[發明專利]一種復合單晶壓電基板及其制備方法

在審

• 申請號: 202010555085.5
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111755588A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 李真宇;張秀全;李洋洋;張濤;王金翠
• 申請（專利權）人: 濟南晶正電子科技有限公司
• 主分類號: H01L41/04
• 分類號: H01L41/04;H01L41/312;H03H3/02;H03H9/56
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請公開了一種復合單晶壓電基板及其制備方法，所述復合單晶壓電基板包括依次疊加的襯底層、損傷層、二氧化硅層和單晶壓電層，其中，所述損傷層包覆于所述襯底層內部，并且，損傷層?二氧化硅層的界面與襯底層?二氧化硅層的界面共面，所述結構損傷由激光刻蝕形成，能夠捕獲載流子，從而削弱甚至消除信號損耗，本申請提供的方法首先在襯底層上利用熱氧化的方法制備二氧化硅層，再通過激光刻蝕的方法在襯底層?二氧化硅層界面處制備損傷層，并使所述損傷層完全位于襯底層中，將熱氧化步驟設置于制備損傷層之前，能夠有效避免熱氧化工藝對損傷層中損傷的恢復，從而保證損傷層具有較高的捕獲載流子的能力。

技術領域

本申請屬于功能性半導體材料領域，特別涉及一種復合單晶壓電基板及其制備方法。

背景技術

復合單晶壓電基板在聲表面波濾波器中表現出較好的性能，復合單晶壓電基板包括依次疊加的單晶壓電層、低聲阻層和高聲阻襯底層。低聲阻層主要用于與高聲阻層形成聲阻差，使得聲波的能量主要集中于單晶壓電層和低聲阻層中，限制能量下漏。二氧化硅是低聲阻層最常用的材料，與一般的壓電材料相反，二氧化硅層具有正的聲速溫度系數，對壓電材料的頻率溫度系數起到補償作用，從而降低最終器件的頻率溫度漂移系數，補償效果與二氧化硅層的厚度有關。因此，復合單晶壓電基板對低聲阻層具有兩方面的要求：一是聲波傳輸損耗低；二是厚度均勻性。同時硅、碳化硅材料因為其成熟的制備和加工工業化程度，成為高聲阻材料的首選。在現有技術中，通過熱氧化方式生長而得的SiO₂在上述兩項要求中的表現最出色。

然而，實際制造所得的復合單晶壓電基板在二氧化硅層和襯底層的界面處存在很多電荷，這些電荷能夠吸引襯底層中的載流子聚集于界面，從而在二者界面處形成導電層，這個導電層能夠與聲表面波濾器件在使用過程產生的電磁場相互作用造成信號損耗。

現有技術在二氧化硅層與襯底層之間引入一層多晶硅層，利用多晶硅中自然存在的結構損傷捕獲載流子，從而減少導電層對信號的干擾。但是，多晶硅的引入使得獲得良好的二氧化硅層變得非常困難，并且帶來其他的問題：首先，多晶硅一般采用沉積工藝來制備，所用原料一般是含有Si元素的氣體或液體，這些原料不環保；其次，在制備二氧化硅的熱氧化溫度下，多晶硅會再結晶化，導致該多晶硅層捕獲載流子效果降低，因此，在制備多晶硅后無法利用熱氧化的方式制作高質量的二氧化硅。

發明內容

為解決上述問題中的至少一個，本申請提供一種復合單晶壓電基板，所述復合單晶壓電基板包括依次疊加的襯底層、損傷層、二氧化硅層和單晶壓電層，其中，所述損傷層包覆于所述襯底層內部，并且，損傷層-二氧化硅層的界面與襯底層-二氧化硅層的界面共面，所述損傷層具有結構損傷，所述結構損傷由激光刻蝕形成，所述結構損傷能夠捕獲載流子，從而避免在襯底層-二氧化硅層的界面處形成導電層，進而削弱甚至消除信號損耗。本申請還提供一種制備所述復合單晶壓電基板的方法，所述方法首先在襯底層上利用熱氧化的方法制備二氧化硅層，再通過激光刻蝕的方法在襯底層-二氧化硅層界面處制備損傷層，并使所述損傷層完全位于襯底層中，本申請提供的方法利用熱氧化方法制備二氧化硅層，使制得的二氧化硅層致密且均勻，并且，本申請提供的方法將熱氧化步驟設置于制備損傷層之前，能夠有效避免熱氧化工藝對損傷層中損傷的恢復，從而保證損傷層具有較高的捕獲載流子的能力。

本申請的目的在于提供一種復合單晶壓電基板，所述復合單晶壓電基板包括依次疊加的襯底層1、損傷層2、二氧化硅層3和單晶壓電層4，其中，所述損傷層2包覆于所述襯底層1中，并且，損傷層-二氧化硅層的界面與襯底層-二氧化硅層的界面共面，所述損傷層具有結構損傷，所述結構損傷由激光刻蝕形成，所述損傷層2的損傷密度為10¹¹個/cm²以上，優選地，所述損傷密度為10¹¹至10¹⁴個/cm²。