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1、第29卷第6期稀有金属材料与工程Vol.29,No.62000年12月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGDecember2000氮化铝薄膜结构和表面粗糙度的研究1,2221许小红武海顺张富强金志浩(1西安交通大学西安710049)(2山西师范大学临汾041004)摘要采用直流磁控溅射的方法,在Si(111)基片上沉积AlN(100)面择优取向薄膜,研究了溅射功率对AlN薄膜结构及表面粗糙度的影响。结果表明,随着溅射功率的增加,沉积速率增大,但薄膜结构择优取向度变差,表面粗糙度增大,这说明要制备择优取向良好、表面粗糙度小的AlN薄膜,需选择较小的溅射功率。关
2、键词氮化铝薄膜表面粗糙度结构中图法分类号:TB43文献标识码:A文章编号:1002-185X(2000)06-0394-04氮化铝是一种具有六方铅锌矿结构的Ⅲ-V族化沉积的AlN薄膜结构和表面粗糙度的影响,以探索合物,属6mm点群,具有不对称中心,是一种无机溅射功率在整个制膜过程中的重要作用。非铁性压电材料。AlN具有宽的带隙(6.2eV),高的136电阻率(1×10·cm),高的抗击穿电压(3.6×101实验方法3V/cm),高的声传播速率(6×10m/s)和低的传输损耗(4dB/cm),使它在微电子器件中有着广泛的应用本研究采用直流磁控溅射的方法制备AlN薄[1～3]前景。在表声波
3、(SAW)器件的应用中,由于AlN膜。实验中选用铝靶材的纯度为99.995%,直径为60薄膜的声速比ZnO和CdS的声速大约高一倍,因而mm,厚度为5mm。工作气体Ar和反应气体N2纯度在不减小叉指电极宽度的情况下,就能使中心频率f0均为99.995%。选用Si(111)为基片,在沉积之前须[4]提高1倍。它的介电常数只是铁电PZT薄膜的用5%的HF清洗Si片,除去其表面的氧化层,然后[2]1%,尽管AlN薄膜的机电耦合系数不是很高,约再用酒精和丙酮进行超声清洗。沉积前,挡上挡板,将[3]0.2,但它仍然是GHz级声表面波和声体波器件的Al靶材先预溅射15min,以除去靶面的Al2O3层
4、。通优选材料。在AlN晶体中,声波的传播速度是以沿c入N2气后,再预溅射10min,待靶的电流和电压充[5]轴方向最快,因而要使AlN薄膜应用于表声波器分稳定再露出基片,以保证薄膜初始沉积就有良好的件,研究c轴平行于基片的择优取向AlN薄膜具有很取向。本研究所采用的磁控溅射装置示意图如图1所重要的意义。示。AlN薄膜应用于SAW器件中,其结构和表面粗表1实验条件糙度对器件质量的影响非常大[6,7]。首先只有取向良Table1ExperimentalconditionsforAlNfilms好的AlN薄膜才具有好的压电性;其次薄膜表面必Sputteringpower/W35～100须是光滑
5、的,由于声表面波仅在表面传播,全部声表Basevacuum/Pa5×10-5面波的能量几乎只集中在从表面向内部的一个波长N2pressure/Pa0.25之内,当表面粗糙度超过一个波长时,声表面波显然Sputteringpressure/Pa0.5就无法通过。一般要求薄膜表面粗糙度小于30[7,8]Distancefromsubstratestotarget/cm6nm。在溅射沉积AlN薄膜时,溅射功率是重要的实验参数,它不仅可控制沉积速率,而且对薄膜的质采用D/MAX-rA型X射线衍射仪(XRD)来表量有很大的影响。本文研究了溅射功率对Si片上所征AlN薄膜的结构,用Dimension
6、Ⅲa原子力显微镜收到初稿日期:2000-01-03;收到修改稿日期:2000-05-08基金项目:国家自然科学基金(29741004)和山西省自然科学基金联合资助作者简介:许小红,女,1967年生,博士研究生,西安交通大学材料强度国家重点实验室,西安710049.现在地址:山西师范大学化学系,电话:0357-2052468,E-mail:xuxh@dns.sxtu.edu.cn6期许小红等:氮化铝薄膜结构和表面粗糙度的研究·395·(AFM)来观察薄膜表面形貌、颗粒大小及表面粗糙甚至出现Al相,如图3所示。同时表面粗糙度也变度。大,如图4。可见不能单纯依靠提高溅射功率来提高AlN薄膜的沉
7、积速率,因此沉积速率在4nm/min～6[1]nm/min最为合适,这个结论与D.Liufu采用直流磁控溅射制备AlN薄膜沉积速率为6nm/min的结果相近。图1磁控溅射装置图Fig.1Schematicdrawingofmagnetronsputteringsystem2结果与分析在用磁控反应溅射沉积AlN薄膜时,影响薄膜沉积速率的因素很多,如N2分压、工作气体总压等。本文是在选择了适宜的N2分压(0.25Pa)和工作气体图3Al
