用于FBAR技术的AlN薄膜的研究

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随着个人通讯系统(PCS)的迅猛发展,通讯设备中心频率的提升成为一个引人关注的问题。当前,操控频率已经提高到GHz级别,介质滤波器和声表面波(SAW)滤波器由于自身的种种限制已经不能很好的适应频率的提升和器件的小型化需要。FBAR作为一种新型的滤波器,具有体积小、工作频率高、插入损耗低、带外抑制大、高Q值、大功率容量、低温度系数、以及良好的抗静电冲击能力和半导体工艺兼容性等优点,具有良好的发展前景。 AlN薄膜是薄膜声体波滤波器(FBAR)器件的核心部分。AlN具有高的声体波波速、较好的压电性能、较低的介质损耗等特点,因此AlN成为FBAR压电薄膜的理想材料。本文选择AlN薄膜的制备为主要研究内容,从理论和实验两个角度来研究不同的工艺参数对AlN薄膜沉积速率和以(002)面择优取向的影响。AlN薄膜成膜速率过低是影响FBAR技术发展的一个瓶颈,提高成膜速率是本文的一个主要研究方向。理论使用Berg模型建模分析工艺参数对磁控反应溅射迟滞效应的影响,实验使用射频和直流磁控反应溅射来制备所需的AlN薄膜,根据理论分析调整实验参数以获得较高速率和较好取向的AlN薄膜。实验中,用射频磁控溅射在60分钟内制备出厚度达2.3um的AlN薄膜,沉积速率高达38.7nm/min,这样高的速率国内文献未见报道,完全满足FBAR器件的需要。择优取向关系到FBAR的谐振特性,实验中制备的AlN薄膜(002)面取向良好,XRD衍射峰半高宽较小,SEM截面图织构清晰。 结果表明:较小的氮气分压(20%-25%),较低的反应气压,较高的溅射功率,适当的基片加热和适当减小靶基距有利于提升AlN薄膜的沉积速率和获得更理想的(002)面择优取向。通过优化工艺参数,可以完成AlN薄膜高速、高质量的制备,对FBAR器件的产业化有重要意义。实验最后还制备出较为粗略的大尺寸压电震荡堆,并测试了其谐振频率。
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