Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 10 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Study of piezoelectric properties of aluminum nitride films formed on aluminum and molybdenum layers for creation of microelectronic FBAR

A. Kuklev1,2,3, V.I. Strunin1,3, L.V. Baranova1,3, N.A. Davletkildeev1,3, N.A. Chirikov1,2

1 Omsk Scientific Center SB RAS (Institute of Radiophysics and Physical Electronics), Omsk, Russia
2 Omsk Scientific-Research Institute of Instrument Engineering, Omsk, Russia
3 Dostoevsky Omsk State University, Omsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.10.8 UDC 538.975 EDN TRRPUD

Abstract

The paper presents the results of AFM measurements of piezomodulus d33 in aluminum nitride films obtained by vacuum magnetron sputtering in a reactive gas atmosphere of argon and nitrogen. Dependences of piezomodule d33 on technological parameters are presented of sputtering AlN films, such as substrate temperature, magnetron discharge power, and the Ar/N2 ratio. Based on the analysis of the obtained data, the optimal technological modes of formation of aluminum nitride films have been determined aluminum nitride films for the formation of the piezoelectric layer of the FBAR.

  • magnetron sputtering
  • aluminum nitride
  • FBAB
  • piezomodule d33
  • thin films
Аннотация (на русском)

Исследование пьезоэлектрических свойств пленок нитрида алюминия, сформированных на слоях алюминия и молибдена для создания микроэлектронных ОАВ-резонаторов

В работе представлены результаты АСМ-измерений продольного пьезомодуля d33 в пленках нитрида алюминия, полученных методом вакуумного магнетронного распыления в реактивной газовой смеси аргона и азота. Представлены зависимости пьезомодуля d33 от технологических параметров напыления пленок AlN, таких как температура подложки, мощность магнетронного разряда и соотношение потоков азота и аргона и вакуумной камере. На основании анализа полученных данных определены оптимальные технологические режимы формирования пленок нитрида алюминия для формирования пьезоэлектрического слоя ОАВ-резонатора.

For citation

Kuklev A., Strunin V.I., Baranova L.V., Davletkildeev N.A., Chirikov N.A. Study of piezoelectric properties of aluminum nitride films formed on aluminum and molybdenum layers for creation of microelectronic FBAR // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.10.8

References

  1. Фещенко В.С., Зяблюк К.Н., Сенокосов Э.А., Чукита В.И., Киселев Д.А. Особенности получения пьезоэлектрических тонких пленок методом плазменного напыления из порошкообразного AlN. Российский технологический журнал. 2020;8(1):67-79. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-1-67-79
  2. Получение и исследование тонких пленок нитрида алюминия-скандия в составе пьезоэлектрических слоистых структур с подложками из синтетического монокристалла алмаза // Н.В. Лупарев, Б.П. Сорокин, В.В. Аксененков // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2020. Т. 63. Вып. 12, с. 77-84. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206312.6312.
  3. Козлов А.Г., Торгаш Т.Н. Характеристики микроэлектронного ОАВ-резонатора с пьезоэлектрическим слоем из нитрида алюминия, с электродамии акустическим отражателем на основе пленок алюминия и молибдена // Техника радиосвязи. 2022. Выпуск 3 (54). С. 123-136.
  4. Давлеткильдеев Н.А., Мосур Е.Ю., Никифорова А.О. Изучение пьезоэлектрических свойств ниобата лития методом сканирующей силовой микроскопии пьезоотклика // Техника радиосвязи. 2022. Выпуск 4 (55). С. 83-90.
  5. Wang F., Xiao F., Song D., Qian L., Feng Y., Fu B., … Zhang K. (2018). Research of micro area piezoelectric properties of AlN films and fabrication of high frequency SAW devices. Microelectronic Engineering, 199, 63-68. https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.07.016
  6. Nguyen T., Adjeroud N., Glinsek S., Fleming Y., Guillot J., Grysan P., & Polesel-Maris J. (2020). A film-texture driven piezoelectricity of AlN thin films grown at low temperatures by plasma-enhanced atomic layer deposition. APL Materials, 8(7), 071101. https://doi.org/10.1063/5.0011331
  7. Fang L., Jiang Y., Zhu S., Ding J., Zhang D., Yin,A., & Chen P. (2018). Substrate Temperature Dependent Properties of Sputtered AlN: Thin Film for In-Situ Luminescence Sensing of Al/AlN Multilayer Coating Health. Materials, 11(11), 2196. https://doi.org/10.3390/ma11112196
  8. Yang J., Jiao X. Zhang R., Zhong H., Shi Y., Du B. Growth of AlN films as a function of temperature on Mo films deposited by different techniques. J. Electron. Mater. 2014, 43, 369-374. https://doi.org/10.1007/s11664-013-2867-6
  9. Iqbal A., & Mohd-Yasin F. (2018). Reactive Sputtering of Aluminum Nitride (002) Thin Films for Piezoelectric Applications: A Review. Sensors, 18(6), 1797. https://doi.org/10.3390/s18061797
  10. Liu H.Y., Tang G.S., Zeng F., & Pan F. (2013). Influence of sputtering parameters on structures and residual stress of AlN films deposited by DC reactive magnetron sputtering at room temperature. Journal of Crystal Growth, 363, 80-85. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.10.00
  11. Takeuchi H., Ohtsuka M., & Fukuyama H. (2015). Effect of sputtering power on surface characteristics and crystal quality of AlN films deposited by pulsed DC reactive sputtering. Physica Status Solidi (b), 252(5), 1163-1171. https://doi.org/10.1002/pssb.201451599
  12. Iqbal A., Walker G., Iacopi A., Mohd-Yasin F. Controlled sputtering of AlN (002) and (101) crystal orientations on epitaxial 3C-SiC-on-Si (100) substrate. J. Cryst. Growth 2016, 440, 76-80. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.01.037
  13. Mironova M.I., Kapishnikov A.V., Hamoud G.A., Volodin V.A., Azarov I.A., Yushkov I.D., Kamaev G.N., Suprun E.A., Chirikov N.A., Davletkildeev N.A., et al. Characterization of Structure, Morphology, Optical and Electrical Properties of AlN-Al-V Multilayer Thin Films Fabricated by Reactive DC Magnetron Sputtering. Coatings 2023, 13, 223. https://doi.org/10.3390/coatings13020223.
  14. Лузанов В.А. Особенности формирования наклонной текстуры в пленках нитрида алюминия. РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА, 2017, том 62, № 10, с. 1018-1020.