[發明專利]一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011262292.8
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112382718A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 鄭澤漁;趙雪梅
• 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: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/04;H01L41/047;H01L41/22;H01L41/29;H01L41/39;C23C14/06;C23C14/18;C23C14/35
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

1.一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜，包括襯底和AlN薄膜層，其特征在于，所述襯底采用藍寶石或YAG基片；在襯底與AlN薄膜層之間設置有AlN種子薄膜層和金屬電極薄膜層。

2.一種如權利要求1所述的C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，采用磁控濺射工藝在襯底上連續生長出AlN種子薄膜層、金屬電極薄膜層和高度C軸擇優取向的AlN薄膜層，其特征在于，所述襯底采用藍寶石或YAG基片，包括以下步驟：

S1、在藍寶石或YAG基片上制備AlN種子薄膜層：將藍寶石或YAG基片水平放置在腔體內，將用于制備AlN種子薄膜層(AlN靶)、金屬電極層(金屬電極靶)和AlN薄膜材料(AlN靶)的高純材料作為濺射靶材傾斜地放置于藍寶石或基片周圍；將磁控濺射設備的真空腔抽真空至3×10^-4Pa以下，向真空腔內通入氬氣和氮氣，在用于制備AlN種子薄膜層的高純濺射靶上施加400～700V的電壓進行磁控濺射，一定磁控濺射時間后，斷開電壓，得到一定厚度的AlN種子薄膜層；

S2、在AlN種子薄膜層上誘導制備具有擇優取向的金屬電極薄膜層：將磁控濺射設備的真空腔維持在3×10^-4Pa以下，向真空腔內通入氬氣，在用于制備金屬電極層的高純金屬濺射靶上施加400～700V的電壓進行磁控濺射，誘導生成具有擇優取向的金屬電極薄膜；

S3、在金屬電極薄膜層上誘導制備生長高度C軸擇優取向的AlN薄膜層：將磁控濺射設備的真空腔維持在3×10^-4Pa以下，向真空腔內通入氬氣和氮氣，在用于制備高度C軸擇優取向的AlN薄膜的高純AlN濺射靶上施加400～700V的電壓進行磁控濺射，得到一定厚度的高度C軸擇優取向的AlN薄膜。

3.根據權利要求2所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，濺射靶材放置的結構為非對稱傾斜靶，所述濺射靶材為分布式多靶，高純濺射靶上邊緣與藍寶石基片邊緣的連線相對于靶材方向夾角為45°。

4.根據權利要求2所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，制備金屬電極層的濺射靶材包括鉬、金或鉑中的任意一種；金屬電極層為鉬、金或鉑中的任意一種材料。

5.根據權利要求2所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，步驟S1和步驟S3中，真空腔內通入氬氣和氮氣的體積比為大于等于0小于等于2/3。

6.根據權利要求2所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，通過磁控濺射方法鍍AlN種子薄膜層、金屬電極薄膜層和高度C軸擇優取向的AlN薄膜層的過程中，藍寶石或YAG基片圍繞中心以200～300轉/分旋轉，磁控濺射時間為2～4小時，藍寶石或YAG基片溫度為350～450℃。

7.根據權利要求2、3或6任一所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，藍寶石或YAG基片的表面粗糙度小于9nm，藍寶石或YAG基片的厚度為2～6mm。

8.根據權利要求2所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，AlN種子薄膜層表面粗糙度小于9nm，AlN種子薄膜層厚度為30～60nm。

9.根據權利要求2或4所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，金屬電極層表面粗糙度小于9nm，金屬電極層厚度為30～100nm。

10.根據權利要求2或5所述的一種C軸垂直擇優取向AlN壓電薄膜的制備方法，其特征在于，高度C軸擇優取向的AlN薄膜表面粗糙度小于9nm，具有高度C軸擇優取向的AlN薄膜厚度為200～1000nm。