专利名称：具有ain晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法
技术领域：
本发明涉及的是体声波谐振器的制造方法，特别是具有AlN晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法。
背景技术：
随着卫星、导航、蜂窝电话等无线通讯需求的快速增长，人们越来越关注更高频率的通讯应用。任何射频频段的通讯体系都少不了高性能的前置滤波器。传统滤波器满足不了高性能的要求，用体声波滤波器(FBAR)来替代移动电话中的传统射频滤波器，可以解决上述传统滤波器所遇到的一系列问题。一个完整的体声波滤波器(FBAR)是由若干个体声波谐振器单元通过一定的方式级联组成，其谐振单元结构如图1所示，它用到了下电极-压电薄膜-上电极的夹心结构。其工作原理为输入电信号由材料的逆压电效应转化为声信号；当声波在压电层内谐振时，阻抗表现为最大(并联谐振)或最小值(串联谐振)；最后由薄膜的压电效应将声信号转化为电信号输出。其中AlN压电薄膜的质量对器件的品质有很大影响。AlN压电薄膜一般是在金属下电极(常为Pt电极)上用直流磁控溅射法沉积制备。该AlN压电薄膜的压电层是多晶的，但要求所有的AlN晶粒沿C轴高度取向(生长方向沿C轴)。方向不一致的晶粒生长会严重降低AlN压电耦合因子和品质因子。
研究表明，用直流磁控溅射法在Pt电极上沉积AlN薄膜时，AlN薄膜和Pt电极之间有一个厚度为100-200nm的非晶过渡层，这是因为Pt与AlN失配度较大引起的。虽然薄膜的C轴择优取向度会随AlN薄膜厚度的增加而优化，或者说所沉积的AlN薄膜厚度越大，择优取向才越好，但这会使得器件的谐振频率降低，因为AlN体声波谐振器的谐振频率f＝Vg/2d(式中Vg为声速，d为膜厚)。因此，随着目前移动通讯频率的不断增加，需要沉积的AlN薄膜的厚度应该越来越小，这层100-200nm的非晶过渡层在整个AlN薄膜中的地位也越来越突出，如此厚的非晶过渡层和大的晶格失配度会引发薄膜内部较大的应力，这也将降低AlN体声波谐振器的压电耦合因子和品质因子。
发明内容
本发明的目的是提出一种能控制过渡层的厚度、改善过渡层的应力性能、提高晶粒C轴取向，制作出高性能的体声波谐振器的制造方法。
本发明是这样实现的，用直流磁控溅射法在Pt电极上沉积AlN压电薄膜时按下列三个步骤进行，第一步，制作Al1-xNx的富Al过渡层。调节反应气氛为Ar∶N2＝99∶1～95∶5，工作气压0.1～0.7Pa，靶基距3～10cm，衬底温度300～400℃，功率50～200W，直流磁控溅射0.5～2分钟，在Pt电极上沉积一层10nm左右的Al1-xNx(0.05＜x＜0.5)富Al过渡层。
第二步，晶化退火。调整衬底温度到400～550℃，对此非晶Al1-xNx的富Al过渡层进行晶化退火处理15～30min。
第三步，制作AlN取向压电薄膜层。调节反应气氛为Ar∶N2＝90∶10～3∶2，工作气压0.2～0.5Pa，靶基距3～10cm，衬底温度200～400℃，功率100～200W，直流磁控溅射20～30分钟，在Pt电极上沉积一层c轴取向AlN压电薄膜。
在本发明的方法中，富Al过渡层的沉积与高C轴取向AlN薄膜可通过调整溅射气氛、溅射功率和衬底温度等参数一次性沉积完毕，没有增加工序上的烦琐。整个过渡层厚度及成分人为可调、可控，能实现Al1-xNx中x值从0.05到0.5连续变化，且其达到部分或完全晶化，整层厚度可控制在50nm以内。比传统直接在Pt电极上沉积的AlN薄膜的非晶过渡层(100～200nm)厚度减小50％以上，且实现了过渡层成分的连续调节，由于富Al过渡层中，Al与AlN的失配度(8％)较Pt与AlN(12％)的小，从而失配应力最大程度消除。而整个过渡层通过退火工艺后的部分或完全晶化又为继续在其上制备高C轴择优取向的AlN奠定了优异的基础。根据以上两点，整个谐振器的Qm值会得到极大改善。
图1为本发明体声波谐振器结构。
图2为本发明有晶化过渡层及无晶化过渡层上生长的AlN薄膜(002)峰半高宽曲线。
图3为本发明无晶化过渡层上生长的AlN薄膜表面形貌。
图4为本发明有晶化过渡层上生长的AlN薄膜表面形貌。
图5为Si/Si3N4/Ti/Pt电极上无晶化过渡层AlN薄膜样品断面SEM图片。
图6为Si/Si3N4/Ti/Pt电极上无晶化过渡层AlN薄膜样品断面SEM图片。
具体实施例方式
下面实施例对本发明进一步说明。
实施例一第一步，制作Al1-xNx的富Al过渡层。调节反应气氛为Ar∶N2＝97∶3，工作气压0.2Pa，靶基距3cm，衬底温度350℃，功率125W，直流磁控溅射0.5分钟，在Pt电极上沉积一层10nm左右的Al1-xNx(0.05＜x＜0.5)富Al过渡层。
第二步，晶化退火。调整衬底温度到450℃，对此非晶Al1-xNx的富Al过渡层进行晶化退火处理25分钟。
第三步，制作AlN取向压电薄膜层。调节反应气氛为Ar∶N2＝3∶2，工作气压0.3Pa，靶基距3cm，衬底温度240℃，功率100W，直流磁控溅射30分钟，在Pt电极上沉积一层c轴取向AlN压电薄膜。
实施例二除反应气氛为Ar∶N2＝97∶3外，其余与实施例一相同。
对比实施例(无AlN晶化过渡层)在Pt电极上，直接沉积AlN薄膜30分钟，制备条件为反应气氛为Ar∶N2＝3∶2，工作气压0.3Pa，靶基距3cm，衬底温度240℃，功率100W。
采用D8X-Ray测试仪测试样品半高宽(FWHM)，AFM测试仪测试其表面形貌及其粗糙度，SEM测试仪观察薄膜断面微观结构。测试结果如图2、3、4、5、6及表一所示。可见AlN薄膜表面粗糙度有所降低，c-轴择优取向得到了明显地改善，其中有AlN晶化过渡层的样品柱状晶排列整齐、致密，且过渡层厚度有所下降。
表一 两种AlN取向薄膜的结构参数
权利要求
1.一种具有AlN晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法，用直流磁控溅射法在Pt电极上沉积AlN压电薄膜时，其特征是按下列三个步骤进行，第一步，制作Al1-xNx的富Al过渡层，调节反应气氛为Ar∶N2＝99∶1～95∶5，工作气压0.1～0.7Pa，靶基距3～10cm，衬底温度300～400℃，功率50～200W，直流磁控溅射0.5～2分钟，在Pt电极上沉积一层10nm左右的Al1-xNx(0.05＜x＜0.5)富Al过渡层；第二步，晶化退火，调整衬底温度到400～550℃，对此非晶Al1-xNx的富Al过渡层进行晶化退火处理15～30分钟；第三步，制作AlN取向压电薄膜层，调节反应气氛为Ar∶N2＝90∶10～3∶2，工作气压0.2～0.5Pa，靶基距3～10cm，衬底温度200～400℃，功率100～200W，直流磁控溅射20～30分钟，在Pt电极上沉积一层c轴取向AlN压电薄膜。
全文摘要
本发明提出一种具有AlN晶化过渡层的体声波谐振器的制造方法，它是在用直流磁控溅射法在Pt电极上沉积AlN压电薄膜时按下列三个步骤进行第一步，制作Al
文档编号H03H9/15GK1893265SQ20061001825
公开日2007年1月10日 申请日期2006年1月19日 优先权日2006年1月19日
发明者顾豪爽, 李位勇, 胡明哲, 张凯, 陈侃松 申请人:湖北大学