论文部分内容阅读
随着通讯系统和其他相关系统高速发展，声表面波的应用频率也进入了高频(5GHz以上)时代，相比于氧化锌、铌酸锂等普遍使用的压电薄膜材料SAW传播速度均低于6000m/s，氮化铝在所有非铁电性材料中，它的SAW传播速度是最快的，(100)AlN薄膜的声表面波的传播速度高达11354m/s，与金刚石的声速(18000m/s)最为接近，因此本课题对射频磁控溅射法制备晶格排布均匀、纳米级AlN薄膜进行了研究和分析，同时为了满足微电子集成制造工艺批量生产声表面波器件的需求，研究了在大面积的Si衬底上制备均匀平坦低缺陷的AlN薄膜工艺。 薄膜的沉积理论证明:在Si的金刚石结构上沉积AlN存在着一系列的缺陷和难题: 1.通过射频磁控溅射沉积薄膜的过程必定存在着升温和降温的过程，而Si和AlN的热膨胀系数的不同，不可避免的要面对热失配的问题，同时薄膜的各向异性的热膨胀系数使的(100)AlN/(100)Si体系的热失配问题更加复杂化，本课题创新的提出两步法（低温成核高温沉积）的方法来改善热失配的问题。 2.在射频磁控溅射沉积薄膜时，由于在衬底表面原子排列的错序，存在单原子台阶，使得台阶双侧生长呈现出一个原子的错序，从而出现Al-Al键或者N-N键的反相畴问题，通过理论研究提出采用退火使得原子重新排列的方法来改善反相畴的问题。 为了解决上述难题，本论文提出射频磁控溅射两步法（低温成核高温沉积）和退火的制备工艺，并开展了相关实验研究，主要实验研究内容如下: 1.采用射频磁控溅射设备，在N型(100)Si衬底沉积(100)择优取向AlN薄膜，并且研究了氮氩比、溅射功率和工作压强等工艺参数对(100)择优取向AlN薄膜的结晶性和表面形貌的影响。 2.采用两步法（低温成核高温沉积）和热退火的方法改善热失配和反相畴等缺陷制备高品质低缺陷的(100)择优取向的AlN薄膜。结果表明两步法工艺制备的AlN薄膜的择优取向明显高于常规工艺，表面粗糙度也由6.4nm降低到2.1nm。 3.在上述优化的射频磁控溅射两步法的工艺的基础上在大面积的Si衬底上沉积高品质(100)择优取向的AlN薄膜，结果表明:在4寸的Si衬底上制备的AlN薄膜的表面粗糙度的平均值为2.22nm，薄膜表面粗糙度相对偏差小于5％。实现了大面积高品质的AlN薄膜的制备。 4.在优化的射频磁控溅射两步法的工艺的基础上在金刚石衬底上沉积(100)AlN薄膜。