黃元昌、李政穎、陳冠位 / 工研院材化所
量子點(QD)具有出色的光致發光量子效率(PLQY)，為下世代光學和電子設備的最佳材料之一，但是穩定性問題成為量子點商品化最大的阻礙。原子層沉積（ALD）是近二十年來迅速發展起來的一項薄膜技術，ALD的優點是可以精確精細地控制薄膜厚度和材料特性。ALD技術在QDs發光元件提高了光致發光效率、穩定性、載流子遷移率，藉由ALD阻擋層，QD的穩定性和器件壽命大大提高。另外，原子氣相沉積可有效在複雜的三維表面均勻沉積緻密薄膜，非常適合於柔性有機光電元件的封裝運用。
前言
有機光電元件所使用的材料具高度不穩定性，其封裝的隔離效果必須遠高於一般微電子產品的封裝方式。顯示器封裝必須降低氧氣穿透速率和水蒸氣才能使元件使用壽命達到10,000小時以上。通常用來封裝微電子產品的高分子與有機材料(包括塑膠膜片、封裝膠、黏著劑等)之OTR與WVTR值皆在100以上，因此對有機光電元件幾乎完全沒有封裝效果。有機光電元件封裝方式為利用封裝膠將一玻璃蓋板黏貼於元件上，以該玻璃蓋板提供主要隔離效果。該方式的效果顯著，但玻璃蓋板邊緣處會有封裝膠快速滲入氣體的問題，因此蓋板上必須塗上強力吸附劑以防止吸附滲入氣體，但其成本高、不具柔軟性，因此無法使用於軟性光電元件上。另外，玻璃蓋板加吸附劑的封裝結構不透明，不適用於需透明性的應用，為使封裝不影響光電元件的柔軟性、擴展封裝方法的應用性，並符合大面積、大量快速生產的理想，乃使用保有柔軟性的無機薄膜來封裝顯示器的方式。若欲使封裝後的元件保有足夠柔軟性，所用之無機薄膜厚度必須極薄。一般使用薄膜沉積，如濺鍍(Sputtering)、蒸鍍(Evaporation)、電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等方法，在塑膠基板上製備SiO2、Si3N4或Al2O3等鈍化層薄膜來阻隔水氣。但上述的製程設備參數進行調整，鈍化層薄膜之最低OTR與WVTR值僅能達到約10–2以內範圍，造成此高透氣率的原因為薄膜內之缺陷影響。其主要成因如下：①.成膜過程中，薄膜分子隨機堆疊產生堆疊不完全的孔洞；②.電漿中之離子撞擊成膜表面導致缺陷；③.成膜過程中，薄膜分子在氣相反應中產生顆粒，降低薄膜之緻密度；④.薄膜包覆率不佳。薄膜之立體包覆薄膜中的缺陷在高溫下會顯著減少，但為配合有機材料不耐高溫的特性，阻氣薄膜必須使用低溫成膜，更不利於阻隔水氣的特質。有機光電元件所需的封裝技術另一個選擇原子氣相沉積系統，應用於塑膠材料擁有的優勢可以低溫製程進行沉積薄膜且超低缺陷密度，並具極佳的階梯覆蓋率。因此設備商研發原子氣相沉積技術應用於顯示器已經成為趨勢。
原子氣相沉積應用技術市場趨勢
原子氣相沉積技術研發設備在全球分布越來越廣泛，歐洲芬蘭Picosunu、英國Oxford、美國Applied Materials、亞洲國家TEL，甚至台灣的天虹科技都投入該原子氣相設備的研發(如圖一)。原子氣相沉積技術設備對於半導體產業其中的氧化物介電質材料和通道長度需要持續不斷地薄化和微縮，因此開發High-k 閘極介電層的技術；除了半導體的邏輯與記憶體元件製程仍屬於對ALD應用需求最高的產業外，近幾年在發光元件產業，特別是Mini LED與Micro LED技術的快速發展下，以ALD鍍製高均勻度的低折射係數透明鈍化層，已是實際導入生產線的技術。
圖一、全球原子氣相沉積設備商
異質結構半導體的功率元件，特別是氮化鎵(GaN) 和碳化矽(SiC)以及發光元件，包括mini-LED和micro-LED，近幾年在製造業汽車和消費應用領域飛速發展。具體而言，2020-2026年發光元件的複合年增長率預計為30%，功率和射頻元件的複合年增長率分別為12%和15%。微機電系統和感測器的複合年增長率將為4%，高階晶圓超越摩爾定律應用，所以需要採用先進封裝提高晶圓產出率也提升5%，如圖二所示。
圖二、原子氣相沉積應用技術市場趨勢
原子氣相沉積應用技術簡介
原子層氣相沉積技術是在1970年代由芬蘭的Tuomo Suntola博士和他的工作團隊為了製作高品質、大面積的電致發光薄膜平面顯示器而研發出來。自1970年代原子層沉積技術被研究發展以來，由於緩慢的沉積速率不被市場接受，是故未受到重視。然而，在半導體工業上，隨著積體電路的微小化，超薄薄膜製程所需要的製程技術將不再因為緩慢沉積速率成為障礙。積體電路元件的持續微小化，使得 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。