[發(fā)明專利]制備多晶陶瓷膜的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201380034791.3
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN104379795A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.施雷特;W.維爾興
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: C23C14/00
• 分類號: C23C14/00;C23C14/04;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/22;H03H3/02;H01L41/316
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;林森

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分的制備多晶陶瓷膜的方法。

在生物傳感器領(lǐng)域，越來越多地使用薄膜體聲波諧振器（FBAR）；當(dāng)特定連接到檢測物質(zhì)時，它能在其表面上獲取其共振頻率的變化。其中，它是指在相應(yīng)基材（例如硅晶片）上施加的壓電晶體層。

因為生物分子的檢測通常在液體中進行，所以需要特別高的共振品質(zhì)和敏感度。為此必須在聲學(xué)剪切模式中激發(fā)諧振器。

為了實現(xiàn)這樣的激發(fā)，需要使極性晶軸相對于激發(fā)場傾斜（Verkippung）。在經(jīng)典的諧振器結(jié)構(gòu)（其中壓電體包裹在兩個電極層之間）的情況下，所述極性軸必須具有電極平面中的組分。

當(dāng)使用ZnO作為介電體時，在傾斜大約40°和大約90°的情況下激發(fā)純粹的剪切波（N.F.?Foster等人,?Cadmium?Sulfide?and?Zinc?Oxide?Thin-Film?Transducers,?IEEE?Transactions?on?sonics?and?ultrasonics,?Vol.?SU-15,?No.1,?1968年1月）。相對小的傾斜（例如15°）也足夠獲得起作用的剪切模式諧振器。

為了達到極性軸的這種傾斜，DE?10?2005?014?160?A1描述了一種方法，其中通過反應(yīng)性濺射沉積壓電體。在此借助隔板（Blende）調(diào)節(jié)粒子的優(yōu)選入射方向，該入射方向與基材表面的平面法線形成了所需的角度，從而在基材表面上沉積陶瓷。

已知方法的缺點在于，材料流的主要部分沉積在隔板上而不是沉積在基材上。這導(dǎo)致低的沉積速率，并且使得所述裝置在不多次的沉積過程之后就需要清潔和重新調(diào)整。這樣會消耗很多時間和費用。使用隔板系統(tǒng)還會導(dǎo)致低的沉積結(jié)果的可重復(fù)性，特別是在層均勻性方面。

因此，本發(fā)明的目的在于提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的方法，該方法可以快速地、低成本地和很好可重復(fù)性地制造具有傾斜的極性軸的陶瓷膜。

該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的方法而實現(xiàn)。

對于在基材的表面上制備多晶陶瓷膜的這種方法，在表面上導(dǎo)入粒子的粒子流并且通過所述粒子在表面上的沉積而形成所述陶瓷膜。在此，借助隔板沿著優(yōu)選方向在表面上導(dǎo)入所述粒子流直到達到第一預(yù)定層厚度，該優(yōu)選方向與表面的平面法線形成了預(yù)定的入射角。

根據(jù)本發(fā)明，在達到預(yù)定的層厚度之后，將所述隔板從粒子流中移除，并且在表面上導(dǎo)入另外的粒子直到達到第二預(yù)定層厚度。

換言之，所述隔板只是用于產(chǎn)生陶瓷材料的晶種層，即具有所述第一預(yù)定層厚度的層，其具有所需的軸取向。在形成該晶種層之后，可以不用借助隔板繼續(xù)進行沉積，因為晶種層的晶體在不定向的材料施加時也會沿著已經(jīng)預(yù)定的優(yōu)選取向繼續(xù)生長。

這樣可以在產(chǎn)生晶種層之后實現(xiàn)明顯更高的沉積速率。此外，在產(chǎn)生晶種層之后不使用隔板可以在基材上沉積明顯更多的所使用的陶瓷材料，并且通過在隔板上捕獲的材料減少了裝置的污染。這提高了裝置的使用壽命并且降低了維護消耗和費用。

此外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，借助本發(fā)明的方法可以更有效地產(chǎn)生明顯更均勻的層。特別是改善了層厚度均勻性，從而使制成的諧振器具有明顯更好規(guī)定的共振頻率，并且因此在用作生物傳感器時也具有提高的敏感度。

一方面，所述在表面上導(dǎo)入的粒子可以是所需陶瓷本身的粒子；另一方面，可以例如通過反應(yīng)性濺射沉積金屬粒子，該金屬粒子在表面上才與反應(yīng)性氣體形成所需的陶瓷。

優(yōu)選地，所述預(yù)定的入射角選自0-90°的范圍和特別是選自10-30°的范圍。由此確保可以進行充分的剪切激發(fā)。

另外有利的是所述第一預(yù)定層厚度（即晶種層的厚度）為50-150?nm和優(yōu)選100?nm。由此確保在接下來不定向施加時也可以在通過晶種層預(yù)定的優(yōu)選取向中進行可重復(fù)性的層生長。

總的層厚度（即所述第二預(yù)定層厚度）優(yōu)選為450-600?nm和優(yōu)選540?nm。在這個范圍內(nèi)可以形成具有所需共振頻率（100?MHz至10?GHz）的諧振器。

在此優(yōu)選地使用由ZnO和/或AlN或者相應(yīng)的金屬構(gòu)成的粒子作為所述粒子。它們是低成本的材料，這些材料具有所需的壓電性能并且可以通過常規(guī)的施涂方法，例如通過濺射或反應(yīng)性濺射施加。

下面借助附圖進一步說明本發(fā)明及其具體實施方式。唯一的附圖示意了具有多個測量點的基材晶片，這些測量點用于檢測借助本發(fā)明的方法的具體實施例施加的層的質(zhì)量。