[發明專利]一種摻氮氧化鋅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110287076.3
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102304700A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 劉鍵;饒志鵬;萬軍;夏洋;李超波;陳波;黃成強;石莎莉;李勇滔
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;H01L21/365;H01L31/0296;H01L31/18
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

?本發明涉及氧化鋅制備的技術領域，具體涉及一種摻氮氧化鋅薄膜的制備方法。

背景技術

氧化鋅薄膜是一種重要的光電器件材料，它是繼GaN之后光電子領域的重要研究方向。它是寬禁帶的直接帶隙材料，六角纖鋅礦結構，具有高達60meV的激子結合能。本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈n型，p型薄膜難以制備。氮摻雜在理論上的計算使得p型ZnO的制備成為可能。目前已有通過脈沖激光沉積、金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）、分子束外延等方法制備該薄膜。而N₂，NO，NH₃等氣體作為氮源也一直在研究中。但是目前所使用的方法，過程都比較復雜，而且效果不是很理想，摻入到分子間隙中的N原子要多于取代O的N原子，因此需要采用另外一種方法，把摻雜的N原子用生長的方式注入到分子結構中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻氮氧化鋅薄膜的制備方法，使用該方法可以簡單的將氮元素摻雜在氧化鋅薄膜中，且制備出的薄膜結構完整，性能顯著。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種摻氮氧化鋅薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟（1），將硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中；

步驟（2），向所述原子層沉積設備反應腔中通入含鋅源氣體，所述含鋅源氣體中的鋅原子吸附在所述硅襯底上；

步驟（3），以氮氣為載氣向原子層沉積設備反應腔中輸送氫氣，同時進行等離子體放電，所述氮氣電離后部分氮原子與部分所述鋅原子形成共價鍵，氮原子未成鍵的電子和電離的氫原子成鍵；

步驟（4），向原子層沉積設備反應腔中通入含氧源，未與所述氮原子反應的鋅原子與所述含氧源中的氧原子形成鋅氧鍵；

步驟（5），重復步驟（2）、（3）、（4）即可逐層生長含氮原子的氧化鋅薄膜。

上述方案中，所述步驟（1）之前還包括：所述硅襯底的表面經過標準液和氫氟酸處理，在所述硅襯底的表面形成硅氫鍵。

上述方案中，所述步驟（2）中的含鋅源氣體為氯化鋅。

上述方案中，所述步驟（3）中氮氣的流量為1sccm-1000sccm，進氣時間為0.1s-1s，反應時間為1s-10s，清洗時間為5s-60s，基盤溫度為100℃-500℃。

上述方案中，所述步驟（3）中氮氣的流量為15sccm，進氣時間為1s，反應時間為5s，清洗時間為20s，基盤溫度為300℃。

上述方案中，所述步驟（3）中氫氣的流量為1sccm-6sccm。等離子體放電功率為1W-100W，放電時間為1s-10s。

上述方案中，所述步驟（3）中等離子體放電功率為40W，放電時間為3s。

上述方案中，所述步驟（4）中的含氧源為水。

與現有技術方案相比，本發明采用的技術方案產生的有益效果如下：

本發明利用ALD設備對氧化鋅薄膜進行氮摻雜，該方法簡單易行，利用原子層沉積單層循環生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現均勻的在整個薄膜結構中摻雜氮原子，使得摻雜后的薄膜結構完整，性能顯著。

附圖說明

圖1為本發明實施例中硅襯底表面經過處理的形成Si-H鍵的示意圖；

圖2為本發明實施例中向原子層沉積反應腔通入氯化鋅的示意圖；

圖3為本發明實施例中氯化鋅和硅襯底表面發生反應，鋅原子吸附在硅襯底表面的示意圖；

圖4為本發明實施例中向原子層沉積反應腔通入氮氣和氫氣的示意圖；

圖5為本發明實施例中氮氣和氫氣在原子層沉積反應腔中電離的示意圖；

圖6為本發明實施例中氮氣電離后的氮原子部分沉積與硅襯底表面的鋅原子形成共價鍵的示意圖；

圖7為本發明實施例中向原子層沉積反應腔通入水，硅襯底里表面未與氮原子反應的鋅原子與氧原子形成鋅-氧鍵的示意圖；

圖8為本發明實施例中一個反應周期結束后的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進行詳細描述。

本發明實施例提供一種摻氮氧化鋅薄膜的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟101，通過標準液和氫氟酸處理硅襯底表面，在硅襯底表面形成硅氫鍵，如圖1所示，其中，標準液是指：1號液，濃硫酸:雙氧水=4:1；2號液，氨水:純凈水:雙氧水=1:5:1；3號液，鹽酸:雙氧水:純凈水=1:1:6；將進行氫化處理后的硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中；