[发明专利]一种电子器件介电衬底的表面修饰方法

说明书

本发明属于电子器件技术领域，具体为一种电子器件介电衬底的表面修饰方法。本发明是在介电衬底表面直接生长二维结构的六方氮化硼薄膜，厚度在1‑100nm之间，用于电子器件半导体与介电层之间界面的修饰。本发明通过控制原料浓度，达到等离子体气相沉积过程中生长与刻蚀的准平衡，从而实现二维结构的六方氮化硼薄膜在介电表面的非催化生长。本发明方法简单、成本低，应用中不需要转移工艺、与半导体工艺兼容、整个过程在低温下操作。本发明还能够在三维表面共型修饰上六方氮化硼薄膜，且可大面积制备。本发明能够提高载流子在电子器件半导体和介电层界面的迁移率，同时能够降低半导体和介电层界面的接触热阻，提高导热性质和器件稳定性。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，具体涉及电子器件介电衬底的表面修饰方法。

背景技术

在过去的几十年里，随着现代电子技术的快速发展以及提高设备计算能力的需求，提高载流子迁移率以及降低界面热阻变得非常重要。电子器件中电荷转移发生在介电层与半导体材料层之间，同时在该界面也会产生焦耳热。因此，介质界面在改善器件迁移率以及热耗散性是非常重要的。然而到目前为止还很少有通过修饰介质界面的方法同时兼顾到提高迁移率和热耗散性。

六方氮化硼薄膜是一种类石墨烯材料，氮原子和硼原子通过sp²杂化构成六方点阵蜂窝状二维结构。它是一种宽带隙绝缘体，具有良好的机械强度、电绝缘性、导热性、化学稳定性。因此，氮化硼在作为保护层以及介电层方面有广泛的应用。目前，无催化剂化学气相沉积法生长六方氮化硼薄膜，需要较高的生长温度高导致高能耗高成本。等离子体化学气相沉积虽然在低温下能够生长六方氮化硼，但是产物呈现无定型颗粒状，无序状或者三维结构的六方氮化硼。目前，在低温下非催化生长大面积的二维结构六方氮化硼薄膜仍然很困难。此外，虽然目前已经有很多工作将六方氮化硼应用于介电表面提高电子器件迁移率，但是还没有将其应用于半导体/介电衬底界面提高热耗散性能的先例。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能够提高器件在高功率下的稳定性的电子器件介电衬底的表面修饰方法。

我们发现等离子体化学气相沉积法生长过程中，控制前驱体浓度能够实现六方氮化硼生长和刻蚀的可逆平衡，从而在该可逆反应的准平衡条件下生长出高质量的二维六方氮化硼薄膜。本发明提供的等离子体修饰技术除了在介电衬底表面修饰二维六方氮化硼薄膜以外，还能够共型地在具有三维结构的介电衬底表面修饰二维六方氮化硼薄膜。本发明能够提高电子器件的载流子迁移率，同时能够降低半导体和介电层界面的接触热阻，从而提高器件在高功率下的稳定性。

本发明提供的电子器件介电衬底的表面修饰方法，具体步骤如下：

第一步，将干净的介电衬底放置在等离子体化学气相沉积系统的反应腔体内；系统通入载气并控制气压在1mTorr~100Torr范围，加热至200~800℃，缓慢通入反应前驱体；

第二步，在材料的生长区域施加等离子体，功率为0.1～1000瓦特，持续时间为1～200分钟；优选功率为1～500瓦特，持续时间为20～100分钟；

第三步，停止加热，自然冷却至室温，介电衬底表面得到二维结构的六方氮化硼薄膜。

修饰了六方氮化硼薄膜的介电衬底，可直接用于制备电子器件。

其中，二维结构的六方氮化硼薄膜的厚度在1-100nm之间，优选厚度为20-100nm。

其中，所述的载气选自氢气、氩气、氮气、氧气、氦气、空气，以及上述气体的混合气体。

其中，所述的介电衬底为带有氧化层的硅衬底、云母、石英、氮化硅、二氧化铪、三氧化二铝以及带有三维结构的上述介电衬底。