一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件技术

本申请涉及一种单晶压电衬底结构，包括：支撑衬底、表面隔离层、载流子陷阱层、绝缘层和压电层；表面隔离层设置于支撑衬底的一侧表面上；载流子陷阱层设置于表面隔离层远离支撑衬底的一侧表面上；绝缘层设置于载流子陷阱层远离支撑衬底的一侧表面上；压电层设置于绝缘层远离支撑衬底的一侧表面上，压电层与绝缘层键合；表面隔离层的厚度小于等于20nm；表面隔离层的材料包括第一预设比例含量的硅和第二预设比例含量的隔离材料。本申请在支撑衬底与载流子陷阱层之间沉积表面隔离层或在支撑衬底表面自然氧化形成表面隔离层，有效防止了载流子陷阱层的重结晶现象，提高了载流子陷阱层的载流子俘获效率，有效降低高频时器件的射频损耗，提高器件性能。提高器件性能。提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件


[0001]本申请涉及材料制备技术及射频器件领域，特别涉及一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件。

技术介绍

[0002]随着5G通信的到来，人们对单个射频前端器件的性能、功耗和频谱利用效率等方面都提出了更高的要求。基于单晶压电薄膜的声表面波滤波器作为实现高性能射频滤波元件，其具有高性能、低成本和器件尺寸小的优点，并受到了广泛的关注。其制备的基础是基于单晶压电层、绝缘层以及支撑衬底层三层结构构成的复合衬底。
[0003]现有复合衬底在高温工艺处理后会产生重结晶的现象，导致复合衬底的晶粒数量的减少，进一步导致复合衬底的晶界数量的减少，使载流子俘获效率降低。因此，需要一种改进的单晶压电衬底结构及其制备方案，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述问题，本申请提供一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件，以解决现有技术中复合衬底重新结晶等技术问题。具体技术方案如下：
[0005]一方面，本申请提供一种单晶压电衬底结构，包括：支撑衬底、表面隔离层、载流子陷阱层、绝缘层和压电层；
[0006]所述表面隔离层设置于所述支撑衬底的一侧表面上；
[0007]所述载流子陷阱层设置于所述表面隔离层远离所述支撑衬底的一侧表面上；
[0008]所述绝缘层设置于所述载流子陷阱层远离所述支撑衬底的一侧表面上；
[0009]所述压电层设置于所述绝缘层远离所述支撑衬底的一侧表面上，所述压电层与所述绝缘层键合；
[0010]所述表面隔离层的厚度小于等于20nm；
[0011]所述表面隔离层的材料包括第一预设比例含量的硅和第二预设比例含量的隔离材料。
[0012]进一步地，所述第一预设比例为30％～50％；所述第二预设比例为40％～80％；
[0013]所述隔离材料包括氧、氮和碳中的至少一种。
[0014]进一步地，所述表面隔离层的形成方式包括沉积和支撑衬底表面氧化中的至少一种。
[0015]进一步地，所述载流子陷阱层为多晶硅材料；所述载流子陷阱层的厚度为0.3～4.5um。
[0016]进一步地，所述载流子陷阱层为多晶硅材料的情况下，所述载流子陷阱层的多晶硅包括沿支撑衬底厚度方向择优取向生长的柱状晶粒，所述柱状晶粒的横向尺寸为0.01～2um。
[0017]进一步地，所述支撑衬底的材料包括硅、锗、蓝宝石、石英、碳化硅和金刚石中的至
少一种。
[0018]进一步地，所述绝缘层的材料包括氧化硅；所述绝缘层的厚度为200～800nm。
[0019]进一步地，所述表面隔离层远离支撑衬底的一侧表面为粗糙面；
[0020]所述粗糙面的粗糙度小于等于10nm。
[0021]另一方面，本申请还提供一种单晶压电衬底结构的制备方法，所述方法包括：
[0022]提供支撑衬底；
[0023]对所述支撑衬底的一侧表面进行氧化处理或在所述支撑衬底的一侧表面进行沉积，得到预设厚度的表面隔离层；
[0024]在所述表面隔离层远离所述支撑衬底的一侧表面上沉积载流子陷阱层；
[0025]在所述载流子陷阱层远离所述支撑衬底的一侧表面上形成绝缘层；
[0026]对所述绝缘层远离所述支撑衬底的一侧表面进行平坦化处理；
[0027]在所述绝缘层远离所述支撑衬底的一侧表面上形成压电层，得到所述单晶压电衬底结构。
[0028]进一步地，所述预设厚度小于等于20nm。
[0029]另一方面，本申请还提供一种声波器件，包括如上所述的单晶压电衬底结构。
[0030]由于上述技术方案，一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件，具有以下有益效果：
[0031]本申请通过在支撑衬底与载流子陷阱层之间沉积表面隔离层或在支撑衬底表面自然氧化形成表面隔离层，有效防止了载流子陷阱层的重结晶现象，提高了载流子陷阱层的载流子俘获效率，有效降低高频时器件的射频损耗，提高器件性能。进一步的设置表面隔离层为第一预设比例含量的硅和第二预设比例含量的隔离材料且表面隔离层的厚度小于等于20nm，选用适当厚度和材料的表面隔离层，防止可移动载流子仅能通过隧道效应通过表面隔离层，提高载流子陷阱层对支撑衬底中可动载流子的捕获效率，有效降低在高频时器件的射频损耗，提高器件性能。
[0032]本申请通过设置表面隔离层远离支撑衬底的一侧表面为粗糙面，通过构建粗糙平面来抑制声波器件中由多层结构的界面反射引起的杂波，减少声波器件的干扰信号。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，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附图。
[0034]图1是本申请实施例提供的一种单晶压电衬底结构示意图；
[0035]图2是本申请实施例提供的另一种单晶压电衬底结构示意图；
[0036]图3为本申请实施例提供的自然氧化形成的表面隔离层的示意图；
[0037]图4是本申请实施例提供的一种单晶压电衬底制备方法的流程示意图；
[0038]图5是本申请实施例提供的一种单晶压电衬底制备方法的流程示意图；
[0039]图6为本申请实施例提供的一种单晶压电衬底制备方法的流程示意图；
[0040]图7是本申请实施例提供的一种单晶压电衬底制备方法的流程示意图；
[0041]图8是本申请实施例提供的一种单晶压电衬底制备方法的流程示意图；
[0042]图9为本申请实施例提供的未添加表面隔离层载流子陷阱层的TEM图。
[0043]其中，图中附图标记对应为：100－支撑衬底；200－表面隔离层；300－载流子陷阱层；400－绝缘层；500－压电层；600－注入损伤层；700－压电衬底；800－衬底。
具体实施方式
[0044]下面将结合本申请实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0045]对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。
[0046]需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶压电衬底结构，其特征在于，包括：支撑衬底(100)、表面隔离层(200)、载流子陷阱层(300)、绝缘层(400)和压电层(500)；所述表面隔离层(200)设置于所述支撑衬底(100)的一侧表面上；所述载流子陷阱层(300)设置于所述表面隔离层(200)远离所述支撑衬底(100)的一侧表面上；所述绝缘层(400)设置于所述载流子陷阱层(300)远离所述支撑衬底(100)的一侧表面上；所述压电层(500)设置于所述绝缘层(400)远离所述支撑衬底(100)的一侧表面上，所述压电层(500)与所述绝缘层(400)键合；所述表面隔离层(200)的厚度小于等于20nm；所述表面隔离层(200)的材料包括第一预设比例含量的硅和第二预设比例含量的隔离材料。2.根据权利要求1所述的单晶压电衬底结构，其特征在于，所述第一预设比例为30％～50％；所述第二预设比例为40％～80％；所述隔离材料包括氧、氮和碳中的至少一种。3.根据权利要求1所述的单晶压电衬底结构，其特征在于，所述表面隔离层的形成方式包括沉积和支撑衬底(100)表面氧化中的至少一种。4.根据权利要求1所述的单晶压电衬底结构，其特征在于，所述载流子陷阱层(300)为多晶材料；所述载流子陷阱层(300)的厚度为0.3～4.5um。5.根据权利要求4所述的单晶压电衬底结构，其特征在于，所述载流子陷阱层(300)为多晶硅材料的情况下，所述载流子陷阱层(300)的多晶硅包括沿支撑衬底(100)厚度方向择优取向生长的柱状晶粒，所述柱状晶粒的横向尺寸为0.01～2um...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，柯新建，黄凯，
申请(专利权)人：上海新硅聚合半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：