公开了一种在基材上沉积薄膜材料的方法，包括向基材表面同时引导来自薄膜沉积系统的输送头的输出面的一系列气流，其中一系列气流包括至少第一反应性气态材料、惰性吹扫气体和第二反应性气态材料，其中第一反应性气态材料能够与用第二反应性气态材料处理的基材表面反应，其中一个或多个该气流提供至少有助于将基材表面与输送头表面分离的压力。还公开了一种能够实施这种方法的系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及薄膜材料的沉积，更具体地涉及使用将气流同时引导到基材上 的分配头在基材上进行原子层沉积的设备。
技术介绍
广泛用于薄膜沉积的技术为化学汽相沉积(CVD)，其使用在反应室中反应的化学 反应性分子，在基材上沉积所需薄膜。可用于CVD应用的分子前体包括要沉积的薄膜的元 素(原子)成分，并且通常还包括其它元素。CVD前体为以气相形式输送至室，以便在基材 处反应，在其上形成薄膜的挥发性分子。化学反应沉积具有所需薄膜厚度的薄膜。大多数CVD技术通常需要将精确控制的一种或多种分子前体流加入CVD反应器。 基材在受控压力条件下保持在精确控制的温度，以促进这些分子前体之间的化学反应，同 时有效去除副产物。获得最佳的CVD性能要求能够在整个工艺中达到并维持气流、温度和 压力的稳态条件，并能够使瞬变过程(transient)达到最小或将其消除。特别是在半导体、集成电路和其它电子设备领域，需要超过常规CVD技术所能达 到限度的具有优良保形涂布性能的薄膜，特别是较高品质致密薄膜，特别是可以在较低温 度下制造的薄膜。原子层沉积(“ALD”)是一种可选的薄膜沉积技术，与CVD前身相比，原子层沉积 可以提供改善的厚度分辨率和保形能力。ALD方法将常规CVD的常规薄膜沉积过程分成单 原子层沉积步骤。有利地，ALD步骤自身终止并且当进行到或超过自身终止暴露时间时可以 沉积一个原子层。原子层通常为约0. 1至约0.5个分子单层，典型尺寸数量级为至多几埃。 ALD中，原子层的沉积为反应性分子前体和基材之间的化学反应的结果。在各个分离的ALD 反应_沉积步骤中，净反应沉积所需原子层并基本消除最初包括在分子前体中的“额外”原 子。在其最纯形式中，ALD在没有其它一种或多种反应前体存在下包括各个前体的吸附和 反应。实际上，在任何系统中难以避免产生少量化学汽相沉积反应的不同前体的某种直接 反应。任何声称能进行ALD的系统的目标是获得与ALD系统相当的设备性能和特征，同时 认识到可以允许少量CVD反应。在ALD应用中，通常在分离的步骤中将两种分子前体引入ALD反应器。例如，金属 前体分子MLX包括键合到原子或分子配体L的金属元素M。例如M可以为但不限于Al、W、 Ta、Si、Zn等。当基材表面被制造来与分子前体直接反应时，金属前体与基材反应。例如， 通常基材表面被制备来包括与金属前体具有反应性的含氢配体AH等。硫(S)、氧(0)和氮 (N)为一些典型的A物质。气态金属前体分子有效地与基材表面上的所有配体反应，导致金 属的单原子层的沉积基材-AH+MLX—基材-AMLn+HL(1) 其中HL为反应副产物。该反应期间，初始表面配体AH被消耗，表面变为由L配体覆盖，不能与金属前体MLX进一步反应。因此，当表面上的所有初始AH配体由AMLn物质取代时，该反应自身终止。反应步骤之后通常为惰性气体吹扫步骤，在单独引入第二反应物气态前体材料之前，惰性气体吹扫步骤从室中清除过量的金属前体。 然后用第二分子前体恢复基材对金属前体的表面反应性。这一点例如通过去除L配体并再沉积AH配体来实现。在这种情况下，第二前体通常包括所需(通常非金属的)元素A (即0、N、S)，和氢(即H20、NH3、H2S)。接下来的反应如下基材-A-ML+AHy —基材-A-M-AH+HL (2)这样将表面转化回到其AH覆盖状态。(这里，为了简化起见，化学反应并未配平。) 所需的附加元素A结合进薄膜中，不希望有的配体L作为挥发性副产物被清除。反应重新 消耗反应性位点(此时为L终止的位点)，并在基材上的反应性位点完全消耗时自身终止。 然后第二分子前体通过在第二吹扫步骤中流过惰性吹扫气体，从沉积室中去除。于是概括地说，基础ALD方法需要顺次地交替改变到基材的化学品流。上述代表 性ALD方法为一个具有四个不同的工作步骤的循环l.MLx 反应；2.MLXW扫；3.AHy 反应；和4. AHV吹扫，然后回到步骤1。ALD最典型地已经用于沉积无机化合物，其中金属前体为卤化物、醇盐、二酮螯合 物或有机金属化合物。当分别沉积氧化物、氮化物或硫化物时，第二前体典型地为氧、氮或 硫源。虽然较不常用，但是由ALD沉积有机化合物或有机/无机杂化物层也是已知的。在这 些情况下，可能仍然具有自身限制反应的交替顺序，除了由这种方法产生的限制层可能为 与原子相反的分子层。因此，这种技术也可以称为分子层沉积(MLD)，但是基本概念和沉积 设备与ALD方法和设备相似，因此“ALD”在此也用来表示分子层沉积。有机薄膜的原子层 或分子层沉积的实例可以在Matti Putkonen等在Journal of Materials Chemistry (材 料化学期刊)中的“Atomic Layer Deposition of Polyimide Thin Films (聚酰亚胺薄膜 的原子层沉积)”中找到。这种交替的表面反应和将基材表面恢复至其初始反应状态的前体去除以及插入 的吹扫操作的重复顺序是一种典型的ALD沉积循环。ALD工作的关键特征为将基材恢复至 其初始表面化学状态。使用这种重复的步骤组合，可以将薄膜以化学动力学、每循环沉积、 组成和厚度都相同的等计量层的形式铺设到基材上。ALD可以用作形成多种薄膜电子设备的制造步骤，所述薄膜电子设备包括半导体 设备并负载电子元件，例如电阻和电容、绝缘体、总线和其它导电结构。ALD特别适合于形成 电子设备部件中的金属氧化物薄层。可以利用ALD沉积的功能材料的一般类别包括导体、 电介质或绝缘体，以及半导体。导体可以为任何有用的导电材料。例如导体可以包括透明材料，例如氧化铟锡 (IT0)、掺杂氧化锌ZnO、Sn02或ln203。导体的厚度可以变化，并且根据特殊实施例，其厚度 可以为约50至约lOOOnrn。有用的半导体材料的实例为化合物半导体，例如砷化镓、氮化镓、硫化镉、本征氧化锌和硫化锌。电介质材料使图形电路的各部分电绝缘。电介质层也可以称为绝缘体或绝缘层。 可用作电介质的材料的具体实例包括锶酸盐(strontiate)、钽酸盐、钛酸盐、锆酸盐、氧化 铝、氧化硅、氧化钽、氧化铪、氧化钛、硒化锌和硫化锌。此外，这些实例的合金、组合和多层 可以用作电介质。这些材料中，氧化铝是优选的。 电介质结构层可以包括两个或多个具有不同介电常数的层。这种绝缘体在US 5，981，970和共同未决US 2006/0214154中讨论，在此将其引入作为参考。电介质材料通常 显示大于约5eV的带隙。有用的电介质层的厚度可以变化，根据特殊实例，其厚度可以为约 10 至约 300nm。可用上述功能层制造许多设备结构。可以通过选择具有中等至不良导电性的导电 材料制造电阻。可以通过在两个导体之间设置电介质制造电容。可以通过在两个导电电极 之间设置两个互补载流子类型的半导体制造二极管。也可以在互补载流子类型的半导体之 间布置半导体区域，该半导体区域是本征的，表明该区域具有少量自由电荷载流子。也可以 通过在两个导体之间设置单一半导体构成二极管，其中导体/半导体界面之一产生在一个 方向强烈阻碍电流的Schottky势垒。可以通过在导体(栅极)上设置绝缘层，随后设置半 导体层制造晶体管。如果两个或多个其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在基材上薄膜沉积固体材料的沉积系统，依次包括：（Ａ）入口部分；（Ｂ）涂布部分，包括：（ｉ）分别为多种气态材料提供的多个源，包括至少分别为第一、第二和第三气态材料提供的第一、第二和第三源；（ｉｉ）向接收薄膜沉积的基材输送多种气态材料的输送头，该输送头包括：（ａ）多个入口，包括至少分别用于接收第一、第二和第三气态材料的第一、第二和第三入口；和（ｂ）沉积输出面，其与基材隔开一定距离并且包括为第一、第二和第三气态材料各自提供的多个基本平行的细长输出口，其中输送头被设计用来从沉积输出面中的输出口同时输送第一、第二和第三气态材料；（Ｃ）出口部分；（Ｄ）以单向通过方式移动基材通过涂布部分的装置；和（Ｅ）在薄膜沉积期间保持输送头的沉积输出面和基材表面之间距离基本一致的装置，其中涂布部分中的输送头被设计用来向薄膜沉积的基材表面提供一种或多种气态材料的流，也提供将输送头的沉积输出面与基材表面分离的至少部分力，其中任选地入口部分和／或出口部分各自包括具有多个非沉积输出口的非沉积输出面，所述非沉积输出口被设计用来在至少部分通过沉积系统期间向基材表面提供非反应性气体的气流；其中沉积头被设计用来仅在以单一单向通过方式移动基材通过涂布部分期间在基材上提供薄膜沉积。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：DH莱维，RS克尔，JT凯里，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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