[发明专利]降低立方氮化硼薄膜应力的方法无效

申请号：	200810119797.1	申请日：	2008-09-10
公开（公告）号：	CN101671846A	公开（公告）日：	2010-03-17
发明（设计）人：	范亚明;张兴旺;谭海仁;陈诺夫	申请（专利权）人：	中国科学院半导体研究所
主分类号：	C30B29/38	分类号：	C30B29/38;C30B29/06;C30B31/00;C23C14/06
代理公司：	中科专利商标代理有限责任公司	代理人：	汤保平
地址：	100083北***	国省代码：	北京;11
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摘要：
搜索关键词：	降低立方氮化薄膜应力方法
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及超硬薄膜沉积技术领域，特别是一种降低立方氮化硼薄膜应力的制备方法。

背景技术

立方氮化硼(c-BN)是一种超硬、宽带隙、高热导率、高电阻率、高热稳定性和化学稳定性的III-V族化合物半导体材料。它与金刚石、碳化硅和氮化镓一起被称为是继硅、锗及砷化镓之后的第三代半导体材料，这其中又以c-BN的综合性能最为优异，在高温、高频、大功率电子器件方面有着广泛的应用前景。目前，人们已能够运用多种物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)的方法制备c-BN薄膜。在c-BN薄膜的各种制备技术中，普遍使用荷能离子(50-1000eV)轰击，使得所沉积薄膜中存在较高的内应力，厚度超过200nm的c-BN薄膜很容易从衬底表面自动脱落，满足不了工业涂层和微电子技术发展的需要。因而降低c-BN薄膜的内应力对于c-BN的应用前景有着非常重要的意义。

从上世纪80年代末开始，各研究小组采取各种手段来降低c-BN薄膜中的内应力，如增加过渡层或缓冲层，提高沉积温度或后退火处理，降低轰击离子的能量或采用成核和生长分步控制，以及利用离子辐射等，这些方法在一定程度上降低了c-BN薄膜中的内应力，提高了薄膜的粘附性，但效果不甚显著。此外，对于c-BN薄膜在高温、高频、大功率电子器件的应用方面，高温退火、高温沉积、离子辐射、缓冲层等方法都受到一定的限制，如高温以及离子辐照对于半导体器件内部各层之间以及金属与半导体接触方面都有着重要的影响，而缓冲层则直接影响到了器件结构的设计。如果能通过掺杂降低c-BN薄膜的内应力，对于实现c-BN薄膜作为半导体材料和工业涂层两方面的应用都有着重要的意义。

发明内容

针对当前对c-BN薄膜材料应力研究的现状，本发明的目的在于提供一种降低立方氮化硼薄膜应力的制备方法，从而有效的降低c-BN薄膜的内应力。利用离子束辅助沉积技术制备c-BN薄膜，在制备过程中引入少量的硅到c-BN薄膜中，从而降低c-BN薄膜的内应力。通过调整硅靶伸入主离子源轰击范围内所占靶材面积的大小来实现不同的硅掺杂浓度。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种降低立方氮化硼薄膜应力的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一硅衬底；

步骤2：将硅衬底置于离子束辅助沉积系统上，用高纯硼靶作为立方氮化硼薄膜沉积的溅射靶，硅靶作为掺杂源；

步骤3：将衬底加热；

步骤4：离子束辅助沉积系统采用两个能够独立调节考夫曼宽束离子源，主离子源采用Ar⁺离子轰击硼靶与硅靶，同时以Ar⁺及N₂⁺的混合离子束作为辅助离子源轰击衬底，使衬底上沉积形成立方氮化硼薄膜；

步骤5：在离子束辅助沉积系统中将衬底降温；

步骤6：取出制备后的衬底，进行应力参数测试，完成制备。

其中硅衬底为硅(001)单晶衬底。

其中离子束辅助沉积系统的背景真空度为1×10^-5Pa。

其中沉积立方氮化硼薄膜时衬底温度T_s为200-800℃，工作气体压强P_D为1.0-5.0×10^-2Pa。

其中沉积立方氮化硼薄膜时主离子源Ar⁺的离子能量为U₁，U₁的取值范围1200-1500eV，束流密度为J₁，J₁的取值范围200-400μA/cm²。