[發明專利]復合襯底、復合薄膜及其制備方法，及射頻聲表面波器件

在審

• 申請號: 202011605562.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112671363A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李真宇;楊超;李洋洋;張秀全;劉阿龍;韓智勇
• 申請（專利權）人: 濟南晶正電子科技有限公司
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/02;H03H9/17
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請提供一種復合襯底、復合薄膜及其制備方法，及射頻聲表面波器件，其中，所述復合襯底從下至上依次包括襯底層和多晶層；所述多晶層包括晶粒漸變層和晶粒均勻層；其中，所述晶粒漸變層中的晶粒呈柱狀結構，所述柱狀結構的晶粒由所述襯底層向所述晶粒均勻層方向逐漸變大。本申請在襯底層上生長晶粒漸變層，晶粒漸變層中的柱狀晶粒的密度充足，同時能夠分散晶粒均勻層高溫冷卻后產生較大的應力，避免較大的應力作用于襯底層和晶粒均勻層而導致化學鍵斷裂產生的層間間隙，晶粒均勻層靠近襯底層的表面上具有密集的載流子陷阱，增強限制載流子移動的效果，從而提高界面電阻率，減少射頻聲表面波器件的射頻損耗，提高射頻聲表面波器件的性能。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種復合襯底、復合薄膜及其制備方法，及射頻聲表面波器件。

背景技術

目前，硅材料的加工工藝非常成熟，也是產業化應用較多的半導體材料，因此，硅材料已經廣泛應用于電子元器件中。由于硅材料本身是中心對稱的晶體結構，導致硅沒有線性壓電效應，因此，硅材料無法直接用于制備高性能射頻聲表面波器件。

射頻聲表面波器件的性能取決于復合壓電襯底良好的壓電性能。復合壓電襯底的主要結構包括壓電層、低聲速絕緣層、高聲速陷阱層以及半導體襯底層。其中，壓電層為功能層，實現電和聲的相互轉換，其材料通常為鉭酸鋰、鈮酸鋰、石英等；低聲速絕緣層一般為非晶絕緣層，其材料通常為二氧化硅；高聲速陷阱層主要有兩個作用，一是與上層低聲速絕緣層產生足夠的聲速差，構成聲波反射界面，限制聲波能量的泄露，二是提供大量載流子陷阱，吸收絕緣體半導體界面效應產生的載流子，并限制載流子移動，從而提高界面電阻率，減少因為界面電導導致的射頻損耗，高聲速陷阱層的材料一般選用多晶硅；半導體襯底層作為支撐層，其材料通常為硅。

目前，高聲速陷阱層多為無定形多晶硅層，載流子陷阱密度可能不充足導致聲速差受限，為了獲得高的聲速差，需要生長有較大楊氏模量的多晶硅層，這種多晶硅層在生長時需要比較高的溫度。但是，由于熱膨脹系數的差異，在半導體襯底層上高溫生長的多晶硅層在恢復到常溫時具有較大的應力，特別是高溫和低溫交替的環境下，這個應力通常會達到幾十MPa甚至幾百MPa，較大的應力作用于高聲速陷阱層界面時，容易導致高聲速陷阱層界面的化學鍵斷裂而產生層間間隙，甚至是高聲速陷阱層直接從半導體襯底層上脫落下來。

發明內容

本申請提供一種復合襯底、復合薄膜及其制備方法，及射頻聲表面波器件，以解決現有技術中載流子陷阱密度可能不充足導致聲速差受限和高聲速陷阱層界面的化學鍵斷裂而產生層間間隙，甚至是高聲速陷阱層直接從半導體襯底層上脫落下來的問題。

本申請的第一方面，提供一種復合襯底，所述復合襯底從下至上依次包括襯底層和多晶層；所述多晶層包括晶粒漸變層和晶粒均勻層；

其中，所述晶粒漸變層中的晶粒呈柱狀結構，所述柱狀結構的晶粒由所述襯底層向所述晶粒均勻層方向逐漸變大。

優選的，所述晶粒漸變層中柱狀結構晶粒垂直于所述襯底層方向的高度和平行于所述襯底層方向的寬度的比值大于2，且平行于所述襯底層的方向的寬度小于200nm。

優選的，所述晶粒漸變層的厚度范圍為10nm-500nm。

優選的，所述多晶層為多晶硅或多晶鍺。

本申請的第二方面，提供一種復合薄膜，包括如第一方面任一項所述的復合襯底、隔離層以及功能薄膜層；其中，所述隔離層做平坦化處理，且與所述功能薄膜層鍵合。

優選的，所述隔離層為二氧化硅、氧化鈦、氧化鍺、氮化硅以及氮氧化硅中的一種。

優選的，所述功能薄膜層為鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、磷酸鈦氧銣晶體、磷酸鈦氧鉀晶體、硅晶體、鍺晶體或砷化鎵晶體。

本申請的第三方面，提供一種射頻聲表面波器件，包括如第二方面任一項所述的復合薄膜。