[發(fā)明專利]一種電子器件介電襯底的表面修飾方法

有效

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• 申請日: 2017-05-20
• 公開（公告）號: CN107217242B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 魏大程;金哲鵬;劉冬華;蔡智
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/50;H01L21/318
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于電子器件技術領域，具體為一種電子器件介電襯底的表面修飾方法。本發(fā)明是在介電襯底表面直接生長二維結構的六方氮化硼薄膜，厚度在1?100nm之間，用于電子器件半導體與介電層之間界面的修飾。本發(fā)明通過控制原料濃度，達到等離子體氣相沉積過程中生長與刻蝕的準平衡，從而實現(xiàn)二維結構的六方氮化硼薄膜在介電表面的非催化生長。本發(fā)明方法簡單、成本低，應用中不需要轉移工藝、與半導體工藝兼容、整個過程在低溫下操作。本發(fā)明還能夠在三維表面共型修飾上六方氮化硼薄膜，且可大面積制備。本發(fā)明能夠提高載流子在電子器件半導體和介電層界面的遷移率，同時能夠降低半導體和介電層界面的接觸熱阻，提高導熱性質和器件穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電子器件技術領域，具體涉及電子器件介電襯底的表面修飾方法。

背景技術

在過去的幾十年里，隨著現(xiàn)代電子技術的快速發(fā)展以及提高設備計算能力的需求，提高載流子遷移率以及降低界面熱阻變得非常重要。電子器件中電荷轉移發(fā)生在介電層與半導體材料層之間，同時在該界面也會產生焦耳熱。因此，介質界面在改善器件遷移率以及熱耗散性是非常重要的。然而到目前為止還很少有通過修飾介質界面的方法同時兼顧到提高遷移率和熱耗散性。

六方氮化硼薄膜是一種類石墨烯材料，氮原子和硼原子通過sp²雜化構成六方點陣蜂窩狀二維結構。它是一種寬帶隙絕緣體，具有良好的機械強度、電絕緣性、導熱性、化學穩(wěn)定性。因此，氮化硼在作為保護層以及介電層方面有廣泛的應用。目前，無催化劑化學氣相沉積法生長六方氮化硼薄膜，需要較高的生長溫度高導致高能耗高成本。等離子體化學氣相沉積雖然在低溫下能夠生長六方氮化硼，但是產物呈現(xiàn)無定型顆粒狀，無序狀或者三維結構的六方氮化硼。目前，在低溫下非催化生長大面積的二維結構六方氮化硼薄膜仍然很困難。此外，雖然目前已經(jīng)有很多工作將六方氮化硼應用于介電表面提高電子器件遷移率，但是還沒有將其應用于半導體/介電襯底界面提高熱耗散性能的先例。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種能夠提高器件在高功率下的穩(wěn)定性的電子器件介電襯底的表面修飾方法。

我們發(fā)現(xiàn)等離子體化學氣相沉積法生長過程中，控制前驅體濃度能夠實現(xiàn)六方氮化硼生長和刻蝕的可逆平衡，從而在該可逆反應的準平衡條件下生長出高質量的二維六方氮化硼薄膜。本發(fā)明提供的等離子體修飾技術除了在介電襯底表面修飾二維六方氮化硼薄膜以外，還能夠共型地在具有三維結構的介電襯底表面修飾二維六方氮化硼薄膜。本發(fā)明能夠提高電子器件的載流子遷移率，同時能夠降低半導體和介電層界面的接觸熱阻，從而提高器件在高功率下的穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的電子器件介電襯底的表面修飾方法，具體步驟如下：

第一步，將干凈的介電襯底放置在等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)的反應腔體內；系統(tǒng)通入載氣并控制氣壓在1mTorr~100Torr范圍，加熱至200~800℃，緩慢通入反應前驅體；

第二步，在材料的生長區(qū)域施加等離子體，功率為0.1～1000瓦特，持續(xù)時間為1～200分鐘；優(yōu)選功率為1～500瓦特，持續(xù)時間為20～100分鐘；

第三步，停止加熱，自然冷卻至室溫，介電襯底表面得到二維結構的六方氮化硼薄膜。

修飾了六方氮化硼薄膜的介電襯底，可直接用于制備電子器件。

其中，二維結構的六方氮化硼薄膜的厚度在1-100nm之間，優(yōu)選厚度為20-100nm。

其中，所述的載氣選自氫氣、氬氣、氮氣、氧氣、氦氣、空氣，以及上述氣體的混合氣體。

其中，所述的介電襯底為帶有氧化層的硅襯底、云母、石英、氮化硅、二氧化鉿、三氧化二鋁以及帶有三維結構的上述介電襯底。