適用于高頻SAW器件高品質(zhì)AIN薄膜研究與表征.pdf

1、隨著通訊系統(tǒng)和其他相關(guān)系統(tǒng)高速發(fā)展，聲表面波的應(yīng)用頻率也進(jìn)入了高頻(5GHz以上)時(shí)代，相比于氧化鋅、鈮酸鋰等普遍使用的壓電薄膜材料SAW傳播速度均低于6000m/s，氮化鋁在所有非鐵電性材料中，它的SAW傳播速度是最快的，(100)AlN薄膜的聲表面波的傳播速度高達(dá)11354m/s，與金剛石的聲速(18000m/s)最為接近，因此本課題對(duì)射頻磁控濺射法制備晶格排布均勻、納米級(jí)AlN薄膜進(jìn)行了研究和分析，同時(shí)為了滿足微電子集成制造工藝批

2、量生產(chǎn)聲表面波器件的需求，研究了在大面積的Si襯底上制備均勻平坦低缺陷的AlN薄膜工藝。
　　薄膜的沉積理論證明:在Si的金剛石結(jié)構(gòu)上沉積AlN存在著一系列的缺陷和難題:
　　1.通過(guò)射頻磁控濺射沉積薄膜的過(guò)程必定存在著升溫和降溫的過(guò)程，而Si和AlN的熱膨脹系數(shù)的不同，不可避免的要面對(duì)熱失配的問(wèn)題，同時(shí)薄膜的各向異性的熱膨脹系數(shù)使的(100)AlN/(100)Si體系的熱失配問(wèn)題更加復(fù)雜化，本課題創(chuàng)新的提出兩步法（低溫成核

3、高溫沉積）的方法來(lái)改善熱失配的問(wèn)題。
　　2.在射頻磁控濺射沉積薄膜時(shí)，由于在襯底表面原子排列的錯(cuò)序，存在單原子臺(tái)階，使得臺(tái)階雙側(cè)生長(zhǎng)呈現(xiàn)出一個(gè)原子的錯(cuò)序，從而出現(xiàn)Al-Al鍵或者N-N鍵的反相疇問(wèn)題，通過(guò)理論研究提出采用退火使得原子重新排列的方法來(lái)改善反相疇的問(wèn)題。
　　為了解決上述難題，本論文提出射頻磁控濺射兩步法（低溫成核高溫沉積）和退火的制備工藝，并開(kāi)展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，主要實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.采用射頻磁

4、控濺射設(shè)備，在N型(100)Si襯底沉積(100)擇優(yōu)取向AlN薄膜，并且研究了氮?dú)灞?、濺射功率和工作壓強(qiáng)等工藝參數(shù)對(duì)(100)擇優(yōu)取向AlN薄膜的結(jié)晶性和表面形貌的影響。
　　2.采用兩步法（低溫成核高溫沉積）和熱退火的方法改善熱失配和反相疇等缺陷制備高品質(zhì)低缺陷的(100)擇優(yōu)取向的AlN薄膜。結(jié)果表明兩步法工藝制備的AlN薄膜的擇優(yōu)取向明顯高于常規(guī)工藝，表面粗糙度也由6.4nm降低到2.1nm。
　　3.在上述優(yōu)化的射