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

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)

(2012年12月4日收到;2013年1月7日收到修改稿)

1 引言

20世纪70年代以来，随着微型集成电路与器件的尺寸逐渐小型化，其次临限传导效应、发热量增加、栅极氧化层漏电流增加等现象日趋严重，以SiO2作为栅介质的晶体管尺寸已逼近Si体器件的物理极限，寻找一种替代SiO2的材料已经成为亟待解决的重要问题[1].Ⅲ-氮化物薄膜的出现有效的解决了这一问题，在Ⅲ-氮化物中AlN以其较大的禁带宽度 (6.2 eV)，高的电阻率 (1×1014Ω·cm)，高的抗击穿电压(3.6×106V/cm)，良好的高温稳定性使其在互补金属氧化物半导体(CMOS)、金氧半场效晶体管(MOSFET)、绝缘衬底上硅(SOI)等领域有着极大应用前景[2,3].此外AlN具有介于GaAs、GaN与Si之间的热膨胀系数与高达2.85 W/(cm·°C)的热导系数是生长高质量GaAs和GaN薄膜的优秀缓冲层材料[4,5].以上几种器件中CMOS、MOSFET、SOI都对沉积温度有着极为严格的要求，较高的温度会使界面上的部分原子扩散进入界面另一侧，在界面处引入载流子陷阱，并在AIN薄膜中引入分立陷阱中心，从而导致器件性能的下降，同时高温生长也对沉积设备提出了较高的要求，若将AlN薄膜的生长温度降低至300°C以下就可以减少界面处的原子扩散从而大幅度减少界面缺陷[6].

目前的AlN薄膜的沉积技术主要有：磁控溅射、化学气相沉积(CVD)、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)等，其中CVD是一种常见的AlN薄膜生长技术，其生长温度通常在1000—1600°C[7].MOCVD作为一种成熟的……