專利名稱：一種氮化鋁薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鋁薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用原子層沉積設(shè)備制備氮化鋁薄膜的方法。
背景技術(shù)：
氮化鋁(AlN)是一種性能優(yōu)良的寬能隙直接帶隙結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體材料。具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高和穩(wěn)定性高等特性。高質(zhì)量的氮化鋁還有極高的聲傳播速率、較小的聲波損耗和大壓電耦合常數(shù)，以及和Si想匹配的熱膨脹系數(shù)，電絕緣性好且無毒等特性。目前被廣泛的用于微電子、光學(xué)領(lǐng)域，在聲表面器件(SAW)制造領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。SAW器件具有體積小、重量輕；工作時不需外加偏壓且功率消耗小，可處理復(fù)雜信號等特點。AlN薄膜應(yīng)用于SAW器件中，要求其具有多晶優(yōu)化取向和較低的表面粗糙度。 目前制備氮化鋁薄膜的方法仍然局限于傳統(tǒng)的CVD、濺射、分子束外延等，其制備的薄膜在均一性和粗糙度方面仍然有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鋁薄膜的制備方法，所述方法可提高氮化鋁薄膜的均一性和降低氮化鋁薄膜的粗糙度。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種氮化鋁薄膜的制備方法，包括如下步驟 將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；
向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含鋁物質(zhì)，所述含碳物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得所述含鋁物質(zhì)中的鋁原子吸附在所述硅襯底表面；
向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含氮物質(zhì)，所述含氮物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，所述含氮物質(zhì)中的氮氮原子與所述硅襯底表面的鋁原子形成鋁氮鍵，待反應(yīng)完全后，所述硅襯底表面即生成氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)。上述方案中，所述將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中的步驟之前還包括 所述硅襯底的表面經(jīng)過標準液和氫氟酸處理，所述硅襯底處理后的表面含有硅氫鍵。上述方案中，所述含鋁物質(zhì)為溴化鋁溶液。上述方案中，所述溴化鋁的流速為25CCm-200sCCm，進氣時間為0. 5s-ls0上述方案中，所述含氮物質(zhì)為氨氣。上述方案中，所述氮氣的流速為lOsccm-lOOsccm，進氣時間為0. 5s-ls0上述方案中，所述在向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含鋁物質(zhì)或含氮物質(zhì)的步驟之前還包括向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氬氣或氮氣。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下
本發(fā)明利用ALD設(shè)備和常見的前軀體，在常溫低壓下就能制備出氮化鋁薄膜，并且可有效的降低能耗，提高氮化鋁薄膜的均一性和降低薄膜粗糙度，而且在制作過程中還能有效的降低Al水解帶來的不利影響。


圖1為本發(fā)明實施例中硅襯底表面經(jīng)過處理的形成Si-H鍵的示意圖2為本發(fā)明實施例中向原子層沉積反應(yīng)腔通入溴化鋁并與硅襯底發(fā)生反應(yīng)的示意
圖3為本發(fā)明實施例中硅襯底表面完全被鋁吸附后的示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例中向原子層沉積反應(yīng)腔通入氮氣并于硅襯底表面鋁原子發(fā)生反應(yīng)的示意圖5為本發(fā)明實施例中硅襯底表面鋁原子反應(yīng)完全后的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細描述。本實施例提供一種氮化鋁薄膜的制備方法，具體包括如下步驟
步驟101，通過標準液和氫氟酸處理單晶硅(001)襯底的表面，在硅襯底表面形成硅氫鍵，如圖1所示，其中，標準液是指1號液，濃硫酸雙氧水=4:1 ;2號液，氨水純凈水 雙氧水=1 5 1 ;3號液，鹽酸雙氧水純凈水=1:1:6;
步驟102，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氮氣30秒，對反應(yīng)腔進行清洗； 步驟103，開啟設(shè)備，調(diào)整工作參數(shù)，達到實驗所需工作環(huán)境；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入溴化鋁AlBr3,溴化鋁是以飽和蒸發(fā)的方式通過載氣進入到反應(yīng)腔中，載氣的速率為30sCCm，進氣時間為0. 5s，溴化鋁中的鋁原子與硅襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋁原子吸附在硅襯底表面，如圖2所示，反應(yīng)式為 Si- H +JilUi-A+HBr ；反應(yīng)時間為5s，反應(yīng)完全后的結(jié)果如圖3所示； 步驟104，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氮氣30秒，對反應(yīng)腔進行清洗； 步驟105，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氨氣NH3，氨氣是以飽和蒸發(fā)的方式通過載氣進入到反應(yīng)腔中，載氣的流速為20sCCm，進氣時間為0. 5s，氨氣與硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，氨氣中的氫原子與硅襯底表面的溴原子生成副產(chǎn)物HBr而排除到反應(yīng)腔外，氨氣中的氮原子與鋁原子形成Al-N鍵，如圖4所示，反應(yīng)式為:AI-Br + NH3^AI-N+ HBrt ； 硅襯底表面鋁原子反應(yīng)完全后，如圖5所示，硅襯底表面形成氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)；
步驟106，根據(jù)所需要厚度，重復(fù)以上步驟102和步驟105，即可在硅襯底上逐層生出氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)。本實施例中，步驟102和步驟104中還可以使用氬氣對原子層沉積反應(yīng)腔進行清洗。本發(fā)明通過在ALD設(shè)備反應(yīng)腔體中通入含鋁的化合物，該物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)和襯底相互作用，使得鋁元素吸附在襯底表面。在此基礎(chǔ)上再向腔體中通入含氮的物質(zhì)，該物質(zhì)中的官能團和鋁中未反應(yīng)的官能團相互作用形成副產(chǎn)物排除到腔體外。剩下的鋁、氮原子則在襯底晶體結(jié)構(gòu)的作用下形成立方形的氮化鋁。重復(fù)以上過程，即可得到厚度可控的氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明利用ALD設(shè)備和常見的前軀體就能在常溫低壓下制備出氮化鋁，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，而且在制作過程中還能有效的降低Al 水解帶來的不利影響，優(yōu)于目前的CVD、濺射等方法。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含鋁物質(zhì)，所述含碳物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得所述含鋁物質(zhì)中的鋁原子吸附在所述硅襯底表面；向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含氮物質(zhì)，所述含氮物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，所述含硅質(zhì)中的氮原子與所述硅襯底表面的鋁原子形成鋁硅鍵，待反應(yīng)完全后， 所述硅襯底表面即生成氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中的步驟之前還包括所述硅襯底的表面經(jīng)過標準液和氫氟酸處理， 所述硅襯底處理后的表面含有硅氫鍵。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述含鋁物質(zhì)為溴化鋁溶液。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述溴化鋁的流速為 25ccm-200sccm，進氣時間為 0. 5s_ls。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述含氮物質(zhì)為氨氣。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述氨氣的流速為 10sccm-100sccm,時間為 0. 5s_ls。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化鋁薄膜的制備方法，其特征在于，所述在向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)或含氮物質(zhì)的步驟之前還包括向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氬氣或氮氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用原子層沉積設(shè)備制備氮化鋁薄膜的方法。所述制備方法，包括如下步驟將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含鋁物質(zhì)，含碳物質(zhì)與硅襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得含鋁物質(zhì)中的鋁原子吸附在硅襯底表面；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含氮物質(zhì)，含氮物質(zhì)與硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，含氮物質(zhì)中的氮氮原子與硅襯底表面的鋁原子形成鋁氮鍵，待反應(yīng)完全后，硅襯底表面即生成氮化鋁薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用ALD設(shè)備和常見的前軀體，在常溫低壓下就能制備出氮化鋁薄膜，并且可有效的降低能耗，提高氮化鋁薄膜的均一性和降低薄膜粗糙度，而且在制作過程中還能有效的降低Al水解帶來的不利影響。
文檔編號C23C16/34GK102296278SQ20111028743
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者萬軍, 劉鍵, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 石莎莉, 陳波, 饒志鵬, 黃成強 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所