN和CdS的2倍。所以在不減小叉指電極寬度的情況下，采用AlN薄膜就可將中心頻率提高1倍，達(dá)到當(dāng)前通訊業(yè)發(fā)展所需要的GHz。高質(zhì)量的AlN薄膜還具有較小的聲波損耗，相當(dāng)大的壓電耦合常數(shù)，及與Si、GaAs相近的熱膨脹系數(shù)等特點。正是由于AlN以上獨特的性質(zhì)使它在機(jī)械，微電子，光學(xué)，以及電子元器件，聲表面波器件(SAW)制造和高頻寬帶通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，體聲器件采用的MEMS加工手段是與傳統(tǒng)的IC工藝相兼容的表面硅微加工方法，結(jié)構(gòu)通過先在犧牲層上形成平板或者梁結(jié)構(gòu)，然后再腐蝕掉犧牲層而得到。當(dāng)在基底上沉積壓電薄膜時，由于在淀積和退火過程中的溫度變化，薄膜中不可避免地會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力作用有時非常顯著，在腐蝕犧牲層，即釋放結(jié)構(gòu)時，會引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、彎曲甚至斷裂；殘余應(yīng)力還會影響結(jié)構(gòu)的工作性能，比如它會改變諧振結(jié)構(gòu)的共振頻率，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)對外界的響應(yīng)。如果諧振器系統(tǒng)中薄膜殘余應(yīng)力過大，將不可避免的引起機(jī)械微結(jié)構(gòu)的斷裂和剝離，使得器件性能受到嚴(yán)重影響。因此，對沉積的壓電薄膜的應(yīng)力研究就顯得尤為重要。

但是在薄膜制備過程中應(yīng)力的存在不可避免，要將應(yīng)力完全減小到零很難實現(xiàn)。因此，可以通過在薄膜沉積過程中改變溫度等工藝條件，得到復(fù)合的多層薄膜，使得其中一部分受拉，另一部分受壓，從而在復(fù)合膜整體上得到較小的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)力梯度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種氮化鋁壓電薄膜及其制備方法，該氮化鋁壓電薄膜具有低應(yīng)力，使用壽命長，并且制備方法簡單、反應(yīng)步驟少、操作容易。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的：提供一種氮化鋁壓電薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟①：清潔基片，以鋁作為靶材；

步驟②：將基片送入磁控濺射機(jī)；