[發明專利]用于施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210532001.1
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103866271A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 盧維爾;夏洋;李超波;董亞斌
• 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;H01L21/205;C30B25/02
• 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的制備技術領域，特別涉及施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法。

背景技術

半導體薄膜在微電子、光學、信息學等高新技術產業中發揮出十分重要的作用，發展高晶體質量半導體薄膜的制備與摻雜技術，特別是對于第三代半導體材料ZnO薄膜的制備、表征、摻雜極其特性研究，對于包括紫外波段發光材料、紫外探測器，高集成度光子學與電子學器件、太陽能電池等面向新能源的重要應用領域具有十分重要的意義。氧化鋅作為一種新型的I－Ⅵ族直接帶隙寬禁帶化合物，具有大的室溫禁帶寬度3.37eV，而且自由激子結合能高達60meV，作為半導體材料越來越受到人們的重視。與其它寬禁帶半導體材料相比，ZnO薄膜生長溫度低，抗輻射性好，受激輻射有較低的閾值功率和很高的能量轉換效率，這些優點使ZnO正成為光電子、微電子、信息等高新技術在十二五之后賴以繼續發展的關鍵基礎材料。然而本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈n型，p型ZnO薄膜制備是目前ZnO相關研究的熱點和難點。氮摻雜雖然在理論上的計算使得p型ZnO的制備成為可能，但是眾多實驗表明，由于N元素在ZnO中固溶度較低，因此單獨的N元素摻雜不能實現高載流子濃度和高遷移率的p型ZnO薄膜。為了解決該問題，受主-施主-受主的共摻被認為是制備出高質量的p-ZnO薄膜最優發展前景的方向之一。

近年來，制備ZnO薄膜的方法通常包括：如磁控濺射、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、激光脈沖沉積(PLD)和濕化學沉積等。這些制備工藝各有優缺點，從結晶情況來看以MOCVD和MBE法制備的薄膜質量較好。然而，MOCVD不能在原位進行薄膜的摻雜并且反應中存在的湍流和氣流分布會影響膜的厚度和均勻性。MBE技術對于特定原子層位置的精確摻雜也難以實現。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以對氧化鋅薄膜進行原位的施主-受主的共摻，以增加受主元素的摻入量，促進氧化鋅薄膜的p型轉變的施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法，包括：

將基片放入ALD反應腔室中，對基片及腔室管道進行加熱，然后依次進行多組分的復合沉積；

所述復合沉積包括在第一次鋅源沉積后，分別引入一次包含III主族元素X的施主摻雜源的摻雜沉積、第二次鋅源沉積、至少兩次氮摻雜源沉積及至少兩次氧源沉積，形成N-X-N的共摻；所述氮摻雜源沉積和所述氧源的沉積順序是先氮摻雜源沉積，后氧源沉積；所述包含III主族元素施主摻雜源沉積與所述第二次鋅源沉積順序是先第二次鋅源沉積，后包含III主族元素施主摻雜源沉積。

本發明提供的施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法，采用原子層沉積方法，利用原子層沉積層層生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中，摻入兩次受主元素N和一次III主族施主摻雜元素X(X可以為B,Al,In,Ga)，形成受主-施主-受主共摻的氧化鋅薄膜。施主和受主的共摻可以降低體系的馬德隆能量，提高受主元素的摻入量，有利于氧化鋅薄膜的p型轉變。本發明制備工藝簡單，沉積和摻雜過程易于控制，制備所得共摻氧化鋅薄膜有利于提高氧化鋅薄膜p型電學性質的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的原子層沉積制備III主族施主摻雜元素X與N受主元素共摻氧化鋅薄膜的流程圖。

具體實施方式

參見圖1所示，本發明提供的施主-受主共摻氧化鋅薄膜的制備方法，包括：

將基片做襯底前處理，并放入ALD腔室；

將腔室抽真空，將襯底腔室加熱；

向ALD腔室中，引入Zn(C₂H₅)₂；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入氮氣等離子體；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入水蒸氣；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入Zn(C₂H₅)₂；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入施主摻雜氣源；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入氮氣等離子體；

用高純氮氣清洗ALD腔室；

向ALD腔室中，引入水蒸氣；

用高純氮氣清洗ALD腔室。