CN102337523A - 选择性原子层沉积成膜方法 - Google Patents
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Abstract
选择性原子层沉积成膜方法，属于薄膜涂层领域。它主要解决了现有技术无法对同一基体上所成膜的区域进行选择的技术难题。该方法首先在基体表面做不一样的处理，使其表面具有不同的化学键，或呈现不同的导电性，或具有不同的表面极性，或具备不同的表面张力。其成膜原理：第一个前驱体在基体表面发生选择性化学反应，其次利用惰性气体去除反应室里未反应的多余的前驱体和副产物。然后将第二种前驱体以脉冲形式通入到基体表面，与第一种前驱体反应形成需要的选择性表面。最后再次通入惰性气体，去除未反应的多余前躯体和反应产生的副产物。此为一个周期，不断重复该周期即可形成所需薄膜。具有构思新颖独特，方法简单，效率高，制造成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种原子层气相沉积的成膜方法，特别是一种选择性的原子层气相沉积成膜方法，属于薄膜涂层领域。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)技术是最前沿的薄膜沉积技术，它的原理是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应，并以单原子膜的形式一层一层形成沉积膜的一种方法。在沉积过程中，第一种反应前驱体(precursor)输入到基体材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)保持在表面。当第二种前驱体通入反应器，会首先吸附在第一种前躯体表面，然后提供一种活化能，让两种前驱体发生反应，并产生相应的副产物通过真空设备抽掉，形成一个原子层厚度的反应薄膜，重复该周期，直至形成所需厚度的薄膜。该成膜技术可以在基体上长非常薄的膜，可以准确的控制薄膜的厚度，可在任何形状的基体上进行接近100％的覆盖。传统的ALD技术在为基体覆膜的过程中，存在如下问题：(1)无法对同一基体上所成膜的区域进行选择；(2)如果需要在同一基体上不同区域生长不同种类的薄膜，则需要增加涂胶、光刻、刻蚀、清洗工序，成膜工艺需要的工时较长，也不利于环保；(3)增加的工序加大了制造成本及设备成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种低成本、高效率，具有选择性原子层沉积成膜的方法。该方法通过对基体(可以是玻璃、硅片、塑料、模板、人造血管、心脏、铝钛合金、发动机叶片等)表面不同区域进行选择性表面处理，使其表面不同区域具备不同的反应特性，通入的前躯体与表面发生不同反应，在相应区域内生长不同种类的薄膜。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：选择性原子层沉积成膜方法，该方法首先在基体表面做不一样的处理，使其表面具有不同的化学键，或呈现不同的导电性，或具有不同的表面极性，或具备不同的表面张力，及其他的物理或化学特性差异。其成膜原理：第一个前驱体在基体表面发生选择性化学反应，其次利用惰性气体去除反应室里未反应的多余的前驱体和副产物。然后将第二种前驱体以脉冲形式通入到基体表面，与第一种前驱体反应形成需要的选择性表面。最后再次通入惰性气体，去除未反应的多余前躯体和反应产生的副产物。此为一个周期，每个周期生长的薄膜都是固定不变的，至多一层单层薄膜，不断重复该周期即可形成所需薄膜。
本发明较好地解决了现有技术中存在的问题，并具有下述优点：(1)构思新颖独特，在原子层沉积技术领域，用该方法可在同一基体上的任何区域选择性生长不同种类的薄膜，具有独创性；(2)对基体进行不同的表面处理后，通过选择合适的前躯体即可实现选择性覆膜，制备方法简单，可以省掉涂胶、光刻、刻蚀、清洗工序，节省了昂贵的光刻费用，提高了效率；(3)省略的工序不但可以节省光刻胶，有利于环保，还能够缩短工时，降低制造成本。
附图说明
图1是本发明所用其中一种装置的结构示意图。
图2基体A区域表面形成-OH，B区域表面形成-H示意图。
图3是通入前躯体A的示意图。
图4是通入前躯体A后与基体发生反应的示意图。
图5是通入惰性气体，去除未反应的三甲基铝和反应产生的副产物。
图6是通入前躯体B的示意图。
图7是通入前躯体B与基体发生反应的示意图。
图8是在基体的表面生成一层Al2O3的示意图。
图9是在基体A区域生成多层Al2O3，B区域仍然是未发生任何反应的-H的示意图。
具体实施方式
实施例一
参照图1-9，选择性原子层沉积成膜方法，该方法首先在基体1的表面做不一样的处理(参照图2)，使基体1的A区域表面形成-OH，B区域表面形成-H。然后通入前躯体A2三甲基铝(Al(CH3)3)和前躯体B4水(H2O)，则在该基体1的A区域形成Al2O3薄膜，在B区域不生长任何薄膜。
其具体的方法和步骤是：1、先用抽真空设备10将反应腔8抽真空；2、将处理过的基体1放入反应腔8中(参照图1)，打开源阀A3，通入前躯体A2三甲基铝；3、三甲基铝通过输送管路6进入反应腔8与基体1的A区域表面的-OH发生反应，生成副产物甲烷(CH4)，和B区域-H不发生反应(参照图3和图4)，关闭源阀A3；4、通入惰性气体(氮气或氩气或氦气)，对反应腔8进行吹扫，通过抽真空设备10去除未反应的三甲基铝和反应产生的副产物(参照图5)；5、打开源阀B5通入第二种前躯体B4H2O(参照图6)，将加热器7和加热器9加热；6、H2O与基体A区域发生反应，生成副产物CH4，与B区域不发生反应(参照图7)关闭加热器A7和加热器B9，关闭源阀B5；7、通入惰性气体(氮气或氩气或氦气)对反应腔8进行吹扫，通过抽真空设备10去除反应室里多余的H2O和副产物CH4，；8、在基体1的A区域表面生成了一层Al2O3，并且在其表面存在一层-OH，基体B区域存在一层未发生任何反应的-H(参照图8)；9、循环2-8步骤，在基体A区域生成多层Al2O3，B区域仍然是未发生任何反应的-H(参照图9)；10、反应完毕即可实现在同一基体上生长不同薄膜的方法。
实施例二
将基体1进行表面处理后，使基体1的表面不同区域呈现不同的的导电性，通入(CH3CH2)2M(M代表金属元素)或M-N-(CH3)2(M代表金属元素)两种前躯体，这两种前躯体倾向于吸附在具有高导电性的基体表面区域，在其表面生长薄膜，而无导电性的表面区域则不发生任何反应，由此实现在同一基体上有选择性的成膜。
实施例三
将基体1进行表面处理后，使基体1的表面不同区域具有不同的极性，通入M-O-CH3(M代表金属元素)或M-OC2H5(M代表金属元素)两种前躯体，这两种前躯体倾向于吸附在具有极性的基体表面区域，与没有极性的表面区域不发生反应，因此在具有极性的基体1的表面区域反应生长薄膜，实现有选择性的成膜。
在具有不同反应特性的基体表面，通过选择合适的前躯体，能够在不一样的基体表面生长不同的薄膜，且可以省掉涂胶、光刻、刻蚀、清洗等工序。该方法在电池、太阳能、军事、发动机、医疗等方面会有便捷、广泛的应用。
Claims (5)
1.选择性原子层沉积成膜方法，其特征在于：该方法首先在基体表面做不一样的处理，使其表面具有不同的化学键，或呈现不同的导电性，或具有不同的表面极性，或具备不同的表面张力，及其他的物理或化学特性差异，其成膜方法：通过第一个前驱体在表面经过处理的基体表面发生选择性化学反应，其次利用惰性气体去除反应室里未反应的多余的前驱体和副产物，然后将第二种前驱体以脉冲形式通入到基体表面，与第一种前驱体反应形成需要的选择性表面，最后再次通入惰性气体，去除未反应的多余前躯体和反应产生的副产物，此为一个周期，每个周期生长的薄膜都是固定不变的，至多一层单层薄膜，不断重复该周期即可形成所需薄膜。
2.如权利要求1所述的选择性原子层沉积成膜方法，其特征在于具体的方法和步骤：a、先用抽真空设备(10)将反应腔(8)抽真空；b、将处理过的基体(1)放入反应腔(8)中，打开源阀A(3)，通入前躯体A(2)三甲基铝；c、三甲基铝通过输送管路(6)进入反应腔(8)与基体(1)的A区域表面的-OH发生反应，生成副产物甲烷(CH4)，和B区域-H不发生反应，关闭源阀A(3)；d、通入惰性气体，对反应腔(8)进行吹扫，通过抽真空设备(10)去除未反应的三甲基铝和反应产生的副产物；e、打开源阀B(5)通入第二种前躯体B(4)H2O，将加热器A(7)和加热器B(9)加热；f、H2O与基体A区域发生反应，生成副产物CH4，与B区域不发生反应，关闭加热器A(7)和加热器B(9)；g、通入惰性气体对反应腔(8)进行吹扫，通过抽真空设备(10)去除反应室里多余的H2O和副产物CH4，；h、在基体(1)的A区域表面生成了一层Al2O3，并且在其表面存在一层-OH，基体B区域存在一层未发生任何反应的-H；i、循环2-8步骤，在基体(1)的A区域生成多层Al2O3，B区域仍然是未发生任何反应的-H；j、反应完毕即可实现在同一基体上生长不同薄膜的方法。
3.如权利要求1所述的选择性原子层沉积成膜方法，其特征在于：将基体(1)进行表面处理后，使基体(1)的表面不同区域呈现不同的的导电性，通入(CH3CH2)2M或M-N-(CH3)2两种前躯体，这两种前躯体倾向于吸附在具有高导电性的基体表面区域，在其表面生长薄膜，而无导电性的表面区域则不发生任何反应，由此实现在同一基体上有选择性的成膜。
4.如权利要求1所述的选择性原子层沉积成膜方法，其特征在于：将基体(1)进行表面处理后，使基体(1)的表面不同区域具有不同的极性，通入M-O-CH3或M-OC2H5两种前躯体，这两种前躯体倾向于吸附在具有极性的基体表面区域，与没有极性的表面区域不发生反应，因此在具有极性的基体1的表面区域反应生长薄膜，实现有选择性的成膜。
5.如权利要求1和权利要求2所述的选择性原子层沉积成膜方法，其特征在于：所述的惰性气体是指氮气或氩气或氦气。
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