CN101335200A - 一种AlN薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种AlN薄膜的制备方法，其独到之处在于：1.1在外延薄膜生长室中，以Al2O3、SiC或Si为衬底，于800～850℃温度下对衬底进行氮化10～30分钟；1.2.在500～765℃下生长10～20nm的AlN缓冲层；1.3.在大于780℃的环境下生长AlN外延层；1.4.在生长AlN外延层的过程中，每生长100～500nm的AlN外延层，就在500～765℃下生长一层10～20nm的AlN插入层，并采用生长中断方法，中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续在大于780℃的环境下生长AlN外延层，如此循环往复直至得到需要的层数。本发明的优点在于：可以获得具有镜面光滑无裂纹表面的AlN膜，并达到高分辨X射线衍射(002)面摇摆曲线的半高宽≤255arcsec，(105)面摇摆曲线的半高宽≤290arcsec，刃位错密度低于5×108cm－2，4μm×4μm范围内表面平整度≤0.29nm的性能参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜的制备方法，特别是一种AlN薄膜的制备方法。
背景技术
随着第一代硅半导体材料及第二代砷化镓半导体材料的不断深入研究，其器件的应用也越来越趋于极限。现代科技也在更多的领域需要耐高温、高频率、大功率、化学稳定性好及可以在强辐射环境中工作的材料，因此第三代半导体(即宽禁带半导体，禁带宽度大于2.2eV)受到了人们的极大关注，这些材料包括AlN、SiC、GaN等。其中AlN是第三代直接宽带隙半导体材料的代表，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度以及高的化学稳定性等特点。尤其是AlN与Si、GaAs等常用半导体材料的热膨胀系数相近和兼容性强的特点，使AlN薄膜可用于制作大功率微电子器件、声表面波器件和紫外探测器等。但是由于AlN与蓝宝石衬底之间较大的晶格失配以及AlN薄膜内的高位错密度(～1010cm-2)，因此如何获得低位错密度AlN薄膜仍然是一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AlN膜的制备方法，用该方法制备得到的AlN膜具有镜面光滑的无裂纹表面，高分辨X射线衍射(002)面摇摆曲线的半高宽≤255 arcsec，(105)面摇摆曲线的半高宽≤290 arcsec，刃位错密度低于5×108cm-2，4μm×4μm范围内表面平整度≤0.29nm的性能参数。
实现本发明目的的技术方案是：一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：
1.一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：
1.1在外延薄膜生长室中，以Al2O3、SiC或Si为衬底，于800～850℃温度下对衬底进行氮化10～30分钟；
1.2.在500～765℃下生长10～20nm的AlN缓冲层；
1.3.在大于780℃的环境下生长AlN外延层；
1.4.在生长AlN外延层的过程中，每生长100～500nm的AlN外延层，就在500～765℃下生长一层10～20nm的AlN插入层，并采用生长中断方法，中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续在大于780℃的环境下生长AlN外延层，如此循环往复直至得到需要的层数。
而且AlN插入层的数目为3～8层。
而且每生长完一层AlN插入层，就中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续生长AlN外延层。
而且生长完AlN缓冲层后，在生长AlN外延层的过程中，插入若干AlN插入层，然后在780℃以上以及Al/N原子数量比略大于1的条件下生长得到AlN外延层。
而且AlN缓冲层采用脉冲原子层沉积生长法进行生长。
而且所述的AlN缓冲层的生长，是在氮化后的衬底上先生长Al单原子层调制极性，然后交替打开N、Al源快门生长AlN缓冲层。
而且在使用脉冲原子层沉积生长法生长ALN缓冲层的过程中，采用Al金属源与N源分别以脉冲形式，先后进入外延薄膜生长室生长出AlN层的模式，进行生长。
本发明相比现有技术的优点在于：可以获得具有镜面光滑无裂纹表面的AlN膜，并达到高分辨X射线衍射(002)面摇摆曲线的半高宽≤255 arcsec，(105)面摇摆曲线的半高宽≤290arcsec，刃位错密度低于5×108cm-2，4μm×μm范围内表面平整度≤0.29nm的性能参数。
附图说明
图1是用本发明方法制备的AlN外延薄膜的示意图。
图2是用本发明方法制备的AlN外延薄膜的截面透射电镜图片。
具体实施方式
参见图1～2，以下将结合实施例对本发明做进一步说明。
一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：
1.1在外延薄膜生长室中，以Al2O3、SiC或Si为衬底3，于800～850℃温度下对衬底3进行氮化10～30分钟；
1.2.在500～765℃下生长10～20nm的AlN(氮化铝)缓冲层4；
1.3.在大于780℃的环境下生长AlN外延层1；
1.4.在生长AlN外延层1的过程中，每生长100～500nm的AlN外延层1，就在500～765℃下生长一层10～20nm的AlN插入层2，并采用生长中断方法，中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续在大于780℃的环境下生长AlN外延层1，如此循环往复直至得到需要的层数。
而且AlN插入层2的数目为3～8层。
而且每生长完一层AlN插入层2，就中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续生长AlN外延层1。
而且生长完AlN缓冲层4后，在生长AlN外延层1的过程中，插入若干AlN插入层2，然后在780℃以上以及Al/N原子数量比略大于1的条件下生长得到AlN外延层1。
而且AlN缓冲层4采用脉冲原子层沉积生长法进行生长。
而且所述的AlN缓冲层4的生长，是在氮化后的衬底上先生长Al单原子层调制极性，然后交替打开N、Al源快门生长AlN缓冲层4。
而且在使用脉冲原子层沉积生长法生长AlN缓冲层4的过程中，采用Al金属源与N源分别以脉冲形式，先后进入外延薄膜生长室生长出AlN层的模式，进行生长。
实施例一：
选择两英寸的Al2O3作为衬底3，在生长之前衬底3在810℃下清洁10分钟。于800℃下对衬底3进行氮化10分钟，然后在500℃下生长10nm的AlN缓冲层4，接下来在780℃下生长1.8μm的AlN外延层1；在生长AlN外延层1的过程中，每生长100nm的AlN外延层，就在500℃下生长一层10nm的AlN插入层2，并中断AlN生长0.5分钟，然后继续在800℃生长AlN外延层1。
实施例二：
选择两英寸的Si作为衬底3，在生长之前衬底3在810℃下清洁10分钟。于850℃下对衬底3进行氮化30分钟，然后在765℃下生长20nm的AlN缓冲层4，再在800℃下生长1.8μm的AlN外延层1；在生长AlN外延层1的过程中，每生长500nm的AlN外延层，就在765℃下生长一层20nm的AlN插入层2，并中断AlN生长3分钟，接着继续在800℃下生长AlN外延层1，AlN插入层2的数目为8层。
Claims (7)
1.一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：
1.1在外延薄膜生长室中，以Al2O3、SiC或Si为衬底，于800～850℃温度下对衬底进行氮化10～30分钟；
1.2.在500～765℃下生长10～20nm的AlN缓冲层；
1.3.在大于780℃的环境下生长AlN外延层；
1.4.在生长AlN外延层的过程中，每生长100～500nm的AlN外延层，就在500～765℃下生长一层10～20nm的AlN插入层，并采用生长中断方法，中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续在大于780℃的环境下生长AlN外延层，如此循环往复直至得到需要的层数。
2.根据权利要求1所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：AlN插入层的数目为3～8层。
3.根据权利要求1所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：每生长完一层AlN插入层，就中断AlN生长0.5～3分钟，然后继续生长AlN外延层。
4.根据权利要求1所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：生长完AlN缓冲层后，在生长AlN外延层的过程中，插入若干AlN插入层，然后在780℃以上以及Al/N原子数量比略大于1的条件下生长得到AlN外延层。
5.根据权利要求1所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：AlN缓冲层采用脉冲原子层沉积生长法进行生长。
6.根据权利要求4所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：所述的AlN缓冲层的生长，是在氮化后的衬底上先生长Al单原子层调制极性，然后交替打开N、Al源快门生长AlN缓冲层。
7.根据权利要求5或6所述的一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于：在使用脉冲原子层沉积生长法生长AlN缓冲层的过程中，采用Al金属源与N源分别以脉冲形式，先后进入外延薄膜生长室生长出AlN层的模式，进行生长。
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