[发明专利]压电膜的物理气相沉积

说明书

一种制造压电层的方法，包括：在将基板保持在低于400℃的温度的同时，通过物理气相沉积将第一结晶相的压电材料沉积到基板上；和在高于500℃的温度下对基板进行热退火，以将压电材料转变为第二结晶相。所述物理气相沉积包括在等离子体沉积腔室中从靶材溅射。

技术领域

本发明涉及压电装置的制造，更特定地说，涉及压电膜的物理气相沉积。

背景技术

压电材料已经在例如喷墨印刷、医学超声和陀螺仪的各种技术中使用了几十年。传统上，压电层是通过制造块状晶体形式的压电材料，然后将该材料加工成所需厚度，或通过使用溶胶-凝胶技术来沉积层而制成的。锆钛酸铅(PZT)，通常为Pb[Zr_xTi_1-x]O₃的形式，是常用的压电材料。已经提出了PZT的溅射。

最近，弛豫-钛酸铅(弛豫-PT)，诸如(1-X)[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃](PMN-PT)、(1-X)[Pb(Y_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃](PYN-PT)、(1-X)[Pb(Zr_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃](PZN-PT)、(1-X)[Pb(In_1/3Nb_2/3)O₃]-X[PbTiO₃](PIN-PT)等已被提出作为较好的压电材料。与更常用的PZT材料相比，弛豫-PT能够提供改进的压电性能。然而，尚未实现商业可行方式的弛豫-PT层的大面积薄膜沉积。

发明内容

在一个方面，一种制造压电层的方法，包括：在将基板保持在低于400℃的温度的同时，通过物理气相沉积将第一结晶相的压电材料沉积到基板上；和在高于500℃的温度下对基板进行热退火，以将压电材料转变为第二结晶相。物理气相沉积包括在等离子体沉积腔室中从靶材溅射。

在另一方面，一种物理气相沉积系统，包括：沉积腔室；在沉积腔室中保持基板的支撑件；由压电材料形成的腔室中的靶材；电源，所述电源配置为向靶材施加功率以在腔室中产生等离子体，以将材料从靶材溅射到基板上，以在基板上形成压电层；和控制器，所述控制器配置为使电源在电源向靶材施加功率的沉积阶段与电源不向靶材施加功率的冷却阶段之间交替，每个沉积阶段持续至少30秒，并且每个冷却阶段持续至少30秒。

各实施方式可具有但不限于以下一项或多项优点。

包括压电材料层的装置能够使用物理气相沉积以商业上可行的工艺制造。能够减少过热和对靶材的损坏，因此可以减少产生缺陷的风险，并且可以改善处理腔室的停机时间。PMNPT可用于压电材料，可提供优异的压电性能。可以在整个晶片上获得均匀的结晶相和化学计量。该工艺还可以限制可能会损害压电性能的寄生相(诸如PbOx和焦绿石)的存在。

一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐明。其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及从权利要求书而显而易见。

附图说明

图1是物理气相沉积处理腔室的示意性截面图。

图2是压电装置中的层堆叠的示意性截面图。

图3是用于向物理气相沉积处理腔室中的靶材施加功率的时序图的示意图。

图4是示出作为温度和组成的函数的PMNPT的相的示意图。

各个附图中相似的参考符号表示相似的元件。

具体实施方式