FBAR用AlN薄膜的MOCVD制備.pdf

1、與傳統(tǒng)的介質(zhì)濾波器和聲表濾波器(SAW)相比，基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術(shù)的濾波器具有體積小、工作頻率高、插入損耗低、帶外抑制大、Q值高、功率容量大、溫度系數(shù)低、抗靜電沖擊能力強以及與半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)點，作為GHz頻段帶通濾波器的一種解決方案，F(xiàn)BAR已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。 壓電薄膜是FBAR研制的關(guān)鍵，氮化鋁(AlN)由于具有介電損耗小、機電耦合系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)與Si、GaAs等常用半導(dǎo)體材料相近等優(yōu)異性質(zhì)，而成

2、為FBAR研制的首選材料。從目前的研究結(jié)果來看，AlN薄膜的質(zhì)量極大地影響著FBAR及其濾波器的性能，其中，AlN薄膜的織構(gòu)程度、結(jié)晶完整性對FBAR器件性能的影響最大，為此，人們圍繞如何生長單-c軸取向的AlN薄膜開展了大量研究。 本論文采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法，在藍寶石襯底、Mo/Si襯底以及ZrN/Si襯底上沉積AlN薄膜，系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)等對AlN薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、介電性能與壓電特性的影響規(guī)律，主

3、要研究成果如下： 首先，本論文在藍寶石(0001)襯底上采用MOCVD生長AlN薄膜，系統(tǒng)研究了襯底溫度、三甲基鋁(TMA)和氨氣(NH3)的流量、反應(yīng)室總壓等工藝參數(shù)對AlN薄膜取向的影響規(guī)律，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，成功制備出了高度c軸取向、具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的AlN外延薄膜；其(0002)衍射峰的搖擺曲線半高寬(FWHM)達到了0.10°，AlN與Al2O3的面內(nèi)關(guān)系為AlN[3013]//Al2O3[3329]；橢圓偏振法測量

4、出AlN薄膜的折射率介于2.0到2.4之間。 其次，本論文采用直流磁控濺射法在Si(111)基片上生長Mo薄膜，在優(yōu)化條件下成功制備出了(110)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。在此基礎(chǔ)上，本論文進一步在Mo/Si襯底上采用MOCVD生長AlN薄膜，在950℃到1050℃的溫度范圍內(nèi)成功制備出了c軸擇優(yōu)取向的AlN薄膜；介電常數(shù)介于8.9到11.8之間；損耗介于1.0％到2.0％之間；壓電系數(shù)介于2.1到2.9之間。 最后，由于Mo

5、電極上生長的AlN介電損耗過大，本論文選擇ZrN作為新的底電極材料。通過優(yōu)化射頻磁控濺射工藝在Si基片上獲得了(111)取向的ZrN薄膜。隨后以ZrN/Si為襯底，在1000℃到1050℃的溫度范圍內(nèi)采用MOCVD生長了c軸擇優(yōu)取向的AlN薄膜。研究結(jié)果顯示：與在Mo/Si襯底上生長的AlN薄膜相比，由于AlN薄膜與ZrN之間的晶格失配度小，以ZrN為底電極所生長的AlN薄膜具有更加優(yōu)良的介電性能與壓電性能。AlN薄膜介電常數(shù)介于8.3