[發明專利]具有PMNPT層的壓電裝置的制造

在審

• 申請號: 201911101682.4
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN112864304A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 阿比吉特·拉克斯曼·桑格爾;維杰·班·夏爾馬;薛元;烏代·派;巴拉特瓦·羅摩克里希南;安庫·卡達姆
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;H01L41/316;H01L41/277
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

一種壓電裝置，包括：基板；位于所述基板上的熱氧化物層；位于所述熱氧化物層上的金屬或金屬氧化物粘附層；位于所述金屬氧化物粘附層上的下部電極；位于所述下部電極上的種晶層；位于所述種晶層上的鈮鎂酸鉛?鈦酸鉛(PMNPT)壓電層；和位于所述PMNPT壓電層上的上部電極。

技術領域

本發明涉及壓電裝置的制造，更特定地說，涉及包括PMNPT作為壓電層的壓電裝置。

背景技術

壓電材料已經在例如噴墨印刷、醫學超聲和陀螺儀的各種技術中使用了幾十年。傳統上，壓電層是通過制造塊狀晶體形式的壓電材料，然后將該材料加工成所需厚度，或通過使用溶膠-凝膠技術來沉積層而制成的。鋯鈦酸鉛(PZT)，通常為Pb[Zr_xTi_1-x]O3的形式，是常用的壓電材料。已經提出了PZT的濺射。

最近，弛豫-鈦酸鉛(弛豫-PT)材料，諸如鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMNPT)，通常是(1-x)[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃]-x[PbTiO₃]；以及鈮釔酸鉛-鈦酸鉛(PYN-PT)，諸如(1-X)[Pb(Y_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃]；鈮鋯酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)，諸如(1-X)[Pb(Zr_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃]；和鈮銦酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PT)，諸如(1-X)[Pb(In_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃]已被提出用作壓電材料。與更常用的PZT材料相比，PMNPT能夠提供改進的壓電性能。然而，尚未實現商業可行方式的PMNPT層的大面積薄膜沉積。

發明內容

在一個方面，一種壓電裝置，包括：基板；位于所述基板上的熱氧化物層；位于所述熱氧化物層上的金屬或金屬氧化物粘附層；位于所述金屬氧化物粘附層上的下部電極；位于所述下部電極上的種晶層；位于所述種晶層上的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMNPT)壓電層；和位于所述PMNPT壓電層上的上部電極。

在另一方面，一種制造壓電裝置的方法，包括：在基板的熱層上形成粘附層；在所述粘附層上沉積下部電極；在所述下部電極上形成種晶層；通過物理氣相沉積在所述種晶層上沉積鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMNPT)壓電層；和在所述PMNPT壓電層上沉積上部電極。

各實施方式可具有但不限于以下一項或多項優點。

包括PMNPT層的裝置能夠以商業可行的工藝制造。其上制造有PMNPT層的層堆疊允許良好地粘附到下層的半導體晶片。PMNPT層能夠通過物理氣相沉積來沉積，這可以提供高純度、良好的生產量和低成本。層堆疊允許PMNPT材料以高度(001)取向的柱狀晶粒制造，這可以提供出色的d33系數。該工藝還可以限制可能會損害壓電性能的寄生相(諸如PbOx和焦綠石)的存在。

一個或多個實施方式的細節在附圖和以下描述中闡明。其他特征、目的和優點將從說明書和附圖以及從權利要求書而顯而易見。

附圖說明

圖1是物理氣相沉積處理腔室的示意性截面圖。

圖2是壓電裝置中的層堆疊的示意性截面圖。

各個附圖中相似的參考符號表示相似的元件。

具體實施方式

由塊狀晶體加工壓電層以及使用溶膠-凝膠技術沉積壓電層是緩慢的工藝，不利于在半導體制造工廠中進行。塊狀晶體需要在傳統的機械車間中進行加工。這不僅昂貴，而且限制了壓電層集成到裝置中的能力。溶膠-凝膠工藝需要多輪沉積和固化，因而非常耗時。因此，希望通過物理氣相沉積工藝(例如濺射)來沉積壓電材料。