基底及其形成方法、薄膜功能器件技术

本申请公开一种基底及其形成方法，一种功能薄膜器件，所述方法包括：提供基板；在所述基板表面形成粘附层；在所述氮化物黏附层表面形成电极层，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的晶格适配率小于等于25％；和/或，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的热失配小于等于15％。上述方法提高电极层与基板之间的粘附性，提高所述电极层的质量。提高所述电极层的质量。提高所述电极层的质量。

【技术实现步骤摘要】
基底及其形成方法、薄膜功能器件


[0001]本申请涉及半导体
，具体涉及一种基底及其形成方法、薄膜功能器件。

技术介绍

[0002]现有技术中，在制备MEMS(微机电系统)/NEMS(纳机电系统)薄膜器件时，通常会使用附有底电极的基板，一方面可以作为上层薄膜结构的生长基底，另一方面可以形成电回路的闭合。
[0003]目前，常用的底电极材料有铂(Pt)、氧化铟锡(ITO)、镍酸镧(LNO)等；其中，铂(Pt)凭借其良好的化学稳定性与物理稳定性以及优秀的电导率成为MEMS/NEMS器件的主流底电极。以Pt作为底电极，单晶硅作为基板的基底被广泛应用于相关半导体器件的制备中，并应用于压电、光电、惯性制导、传感等诸多MEMS/NMES领域。现有技术中，在基板(如单晶硅，蓝宝石等)上沉积Pt的方式通常采用蒸镀或者溅射工艺实现。然而，由于Pt与硅或蓝宝石等基板间的晶格失配和热失配较大，Pt直接黏附在基板上的黏附力很差，很容易出现脱落的问题，进而造成器件的失效和财力物力的浪费。
[0004]因此，如何在保证底电极优异性能的基础上提高底电极与基板之间的粘附性是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提供一种基底及其形成方法和薄膜功能器件，以解决现有的基底上电极层与基板之间粘附性较差的问题。
[0006]本申请提供的一种基底的形成方法，包括：提供基板；在所述基板表面形成粘附层；在所述氮化物黏附层表面形成电极层，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的晶格适配率小于等于25％；和/或，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的热失配小于等于15％。
[0007]可选的，所述形成方法还包括：在形成所述电极层之前，对所述粘附层进行氧原子掺杂。
[0008]可选的，所述氧原子掺杂的掺杂比例小于等于40％。
[0009]可选的，所述粘附层的材料包括金属氮化物；和/或，所述粘附层包括多层子粘附层。
[0010]可选的，所述粘附层的材料包括氮化锆、氮化钛、氮化钴以及氮化锌中的至少一种；和/或，所述电极层的材料包括Pt。
[0011]可选的，采用溅射工艺、金属有机化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或电子束蒸镀工艺形成所述电极层。
[0012]可选的，所述电极层的形成温度小于等于800℃。
[0013]可选的，所述粘附层的厚度范围为10nm～500nm；和/或，所述电极层厚度范围为10nm～500nm；和/或，所述粘附层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种；和/
或，所述电极层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种。
[0014]可选的，还包括：在形成所述电极层后，进行退火处理，所述退火处理时间为5min～15min，温度范围为400℃～750℃。
[0015]本申请还提供一种基底，包括：基板；位于所述基板表面的粘附层；位于所述粘附层表面的电极层；所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的晶格适配率小于等于25％；和/或，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的热失配小于等于15％。
[0016]可选的，所述粘附层的材料包括金属氮化物；和/或，所述粘附层包括多层子粘附层。
[0017]可选的，所述粘附层内掺杂有氧原子。
[0018]可选的，所述氧原子的掺杂比例小于等于40％。
[0019]可选的，所述粘附层的材料包括氮化锆、氮化钛、氮化钴、氮化锌或砷化镓中的至少一种；和/或，所述电极层的材料包括Pt。
[0020]可选的，所述粘附层的厚度范围为10nm～500nm；和/或，所述电极层厚度范围为10
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500nm；和/或，所述粘附层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种；和/或，所述电极层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种。
[0021]本申请还提供一种薄膜器件，包括：提供基底，所述基底采用上述任一项所述的方法形成，或者所述基底如上述任一项所述；位于所述基底的电极层表面的功能薄膜层。
[0022]本申请的基底的形成方法，在基板上沉积易于垂直生长，与电极层和基板之间晶格失配小，且热失配低的粘附层，再在所述的粘附层上形成电极层，以改善电极层的脱落问题，提高电极层的质量。该方法通过在所述的基板和电极层之间增加热失配、晶格适配较小的粘附层改善电极层脱落情况，不仅可以在大部分基板上实现均匀稳定的生长取向可控的单晶电极薄膜，还解决了磁控溅射沉积后电极层薄膜残余应力大和薄膜与溅射基底结合不好的问题。进一步得到，此方法还可以选择通过向粘附层中掺杂电负性较强的氧改良粘附层，使其良好的适配不同的底电极与基板，获得更广阔的使用范围。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1至图3是本申请一实施例的基底的形成过程的结构示意图；
[0025]图4a是本申请的实施例1形成的基底的结构示意图；
[0026]图4b是本申请的实施例1形成的基底的电极层的XRD图；
[0027]图5a是本申请的实施例2形成的基底的结构示意图；
[0028]图5b是本申请的实施例2形成的基底的电极层的XRD图；
[0029]图6a是本申请的实施例3形成的基底的结构示意图；
[0030]图6b是本申请的实施例3形成的基底的电极层的XRD图；
具体实施方式
[0031]为解决电极层，例如Pt电极层，与基板结合不好的问题，目前常用溶胶凝胶法或磁控溅射法将钛、二氧化钛等金属或氧化物层形成于基板上，作为成粘附层，再于粘附层上制备Pt底电极来解决失配度高的问题。
[0032]选择氧化物材料，是因为氧化物通常具有立方晶相，较易诱使电极层进行定向生长，但是氧化物材料本身与常用的电极材料、基板材料之间的失配度较高，在较严苛条件下依旧存在脱落和开裂的风险。同时在失配玻璃等热膨胀系数较低的基板时，常用的金属及氧化物基材料热失配高，在高温差或退火时会产生较大的热应力，影响产品性能设置造成损坏。而采用金属作为粘附层材料时，常用的Ti等金属容易扩散，在晶体结构重建时容易运动到电极层的表面影响底电极质量。
[0033]此外，在MEMS/NMES薄膜器件的制备过程中发现，电极层的单晶的取向对器件的制备和整体的性能都有着直接的影响。在电极层上形成的功能薄膜，需要外延或特定强择优取向才能更好地发挥功能薄膜的性能，而上层功能薄膜的择优取向很大程度上取决于底电极的晶格取向，若使用非择优取向的底电极，会使功能器件的制备难度上升，成本增加，而使用择优取向的底电极，则晶向与界面结合的改良会大大降低功能薄膜制备的难度，减少成本，并易于实现器件的低温高质量制备。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基底的形成方法，其特征在于，包括：提供基板；在所述基板表面形成粘附层；在所述氮化物黏附层表面形成电极层，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的晶格适配率小于等于25％；和/或，所述粘附层与所述电极层、所述基板之间的热失配小于等于15％。2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述电极层之前，对所述粘附层进行氧原子掺杂。3.根据权利要求2所述的形成方法，其特征在于，所述氧原子掺杂的掺杂比例小于等于40％。4.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述粘附层的材料包括金属氮化物；和/或，所述粘附层包括多层子粘附层。5.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述粘附层的材料包括氮化锆、氮化钛、氮化钴以及氮化锌中的至少一种；和/或，所述电极层的材料包括Pt。6.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，采用溅射工艺或电子束蒸镀工艺形成所述电极层。7.根据权利要求1或6所述的形成方法，其特征在于，所述电极层的形成温度小于等于800℃。8.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述粘附层的厚度范围为10nm～500nm；和/或，所述电极层厚度范围为10nm～500nm；和/或，所述粘附层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种；和/或，所述电极层的晶格取向包括(100)、(111)、(110)中的至少一种。9.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述电极层后，进行退火处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘悦，马有草，吴史俊博，宋健，赵玉垚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：