[發明專利]一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710339899.3
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107093665B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 歐黎;徐陽;江洪敏;司美菊;姜華男;張永川;馬晉毅;龍飛;杜波;蔣欣;金成飛;田本朗
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/29;H01L41/39;H01L41/18
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發明提供一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜及其制備方法，該壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜包括底電極以及位于底電極上的壓電薄膜，底電極采用WSi材料制成，壓電薄膜采用AlN材料制成。本發明通過采用WSi材料制成底電極，設置于AlN壓電薄膜下，可以提高壓電薄膜的c軸取向，降低應力，滿足壓電薄膜換能器用復合薄膜材料的要求，由此本發明提供的復合薄膜材料結構單元(即WSiAlN薄膜)可以作為壓電薄膜換能器中新型的薄膜材料結構單元使用。

技術領域

本發明屬于薄膜體聲波濾波器、聲體波微波延遲線等體聲波器件的核心部件—壓電薄膜換能器領域，具體涉及一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜及其制備方法。

背景技術

薄膜體聲波器件、聲體波微波延遲線等體聲波器件的核心部分是壓電薄膜換能器。體聲波壓電薄膜換能器由底電極、壓電薄膜和上電極組成，底電極和壓電薄膜是壓電薄膜換能器制作的關鍵。氮化鋁(AlN)壓電薄膜由于其具有寬帶隙、高擊穿電壓、高聲速、高的機電耦合系數成為制作壓電薄膜換能器的優選材料。一般來說，AlN薄膜在壓電器件中的應用多以c軸的(002)面為主，因此要求制作出AlN薄膜的其結構需具有良好的c軸擇優取向，組成均勻，較低的應力，表面粗糙度小。獲得高c軸取向AlN薄膜，為制備高質量壓電薄膜換能器奠定了基礎，但是AlN壓電薄膜c軸取向的好壞不僅和本身工藝相關，壓電薄膜換能器底部電極層也是影響壓電層c軸取向的一個關鍵因素。用于壓電薄膜換能器的電極材料的選擇標準是要求材料具有低密度、低電阻和較高的聲學阻抗，同時要求電極材料能保證壓電薄膜能夠在電極上c軸擇優生長。由于鎢(W)與AlN薄膜具有結晶兼容性，有利于AlN薄膜c軸擇優生長，因此是實現壓電薄膜換能器常用的電極材料。但是采用W作為底電極，W薄膜應力不容易控制，在其上生長的壓電薄膜仍然存在c軸取向較差，應力較大的問題。

發明內容

本發明提供一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜及其制備方法，以解決目前采用鎢W作為底電極，W薄膜應力不容易控制，在其上生長的壓電薄膜存在c軸取向較差，應力較大的問題。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜，包括底電極以及位于所述底電極上的壓電薄膜，所述底電極采用WSi材料制成，所述壓電薄膜采用AlN材料制成。

在一種可選的實現方式中，所述WSi材料中W和Si的摩爾比值為1:2～1:2.7。

在另一種可選的實現方式中，隨著所述WSi材料中W和Si的摩爾比值逐級增大，所述壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜的應力將增大且難以控制，隨著所述WSi材料中W和Si的摩爾比值逐漸減小，所述壓電薄膜換能器用WSi薄膜的電阻率將增大。

根據本發明實施例的第二方面，還提供一種壓電薄膜換能器用WSiAlN薄膜的制備方法，包括：

采用WSi材料在硅片上制成底電極；

采用AlN材料在所述底電極上制成壓電薄膜。

在一種可選的實現方式中，所述WSi材料中W和Si的摩爾比值為1:2～1:2.7。

在另一種可選的實現方式中，所述采用WSi材料在硅片上制成底電極包括：采用WSi材料在硅片上直流磁控濺射制成底電極，其中直流磁控濺射的制作工藝參數為：濺射功率為2000～4000W、氬氣流量35～55sccm、背面氬氣流量15sccm。

在另一種可選的實現方式中，所述采用AlN材料在所述底電極上制成壓電薄膜包括：采用AlN材料在所述底電極上交流磁控濺射制成壓電薄膜，其中所述交流磁控濺射的制作工藝參數為：濺射功率為3000～6500w、氬氣流量為4～12sccm、氮氣流量為10～30sccm。

在另一種可選的實現方式中，在所述采用WSi材料在硅片上制成底電極之后，還包括退火步驟，其中所述退火步驟的工藝參數為：在600～900℃的高溫下快速退火30～90秒。