[发明专利]一种用于高掺钪浓度氮化铝生长的结构

说明书

本发明涉及一种用于高掺钪浓度氮化铝生长的结构，属于机电技术领域。该结构从下到上依次包括：硅衬底、粘附层、下电极层、氮化铝种子层、低掺钪浓度氮化铝钪种子层和高掺钪浓度氮化铝钪压电层。以该结构为核心制备技术生长的高掺钪浓度氮化铝钪压电薄膜，具有良好的晶体生长质量、较低的应力以及较高的压电系数，以此为基础制备的压电薄膜器件具有良好的性能；而且，采用多层种子层以减小层间晶格适配，提高氮化铝钪晶体生长质量以及减小薄膜应力。

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种用于高掺钪浓度氮化铝生长的结构。

背景技术

掺钪的氮化铝压电薄膜具有高声速、耐高温、性能稳定，与CMOS工艺兼容等特性，是已知的压电系数最高的压电薄膜材料，受到国内外广泛关注。以掺钪的氮化铝压电薄膜制备为核心技术的MEMS器件已被广泛应用于传感器、谐振器及能量收集器等领域。

以反应磁控溅射法为核心技术制备的高掺钪浓度的氮化铝钪压电薄膜，由于钪元素的大量存在，与纯氮化铝晶体相比会产生晶格畸变，导致生长的薄膜c轴取向较差，同时薄膜应力较高，会大大减低薄膜的压电系数以及器件的工作性能。因此，制备晶体生长质量优良、应力较低、压电系数高的高掺钪浓度的氮化铝钪薄膜十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于高掺钪浓度氮化铝生长的结构，以该结构为基础生长的高掺钪浓度的氮化铝钪压电薄膜，晶体生长质量优良，应力较低，压电系数高，在此基础上制备的压电薄膜器件具有良好的性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于高掺钪浓度氮化铝生长的结构，从下到上依次包括：硅衬底、粘附层、下电极层、氮化铝种子层、低掺钪浓度氮化铝钪种子层和高掺钪浓度氮化铝钪压电层。

可选的，所述粘附层采用钛或氮化铝材料。

可选的，所述下电极层采用Mo或Pt材料。

可选的，所述低掺钪浓度氮化铝钪种子层为钪含量/铝含量小于1/3的氮化铝钪。

可选的，所述高掺钪浓度氮化铝压电层为钪含量/铝含量大于1/3的氮化铝钪。

本发明的有益效果在于：

1.提出了一种用于高掺钪浓度氮化铝钪生长的新结构，以该结构为核心制备技术生长的高掺钪浓度氮化铝钪压电薄膜，具有良好的晶体生长质量、较低的应力以及较高的压电系数，以此为基础制备的压电薄膜器件具有良好的性能；

2.采用多层种子层以减小层间晶格适配，提高氮化铝钪晶体生长质量以及减小薄膜应力；

3.对底电极进行反溅射清洁刻蚀，在底电极表面形成不规则的凹陷，减小由晶格失配带来的影响；

4.在底电极和硅衬底之间引入粘附层，提高了氮化铝钪薄膜和衬底之间的粘附性，同时不同的粘附层可以分别用于提高薄膜生长质量(氮化铝粘附层)和压电系数d33测量(钛粘附层)；

5.指出高掺钪浓度氮化铝钪压电薄膜的生长质量除与种子层成分有关外，还与磁控溅射的工艺参数相关。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为用于高掺钪浓度氮化铝钪生长的结构截面示意图；

图2为用于高掺钪浓度氮化铝钪生长的结构工艺流程图。