CN114000199A - 单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法 - Google Patents

单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法，单晶氮化铝薄膜的制作方法包括步骤：提供一衬底；在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。通过上述方案以提供一种高品质掺杂的单晶氮化铝薄膜作为体声波滤波器的压电层，以提高滤波器的带宽。

Description

单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法。
背景技术
本专利相关领域是氮化铝材料与应用。氮化铝材料广泛应用于无线通信、国防、新能源、自动驾驶等领域急需的电子器件的制作中。氮化铝也是第三代半导体或宽禁带半导体之一，其主要的优点是较宽的禁带。氮化铝材料的禁带宽度是6.2eV，高于其他常用的化合物半导体的禁带宽度：砷化镓1.43eV，磷化铟1.35eV，碳化硅3.25eV，氮化镓3.44eV，氧化镓4.8eV,金刚石5.57eV。基于化合物半导体的器件近年来发展迅速，越来越广泛地应用于照明、光通讯、功率半导体器件以及中高频无线通讯领域。宽禁带半导在研制高温、高频、高功率微波器件、抗辐射器件以及紫外探测器、短波发光二极管等方面具有广阔的应用前景。以AlN为衬底的深紫外器件在生物分子感应方面也具有重要应用，可以用于微型高效的生物病毒探测器和消毒器。在255-280nm波段，AlN高频器件可用于光刻；从紫外-400nm波段，AlN基器件可用于蓝光-紫外固态激光二极管以及激光器等，也可应用于高密度存储和卫星通讯系统。随着氮化铝材料生长及参杂等技术领域的进步，同时具有热导率高、电阻率高、击穿场强大、介电系数小等优异特性的氮化铝材料将在高温、高频和大功率半导体器件领域得到应用。
氮化铝材料也具有优良的压电性能，目前已广泛用于射频通信中的声波滤波器。
5G通信技术的不断发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等更高的技术要求。体声波滤波器作为射频前端的核心器件，具有工作频率高、插损小、耐受功率高、体积小等众多优点，可以满足移动通信终端设备等电子系统射频收发前端对高频、小型化射频滤波器的迫切需求，成为市场关注的热点。
在射频前端(RFFE)，滤波器是核心部件。在5G移动通信终端设备中，体声波滤波器将是2.5GHz–6GHz频率范围内的主流技术。体声波滤波器(BAW,Bulk Acoustic Wave)分两种结构：FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜体声波谐振器)和BAW-SMR(SolidlyMounted Resonator,牢固安装谐振器)。
目前，在体声波滤波器的制作中，压电层采用氮化铝薄膜，通过溅射(Sputtering)的方法制作而成。这种方法得到的氮化铝薄膜为多晶结构，其压电耦合系数在6-7％之间，难以满足5G通信对带宽的要求。提高带宽的方法之一是对AlN压电材料进行掺杂。根据掺杂的元素和浓度的不同，压电材料的机电耦合系数会有不同程度的提高。但是相应地，谐振器的品质因子(Q值)会降低，因为掺杂后的薄膜的刚度(Stiffness)相比AlN薄膜会降低。因此，滤波器的插入损耗将增加，导致滤波性能恶化以及功耗的增加。在现有的体声波滤波器中，采用多晶的氮化铝薄膜作为压电层，机电耦合系数在6-7％之间，没法满足5G通信对带宽的要求。
发明内容
本申请的目的是提供一种单晶氮化铝薄膜及其制作方法、体声波滤波器的制作方法，以提供一种高品质掺杂的单晶氮化铝薄膜作为体声波滤波器的压电层，以提滤波器的高带宽。
本申请公开了一种单晶氮化铝薄膜的制作方法，包括步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。
可选的，所述含有铝和氮的三元化合物包括：AlxGa(1-x)N和 AlxIn(1-x)N中的一种或多种；所述含有铝和氮的多元化合物包括： AlxGayIn(1-x-y)N,AlxGayAs(1-x-y)N,AlxGayInaAsbP(1-x-y-a-b)N中的一种或多种。
其中金属掺杂包括一种或多种金属，所述稀有金属包括：钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铬(Cr)、锰(Mn)等的一种或多种。
可选的，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成过渡层；
在所述过渡层上形成所述单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
其中，所述单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜采用金属有机化合物化学气相沉积法或物理气相传输生长法或氢化物气相外延生长法形成。
可选的，所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
在第一预设温度范围内采用离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
在第二预设温度范围内对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行预设时间的退火处理。
可选的，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
所述形成掺杂的单晶氮化铝薄膜的步骤中，包括：
将在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜和通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤依次重复预设次数，形成分层掺杂的单晶氮化铝薄膜。
可选的，所述预设厚度在10-1000nm之间，所述预设次数在2-10 次之间。
可选的，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成单晶四元化合物薄膜；
所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
采用两种金属元素依次通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的四元化合物薄膜进行金属掺杂。
本申请还公开了一种FBAR滤波器的制作方法，包括步骤：
通过上述述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜作为压电层；
在所述压电层形成上电极、金属连线；
在所述压电层下通过背面工艺形成下电极。
可选的，所述在所述压电层形成上电极、金属连线的步骤中，包括：
在所述压电层上形成上电极；
形成通孔；
对应通孔处形成金属连线；
所述在所述压电层下通过背面工艺形成下电极的步骤中，包括：
形成背孔；
对应背孔处形成下电极；
其中，所述金属连线通过所述通孔与所述下电极电连接。
本申请还公开了一种单晶氮化铝薄膜，通过上述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。
本申请中，提出采用单晶氮化铝薄膜作为压电材料，相比多晶 AlN薄膜，单晶AlN具有多种优点，1)更高的声波传输速度，2)更好的结晶度，3)更高的压电常数和压电耦合系数。这些参数的优化将使滤波器能够满足5G通信对更大的带宽和更好的性能的要求。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本申请的一实施例的一种单晶氮化铝薄膜的制作方法的步骤示意图；
图2是本申请的一实施例的一种单晶氮化铝薄膜的示意图；
图3是本申请的另一实施例的一种单晶氮化铝薄膜的示意图；
图4是本申请的一实施例的一种体声波滤波器的制作方法的步骤示意图；
图5是图4对应的体声波滤波器的示意图。
其中，100、体声波滤波器；110、衬底；120、过渡层；130、单晶氮化铝薄膜；140、上电极；150、金属连线；160、下电极。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/ 或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。
如图1所述，作为本申请的一实施例，公开了一种单晶氮化铝薄膜的制作方法，包括步骤：
S10：提供一衬底；
S20：在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
S30：通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
S40：形成掺杂的单晶氮化铝薄膜；
其中金属掺杂包括一种或多种金属。
本申请中，提出采用单晶氮化铝薄膜作为压电材料，相比多晶 AlN薄膜，单晶AlN具有多种优点，1)更高的声波传输速度，2)更好的结晶度，3)更高的压电常数和压电耦合系数。这些参数的优化将使滤波器能够满足5G通信对更高的带宽和更好的性能的要求。但是单晶氮化铝的掺杂难于实现。本申请提出一种获得高质量的掺杂的单晶氮化铝的制作方法，即在含有Al和N三元或多元化合物中通过离子注入对上述三元或多元化合物进行金属掺杂。掺杂的目的有多种：1)改变材料的压电性能，用于制作滤波器、压电传感器、超声换能器等；2)改变材料的电性能，用于制作半导体功率器件、高电子迁移率晶体管(HEMT)、射频功率放大器等；3)改变材料的光电性能，用于制作紫外LED、紫外探测器、紫外杀菌器等。对于不同的用途，掺杂的元素和浓度不同。需要说明的是，单晶AlN材料中Al-N 的键能较强，无法直接掺杂，本申请通过对含有Al和N三元或多元化合物进行掺杂。例如，单晶AlGaN薄膜制作完成后，进行掺杂处理，以通过掺杂取代或部分取代其中的Ga组份，形成掺杂的单晶AlN薄膜，可解决单晶AlN材料难于掺杂的问题。
需要说明的是，所述含有铝和氮的三元化合物包括：AlxGa(1-x)N 和AlxIn(1-x)N中的一种或多种；所述含有铝和氮的多元化合物包括： AlxGayIn(1-x-y)N,AlxGayAs(1-x-y)N,AlxGayInaAsbP(1-x-y-a-b)N中的一种或多种。例如：AlGaN、AlInN、AlGaInN、AlGaAsN、AlGaInAsPN等；所述稀有金属包括：钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铬(Cr)、锰(Mn)等的一种或多种。
含有铝和氮的三元化合物以单晶AlGaN薄膜为例，稀有金属以 Sc为例，对AlGaN进行掺杂时，由于Ga-N的键能低于Al-N的键能，掺杂原子(如Sc)将优先取代AlGaN晶体中的Ga原子，形成AlScN 或ScAlN，即掺杂的单晶氮化铝薄膜；对单晶AlGaN进行掺杂以获得掺杂的单晶AlN材料。Sc原子取代部分Ga或Al原子而形成氮化钪 (ScN)。氮化钪是非极性的具有岩盐(rack salt)结构的氮化物，而氮化铝是极性的纤锌矿(wurztite)结构的III-V氮化物。对AlN 实现Sc参杂后，形成纤锌矿结构和岩盐结构之间的过渡区域，从而改善氮化铝薄膜的压电系数。适量的Sc掺杂可以使AlN薄膜的压电系数增加100-500％。
掺杂可以在整个AlGaN单晶薄膜制作完成之后进行，也可以分段进行，整体掺杂如下所示，具体图示如图2所示，其中，衬底110上设置过渡层120(下文有说明)，过渡层上设置有AlGaN单晶薄膜130。
具体地，所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
S31：在第一预设温度范围内采用离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
S32：在第二预设温度范围内对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行预设时间的退火处理。
其中，掺杂可以离子注入的方式进行。掺杂时，对制成工艺参数，如温度、能量、剂量等进行优化，满足对掺杂元素、掺杂浓度和掺杂分布的要求。掺杂温度范围即第一预设温度范围在-196℃至1000℃之间，掺杂能量为10-2000keV,剂量1012/cm2至1018/cm2不等。所以在离子注入掺杂完成以后，进行退火，以恢复晶体的结构和消除缺陷。退火温度范围在400-1000℃之间，时间10-120秒不等。具体参数根据不同的应用进行优化。
接上文，分段进行的方式的具体内容，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
S21：在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
所述形成掺杂的单晶氮化铝薄膜的步骤中，包括：
S41：将在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜和通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤依次重复预设次数，形成分层掺杂的单晶氮化铝薄膜；即将S21和S30的步骤依次重复预设次数，形成分层的单晶氮化铝薄膜。
需要说明的是：所述预设厚度在10-1000nm之间，所述预设次数在2-10次之间。掺杂可以在整个AlGaN单晶薄膜制作完成之后进行，也可以分层进行。例如，如果总的厚度时2um,可以分5层进行，每段的厚度为40nm。也可以分10段进行，每段20nm。每层的厚度可以相同，也可以不相同。而且重复预设次数的过程中，在S30后都可以增加退火步骤。具体图示如图3所示，其中AlGaN单晶薄膜130包括多层设置的分层结构。
在另一实施例中，以单晶四元化合物薄膜为例，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，即S20的步骤中包括：
S21’：在所述衬底上形成单晶四元化合物薄膜；
所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
S31’：采用两种金属元素依次通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的四元化合物薄膜进行金属掺杂。
需要说明的是，如果是四元化合物薄膜，如AlxGayIn(1-x-y)N，实现稀有金属掺杂，如Sc掺杂，同样，Sc原子将优先取代Ga和In，形成Sc掺杂的单晶AlN晶体。如果对四元的AlGaInN实现二元掺杂，如掺杂Sc和Er，同样，晶体中的Ga和In会被优先取代，形成Sc 和Er二元掺杂的单晶AlN薄膜。当然，对三元的AlGaN来说，也可以实现二元掺杂，如掺杂Sc和Er，同样，晶体中的Ga会被优先取代，形成Sc和Er二元掺杂的单晶AlN薄膜。
上述实施例分别陈述了单晶AlN薄膜的掺杂步骤，以下实施例主要介绍单晶AlN薄膜的形成步骤，具体来说：
所述含有铝和氮的三元或多元化合物包括AlGaN、AlGaInN等；这里以单晶AlxGa(1-x)N薄膜的制作方法有多种，如金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)、物理气相传输生长法(PVT)、氢化物气相外延生长法(HVPE)等。在以下的描述中，将以MOCVD方法为例加以说明。其他的制作方法同样适用。单晶AlGaN薄膜的制作方法：
(1)直接在衬底上制作单晶AlGaN薄膜，如图2所示。薄膜厚度根据具体应用而定。用于制作体声波滤波器时，根据应用频率的不同，厚度在20nm-3um之间。其中铝的组份介于50-99.5％之间(镓的组份介于0.5％-50％之间)。直接将晶体薄膜制作在衬底上的缺点是，由于AlGaN和衬底之间不同的晶格常数和不同的热膨胀系数，在材料生长过程中会产生较大的应力，因而产生位错缺陷和晶圆翘曲。而且晶体的质量较差。以硅衬底为例，硅和AlGaN晶体的晶格常数分别为 5.43A和3.11A，晶格失配为43％。当外延层材料晶格常数小于衬底时，或者外延材料的热膨胀系数大于衬底时，晶圆会产生凹形翘曲。衬底可以是硅或者碳化硅，也可以使其他材料，如蓝宝石。衬底的尺寸为50-300mm,厚度为100-1000um。制作单晶AlGaN薄膜的方法有多种。通常采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)的方法，利用氢气把金属有机化合物蒸气(如三甲基铝和三甲基镓)和气态非金属氢化物(NH3)送入反应室，然后加热来分解化合物。这一方法的优点是： (1)可以控制合成原子级厚度的薄膜，即新型纳米材料薄膜。(2)可制成大面积的均匀薄膜，是典型的容易产业化的技术。(3)纯净的材料生长技术，由于它不使用液体容器及低温生长的技术，使得污染源减到了最少，比其它半导体材料生长技术的材料纯度提高了一个数量级。这一方法的缺陷是缺乏实时原位检测生长过程的技术。
(2)为了提高晶体生长质量，减小缺陷，在制作前述缓冲层之前，一般先制作一层成核层，如图3所示。种子层可以是AlN，GaN 或其他材料。厚度为1-10nm。成核层通常采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)的方法在较低的温度(500-700℃)下进行，通过对温度、气体流量等工艺参数进行优化，以获得高质量薄膜，为后续的晶体材料的生长提供种子层，有利于减小AlGaN晶体中的位错缺陷。
(3)为了更进一步提高晶体品质，减少或消除位错缺陷、晶圆翘曲和龟裂，在成核层上制作一层缓冲层(Buffer)。如图3所示。缓冲层厚度在0.1-0.5微米。缓冲层的作用是，随着AlN薄膜厚度的增加，其晶格常数逐渐趋近AlN晶体本身的晶格常数，达到晶格匹配。
具体地，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成过渡层；
在所述过渡层上形成所述单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜。
为了更进一步地减少或消除晶格失配引起的位错缺陷，并且减少应力引起的晶圆翘曲和龟裂，本发明提出超晶格结构作为过渡层120，超晶格层由相互将替的、具有不同组份的化合物半导体组成，其中A 和B为不同组分的化合物半导体材料。A和B中的组份可以是常数，也可以变化。组分变化可以是线性的或非线性的，可以是连续的或阶梯式的，也可以是其他任何方式。A和B的厚度可以相同，也可以不相同。不同位置的A层的厚度可以相同，也可以不相同。同样，不同位置的A层的厚度可以相同，也可以不相同。A和B厚度的组合可以是多种形式的。过渡层中超晶格层A层的组份可以是Alx1Iny1Ga(1-x1-y1)N， B层的组份可以是Alx2Iny2Ga(1-x2-y2)N,其中，x1≠x2，y1≠y2。当y1＝y2＝0 时，A层和B层的材料组份是Alx1Ga(1-x1)N和Alx2Ga(1-x2)N；当x1＝x2＝0 时，A层和B层的材料组份是Iny1Ga(1-y1)N和Aly2Ga(1-y2)N。当超晶格中的A层和B层组份变化时，至少一种元素(Al，Ga，In)的浓度发生变化。组份的变化可以通过改变制作过程中的工艺参数实现。例如，为了获得较高的铝组份，可以在MOVCVD反应炉中，增加含铝气源，如TMA(三甲基铝，C3H9Al)的流量。为了获得较高的镓组份，可以增加含镓气源，如TMG(三甲基镓，C3H9Ga)的流量。其他可以调节的参数包括温度、压力等。
一般来讲，超晶格层在接近衬底的部分(超晶格层下面部分)铝的浓度较低，而靠近AlGaN薄膜层的部分(超晶格层上面部分)铝的浓度较高，接近或等于AlGaN薄膜中Al组份。也就是说，超晶格层中铝的组份是自下而上逐渐增加的，晶格常数追逐达到或接近AlGaN 薄膜的晶格常数，从而到达晶格匹配，减少或消除由晶格失配而产生的位错缺陷。同时，以超晶格结构作为过渡层也可以减小由材料间不同的热膨胀系数而产生的应力，从而减小或消除由应力而引起的晶圆翘曲或龟裂。根据不同的应用需要，超晶格过渡层的变化较大。在一些情况，厚度介于10-100nm；在另一些情况，厚度介于1—20nm.超晶格中单层A和B的厚度介于1nm和10nm之间。超晶格过渡层制作完成后，按前述方法生长单晶AlGaN或其他单晶三元或多元氮化物。
本申请还公开了一种单晶氮化铝薄膜，通过上述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。
掺杂的单晶氮化铝材料有多种用途，如前述的滤波器和传感器、半导体功率和射频器件、紫外LED和紫外探测器等。下面仅就其在滤波器中的引用加以说明。其他的应用也属于本发明的应用范围。
如图4所示，本申请还公开了一种FBAR滤波器的制作方法，包括步骤：
通过上述述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜作为压电层；即包括上述的S10-S40的步骤；
S10：提供一衬底；
S20：在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
S30：通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
S40：形成掺杂的单晶氮化铝薄膜，作为压电层；
S50：在所述压电层形成上电极、金属连线；
S60：在所述压电层下通过背面工艺形成下电极。
具体地，所述在所述压电层形成上电极、金属连线的步骤中，包括：
在所述压电层上形成上电极；
形成通孔；
对应通孔处形成金属连线；
所述在所述压电层下通过背面工艺形成下电极的步骤中，包括：
形成背孔；
对应背孔处形成下电极；
其中，所述金属连线通过所述通孔与所述下电极电连接。
如图5所示，对应的，体声波滤波器的应用，相应的制作流程如下：1.正面工艺(Frontside Process),如图5中(a)-(c)所示。(1) 在衬底110上制作压电薄膜层130，按前述方法先制作单晶的三元(如 AlGaN)和四元(如AlGaInN)氮化物，包括应力吸收层、缓冲层、过渡层等；(2)对单晶氮化物晶体进行掺杂，掺杂元素可以是其中任何一种金属；(3)进行掺杂后的退火处理；(4)上电极140的制作； (5)通孔刻蚀，用于连接下电极；(6)金属连线150；(7)其它正面工艺，包括质量载荷(mass loading),边界载荷(edge loading), 温度补偿(temperature compensation)等步骤；(8)上空腔的制作。 2.背面工艺(BacksideProcess)，如图5中(d)所示：(1)晶圆键合；(2)晶圆减薄与抛光；(3)背孔光刻，包括涂胶、对准、曝光、显影等；(4)背孔刻蚀，行程下空腔；(5)下电极160制作； (6)晶圆解键合与清洗。
本申请中，提出采用单晶氮化铝薄膜作为压电材料，相比多晶 AlN薄膜，单晶AlN具有多种优点，1)更高的声波传输速度，2)更好的结晶度，3)更高的压电常数和压电耦合系数。这些参数的优化将使滤波器能够满足5G通信对更高的带宽和更好的性能的要求。但是单晶氮化铝的掺杂难于实现。本申请提出一种获得高质量的掺杂的单晶氮化铝的制作方法，即在含有Al和N三元或多元化合物中通过离子注入对上述三元或多元化合物进行金属掺杂。利用高质量的单晶氮化铝薄膜，从而提高谐振器的压电耦合系数以及品质因子，为5G通信提供大带宽、高性能的射频声波滤波器。
需要说明的是,本申请的发明构思可以形成非常多的实施例，但是申请文件的篇幅有限，无法一一列出，因而，在不相冲突的前提下, 以上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，各实施例或技术特征组合之后，将会增强原有的技术效果以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。
2.根据权利要求1所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，
所述含有铝和氮的三元化合物包括：AlxGa(1-x)N和AlxIn(1-x)N中的一种或多种；所述含有铝和氮的多元化合物包括：AlxGayIn(1-x-y)N,AlxGayAs(1-x-y)N,AlxGayInaAsbP(1-x-y-a-b)N中的一种或多种。
其中金属掺杂包括一种或多种金属，所述金属包括：钪(Sc)、钇(y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、铬(Cr)、锰(Mn)其中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，
所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成过渡层；
在所述过渡层上形成所述单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
其中，所述单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜采用金属有机化合物化学气相沉积法或物理气相传输生长法或氢化物气相外延生长法形成。
4.根据权利要求1所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
在第一预设温度范围内采用离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂；
在第二预设温度范围内对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行预设时间的退火处理。
5.根据权利要求1所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜；
所述形成掺杂的单晶氮化铝薄膜的步骤中，包括：
将在所述衬底上形成预设厚度的单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜和通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤依次重复预设次数，形成分层掺杂的单晶氮化铝薄膜。
6.根据权利要求5所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，所述预设厚度在10-1000nm之间，所述预设次数在2-10次之间。
7.根据权利要求1所述的单晶氮化铝薄膜的制作方法，其特征在于，
所述在所述衬底上形成单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜的步骤中，包括：
在所述衬底上形成单晶四元化合物薄膜；
所述通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的三元或多元化合物薄膜进行金属掺杂的步骤中，包括：
采用两种金属元素依次通过离子注入方式对单晶含有铝和氮的四元化合物薄膜进行金属掺杂。
8.一种体声波滤波器的制作方法，其特征在于，包括步骤：
通过上述权利要求1-7任意一项所述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜作为压电层；
在所述压电层形成上电极、金属连线；
在所述压电层下通过背面工艺形成下电极。
9.根据权利要求8所述的体声波滤波器的制作方法，其特征在于，所述在所述压电层形成上电极、金属连线的步骤中，包括：
在所述压电层上形成上电极；
形成通孔；
对应通孔处形成金属连线；
所述在所述压电层下通过背面工艺形成下电极的步骤中，包括：
形成背孔；
对应背孔处形成下电极；
其中，所述金属连线通过所述通孔与所述下电极电连接。
10.一种单晶氮化铝薄膜，其特征在于，通过上述权利要求1-7任意一项所述的单晶氮化铝的制作方法形成掺杂的单晶氮化铝薄膜。
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