一种AlN薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及宽禁带半导体的制备领域，特别涉及一种(100)择优取向的AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底预处理；(2)靶材预处理；(3)采用离子束辅助沉积技术，Ar+离子束溅射沉积Al膜，N+离子束轰击Al膜，在衬底上形成AlN缓冲层；(4)N2、Ar以及NH3混合气体下，采用磁控溅射沉积技术，在AlN缓冲层上形成AlN薄膜。该方法制得的薄膜(100)择优取向生长,且薄膜质量优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及宽禁带半导体的制备领域，特别涉及一种(100)择优取向的AlN薄膜的制备方法。
技术介绍
AlN薄膜材料作为一种重要的宽禁带直接带隙半导体材料，具有许多非常优异的物理化学性能，例如：优异的表声波速率、低热膨胀系数、高化学稳定性、高电阻率、高热导率、高硬度、高熔点、宽禁带、大击穿场强、低介电损耗等。不同择优取向的AlN薄膜具有不同的性质，对于多晶AlN薄膜来说，薄膜在生长过程中容易形成(002)择优取向，其制备较容易。现有技术多对(002)择优取向的薄膜进行探索，而对(100)择优取向的AlN薄膜研究较少，本专利技术提供一种(100)择优取向的AlN薄膜的制备方法，为拓宽AlN薄膜的应用提供了条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种AlN薄膜的制备方法，使得该方法制得的薄膜(100)择优取向生长,且薄膜质量优良。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底预处理；(2)靶材预处理；(3)采用离子束辅助沉积技术，Ar+离子束溅射沉积Al膜，N+离子束轰击Al膜，在衬底上形成AlN缓冲层；(4)N2、Ar以及NH3混合气体下，采用磁控溅射沉积技术，在AlN缓冲层上形成AlN薄膜。优选地，衬底预处理包括湿法清洗与干法刻蚀清洗。可选地，干法刻蚀清洗为在磁控溅射系统内设置离子源，通过离子源轰击清洗衬底。更优地，采用N+离子束和Ar+离子束共同对衬底干法刻蚀清洗。优选地，靶材预处理包括通Ar靶材预溅射和通N2靶材预溅射。优选地，磁控溅射系统内设置离子束辅助沉积装置，在磁控溅射系统内进行离子束辅助沉积。优选地，磁控溅射沉积AlN薄膜时NH3含量占2％～5％。优选地，磁控溅射沉积AlN薄膜分次进行，NH3含量依次逐渐增多。优选地，磁控溅射溅射电源采用脉冲电源。优选地，磁控溅射时Ar与N2体积之比为1:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术溅射时引入NH3,NH3在高压电场下电离出N和H的正离子和电子，N的正离子在电场作用下去辅助轰击靶材，H的正离子诱导AlN在(100)晶面择优生长，制备了(100)择优取向的AlN薄膜；并且离子束辅助沉积缓冲层的生长，使得形成Al-N键的同时，增强Al、N与衬底表面原子混合，使薄膜与衬底附着性强；并且缓冲层的存在使得之后AlN薄膜能够同质生长，薄膜结晶质量好、晶格缺陷少。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。本专利技术实施例所用磁控溅射系统为复合镀膜系统，包括离子源清洗系统、离子束辅助沉积系统以及磁控溅射镀膜系统。通过离子源清洗系统对衬底进一步清洗；通过离子束辅助沉积系统形成AlN缓冲层；通过磁控溅射镀膜系统生长AlN薄膜。本专利技术采用理学D/MAX-2200型X射线衍射仪(XRD)来表征AlN薄膜的结构；用中科院化学所本原纳米仪器公司生产的CSPM-3100型原子力显微镜(AFM)来观察薄膜表面的形貌、颗粒大小及表面粗糙度；薄膜附着性通过冷热循环法表征，在0°冰水混合物中保持5分钟，然后立即放入100°沸水中保持5分钟，如此冷热循环若干个周期。对比例一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底预处理；衬底预处理包括衬底预处理包括湿法清洗与离子源轰击清洗。衬底选用精抛光的单晶Si(100)；湿法清洗：精将抛光的单晶Si(100)浸入丙酮溶液中进行超声波处理15分钟,然后在混合液1(去离子水：过氧化氢：氟水＝5：2：l)中煮沸5分钟,再用混合液2(去离子水：过氧化氢：盐酸＝7：2：1)煮沸5分钟,最后在去离子水中进行超声波处理20分钟,以除去硅片表面可能存在的有机物,取出后放入充入纯N2的烘干箱中加热至100℃烘干1小时。离子源轰击清洗：将清洗过的单晶Si(100)衬底放置于磁控溅射复合系统的离子源清洗系统样品台上，关闭腔体；Ar+离子束对衬底干法刻蚀清洗15min。(2)靶材预处理；将Al靶安装在磁控溅射复合系统内，正常启动磁控溅射仪器，对腔体抽真空至1×10-5Pa，沉积前先将挡板挡上，充入Ar气，将Al靶材先预溅射15min，以除去靶面的Al2O3层。(3)N2、Ar混合气体下，采用脉冲反应磁控溅射沉积技术，形成AlN薄膜。工艺参数设置：靶基距为4.5cm，溅射气压为0.5Pa，Ar与N2含量各占50％，溅射功率为150W,衬底温度为75℃，脉冲频率30kHz,占空比为50％，沉积时间为60min。XRD结果显示，本实施例AlN薄膜只在36°附近出AlN(002)晶面衍射峰，说明薄膜在(002)面择优生长；AFM三维视图显示薄膜表面粗糙，其均方根粗糙度(RMS)为4.7nm；附着性通过冷热循环10周期之后开始脱落。实施例1一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底预处理；衬底预处理包括衬底预处理包括湿法清洗与离子源轰击清洗。衬底选用精抛光的单晶Si(100)；湿法清洗：精将抛光的单晶Si(100)浸入丙酮溶液中进行超声波处理15分钟,然后在混合液1(去离子水：过氧化氢：氟水＝5：2：l)中煮沸5分钟,再用混合液2(去离子水：过氧化氢：盐酸＝7：2：1)煮沸5分钟,最后在去离子水中进行超声波处理20分钟,以除去硅片表面可能存在的有机物,取出后放入充入纯N2的烘干箱中加热至100℃烘干1小时。离子源轰击清洗：将清洗过的单晶Si(100)衬底放置于磁控溅射复合系统的离子源清洗系统样品台上，关闭腔体；Ar+离子束对衬底干法刻蚀清洗15min。(2)靶材预处理；将Al靶安装在磁控溅射复合系统内，正常启动磁控溅射仪器，对腔体抽真空至1×10-5Pa，沉积前先将挡板挡上，充入Ar气，将Al靶材先预溅射15min，以除去靶面的Al2O3层。(3)采用离子束辅助沉积技术，用2500V/50mA的Ar+离子束溅射沉积Al膜，2500V/10mA的N+离子束轰击Al膜，辅助沉积30min在衬底上形成AlN缓冲层；(4)旋转样品台，使其从离子束辅助沉积镀膜位置旋转至磁控溅射镀膜位置，N2、Ar以及NH3混合气体下，采用脉冲反应磁控溅射沉积技术，在AlN缓冲层上形成AlN薄膜。工艺参数设置：靶基距为4.5cm，溅射气压为0.5Pa，NH3含量占4％，Ar与N2含量各占48％，溅射功率为150W,衬底温度为75℃，脉冲频率30kHz,占空比为50％，沉积时间为60min。XRD结果显示，本实施例AlN薄膜只在33°附近出AlN(100)晶面衍射峰，说明薄膜在(100)面择优生长；AFM三维视图显示薄膜表面光滑平整、均匀一致，其均方根粗糙度(RMS)为3.7nm；附着性通过冷热循环13周期之后开始脱落。实施例2一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底预处理；衬底预处理包括衬底预处理包括湿法清洗与离子源轰击清洗。衬底选用精抛光的单晶Si(100)；湿法清洗：精将抛光的单晶Si(100)浸入丙酮溶液中进行超声波处理15分钟,然后在混合液1(去离子水：过氧化氢：氟水＝5：2：l)中煮沸5分钟,再用混合液2(去离子水：过氧化氢：盐酸＝7：2：1)煮沸5分钟,最后在去离子水中进行超声波处理20分钟,以除去硅片表面可能存在的有机物,取出后放入充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)衬底预处理；(2)靶材预处理；(3)采用离子束辅助沉积技术，Ar+离子束溅射沉积Al膜，N+离子束轰击Al膜，在衬底上形成AlN缓冲层；(4)N2、Ar以及NH3混合气体下，采用磁控溅射沉积技术，在AlN缓冲层上形成AlN薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)衬底预处理；(2)靶材预处理；(3)采用离子束辅助沉积技术，Ar+离子束溅射沉积Al膜，N+离子束轰击Al膜，在衬底上形成AlN缓冲层；(4)N2、Ar以及NH3混合气体下，采用磁控溅射沉积技术，在AlN缓冲层上形成AlN薄膜。2.根据权利要求1所述AlN薄膜的制备方法，其特征在于：衬底预处理包括湿法清洗与干法刻蚀清洗。3.根据权利要求2所述AlN薄膜的制备方法，其特征在于：干法刻蚀清洗为在磁控溅射系统内设置离子源，通过离子源轰击清洗衬底。4.根据权利要求3所述AlN薄膜的制备方法，其特征在于：采用N+离子束和Ar+离子束共同对衬底干法刻蚀清洗。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文庆，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44