CN102296278A - 一种氮化铝薄膜的制备方法 - Google Patents

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万军
夏洋
李超波
刘键
陈波
黄成强
石莎莉
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Abstract

本发明涉及一种用原子层沉积设备制备氮化铝薄膜的方法。所述制备方法，包括如下步骤：将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；向原子层沉积设备反应腔中通入含铝物质，含碳物质与硅衬底表面发生化学反应，使得含铝物质中的铝原子吸附在硅衬底表面；向原子层沉积设备反应腔中通入含氮物质，含氮物质与硅衬底表面发生卤代反应，含氮物质中的氮氮原子与硅衬底表面的铝原子形成铝氮键，待反应完全后，硅衬底表面即生成氮化铝薄膜结构。本发明利用ALD设备和常见的前躯体，在常温低压下就能制备出氮化铝薄膜，并且可有效的降低能耗，提高氮化铝薄膜的均一性和降低薄膜粗糙度，而且在制作过程中还能有效的降低Al水解带来的不利影响。

Description

一种氮化铝薄膜的制备方法
技术领域
 本发明涉及氮化铝薄膜制备技术领域，具体涉及一种用原子层沉积设备制备氮化铝薄膜的方法。
背景技术
氮化铝(AlN) 是一种性能优良的宽能隙直接带隙结构的化合物半导体材料。具有击穿电场高、热导率高、电导率高和稳定性高等特性。高质量的氮化铝还有极高的声传播速率、较小的声波损耗和大压电耦合常数，以及和Si想匹配的热膨胀系数，电绝缘性好且无毒等特性。目前被广泛的用于微电子、光学领域，在声表面器件(SAW)制造领域有广阔的应用前景。
SAW器件具有体积小、重量轻；工作时不需外加偏压且功率消耗小，可处理复杂信号等特点。AlN 薄膜应用于SAW 器件中, 要求其具有多晶优化取向和较低的表面粗糙度。目前制备氮化铝薄膜的方法仍然局限于传统的CVD、溅射、分子束外延等，其制备的薄膜在均一性和粗糙度方面仍然有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化铝薄膜的制备方法，所述方法可提高氮化铝薄膜的均一性和降低氮化铝薄膜的粗糙度。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种氮化铝薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含铝物质，所述含碳物质与所述硅衬底表面发生化学反应，使得所述含铝物质中的铝原子吸附在所述硅衬底表面；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氮物质，所述含氮物质与所述硅衬底表面发生卤代反应，所述含氮物质中的氮氮原子与所述硅衬底表面的铝原子形成铝氮键，待反应完全后，所述硅衬底表面即生成氮化铝薄膜结构。
上述方案中，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括：所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，所述硅衬底处理后的表面含有硅氢键。
上述方案中，所述含铝物质为溴化铝溶液。
上述方案中，所述溴化铝的流速为25ccm-200sccm，进气时间为0.5s-1s。
上述方案中，所述含氮物质为氨气。
上述方案中，所述氮气的流速为10sccm-100sccm，进气时间为0.5s-1s。
上述方案中，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含铝物质或含氮物质的步骤之前还包括：向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气。
与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明利用ALD设备和常见的前躯体，在常温低压下就能制备出氮化铝薄膜，并且可有效的降低能耗，提高氮化铝薄膜的均一性和降低薄膜粗糙度，而且在制作过程中还能有效的降低Al水解带来的不利影响。
附图说明
图1为本发明实施例中硅衬底表面经过处理的形成Si-H键的示意图；
图2为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入溴化铝并与硅衬底发生反应的示意图；
图3为本发明实施例中硅衬底表面完全被铝吸附后的示意图；
图4为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入氮气并于硅衬底表面铝原子发生反应的示意图；
图5为本发明实施例中硅衬底表面铝原子反应完全后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
本实施例提供一种氮化铝薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤101，通过标准液和氢氟酸处理单晶硅（001）衬底的表面，在硅衬底表面形成硅氢键，如图1所示，其中，标准液是指：1号液，浓硫酸:双氧水=4:1；2号液，氨水:纯净水:双氧水=1:5:1；3号液，盐酸:双氧水:纯净水=1:1:6；
步骤102，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗；
步骤103，开启设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积设备反应腔中通入溴化铝AlBr3，溴化铝是以饱和蒸发的方式通过载气进入到反应腔中，载气的速率为30sccm，进气时间为0.5s，溴化铝中的铝原子与硅衬底表面发生化学反应，铝原子吸附在硅衬底表面，如图2所示，反应式为：                                               ；反应时间为5s，反应完全后的结果如图3所示；
步骤104，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗；
步骤105，向原子层沉积设备反应腔中通入氨气NH3，氨气是以饱和蒸发的方式通过载气进入到反应腔中，载气的流速为20sccm，进气时间为0.5s，氨气与硅衬底表面发生卤代反应，氨气中的氢原子与硅衬底表面的溴原子生成副产物HBr而排除到反应腔外，氨气中的氮原子与铝原子形成Al-N键，如图4所示，反应式为：；硅衬底表面铝原子反应完全后，如图5所示，硅衬底表面形成氮化铝薄膜结构；
步骤106，根据所需要厚度，重复以上步骤102和步骤105，即可在硅衬底上逐层生出氮化铝薄膜结构。
本实施例中，步骤102和步骤104中还可以使用氩气对原子层沉积反应腔进行清洗。
本发明通过在ALD设备反应腔体中通入含铝的化合物，该物质通过化学反应和衬底相互作用，使得铝元素吸附在衬底表面。在此基础上再向腔体中通入含氮的物质，该物质中的官能团和铝中未反应的官能团相互作用形成副产物排除到腔体外。剩下的铝、氮原子则在衬底晶体结构的作用下形成立方形的氮化铝。重复以上过程，即可得到厚度可控的氮化铝薄膜结构。
本发明利用ALD设备和常见的前躯体就能在常温低压下制备出氮化铝，并且可有有效的降低能耗，提高薄膜的均一性和降低粗糙度，而且在制作过程中还能有效的降低Al水解带来的不利影响，优于目前的CVD、溅射等方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含铝物质，所述含碳物质与所述硅衬底表面发生化学反应，使得所述含铝物质中的铝原子吸附在所述硅衬底表面；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氮物质，所述含氮物质与所述硅衬底表面发生卤代反应，所述含硅质中的氮原子与所述硅衬底表面的铝原子形成铝硅键，待反应完全后，所述硅衬底表面即生成氮化铝薄膜结构。
2.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括：所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，所述硅衬底处理后的表面含有硅氢键。
3.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述含铝物质为溴化铝溶液。
4.如权利要求3所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述溴化铝的流速为25ccm-200sccm，进气时间为0.5s-1s。
5.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述含氮物质为氨气。
6.如权利要求5所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述氨气的流速为10sccm-100sccm，时间为0.5s-1s。
7.如权利要求1所述的氮化铝薄膜的制备方法，其特征在于，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质或含氮物质的步骤之前还包括：向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气。
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