[發明專利]一種磷摻雜氧化鋅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210530408.0
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103866264B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 張陽;盧維爾;董亞斌;解婧;李超波;夏洋
• 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;C23C16/44
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及氧化鋅薄膜制備技術領域，特別涉及一種磷摻雜氧化鋅薄膜的制備方法。

背景技術

隨著半導體技術的發展，氧化鋅ZnO作為第三代半導體材料，引起了人們的廣泛關注。ZnO具有六方纖鋅礦晶體結構，與近年來廣受關注的氮化鎵相比，其具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數小等特點，使其在藍綠光、紫外光的發光器件和光探測器件等應用領域更具有優勢。PN結是半導體器件的核心，ZnO基PN結的制備同時需要P型和N型薄膜材料，高質量的N型氧化鋅已易于生長，但是本征ZnO由于存在施主缺陷，使得ZnO呈N型，相應的P型摻雜由于受到本征缺陷的施主補償作用而很難制備，因此氧化鋅基的半導體光電器件應用受到制約。

理論上認為在適當的條件下摻雜的磷原子占據鋅空位，與氧空位形成復合體，可以在禁帶中引入淺受主能級，能夠得到穩定且可以重復的P型摻雜。目前利用Zn₃P₂、InP或者P₂O₅作為主要的磷摻雜源，已通過磁控濺射、金屬有機物化學氣相沉積、脈沖沉積法等制備氧化鋅薄膜。但是目前所使用的方法，制備工藝都比較復雜，制備條件較高，摻入的磷原子占據鋅原子的位置少，因此效果并不是很理想，需要采用另外的技術，將磷原子以生長的方式摻入到氧化鋅晶體結構中，增加磷原子占據鋅空位的數量。

發明內容

為了解決現有磷摻雜氧化鋅薄膜制備工藝復雜，制備條件高，磷原子占據鋅空位數量少等問題，本發明提供了一種磷摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，所述方法包括：原子層沉積設備通入含鋅源氣體和第一含氧源氣體，在所述原子層沉積設備反應腔中的硅襯底表面生長氧化鋅薄膜；所述硅襯底的表面預先采用RCA標準清洗法進行清洗，在所述硅襯底表面形成硅醇鍵；所述原子層沉積設備通入含磷源氣體和第二含氧源氣體，在所述氧化鋅薄膜表面生長磷氧鍵。

所述含鋅源氣體的進氣時間為0.1s-1s，反應時間為10s～60s。

所述第一含氧源氣體和第二含氧源氣體的進氣時間均為0.1s-1s，反應時間均為10s～60s。

所述含磷源氣體的進氣時間為0.1s-1s，反應時間為10s～60s。

所述原子層沉積設備采用的載氣為氮氣；所述氮氣的流量為1sccm-1000sccm；所述原子層沉積設備反應腔中用于承載硅襯底的基盤的溫度為50℃-400℃。

所述含鋅源氣體為高揮發性、高純度的有機鋅化合物，包括二甲基鋅或二乙基鋅。

所述第一含氧源氣體和第二含氧源氣體均包括水蒸汽、臭氧或氧氣。

所述含磷源氣體為高揮發性、高純度的有機磷化合物，包括三甲基磷或三乙基磷。

所述方法還包括：采用所述載氣吹掃所述原子層沉積設備反應腔，載氣吹掃時間為30s-90s。

本發明通過原子層沉積設備對氧化鋅薄膜進行磷摻雜，制備磷摻雜氧化鋅薄膜，與其他常規方法制備磷摻雜氧化鋅薄膜的方法相比具有以下優點：本發明提供的方法簡單易行，利用原子層沉積過程單原子層逐次沉積的特點，沉積的薄膜具有極均勻的厚度和優異的一致性，制備的磷摻雜的氧化鋅薄膜具有完整的晶格結構、同時也使得在硅基上生長的薄膜的結構性能得到顯著地提高，摻雜的磷原子完全取代鋅原子的位置，可以更好地實現氧化鋅的P型摻雜。

附圖說明

圖1至圖6是本發明實施例提供的磷摻雜氧化鋅薄膜制備過程機理示意圖；

圖7是本發明實施例提供的磷摻雜氧化鋅薄膜的制備方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明技術方案作進一步描述。

參見圖7，本發明實施例提供了一種磷摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，該方法可以簡單地實現磷原子摻雜在氧化鋅薄膜中，制備出的薄膜摻雜層可控，薄膜的均勻性較高，性能完整，具體包括如下步驟：

步驟101：采用RCA標準清洗法對硅襯底表面進行清洗，清洗之后將硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中。