CN113285014A - 单晶掺杂薄膜、声波谐振器用压电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶掺杂薄膜、声波谐振器用压电薄膜及其制备方法，单晶掺杂薄膜为在蓝宝石或氮化镓或碳化硅衬底上沉积掺钪氮化铝Al1‑xScxN的压电薄膜。这种压电薄膜由于晶格匹配能获得很高结晶度，在提高掺钪浓度提升压电系数的同时能够保证薄膜的质量，通常FWHM<1°；制备声波谐振器时，通过在压电薄膜的指定深度进行离子注入并形成损伤区，并将压电薄膜和高阻硅衬底进行键合，然后将原有衬底剥离，能够将Al1‑xScxN压电薄膜转移到高阻硅衬底上，从而获得高阻硅衬底上的高结晶度的Al1‑xScxN压电薄膜。该种压电薄膜能应用于FBAR等谐振器的设计与制造，有利于射频滤波器与CMOS工艺的集成。
Description
技术领域
本发明涉及压电薄膜制备领域，尤其涉及一种单晶掺杂薄膜、声波谐振器用压电薄膜及其制备方法。
背景技术
随着5G时代的到来，越来越多的频带要求智能设备具有更加完善的滤波技术，其中手机用户则要求具有高质量的信号接收和数据传输，其中射频信号的好坏取决于射频滤波器的性能，这就对射频滤波器的性能提出了更高的要求。5G技术引进了新的射频频段、载波聚合(Carrier aggregation)、MIMO技术，以及更高的数据传输速率，这使得智能手机中滤波器的数量达到100颗甚至更多，也使得射频滤波器具有更大的市场。
声波谐振器是射频滤波器和传感器的基本组件，声波谐振器是通过金属电极在压电薄膜中激励出特定频率的声波，将机械能转换成电能，只允许特定频率的射频信号通过，从而实现滤波的功能。常见的声波谐振器包括声表面(SAW)谐振器和体波(BAW)谐振器。影响声波谐振器性能的重要指标有品质因数(即Q值)和有效机电耦合系数(即
)，其中，品质因数是表征谐振器损耗的参数，品质因数的好坏直接会影响组成的声波谐振器的带内插损，故而低的带内插损要求声波谐振器具有很高的Q值；而有效机电耦合系数表示器件中机械能和电能的转换效率，其会直接影响组成滤波器的带宽。而5G技术要求大量数据的传输，故而滤波器的带宽需要大幅提升，这就要求声波谐振器具有更大的有效机电耦合系数。
应用声波谐振器的滤波器的性能是由其优质因数(factorofmerit，FOM)决定的，优质因数的定义为
其中，高品质因数(即Q值)要求声波谐振器器件具有更小的损耗，而声波谐振器的损耗主要来源于压电材料的介质损耗、机械损耗和锚点损耗。其中，锚点损耗可以通过设计锚的形状进行减小，而介质损耗和机械损耗则是由材料本身决定的，但随着5G滤波器的频率越来越高，FBAR谐振器中压电薄膜越来越薄，这会导致沉积的薄膜质量下降，缺陷越来越多，薄膜变得很脆甚至极易发生断裂。有效机电耦合系数(即
)主要由材料的质量决定，通常，压电薄膜XRD衍射图中的半峰全宽(FWHM)越小，利用压电薄膜制备出来的谐振器的有效机电耦合系数越高，这都对压电薄膜的制备工艺提出了更高的要求。
目前的声波谐振器采用MEMS工艺进行制造，很难与CMOS工艺进行集成，在射频电路设计中会产生较大的寄生效应，无法使制得的声波谐振器同时具有很高的品质因数和有效机电耦合系数。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种单晶掺杂薄膜、声波谐振器用压电薄膜及其制备方法，能解决现有采用MEMS工艺制造声波谐振器，由于很难与CMOS工艺进行集成，在射频电路设计中会产生较大的寄生效应，使制得的声波谐振器存在无法同时具有很高的品质因数和有效机电耦合系数的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种单晶掺杂薄膜，该压电薄膜是在衬底上沉积高结晶度的掺钪氮化铝形成的薄膜，所述掺钪氮化铝具有<0002>晶向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM小于1°。
本发明实施方式还提供一种声波谐振器用压电薄膜，该声波谐振器用压电薄膜是将经离子注入在指定深度形成损伤区的本发明所述的单晶掺杂薄膜与高阻硅衬底通过晶圆键合后，利用损伤区剥离所述单晶掺杂薄膜的原有衬底后在所述高阻硅衬底上形成的高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜。
本发明实施方式进一步提供一种声波谐振器用压电薄膜的制备方法，用于制备本发明所述的声波谐振器用压电薄膜，包括：
步骤S1，在预定的衬底上沉积高结晶度掺钪氮化铝制成单晶掺杂薄膜；
步骤S2，对所述单晶掺杂薄膜进行离子注入，在该单晶掺杂薄膜的指定深度形成损伤区；
步骤S3，将所述单晶掺杂薄膜与所述高阻硅衬底对准贴合后进行晶圆键合；
步骤S4，完成晶圆键合后，利用所述单晶掺杂薄膜内形成的损伤区剥离该单晶掺杂薄膜上的原有衬底，获得高阻硅衬底上高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜，即为制得的声波谐振器用压电薄膜。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的单晶掺杂薄膜、声波谐振器用压电薄膜及其制备方法，其有益效果为：
通过将衬底上的单晶掺杂薄膜，以晶圆键合方式转移到高阻硅衬底上，在剥离原有衬底后形成一种在高阻硅衬底上的高结晶度的压电薄膜，即为声波谐振器用压电薄膜，由于通过晶圆键合技术制备，两种材料的晶格匹配，可以获得高结晶度的压电薄膜，解决了不同半导体材料及功能薄膜的异质集成问题，使得该声波谐振器同时具有很高的品质因数Q值和有效机电耦合系数
保证了声波谐振器的性能，满足下一代射频滤波器需要无缺陷压电薄膜的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的声波谐振器用压电薄膜的制备方法流程图；
图2为本发明实施例提供的制备下电极的压电谐振器用压电薄膜(即高结晶度掺钪氮化铝(Al1-xScxN)压电薄膜)的流程图；
图2(a)为具有磁控溅射生长的Al1-xScxN压电薄膜的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶体的示意图；
图2(b)为对图2(a)的Al1-xScxN压电薄膜进行离子注入，在指定的深度形成损伤区的示意图；
图2(c)为在图2(b)所示的进行离子注入后的压电薄膜上方沉积金属膜层并进行图形化的示意图；
图2(d)为在高阻硅衬底上方沉积金属膜层并进行图形化的示意图；
图2(e)为将图2(c)所示的压电薄膜晶圆上进行图形化的金属膜层与图2(d)所示的在高阻硅衬底晶圆上进行图形化的金属膜层进行对准贴合并进行两个晶圆键合的示意图；
图2(f)为将图2(e)完成晶圆键合后的压电薄膜上方的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底进行剥离的示意图；
图3为本发明实施例提供的制备不需要下电极的压电谐振器用压电薄膜(即高结晶度掺钪氮化铝(Al1-xScxN)压电薄膜)的流程图；
图3(a)为在图2(b)所示的进行离子注入后的压电薄膜上方沉积二氧化硅介质膜层的示意图；
图3(b)为在高阻硅衬底上方沉积二氧化硅介质膜层的示意图；
图3(c)为将图3(a)所示的沉积二氧化硅介质膜层的压电薄膜晶圆与图3(b)所示的沉积二氧化硅介质膜层的高阻硅晶圆进行贴合并进行两个晶圆键合的示意图；
图3(d)为将图3(c)完成晶圆键合后的压电薄膜上方的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底进行剥离的示意图；
图4为本发明实施例提供的制备另一不需要下电极的压电谐振器用压电薄膜(即高结晶度掺钪氮化铝(Al1-xScxN)压电薄膜)的流程图；
图4(a)为将图2(a)所示的压电薄膜晶圆与图2(b)所示的高阻硅晶圆进行贴合并进行两个晶圆键合的示意图；
图4(b)为将图4(a)完成晶圆键合后的压电薄膜上方的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底进行剥离的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
参见图1，本发明实施例提供一种单晶掺杂薄膜，该压电薄膜是在衬底上沉积高结晶度的掺钪氮化铝形成的薄膜，所述掺钪氮化铝具有<0002>晶向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM小于1°。
上述的单晶掺杂薄膜的厚度在100至2000nm之间。
上述的单晶掺杂薄膜，所述掺钪氮化铝的结构式Al1-xScxN中，x的范围在0.05至0.8之间。
上述的单晶掺杂薄膜，所述衬底的厚度在50至700um之间，所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底中的任一种。
上述的单晶掺杂薄膜，在衬底上沉积掺钪氮化铝形成的薄膜方式为：溅射法沉积、分子束外延沉积、气相外延生长沉积中的任一种。
本发明实施例还提供一种声波谐振器用压电薄膜，该声波谐振器用压电薄膜是将经离子注入在指定深度形成损伤区的上述的单晶掺杂薄膜与高阻硅衬底通过晶圆键合后，利用损伤区剥离所述单晶掺杂薄膜的原有衬底后在所述高阻硅衬底上形成的高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜。
上述压电薄膜中，所述高阻硅衬底的厚度在50至700um之间；
上述压电薄膜中，所述单晶掺杂薄膜与高阻硅衬底上还具有沉积的膜层，所述膜层为金属膜层或介质膜层。
上述压电薄膜中，所述压电薄膜上的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述高阻硅衬底的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述金属膜层的厚度在5至500nm之间；
所述压电薄膜与高阻硅衬底上的介质膜层所用的介质材料为Si3N4、SiO2中的任一种或几种组合；
所述介质膜层的厚度在200nm～2um之间。
本发明实施例进一步提供一种声波谐振器用压电薄膜的制备方法，用于制备上述的声波谐振器用压电薄膜，包括：
步骤S1，在预定的衬底上沉积高结晶度掺钪氮化铝制成单晶掺杂薄膜；
步骤S2，对所述单晶掺杂薄膜进行离子注入，在该单晶掺杂薄膜的指定深度形成损伤区；
步骤S3，将所述单晶掺杂薄膜与所述高阻硅衬底对准贴合后进行晶圆键合；
步骤S4，完成晶圆键合后，利用所述单晶掺杂薄膜内形成的损伤区剥离该单晶掺杂薄膜上的原有衬底，获得高阻硅衬底上高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜，即为制得的声波谐振器用压电薄膜。
上述制备方法中，步骤S2之前还包括：分别在所述单晶掺杂薄膜上与高阻硅衬底上表面沉积形成膜层的步骤；所述步骤S2中，将所述单晶掺杂薄膜上的膜层与所述高阻硅衬底上表面的膜层对准贴合后再进行晶圆键合。
上述制备方法中，所述沉积形成的膜层为金属膜层或介质膜层；
若沉积形成的为金属膜层，则在沉积形成金属膜层后进行图形化，在所述压电薄膜上与高阻硅衬底上表面分别形成金属膜层图形；将所述压电薄膜上的金属膜层图形与所述高阻硅衬底上的金属膜层图形对准贴合再进行晶圆键合。
上述制备方法中，所述单晶掺杂薄膜上的金属膜层所用的金属为Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述高阻硅衬底的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述金属膜层的厚度在5至500nm之间；
所述介质膜层采用的介质材料为Si3N4、SiO2中的任一种或者几种组合，所述介质膜层的厚度在200nm～2um之间。
上述制备方法中，若沉积的为金属膜层，则在所述压电薄膜上表面或下表面沉积形成金属膜层。
上述制备方法的步骤S1制成的单晶掺杂薄膜中，所用的掺钪氮化铝具有<0002>晶向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM小于1°。
上述制备方法中，所述单晶掺杂薄膜的厚度在100至2000nm之间；
所述掺钪氮化铝的结构式Al1-xScxN中，x的范围在0.05至0.8之间；
所述预定的衬底的厚度在50至700um之间，所述预定的衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底中的任一种；
采用溅射法沉积、分子束外延沉积、气相外延生长沉积中的任一种方式在预定的衬底上沉积掺钪氮化铝形成薄膜。
本发明的制备方法能够从C轴<0001>蓝宝石衬底(或者氮化镓衬底、碳化硅衬底)上剥离厚度在100nm至2000nm的压电薄膜，同时将其转移到高阻硅衬底上制成声波谐振器。该方法能够实现在高阻硅衬底上生长高结晶度压电薄膜，能很好的满足下一代射频滤波器需要无缺陷压电薄膜的要求。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种单晶掺杂薄膜，是在衬底上沉积Al1-xScxN(即掺钪氮化铝)形成的薄膜，其中，x的取值在0.1到0.4范围内，所用的掺钪氮化铝具有<0002>取向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM<1°。
衬底采用C轴<0001>蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底中的任一种，衬底的厚度在100至700um范围内；
上述单晶掺杂薄膜的厚度在100至2000nm范围内。
本发明实施例还提供一种利用上述单晶掺杂薄膜的声波谐振器用压电薄膜，是将掺钪氮化铝溅射沉积在蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底上形成单晶掺杂薄膜，再将单晶掺杂薄膜转移到高阻硅衬底上形成的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜。其制备方法如下(参见图1)：
步骤S1，在蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底上沉积掺钪氮化铝制成单晶掺杂薄膜；
步骤S2，对单晶掺杂薄膜进行离子注入，在指定深度形成损伤区；
步骤S3，将单晶掺杂薄膜和高阻硅衬底对准贴合后进行晶圆键合；
步骤S4，完成晶圆键合后，利用损伤区剥离单晶掺杂薄膜上原有的C轴<0001>蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底，获得高阻硅衬底上高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜，即为声波谐振器用压电薄膜。
进一步的，上述步骤S2之前还包括，在单晶掺杂薄膜上和高阻硅衬底上分别沉积膜层，在步骤2中，将两者的两个膜层对准贴合后再进行晶圆键合。
优选的，上述步骤S2中，高阻硅衬底的厚度在100至700um范围内。
上述方法中，在单晶掺杂薄膜上和高阻硅衬底上沉积膜层，可以沉积金属膜层和介质膜层，若沉积金属膜层，则之后要进行图形化形成金属膜层图形，在将两者的金属膜层图形对准贴合后再进行晶圆键合；若为介质膜层，则直接对准贴合后即可进行晶圆键合；
优选的，在单晶掺杂薄膜上沉积的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；在高阻硅衬底上沉积的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；金属膜层的厚度在5至500nm范围内；介质膜层采用的介质材料为Si3N4、SiO2中的任一种或者几种组合，所述介质膜层的厚度在50nm～2um之间。
上述方法中，可在压电薄膜上方和高阻硅衬底上方沉积膜层，用于制备不需要下电极的声波谐振器，如声表面波谐振器，也可以在压电薄膜的下方沉积电极，可用于制备FBAR等需要下电极的谐振器。
本发明将掺钪的氮化铝沉积在蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底上，由于两种材料的晶格匹配，可以获得高结晶度的压电薄膜，通过晶圆键合技术，或者说异质集成技术能够解决不同半导体材料及功能薄膜的异质集成问题，制得基于高阻硅衬底的高结晶度的压电薄膜，该压电薄膜作为声波谐振器具有很高的品质因数(Q值)和有效机电耦合系数
同时又能够实现和CMOS工艺的集成。为今后实现器件及系统的单片式集成提供重要的材料基础。本发明制备的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜由于具有较强的C轴取向的氮化铝是制造FBAR谐振器的重要条件，而掺钪氮化铝较好的取向是<0002>，所以制备高结晶度，并且半峰全宽FWHM小于1°的Al1-xScxN压电薄膜有利于提高薄膜的压电系数，从而能够更好地激发纵向的声学模式。
实施例1
图2中示出了制备作为声学谐振器用的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜的方法流程图，图2(a)至2(f)中示出了各个阶段的步骤，图中各标记为：10-衬底；11-单晶掺杂薄膜；12-压电薄膜上的金属膜层图形；20-硅晶圆衬底；21-硅晶圆衬底上的金属膜层图形；该方法用于制备需要下电极的谐振器，例如FBAR谐振器。
步骤S11，参照图2和图2(a)，蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶圆衬底10为市售的表面抛光RMS平滑度在2nm以内的高质量晶体，直径为2"、4"、6"，厚度为100um至700um；单晶掺杂薄膜11是在衬底上通过磁控溅射(或者MBE、MOCVD)方式沉积上去掺钪氮化铝形成的单晶掺杂薄膜，是一种压电薄膜，具体是在C轴<0001>蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底上沉积厚度为100至2000nm范围内的高结晶度<0002>掺钪氮化铝形成的薄膜；
步骤S12，参照图2和图2(b)，对步骤S11制成的单晶掺杂薄膜进行离子注入，通常采用的是氦离子(He+)和氢离子(H+)，在离子注入的过程中通过控制离子能量可以使离子穿过压电薄膜表面并达到指定的深度，注入的离子会使压电薄膜产生缺陷并形成微小腔体，并且这些微小腔体在热处理条件下会发生膨胀；
步骤S13是针对需要下电极的压电谐振器进行的，参照图2和图2(c)，在步骤S12经过离子注入的单晶掺杂薄膜上旋涂光刻胶，并根据掩膜版图案进行光刻并显影，接着采用电子束蒸镀技术在光刻胶上沉积5至500nm的金属膜层，接着通过剥离(lift-off)方式使金属膜层图形化得到作为金属电极的金属膜层图形12；
步骤S14，参照图2和图2(d)，市售硅晶圆衬底20的厚度在100至700um之间，在硅晶圆衬底20上旋涂光刻胶，并根据步骤S13的掩膜版图案设计镜像的掩膜版图案进行光刻并显影，接着采用电子束蒸镀技术在光刻胶上沉积5至500nm的金属膜层，接着通过剥离(lift-off)方式使金属膜层图形化得到作为金属电极的金属膜层图形21；
步骤S15，参照图2和图2(e)，将步骤S13的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶圆和步骤S4的高阻硅衬底上的金属电极进行对准，采用直接键合的方式通过键合机进行晶圆键合；晶圆键合要求两个晶圆的表面要完全地干净和没有污染；
步骤S16，参照图2和图2(f)，完成步骤S15的晶圆键合后，对堆叠的晶圆进行热处理，就可以使离子注入时在压电薄膜产生微小腔体发生热膨胀并且断裂，从而使压电薄膜产生晶圆横向分裂，从而能够使蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶圆从压电薄膜脱离，使得压电薄膜留在高阻硅衬底上，从而完成了高结晶度Al1-xScxN压电薄膜的转移，即制得声波谐振器用的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜。
实施例2
图3示意了制造作为声波谐振器的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜的方法流程图，图3(a)至3(d)中示出了各个阶段的步骤，图中各标记为：210-衬底；211-单晶掺杂薄膜；212-压电薄膜上的二氧化硅介质膜层；220-硅晶圆衬底；221-硅晶圆衬底上的二氧化硅介质膜层；该方法用于制备不需要下电极的谐振器，例如声表面波谐振器。
图3中步骤S23采用二氧化硅作为中间介质膜层可以使晶圆键合更容易进行，但同时会增加工艺步骤。
步骤S21和S22与步骤S21和S22完全相同；
步骤S23，参照图3和图3(a)，使用PECVD沉积方法在步骤S12经过离子注入的<0002>掺钪氮化铝薄膜上沉积100至400nm范围内的二氧化硅12；
步骤S24，参照图3和图3(b)，使用PECVD沉积方法在厚度为100至700um之间的市售高阻硅晶圆衬底20上沉积100至400nm范围内的二氧化硅21；
步骤S25，参照图3和图3(c)，采用和实施例1的步骤S15相同的晶圆键合技术将步骤S23的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶圆和步骤S24的高阻硅晶圆衬底上分别有的二氧化硅介质层进行晶圆键合；
步骤S26，参照图3和图3d)，采用和实施例的步骤S16相同的热处理方法将蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底从高阻硅晶圆上剥离，即制得声波谐振器用的高结晶度Al1- xScxN压电薄膜。
实施例3
图4中示出了制造声波谐振器用的高结晶度Al1-xScxN压电薄膜的方法流程图，图4(a)至4(b)中示出了各个阶段的步骤，图中各标记为：310-衬底；311-单晶掺杂薄膜；320-硅晶圆衬底；该方法用于制备不需要下电极的谐振器，例如声表面波谐振器，同时采用直接键合的方式可以减少工艺步骤。
步骤S31和S32与步骤S11和S12完全相同；
步骤S33，参照图4和图4(a)，采用与实施例1的步骤S15相同的晶圆键合技术将步骤S31的蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)晶圆和步骤S32的高阻硅衬底直接进行晶圆键合；
步骤S34，参照图4和图4(b)，采用与实施例1的步骤S16相同的热处理方法将蓝宝石(或者氮化镓、碳化硅)衬底从高阻硅衬底上剥离，即制得声波谐振器用的高结晶度Al1- xScxN压电薄膜。
本发明采用蓝宝石(或氮化镓、碳化硅)等衬底上生长的掺钪氮化铝(Al1-xScxN)压电薄膜，由于晶格匹配可以获得很高的结晶度，在提高掺钪浓度提升压电系数的同时能够保证薄膜的质量，通常FWHM<1°。通过在压电薄膜的指定深度进行离子注入并形成损伤区，并将压电薄膜和高阻硅衬底进行晶圆键合，然后将原有的蓝宝石(氮化镓、碳化硅)等原有衬底剥离，这样能够将Al1-xScxN压电薄膜转移到高阻硅衬底上，从而获得高阻硅衬底上的高结晶度的Al1-xScxN压电薄膜。该种压电薄膜能应用于FBAR等谐振器的设计与制造，非常有利于射频滤波器与CMOS工艺的集成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种单晶掺杂薄膜，其特征在于，该压电薄膜是在衬底上沉积高结晶度的掺钪氮化铝形成的薄膜，所述掺钪氮化铝具有<0002>晶向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM小于1°。
2.根据权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于，
所述压电薄膜的厚度在100至2000nm之间；
所述掺钪氮化铝的结构式Al1-xScxN中，x的范围在0.05至0.8之间；
所述衬底的厚度在50至700um之间，所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底中的任一种；
采用溅射法沉积、分子束外延沉积、气相外延生长沉积中的任一种方式在衬底上沉积掺钪氮化铝形成压电薄膜。
3.一种声波谐振器用压电薄膜，其特征在于，该声波谐振器用压电薄膜是将经离子注入在指定深度形成损伤区的权利要求1或2所述的单晶掺杂薄膜与高阻硅衬底通过晶圆键合后，利用损伤区剥离所述单晶掺杂薄膜的原有衬底后在所述高阻硅衬底上形成的高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜。
4.根据权利要求3所述的声波谐振器用压电薄膜，其特征在于，
所述高阻硅衬底的厚度在50至700um之间；
所述单晶掺杂薄膜与高阻硅衬底上还具有沉积的膜层，所述膜层为金属膜层或介质膜层。
5.根据权利要求4所述的声波谐振器用压电薄膜，其特征在于，
所述压电薄膜上的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述高阻硅衬底上的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述金属膜层的厚度在5至500nm之间；
所述压电薄膜与高阻硅衬底上的介质膜层所用的介质材料为Si3N4、SiO2中的任一种或几种组合；
所述介质膜层的厚度在50nm～2um之间。
6.一种声波谐振器用压电薄膜的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求4或5任一项所述的声波谐振器用压电薄膜，包括：
步骤S1，在预定的衬底上沉积高结晶度掺钪氮化铝制成单晶掺杂薄膜；
步骤S2，对所述单晶掺杂薄膜进行离子注入，在该单晶掺杂薄膜的指定深度形成损伤区；
步骤S3，将所述单晶掺杂薄膜与所述高阻硅衬底对准贴合后进行晶圆键合；
步骤S4，完成晶圆键合后，利用所述单晶掺杂薄膜内形成的损伤区剥离该单晶掺杂薄膜上的原有衬底，获得高阻硅衬底上高结晶度的掺钪氮化铝压电薄膜，即为制得的声波谐振器用压电薄膜。
7.根据权利要求6所述的声波谐振器用压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法中，步骤S2之前还包括：分别在所述单晶掺杂薄膜上与高阻硅衬底上沉积形成膜层的步骤；所述步骤S2中，将所述单晶掺杂薄膜上的膜层与所述高阻硅衬底上的膜层对准贴合后再进行晶圆键合。
8.根据权利要求6所述的声波谐振器用压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积形成的膜层为金属膜层或介质膜层；
若沉积形成的为金属膜层，则在沉积形成金属膜层后进行图形化，在所述压电薄膜上与高阻硅衬底上分别形成金属膜层图形；将所述压电薄膜上的金属膜层图形与所述高阻硅衬底上的金属膜层图形对准贴合再进行晶圆键合。
9.根据权利要求8所述的声波谐振器用压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶掺杂薄膜上的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述高阻硅衬底上的金属膜层所用的金属为Ni、Ti、Cr、Mo、Pt、Au、Al中的任一种或几种组合；
所述金属膜层的厚度在5至500nm之间；
所述介质膜层采用的介质材料为Si3N4、SiO2中的任一种或者几种组合，所述介质膜层的厚度在50nm～2um之间。
10.根据权利要求6至9任一项所述的声波谐振器用压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1制成的单晶掺杂薄膜中，所用的掺钪氮化铝具有<0002>晶向，在XRD衍射谱对应的<0002>晶向的半峰全宽FWHM小于1°；
所述单晶掺杂薄膜的厚度在100至2000nm之间；
所述掺钪氮化铝的结构式Al1-xScxN中，x的范围在0.05至0.8之间；
所述预定的衬底的厚度在50至700um之间，所述预定的衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底中的任一种；
采用溅射法沉积、分子束外延沉积、气相外延生长沉积中的任一种方式在预定的衬底上沉积掺钪氮化铝形成薄膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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