[发明专利]基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜

说明书

本发明公开了一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜，包括确定需制备的压电厚膜的厚度；将压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并确定厚膜主体的厚度和顶电极的厚度；采用磁控溅射沉积法在基底上制备厚膜主体；厚膜主体制备完成后，以厚膜主体为基片，在厚膜主体上采用脉冲激光沉积法制备顶电极；获得所需的压电厚膜；本发明通过将需制备的压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并通过磁控溅射沉积法制备厚膜主体，通过脉冲激光沉积法制备顶电极，利用低成本磁控沉积法制备压电厚膜主体，然后利用高真空脉冲激光沉积法制备顶电极，实现压电薄膜大厚度、大尺寸和高性能的兼容。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜。

背景技术

随着半导体器件事业的蓬勃发展，压电渐渐进入人们的视野，压电效应是具有压电性的晶体当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。

有多种方法可以制备压电薄膜：如化学类溶胶-凝胶法和物理类磁控溅射沉积、脉冲激光沉积及分子束外延。

其中，常见的化学方法——溶胶凝胶法可以制备较大尺寸的薄膜，且厚度可控，但薄膜质量和性能相对较差，降低了器件的使用寿命。

常见的物理方法——磁控溅射不仅可以获得大尺寸的厚膜，同时成本低，最有利于工业发展，但是相比较于脉冲激光沉积发或者分子束外延制造的膜质量还是逊色了一些。使用脉冲激光沉积法或者分子束外延方法生膜，虽然膜的质量提升，性能提高，但是成本高且膜生长比较缓慢同时成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现阶段常见的压电膜的制备方法无法同时满足大尺寸、成本低和性能高的要求，目的在于提供一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法及工业级压电厚膜，解决了磁控溅射可以低成本制备大尺寸压电厚膜但压电性能提升遭遇瓶颈的问题，解决了脉冲激光沉积手段可以制备高性能压电薄膜但成本高且厚膜制备困难的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，一种基于次序物理沉积的压电厚膜制备方法，包括：

确定需制备的压电厚膜的厚度；

将压电厚膜拆分为厚膜主体和顶电极，并确定厚膜主体的厚度和顶电极的厚度；

采用磁控溅射沉积法在基底上制备厚膜主体；

厚膜主体制备完成后，以厚膜主体为基片，在厚膜主体上采用脉冲激光沉积法制备顶电极；

获得所需的压电厚膜。

可选地，所述厚膜主体为Si/Pt/PZT。

可选地，所述顶电极为Pt。

具体地，采用磁控溅射沉积法制备厚膜主体的方法包括：

在Si基底上沉积Pt，制备Si/Pt膜层；

在Si/Pt膜层是沉积PZT，制备Si/Pt/PZT膜层。

具体地，制备Si/Pt膜层的方法包括：

将Si基底置于镀膜室；

向处于高真空状态的镀膜室内充入氩气；

以Pt作为阴极的靶材；

在阴极与阳极之间施加直流电压，使镀膜室内产生磁控型异常辉光发电，并使氩气发生电离；

通过阴极对氩离子加速，并使氩离子轰击阴极；