[发明专利]一种复合型压电薄膜及其制备方法、谐振器

说明书

本申请提供一种复合型压电薄膜及其制备方法、谐振器，涉及半导体技术领域，方法包括：在单晶衬底上通过高温沉积第一压电薄膜层，以此得到第一晶圆，并且通过高温沉积的方式能够使得第一压电薄膜层为单晶压电薄膜层，从而保证压电层的高质量；然后根据第一压电薄膜层的应力值来确定低温沉积的工艺参数，以此根据低温沉积的工艺参数在第一压电薄膜层上通过低温沉积第二压电薄膜层时，便可以利用第二压电薄膜层来平衡第一压电薄膜层的应力，从而降低整个复合型压电薄膜的整体应力，避免复合型压电薄膜的应力过大出现裂纹或翘曲等，实现在单晶衬底上制作同时满足高质量和低应力的压电薄膜层。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种复合型压电薄膜及其制备方法、谐振器。

背景技术

射频声波器件如薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator，FBAR)对压电薄膜的应力和晶体质量有极高的要求。应力方面：在沉积压电薄膜的过程中，由于压电薄膜和下层薄膜的晶格失配以及热膨胀系数的差距，压电薄膜在腔室里沉积完成并降温后会产生内部的残余应力：压应力或者拉应力，应力值从-2000MPa到+2000MPa不等。而当压电薄膜应力过大时，压电薄膜会沉积完成后直接形成裂痕。除此之外，在FBAR器件进行释放工艺后，薄膜下方悬空且压电薄膜形成凸状或凹状，压电薄膜应力过大也会引起器件的整体翘曲，薄膜甚至断裂，直接导致FBAR谐振器失效。

现有技术为了降低压电薄膜内部的应力，则通常会采用物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)在底部金属电极上低温沉积压电薄膜，但是在低温条件下生长的压电薄膜呈现多晶态，压电薄膜的多晶态不仅会存在晶格失配的情况，还会降低压电薄膜的质量，从直接影响FBAR的性能，使得FBAR谐振器的Q值较低，且机电转换效率降低。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种复合型压电薄膜及其制备方法、谐振器，能够制备一种同时满足高质量和低应力要求的压电薄膜层。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种复合型压电薄膜制备方法，方法包括：

在单晶衬底上高温沉积第一压电薄膜层以得到第一晶圆，第一压电薄膜层为单晶压电薄膜层；

获取第一压电薄膜层的应力值；

根据第一压电薄膜层的应力值确定低温沉积的工艺参数；

根据低温沉积的工艺参数在第一压电薄膜层上低温沉积第二压电薄膜层，以使得到的复合型压电薄膜的目标应力值小于第一压电薄膜层的应力值。

可选的，获取第一压电薄膜层的应力值包括：根据单晶衬底的厚度、单晶衬底的泊松比、单晶衬底的杨氏模量、第一压电薄膜层的厚度、单晶衬底的曲率半径以及第一晶圆的曲率半径确定第一压电薄膜层的应力值。

可选的，其中，σ为第一压电薄膜层的应力值，E_s为单晶衬底的杨氏模量，v_s为单晶衬底的泊松比，t_s为单晶衬底的厚度，t_f为第一压电薄膜层的厚度，R_s为单晶衬底的曲率半径，R_f为第一晶圆的曲率半径。

可选的，低温沉积的工艺参数包括偏置功率。

可选的，根据第一压电薄膜层的应力值确定低温沉积的工艺参数包括：

根据第一压电薄膜层的应力值、低温沉积的沉积材料、低温沉积的目标厚度以及低温沉积的目标应力值，确定偏置功率。

可选的，偏置功率为10W至600W。

可选的，高温沉积为金属有机化合物化学气相沉积法；和/或，低温沉积为物理气相沉积法。