原子層沈積成長磊晶薄膜之方法METHOD OF THIN FILM EPITAXIAL GROWTH USING ATOMIC LAYER DEPOSITION

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

美國

專利申請案號

12/689,665

專利證號

US 8,105,922 B2

專利獲證名稱

原子層沈積成長磊晶薄膜之方法METHOD OF THIN FILM EPITAXIAL GROWTH USING ATOMIC LAYER DEPOSITION

專利所屬機關 (申請機關)

財團法人國家同步輻射研究中心

獲證日期

2012/01/31

技術說明

以氧化鋅薄膜為例，此材料目前具極大的潛力可廣泛應用在各種光電元件上，諸如發光二極體、雷射二極體、光電子偵測元件、表面聲波元件、場效電晶體、氣體偵測器、壓電元件、元件透明電極、太陽能電池及自旋電子元件等。特別是發光元件更是被看好用以取代氮化鎵材料成為新一代的照明材料，其主要原因在於三倍於氮化鎵的光激子束縛能。傳統製備氧化鋅薄膜不外乎利用水溶液合成法、磁控濺鍍法、雷射蒸鍍法、有機金屬氣相沈積法、分子束磊晶法及原子層沈積法等。然而除了有機金屬氣相沈積法及原子層沈積法之外，其他製備法並不適合工業界大量生產所需。此外，傳統原子層沈積法並無法在基板上成長高品質之磊晶薄膜，此一結果對製作光電元件是一大致命傷。僅管如此，原子層沈積法相較於有機金屬氣相沈積法仍然具有下列優勢；1.較低的成長溫度有助於降低薄膜層間的擴散問題及具有較低的背影載子濃度。2.自我侷限效應造就極佳的薄膜均勻性。3.每一沈積循環單一原子層可非常精確控制薄膜厚度。4.超高的結構覆蓋性可成長高深寬比達1:100以上。 本發明透過反應前驅物流量中止調整法，利用一高速原子層沈積專用閥門，使前驅物停留於反應腔體中一短暫時間，此一時間亦稱為「儲存時間」，使其達成熱穩態條件之後再淨空，成功將非晶或多晶氧化鋅材料轉而成長為磊晶薄膜結構，除此之外，更改善原子層沈積系統之下列特性；1.更寬的薄膜成長溫度，最低可達室溫成長，有效降低薄膜背景濃度。2.更佳的薄膜均勻性，並與腔體設計及前驅物流場分佈無關。3. 相效於傳統原子層沈積法可節省前驅物用量達10倍以上。4.進一步提高微結構覆蓋成長的高深寬比至1:2000以上。 In this device, the precursor flow-rate interruption method (FIM) introduced a high-speed ALD valve in order to keep precursors hold back inside the reaction chamber with a short time so called “stock time”. This process to cause a thermal equilibrium state with constant pressure to formed epitaxial growth of thin film. Furthermore, the FIM also improved ALD properties such as lower growth temperature to reach room temperature for lower background carrier concentration, better thin film coverage and thickness uniformity control indifference with chamber shape and flow-rate pattern, reduced precursors consumption more than 10 times respect to conventional method and increased aspect ratio up to 1:2000.

備註

依111.12.20.本會111年第4次研發成果管理審查會決議辦理 本會(收文號1110058799)同意該中心111年9月16日國輻產字第1110001809號申請終止維護專利(國家同步輻射研究中心)

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