專利名稱：一種AlN薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種膜的制備方法，特別是一種A1N薄膜的制備方法。
技術背景隨著第一代硅半導體材料及第二代砷化鎵半導體材料的不斷深入研究，其 器件的應用也越來越趨于極限?，F代科技也在更多的領域需要耐高溫、高頻率、 大功率、化學穩(wěn)定性好及可以在強輻射環(huán)境中工作的材料，因此第三代半導體 (即寬禁帶半導體，禁帶寬度大于2. 2eV)受到了人們的極大關注，這些材料包括 A1N、 SiC、 GaN等。其中A1N是第三代直接寬帶隙半導體材料的代表，具有寬帶 隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移速度以及高的化學穩(wěn)定性 等特點。尤其是A1N與Si、 GaAs等常用半導體材料的熱膨脹系數相近和兼容性 強的特點，使A1N薄膜可用于制作大功率微電子器件、聲表面波器件和紫外探 測器等。但是由于A1N與藍寶石襯底之間較大的晶格失配以及A1N薄膜內的高 位錯密度(~101QCm-2)，因此如何獲得低位錯密度A1N薄膜仍然是一個難題。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種A1N膜的制備方法，用該方法制備得到的A1N膜 具有鏡面光滑的無裂紋表面，高分辨X射線衍射(002)面搖擺曲線的半高寬《 255 arcsec， (105)面搖擺曲線的半高寬S 290 arcsec，刃位錯密度低于5xl08 cm'2， 4inmx,m范圍內表面平整度^ 0. 29nm的性能參數。實現本發(fā)明目的的技術方案是:一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于 1. 一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于1. 1在外延薄膜生長室中，以A1203、 SiC或Si為襯底，于800 850 'C溫度下 對襯底進行氮化10 30分鐘；1.2. 在500 765 。C下生長10 20 nm的AlN緩沖層；1.3. 在大于780 ^的環(huán)境下生長A1N外延層；1. 4.在生長A1N外延層的過程中，每生長100 500 nm的A1N外延層，就在500 765 。C下生長一層10 20 nm的AlN插入層，并采用生長中斷方法，中斷A1N 生長0.5 3分鐘，然后繼續(xù)在大于780 。C的環(huán)境下生長A1N外延層，如此循 環(huán)往復直至得到需要的層數。而且A1N插入層的數目為3 8層。而且每生長完一層A1N插入層，就中斷A1N生長0. 5 3分鐘，然后繼續(xù)生長 A1N外延層。而且生長完A1N緩沖層后，在生長A1N外延層的過程中，插入若干A1N插入 層，然后在78CTC以上以及Al/N原子數量比略大于1的條件下生長得到A1N外延層。而且A1N緩沖層采用脈沖原子層沉積生長法進行生長。而且所述的A1N緩沖層的生長，是在氮化后的襯底上先生長Al單原子層調制 極性，然后交替打開N、 A1源快門生長A1N緩沖層。而且在使用脈沖原子層沉積生長法生長ALN緩沖層的過程中，采用Al金屬源 與N源分別以脈沖形式，先后進入外延薄膜生長室生長出A1N層的模式，進行生長。本發(fā)明相比現有技術的優(yōu)點在于:可以獲得具有鏡面光滑無裂紋表面的A1N 膜，并達到高分辨X射線衍射(002)面搖擺曲線的半高寬S 255 arcsec， (105)面搖擺曲線的半高寬S 290 arcsec，刃位錯密度低于5xl08 cm'2， 4,x4pm范圍內表面平整度^ 0.29nm的性能參數。
圖1是用本發(fā)明方法制備的A1N外延薄膜的示意圖。 圖2是用本發(fā)明方法制備的A1N外延薄膜的截面透射電鏡圖片。
具體實施方式
參見圖1 2，以下將結合實施例對本發(fā)明做進一步說明。一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于 l.l在外延薄膜生長室中，以A1力3、 SiC或Si為襯底3，于800 850 。C溫度 下對襯底3進行氮化10 30分鐘；1.2. 在500 765 。C下生長10 20 nm的A1N (氮化鋁)緩沖層4;1.3. 在大于780 'C的環(huán)境下生長A1N外延層1;1.4. 在生長A1N外延層1的過程中，每生長100 500 nm的AlN外延層l，就 在500 765 。C下生長一層10 20 nm的AlN插入層2，并采用生長中斷方法， 中斷A1N生長0.5 3分鐘，然后繼續(xù)在大于780 。C的環(huán)境下生長A1N外延層 1，如此循環(huán)往復直至得到需要的層數。而且A1N插入層2的數目為3 8層。而且每生長完一層A1N插入層2，就中斷A1N生長0.5 3分鐘，然后繼續(xù)生 長A1N外延層1。而且生長完A1N緩沖層4后，在生長A1N外延層1的過程中，插入若干A1N 插入層2，然后在780°C以上以及Al/N原子數量比略大于1的條件下生長得到 A1N外延層1。而且A1N緩沖層4采用脈沖原子層沉積生長法進行生長。而且所述的A1N緩沖層4的生長，是在氮化后的襯底上先生長Al單原子層調 制極性，然后交替打開N、 A1源快門生長A1N緩沖層4。而且在使用脈沖原子層沉積生長法生長A1N緩沖層4的過程中，采用Al金屬 源與N源分別以脈沖形式，先后進入外延薄膜生長室生長出A1N層的模式，進 行生長。實施例一選擇兩英寸的A1A作為襯底3，在生長之前襯底3在810 。C下清潔10分鐘。 于800。C下對襯底3進行氮化10分鐘，然后在50(TC下生長10 nm的A1N緩沖 層4，接下來在78(TC下生長1.8to的AlN外延層l;在生長A1N外延層1的過 程中，每生長100nm的AlN外延層，就在500。C下生長一層10nm的AlN插入層 2，并中斷A1N生長0.5分鐘，然后繼續(xù)在800 'C生長A1N外延層1。實施例二選擇兩英寸的Si作為襯底3，在生長之前襯底3在810 'C下清潔10分鐘。 于85(TC下對襯底3進行氮化30分鐘，然后在765。C下生長20 nm的A1N緩沖 層4，再在80(TC下生長1. 8Mm的A1N外延層1;在生長A1N外延層1的過程中， 每生長500 nm的AlN外延層，就在765 。C下生長一層20 nm的AlN插入層2， 并中斷A1N生長3分鐘，接著繼續(xù)在800 。C下生長A1N外延層1， A1N插入層 2的數目為8層。
權利要求
1.一種AlN薄膜的制備方法，其特征在于1.1在外延薄膜生長室中，以Al2O3、SiC或Si為襯底，于800～850℃溫度下對襯底進行氮化10～30分鐘；1.2.在500～765℃下生長10～20nm的AlN緩沖層；1.3.在大于780℃的環(huán)境下生長AlN外延層；1.4.在生長AlN外延層的過程中，每生長100～500nm的AlN外延層，就在500～765℃下生長一層10～20nm的AlN插入層，并采用生長中斷方法，中斷AlN生長0.5～3分鐘，然后繼續(xù)在大于780℃的環(huán)境下生長AlN外延層，如此循環(huán)往復直至得到需要的層數。
2. 根據權利要求1所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于A1N插入層 的數目為3 8層。
3. 根據權利要求1所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于每生長完一 層A1N插入層，就中斷A1N生長0.5 3分鐘，然后繼續(xù)生長A1N外延層。
4. 根據權利要求1所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于:生長完A1N 緩沖層后，在生長A1N外延層的過程中，插入若干A1N插入層，然后在780'C 以上以及A1/N原子數量比略大于1的條件下生長得到A1N外延層。
5. 根據權利要求1所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于:A1N緩沖層采 用脈沖原子層沉積生長法進行生長。
6. 根據權利要求4所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于:所述的A1N 緩沖層的生長，是在氮化后的襯底上先生長A1單原子層調制極性，然后交替打 開N、 A1源快門生長A1N緩沖層。
7. 根據權利要求5或6所述的一種A1N薄膜的制備方法，其特征在于在使用脈沖原子層沉積生長法生長A1N緩沖層的過程中，采用Al金屬源與N源分別以 脈沖形式，先后進入外延薄膜生長室生長出A1N層的模式，進行生長。
全文摘要
一種AlN薄膜的制備方法，其獨到之處在于1.1在外延薄膜生長室中，以Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、SiC或Si為襯底，于800～850℃溫度下對襯底進行氮化10～30分鐘；1.2.在500～765℃下生長10～20nm的AlN緩沖層；1.3.在大于780℃的環(huán)境下生長AlN外延層；1.4.在生長AlN外延層的過程中，每生長100～500nm的AlN外延層，就在500～765℃下生長一層10～20nm的AlN插入層，并采用生長中斷方法，中斷AlN生長0.5～3分鐘，然后繼續(xù)在大于780℃的環(huán)境下生長AlN外延層，如此循環(huán)往復直至得到需要的層數。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以獲得具有鏡面光滑無裂紋表面的AlN膜，并達到高分辨X射線衍射(002)面搖擺曲線的半高寬≤255arcsec，(105)面搖擺曲線的半高寬≤290arcsec，刃位錯密度低于5×10<sup>8</sup>cm<sup>-2</sup>，4μm×4μm范圍內表面平整度≤0.29nm的性能參數。
文檔編號H01L21/20GK101335200SQ20081004868
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權日2008年8月1日
發(fā)明者付秋明, 博 劉, 昌 劉 申請人:武漢大學