[发明专利]一种AlN薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，具体公开一种AlN薄膜的制备方法。所述制备方法为：将清洗后的衬底放入反应腔内，并对衬底进行热处理；向所述反应腔内通入氮源；将所述反应腔内的温度升至预设的第一温度，并向所述反应腔内通入Al源，以进行AlN层的生长；当达到预设条件时，停止向所述反应腔内通入Al源，并将所述反应腔内的温度降至预设的第二温度，以终止当前AlN层的生长；重复进行N‑1次所述步骤c至所述步骤d的操作，以生长出包括N层AlN层的AlN薄膜，其中，N为大于1的整数。本发明采用重复生长的方法生长AlN薄膜，能够在较低温度生长高质量AlN外延薄膜，具有很宽的工艺窗口。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种AlN薄膜的制备方法。

背景技术

作为第三代氮化物半导体材料，氮化铝具有宽的禁带宽度，因此氮化铝及其合金材料、器件广泛应用于紫外探测，发展前景十分广阔。

AlN薄膜常用的生长方法是外延法，如金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)。AlN薄膜在生长过程中存在许多技术难题，如Al原子在衬底表面的迁移活性低，AlN与衬底材料晶格失配大等，而且采用MOCVD的生长方法，AlN薄膜会出现裂纹、位错密度极高等问题。一般通常采用在AlN衬底上外延生长AlN薄膜来解决晶格失配的问题，但Al原子在表面的迁移活性仍然无法解决。目前一般采用高于1300℃的生长温度以及低的V/III比等工艺条件，提高AlN薄膜的外延质量。然而，高温对生长设备的要求较高，对设备备件产生极大的损耗，且工艺结构较为复杂，极大增加了工程化生产的成本和难度，不利于紫外探测器的发展和应用。

发明内容

针对现有Al原子在衬底表面的迁移活性低，AlN薄膜晶体质量差等问题，本发明提供一种AlN薄膜的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种AlN薄膜的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

步骤a、将清洗后的衬底放入反应腔内，并对衬底进行热处理；

步骤b、向所述反应腔内通入氮源；

步骤c、将所述反应腔内的温度升至预设的第一温度，并向所述反应腔内通入Al源，以进行AlN层的生长；

步骤d、当达到预设条件时，停止向所述反应腔内通入Al源，并将所述反应腔内的温度降至预设的第二温度，以终止当前AlN层的生长；

步骤e、重复进行N-1次所述步骤c至所述步骤d的操作，以生长出包括N层AlN层的AlN薄膜，其中，N为大于1的整数。

上述步骤d中的预设条件以AlN层的厚度为标准，即达到了AlN层的预设厚度，即可停止向所述反应腔内通入Al源。

可选的，步骤a中，所述热处理的条件为：氢气气氛，热处理温度为800℃-1300℃，热处理时间为300s-2000s。

可选的，步骤b中，所述氮源为NH₃。

可选的，步骤c中，所述铝源为三甲基铝。

可选的，步骤c中，所述第一温度为1000℃-1300℃。

可选的，所述AlN层的厚度的取值范围为1nm-1000nm。

可选的，步骤c中，所述AlN层的生长压力为30-700mbar。

可选的，步骤d中，所述第二温度为20-200℃。

可选的，步骤e中，所述AlN薄膜的厚度为10nm-20cm。

可选的，步骤e中，所述N为3-5。