等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

作者：乌李瑛; 瞿敏妮; 沈赟靓; 田苗; 马玲; 王英; 程秀兰

来源：半导体技术, 2021, 46(09): 725-732.

DOI：10.13290/j.cnki.bdtjs.2021.09.011

• 等离子增强原子层沉积(PEALD)
• AlN
• 晶态薄膜
• 结合能
• 氧缺陷

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路。利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)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,在250℃沉积温度下,以N2、H2和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(tp1),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明tp1的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成。实验中,tp1为30 s且循环次数为1 150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04%,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N—O—Al键的形成。

• 单位
  上海交通大学