本发明专利技术涉及一种生长在半导体衬底上的氮化铝膜及其制备方法和应用，该方法包括：清洗半导体衬底；氮化铝叠层制备，包括：采用ALD沉积工艺，在半导体衬底上生长第一AlN层；采用PVD沉积工艺，在第一AlN层表面上生长第二AlN层，得到一组氮化铝叠层；所述PVD沉积工艺的靶材为AlN靶材，温度范围在20℃‑300℃以内，PVD反应腔室的气压在0.1Pa‑2.0Pa以内，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1以上；至少执行一次所述氮化铝叠层的制备过程，得到至少一组氮化铝叠层；对氮化铝叠层进行退火，得到氮化铝膜，退火温度小于1300℃。本发明专利技术制备的氮化铝膜的质量、性能和生长速度都有所提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氮化铝膜，特别是涉及生长在半导体衬底上的氮化铝膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、a1n是一种宽禁带(6.2ev)，并具有直接带隙的重要蓝光和紫外发光材料，它的热导率高，硬度大，熔点高，可用于高温高功率的微电子器件和深紫外光电子器件。a1n化学性能稳定，热稳定性良好，击穿场强大(14kv/mm)，介电损耗小，机电耦合系数高，对外界环境如压力、温度、应力、气体等具有极高的灵敏性，且热膨胀系数与si、gaas等常用半导体材料相近，易与其它半导体工艺兼容。因此，a1n材料成为制作先进高功率发光器件(led、ld)、紫外探测器以及高功率高频电子器件的理想衬底材料，氮化铝薄膜是5g高频saw/baw滤波器及mems传感器中最优秀的压电材料。
2、大尺寸aln单晶制备困难是制约aln应用的关键问题。目前aln单晶主要采用物理气相外延(pvt，physical vapor transport)、mocvd或高温磁控溅射技术制备。但采用pvt和mocvd工艺制备aln，成本较高，且aln衬底的产业化还不成熟，有待技术的不断进步。相比于技术成熟的mocvd工艺，高温磁控溅射技术的制备aln薄膜的成本较低，但是高温磁控溅射制备的aln薄膜的质量往往比较差。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种生长在半导体衬底上的氮化铝膜及其制备方法和应用，采用ald工艺和低温低压环境下的pvd工艺制备氮化铝膜，提高了氮化铝膜的质量和性能，提高了氮化铝膜的生长速率。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，包括：清洗半导体衬底；氮化铝叠层制备；对所述氮化铝叠层进行退火；其中，所述氮化铝叠层制备过程包括：
3、采用ald沉积工艺，在所述半导体衬底上生长第一aln层；
4、采用pvd沉积工艺，在所述第一aln层表面上生长第二aln层，得到一组氮化铝叠层；所述pvd沉积工艺的靶材为aln靶材，所述pvd沉积工艺的温度范围在20℃-300℃以内，pvd反应腔室的气压在0.1pa-2.0pa以内，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1以上；
5、至少执行一次所述氮化铝叠层的制备过程，得到至少一组氮化铝叠层；
6、所述退火过程为，对生长有所述至少一组氮化铝叠层的半导体衬底进行退火，得到氮化铝膜，所述退火温度小于1300℃。
7、本申请实施例可以制备氮化铝薄膜，也可以制备氮化铝厚膜，只需控制氮化铝叠层的制备次数即可。
8、在其他实施例中，所述采用ald沉积工艺，在所述半导体衬底上生长第一aln层包括：
9、a.在ald反应腔室内放入所述半导体衬底，对所述ald反应腔室抽真空，真空度为1-2mtorr，对所述ald反应腔室进行加热，温度在小于300℃，在所述ald反应腔室内通入第一惰性气体作为载气；
10、b.在所述ald反应腔室内通入前驱体源tma，在所述半导体衬底上扩散吸附；
11、c.在所述ald反应腔室内通入第一惰性气体对所述半导体衬底表面进行吹扫，吹扫去多余的前驱体源tma；
12、d.在所述ald反应腔室内通入等离子体nh3，与吸附在所述半导体衬底上的前驱体源tma发生反应；
13、e.在所述ald反应腔室内通入第二惰性气体对所述半导体衬底表面进行吹扫，吹扫去多余的等离子体nh3和反应副产物；
14、f.重复若干次步骤b、c、d、e，得到预设厚度的第一aln层。
15、在其他实施例中，步骤a中所述ald反应腔室加热后的温度为200℃-250℃；
16、和/或，步骤b中，所述前驱体源tma温度保持在15℃-25℃，通入所述前驱体源tma的脉冲时间为0.01-1秒；
17、和/或，步骤c中，所述第一惰性气体吹扫时间为5-10秒；
18、和/或，步骤d中，在所述ald反应腔室内通入等离子体nh3的脉冲时间为10-15秒，射频功率为900w-1100w；
19、和/或，步骤e中，所述第一惰性气体和所述第二惰性气体不同，所述第二惰性气体的吹扫时间为10-15秒。
20、在其他实施例中，步骤a中所述ald反应腔室加热后的温度为220℃，所述第一惰性气体为氮气；
21、和/或，步骤b中，所述前驱体源tma温度保持在20℃，通入所述前驱体源tma的脉冲时间为0.08秒；
22、和/或，步骤c中，所述第一惰性气体吹扫时间为6秒；
23、和/或，步骤d中，在所述ald反应腔室内通入等离子体nh3的脉冲时间为12秒，射频功率为1000w；
24、和/或，步骤e中，所述第二惰性气体为氩气，所述第二惰性气体的吹扫时间为12秒。
25、在其他实施例中，所述pvd沉积工艺的温度为20℃、或100℃、或150℃。
26、在其他实施例中，所述pvd反应腔室的气压在0.3pa-1.5pa以内。
27、在其他实施例中，所述pvd反应腔室的气压在0.3pa、或0.5pa、或0.6pa、或1.5pa。
28、在其他实施例中，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1、2:1或3:1。
29、在其他实施例中，所述退火温度为1000℃，退火时间为0.5h-1h。
30、在其他实施例中，所述pvd沉积工艺中，pvd反应腔的本底真空度小于10-4pa，优选的，pvd反应腔的本底真空度在5.9*10-5pa至9.9*10-5pa以内，溅射功率在150w-500w以内，氩气流量在10sccm-20sccm以内，氮气流量在20sccm-60sccm以内。
31、另一方面，本申请实施例还提供了一种采用以上所述的氮化铝薄膜制备方法制备得到的氮化铝膜，所述氮化铝膜包括一组或多组氮化铝叠层。也就是说，该氮化铝膜可以为氮化铝薄膜，也可以为氮化铝厚膜。
32、另一方面，本申请实施例一种包括以上所述的氮化铝膜电器元件。
33、另一方面，本申请实施例一种所述的氮化铝薄膜制备方法、氮化铝膜或电器元件在材料或光电器件领域中的应用。
34、本专利技术中采用ald沉积工艺，在所述半导体衬底上生长第一aln层，再采用低温低压的pvd沉积工艺，在所述第一氮化铝膜表面上生长第二aln层，得到一组氮化铝叠层；之后对氮化铝叠层进行低温退火，得到氮化铝膜。其中，第一aln层作为半导体衬底和第二aln层之间的缓冲层，可以避免pvd过程制备的第二aln层与半导体衬底直接接触带来的晶格失配和应力过大的问题。
35、并且，本申请中的pvd沉积工艺的靶材为aln靶材，pvd沉积工艺的参数是低温低压的，即温度范围在20℃-300℃以内，pvd反应腔室的气压在0.1pa-2.0pa以内，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1以上。pvd工艺的低温过程，可以避免现有技本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，包括：清洗半导体衬底；氮化铝叠层制备；对所述氮化铝叠层进行退火；其中，所述氮化铝叠层制备过程包括：
2.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述PVD沉积工艺的温度为20℃、或100℃、或150℃。
3.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述PVD反应腔室的气压在0.3Pa-1.5Pa以内。
4.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述PVD反应腔室的气压在0.3Pa、或0.5Pa、或0.6Pa、或1.5Pa。
5.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1、2:1或3:1。
6.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述退火温度为1000℃，退火时间为0.5h-1h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述PVD沉积工艺中，PVD反应腔的本底真空度小于10-4Pa，溅射功率在150W-500W以内，氩气流量在10sccm-20sccm以内，氮气流量在20sccm-60sccm以内。
8.一种氮化铝膜，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的氮化铝膜制备方法制备得到，所述氮化铝膜包括一组或多组氮化铝叠层。
9.一种电器元件，其特征在于，所述电器元件包括权利要求8所述的氮化铝膜。
10.根据权利要求1-7任一项所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法、权利要求8所述的氮化铝膜或权利要求9所述的电器元件在材料或光电器件领域中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，包括：清洗半导体衬底；氮化铝叠层制备；对所述氮化铝叠层进行退火；其中，所述氮化铝叠层制备过程包括：
2.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述pvd沉积工艺的温度为20℃、或100℃、或150℃。
3.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述pvd反应腔室的气压在0.3pa-1.5pa以内。
4.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，所述pvd反应腔室的气压在0.3pa、或0.5pa、或0.6pa、或1.5pa。
5.根据权利要求1所述的生长在半导体衬底上的氮化铝膜制备方法，其特征在于，反应过程中的氮气和氩气的流量比例在1:1、2:1或3:1。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李东珂，皮孝东，陈通，殷婵玲，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
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