使用还原方法的分子层沉积的制作方法
【专利说明】使用还原方法的分子层沉积
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年11月27日提交的美国临时申请N0.61/909，819的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003]本公开内容涉及使用自由基在基底上进行分子层沉积(MLD)。
【背景技术】
[0004]MLD是一种用于使分子沉积到基底上作为单元以在所述基底上形成聚合物膜的薄膜沉积方法。在MLD中，分子碎片在每个反应循环期间沉积。用于MLD的前体通常是同双官能团反应物。MLD方法一般用于在基底上使有机聚合物例如聚酰胺生长。
[0005]用于MLD的前体可用于使混杂有机-无机聚合物如铝氧烷(Alucone)和锆氧烷(Zircone)生长。铝氧烷是指具有含碳骨架的烷醇铝聚合物并且可得自于三甲基铝(TMA:Al (CH3) 3)与乙二醇的反应。锆氧烷是指由二醇(例如，乙二醇)与锆前体(例如叔丁醇错Zr[0C(CH3)3)]4、四(二甲基酰胺基)锆Zr [N (CH3) 2]4)的反应所获得的混杂有机-无机化合物。
【发明内容】
[0006]实施方案涉及使材料沉积到基底上。将基底暴露于含金属前体以使含金属前体的金属原子吸附至基底。将暴露于含金属前体的基底暴露于有机前体以通过有机前体与吸附至基底的金属原子的反应使材料层沉积。将基底暴露于还原剂的自由基以增加沉积在基底上的材料的反应性。将基底暴露于含金属前体、有机前体和还原剂的自由基可重复进行，从而使材料的附加层沉积到基底上。
[0007]在一个实施方案中，在将含金属前体注射到基底上之后并且在注射有机前体之前，将基底暴露于还原剂的自由基以增加金属原子对于有机前体的反应性。
[0008]在一个实施方案中，沉积材料是金属醇盐(metalcone)。含金属前体可包括三甲基铝。含金属前体可包括含铝前体、含钛前体、含锌前体、含锆前体、含镍前体或其组合。有机BU体可包括一醇、二醇、氣基醇、烧基一胺、烧基酌\氣基烧基二烧氧基娃烧、异氛酸基烧基三烷氧基硅烷或其组合中的至少一种。
[0009]在一个实施方案中，还原剂包括肼、氨、氢气或其组合中的至少一种。将基底暴露于还原剂的自由基可包括注射氮气以稳定还原剂。
[0010]在一个实施方案中，将基底暴露于有机前体可包括按顺序将基底暴露于多种有机前体。将注射有含金属前体的基底暴露于第一有机前体以通过第一有机前体与吸附到基底上的金属原子的反应使材料层沉积。在将基底暴露于第一有机前体之后，将注射有第一有机前体的基底暴露于还原剂的自由基以增加沉积在基底上的材料与第二有机前体的反应性。将注射有第一有机前体的基底暴露于第二有机前体以保持或延长沉积材料层的烃桥(hydrocarbon bridge)。第一有机前体可以是4_乙基苯酸并且第二有机前体可以是3_氨基-丙基三甲氧基硅烷，反之亦然。第一有机前体可以是3-氨基-丙基三甲氧基硅烷并且第二有机前体可以是3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷，反之亦然。
[0011]实施方案还涉及包含沉积在基底上的材料的产品。所述产品通过本文所述方法产生。
[0012]实施方案涉及用于使材料层沉积在基底上的设备。所述设备包括第一注射装置、移动机构、第二注射装置和自由基反应器。第一注射装置具有朝向基底表面开口的第一反应室以将含金属前体注射到该表面上并使得含金属前体的金属原子吸附至基底表面。移动机构被构造成引起第一基底与第一注射装置之间的相对移动。第二注射装置设置在相对移动的路径上，并且具有朝向基底表面开口的第二反应室，以将有机前体注射到注射有含金属前体的基底表面上并通过有机前体与吸附至基底的金属原子的反应使材料层沉积在基底上。自由基反应器构造为将还原剂的自由基注射到注射有有机前体的基底上。
[0013]在一个实施方案中，第一注射装置形成有排气部分、连接排气部分和第一反应室的收缩区域(constrict1n zone)。第一反应室平行于相对移动路径的宽度超过了收缩区域的上表面与基底表面之间的高度。
[0014]在一个实施方案中，所述设备包括在相对移动路径上的第三注射装置。第三注射装置构造为将惰性气体注射到基底上，从而移除物理吸附在基底上的含金属前体。
【附图说明】
[0015]图1是根据一个实施方案的用于进行分子层沉积的线性沉积装置的横截面视图。
[0016]图2是根据一个实施方案的线性沉积装置的透视图。
[0017]图3是根据一个实施方案的用于进行分子层沉积的旋转沉积装置的透视图。
[0018]图4是根据一个实施方案的图1的沉积装置中反应器的透视图。
[0019]图5A是说明根据一个实施方案的图4的注射装置的横截面视图。
[0020]图5B是说明根据一个实施方案的图4的自由基反应器的横截面视图。
[0021]图6是说明根据一个实施方案的使材料沉积在基底上的方法的流程图。
[0022]图7A至7G是说明根据一个实施方案，当基底经历用于进行MLD的加工步骤时沉积在基底上的材料的概念图。
[0023]图8A至8C是说明根据一个实施方案的使用MLD方法沉积具有可替代结构的材料的概念图。
[0024]图9是说明根据一个实施方案的利用三甲基铝(TMA)和氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMOS)沉积聚合物MLD膜的概念图。
[0025]图10是说明根据一个实施方案的使用TMA、4-乙基苯酚和APTMOS沉积聚合物MLD膜的概念图。
[0026]图11是说明根据一个实施方案使用TMA、APTMOS和3_异氰酸基丙基三乙氧基硅烷沉积聚脲基聚合物膜的概念图。
【具体实施方式】
[0027]本文参照附图对实施方案进行描述。然而，本文所公开的原理可以以不同形式体现并且不应解释为局限于本文所描述的实施方案。在说明书中，可以省略公知特征和技术的细节以避免不必要地模糊实施方案的特征。
[0028]在附图中，附图中相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，可放大附图的形状、尺寸和区域等。
[0029]实施方案涉及使用还原剂的自由基(例如，氢自由基H*)进行分子层沉积(MLD)方法以增加沉积速率和/或改善沉积在基底上的材料的聚合特性。在将含金属前体(例如，三甲基铝(TMA))和有机前体(例如，4-乙基苯酚)注射到基底上之后，注射还原剂的自由基以沉积下一层金属醇盐。通过使用还原剂的自由基而不是氧化气体的自由基，保留了沉积材料中的碳桥联，从而使沉积速率增加并导致表现出较高的聚合特性。
[0030]线性沉积装置
[0031]图1是根据一个实施方案的用于进行MLD方法的线性沉积装置100的横截面视图。图2是根据一个实施方案的线性沉积装置100的透视图(为了便于解释而没有室壁)。除了其他部件，线性沉积装置100可包括支撑柱(support pillar) 118、处理室110和一个或更多个反应器136。反应器136可包括一个或更多个注射装置和一个或更多个自由基反应器。每个注射装置将吹扫气体、含金属前体或有机前体注射到基底120上。
[0032]由壁封装的处理室110可维持在真空状态下以防止污染物影响沉积过程。处理室110包括接收基底120的接受器(susc印tor) 128。接受器128放置在支撑板124上以进行滑动。支撑板124可包括温度控制器(例如，加热器或冷却器)以控制基底120的温度。线性沉积装置100还可包括顶针(lift pin)(未示出)，其便于将基底120装载在接受器128上或者将基底120从接受器128中拆卸下来。
[0033]在一个实施方案中，线性沉积装置100包括移动机构，其构造为引起基底120与反应器136之间的相对移动。移动机构包括发动机114和延伸棒(extended bar) 138。接受器128用在其上形成的螺钉固定至在延伸棒上移动的一个或更多个托架210。托架210具有在其接收延伸棒138的孔中形成的相应螺纹。延伸棒138固定至发动机114的轴上，因此延伸棒138随着发动机114的轴旋转而旋转。延伸棒138的旋转导致托架210 (并因此接受器128)在支撑板124上进行线性移动。换句话说，托架210将延伸棒138的旋转运动转换成平行于延伸棒138的线性运动。通过控制发动机114的速度和旋转方向，可沿着相对移动的路径控制接受器128线性移动的速度