[发明专利]复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频声表面波器件

说明书

本申请提供一种复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频声表面波器件，其中，所述复合衬底从下至上依次包括衬底层和多晶层；所述多晶层包括晶粒渐变层和晶粒均匀层；其中，所述晶粒渐变层中的晶粒呈柱状结构，所述柱状结构的晶粒由所述衬底层向所述晶粒均匀层方向逐渐变大。本申请在衬底层上生长晶粒渐变层，晶粒渐变层中的柱状晶粒的密度充足，同时能够分散晶粒均匀层高温冷却后产生较大的应力，避免较大的应力作用于衬底层和晶粒均匀层而导致化学键断裂产生的层间间隙，晶粒均匀层靠近衬底层的表面上具有密集的载流子陷阱，增强限制载流子移动的效果，从而提高界面电阻率，减少射频声表面波器件的射频损耗，提高射频声表面波器件的性能。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频声表面波器件。

背景技术

目前，硅材料的加工工艺非常成熟，也是产业化应用较多的半导体材料，因此，硅材料已经广泛应用于电子元器件中。由于硅材料本身是中心对称的晶体结构，导致硅没有线性压电效应，因此，硅材料无法直接用于制备高性能射频声表面波器件。

射频声表面波器件的性能取决于复合压电衬底良好的压电性能。复合压电衬底的主要结构包括压电层、低声速绝缘层、高声速陷阱层以及半导体衬底层。其中，压电层为功能层，实现电和声的相互转换，其材料通常为钽酸锂、铌酸锂、石英等；低声速绝缘层一般为非晶绝缘层，其材料通常为二氧化硅；高声速陷阱层主要有两个作用，一是与上层低声速绝缘层产生足够的声速差，构成声波反射界面，限制声波能量的泄露，二是提供大量载流子陷阱，吸收绝缘体半导体界面效应产生的载流子，并限制载流子移动，从而提高界面电阻率，减少因为界面电导导致的射频损耗，高声速陷阱层的材料一般选用多晶硅；半导体衬底层作为支撑层，其材料通常为硅。

目前，高声速陷阱层多为无定形多晶硅层，载流子陷阱密度可能不充足导致声速差受限，为了获得高的声速差，需要生长有较大杨氏模量的多晶硅层，这种多晶硅层在生长时需要比较高的温度。但是，由于热膨胀系数的差异，在半导体衬底层上高温生长的多晶硅层在恢复到常温时具有较大的应力，特别是高温和低温交替的环境下，这个应力通常会达到几十MPa甚至几百MPa，较大的应力作用于高声速陷阱层界面时，容易导致高声速陷阱层界面的化学键断裂而产生层间间隙，甚至是高声速陷阱层直接从半导体衬底层上脱落下来。

发明内容

本申请提供一种复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频声表面波器件，以解决现有技术中载流子陷阱密度可能不充足导致声速差受限和高声速陷阱层界面的化学键断裂而产生层间间隙，甚至是高声速陷阱层直接从半导体衬底层上脱落下来的问题。

本申请的第一方面，提供一种复合衬底，所述复合衬底从下至上依次包括衬底层和多晶层；所述多晶层包括晶粒渐变层和晶粒均匀层；

其中，所述晶粒渐变层中的晶粒呈柱状结构，所述柱状结构的晶粒由所述衬底层向所述晶粒均匀层方向逐渐变大。

优选的，所述晶粒渐变层中柱状结构晶粒垂直于所述衬底层方向的高度和平行于所述衬底层方向的宽度的比值大于2，且平行于所述衬底层的方向的宽度小于200nm。

优选的，所述晶粒渐变层的厚度范围为10nm-500nm。

优选的，所述多晶层为多晶硅或多晶锗。

本申请的第二方面，提供一种复合薄膜，包括如第一方面任一项所述的复合衬底、隔离层以及功能薄膜层；其中，所述隔离层做平坦化处理，且与所述功能薄膜层键合。

优选的，所述隔离层为二氧化硅、氧化钛、氧化锗、氮化硅以及氮氧化硅中的一种。

优选的，所述功能薄膜层为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、磷酸钛氧铷晶体、磷酸钛氧钾晶体、硅晶体、锗晶体或砷化镓晶体。

本申请的第三方面，提供一种射频声表面波器件，包括如第二方面任一项所述的复合薄膜。