一种半导体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体薄膜及其制备方法，该半导体薄膜的制备方法包括：对附有AlN薄膜层的衬底以预设退火温度进行高温退火；高温退火处理结束后，在所述AlN薄膜层上溅射不同钪含量的铝钪合金靶材，再发生固相反应形成N层叠置的掺钪AlN薄膜子层，其中，N层所述掺钪AlN薄膜子层的钪组分自下而上依次增加，N层叠置的掺钪AlN薄膜子层组合形成掺钪AlN薄膜层。通过本申请，不仅能够有效地降低后续各层氮化铝钪薄膜造成的堆积应力，以降低龟裂密度和位错缺陷度，使得能够生成结晶质量优异、压电性能良好的钪组分高的半导体薄膜，同时该制备操作简单，有利于批量性生产。有利于批量性生产。有利于批量性生产。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体应用
，特别涉及一种半导体薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为制备压电类MEMS、NEMS器件的理想材料，氮化铝钪(ScAlN)具有高声速、高功率及耐受性，与CMOS工艺兼容的优点，克服了氮化铝(AlN)压电薄膜压电常数低、机电耦合系数低的问题，可以同时实现射频器件的低插损、高带宽、高集成度、高工作频率，被广泛应用于声表面波(SAW)、体声波(FBAR)、压电超声换能器(PMUT)、电力电子功率器件、微能源系统及高电子迁移率场效应晶体管(HEMTs)等领域。
[0003]与纯氮化铝相比，钪元素的存在使得氮化铝钪(ScAlN)薄膜的制备条件更为严苛。高组分的ScAlN薄膜在制备上存在较大困难与挑战，难以实现高质量及大批量生成，且其层状纤锌矿结构并非最稳定的相位，随着掺入钪浓度升高，镀膜工艺参数窗口会变窄，薄膜取向性很容易变差，导致降低了薄膜的压电性能，给器件带来机电耦合系数和品质因子Q值的恶化影响。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的是提供一种半导体薄膜及其制备方法，以解决上述现有技术中的不足。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种半导体薄膜，包括掺钪AlN薄膜层，所述掺钪AlN薄膜层包括叠置的N层掺钪AlN薄膜子层，N层所述掺钪AlN薄膜子层中钪组分至下而上以预设梯度依次增加，所述半导体薄膜还包括衬底和AlN薄膜层，所述衬底、所述AlN薄膜层和所述掺钪AlN薄膜层依次叠置。
[0006]优选的，所述掺钪AlN薄膜子层为Sc
a
Al1‑
a
N，其中，0＜a≤0.8。
[0007]优选的，所述掺钪AlN薄膜层的厚度为500nm
‑
2000nm。
[0008]优选的，2≤N≤6。
[0009]优选的，所述AlN薄膜层的厚度为10nm
‑
100nm。
[0010]优选的，所述衬底包括单晶蓝宝石、硅片、碳化硅、氮化铝、氮化镓、金刚石、氧化硅、氧化锌以及石英中的任一种材料。
[0011]另一方面，本专利技术还提供了一种半导体薄膜的制备方法，用于制备上述中所述的半导体薄膜，所述方法包括：
[0012]对附有AlN薄膜层的衬底以预设退火温度进行高温退火；
[0013]高温退火处理结束后，在所述AlN薄膜层上溅射不同钪含量的铝钪合金靶材，再发生固相反应以形成N层叠置的掺钪AlN薄膜子层，其中，N层所述掺钪AlN薄膜子层的钪组分自下而上依次增加，N层叠置的掺钪AlN薄膜子层组合形成掺钪AlN薄膜层。
[0014]优选的，所述将附有所述AlN薄膜层的衬底以预设退火温度进行高温退火的步骤包括：
[0015]将附有所述AlN薄膜层的衬底置于高温退火炉内；
[0016]向所述高温退火炉内通入预设气体，然后以预设退火温度进行高温退火操作，其中，所述预设气体为氮气、氢气和氮氢混合气中的任一种气体，所述预设退火温度为1400℃
‑
1800℃。
[0017]优选的，通过PVD氮化铝钪磁控溅射机台在所述AlN薄膜层上溅射不同钪含量的铝钪合金靶材，所述PVD氮化铝钪磁控溅射机台采用直流电进行磁控溅射，且所述PVD氮化铝钪磁控溅射机台的功率为1000W
‑
5000W。
[0018]优选的，所述PVD氮化铝钪磁控溅射机台内注有氩气和氮气，所述氩气和氮气的气体流量比为4：6，所述PVD氮化铝钪磁控溅射机台的溅射气压为0.5Pa
‑
0.8Pa，且靶基距为7cm。
[0019]本专利技术的有益效果是：通过将附有AlN薄膜层的衬底进行高温退火处理以消除错位现象，再在退火处理结束后的AlN薄膜层上生成掺钪AlN薄膜层，且多层掺钪AlN薄膜子层中的钪组分自下而上以预设梯度依次增加，能够有效地降低了后续各层掺钪AlN薄膜子层造成的堆积应力，以降低龟裂密度和位错缺陷度，改善薄膜取向性，从而使得能够生成结晶质量优异、压电性能良好的钪组分高的半导体薄膜即氮化铝钪(ScAlN)薄膜，除此之外，该半导体薄膜制备操作简单，有利于进行批量性生产。
[0020]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]图1为本专利技术第一实施例提供的半导体薄膜的制备方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术第一实施例提供的在具体实施例中的半导体薄膜的制备方法的流程图。
[0023]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0024]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0025]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
[0026]在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显
式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0027]除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体薄膜，包括掺钪AlN薄膜层，其特征在于，所述掺钪AlN薄膜层包括叠置的N层掺钪AlN薄膜子层，N层所述掺钪AlN薄膜子层中钪组分至下而上以预设梯度依次增加，所述半导体薄膜还包括衬底和AlN薄膜层，所述衬底、所述AlN薄膜层和所述掺钪AlN薄膜层依次叠置。2.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，所述掺钪AlN薄膜子层为Sc
a
Al1‑
a
N，其中，0＜a≤0.8。3.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，所述掺钪AlN薄膜层的厚度为500nm
‑
2000nm。4.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，2≤N≤6。5.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，所述AlN薄膜层的厚度为10nm
‑
100nm。6.根据权利要求1～5任一项所述的半导体薄膜，其特征在于，所述衬底包括单晶蓝宝石、硅片、碳化硅、氮化铝、氮化镓、金刚石、氧化硅、氧化锌以及石英中的任一种材料。7.一种半导体薄膜的制备方法，用于制备权利要求1至6任一项所述的半导体薄膜，其特征在于，所述方法包括：对附有AlN薄膜层的衬底以预设退火温度进行高温退火；高温退火处理结束后，在所述AlN薄膜层上溅射不同钪含...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志文，张铭信，陈铭胜，文国昇，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：