一種AlN薄膜的制備方法技術

本發明專利技術涉及寬禁帶半導體的制備領域，特別涉及一種(100)擇優取向的AlN薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)襯底預處理；(2)靶材預處理；(3)采用離子束輔助沉積技術，Ar+離子束濺射沉積Al膜，N+離子束轟擊Al膜，在襯底上形成AlN緩沖層；(4)N2、Ar以及NH3混合氣體下，采用磁控濺射沉積技術，在AlN緩沖層上形成AlN薄膜。該方法制得的薄膜(100)擇優取向生長,且薄膜質量優良。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及寬禁帶半導體的制備領域，特別涉及一種(100)擇優取向的AlN薄膜的制備方法。
技術介紹
AlN薄膜材料作為一種重要的寬禁帶直接帶隙半導體材料，具有許多非常優異的物理化學性能，例如：優異的表聲波速率、低熱膨脹系數、高化學穩定性、高電阻率、高熱導率、高硬度、高熔點、寬禁帶、大擊穿場強、低介電損耗等。不同擇優取向的AlN薄膜具有不同的性質，對于多晶AlN薄膜來說，薄膜在生長過程中容易形成(002)擇優取向，其制備較容易。現有技術多對(002)擇優取向的薄膜進行探索，而對(100)擇優取向的AlN薄膜研究較少，本專利技術提供一種(100)擇優取向的AlN薄膜的制備方法，為拓寬AlN薄膜的應用提供了條件。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種AlN薄膜的制備方法，使得該方法制得的薄膜(100)擇優取向生長,且薄膜質量優良。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術手段：一種AlN薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)襯底預處理；(2)靶材預處理；(3)采用離子束輔助沉積技術，Ar+離子束濺射沉積Al膜，N+離子束轟擊Al膜，在襯底上形成AlN緩沖層；(4)N2、Ar以及NH3混合氣體下，采用磁控濺射沉積技術，在AlN緩沖層上形成AlN薄膜。優選地，襯底預處理包括濕法清洗與干法刻蝕清洗。可選地，干法刻蝕清洗為在磁控濺射系統內設置離子源，通過離子源轟擊清洗襯底。更優地，采用N+離子束和Ar+離子束共同對襯底干法刻蝕清洗。優選地，靶材預處理包括通Ar靶材預濺射和通N2靶材預濺射。優選地，磁控濺射系統內設置離子束輔助沉積裝置，在磁控濺射系統內進行離子束輔助沉積。優選地，磁控濺射沉積AlN薄膜時NH3含量占2％～5％。優選地，磁控濺射沉積AlN薄膜分次進行，NH3含量依次逐漸增多。優選地，磁控濺射濺射電源采用脈沖電源。優選地，磁控濺射時Ar與N2體積之比為1:1。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：本專利技術濺射時引入NH3,NH3在高壓電場下電離出N和H的正離子和電子，N的正離子在電場作用下去輔助轟擊靶材，H的正離子誘導AlN在(100)晶面擇優生長，制備了(100)擇優取向的AlN薄膜；并且離子束輔助沉積緩沖層的生長，使得形成Al-N鍵的同時，增強Al、N與襯底表面原子混合，使薄膜與襯底附著性強；并且緩沖層的存在使得之后AlN薄膜能夠同質生長，薄膜結晶質量好、晶格缺陷少。具體實施方式為了更好的理解本專利技術，下面通過實施例對本專利技術進一步說明，實施例只用于解釋本專利技術，不會對本專利技術構成任何的限定。本專利技術實施例所用磁控濺射系統為復合鍍膜系統，包括離子源清洗系統、離子束輔助沉積系統以及磁控濺射鍍膜系統。通過離子源清洗系統對襯底進一步清洗；通過離子束輔助沉積系統形成AlN緩沖層；通過磁控濺射鍍膜系統生長AlN薄膜。本專利技術采用理學D/MAX-2200型X射線衍射儀(XRD)來表征AlN薄膜的結構；用中科院化學所本原納米儀器公司生產的CSPM-3100型原子力顯微鏡(AFM)來觀察薄膜表面的形貌、顆粒大小及表面粗糙度；薄膜附著性通過冷熱循環法表征，在0°冰水混合物中保持5分鐘，然后立即放入100°沸水中保持5分鐘，如此冷熱循環若干個周期。對比例一種AlN薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)襯底預處理；襯底預處理包括襯底預處理包括濕法清洗與離子源轟擊清洗。襯底選用精拋光的單晶Si(100)；濕法清洗：精將拋光的單晶Si(100)浸入丙酮溶液中進行超聲波處理15分鐘,然后在混合液1(去離子水：過氧化氫：氟水＝5：2：l)中煮沸5分鐘,再用混合液2(去離子水：過氧化氫：鹽酸＝7：2：1)煮沸5分鐘,最后在去離子水中進行超聲波處理20分鐘,以除去硅片表面可能存在的有機物,取出后放入充入純N2的烘干箱中加熱至100℃烘干1小時。離子源轟擊清洗：將清洗過的單晶Si(100)襯底放置于磁控濺射復合系統的離子源清洗系統樣品臺上，關閉腔體；Ar+離子束對襯底干法刻蝕清洗15min。(2)靶材預處理；將Al靶安裝在磁控濺射復合系統內，正常啟動磁控濺射儀器，對腔體抽真空至1×10-5Pa，沉積前先將擋板擋上，充入Ar氣，將Al靶材先預濺射15min，以除去靶面的Al2O3層。(3)N2、Ar混合氣體下，采用脈沖反應磁控濺射沉積技術，形成AlN薄膜。工藝參數設置：靶基距為4.5cm，濺射氣壓為0.5Pa，Ar與N2含量各占50％，濺射功率為150W,襯底溫度為75℃，脈沖頻率30kHz,占空比為50％，沉積時間為60min。XRD結果顯示，本實施例AlN薄膜只在36°附近出AlN(002)晶面衍射峰，說明薄膜在(002)面擇優生長；AFM三維視圖顯示薄膜表面粗糙，其均方根粗糙度(RMS)為4.7nm；附著性通過冷熱循環10周期之后開始脫落。實施例1一種AlN薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)襯底預處理；襯底預處理包括襯底預處理包括濕法清洗與離子源轟擊清洗。襯底選用精拋光的單晶Si(100)；濕法清洗：精將拋光的單晶Si(100)浸入丙酮溶液中進行超聲波處理15分鐘,然后在混合液1(去離子水：過氧化氫：氟水＝5：2：l)中煮沸5分鐘,再用混合液2(去離子水：過氧化氫：鹽酸＝7：2：1)煮沸5分鐘,最后在去離子水中進行超聲波處理20分鐘,以除去硅片表面可能存在的有機物,取出后放入充入純N2的烘干箱中加熱至100℃烘干1小時。離子源轟擊清洗：將清洗過的單晶Si(100)襯底放置于磁控濺射復合系統的離子源清洗系統樣品臺上，關閉腔體；Ar+離子束對襯底干法刻蝕清洗15min。(2)靶材預處理；將Al靶安裝在磁控濺射復合系統內，正常啟動磁控濺射儀器，對腔體抽真空至1×10-5Pa，沉積前先將擋板擋上，充入Ar氣，將Al靶材先預濺射15min，以除去靶面的Al2O3層。(3)采用離子束輔助沉積技術，用2500V/50mA的Ar+離子束濺射沉積Al膜，2500V/10mA的N+離子束轟擊Al膜，輔助沉積30min在襯底上形成AlN緩沖層；(4)旋轉樣品臺，使其從離子束輔助沉積鍍膜位置旋轉至磁控濺射鍍膜位置，N2、Ar以及NH3混合氣體下，采用脈沖反應磁控濺射沉積技術，在AlN緩沖層上形成AlN薄膜。工藝參數設置：靶基距為4.5cm，濺射氣壓為0.5Pa，NH3含量占4％，Ar與N2含量各占48％，濺射功率為150W,襯底溫度為75℃，脈沖頻率30kHz,占空比為50％，沉積時間為60min。XRD結果顯示，本實施例AlN薄膜只在33°附近出AlN(100)晶面衍射峰，說明薄膜在(100)面擇優生長；AFM三維視圖顯示薄膜表面光滑平整、均勻一致，其均方根粗糙度(RMS)為3.7nm；附著性通過冷熱循環13周期之后開始脫落。實施例2一種AlN薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)襯底預處理；襯底預處理包括襯底預處理包括濕法清洗與離子源轟擊清洗。襯底選用精拋光的單晶Si(100)；濕法清洗：精將拋光的單晶Si(100)浸入丙酮溶液中進行超聲波處理15分鐘,然后在混合液1(去離子水：過氧化氫：氟水＝5：2：l)中煮沸5分鐘,再用混合液2(去離子水：過氧化氫：鹽酸＝7：2：1)煮沸5分鐘,最后在去離子水中進行超聲波處理20分鐘,以除去硅片表面可能存在的有機物,取出后放入充本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種AlN薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)襯底預處理；(2)靶材預處理；(3)采用離子束輔助沉積技術，Ar+離子束濺射沉積Al膜，N+離子束轟擊Al膜，在襯底上形成AlN緩沖層；(4)N2、Ar以及NH3混合氣體下，采用磁控濺射沉積技術，在AlN緩沖層上形成AlN薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種AlN薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)襯底預處理；(2)靶材預處理；(3)采用離子束輔助沉積技術，Ar+離子束濺射沉積Al膜，N+離子束轟擊Al膜，在襯底上形成AlN緩沖層；(4)N2、Ar以及NH3混合氣體下，采用磁控濺射沉積技術，在AlN緩沖層上形成AlN薄膜。2.根據權利要求1所述AlN薄膜的制備方法，其特征在于：襯底預處理包括濕法清洗與干法刻蝕清洗。3.根據權利要求2所述AlN薄膜的制備方法，其特征在于：干法刻蝕清洗為在磁控濺射系統內設置離子源，通過離子源轟擊清洗襯底。4.根據權利要求3所述AlN薄膜的制備方法，其特征在于：采用N+離子束和Ar+離子束共同對襯底干法刻蝕清洗。5.根據權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王文慶，
申請(專利權)人：東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44