[发明专利]一种ScAlN SAW谐振器的制备方法

说明书

本发明涉及一种ScAlN SAW谐振器的制备方法，该方法包括以下步骤：a、在金刚石衬底上生长ZnO缓冲层；b、在ZnO/diamond上生长ScAlN压电层；c、采用电子束蒸发在ScAlN/ZnO/diamond上生长Al电极层；d、采用电子束曝光技术在Al电极层表面形成图形化光刻胶掩膜；e、采用刻蚀技术在Al电极层表面形成叉指换能器(IDTs)；f、将刻蚀后的样品进行剥离，构建SAW谐振器，用于测试与应用。通过控制ScAlN压电层和ZnO缓冲层的晶向，及Al电极层、ScAlN压电层和ZnO缓冲层的厚度，并通过刻蚀手段高效的制备叉指换能器(IDTs)结构，从而构建一种ScAlN SAW谐振器。

技术领域

本发明涉及一种ScAlN SAW谐振器的制备方法，属于半导体制造领域。

背景技术

随着5G通信时代的到来，以及物联网技术的迅猛发展，移动终端产品开发出了各种应用，对SAW谐振器的材料和结构设计等方面提出了越来越多的需求。近年来，声表面波(SAW)谐振器已经广泛的用于通信系统、生物传感和微流体应用等领域(Prog.Mater.Sci.,89,31-91,2017)。在各种压电材料中，AlN薄膜因其电阻率较高，热膨胀系数较低，硬度高，热导率高，声速较大，压电性能较好等优点而受到广泛的关注(Commun.Theor.Phys.,49,489-492,2008)。2009年，Akiyama等人提出Sc元素的掺入使得AlN薄膜的压电性能显著提高，因而，ScAlN压电薄膜的研究受到越来越多的重视。2014年，Ichihashi等人提出随着Sc元素掺入含量的增加，ScAlN压电薄膜的声速降低。SAW谐振器工作频率的计算公式为f＝v/λ，其中v是压电薄膜的声表面波传播速度，λ为声表面波的波长且λ＝4a，a为叉指线条宽度，继而，金刚石因其高声速被用作衬底来提高ScAlN压电薄膜的声速。由公式可知，通过提高ScAlN薄膜的声速可以进而提高SAW谐振器的频率。但由于异质外延技术总是存在不同程度的晶格失配和热膨胀系数失配问题，无法获得高质量的ScAlN压电薄膜。近几年，关于优化工艺参数来制备ScAlN(002)择优取向的专利和文章较多，经查阅国内外专利、文献，关于ZnO缓冲层生长在金刚石衬底上来促进ScAlN压电薄膜的(002)择优取向生长的研究未见报导。由于ZnO与金刚石衬底的热膨胀系数和晶格系数比较接近，且ZnO薄膜和ScAlN薄膜均为六方纤锌矿结构，可以在制备ScAlN压电薄膜的过程中引入ZnO(002)缓冲层来促进ScAlN压电薄膜的(002)择优取向生长。因此，ZnO缓冲层的加入对ScAlN压电薄膜材料性能的提升，将为SAW谐振器的进一步高性能、低成本发展提供可能。

制备SAW谐振器时，由f＝v/λ可知，叉指换能器的波长λ也影响着器件的频率，进而可以通过缩小叉指线条宽度a来提高SAW谐振器的频率。并且SAW谐振器制备过程中，通常采用的是先曝光再生长电极然后剥离去胶的工艺，其中剥离过程耗时较长、效率低，不适合于大规模工业生产。本文采用刻蚀技术来构建SAW谐振器的叉指换能器(IDTs)结构，提高了制备效率，适用于大规模生产。

发明内容

基于目前SAW谐振器的快速发展及特征尺寸的不断缩小，对压电薄膜的压电性能的要求越来越高，本发明针对SAW谐振器的关键材料——ScAlN压电薄膜材料开展SAW谐振器的研究，提供了一种ScAlN SAW谐振器的制备方法。为高频率、低插入损耗、小体积的SAW谐振器的发展提供了保障。

对于SAW谐振器而言，要想实现高频率、低插入损耗、小体积等目标，对特征尺寸的要求越来越小，同时对压电材料的压电性能提出了更高的要求。SAW谐振器中的关键材料是压电薄膜，其中，由于ScAlN压电薄膜的压电性能相较于AlN压电薄膜显著提高，而成为目前的研究热点。但迄今为止，关于ZnO缓冲层促进ScAlN压电薄膜的(002)择优取向生长的研究罕见报道，本发明提供ZnO缓冲层来促进ScAlN压电薄膜的(002)择优取向生长，并采用刻蚀提供了一种利用ScAlN压电薄膜来制备SAW谐振器的方法。