[發明專利]一種制備高壓電性能模板的方法

在審

• 申請號: 202010691106.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111769815A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 吳亮;王琦琨;付丹揚;朱如忠;龔建超;劉歡
• 申請（專利權）人: 奧趨光電技術（杭州）有限公司
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H9/02
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 王健

本發明提供了一種制備高壓電性能模板的方法，包括以下步驟：1)準備襯底材料；2)對襯底材料表面進行預處理；3)采用Al/Sc/Ta單質或雙質或三質合金靶材，在預處理后的襯底材料表面生長AlScTaN薄膜。采用本發明的制備方法，可以在制備的AlScTaN薄膜中摻雜Sc、Ta以改變晶格參數，進而提升其壓電性能和機電耦合系數，使得制備的模板能夠更好地適用于基于體聲波、聲表面波器件的應用中。

技術領域

本發明涉及半導體材料制備技術領域，具體涉及一種制備高壓電性能模板的方法。

背景技術

濾波器主要包括薄膜腔聲諧振濾波器(FBAR)、表面聲波濾波器(SAW)及體聲波濾波器(BAW)。FBAR在未來單芯片多波段無線通信RF前端系統中使用較多，與SAW濾波器相比更具尺寸優勢。濾波器通常是在LiNbO₃等塊體壓電材料上制作的，近年來，因其適合與其它器件集成在同一襯底上而受到廣泛關注。AlN薄膜的SAW傳播速度是最快的，且AlN SAW器件具有良好的化學和熱穩定性，以及對外界環境如壓力、溫度、應力、氣體等具有極高的靈敏性，與常規傳統Si CMOS技術相兼容，因而成為無源傳感、無線傳感和移動信號處理的關鍵部件，AlN在SAW/BAW濾波器中的應用較為成熟，已實現商品化。然而，用于聲表面波應用的AlN固有地受到其通常小于1％范圍內的低機電耦合系數(K2)的限制，這對于基于聲表面波的應用(如傳感器、驅動器和基于聲表面波的微流體)尤其重要。因此通過向AlN中摻雜Sc、Ta可以改變晶格參數，隨著纖鋅礦相Sc、Ta濃度的增加，離子勢阱變小，離子在電場中的位移變大，導致介電和壓電響應變大，形成內在的合金化效應，對表面的拓撲結構有很大的影響，這導致沿晶格參數c的彈性軟化加劇，并且顯著地提高了軸向應變的固有靈敏度，從而增加的壓電常數和機電耦合系數，使得制備的模板能夠更好地適用于基于體聲波、聲表面波器件的應用中(如傳感器、驅動器和基于聲表面波的微流體等)。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種制備高壓電性能模板的方法。

為解決上述問題，本發明采用了如下技術方案：

一種制備高壓電性能模板的方法，包括以下步驟：

1)準備襯底材料；

2)對襯底材料表面進行預處理；

3)在預處理后的襯底材料表面生長AlScTaN薄膜。

作為可選實施方案，步驟1)中，所述襯底材料為硅、鍺襯底材料，或者是氧化鋅、藍寶石、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁、砷化鎵、磷化銦、鈮酸鋰、鉭酸鋰化合物襯底材料。

作為可選實施方案，步驟1)中，所述襯底材料為鍍有緩沖層的半導體襯底材料，所述緩沖層包括但不限于鋁、鉬或鎳金屬材料薄膜，或者氧化鋅、藍寶石、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁、砷化鎵、磷化銦、鈮酸鋰、鉭酸鋰薄膜。

作為優選實施方案，步驟2)中預處理條件為：射頻功率范圍為10-40W，氬氣流量范圍為10-400sccm，時長為30-80s。

作為優選實施方案，步驟3)中，采用反應式磁控濺射技術在預處理后的襯底材料上生長AlScTaN薄膜；制備條件如下：反應室壓力為0.1-5pa，氮氣流量為5-500sccm，氬氣流量為5-500sccm，濺射功率為0.1-15KW，溫度小于1000℃.

作為優選實施方案，步驟3)中，生長的AlScTaN薄膜厚度為5nm-20um。

作為可選實施方案，步驟3)中，采用靶材可以是AlScTa合金靶材，或著AlSc合金靶材與Ta靶材組成的雙靶材，或者AlTa合金靶材與Sc靶材組成的雙靶材，或者ScTa合金靶材與Al靶材組成的雙靶材。

作為優選實施方案，各種靶材中，Sc的含量為0.1-50at％，Ta的含量為0.001-10at％。