JP5464775B2 - Method for producing metal oxide film at low temperature - Google Patents

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Description

本出願は、2001年10月23日出願の米国特許出願第10/003,749号であって、現在、米国特許第6,743,475号の部分継続出願であり、合衆国法典第35号第119条(a)の下で、2000年10月23日出願のフィンランド特許出願第20002323号の優先権を主張するものである。   This application is US patent application Ser. No. 10 / 003,749, filed Oct. 23, 2001, and is now a continuation-in-part of US Pat. No. 6,743,475, which is incorporated by reference It claims the priority of Finnish patent application No. 20002323 filed on Oct. 23, 2000 under section 119 (a).

本発明はALD法によって金属酸化物膜を製造する方法に関する。好ましい方法によれば、金属酸化物膜は、金属化合物を基板に結合して前記金属化合物を金属酸化物に変換することによって低温で製造される。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide film by an ALD method. According to a preferred method, the metal oxide film is produced at a low temperature by binding the metal compound to a substrate and converting the metal compound to a metal oxide.

高い誘電率(透磁率)を有する誘電体薄膜はマイクロエレクトロニクスの分野に多くの用途がある。例えば、キャパシタのサイズを減少させるとき必要なキャパシタンスを維持するために、それらは現在DRAMメモリに使用されているSiOおよびSiを置き換えることができる。 Dielectric thin films having a high dielectric constant (permeability) have many applications in the field of microelectronics. For example, to maintain the required capacitance when reducing the size of the capacitors, they can replace the SiO 2 and Si 3 N 4 currently used in DRAM memories.

表面のパッシベーションに適したAl膜は、以前はスパッタなどの物理的方法によって調製された。スパッタによって製造された膜の問題は、得られる膜の不均一性と膜中に形成されるピンホールであった。これらのピンホールは膜を通る水の拡散路を形成することがある。 Al 2 O 3 films suitable for surface passivation have been previously prepared by physical methods such as sputtering. Problems with films produced by sputtering were non-uniformity of the resulting film and pinholes formed in the film. These pinholes can form a water diffusion path through the membrane.

米国特許第6,124,158号(特許文献1)は、ALD法によって堆積させたAl薄膜の炭素汚染を低減する方法を開示する。ALD法は有機アルミニウム前躯体と水を使用する。炭素汚染を低減するために、少なくとも3サイクル毎にオゾンが反応室内に導入される。190℃以下で堆積させた酸化アルミニウム膜は密度が低く、再現性がないので、方法には限界がある。 US Pat. No. 6,124,158 discloses a method for reducing carbon contamination of Al 2 O 3 thin films deposited by ALD. The ALD method uses an organoaluminum precursor and water. In order to reduce carbon contamination, ozone is introduced into the reaction chamber at least every three cycles. Since the aluminum oxide film deposited at 190 ° C. or lower has a low density and is not reproducible, the method is limited.

また、ALD法は、アルミニウム源材料としてアルミニウムアルコキシド、トリメチルアルミニウム(TMA)またはAlCl、酸素源材料として水、アルコール、HまたはNOを使用する、Al膜の製造にも用いられた。TMAと水からのAl膜は150〜400℃の範囲の温度で堆積された。一般的に温度は150℃〜300℃であった。得られる膜は均一な厚さを有し、ピンホールはなかった。しかし、堆積温度範囲の低端での膜の密度には問題があった。 In addition, the ALD method is used to manufacture an Al 2 O 3 film using aluminum alkoxide, trimethylaluminum (TMA) or AlCl 3 as an aluminum source material and water, alcohol, H 2 O 2 or N 2 O as an oxygen source material. Was also used. Al 2 O 3 films from TMA and water were deposited at temperatures in the range of 150-400 ° C. Generally, the temperature was 150 ° C to 300 ° C. The resulting film had a uniform thickness and no pinholes. However, there was a problem with the film density at the low end of the deposition temperature range.

米国特許第6,124,158号US Pat. No. 6,124,158 米国特許第6,015,590号US Pat. No. 6,015,590 N.N.Greenwood and A.Earnshaw、「Chemistry of the Elements」、Pergamon Press Ltd.、Oxford、England 1986N. N. Greenwood and A.M. Ernshaw, “Chemistry of the Elements”, Pergamon Press Ltd. , Oxford, England 1986

基板が水に敏感な用途においては、水を酸素源材料として使用することは現実性がないので、有機発光ディスプレイまたは有機発光ダイオード(OLED)としても知られる有機ELディスプレイなど、有機ポリマーまたは低分子量の有機分子が関与する用途において、堆積温度は150℃未満であることが好ましい。さらに、有機層を備える基板は、ある加工方法中一般的にアルカリ性溶液に露出され、これは有機表面の保護層の特性に対して厳しい要件を課するものである。保護層にはピンホールは絶対許容されない。したがって、水以外の酸素源を用いて、低温でALDによって金属酸化物膜を製造する方法が必要である。   In applications where the substrate is sensitive to water, the use of water as an oxygen source material is impractical, so organic polymers or low molecular weights such as organic light-emitting displays or organic EL displays also known as organic light-emitting diodes (OLEDs) In applications involving organic molecules, the deposition temperature is preferably less than 150 ° C. Furthermore, substrates with organic layers are typically exposed to alkaline solutions during certain processing methods, which impose stringent requirements on the properties of the protective layer on the organic surface. Pinholes are never allowed in the protective layer. Therefore, there is a need for a method for producing a metal oxide film by ALD at a low temperature using an oxygen source other than water.

本発明は、約50℃程度の低い基板温度で、高品質の金属酸化物薄膜がALD法によって成長することができるという驚くべき発見に基づく。他の驚くべき発見は、有機層を含む基板の特性を破壊することなくオゾンを堆積方法に使用できることである。高密度のピンホールのない薄膜層を非常に迅速にALDによって基板表面上に生成することができ、表面下の感受性の高い材料を周囲のガス雰囲気から保護する。   The present invention is based on the surprising discovery that high quality metal oxide thin films can be grown by ALD at substrate temperatures as low as about 50 ° C. Another surprising discovery is that ozone can be used in the deposition process without destroying the properties of the substrate including the organic layer. A dense pinhole-free thin film layer can be generated on the substrate surface by ALD very quickly, protecting the sensitive material below the surface from the surrounding gas atmosphere.

本発明の一態様によれば、複数のサイクルを含む原子層堆積方法によって基板上に金属酸化物の薄膜を堆積する方法が提供される。各サイクルは、気体金属化合物を含む第1反応物を供給する工程と、水以外の酸素源を含む気体の第2反応物を供給する工程とを含む。第2反応物は、基板上に吸収された第1反応物の部分を金属酸化物に変換する。基板はALD法中190℃未満に保つことが好ましい。   According to one aspect of the present invention, a method is provided for depositing a thin film of metal oxide on a substrate by an atomic layer deposition method comprising a plurality of cycles. Each cycle includes supplying a first reactant containing a gaseous metal compound and supplying a gaseous second reactant containing an oxygen source other than water. The second reactant converts the portion of the first reactant absorbed on the substrate into a metal oxide. The substrate is preferably kept below 190 ° C. during the ALD process.

好ましい実施形態によって多くの大きな利点が得られる。例えば、本発明によって低温で良好な品質の金属膜を製造することが可能である。   The preferred embodiment provides many significant advantages. For example, it is possible to produce a good quality metal film at low temperatures according to the present invention.

高密度構造の誘電体薄膜は、高温に許容性のない表面のパッシベーションに使用することができる。それらの表面は、例えば、ポリマー膜を含む。水を含まない酸素源を使用するならば、水に感受性のある表面もパッシベーションすることができる。   A high-density dielectric thin film can be used for surface passivation that is unacceptable at high temperatures. Their surfaces include, for example, polymer films. If a water free oxygen source is used, water sensitive surfaces can also be passivated.

さらに、金属酸化物薄膜を含んで、高密度構造を備える誘電体膜は少なくとも1層の有機膜を含む機能膜の間の緩衝層として使用することができる。したがって、誘電体膜は機能膜間の反応または拡散のいずれも防止する。   Furthermore, a dielectric film having a high-density structure including a metal oxide thin film can be used as a buffer layer between functional films including at least one organic film. Therefore, the dielectric film prevents any reaction or diffusion between the functional films.

定義
本発明の目的のためには、「ALD法」は、気体原料化学物質から表面への薄膜の堆積が逐次的自己飽和表面反応に基づく方法を指す。ALD法の原理は例えば米国特許第6,015,590号(特許文献2)に開示されている。
Definitions For purposes of the present invention, “ALD process” refers to a process in which the deposition of a thin film from a gaseous source chemical onto a surface is based on a sequential self-saturated surface reaction. The principle of the ALD method is disclosed in, for example, US Pat. No. 6,015,590 (Patent Document 2).

「反応空間」は、ALDによって薄膜を基板上に堆積できるように条件を調節することのできる反応器または反応室を指すために用いられる。   "Reaction space" is used to refer to a reactor or reaction chamber whose conditions can be adjusted so that a thin film can be deposited on a substrate by ALD.

「薄膜」は、分離したイオン、原子、または分子として原料から真空、気相または液相を経由して基板に輸送される元素または化合物から成長する膜を指すために用いられる。膜の厚さは用途に依存し、例えば1分子層(約0.5nm)から1,000nmまたはそれ以上までと広い範囲に及ぶ。   “Thin film” is used to refer to a film that grows from an element or compound that is transported from a source as a separated ion, atom, or molecule to a substrate via a vacuum, gas phase, or liquid phase. The thickness of the film depends on the application and ranges for example from a single molecular layer (about 0.5 nm) to 1,000 nm or more.

「金属酸化物」は、酸素に結合した少なくとも1種の金属を含む薄膜を指すために用いられる。金属は、IIA、IIIB、IVB、VB、VIB族の金属からなる群から選択されることが好ましい。さらに好ましくは、金属は、Mg、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wからなる群から選択される。   “Metal oxide” is used to refer to a thin film comprising at least one metal bonded to oxygen. The metal is preferably selected from the group consisting of Group IIA, IIIB, IVB, VB, and VIB metals. More preferably, the metal is Mg, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ti, Zr, Hf, V, Nb. , Ta, Cr, Mo, W are selected.

金属酸化物を含む薄膜は、例えば、制限されることなく、単一金属酸化物(例えば、Al、Ta、TiO、ZrO、またはHfO)、金属酸化物の固溶体(例えば、Ta2xNb2−2xまたはTiZr1−m)、三元金属酸化物(例えば、チタン酸アルミニウムAlTiOまたはケイ酸ハフニウムHfSiO)、ドープした金属酸化物(例えば、Al:TaまたはTiO:Ta)、および層状またはナノラミネート状金属酸化物(例えば、Al/TaまたはAl/TiO)を含むことができる。 The thin film containing a metal oxide can be, for example, without limitation, a single metal oxide (eg, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 , or HfO 2 ), a solid solution of a metal oxide (Eg, Ta 2x Nb 2-2x O 5 or Ti m Zr 1-m O 2 ), ternary metal oxides (eg, aluminum titanate Al 2 TiO 5 or hafnium silicate HfSiO 4 ), doped metal oxides (Eg, Al 2 O 3 : Ta or TiO 2 : Ta) and layered or nanolaminate metal oxides (eg, Al 2 O 3 / Ta 2 O 5 or Al 2 O 3 / TiO 2 ) it can.

「高密度」構造は、異なる方法によって堆積されたAlの2種類の薄膜など、同じ基本材料から基本的になる2種類の膜を比較するとき、それを通る漏洩電流が少ないもの、あるいはイオンまたはガスの透過率が小さい薄膜を意味する。 A “dense” structure is one that has less leakage current through it when comparing two basic films of the same basic material, such as two thin films of Al 2 O 3 deposited by different methods, Alternatively, it means a thin film having a small ion or gas permeability.

堆積方法
Al、Ta、TiO、またはHfOなど、誘電体もしくはパッシベーション層として機能する金属酸化物薄膜を、ALDによって所望の基板上に成長させる。基板は加工温度まで加熱され、約50℃〜約190℃の範囲から選択されることが好ましい。さらに好ましくは、加工温度は約150℃未満、さらに好ましくは約125℃未満、さらにより好ましくは約100℃未満である。
Deposition Method A metal oxide thin film that functions as a dielectric or passivation layer, such as Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , or HfO 2 , is grown on a desired substrate by ALD. The substrate is preferably heated to the processing temperature and selected from the range of about 50 ° C to about 190 ° C. More preferably, the processing temperature is less than about 150 ° C, more preferably less than about 125 ° C, and even more preferably less than about 100 ° C.

ALD法に使用される金属源化学物質は、金属−炭素および/または金属−窒素化学結合、あるいは中心金属原子とその配位子間の配位結合を有することが好ましい。さらに、金属−酸素結合を有する金属アルコキシド化物を使用することもできる。   The metal source chemical used in the ALD method preferably has a metal-carbon and / or metal-nitrogen chemical bond, or a coordinate bond between the central metal atom and its ligand. Furthermore, a metal alkoxide having a metal-oxygen bond can also be used.

金属ハロゲン化物を金属源化学物質として使用することができるが、基板表面から低い加工温度でハロゲン原子を除去することが困難であるので、金属源化学物質はできるだけ少量の金属−ハロゲン結合を含むことが一般に好ましい。金属源化学物質は金属ハロゲン化物ではないことがさらに好ましい。   Although metal halides can be used as the metal source chemical, it is difficult to remove halogen atoms from the substrate surface at low processing temperatures, so the metal source chemical should contain as little metal-halogen bond as possible. Is generally preferred. More preferably, the metal source chemical is not a metal halide.

さらに、原料化学物質は熱的に安定していることが好ましい。すなわち、金属源化学物質はパルス時間に堆積温度で熱的に分解しないことが好ましい。さらに、金属源化学物質は原料温度で十分な蒸気圧(少なくとも約0.05ミリバール)を有することが好ましい。原料温度は、基板上に原料化学物質が制御されずに凝縮するのを防止するため、堆積温度より低くなければならない。原料化学物質の分子は基板上に化学吸着されて約1つを超えない原料化学物質分子の単分子層が表面に留まり、続いて次の原料化学物質のパルスが反応室に到達しなければならない。   Furthermore, it is preferable that the raw chemical is thermally stable. That is, the metal source chemical preferably does not thermally decompose at the deposition temperature during the pulse time. Furthermore, the metal source chemical preferably has a sufficient vapor pressure (at least about 0.05 mbar) at the raw material temperature. The source temperature must be lower than the deposition temperature to prevent source chemicals from condensing uncontrolled on the substrate. Source chemical molecules are chemisorbed onto the substrate and no more than about one source chemical molecule monolayer remains on the surface, followed by the next source chemical pulse to reach the reaction chamber .

金属源化学物質の例を元素の周期律表のその族番号によって以下に列挙する。しかし、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、開示された化学物質の類似の化学物質および誘導体を堆積方法に用いることができることを理解するであろう。したがって本発明は開示された化学物質に制限されない。
原料化学物質は、例えば、米国のSigma−Aldrichから得ることができる。
Examples of metal source chemicals are listed below according to their group numbers in the periodic table of elements. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that similar chemicals and derivatives of the disclosed chemicals can be used in the deposition method without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the present invention is not limited to the disclosed chemicals.
Source chemicals can be obtained, for example, from Sigma-Aldrich, USA.

IIA族
IIA族の好ましい金属化合物はマグネシウム(Mg)の化合物を含み、特にビス(シクロペンタジエニル)マグネシウムなどのマグネシウムのシクロペンタジエニル化合物を含む。
Group IIA Preferred Group IIA metal compounds include magnesium (Mg) compounds, particularly magnesium cyclopentadienyl compounds such as bis (cyclopentadienyl) magnesium.

IIIB族
IIIB族の好ましい金属化合物は、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジミウム(Pr)、ネオジミウム(Nd)、サマリウム(Sm)、ヨーロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)の化合物を含む。トリス(テトラメチルシクロペンタジエニル)ランタンなどのシクロペンタジエニル化合物、およびトリス[N,N−ビス(トリメチルシリル)アミド]ランタン(III)などのシリルアミド化合物は特に好ましい。
Group IIIB Group IIIB preferred metal compounds are scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), Including gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). Cyclopentadienyl compounds such as tris (tetramethylcyclopentadienyl) lanthanum and silylamide compounds such as tris [N, N-bis (trimethylsilyl) amide] lanthanum (III) are particularly preferred.

IVB族
IVB族の好ましい金属化合物は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)の化合物を含む。特に好ましいものは、メチルエチルアミド、例えばテトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウム(TEMAH)、テトラキス(ジメチルアミド)ハフニウム(TDMAH)、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(エチルメチルアミノ)チタンなどのジアルキルアミド化合物(ジアルキルアミノ化合物とも呼ばれる)、トリメトキシ(ペンタメチルシクロペンタジエニル)チタン(TV)などのシクロペンタジエニル化合物、およびチタン(IV)tert−ブトキシドなどのアルコキシド化合物である。
Group IVB Preferred metal compounds of group IVB include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) compounds. Particularly preferred are methylethylamides such as dialkylamides such as tetrakis (ethylmethylamido) hafnium (TEMAH), tetrakis (dimethylamido) hafnium (TDMAH), tetrakis (ethylmethylamino) zirconium, tetrakis (ethylmethylamino) titanium. Compounds (also referred to as dialkylamino compounds), cyclopentadienyl compounds such as trimethoxy (pentamethylcyclopentadienyl) titanium (TV), and alkoxide compounds such as titanium (IV) tert-butoxide.

VB族
VB族の好ましい金属化合物は、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)の化合物を含む。特に好ましいものは、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタルなどのジアルキルアミノ化合物、トリス(ジエチルアミノ)(エチルイミノ)タンタルおよびトリス(ジエチルアミノ)(tert−ブチルイミノ)タンタルなどのイミノ化合物、シクロペンタジエニル化合物、ビス(シクロペンタジエニル)N,N−ビス(トリメチルシリル)アミドバナジウムおよびトリス[N,N−ビス(トリメチルシリル)アミド]バナジウム(III)などのシリルアミド化合物、バナジウム(III)アセチルアセトナートなどのβ−ジケトナート化合物、バナジウム(V)オキシトリエトキシド、ニオブ(V)エトキシド、タンタルペンタエトキシドなどのアルコキシド化合物である。
Group VB Preferred metal compounds of Group VB include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta) compounds. Particularly preferred are dialkylamino compounds such as pentakis (dimethylamino) tantalum, imino compounds such as tris (diethylamino) (ethylimino) tantalum and tris (diethylamino) (tert-butylimino) tantalum, cyclopentadienyl compounds, bis (cyclo Silylamide compounds such as pentadienyl) N, N-bis (trimethylsilyl) amidovanadium and tris [N, N-bis (trimethylsilyl) amido] vanadium (III), β-diketonate compounds such as vanadium (III) acetylacetonate, An alkoxide compound such as vanadium (V) oxytriethoxide, niobium (V) ethoxide, or tantalum pentaethoxide.

VIB族
VIB族の好ましい金属化合物は、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)の化合物を含む。特に好ましいものは、クロムヘキサカルボニルCr(CO)、タングステンヘキサカルボニル W(CO)、モリブデンヘキサカルボニル Mo(CO)、トリカルボニル(メシチレン)タングステンなどのカルボニル化合物、ビス(シクロペンタジエニル)タングステンジヒドリド、ビス(シクロペンタジエニル)ジタングステンヘキサカルボニル、ビス(エチルシクロペンタジエニル)クロムなどのシクロペンタジエニル化合物、およびビス(イソプロピルシクロペンタジエニル)タングステンジヒドリドなどのシクロペンタジエニル誘導体である。
Group VIB Preferred group VIB metal compounds include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W) compounds. Particularly preferred are carbonyl compounds such as chromium hexacarbonyl Cr (CO) 6 , tungsten hexacarbonyl W (CO) 6 , molybdenum hexacarbonyl Mo (CO) 6 , tricarbonyl (mesitylene) tungsten, bis (cyclopentadienyl) Cyclopentadienyl compounds such as tungsten dihydride, bis (cyclopentadienyl) ditungsten hexacarbonyl, bis (ethylcyclopentadienyl) chromium, and cyclopentadiene such as bis (isopropylcyclopentadienyl) tungsten dihydride It is an enyl derivative.

IIIA族
IIIA族の好ましい金属源化合物は、アルミニウム(Al)化合物、特に、モノアルキルアルミニウム化合物LAlX(式中、XはH、F、Cl、Br、I、RCHOからなる群から選択され、RCHOはアルコキシ基であり、Lは飽和もしくは不飽和の直鎖または分岐炭化水素である)、ジアルキルアルミニウム化合物LAlX(式中、XはH、F、Cl、Br、I、RCHOからなる群から選択され、RCHOはアルコキシ配位子であり、LとLは、炭素原子間に単一、二重、および/または三重結合を有する直鎖または分岐炭化水素である)、トリアルキルアルミニウム化合物LAl(式中、Lは炭素原子間に単一、二重、および/または三重結合を有する直鎖または分岐炭化水素である)などのアルミニウムに結合した少なくとも1個のアルキル基を含む有機アルミニウム化合物を含む。
Group IIIA Preferred Group IIIA metal source compounds are aluminum (Al) compounds, especially monoalkylaluminum compounds L 1 AlX 2 , wherein X is selected from the group consisting of H, F, Cl, Br, I, RCHO , RCHO is an alkoxy group, L 1 is a saturated or unsaturated linear or branched hydrocarbon, and a dialkylaluminum compound L 1 L 2 AlX (where X is H, F, Cl, Br, I, RCHO is selected from the group consisting of RCHO, RCHO is an alkoxy ligand, and L 1 and L 2 are straight or branched hydrocarbons having single, double, and / or triple bonds between carbon atoms) , Chokukusarima with trialkylaluminum compound L in 1 L 2 L 3 Al (wherein, L 1 L 2 L 3 is a single between carbon atoms, double, and / or triple bonds Comprises an organic aluminum compound containing at least one alkyl group bound to aluminum, such as a branched hydrocarbon).

最も好ましいトリメチルアルミニウム(CHAlはTMAとしても知られ、アルミニウム源化学物質として使用される。
金属源化合物は反応室へ気体で導入され、基板表面に接触することが好ましい。
The most preferred trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, also known as TMA, is used as the aluminum source chemical.
It is preferable that the metal source compound is introduced into the reaction chamber as a gas and contacts the substrate surface.

VIA族:酸素O源化学物質
酸素を含む強い酸化源化学物質を用いることが好ましい。好ましい実施形態において、オゾン、有機オゾン化物、対にならない電子を含む酸素原子、有機過酸化物、および有機過酸の群から選択される1種または複数種の酸素源化学物質が使用される。
Group VIA: Oxygen O source chemical It is preferable to use a strong oxidation source chemical containing oxygen. In a preferred embodiment, one or more oxygen source chemicals selected from the group of ozone, organic ozonides, oxygen atoms containing unpaired electrons, organic peroxides, and organic peracids are used.

過酢酸CHCOOOHなどの好ましい過酸は、図3に示したように同じ炭素原子に結合したOOHとO基を含む。 Preferred peracids such as peracetic acid CH 3 COOOH contain OOH and O groups bonded to the same carbon atom as shown in FIG.

好ましい有機オゾン化物は、図4に示すように、2個の炭素原子の間にOとO−Oの両方を含む。
ジメチルペルオキシドおよびベンゾイルペルオキシドは適切な有機過酸化物の例である。
Preferred organic ozonides contain both O and O—O between two carbon atoms, as shown in FIG.
Dimethyl peroxide and benzoyl peroxide are examples of suitable organic peroxides.

さらに、他の好ましい過酸化物は式IおよびIIの過酸化物を含む。
−O−O−R (I)
(式中、RとRは、CH、(CHC、Cまたはベンゾイルなどの直鎖、分岐、または環状有機配位子である)
−O−O−H (II)
(式中、RはCH、(CHC、Cなどの直鎖、分岐、または環状有機配位子である)
In addition, other preferred peroxides include those of formulas I and II.
R 1 —O—O—R 2 (I)
Wherein R 1 and R 2 are linear, branched, or cyclic organic ligands such as CH 3 , (CH 3 ) 3 C, C 6 H 5 or benzoyl.
R 1 —O—O—H (II)
(Wherein R 1 is a linear, branched or cyclic organic ligand such as CH 3 , (CH 3 ) 3 C, C 6 H 5 )

酸素源としてオゾンを使用することが最も好ましい。水は堆積方法の原料化学物質として使用しないことが好ましい。TMAとオゾンから得られる酸化アルミニウムの成長速度は、約0.8Å/サイクル程度とすることができる。オゾンと、トリメチルアルミニウム、またはジメチルアルミニウムおよびモノメチルアルミニウムなどの、トリメチルアルミニウムの表面に結合した部分の間との表面反応は、続いてパルス送達されるトリメチルアルミニウムと基板表面との自己飽和化学吸着反応に十分なOH基を酸化アルミニウム表面に提供するものと考えられる。   Most preferably, ozone is used as the oxygen source. Water is preferably not used as a source chemical for the deposition process. The growth rate of aluminum oxide obtained from TMA and ozone can be about 0.8 kg / cycle. The surface reaction between ozone and trimethylaluminum, or the portion bound to the surface of trimethylaluminum, such as dimethylaluminum and monomethylaluminum, results in a self-saturated chemisorption reaction between the subsequently pulsed trimethylaluminum and the substrate surface. It is believed to provide sufficient OH groups on the aluminum oxide surface.

オゾンは本方法の酸素源として働くことに加え、分子が破壊されるときに放出される多量の化学的エネルギーを有する。
(g)−−>3/2O(g)
ΔH =−142.7kJ/モル、およびΔG =−163.2kJ/モル
(N.N.Greenwood and A.Earnshaw、「Chemistry of the Elements」、Pergamon Press Ltd.、Oxford、England 1986(非特許文献1))
In addition to serving as an oxygen source for the method, ozone has a large amount of chemical energy that is released when molecules are destroyed.
O 3 (g)-> 3/2 O 2 (g)
ΔH f 0 = −142.7 kJ / mol, and ΔG f 0 = −163.2 kJ / mol (N. N. Greenwood and A. Earnshow, “Chemistry of the Elements”, Pergamon Press, Ltd., 1988, x. Non-patent document 1))

その結果、オゾン分子の分裂は表面の上部分子層に追加のエネルギーを提供することができるため、ある表面反応を促進することができる。Al表面の高密度化は、図5に示すように、過剰のOH基の除去とAl−O−Al架橋の形成によって進行することができる。 As a result, the splitting of ozone molecules can provide additional energy to the upper molecular layer on the surface, thus promoting certain surface reactions. Densification of the Al 2 O 3 surface can proceed by removing excess OH groups and forming Al—O—Al bridges, as shown in FIG.

また、有機過酸化物のO−O結合が破壊するとき、得られるRO・フラグメントは反応性が高い。   Also, when the organic peroxide OO bond breaks, the resulting RO fragment is highly reactive.

反応室に導入する前に、オゾンまたは他の酸素源は任意選択的に不活性ガスで希釈される。例えば、酸素ガス、窒素などの不活性ガス、またはアルゴンなどの希ガスをこの目的のために使用することができる。   Prior to introduction into the reaction chamber, ozone or other oxygen source is optionally diluted with an inert gas. For example, an oxygen gas, an inert gas such as nitrogen, or a noble gas such as argon can be used for this purpose.

本方法によって調製された金属酸化物膜が特に適している用途の例は、有機発光ダイオードまたはディスプレイ(OLED)、有機蛍光ディスプレイ(OEL)、有機太陽電池(OSC)、有機層と表面音響波(SAW)フィルターを有する集積回路を含む。これらの用途は一般に低い堆積温度を必要とし、かつ/または湿気および/または酸素に敏感である。   Examples of applications where metal oxide films prepared by this method are particularly suitable include organic light emitting diodes or displays (OLED), organic fluorescent displays (OEL), organic solar cells (OSC), organic layers and surface acoustic waves ( An integrated circuit having a SAW) filter. These applications generally require low deposition temperatures and / or are sensitive to moisture and / or oxygen.

本発明の第1の好ましい実施形態によれば、好ましい堆積方法によって有機ELディスプレイにパッシベーション層が設けられる。典型的な有機ELディスプレイは、一般的にガラスまたは類似の材料から作られた基板11(図1参照)上にアノード12を配置することによって製造される。正孔輸送層13はアノード12上に堆積され、発光層14は正孔輸送層13上に堆積される。さらに、電子を輸送可能な層15が発光層14の上に堆積される。これらの13〜15の層の全ては有機材料を含むことが好ましい。有機材料はポリマーまたは低分子量の分子とすることができる。次いでカソード16が電子を輸送可能な層15の上に形成される。カソード16は、アルミニウム、マグネシウム、またはカルシウムを被覆したアルミニウムなどの金属から作製することが好ましい。これらの金属は容易に表面に酸化物層を作り、金属と有機層間の界面に悪影響を与えることがある。したがって、本方法によって得られる構造の表面にパッシベーション層17が堆積される。「表面」は、可能性のある全ての表面を指すことに留意されたい。したがって、垂直な表面もパッシベーションすることが好ましい。   According to the first preferred embodiment of the present invention, the organic EL display is provided with a passivation layer by a preferred deposition method. A typical organic EL display is manufactured by placing an anode 12 on a substrate 11 (see FIG. 1), which is generally made of glass or similar material. The hole transport layer 13 is deposited on the anode 12, and the light emitting layer 14 is deposited on the hole transport layer 13. Further, a layer 15 capable of transporting electrons is deposited on the light emitting layer 14. All of these 13 to 15 layers preferably contain an organic material. The organic material can be a polymer or a low molecular weight molecule. A cathode 16 is then formed on the layer 15 capable of transporting electrons. The cathode 16 is preferably made from a metal such as aluminum, magnesium or calcium coated aluminum. These metals can easily form an oxide layer on the surface and adversely affect the interface between the metal and the organic layer. Accordingly, a passivation layer 17 is deposited on the surface of the structure obtained by the method. Note that “surface” refers to all possible surfaces. Therefore, it is preferable to passivate vertical surfaces as well.

本発明の第2の好ましい実施形態によれば、好ましい堆積方法によってSAWフィルターに保護層が設けられる。典型的なSAWフィルターを図2に示す。フィルターは、一般的に石英、ニオブ酸リチウム、またはタンタル酸リチウムの電圧基板上に配置された、第1の音響吸収体21と第2音響吸収体22とを含む。入力された信号は入力変換器23へ導かれ、出力信号は出力変換器24から集められる。入力変換器23は電気信号を小さな音響波に変換し、これは出力変換器24によって再び電気信号に変換される。通常、構造は密封式に封入される。本発明は、説明した方法によってSAW構造の表面に堆積された薄い保護層で密封封入を置き換える。したがって、より安価な封入方法を保護構造に用いて完成SAW製品を得ることができる。   According to a second preferred embodiment of the present invention, the SAW filter is provided with a protective layer by a preferred deposition method. A typical SAW filter is shown in FIG. The filter generally includes a first acoustic absorber 21 and a second acoustic absorber 22 disposed on a voltage substrate of quartz, lithium niobate, or lithium tantalate. The input signal is guided to the input converter 23, and the output signal is collected from the output converter 24. The input converter 23 converts the electrical signal into a small acoustic wave, which is again converted into an electrical signal by the output converter 24. Usually, the structure is hermetically sealed. The present invention replaces the hermetic encapsulation with a thin protective layer deposited on the surface of the SAW structure by the described method. Therefore, a finished SAW product can be obtained using a cheaper encapsulation method for the protective structure.

上記実施形態の各々において、金属酸化物パッシベーション層は厚さ約5nm〜1,000nmであることが好ましく、約25nm〜75nmがさらに好ましい。   In each of the above embodiments, the metal oxide passivation layer is preferably about 5 nm to 1,000 nm thick, more preferably about 25 nm to 75 nm.

ある実施形態において、保護金属酸化物層は、Ta、TiOなどの単一金属酸化物、またはAlTiOなどの三元金属酸化物を含む。他の実施形態において、金属酸化物層は異なる金属または金属酸化物をドープした金属酸化物を含む。例えば、酸化アルミニウム層または酸化チタン層はTaなどの異なる金属をドープすることができる。他の実施形態において、金属酸化物層は、酸化アルミニウムと酸化チタン、または酸化アルミニウムと酸化タンタルなど、交互に異なる金属酸化物層を含むナノラミネート構造である。 In some embodiments, the protective metal oxide layer comprises a single metal oxide such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , or a ternary metal oxide such as Al 2 TiO 5 . In other embodiments, the metal oxide layer comprises a metal oxide doped with a different metal or metal oxide. For example, the aluminum oxide layer or the titanium oxide layer can be doped with a different metal such as Ta. In other embodiments, the metal oxide layer is a nanolaminate structure comprising alternating metal oxide layers, such as aluminum oxide and titanium oxide, or aluminum oxide and tantalum oxide.

他の実施形態において、パッシベーション層は2種以上の金属酸化物を含む個溶体である。例えば、金属酸化物層はTa2xNb2−2xまたはTiZr1−mを含むことができる。 In other embodiments, the passivation layer is a solid solution comprising two or more metal oxides. For example, the metal oxide layer can include Ta 2x Nb 2-2x O 5 or Ti m Zr 1-m O 2 .

低温加工を行うことのできるALD反応器の例は、単一ウェーハ反応器、複数ウェーハまたは他の基板を平面または垂直基板ホルダーに備える反応器、およびバッチ式加工反応器を含む。例えば、有機太陽電池は、基板当たりの製造コストを低く維持するために、バッチ加工反応器中の方法において保護層で被覆することが好ましい。
本発明を以下の非制限的な実施例によってさらに説明する。
Examples of ALD reactors that can perform low temperature processing include single wafer reactors, reactors with multiple wafers or other substrates in planar or vertical substrate holders, and batch processing reactors. For example, organic solar cells are preferably coated with a protective layer in a process in a batch processing reactor in order to keep manufacturing costs per substrate low.
The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

酸素源として水またはオゾンのいずれかを用いるAl薄膜の堆積
ケースA:酸素源として水によるAl膜の堆積
Al薄膜は、フィンランドのASM Microchemistry Oyによって製造された流動式ALD反応器、モデルF−120中で堆積した。TMAとしても知られるトリメチルアルミニウム(CHAlをアルミニウム源化学物質として使用した。精製水を酸素源化学物質として使用した。原料化学物質は、外部原料から反応器中に導入した。
Deposition of Al 2 O 3 thin film using either water or ozone as oxygen source Case A: Deposition of Al 2 O 3 film with water as oxygen source Al 2 O 3 thin film is a fluid produced by ASM Microchemistry Oy of Finland Deposited in a formula ALD reactor, model F-120. Trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, also known as TMA, was used as the aluminum source chemical. Purified water was used as the oxygen source chemical. Raw chemicals were introduced into the reactor from external raw materials.

基板を反応空間に置き、反応器を機械的真空ポンプで排気して真空にした。次に、反応空間の圧力を流動窒素ガスで約5〜10ミリバールの範囲に調節した。次いで反応空間を堆積温度まで加熱した。   The substrate was placed in the reaction space and the reactor was evacuated by a mechanical vacuum pump. Next, the pressure in the reaction space was adjusted to a range of about 5 to 10 mbar with flowing nitrogen gas. The reaction space was then heated to the deposition temperature.

薄膜を100℃または300℃のいずれかで堆積した。原料化学物質はALDの原理に従って、例えば、パルスは不活性ガスで互いに分離し、反応空間のガス相中で原料化学物質が混合することを防止して、反応空間にパルス送達した。表面反応だけが起きるようにした。   Thin films were deposited at either 100 ° C or 300 ° C. The source chemicals were pulsed into the reaction space according to the principle of ALD, for example, the pulses were separated from each other by an inert gas, preventing the source chemicals from mixing in the gas phase of the reaction space. Only surface reaction occurred.

パルス送達サイクルは以下の通りである。
TMAパルス 0.5s
パージ 1.0s
Oパルス 0.4s
パージ 1.5s
The pulse delivery cycle is as follows.
TMA pulse 0.5s
N 2 purge 1.0s
H 2 O pulse 0.4s
N 2 purge 1.5s

TMAとHOからのAlの成長速度は、300℃で0.8Å/サイクル、100℃で0.5Å/サイクルであった。屈折率は300℃での成長膜で1.64、100℃での成長膜で1.59であった。100℃での成長膜は電気計測で直ちに漏洩し、キャパシタンスまたは降伏電圧の正確な値を測定することは不可能であった。膜の密度はあまり高くないようであった。特性のまとめを以下の表1に示す。 The growth rate of Al 2 O 3 from TMA and H 2 O was 0.8 Å / cycle at 300 ° C and 0.5 Å / cycle at 100 ° C. The refractive index was 1.64 for the grown film at 300 ° C. and 1.59 for the grown film at 100 ° C. The grown film at 100 ° C. leaked immediately by electrical measurement, and it was impossible to measure the exact value of capacitance or breakdown voltage. The density of the film did not seem to be very high. A summary of the properties is shown in Table 1 below.

ケースB:酸素源としてオゾンによるAl膜の堆積
Al薄膜は、フィンランドのASM Microchemistry Oyによって製造された流動式ALD反応器、モデルF−120中で堆積した。TMAとしても知られるトリメチルアルミニウム(CHAlをアルミニウム源化学物質として使用した。施設内で調製したオゾンを酸素源化学物質として使用した。原料化学物質は、外部原料から反応器中に導入した。
Case B: Deposition Al 2 O 3 thin film of the Al 2 O 3 film as an oxygen source by ozone, fluidized ALD reactor manufactured by the Finnish ASM Microchemistry Oy, was deposited in the model F-120. Trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, also known as TMA, was used as the aluminum source chemical. Ozone prepared in the facility was used as the oxygen source chemical. Raw chemicals were introduced into the reactor from external raw materials.

基板を反応空間に置き、反応器を機械的真空ポンプで排気して真空にした。次に、反応空間の圧力を流動窒素ガスで約5〜10ミリバールの範囲に調節した。次いで反応空間を堆積温度まで加熱した。   The substrate was placed in the reaction space and the reactor was evacuated by a mechanical vacuum pump. Next, the pressure in the reaction space was adjusted to a range of about 5 to 10 mbar with flowing nitrogen gas. The reaction space was then heated to the deposition temperature.

薄膜を100℃または300℃のいずれかで堆積した。原料化学物質はALDの原理に従って、ケースAのように反応空間にパルス送達した。   Thin films were deposited at either 100 ° C or 300 ° C. The raw chemicals were pulse delivered to the reaction space as in Case A according to the ALD principle.

パルス・サイクルは以下の通りである。
TMAパルス 0.5s
パージ 1.0s
パルス 4.0s
パージ 1.5s
得られた薄膜の特性のまとめを以下の表1に示す。
The pulse cycle is as follows.
TMA pulse 0.5s
N 2 purge 1.0s
O 3 pulse 4.0s
N 2 purge 1.5s
A summary of the properties of the thin film obtained is shown in Table 1 below.

Figure 0005464775
*測定は電気的に非常に漏洩し易い薄膜のため実施できなかった。
Figure 0005464775
* Measurement was not possible due to a thin film that is very susceptible to electrical leakage.

TMAとオゾンから100℃で成長させた膜のTOF−ERDA分析によって、膜が6.0%の炭素と15.8%の水素を含むことが明らかになった。
ケースAとケースBの比較は、水をオゾンで置き換えることが低温での堆積方法に有益であったことを示している。
TOF-ERDA analysis of a film grown from TMA and ozone at 100 ° C. revealed that the film contained 6.0% carbon and 15.8% hydrogen.
A comparison of Case A and Case B shows that replacing water with ozone was beneficial for low temperature deposition methods.

酸素源としてオゾンを用いる有機層上のAl薄膜の堆積
有機薄膜を備える基板を、フィンランドのASM Microchemistry Oyによって製造されたF−450 ALD反応器の反応空間に提供した。反応空間の圧力を機械的真空ポンプと公称純度99.9999%の流動窒素ガスで約5〜10ミリバールに調節した。次いで反応空間の温度を約110℃に調節した。外部原料から蒸発させたTMAおよび施設内で調製したオゾンを反応空間に交互に導入し、表面に導いた。パルス送達時間はTMAが1s、Oが4sであった。原料化学物質のパルス送達は窒素ガスで互いに分離した。パージ時間は各原料化学物質パルス送達後1.0〜1.5s続いた。これらの2回の原料化学物質パルス送達と2回のパージ期間からなるパルス送達サイクルを、基板上に50nmの酸化アルミニウム薄膜が形成されるまで繰り返した。堆積には一般的に約600パルス送達サイクルが必要であった。堆積方法は有機層に有害な影響を与えなかった。さらに、パッシベーション構造は通常の室内空気中で有機層の機能を損なうことなく保存された。
The substrate having the deposited organic thin film of Al 2 O 3 thin film on the organic layer using ozone as an oxygen source were supplied to the reaction space of the F-450 ALD reactor manufactured by the Finnish ASM Microchemistry Oy. The pressure in the reaction space was adjusted to about 5-10 mbar with a mechanical vacuum pump and flowing nitrogen gas with a nominal purity of 99.9999%. The temperature of the reaction space was then adjusted to about 110 ° C. TMA evaporated from external raw materials and ozone prepared in the facility were alternately introduced into the reaction space and led to the surface. The pulse delivery time was 1 s for TMA and 4 s for O 3 . Source chemical pulse delivery was separated from each other with nitrogen gas. The purge time lasted 1.0-1.5 s after each source chemical pulse delivery. These pulse delivery cycles consisting of two source chemical pulse deliveries and two purge periods were repeated until a 50 nm aluminum oxide thin film was formed on the substrate. Deposition generally required about 600 pulse delivery cycles. The deposition method had no detrimental effect on the organic layer. Furthermore, the passivation structure was preserved in normal room air without compromising the function of the organic layer.

酸素源としてオゾンを用いる有機層上のHfO薄膜の堆積
有機薄膜を備える基板を、米国のASM America,Incによって製造されたPulsar(登録商標)2000 ALCVD(商標)反応器の反応空間に提供した。反応空間の圧力を機械的真空ポンプと公称純度99.9999%の流動窒素ガスで約5〜10ミリバールに調節した。次いで反応空間の温度を約100℃に調節した。外部原料から蒸発させたテトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウムTDMAHおよび施設内で調製したオゾンを反応空間に交互に導入し、表面に接触させた。純度99.99%のTDMAHは、例えば米国のSigma−Aldrichから購入することができる。パルス送達時間はTDMAHが1s、Oが2sであった。原料化学物質のパルス送達は窒素ガスで互いに分離した。反応空間は各原料化学物質のパルス送達後、1.0〜2.0sパージした。
Deposition of HfO 2 thin film on organic layer using ozone as oxygen source A substrate with an organic thin film was provided in the reaction space of a Pulsar® 2000 ALCVD ™ reactor manufactured by ASM America, Inc., USA . The pressure in the reaction space was adjusted to about 5-10 mbar with a mechanical vacuum pump and flowing nitrogen gas with a nominal purity of 99.9999%. The temperature of the reaction space was then adjusted to about 100 ° C. Tetrakis (dimethylamino) hafnium TDMAH evaporated from external raw materials and ozone prepared in the facility were alternately introduced into the reaction space and brought into contact with the surface. TDMAH with a purity of 99.99% can be purchased, for example, from Sigma-Aldrich, USA. The pulse delivery time was 1 s for TDMAH and 2 s for O 3 . Source chemical pulse delivery was separated from each other with nitrogen gas. The reaction space was purged for 1.0-2.0 s after pulse delivery of each source chemical.

これらの2回の原料化学物質パルス送達と2回のパージ期間からなるパルス送達サイクルを、基板上に30nmの二酸化ハフニウム(HfO)薄膜が形成されるまで繰り返した。高密度HfO薄膜の成長速度は1.1Å/サイクルであり、基板全体上での厚みの不均一度(1シグマ)は2%であった。方法中、テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム(TDMAH)をテトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム(TEMAH)で置き換えると、堆積温度を約50℃まで低下することができた。これは堆積反応器の構造と方法の運転コストの両方で大きなコスト節約をもたらす。 These pulse delivery cycles consisting of two source chemical pulse deliveries and two purge periods were repeated until a 30 nm hafnium dioxide (HfO 2 ) thin film was formed on the substrate. The growth rate of the high-density HfO 2 thin film was 1.1 Å / cycle, and the thickness nonuniformity (1 sigma) on the entire substrate was 2%. When tetrakis (dimethylamino) hafnium (TDMAH) was replaced with tetrakis (ethylmethylamino) hafnium (TEMAH) during the process, the deposition temperature could be reduced to about 50 ° C. This results in significant cost savings in both the deposition reactor structure and process operating costs.

酸素源としてオゾンを用いる有機層上のAl/Ta層状薄膜の堆積
有機薄膜を備える基板を、フィンランドのASM Microchemistry Oyによって製造されたF−450 ALD反応器の反応空間に提供した。F−450反応器は単一基板および小さなバッチ加工に適している。反応空間の圧力を機械的真空ポンプと公称純度99.9999%の流動窒素ガスで約5〜10ミリバールに調節した。次いで反応空間の温度を約90℃に調節した。外部原料から蒸発させたTMAおよび施設内で調製したオゾンを反応空間に交互に導入し、表面に接触させた。パルス送達時間はTMAが1s、Oが4sであった。原料化学物質のパルス送達は、窒素ガスを反応空間に提供するパージ工程によって互いに分離した。パージ時間は各原料化学物質のパルス送達後、1.0〜1.5s継続した。2回の原料化学物質パルス送達と2回のパージ期間からなるパルス送達サイクルを、基板上に40nmの酸化アルミニウム薄膜が形成されるまで480回繰り返した。
Deposition of Al 2 O 3 / Ta 2 O 5 layered thin film on organic layer using ozone as oxygen source Substrate with organic thin film is provided in the reaction space of F-450 ALD reactor manufactured by ASM Microchemistry Oy in Finland did. The F-450 reactor is suitable for single substrate and small batch processing. The pressure in the reaction space was adjusted to about 5-10 mbar with a mechanical vacuum pump and flowing nitrogen gas with a nominal purity of 99.9999%. The temperature of the reaction space was then adjusted to about 90 ° C. TMA evaporated from external raw materials and ozone prepared in the facility were alternately introduced into the reaction space and brought into contact with the surface. The pulse delivery time was 1 s for TMA and 4 s for O 3 . Source chemical pulse delivery was separated from each other by a purge step that provided nitrogen gas to the reaction space. The purge time lasted 1.0-1.5 s after the pulse delivery of each source chemical. A pulse delivery cycle consisting of two source chemical pulse delivery and two purge periods was repeated 480 times until a 40 nm aluminum oxide thin film was formed on the substrate.

次に、外部原料から蒸発させたペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(PDMAT)および施設内で調製したオゾンを反応空間に交互に導入し、表面に接触させた。パルス送達時間はPDMATが2.5s、Oが3sであった。原料化学物質のパルス送達は、流動窒素ガスでパージすることによって互いに分離した。パージ時間は各原料化学物質のパルス送達後、1.0〜1.5s継続した。2回の原料化学物質パルス送達と2回のパージ期間からなるパルス送達サイクルを、Al表面に約10nmのTaが形成されるまで繰り返した。 Next, pentakis (dimethylamino) tantalum (PDMAT) evaporated from external raw materials and ozone prepared in the facility were alternately introduced into the reaction space and brought into contact with the surface. The pulse delivery time was 2.5 s for PDMAT and 3 s for O 3 . Source chemical pulse delivery was separated from each other by purging with flowing nitrogen gas. The purge time lasted 1.0-1.5 s after the pulse delivery of each source chemical. A pulse delivery cycle consisting of two source chemical pulse delivery and two purge periods was repeated until approximately 10 nm of Ta 2 O 5 was formed on the Al 2 O 3 surface.

堆積方法は有機層に有害な影響を与えなかった。層状Al/Taからなるパッシベーション構造は、通常の室内空気中で有機層の機能を損なうことなく保存された。さらに、Al表面に堆積されたTa層はNaOH溶液などの腐蝕性溶液に対するパッシベーション層の耐久性を改善した。 The deposition method had no detrimental effect on the organic layer. The passivation structure composed of layered Al 2 O 3 / Ta 2 O 5 was preserved in normal indoor air without impairing the function of the organic layer. Furthermore, the Ta 2 O 5 layer deposited on the Al 2 O 3 surface improved the durability of the passivation layer against corrosive solutions such as NaOH solution.

前述の発明をいくつかの好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば、本明細書の開示の観点から他の実施形態が明らかであろう。さらに、一実施形態をELディスプレイの内容から開示し、他の実施形態はSAWフィルターの内容から開示しているが、当業者であれば、本明細書に開示された原理に対して多数の異なる内容の用途を容易に見出すであろう。   While the foregoing invention has been described with reference to several preferred embodiments, other embodiments will be apparent to those skilled in the art from the standpoint of the disclosure herein. Furthermore, one embodiment is disclosed from the contents of an EL display, and another embodiment is disclosed from the contents of a SAW filter, although those skilled in the art will recognize a number of different to the principles disclosed herein. You will easily find the use of the content.

したがって、本発明は好ましい実施形態の記載によって制限されず、請求項を参照することによってのみ定義されるものである。   Accordingly, the invention is not limited by the description of the preferred embodiment, but is only defined by reference to the claims.

周囲のガス雰囲気に対してパッシベーション層で封止された有機ELディスプレイの断面を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the organic electroluminescent display sealed with the passivation layer with respect to the surrounding gas atmosphere. SAW(表面音響波)フィルターの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a SAW (surface acoustic wave) filter. 同じ炭素原子に結合したOOHとO基を含む過酢酸CHCOOOHなどの好ましい過酸の構造を示す図である。FIG. 2 shows a preferred peracid structure such as peracetic acid CH 3 COOOH containing OOH and O groups bonded to the same carbon atom. 2個の炭素原子の間にOとO−O基の両方を含む好ましい有機オゾン化物の構造を示す図である。FIG. 2 shows the structure of a preferred organic ozonide containing both O and O—O groups between two carbon atoms. 過剰のOH基の除去とAl表面の高密度化をもたらすことのできるAl−O−Al架橋の形成を示す図である。FIG. 6 shows the formation of Al—O—Al bridges that can result in removal of excess OH groups and densification of the Al 2 O 3 surface.

Claims (26)

複数のサイクルを含む反応室中で、基板上に金属酸化物の薄膜を堆積する原子層堆積(ALD)方法であって、各サイクルが、
金属化合物を含む気体第1反応物を供給する工程であって、1金属化合物の単分子層を基板上に化学吸着させる工程と、
水以外の酸素源を含む気体第2反応物を供給する工程であって、前記第2反応物が、前記第1反応物の前記基板上に吸着された部分を金属酸化物に変換する工程とを含み、
前記基板が190℃未満の温度に維持され、
前記金属化合物が、Taを含み、かつ、前記酸素源が、オゾン、有機オゾン化物、対にならない電子を有する酸素原子、有機過酸化物、および有機過酸からなる群から選択される、
方法。
An atomic layer deposition (ALD) method for depositing a metal oxide thin film on a substrate in a reaction chamber comprising a plurality of cycles, each cycle comprising:
A process for supplying a first reactant gas containing a metal compound, a step of chemically adsorbed monomolecular layer of one metal compound on a substrate,
Supplying a gaseous second reactant containing an oxygen source other than water, wherein the second reactant converts a portion of the first reactant adsorbed on the substrate into a metal oxide; Including
The substrate is maintained at a temperature of less than 190 ° C .;
The metal compound contains Ta and the oxygen source is selected from the group consisting of ozone, organic ozonides, oxygen atoms with unpaired electrons, organic peroxides, and organic peracids;
Method.
前記金属化合物が、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(PDMAT)である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the metal compound is pentakis (dimethylamino) tantalum (PDMAT). 前記酸素源が不活性ガスで希釈される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the oxygen source is diluted with an inert gas. 前記酸素源が、式R−O−O−R(IV)の有機過酸化物の1種または複数種を含み、式中、Rは直鎖、分岐、または環状有機配位子であり、Rは水素、または直鎖、分岐、もしくは環状有機配位子である、請求項1に記載の方法。 The oxygen source includes one or more organic peroxides of the formula R 1 —O—O—R 2 (IV), where R 1 is a linear, branched, or cyclic organic ligand. A process according to claim 1, wherein R 2 is hydrogen or a linear, branched or cyclic organic ligand. 前記基板がALD法の間150℃未満の温度に維持される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is maintained at a temperature of less than 150 ° C. during an ALD process. 前記基板がALD法の間125℃未満の温度に維持される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is maintained at a temperature of less than 125 ° C. during an ALD process. 前記基板がALD法の間100℃未満の温度に維持される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is maintained at a temperature of less than 100 ° C. during an ALD process. 前記サイクルが、金属酸化物膜の厚さが約5〜約1000nmに形成されるまで繰り返される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the cycle is repeated until the thickness of the metal oxide film is formed from about 5 to about 1000 nm. 前記基板が有機発光層を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate comprises an organic light emitting layer. 前記基板が表面音響フィルターを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate comprises a surface acoustic filter. 前記基板が有機太陽電池層を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate comprises an organic solar cell layer. 前記薄膜が有機薄膜上に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the thin film is deposited on an organic thin film. 前記薄膜が酸化アルミニウム表面上に堆積される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the thin film is deposited on an aluminum oxide surface. 複数のサイクルを含む、湿気に敏感な基板上に金属酸化物の薄膜を堆積する原子層堆積(ALD)方法であって、各サイクルが、
自己制限反応中に1金属化合物の単分子層を前記基板上に形成する工程と、
前記基板上の金属化合物を水以外の酸素源と反応させて金属反応物を金属酸化物に変換する工程とを含み、
前記基板が、ALD法の間190℃未満の温度に維持され、
前記金属化合物が、Taを含み、かつ、前記酸素源が、オゾン、有機オゾン化物、対にならない電子を有する酸素原子、有機過酸化物、および有機過酸からなる群から選択される、
方法。
An atomic layer deposition (ALD) method for depositing a thin film of metal oxide on a moisture sensitive substrate comprising a plurality of cycles, each cycle comprising:
Forming a monomolecular layer of one metal compound in a self-limiting reaction on the substrate,
Reacting a metal compound on the substrate with an oxygen source other than water to convert the metal reactant into a metal oxide,
The substrate is maintained at a temperature of less than 190 ° C. during the ALD process;
The metal compound contains Ta and the oxygen source is selected from the group consisting of ozone, organic ozonides, oxygen atoms with unpaired electrons, organic peroxides, and organic peracids;
Method.
前記金属化合物が、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(PDMAT)である、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the metal compound is pentakis (dimethylamino) tantalum (PDMAT). 前記金属酸化物が三元金属酸化物である、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the metal oxide is a ternary metal oxide. 前記金属酸化物が前記金属化合物中の金属とは異なる金属でドープされる、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the metal oxide is doped with a metal different from the metal in the metal compound. 前記薄膜が前記基板を湿気から保護する請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the thin film protects the substrate from moisture. 前記薄膜が、化学気相堆積法(CVD)、物理気相堆積法(PVD)、および原子層堆積法(ALD)からなる群から選択される方法によって、前に堆積された金属化合物層上に堆積される、請求項14に記載の方法。   The thin film is deposited on a previously deposited metal compound layer by a method selected from the group consisting of chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and atomic layer deposition (ALD). The method of claim 14, wherein the method is deposited. 前記薄膜が誘電体層上に堆積される、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the thin film is deposited on a dielectric layer. 前記誘電体層が酸化アルミニウムを含む、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the dielectric layer comprises aluminum oxide. 周囲の雰囲気に敏感な基板上に、複数のサイクルを含む原子層堆積(ALD)方法によって金属酸化物の薄膜を堆積する方法であって、各サイクルが、
前記基板を金属化合物を含む蒸気相の第1反応物と接触させる工程であって、1前記金属化合物の単分子層を前記基板上に吸着させる工程と、
過剰の第1反応物と気体反応副生成物を反応空間から除去することと、
気体オゾンを前記反応空間に供給する工程であって、前記オゾンが前記第1反応物の前記基板上に吸着された部分を金属酸化物に変換する工程と、
過剰のオゾンと気体反応副生成物を前記反応空間から除去する工程とを含み、
前記基板がALD法の間190℃未満の温度に維持され、
前記金属化合物が、Taを含む、
方法。
A method of depositing a metal oxide thin film on a substrate sensitive to an ambient atmosphere by an atomic layer deposition (ALD) method including a plurality of cycles, each cycle comprising:
Comprising contacting the substrate with the first reactant vapor phase containing metal compound, a step of adsorbing a monolayer of one of said metal compound on said substrate,
Removing excess first reactant and gaseous reaction by-products from the reaction space;
Supplying gaseous ozone to the reaction space, the step of converting the portion of the first reactant adsorbed on the substrate into a metal oxide;
Removing excess ozone and gaseous reaction by-products from the reaction space;
The substrate is maintained at a temperature below 190 ° C. during the ALD process;
The metal compound includes Ta;
Method.
前記薄膜が、前記基板を前記周囲の雰囲気から保護する、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the thin film protects the substrate from the ambient atmosphere. 前記薄膜が誘電体層上に堆積される、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the thin film is deposited on a dielectric layer. 前記薄膜が酸化アルミニウム層上に堆積される、請求項22に記載の方法。   The method of claim 22, wherein the thin film is deposited on an aluminum oxide layer. 前記薄膜が有機層上に堆積される、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the thin film is deposited on an organic layer.
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