[发明专利]一种高质量单晶氮化铝薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高质量单晶氮化铝薄膜及其制备方法和应用。所述制备方法包括在第一基板上依次生长单晶氧化锌薄膜、单晶氮化铝成核层、单晶氮化铝薄膜；然后在单晶氮化铝薄膜上沉积键合层；将第二基板与键合层键合；最后去除第一基板和氧化锌薄膜。本发明通过生长氧化锌薄膜，降低了氮化铝薄膜与基板之间的晶格失配。采用PLD沉积法，沉积温度低，降低了薄膜制备过程由于热效应造成的缺陷，从而提高了氮化铝薄膜的晶体质量。本发明制备的氮化铝薄膜上方有一层氮化铝薄膜，其可以继续生长氮化铝薄膜，从而控制氮化铝薄膜的厚度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高质量单晶氮化铝薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子器件正向微型化、高密集复用、高频率和低功耗的方向迅速发展。近年来发展起来的薄膜体声波谐振器(FBAR)采用一种先进的谐振技术,它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振，这一谐振技术可以用来制作薄膜频率整形器件等先进元器件，薄膜体声波谐振器(FBAR)声波器件具有体积小,成本低,品质因数(Q)高、功率承受能力强、频率高且与IC技术兼容等优点，有望在未来的无线通讯系统中取代传统的声表面波(SAW)器件和微波陶瓷器，在新一代无线通信系统和超微量生化检测领域具有广阔的应用前景。

压电薄膜的质量直接影响FBAR滤波器的损耗和滚降特性。氮化铝由于声速高，因此适应于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求，是FBAR商用最成功的压电材料。目前应用于FBAR滤波器的氮化铝薄膜的制备方法包括磁控溅射法、金属有机化合物气相外延法、分子束外延法、氢化物气相外延法(HVPE)等，虽然可以获得氮化铝薄膜，但是由于衬底材料与AlN薄膜的晶格失配和热失配很大，导致制备的晶体质量较差，对后续制备的器件产生不利的影响。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种高质量单晶氮化铝薄膜及其制备方法和应用，提高氮化铝薄膜的晶体质量，实现氮化铝薄膜的厚度及应力可控。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：在第一基板上生长单晶氧化锌薄膜；

步骤S2：在氧化锌薄膜上生长单晶氮化铝成核层；

步骤S3：在单晶氮化铝成核层上生长单晶氮化铝薄膜；

步骤S4：在单晶氮化铝薄膜上沉积键合层；

步骤S5：准备第二基板，将第二基板与键合层键合；

步骤S6：去除第一基板和氧化锌薄膜。

进一步的，在上述高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法中，步骤S1采用PLD生长法，生长温度为400～650℃，生长的氧化锌薄膜厚度为20nm～300nm。

进一步的，在上述高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法中，步骤S2采用PLD生长法，生长温度为500-750℃，生长的单晶氮化铝成核层厚度为10nm～100nm。

进一步的，在上述高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法中，步骤S3采用PLD生长法，生长温度为650～850℃，沉积时间为60-300min；生长的单晶氮化铝薄膜厚度为100nm～2μm。

进一步的，在上述高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法中，步骤S4采用等离子体增强化学气相沉积法，所述键合层包括但不限于Si、SiO₂、Au；键合层的厚度为400nm-3μm。

进一步的，在上述高质量单晶氮化铝薄膜的制备方法中，所述第一基板和第二基板包括但不限于硅、蓝宝石和玻璃。