采用离子镀在生长衬底上制备氮化铝材料的方法技术

本发明专利技术提供一种采用离子镀在生长衬底上制备氮化铝材料的方法，涉及一种半导体电子器件的生产方法。该方法采用离子镀技术在生长衬底表面形成更强附着力、更高纯度的氮化铝薄膜层，且制备过程的工艺温度更低，镀膜效率更高。本发明专利技术方法包括如下步骤：步骤Ａ：选择具有择优取向的材料作为生长衬底，对生长衬底进行表面化学清洗，然后烘干；步骤Ｂ：将烘干后的衬底装入离子镀膜机中，抽真空；步骤Ｃ：然后通入氮气以及氩气，设置反应所需的弧电流、外加电压和占空比，使包括含铝靶源在内的反应物在离子镀膜机的反应室内、在一定的气压下进行沉积反应；步骤Ｄ：生成氮化铝的反应完成后原位保温或者退火，一段时间后取出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体电子器件的生产方法，特别是涉及一种采用离子镀 在生长衬底上制备氮化铝材料的方法。
技术介绍
氮化铝材料是近年来深受人们重视的宽禁带半导体材料，由于具有高击穿 场强、高热导率、高电阻率和高化学和热稳定性等特点，可广泛应用于电子器 件和集成电路等领域。由于氮化铝晶格常数与氮化镓材料相匹配，所以氮化铝材料广泛应用于生 长氮化镓材料的缓冲层。众所周之，氮化镓材料己广泛应用在半导体发光器件、 半导体激光器以及微波器件等领域。然而氮化镓没有成熟的体材料制备工艺， 缺少理想的生长衬底材料，当今都是采用晶格失配较大的蓝宝石材料作为衬底。 氮化铝和氮化镓之间具有匹配的晶格常数，氮化铝作为生长氮化镓的衬底，可 以生长出高晶体质量的氮化镓薄膜，是一种较理想的氮化镓生长衬底材料。但 是，氮化铝同样具有膜材料难制备、缺乏成熟的体材料制备工艺等难点。当前氮化铝材料的制备方法主要有氢化物气相沉积(HVPE)、激光脉冲沉积 (PLD)、磁控溅射等。其中HVPE法制成的是单晶A1N材料，其成本高，且不易 控制，获得的材料尺寸小。利用激光脉冲沉积和磁控溅射等方法制备的氮化铝 镀层附着力较弱，且纯度不理想，镀膜效率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种采用离子镀在生长衬底上制备氮化铝 材料的方法，该方法采用离子镀技术在衬底表面形成更强附着力、更高纯度的氮化铝镀膜层，镀膜效率更高，且不受尺寸限制。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种采用离子镀在生长衬底上制备氮化 铝材料的方法，包括如下步骤步骤A:选择具有择优取向的材料作为生长衬底，对生长衬底进行表面化学 清洗，然后烘干；步骤B:将烘干后的衬底装入离子镀膜机中，抽真空；步骤C:然后通入氮气以及氩气，设置反应所需的弧电流、外加电压和占空 比，使包括含铝靶源在内的反应物在离子镀膜机的反应室内、在一定的气压下 进行沉积反应；步骤D:生成氮化铝的反应完成后原位保温或者退火， 一段时间后取出。优选地:在所述步骤B中，包括将烘干后的衬底装入离子镀膜机中进行预热。优选地所述择优取向的材料为具有择优取向的蓝宝石衬底或者为具有择优 取向的硅衬底。优选地，所述对生长衬底进行表面化学清洗为采用酒精或者丙酮去除生长 衬底表面的油污，采用稀硫酸去除生长衬底表面的金属阳离子，然后用去离子 水冲洗干净。优选地所述含铝靶源为高纯铝材、氮化铝晶体或者氮化铝粉末压制的氮化 铝块材。优选地所述步骤C中，还设置反应所需的电压，电压包括直流偏压或脉冲 偏压这两种电压中的至少一种，其中，直流偏压在0V 100V之间，脉冲偏压在0V 500V之间。优选地所述步骤B中，真空度在l(T6Pa~l(T3Pa。优选地所述步骤B中预热温度80摄氏度 200摄氏度。优选地在所述步骤C中，反应室内气压控制在0.1Pa 1.0Pa。优选地在所述步骤C中，所述弧电流在40A 90A之间。优选地在所述步骤C中，所述占空比为15%~45%。 优选地在所述步骤D中，温度控制在200摄氏度 1300摄氏度。 本专利技术的有益效果如下-本专利技术使用的离子镀膜技术是一种物理气相沉积(PVD)技术，是在一种低气 压放电条件下，在磁场中的等离子气氛中形成电弧，电弧将耙源材料部分电离， 形成离子、原子、分子和其它中性粒子团，再经过扩散和电场下的离子轰击作 用，沉积在衬底(基体)表面，或者与衬底附近被活化、分解、电离的反应气体作 用，在衬底上沉积一层化合物薄膜的技术。离子镀膜具有镀层附着力强，镀层 纯度高，镀膜速率快，工艺温度低等优点，而且可以大规模工业化生产，成本 较低，是一种便于推广的成膜技术。相比现有技术，本专利技术具有在生长衬底上 更高效地生长氮化铝的特点，且生长衬底上的氮化铝附着力强，不容易脱落， 且镀层纯度高，整个制备过程工艺温度也更低，非常适合大规模工业化生产， 成本很低，而且镀膜的尺寸不局限小寸尺，可以更大，如6英寸、8英寸，这样 可以与硅集成电路相匹配。 说明书附图图l是氮化铝镀层结构。图2利用本专利技术方法得到的一种氮化铝晶体薄膜XRD曲线图。 图3是利用本专利技术方法得到的另一种氮化铝晶体薄膜XRD曲线图。 图4是利用EDS测试得到的氮化铝薄膜的表面的成分元素百分比表格。 图5是EDS —元素面扫描得到的氮化铝薄膜的表面氮元素成份的分布图。图6是EDS —元素面扫描得到的氮化铝薄膜的表面铝元素成份的分布图。 具体实施例方式本专利技术提供了一种成本较低、便于推广的氮化铝材料的制备方法，采用了离 子镀膜机，选择铝或者氮化铝块材为靶材，在氮气或者氩气或两者混合气的氛 围中，参看附图说明图1所示，在具有择优取向的衬底1上沉积一层具有择优取向的氮 化铝材料2。本专利技术可以获得氮化铝粉末、薄膜及可自由支撑的厚膜材料。本专利技术的两种方案如下第一种方案为选用纯度大于99.95%的铝材为靶源，反应室中通入纯度高于 99.99%的氮气作为反应气体，同时可以通入高纯氩气作为辅助气体。离子镀膜 机靶源附近的电弧将部分铝材电离为铝离子、铝原子及其粒子团，氮气在电场 及等离子体氛围中活化或电离为氮离子，在衬底附近，铝离子和氮离子结合为 氮化铝，沉积在衬底表面，形成一层致密的氮化铝材料。第二种方案为选用氮化铝晶体或者氮化铝粉末压制的氮化铝块材为靶源， 反应室中通入高纯氩气作为轰击气体，同时可以通入氮气作为辅助气体，靶源 在电弧及电场作用下，分解为氮化铝分子、铝离子、氮离子等粒子，氮气作为 辅助气体，等离子体氛围中活化电离为氮离子，在衬底附近可以中和靶源电离 出的过多的铝离子，同氮化铝分子一同沉积在衬底表面，形成一层致密的氮化 铝材料。具体地说，本专利技术通过以下步骤实现的 1 、选择具有(000l)面择优取向的蓝宝石衬底或者具有(l 1 l)面择优取向的硅 衬底，在装入离子镀膜机反应室之前对需要清洗的衬底进行必要的化学清洗。 例如，采用酒精或者丙酮去除表面油污，采用稀硫酸去除表面的金属离子等， 最后用去离子水冲洗干净后烘干。2、将衬底装入离子镀膜机反应室中，对反应室进行抽真空，本底真空达到 1(^Pa以上，对反应室进行预加热，温度控制在100摄氏度以下。3、 选择铝或者氮化铝块材为靶源。如果选择铝为靶源，选择纯度大于99.95% 的铝为靶源，在反应室中通入氮气或者氩气或者两者的混合气体，在反应室中 通入纯度大于99.99%的氮气作为反应气体，同时也可以通入氩气作为辅助气体， 调整氮气和氩气的比例(0<&: Ar《1)，根据反应室的空间大小调整气体的流量， 气压在0.1Pa 1.0Pa之间；如果选择氮化铝块材与耙源，可以利用氮化铝晶体材 料，也可以利用氮化铝粉末压制烧结得到的块材，反应室中通入氩气或者通入 少量氮气作为辅助气体。调整气压、弧电流、占空比、外加电压等参数，气压调整在0.1 Pa ~1.0 Pa 之间，弧电流在40A 90A之间，占空比为15%~45%之间，外加电压为直流 偏压0V 100V之间，脉冲偏压0V 500V之间；镀膜沉积氮化铝材料。4、 原位保温或者退火，选择真空退火或者保护气体气氛退火，退火或者保 温温度范围200°C-1000°C，完成氮化铝材料的制备工艺。根据以上方法，并对参数进行适当调整，可以得到不同择优取向，不同沉积 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用离子镀在生长衬底上制备氮化铝材料的方法，包括如下步骤：　步骤Ａ：选择具有择优取向的材料作为生长衬底，对生长衬底进行表面化学清洗，然后烘干；　步骤Ｂ：将烘干后的衬底装入离子镀膜机中，抽真空；　步骤Ｃ：然后通入氮气以及 氩气，设置反应所需的弧电流、外加电压和占空比，使包括含铝靶源在内的反应物在离子镀膜机的反应室内、在一定的气压下进行沉积反应；　步骤Ｄ：生成氮化铝的反应完成后原位保温或者退火，一段时间后取出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王光绪，江风益，熊传兵，汪延明，陶喜霞，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]