高 洁,姚威振,杨少延,魏 洁,李成明,魏鸿源

(1.中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083；2.中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049；3.南京佑天金属科技有限公司,南京 211164)

0 引 言

IVB族过渡难熔金属氮化物TiN和ZrN具有高熔点、高硬度、良好的热/化学稳定性以及优异的电学性能，被广泛应用于集成电路中的扩散阻挡层，切削刀具的硬质耐磨涂层、光学和机械部件的耐腐蚀涂层等[1-2]，近年来，因其与CMOS技术的相容性、光学性质的可调性以及优异的等离子体性质，在作为替代Au等贵金属的等离子体材料方面也受到了大量关注和研究[3-4]。相比于研究和应用最为广泛的TiN，ZrN拥有更高的硬度(23.5 GPa)[5]、更好的耐腐蚀性能、更低的电阻率(室温下13.6 μΩ·cm)以及更好的热稳定性(ΔH=-87.3 kcal·mol-1)[6]，具备更为显著的性能优势。此外，在过渡族难熔金属氮化物中，相比TiN，ZrN与Si和GaN的晶格失配都更小，且具有更好的导电性、热稳定性及可见光反光特性。既可以替代TiN作为导电性和热稳定性更好的Si基器件或GaN基器件形成良好欧姆接触制作金属电极的阻挡层[7]，还可以作为实现垂直结构Si衬底GaN-LED器件结构制备和出光效率提升的导电反光应力协变层。然而到目前为止，对ZrN材料相关的研究工作还很少，尤其是Si衬底上ZrN的制备生长和应用研究工作。ZrN薄膜常用的制备方法主要有磁控溅射[8]、脉冲激光沉积[9]、离子束辅助沉积[3]、原子层沉积[10]以及化学气相沉积[11]等。磁控溅射具有成膜速率高、基片温度低、膜的粘附性好以及可实现大面积镀膜等优点，成为ZrN薄膜制备最常用的方法。……