專利名稱：一種AlN薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)背景隨著第一代硅半導(dǎo)體材料及第二代砷化鎵半導(dǎo)體材料的不斷深入研究，其 器件的應(yīng)用也越來越趨于極限?，F(xiàn)代科技也在更多的領(lǐng)域需要耐高溫、高頻率、 大功率、化學(xué)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(dǎo)體 (即寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度大于2. 2eV)受到了人們的極大關(guān)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(dǎo)體材料的代表，具有寬帶 隙、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和漂移速度以及高的化學(xué)穩(wěn)定性 等特點。尤其是A1N與Si、 GaAs等常用半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)表面平整度^ 0. 29nm的性能參數(shù)。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)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(fù)直至得到需要的層數(shù)。而且A1N插入層的數(shù)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(shù)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(diào)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(xiàn)有技術(shù)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(nèi)表面平整度^ 0.29nm的性能參數(shù)。


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(jié)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(fù)直至得到需要的層數(shù)。而且A1N插入層2的數(shù)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(shù)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(diào) 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(shù)目為8層。
權(quán)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(fù)直至得到需要的層數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)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(shù)目為3 8層。
3. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(shù)量比略大于1的條件下生長得到A1N外延層。
5. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(diào)制極性，然后交替打 開N、 A1源快門生長A1N緩沖層。
7. 根據(jù)權(quán)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(fù)直至得到需要的層數(shù)。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5×10⁸cm^-2，4μm×4μm范圍內(nèi)表面平整度≤0.29nm的性能參數(shù)。
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(quán)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(xué)