CN111697125A - 一种高质量氮化铝压电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取一基板，清洗、甩干后，采用MOCVD设备在基板上生长单晶氮化铝薄膜；(2)采用PVD设备在步骤(1)所得的单晶氮化铝薄膜上进行磁控溅射，生成多晶氮化铝薄膜；结合MOCVD和PVD两步生长法，简单，易操作，显著提升了溅射氮化铝薄膜的晶体质量，并实现了生长氮化铝材料的厚度及应力的可控。本发明还公开了一种高质量氮化铝压电薄膜，由上述方法制备而成，通过设置单晶氮化铝薄膜作为缓冲层，氮化铝薄膜的晶体质量高，氮化铝压电薄膜整体性能优异。本发明还公开了上述氮化铝压电薄膜在FBAR滤波器上的应用，可以提高FBAR滤波器的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料及电子通讯装置技术领域，尤其涉及一种高质量氮化铝压电薄膜及其制备方法。
背景技术
无线通讯终端的多功能化发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等高技术要求。传统的声表面波滤波器(SAW)在2.4GHz以上的高频段插入损耗大，介质滤波器有很好的性能但是体积太大。近年来，随着加工工艺技术水平的提高和现代无线通信技术，尤其是个人无线通信技术的快速发展，出现的一种新的射频器件技术，即薄膜体声波谐振器(FBAR)技术，它具有极高的品质因数Q值(1000以上)和可集成于IC芯片上的优点，并能与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，同时有效地避免了声表面波谐振器和介质谐振器无法与CMOS工艺兼容的缺点。
FBAR的基本原理是基于压电材料的机械能和电能转换，因此压电薄膜的质量直接影响了FBAR滤波器的损耗和滚降特性。氮化铝是FBAR的商用最成功的压电材料，由于其声速高，因此应用于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求，但目前应用于FBAR滤波器的氮化铝都是利用磁控溅射方法制备的，晶体质量较差，仍有很大的提升空间。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，结合MOCVD和PVD两步生长法，先利用MOCVD法在基板上生长一薄层单晶氮化铝薄膜，然后在单晶氮化铝薄膜上磁控溅射生长特定厚度的氮化铝，有效提高了溅射氮化铝材料的晶体质量，并且实现了生长氮化铝材料的厚度及应力可控，特别适用于制备FBAR滤波器。
本发明的目的之二在于提供一种高质量氮化铝压电薄膜，在基板与磁控溅射生长的多晶氮化铝薄膜之间，采用MOCVD法生长了一薄层单晶氮化铝薄膜作为缓冲层，极大的提高了溅射氮化铝薄膜的晶体质量；
本发明的目的之三在于提供一种上述高质量氮化铝压电薄膜在FBAR滤波器上的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一基板，清洗、甩干后，采用MOCVD设备在基板上生长单晶氮化铝薄膜；
(2)采用PVD设备在步骤(1)所得的单晶氮化铝薄膜上进行磁控溅射，生成多晶氮化铝薄膜。
进一步地，所述单晶氮化铝薄膜与所述多晶氮化铝薄膜的厚度比为1：(3-10)。
所述单晶氮化铝薄膜的厚度为10-500nm；所述多晶氮化铝薄膜的厚度为100-1500nm。
优选地，所述单晶氮化铝薄膜的厚度为200nm；所述多晶氮化铝薄膜的厚度为1000nm。
进一步地，所述基板为硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板，氮化镓基板、氮化铝基板、AlxGa1-xN复合基板中的一种或几种组合的复合基板。
实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种高质量氮化铝压电薄膜，由上述高质量氮化铝压电薄膜的制备方法制备而成。
本发明的第三个目的可以通过如下技术方案实现：
一种上述高质量氮化铝压电薄膜在FBAR滤波器上的应用。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的制备方法结合MOCVD和PVD两步生长法，简单，易操作。制得溅射氮化铝薄膜的晶体质量显著提升，相比在基板上直接溅射得到的薄膜，本发明的薄膜表面粗糙度大幅度下降，解决了目前磁控溅射生长的氮化铝薄膜晶体质量差的问题，并且实现了生长氮化铝材料的厚度及应力的可控，特别适用于制备FBAR滤波器。
2、本发明的高质量氮化铝压电薄膜，在基板上先采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)生长一层高质量的单晶氮化铝薄膜层作为溅射多晶氮化铝薄膜的缓冲层，极大的提高了溅射氮化铝薄膜的晶体质量，进而可以提高FBAR滤波器的整体性能。
附图说明
图1为本发明高质量氮化铝压电薄膜的制备流程图；
图2为本发明的高质量氮化铝压电薄膜的剖面示意图；
图3为实施例2的多晶氮化铝薄膜的AFM测试图；
图4为实施例2的多晶氮化铝薄膜的XRD测试图；
图5为对比例1的多晶氮化铝薄膜的AFM测试图；
图6为对比例1的多晶氮化铝薄膜的XRD测试图；
图中：1、基板；2、单晶氮化铝薄膜；3、多晶氮化铝薄膜。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，如图1所示，包括：
(1)取一基板1，清洗、甩干后，采用MOCVD设备在基板1上生长单晶氮化铝薄膜2；
(2)采用PVD设备在步骤(1)所得的单晶氮化铝薄膜2上进行磁控溅射，生成多晶氮化铝薄膜3。
上述基板1为硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板，氮化镓基板、氮化铝基板、AlxGa1- xN复合基板中的一种或几种组合的复合基板。
上述单晶氮化铝薄膜2与多晶氮化铝薄膜3的厚度比为1：(3-10)，其中，单晶氮化铝薄膜2的厚度为10-500nm，多晶氮化铝薄膜3的厚度为100-1500nm。
作为进一步地优选方案，单晶氮化铝薄膜2的厚度为200nm，多晶氮化铝薄3的厚度为1000nm。
一种高质量氮化铝压电薄膜，由上述高质量氮化铝压电薄膜的制备方法制备而成，如图2所示，包括：基板1，生长在基板1上的单晶氮化铝薄膜2，以及生长在单晶氮化铝薄膜2上的多晶氮化铝薄膜3。
上述高质量氮化铝压电薄膜在FBAR滤波器上的应用，可以提高FBAR滤波器的整体性能。
实施例1
一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取蓝宝石基板，作为外延生长衬底，在蓝宝石基板上通过本领域常规的MOCVD方法生长100nm的单晶氮化铝薄膜2；
(2)将步骤(1)制得的结构放进PVD设备中，通过本领域常规的磁控溅射方法在单晶氮化铝薄膜2继续生长800nm的多晶氮化铝薄膜3。
通过本实施例方法制备得到的高质量氮化铝压电薄膜，自下至上依次包括：蓝宝石基板、厚度为100nm的单晶氮化铝薄膜2、厚度为800nm的多晶氮化铝薄膜3。
实施例2
一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：：
(1)取硅板，作为外延生长衬底，在硅板上通过MOCVD生长200nm的单晶氮化铝薄膜2；
(2)将步骤(1)制得的结构放进PVD设备中，通过磁控溅射方法在单晶氮化铝薄膜2继续生长1μm的多晶氮化铝薄膜3。
通过本实施例方法制备得到的高质量氮化铝压电薄膜，自下至上依次包括：硅板、厚度为200nm的单晶氮化铝薄膜2、厚度为1μm的多晶氮化铝薄膜3。
实施例3
一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：：
(1)取氮化镓基板，作为外延生长衬底，在氮化镓基板上通过MOCVD生长400nm的单晶氮化铝薄膜2；
(2)将步骤(1)制得的结构放进PVD设备中，通过磁控溅射方法在单晶氮化铝薄膜2继续生长1500nm的多晶氮化铝薄膜3。
通过本实施例方法制备得到的高质量氮化铝压电薄膜，自下至上依次包括：氮化镓基板、厚度为400nm的单晶氮化铝薄膜2、厚度为1500nm的多晶氮化铝薄膜3。
对比例1
一种氮化铝压电薄膜，包括：硅板，磁控溅射生长在硅板上的多晶氮化铝薄膜3。其中，多晶氮化铝薄膜3的厚度为1微米。
本对比例的氮化铝压电薄膜由以下方法制备：
取硅板，作为外延生长衬底，将硅板放进PVD设备中，通过本领域常规的磁控溅射方法在硅板上生长1μm的多晶氮化铝薄膜3。
检测例
对实施例2和对比例1的氮化铝压电薄膜进行XRD和AFM表征，结构如图3-6所示，其中图3和图4分别为实施例2的多晶氮化铝薄膜的AFM测试图和XRD测试图，图5和图6分别为对比例1的多晶氮化铝薄膜的AFM测试图和XRD测试图。
对比图3和图5可以看出，对比例1在基板衬底上直接溅射得到的薄膜表面粗糙度比实施例2两步法生长出来的氮化铝薄膜粗糙度大很多，对比图4和图6可以看出，对比例1在基板衬底上直接溅射得到的薄膜晶体质量XRD半高宽比实施例2两步法生长出来的氮化铝的晶体质量半高宽大很多，半高宽越小代表晶体质量越好。即本发明的氮化铝压电薄膜表面粗糙度更低，晶体质量显著提高，综合性能优异。
上述实施方式仅为本发明专利的优选实施方式，不能以此来限定本发明专利保护的范围，本领域的技术人员在本发明专利的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明专利所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取一基板，清洗、甩干后，采用MOCVD设备在基板上生长单晶氮化铝薄膜；
(2)采用PVD设备在步骤(1)所得的单晶氮化铝薄膜上进行磁控溅射，生成多晶氮化铝薄膜。
2.根据权利要求1所述的高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶氮化铝薄膜与所述多晶氮化铝薄膜的厚度比为1：(3-10)。
3.根据权利要求2所述的高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶氮化铝薄膜的厚度为10-500nm；所述多晶氮化铝薄膜的厚度为100-1500nm。
4.根据权利要求3所述的高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶氮化铝薄膜的厚度为200nm；所述多晶氮化铝薄膜的厚度为1000nm。
5.根据权利要求1所述的高质量氮化铝压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述基板为硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板，氮化镓基板、氮化铝基板、AlxGa1-xN复合基板中的一种或几种组合的复合基板。
6.一种高质量氮化铝压电薄膜，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的高质量氮化铝压电薄膜的制备方法制备而成。
7.一种如权利要求6所述的高质量氮化铝压电薄膜在FBAR滤波器上的应用。
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Effective date of registration: 20220221 Address after: 510700 room 1103, building B2, No. 136, Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Applicant after: Guangzhou Everbright Technology Co.,Ltd. Address before: 517000 Zhongtuo optoelectronics Co., Ltd., Gaoxin 5th Road, Heyuan hi tech Development Zone, Guangdong Province Applicant before: HEYUAN CHOICORE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200922 |