使用還原方法的分子層沉積的制作方法
【專利說明】使用還原方法的分子層沉積
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年11月27日提交的美國臨時申請N0.61/909，819的權益，其通過引用整體并入本文。
技術領域
[0003]本公開內容涉及使用自由基在基底上進行分子層沉積(MLD)。
【背景技術】
[0004]MLD是一種用于使分子沉積到基底上作為單元以在所述基底上形成聚合物膜的薄膜沉積方法。在MLD中，分子碎片在每個反應循環期間沉積。用于MLD的前體通常是同雙官能團反應物。MLD方法一般用于在基底上使有機聚合物例如聚酰胺生長。
[0005]用于MLD的前體可用于使混雜有機-無機聚合物如鋁氧烷(Alucone)和鋯氧烷(Zircone)生長。鋁氧烷是指具有含碳骨架的烷醇鋁聚合物并且可得自于三甲基鋁(TMA:Al (CH3) 3)與乙二醇的反應。鋯氧烷是指由二醇(例如，乙二醇)與鋯前體(例如叔丁醇錯Zr[0C(CH3)3)]4、四(二甲基酰胺基)鋯Zr [N (CH3) 2]4)的反應所獲得的混雜有機-無機化合物。
【發明內容】
[0006]實施方案涉及使材料沉積到基底上。將基底暴露于含金屬前體以使含金屬前體的金屬原子吸附至基底。將暴露于含金屬前體的基底暴露于有機前體以通過有機前體與吸附至基底的金屬原子的反應使材料層沉積。將基底暴露于還原劑的自由基以增加沉積在基底上的材料的反應性。將基底暴露于含金屬前體、有機前體和還原劑的自由基可重復進行，從而使材料的附加層沉積到基底上。
[0007]在一個實施方案中，在將含金屬前體注射到基底上之后并且在注射有機前體之前，將基底暴露于還原劑的自由基以增加金屬原子對于有機前體的反應性。
[0008]在一個實施方案中，沉積材料是金屬醇鹽(metalcone)。含金屬前體可包括三甲基鋁。含金屬前體可包括含鋁前體、含鈦前體、含鋅前體、含鋯前體、含鎳前體或其組合。有機BU體可包括一醇、二醇、氣基醇、燒基一胺、燒基酌\氣基燒基二燒氧基娃燒、異氛酸基燒基三烷氧基硅烷或其組合中的至少一種。
[0009]在一個實施方案中，還原劑包括肼、氨、氫氣或其組合中的至少一種。將基底暴露于還原劑的自由基可包括注射氮氣以穩定還原劑。
[0010]在一個實施方案中，將基底暴露于有機前體可包括按順序將基底暴露于多種有機前體。將注射有含金屬前體的基底暴露于第一有機前體以通過第一有機前體與吸附到基底上的金屬原子的反應使材料層沉積。在將基底暴露于第一有機前體之后，將注射有第一有機前體的基底暴露于還原劑的自由基以增加沉積在基底上的材料與第二有機前體的反應性。將注射有第一有機前體的基底暴露于第二有機前體以保持或延長沉積材料層的烴橋(hydrocarbon bridge)。第一有機前體可以是4_乙基苯酸并且第二有機前體可以是3_氨基-丙基三甲氧基硅烷，反之亦然。第一有機前體可以是3-氨基-丙基三甲氧基硅烷并且第二有機前體可以是3-異氰酸基丙基三乙氧基硅烷，反之亦然。
[0011]實施方案還涉及包含沉積在基底上的材料的產品。所述產品通過本文所述方法產生。
[0012]實施方案涉及用于使材料層沉積在基底上的設備。所述設備包括第一注射裝置、移動機構、第二注射裝置和自由基反應器。第一注射裝置具有朝向基底表面開口的第一反應室以將含金屬前體注射到該表面上并使得含金屬前體的金屬原子吸附至基底表面。移動機構被構造成引起第一基底與第一注射裝置之間的相對移動。第二注射裝置設置在相對移動的路徑上，并且具有朝向基底表面開口的第二反應室，以將有機前體注射到注射有含金屬前體的基底表面上并通過有機前體與吸附至基底的金屬原子的反應使材料層沉積在基底上。自由基反應器構造為將還原劑的自由基注射到注射有有機前體的基底上。
[0013]在一個實施方案中，第一注射裝置形成有排氣部分、連接排氣部分和第一反應室的收縮區域(constrict1n zone)。第一反應室平行于相對移動路徑的寬度超過了收縮區域的上表面與基底表面之間的高度。
[0014]在一個實施方案中，所述設備包括在相對移動路徑上的第三注射裝置。第三注射裝置構造為將惰性氣體注射到基底上，從而移除物理吸附在基底上的含金屬前體。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據一個實施方案的用于進行分子層沉積的線性沉積裝置的橫截面視圖。
[0016]圖2是根據一個實施方案的線性沉積裝置的透視圖。
[0017]圖3是根據一個實施方案的用于進行分子層沉積的旋轉沉積裝置的透視圖。
[0018]圖4是根據一個實施方案的圖1的沉積裝置中反應器的透視圖。
[0019]圖5A是說明根據一個實施方案的圖4的注射裝置的橫截面視圖。
[0020]圖5B是說明根據一個實施方案的圖4的自由基反應器的橫截面視圖。
[0021]圖6是說明根據一個實施方案的使材料沉積在基底上的方法的流程圖。
[0022]圖7A至7G是說明根據一個實施方案，當基底經歷用于進行MLD的加工步驟時沉積在基底上的材料的概念圖。
[0023]圖8A至8C是說明根據一個實施方案的使用MLD方法沉積具有可替代結構的材料的概念圖。
[0024]圖9是說明根據一個實施方案的利用三甲基鋁(TMA)和氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMOS)沉積聚合物MLD膜的概念圖。
[0025]圖10是說明根據一個實施方案的使用TMA、4-乙基苯酚和APTMOS沉積聚合物MLD膜的概念圖。
[0026]圖11是說明根據一個實施方案使用TMA、APTMOS和3_異氰酸基丙基三乙氧基硅烷沉積聚脲基聚合物膜的概念圖。
【具體實施方式】
[0027]本文參照附圖對實施方案進行描述。然而，本文所公開的原理可以以不同形式體現并且不應解釋為局限于本文所描述的實施方案。在說明書中，可以省略公知特征和技術的細節以避免不必要地模糊實施方案的特征。
[0028]在附圖中，附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。為了清楚起見，可放大附圖的形狀、尺寸和區域等。
[0029]實施方案涉及使用還原劑的自由基(例如，氫自由基H*)進行分子層沉積(MLD)方法以增加沉積速率和/或改善沉積在基底上的材料的聚合特性。在將含金屬前體(例如，三甲基鋁(TMA))和有機前體(例如，4-乙基苯酚)注射到基底上之后，注射還原劑的自由基以沉積下一層金屬醇鹽。通過使用還原劑的自由基而不是氧化氣體的自由基，保留了沉積材料中的碳橋聯，從而使沉積速率增加并導致表現出較高的聚合特性。
[0030]線性沉積裝置
[0031]圖1是根據一個實施方案的用于進行MLD方法的線性沉積裝置100的橫截面視圖。圖2是根據一個實施方案的線性沉積裝置100的透視圖(為了便于解釋而沒有室壁)。除了其他部件，線性沉積裝置100可包括支撐柱(support pillar) 118、處理室110和一個或更多個反應器136。反應器136可包括一個或更多個注射裝置和一個或更多個自由基反應器。每個注射裝置將吹掃氣體、含金屬前體或有機前體注射到基底120上。
[0032]由壁封裝的處理室110可維持在真空狀態下以防止污染物影響沉積過程。處理室110包括接收基底120的接受器(susc印tor) 128。接受器128放置在支撐板124上以進行滑動。支撐板124可包括溫度控制器(例如，加熱器或冷卻器)以控制基底120的溫度。線性沉積裝置100還可包括頂針(lift pin)(未示出)，其便于將基底120裝載在接受器128上或者將基底120從接受器128中拆卸下來。
[0033]在一個實施方案中，線性沉積裝置100包括移動機構，其構造為引起基底120與反應器136之間的相對移動。移動機構包括發動機114和延伸棒(extended bar) 138。接受器128用在其上形成的螺釘固定至在延伸棒上移動的一個或更多個托架210。托架210具有在其接收延伸棒138的孔中形成的相應螺紋。延伸棒138固定至發動機114的軸上，因此延伸棒138隨著發動機114的軸旋轉而旋轉。延伸棒138的旋轉導致托架210 (并因此接受器128)在支撐板124上進行線性移動。換句話說，托架210將延伸棒138的旋轉運動轉換成平行于延伸棒138的線性運動。通過控制發動機114的速度和旋轉方向，可沿著相對移動的路徑控制接受器128線性移動的速度