等离子增强原子层沉积低温生长AlN薄膜

冯嘉恒; 唐立丹; 刘邦武; 夏洋; 王冰

doi:10.7498/aps.62.117302

摘要

采用等离子增强原子层沉积技术在单晶硅基体上成功制备了AlN晶态薄膜, 利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、小角掠射X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、 X射线光电子能谱仪对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析, 结果表明, 采用等离子增强原子层沉积制备AlN晶态薄膜的最低温度为200 ℃, 薄膜表面平整光滑, 具有六方纤锌矿结构与(100)择优取向, Al2p与N1S的特征峰分别为74.1 eV与397.0 eV, 薄膜中Al元素与N元素以Al-N键相结合, 且成分均匀性良好.

关键词:

Abstract

The crystalline AlN thin film was fabricated on Si(100) substrates by plasma-enhanced atomic layer deposition. Its growth rate was illustrated by spectroscopic ellipsometer. And the surface morphology, crystal structure and composition were characterized by atomic force microscopy, X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Results show that the lowest temperature for deposition of the crystalline AlN thin film is 200 ℃, and the film coverage on the substrate surface is continuous and homogeneous. The film prepared with a homogeneous concentration distribution is polycrystalline with a hexagonal wurtzite structure. High resolution Al2p and N1s spectra confirm the presence of AlN with peaks located at 74.1 eV and 397.0 eV, respectively.

Keywords:

AlN /
plasma-enhanced atomic layer deposition /
low-temperature growth /
crystalline film

作者及机构信息

1.
辽宁工业大学, 材料科学与工程, 锦州 121001;

2.
中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61106060)、中国科学院知识创新工程重大项目(批准号: Y2YF028001)、国家高技术研究发展计划(批准号: 2012AA052401)、国家教育部重点项目(批准号: 212031)和辽宁省教育厅一般项目(批准号: L2011098)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Liaoning University of Technology , Jinzhou 121001, China;

2.
Key Laboratory of Microelectronics Devices and Integrated Technology, Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61106060), the Knowledge Innovation Program of the ChineseAcademy of Sciences (Grant No. Y2YF028001), the National High-tech R&D Program of China (Grant No. 2012AA052401), the Research Foundation of Education Bureau of Liaoning Province, China (Grant No. L2011098), and the Foundation for Key Program of Ministry of Education, China (Grant No.212031).

参考文献

[1]	Schulz M 1999 Nature. Vol. 399 729
[2]	Perros A, Bosund M, Sajavaara T, Laitinen M, Sainiemi L, Huhtio T, Lipsanen H 2012 American Vacuum Society. Vol. 30 011504
[3]	Jussila H, Mattila P, Oksanen J, Perros A, Riikonen J, Bosund M, Varpula A, Huhtio T, Lipsanen H, Sopanen M 2012 Appl. Phys. Lett. 100 071606
[4]	Hwang J, Schaff W J, Green B M, Cha H, Eastman L F 2004 Solid-State Electronics 48 363
[5]	Zhou L, Ni X, Ozgur U, Morkoc H, Devaty R P, Choyke W J, Smith David J 2009 Journal of Crystal Growth 311 1456
[6]	Zhou C H, Zheng Y D, Deng Y Z, Kong Y C, Chen P, Xi D J, Gu S L, Shen B, Zhang R, Jiang R L, Han P, Shi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 3888 (in Chinese) [周春红, 郑有, 邓咏桢, 孔月婵, 陈鹏, 席冬娟, 顾书林, 沈波, 张荣, 江若琏, 韩平, 施毅 2004 53 3888]
[7]	Claudel A, Blanquet E, Chaussende D, Boichot R, Doisneau B, Berthome G, Crisci A, Mank H, Moisson C, Pique D, Pons M 2011 Journal of Crystal Growth 335 17
[8]	Chen Z, Newman S, Brown D, Chung R, Keller S, Mishra U K, Denbaars S P, Nakamura S 2008 Appl. Phys. Lett. 93 191906
[9]	Reid K G, Dip A, Sasaki S, Triyoso D, Samavedam S, Gilmer D, Gondran C F H 2009 Thin Solid Films 517 2712
[10]	Marichy C, Bechelany M, Pinna N 2012 Adv. Mater. 24 1017
[11]	George S M 2010 Chem. Rev. 110 111
[12]	Ozgit C, Donmez I, Alevli M, Biyikli N 2012 Thin Solid Films 520 2750
[13]	Gu J H, ZhouY Q, Zhu M F, Li G H, Ding K, Zhou B Q, Liu F Z, Liu J L, Zhang Q F 2005 Acta Phys. Sin. 54 1890 (in Chinese) [谷锦华, 周玉琴, 朱美芳, 李国华, 丁琨, 周炳卿, 刘丰珍, 刘金龙, 张群芳 2005 54 1890]
[14]	Tian M B 2006 Thin Film Technologies and Materials (1st Ed.) (Beijing: Tsinghua University Press) p271 (in Chinese ) [田民波 2006 薄膜技术与薄膜材料 (第一版) (北京: 清华大学出版社) 第271页]
[15]	Dalmau R, Collazo R, Mita R, Sitar Z 2006 Journal of Electronic Materials 36 414

施引文献

[1]	Schulz M 1999 Nature. Vol. 399 729
[2]	Perros A, Bosund M, Sajavaara T, Laitinen M, Sainiemi L, Huhtio T, Lipsanen H 2012 American Vacuum Society. Vol. 30 011504
[3]	Jussila H, Mattila P, Oksanen J, Perros A, Riikonen J, Bosund M, Varpula A, Huhtio T, Lipsanen H, Sopanen M 2012 Appl. Phys. Lett. 100 071606
[4]	Hwang J, Schaff W J, Green B M, Cha H, Eastman L F 2004 Solid-State Electronics 48 363
[5]	Zhou L, Ni X, Ozgur U, Morkoc H, Devaty R P, Choyke W J, Smith David J 2009 Journal of Crystal Growth 311 1456
[6]	Zhou C H, Zheng Y D, Deng Y Z, Kong Y C, Chen P, Xi D J, Gu S L, Shen B, Zhang R, Jiang R L, Han P, Shi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 3888 (in Chinese) [周春红, 郑有, 邓咏桢, 孔月婵, 陈鹏, 席冬娟, 顾书林, 沈波, 张荣, 江若琏, 韩平, 施毅 2004 53 3888]
[7]	Claudel A, Blanquet E, Chaussende D, Boichot R, Doisneau B, Berthome G, Crisci A, Mank H, Moisson C, Pique D, Pons M 2011 Journal of Crystal Growth 335 17
[8]	Chen Z, Newman S, Brown D, Chung R, Keller S, Mishra U K, Denbaars S P, Nakamura S 2008 Appl. Phys. Lett. 93 191906
[9]	Reid K G, Dip A, Sasaki S, Triyoso D, Samavedam S, Gilmer D, Gondran C F H 2009 Thin Solid Films 517 2712
[10]	Marichy C, Bechelany M, Pinna N 2012 Adv. Mater. 24 1017
[11]	George S M 2010 Chem. Rev. 110 111
[12]	Ozgit C, Donmez I, Alevli M, Biyikli N 2012 Thin Solid Films 520 2750
[13]	Gu J H, ZhouY Q, Zhu M F, Li G H, Ding K, Zhou B Q, Liu F Z, Liu J L, Zhang Q F 2005 Acta Phys. Sin. 54 1890 (in Chinese) [谷锦华, 周玉琴, 朱美芳, 李国华, 丁琨, 周炳卿, 刘丰珍, 刘金龙, 张群芳 2005 54 1890]
[14]	Tian M B 2006 Thin Film Technologies and Materials (1st Ed.) (Beijing: Tsinghua University Press) p271 (in Chinese ) [田民波 2006 薄膜技术与薄膜材料 (第一版) (北京: 清华大学出版社) 第271页]
[15]	Dalmau R, Collazo R, Mita R, Sitar Z 2006 Journal of Electronic Materials 36 414

[1]	余森, 许晟瑞, 陶鸿昌, 王海涛, 安瑕, 杨赫, 许钪, 张进成, 郝跃. 离子注入诱导成核外延高质量AlN. , 2024, 73(19): 196101. doi: 10.7498/aps.73.20240674
[2]	汤文辉, 刘邦武, 张柏诚, 李敏, 夏洋. 等离子增强原子层沉积低温生长GaN薄膜. , 2017, 66(9): 098101. doi: 10.7498/aps.66.098101
[3]	王光绪, 陈鹏, 刘军林, 吴小明, 莫春兰, 全知觉, 江风益. 刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化的影响. , 2016, 65(8): 088501. doi: 10.7498/aps.65.088501
[4]	李志国, 刘玮, 何静婧, 李祖亮, 韩安军, 张超, 周志强, 张毅, 孙云. Stage2沉积速率对低温生长CIGS薄膜特性及器件的影响. , 2013, 62(3): 038803. doi: 10.7498/aps.62.038803
[5]	苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯. 利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积. , 2012, 61(2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
[6]	何静婧, 刘玮, 李志国, 李博研, 韩安军, 李光旻, 张超, 张毅, 孙云. 低温生长Cu(InGa)Se2薄膜吸收层的掺钠工艺研究. , 2012, 61(19): 198801. doi: 10.7498/aps.61.198801
[7]	程赛, 吕惠民, 石振海, 崔静雅. 碳泡沫衬底上氮化铝纳米线的生长及其光致发光特性研究. , 2012, 61(12): 126201. doi: 10.7498/aps.61.126201
[8]	丁艳丽, 朱志立, 谷锦华, 史新伟, 杨仕娥, 郜小勇, 陈永生, 卢景霄. 沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响. , 2010, 59(2): 1190-1195. doi: 10.7498/aps.59.1190
[9]	汪莱, 王磊, 任凡, 赵维, 王嘉星, 胡健楠, 张辰, 郝智彪, 罗毅. AlN/蓝宝石模板上生长的GaN研究. , 2010, 59(11): 8021-8025. doi: 10.7498/aps.59.8021
[10]	吕惠民, 陈光德, 颜国君, 耶红刚. 低温条件下单晶氮化铝纳米线生长机理的研究. , 2007, 56(5): 2808-2812. doi: 10.7498/aps.56.2808
[11]	刘乃鑫, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 韩军, 沈光地. p型氮化镓的低温生长及发光二极管器件的研究. , 2006, 55(3): 1424-1429. doi: 10.7498/aps.55.1424
[12]	杨杭生. 等离子体增强化学气相沉积法制备立方氮化硼薄膜过程中的表面生长机理. , 2006, 55(8): 4238-4246. doi: 10.7498/aps.55.4238
[13]	谷锦华, 周玉琴, 朱美芳, 李国华, 丁琨, 周炳卿, 刘丰珍, 刘金龙, 张群芳. 低温制备微晶硅薄膜生长机制的研究. , 2005, 54(4): 1890-1894. doi: 10.7498/aps.54.1890
[14]	王晓强, 栗军帅, 陈强, 祁菁, 尹　旻, 贺德衍. 电感耦合等离子体CVD低温生长硅薄膜过程中的铝诱导晶化. , 2005, 54(1): 269-273. doi: 10.7498/aps.54.269
[15]	于威, 刘丽辉, 侯海虹, 丁学成, 韩理, 傅广生. 螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜. , 2003, 52(3): 687-691. doi: 10.7498/aps.52.687
[16]	秦福文, 顾彪, 徐茵, 杨大智. 氮化铝单晶薄膜的ECRPEMOCVD低温生长研究. , 2003, 52(5): 1240-1244. doi: 10.7498/aps.52.1240
[17]	贺德衍. 多晶硅薄膜低温生长中的表面反应控制. , 2001, 50(4): 779-783. doi: 10.7498/aps.50.779
[18]	张志宏, 郭怀喜, 余非为, 熊启华, 叶明生, 范湘军. 低压等离子体增强化学汽相沉积法制备立方氮化碳薄膜. , 1998, 47(6): 1047-1051. doi: 10.7498/aps.47.1047
[19]	叶超, 宁兆元, 马云秀, 沈明荣, 汪浩, 甘肇强. 低温氮化硅薄膜的介电性能研究. , 1997, 46(6): 1199-1205. doi: 10.7498/aps.46.1199
[20]	戴道生, 方瑞宜, 刘尊孝, 万虹, 兰健, 饶晓雷, 纪玉平. 非晶态Sm-Fe和Sm-Co薄膜的低温磁性. , 1986, 35(11): 1502-1510. doi: 10.7498/aps.35.1502

计量

文章访问数: 7068
PDF下载量: 2179
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板