專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜AlN薄膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種c軸傾斜AlN薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
由于第一代硅半導(dǎo)體材料及第二代砷化鎵半導(dǎo)體材料在器件應(yīng)用方面趨于極限， 而A1N作為第三代直接寬帶隙半導(dǎo)體材料的代表，具有高熱導(dǎo)率、高硬度、高熔點(diǎn)以及化學(xué) 穩(wěn)定性高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大和介電損耗低的特點(diǎn)，尤其是AlN與Si、GaAs等常用半導(dǎo)體材料的熱 膨脹系數(shù)相近且生長(zhǎng)工藝兼容性強(qiáng)，因此受到了人們的極大關(guān)注。另外，在所有無(wú)機(jī)非鐵性 壓電材料中，聲波沿AIN晶體c軸方向的傳輸速度最大。因此，具有良好c軸取向的AIN薄 膜還是優(yōu)秀的聲表面波器件和體波器件材料。當(dāng)以AIN薄膜制成的體聲波壓電質(zhì)量傳感器 對(duì)液體微質(zhì)量負(fù)載進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，壓電振子的長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式使聲波能量的絕大部分被液 體吸收從而降低傳感器的測(cè)試靈敏度甚至造成傳感器停振的現(xiàn)象，而以厚度剪切模式工作 的壓電振子將減小聲波在液體中的能量損耗小，有利于提高傳感器的品質(zhì)因數(shù)和靈敏度， 因此生長(zhǎng)可激發(fā)厚度剪切模式體聲波的c軸傾斜AlN取向薄膜十分必要。但是由于AIN薄 膜與Si、 GaAs等襯底之間較大的晶格失配以及c軸傾斜角度控制性較差，因此如何實(shí)現(xiàn)c 軸傾斜取向AIN薄膜的可控生長(zhǎng)仍然是一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜AIN薄膜的制備方法，能 夠克服A1N薄膜與Si、GaAs等襯底之間較大的晶格失配以及c軸傾斜角度控制性較差的問(wèn) 題。將該方法生長(zhǎng)的AIN薄膜作為壓電諧振傳感器的壓電層時(shí)，可減小聲波在液體中的能 量損耗，有助于提高傳感器的品質(zhì)因數(shù)和靈敏度。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，它包括以下步驟 1、一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜取向AlN薄膜制備方法，其特征在于，包括以下 步驟 1)、選取襯底，清洗襯底表面； 2)、將襯底固定在載有襯底托的轉(zhuǎn)盤(pán)上，放入磁控濺射儀反應(yīng)腔內(nèi)，以99. 999%高 純Al為靶材，反應(yīng)腔內(nèi)真空度抽到0. 4mPa ; 3)、通入氬氣，使反應(yīng)腔室的氣壓達(dá)到1 10Pa，對(duì)Al耙預(yù)濺射10min，除去Al耙 表面自然生成的氧化層，襯底溫度控制在200 500°C ，通入N2，使真空腔室的氣壓為0. 2 20Pa ; 4)、旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心重合，調(diào)節(jié)工作氣壓為5 20Pa，
N2 : Ar = 18 : 12，在襯底上生長(zhǎng)20 100nm非晶A1N薄膜作為緩沖層； 5)、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心偏離5 20° ;6)、調(diào)低工作氣壓為0. 1 5Pa，生長(zhǎng)溫度為200 500°C ，在A1N同質(zhì)緩沖層上生
長(zhǎng)厚度為500 2000nm的c軸傾斜取向A1N薄膜。
其中，所述的襯底包括Si、Mo、Pt、Au或其組合，即在Si襯底上沉積一層金屬層。
其中，所述的Si襯底上金屬層利用物理氣相沉積法生長(zhǎng)，厚度為50 200nm。
本發(fā)明調(diào)節(jié)襯底與靶材中心偏離的角度，可得到傾斜角度不同的c軸取向A1N薄膜。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明提供一種c軸傾斜取向AlN薄膜可控生長(zhǎng)方法，采用磁控濺射沉積技術(shù)，在 不改變實(shí)驗(yàn)裝置和增加輔助物的前提下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)使襯底與靶材中心偏離 生長(zhǎng)不同角度的c軸傾斜取向AIN薄膜，操作簡(jiǎn)單，控制更精確。采用在Si襯底上沉積一層金屬層，厚度為50 200nm，緩解A1N薄膜與Si、 GaAs 等襯底之間的熱失配及導(dǎo)電性的問(wèn)題，亦可用作后期器件中的電極，簡(jiǎn)化器件的制備過(guò)程。
采用較高工作氣壓生長(zhǎng)非晶AlN薄膜作為同質(zhì)緩沖層，能減小AlN薄膜與Si、GaAs 等襯底之間的晶格失配，有助于傾斜c軸A1N薄膜的形成。 本發(fā)明所生長(zhǎng)的AlN薄膜表面平整、結(jié)構(gòu)致密，具有傾斜c軸擇優(yōu)取向，通過(guò)控制 轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)角度，可根據(jù)實(shí)際需要生長(zhǎng)不同傾斜角度的A1N薄膜。


圖1是本發(fā)明方法所生長(zhǎng)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例1中在p型(100)晶向Si與金屬鉬(Mo)的組合襯底上
生長(zhǎng)c軸傾斜取向AlN薄膜的x射線衍射e-2e掃描曲線。 圖3是本發(fā)明方法實(shí)施例1中在p型(100)晶向Si與金屬鉬(Mo)的組合襯底上 生長(zhǎng)c軸傾斜A1N薄膜的截面形貌圖。 圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例1中在p型(100)晶向Si與金屬鉬(Mo)的組合襯底上 生長(zhǎng)c軸傾斜A1N薄膜的表面形貌圖。 其中1一一Si襯底，2—一金屬層，3—一非晶A1N薄膜緩沖層，4一一c軸傾斜取向 A1N薄膜層。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明的生長(zhǎng)方法和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例一 在p型(100)晶向Si襯底上沉積金屬鉬(Mo)后再生長(zhǎng)c軸傾斜取向A1N薄膜的 具體步驟如下(結(jié)合參閱圖，其中) 1、選取沉積一層100nm的金屬鉬(2)的p型(100)晶向Si襯底(l)，依次用丙酮、 無(wú)水乙醇和去離子水清洗； 2、將Si襯底(1)固定在載有襯底托的轉(zhuǎn)盤(pán)上，放入磁控濺射儀反應(yīng)腔內(nèi)，以 99. 999%高純Al為靶材，反應(yīng)腔真空度抽到0. 4mPa ; 3、通入氬氣，使真空腔室的氣壓達(dá)到5Pa，對(duì)Al靶預(yù)濺射10min，除去Al靶表面自 然生成的氧化層，襯底溫度控制在30(TC，通入^，使真空腔室的氣壓為10Pa ;
4、旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心重合，調(diào)節(jié)工作氣壓為10Pa， N2 : Ar =18 : 12，生長(zhǎng)厚50nm的非晶AlN薄膜(3)作為緩沖層；
5、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心偏離5。； 6、調(diào)節(jié)工作氣壓為1Pa，在A1N緩沖層(3)上生長(zhǎng)c軸傾斜取向A1N薄膜(4)，厚 度為lOOOnm ; 在該實(shí)施例中，我們對(duì)以沉積了金屬鉬(2)的p型(100)晶向硅為襯底生長(zhǎng)c軸
傾斜取向A1N薄膜(4)進(jìn)行了測(cè)試分析，包括x射線衍射e-2e掃描和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯 微鏡(FESEM)分析。其中，A1N薄膜的X射線如圖2所示，在圖中可以看到僅在36。處出現(xiàn) (002)衍射峰，未見(jiàn)其它位置的衍射峰，表明所獲得AlN薄膜沿c軸(002)晶面擇優(yōu)取向生 長(zhǎng)，說(shuō)明該薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好。圖3和圖4分別為所得c軸傾斜取向A1N薄膜截面SEM圖 和表面SEM圖，從圖中可以看出，AlN薄膜與c軸傾斜30。，且柱狀晶排列整齊、致密。通過(guò) 對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度的控制，使襯底與靶材中心偏離不同角度，可得到不同c軸傾斜取向AlN薄 膜，為進(jìn)一步制作高性能A1N薄膜壓電質(zhì)量傳感器及SAW器件奠定了良好的材料和工藝技 術(shù)基礎(chǔ)。 實(shí)施例二 在p型(100)晶向硅襯底上沉積金屬鉑(Pt)后再生長(zhǎng)c軸傾斜取向AlN薄膜的 具體步驟如下(結(jié)合參閱圖，其中) 1、選取沉積一層100nm的金屬鉑(2)的p型(100)晶向Si襯底(l)，依次用丙酮、 無(wú)水乙醇和去離子水清洗； 2、將Si襯底(1)固定在載有襯底托的轉(zhuǎn)盤(pán)上，放入磁控濺射儀反應(yīng)腔內(nèi)，以 99. 999%高純Al為靶材，反應(yīng)腔真空度抽到0. 4mPa ; 3、通入氬氣，使真空腔室的氣壓達(dá)到5Pa，對(duì)Al靶預(yù)濺射10min，除去Al靶表面自
然生成的氧化層，襯底溫度控制在30(TC，通入^，使真空腔室的氣壓為10Pa ; 4、、旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心重合，調(diào)節(jié)工作氣壓為10Pa， N2 : Ar
=18 : 12，生長(zhǎng)厚50nm的非晶AlN薄膜(3)作為緩沖層； 5、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心偏離10° ; 6、調(diào)節(jié)工作氣壓為1Pa，在A1N緩沖層(3)上生長(zhǎng)c軸傾斜取向A1N薄膜(4)。 實(shí)施例三 在p型(100)晶向Si襯底上沉積金屬金(Au)后再生長(zhǎng)c軸傾斜取向A1N薄膜的 具體步驟如下(結(jié)合參閱圖，其中) 1、選取沉積一層100nm的金屬金(2)的p型(100)晶向Si襯底(l)，依次用丙酮、 無(wú)水乙醇和去離子水清洗； 2、將Si襯底(1)固定在載有襯底托的轉(zhuǎn)盤(pán)上，放入磁控濺射儀反應(yīng)腔內(nèi)，以 99. 999%高純Al為靶材，反應(yīng)腔真空度抽到0. 4mPa 3、通入氬氣，使真空腔室的氣壓達(dá)到5Pa，對(duì)Al靶預(yù)濺射10min，除去Al靶表面自
然生成的氧化層，襯底溫度控制在30(TC，通入^，使真空腔室的氣壓為10Pa; 4、、旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心重合，調(diào)節(jié)工作氣壓為10Pa， N2 : Ar
=18 : 12，生長(zhǎng)厚50nm的非晶AlN薄膜(3)作為緩沖層； 5、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心偏離20° ; 6、調(diào)節(jié)工作氣壓為1Pa，在A1N緩沖層(3)上生長(zhǎng)c軸傾斜取向A1N薄膜(4)。
權(quán)利要求
一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜取向AlN薄膜制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)、選取襯底，清洗襯底表面；2)、將襯底固定在載有襯底托的轉(zhuǎn)盤(pán)上，放入磁控濺射儀反應(yīng)腔內(nèi)，以99.999％高純Al為靶材，反應(yīng)腔內(nèi)真空度抽到0.4mPa；3)、通入氬氣，使反應(yīng)腔室的氣壓達(dá)到1～10Pa，對(duì)Al靶預(yù)濺射10min，除去Al靶表面自然生成的氧化層，襯底溫度控制在200～500℃，通入N2，使真空腔室的氣壓為0.2～20Pa；4)、旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心重合，調(diào)節(jié)工作氣壓為5～20Pa，N2∶Ar＝18∶12，在襯底上生長(zhǎng)20～100nm非晶AlN薄膜作為緩沖層；5)、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)載有襯底的轉(zhuǎn)盤(pán)，使襯底與靶材中心偏離5～20°；6)、調(diào)低工作氣壓為0.1～5Pa，生長(zhǎng)溫度為200～500℃，在AlN同質(zhì)緩沖層上生長(zhǎng)厚度為500～2000nm的c軸傾斜取向AlN薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜取向A1N薄膜制備方法，其 特征在于其中所述的襯底材料包括Si、Mo、Pt、Au或其組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜取向A1N薄膜制備方法，其 特征在于所述的Si襯底上金屬層利用物理氣相沉積法生長(zhǎng)，厚度為50 200nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜取向A1N薄膜制備方法，其 特征在于調(diào)節(jié)襯底與靶材中心偏離5 20° ，可得到傾斜角度不同的c軸取向A1N薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有同質(zhì)緩沖層的c軸傾斜AlN薄膜的制備方法，它采用磁控濺射的方法在以Si、Mo、Pt、Au或其組合為襯底上，生成非晶AlN薄膜緩沖層，再以調(diào)節(jié)襯底與靶材中心偏離角度的方式，生長(zhǎng)傾斜角度不同的c軸取向AlN薄膜。本發(fā)明能夠克服AlN薄膜與Si、GaAs等襯底之間較大的晶格失配以及c軸傾斜角度控制性較差的問(wèn)題。將該方法生長(zhǎng)的AlN薄膜作為壓電諧振傳感器的壓電層時(shí)，可減小聲波在液體中的能量損耗，有助于提高傳感器的品質(zhì)因數(shù)和靈敏度。
文檔編號(hào)C23C14/58GK101775584SQ20101002894
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者吳雯, 杜鵬飛, 熊娟, 胡明哲, 陳侃松, 顧豪爽 申請(qǐng)人:湖北大學(xué)