TW201525181A - 使用還原方法之分子層沉積 - Google Patents

使用還原方法之分子層沉積 Download PDF

Info

Publication number
TW201525181A
TW201525181A TW103140313A TW103140313A TW201525181A TW 201525181 A TW201525181 A TW 201525181A TW 103140313 A TW103140313 A TW 103140313A TW 103140313 A TW103140313 A TW 103140313A TW 201525181 A TW201525181 A TW 201525181A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
metal
precursor
containing precursor
exposing
Prior art date
Application number
TW103140313A
Other languages
English (en)
Inventor
Sang-In Lee
Chang-Wan Hwang
Original Assignee
Veeco Ald Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veeco Ald Inc filed Critical Veeco Ald Inc
Publication of TW201525181A publication Critical patent/TW201525181A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F5/00—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table
    • C07F5/06—Aluminium compounds
    • C07F5/061—Aluminium compounds with C-aluminium linkage
    • C07F5/066—Aluminium compounds with C-aluminium linkage compounds with Al linked to an element other than Al, C, H or halogen (this includes Al-cyanide linkage)
    • C07F5/068—Aluminium compounds with C-aluminium linkage compounds with Al linked to an element other than Al, C, H or halogen (this includes Al-cyanide linkage) preparation of alum(in)oxanes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/452—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by activating reactive gas streams before their introduction into the reaction chamber, e.g. by ionisation or addition of reactive species
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45529—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making a layer stack of alternating different compositions or gradient compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本發明揭示將一種材料沉積在基板上，其係藉由將該基板暴露於含金屬前驅物以使該含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板。將注有該含金屬前驅物之該基板暴露於有機前驅物以藉由該有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子之反應沉積材料層。將該基板暴露於還原劑之自由基以提升沉積在該基板上之材料之反應性。該還原劑之自由基係藉由使用電極將電壓差施加至諸如氫氣的氣體而產生。可在將該基板暴露於該有機前驅物之前及/或之後，將該基板暴露於自由基。可按順序將該基板暴露於兩種或更多種不同有機前驅物。沉積在該基板之材料可係聚烷氧化金屬(metalcone)，諸如聚烷氧化鋁(Alucone)、聚烷氧化鋅(Zincone)、聚烷氧化鋯(Zircone)、聚烷氧化鈦(Titanicone)、或聚烷氧化鎳(Nickelcone)。

Description

使用還原方法之分子層沉積 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2013年11月27日申請之美國臨時申請案第61/909,819號之權利，該案之全文以引用之方式併入本文中。
本發明係關於使用自由基在基板上進行分子層沉積(MLD)。
MLD係用於將分子沉積在作為單元之基板上以在該基板上形成聚合薄膜之薄膜沉積方法。在MLD中，分子片段在各個反應循環期間沉積。用於MLD之前驅物通常係同雙官能團反應物。該MLD方法一般用於在基板上生長有機聚合物諸如聚醯胺。
用於MLD之前驅物可用於生長混合有機-無機聚合物，諸如聚烷氧化鋁及聚烷氧化鋯。聚烷氧化鋁係指具有含碳主鏈之烷氧鋁聚合物及可由三甲基鋁(TMA：Al(CH3)3)與乙二醇反應獲得。聚烷氧化鋯係指由二醇(例如，乙二醇)與鋯前驅物(例如，第三丁醇鋯Zr[OC(CH3)3)]4、肆(二甲基醯胺基)鋯Zr[N(CH3)2]4)反應獲得之混合有機-無機化合物。
實施例係關於將材料沉積在基板上。將該基板暴露於含金屬前驅物以使該含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板。將該暴露於含金 屬前驅物之基板暴露於有機前驅物以藉由該有機前驅物與吸附於基板之金屬原子反應來沉積材料層。將該基板暴露於還原劑之自由基以提升吸附在該基板上之材料之反應性。可重複將該基板暴露於含金屬前驅物、有機前驅物、及還原劑之自由基以在該基板上沉積附加材料層。
在一實施例中，在將含金屬前驅物注入基板上之後及注入有機前驅物之前，將該基板暴露於還原劑之自由基以提升金屬原子與有機前驅物之反應性。
在一實施例中，經沉積之材料係聚烷氧化金屬。該含金屬前驅物可包括三甲基鋁。該含金屬前驅物可包括含鋁前驅物、含鈦前驅物、含鋅前驅物、含鋯前驅物、含鎳前驅物、或其組合。該有機前驅物可包括下列中之至少一者：二醇、三醇、胺基醇、烷基二胺、烷基酚、胺烷基三烷氧基矽烷、異氰酸基烷基三烷氧基矽烷、或其組合。
在一實施例中，該還原劑包括下列中之至少一者：肼、氨、氫氣、或其組合。將該基板暴露於還原劑之自由基可包括注入氮氣以使該還原劑穩定。
在一實施例中，將該基板暴露於有機前驅物可包括將該基板按順序暴露於多種有機前驅物。將該注有含金屬前驅物之基板暴露於第一有機前驅物以藉由該第一前驅物與吸附於該基板上之金屬原子反應來沉積材料層。在將該基板暴露於第一有機前驅物之後，將注有第一有機前驅物之基板暴露於還原劑之自由基以提升沉積在該基板上之材料與第二有機前驅物之反應性。將注有第一有機前驅物之基板暴露於第二有機前驅物以維持或加長所沉積材料層之烴橋。該第一有機前驅物可係4-乙苯酚及該第二有機前驅物可係3-胺基-丙基三甲氧基矽烷、或相反。該第一有機前驅物可係3-胺基-丙基三甲氧基矽烷及該第二有機前驅物可係3-異氰酸基丙基三乙氧基矽烷、或相反。
實施例亦關於包括沉積在基板上之材料之產物。該產物由本文描述之方法產生。
實施例係關於用於將材料層沉積在基板上之設備。該設備包括第一注入器、移動機構、第二注入器、及自由基反應器。第一注入器具有朝向基板表面打開之第一反應腔室以將含金屬前驅物注入在表面上及以使含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板之表面。該移動機構經結構設計以引起該第一基板與第一注入器間之相對移動。該第二注入器設置在該相對移動路徑上及具有朝向基板之該表面打開之第二反應腔室以將有機前驅物注入注有含金屬前驅物之基板表面及以藉由該有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子反應而在該基板上沉積材料層。該自由基反應器經結構設計以在注有該有機前驅物之基板上產生還原劑之注入自由基。
在一實施例中，該第一注入器由排氣部分、連接該排氣部分與第一反應腔室之收縮區形成。平行於相對移動路徑之第一反應腔室之寬度超過該排氣部分之上表面與基板之該表面間的高度。
在一實施例中，該設備包括在相對移動路徑上之第三注入器。該第三注入器經結構設計以將惰性氣體注入該基板上以移除物理吸附在該基板上之含金屬前驅物。
100‧‧‧線性沉積裝置
110‧‧‧處理腔室
114‧‧‧馬達
118‧‧‧支撐柱
120‧‧‧基板
124‧‧‧支撐板
128‧‧‧基座
136‧‧‧反應器
136A、136B、136C、136D、136E‧‧‧反應器
138‧‧‧擴展桿
210‧‧‧托架
300‧‧‧旋轉沉積裝置
314‧‧‧基板
318‧‧‧基座
320、320A、320B‧‧‧反應器
324‧‧‧容器
330‧‧‧出口
334、334A、334B‧‧‧反應器
338‧‧‧出口
364、364A、364B‧‧‧反應器
368、368A、368B‧‧‧反應器
412‧‧‧導管
414‧‧‧導管
416‧‧‧導管
420‧‧‧導管
424‧‧‧(內)電極
426‧‧‧電極
428‧‧‧導管
440‧‧‧排氣部分
442‧‧‧排氣部分
444‧‧‧排氣部分
446‧‧‧排氣部分
448‧‧‧排氣部分
450‧‧‧箭頭
460‧‧‧箭頭
502‧‧‧主體
506‧‧‧主體
530‧‧‧氣體通道
531‧‧‧外電極
532‧‧‧通道
534‧‧‧電漿腔室
536‧‧‧穿孔
538‧‧‧反應腔室
540‧‧‧收縮區
542‧‧‧氣體通道
544‧‧‧穿孔
546‧‧‧反應腔室
548‧‧‧收縮區
930‧‧‧單元層
1030‧‧‧單元層
1130‧‧‧單元層
圖1係根據一實施例之用於進行分子層沉積之線性沉積裝置之橫斷面圖。
圖2係根據一實施例之線性沉積裝置之透視圖。
圖3係根據一實施例之用於進行分子層沉積之旋轉沉積裝置之透視圖。
圖4係根據一實施例之圖1之沉積裝置中反應器之透視圖。
圖5A係闡明根據一實施例之圖4之注入器之橫斷面圖。
圖5B係闡明根據一實施例之圖4之自由基反應器之橫斷面圖。
圖6係闡明根據一實施例之將材料沉積在基板上之方法的流程圖。
圖7A至圖7G係闡明根據一實施例之當基板經歷用於進行MLD之處理步驟時沉積在該基板之材料之概念圖。
圖8A至圖8C係闡明根據一實施例之使用MLD方法以可替代結構沉積材料之概念圖。
圖9係闡明根據一實施例之使用三甲基鋁(TMA)及胺基丙基三甲氧基矽烷(APTMOS)沉積聚合MLD薄膜之概念圖。
圖10係闡明根據一實施例之使用TMA、4-乙苯酚及APTMOS沉積聚合MLD薄膜之概念圖。
圖11係闡明根據一實施例之使用TMA、APTMOS、及3-異氰酸基丙基三乙氧基矽烷沉積基於聚脲之聚合薄膜的概念圖。
本文參考附圖描述實施例。然而，本文所揭示之原理可以多種不同形式實施及不應解釋為限於本文列出之實施例。在描述中，熟知特徵及技術之細節將省略以避免不必要地模糊實施例之特徵。
在附圖中，在附圖中之類似元件符號代表類似元件。為了清晰，該圖之形狀、尺寸及區域等等可放大。
實施例係關於使用還原劑之自由基(例如，氫自由基H*)進行分子層沉積(MLD)製程，以提升沉積速率及/或改良沉積在基板上之材料之聚合特性。將含金屬前驅物(例如，三甲基鋁(TMA))及有機前驅物(例如，4-乙苯酚)注入基板上後，將該還原劑之自由基注入以沉積下一聚烷氧化金屬層。藉由使用還原劑之自由基替代氧化氣體之自由基，保留經沉積材料中之碳橋，從而提高沉積速率及產生顯示出高聚合特性之聚烷氧化金屬。
線性沉積裝置
圖1係根據一實施例之用於進行MLD製程之線性沉積裝置100之橫斷面圖。圖2係根據一實施例之線性沉積裝置100(為便於說明，無腔室壁)之透視圖。線性沉積裝置100可尤其包括支撐柱118、處理腔室110、及一或多個反應器136。反應器136可包括一或多個注入器及一或多個自由基反應器。各個注入器將淨化氣體、含金屬前驅物、或有機前驅物注入基板120上。
由腔壁密閉之處理腔室110可維持在真空狀態以防止污染物影響沉積製程。處理腔室110包含接收基板120之基座128。為滑行移動，將基座128置於支撐板124上。支撐板124可包括溫度控制器(例如，加熱器或製冷器)以控制基板120之溫度。線性沉積裝置100亦可包括利於將基板120裝載在基座128上或從基座128上拆卸基板120之起模頂桿(未顯示)。
在一實施例中，線性沉積裝置100包括移動機構，該機構經結構設計以引起基板120與反應器136之間的相對移動。該移動機構包括馬達114及擴展桿138。將基座128固定於一或多個以形成於其上之螺絲圍繞擴展桿138移動之托架210。托架210具有形成於其具有擴展桿138的孔眼之相應螺紋。將擴展桿138固定於馬達114之軸桿，及因此，在馬達114之軸桿旋轉時擴展桿138旋轉。擴展桿138之旋轉引起托架210(及由此基座128)在支撐板124上實現線性移動。換言之，托架210將擴展桿138之旋轉運動轉化成平行於擴展桿138之線性運動。藉由控制馬達114之速度及旋轉方向，基座128線性移動之速度及方向可控制在沿相對移動路徑。馬達114及擴展桿138之使用係僅引起基座128與反應器136間相對移動的移動機構之一實例。或者或另外，該移動機構藉由多種其他構件(例如，在基座128之底部、頂部、或側面之齒輪、導軌、及/或小齒輪)移動基座128。替代(或附加於)相對於反應器 136移動基座128，該移動機構可相對於基座128移動反應器136。
旋轉沉積裝置
圖3係根據一實施例之旋轉沉積裝置300之透視圖。替代(或附加於)使用圖1之線性沉積裝置100，旋轉沉積裝置300可進行該沉積製程。旋轉沉積裝置300可尤其包括反應器320A、320B、334A、334B、364A、364B、368A、368B(共同稱之為反應器320、334、364、及368)、基座318、及密閉此等組件之容器324。旋轉沉積裝置300之一系列反應器(例如，320A及320B)與如上參考圖1描述之線性沉積裝置100之反應器136對應。基座318將基板314固定於適當位置。將反應器320、334、364、及368置於基板314及基座318上方。旋轉沉積裝置300可包括移動機構以引起基座318與反應器320、334、364、及368之間的相對旋轉。在基板314跟隨相對移動之圓周路徑時，該相對旋轉使基板314接受與不同反應器320、334、364、及368對應之不同製程。旋轉沉積裝置300可包括馬達及連接組件(未顯示)以將旋轉運動從馬達轉移至基座318。
將一或多個反應器320、334、364、或368連接至氣體導管(未顯示)以提供源前驅物、反應器前驅物、淨化氣體、及/或其他材料。由氣體導管提供之材料可係(i)藉由反應器320、334、364、或368直接注入基板314上，(ii)在反應器320、334、364、或368內部之腔室中混合後，或(iii)在藉由反應器320、334、364、或368中產生之電漿轉化為自由基後。在將材料注入基板314上後，冗餘材料可經出口330或338排出。旋轉沉積裝置300之內部亦可維持在真空狀態。
雖然主要參考線性沉積裝置100中之反應器136描述以下實例實施例，但是相同原理及操作可應用於旋轉沉積裝置300或其他類型之沉積裝置。
實例反應器
圖4係根據一實施例之圖1之沉積裝置100中之反應器136A至136E(共同稱之為「反應器136」)之透視圖。圖4中，反應器136A至反應器136E彼此相鄰串聯放置。在其他實施例中，反應器136A至136E可彼此以一定距離放置。在基板120從左至右移動時(如箭頭450顯示)，基板120藉由反應器136A至136E持續地注入材料以在基板120上沉積材料層。替代(或附加於)基板120相對於反應器136移動，反應器136可相對於基板120移動(例如，在注入材料時從右至左)。
在一實施例中，從左至右移動基板120後，基板120可從右至左移動(如箭頭460顯示)以將基板120及其上沉積之材料暴露於相較於從左至右移動基板120不同之材料順序。在另一實施例，使基板120重複暴露於相同材料順序。將基板120暴露於相同材料順序可藉由以下方法實現：使用旋轉沉積裝置300或基板120以箭頭460顯示之方向移動時關閉該氣體及自由基及基板120以箭頭450顯示之方向移動時打開該氣體及自由基。
反應器136A、136B、及136D(亦稱之為注入器等)將分別經由導管416、420、及428接收之氣體或氣體混合物注入基板120上。注入基板120之後殘留之過量氣體經由排氣部分440、442、及446排出。注入器136A、136B、及136D之結構後文參考圖5A詳細描述。
反應器136C及136E(亦稱之為自由基反應器等)產生氣體自由基及將該自由基注入基板120上。自由基反應器136C與導管412連接以接收來自源之氣體。電極424延伸穿過自由基反應器136C之長度。藉由跨電極424及自由基反應器136C之主體施加電壓，該注入之氣體轉化為自由基。將該等自由基注入基板120上，恢復為非活性狀態之氣體及任何殘留自由基經由排氣部分444從自由基反應器136C中排出。反應器136E具有如反應器136C之相同結構及包括導管414、電極426、及排氣部分448。自由基反應器136C及136E之結構後文參考圖5B詳細 描述。
實例注入器
圖5A係闡明根據一實施例之圖4之注入器136A之橫斷面圖。注入器136A包括由下列形成之主體506：氣體通道542、穿孔(例如，狹縫或孔洞)544、反應腔室546、收縮區548、及排氣部分440。由導管416提供至氣體通道542之氣體經由穿孔544注入反應腔室546。反應腔室546朝向基板120表面打開，由此將填充反應腔室546之氣體注入基板120上。該注入之氣體流經反應腔室546、收縮區548、及排氣部分440。
收縮區548具有高度h1，其小於反應腔室546之寬度W1。該寬度W1係平行於基板120與反應器136間之相對移動路徑測得。高度h1係在收縮區548之上表面與基板120表面之間測得。反應腔室之橫斷面區域A1(其垂直於氣體從氣體通道542朝向基板120之向下流動)超過收縮區之橫斷面區域A2(其垂直於氣體在基板120上方從反應腔室546至排氣部分440之流動)。由於橫斷面區域從反應腔室546至收縮區548減小，從反應腔室546至收縮區548流動之氣體經歷速度之提升及壓力之降低，此歸因於文丘里效應(Venturi effect)。在收縮區548提升之速度提升沉積在基板120上之材料(及任何物理吸附在基板120上之氣體)間之對流質量轉化之速率。此外，收縮區548中降低之壓力降低物理吸附在基板120上的氣體(或沉積在基板120上之揮發性材料)之平衡濃度。該提升之速度及降低之壓力由此更具效率地從基板120移除過量氣體及/或材料。
注入器136B及136D可具有如注入器136A相同或相似之結構，及由此，為簡潔起見，本文省略其詳細描述。
在一實施例中，注入器136A、136B、及136D分別注入含金屬前驅物(例如，三甲基鋁)、淨化氣體(例如，惰性氣體，諸如氬氣Ar或氮 氣N2)、及有機前驅物(例如，4-乙苯酚)。由於按順序注入此等材料，聚烷氧化金屬(例如，聚烷氧化鋁)沉積在基板120上。
實例自由基反應器
圖5B係闡明根據一實施例之圖4之自由基反應器136C之橫斷面圖。自由基反應器136C包括由下列形成之主體502：氣體通道530、電漿腔室534、連接氣體通道530與電漿腔室534之通道532、穿孔(例如，狹縫或孔洞)536、反應腔室538、收縮區540、及排氣部分444。自由基反應器136C包括環繞電漿腔室534之內電極424及外電極531(外電極531可整合至金屬主體502)。將由導管412提供至通道530之氣體或氣體混合物經由通道532注入電漿腔室534。藉由在內電極424與外電極531間施加電壓差，電漿於電漿腔室534中產生。例如，該電壓差係藉由DC(直流)脈衝產生器於150W及300kHz下產生。
由於產生該電漿，該氣體或該氣體混合物之自由基在電漿腔室534中形成。由於電漿腔室534位於遠離基板120(即，自由基反應器136C係遠程型電漿產生器)，基板120或任何形成在基板120上之裝置不會受產生該自由基之製程破壞。產生之自由基經由穿孔536注入反應腔室538。反應腔室538朝向基板120表面打開，因此在反應腔室538下方之基板120之區域暴露於注入之自由基。在一實施例中，該產生之自由基加熱基板表面至低於120℃之溫度，其有利於阻止該基板熔解。例如，該基板係市售低密度聚乙烯。其具有105℃至115℃間之熔點。
在一實施例中，將氫氣H2提供給反應器136C以生成氫自由基H*。為了使該氫自由基H*穩定，亦可將氮氣N2連同氫氣H2一起注入自由基反應器136C。氫氣H2與氮氣N2間之混合比例不重要及可採用從50：50至99：1之任何比例。使用氫自由基H*係有利的，尤其係進行MLD製程而不破壞該有機前驅物之碳鏈。相比於使用氧化氣體之自 由基(例如，氧自由基O*)，經沉積材料之沉積速率可提升及經沉積材料之聚合性質可改良。
從自由基恢復為非活性狀態之過量自由基及/或氣體通過收縮區540及經由排氣部分444排出。在一實施例中，反應腔室538之寬度W2大於收縮區540之高度h2，由此藉由如先前描述之文丘里效應提高過量自由基及/或氣體流動之速度及降低其之壓力，。因此，對流質量轉化速率提升及物理吸附在基板120上之氣體(或基板120上之過量材料)之平衡濃度降低，因此過量氣體及/或自由基更具效率地從基板120移除(至少部分移除)。
自由基反應器136E具有與自由基反應器136C相同或相似之結構，及因此，為簡潔起見，省略自由基反應器136E之詳細描述。
聚烷氧化金屬層之沉積
圖6係闡明根據一實施例之使用MLD製程沉積聚烷氧化金屬層之流程圖。主要參考使用三甲基鋁(TMA)作為含金屬前驅物及4-乙苯酚(4-EPL)作為有機前驅物以沉積聚烷氧化鋁來描述以下實施例，但是含金屬前驅物及有機前驅物之不同組合可用於沉積相同或不同聚烷氧化金屬。
首先，處理606基板120之表面，例如，羥基化，以促進後續處理步驟。參考圖7A，闡明羥基化後基板120之表面。基板120經羥基OH覆蓋以促進與含金屬前驅物之後續反應。
將注入器136A下方之基板120暴露610於含金屬前驅物(例如，TMA)。因此，如圖7B顯示，含金屬前驅物(例如，TMA)之金屬原子(例如，鋁原子)吸附於附著於基板120表面之羥基之氧原子。當含金屬前驅物係TMA時，甲烷氣體CH4作為副產物形成及經由排氣部分440連同過量TMA排出。若將基板120暴露610於另一含金屬前驅物，可形成不同於甲烷CH4之副產物。
含金屬前驅物包括含鋁前驅物(例如，TMA、二甲基乙胺鋁烷AlH3N(CH3)2(C2H5)(DMEAA)、氫化二甲基鋁Al(CH3)2H(DMAH)、異丙氧化二甲基鋁(CH3)2AlOCH(CH3)2(DMAI))，注入其以沉積聚烷氧化鋁。
含金屬前驅物包括含鈦前驅物(例如，四氯化鈦TiCl4、肆(二甲基胺基)鈦[N(CH3)2]4Ti(TDMAT)、肆(乙基甲基胺)鈦[C2H5NCH3]4Ti(TEMATi)、其他肆(二烷基胺基)鈦)，注入其以沉積聚烷氧化鈦。
含金屬前驅物包括含鋯前驅物(例如，肆(二甲基胺基)鋯[(CH3)2N]4Zr(TDMAZ)、肆(乙基甲基胺基)鋯[(C2H5)(CH3)N]4Zr(TEMAZr)、其他肆(二烷基胺基)鋯)，注入其以沉積聚烷氧化鋯。
含金屬前驅物包括含鋅前驅物(例如，二乙基鋅(C2H5)2Zn、其他二烷基鋅)，注入其以沉積聚烷氧化鋅。
含金屬前驅物包括含鎳前驅物，諸如雙(1,4-二-異丙基-1,3-二氮雜丁二烯基)鎳Ni(iPr-DAD)2或鎳二烷基胺基烷氧化物錯合物(例如，雙(1-二甲基胺基-2-甲基-2-丙醇)鎳Ni[OC(CH3)2CH2N(CH3)2]2、雙(1-二甲基胺基-2-甲基-2-丁醇)鎳Ni[OC(CH3)(C2H5)CH2N(CH3)2]2)，注入其以沉積聚烷氧化鎳。
注入器136B下方之基板120經淨化以藉由控制淨化氣體(例如，Ar)之流速從基板120表面部分或全部移除614物理吸附之含金屬前驅物分子。若該由注入器136A之收縮區548進行之移除製程充分，則淨化可免除。在此情況下，反應器136B可省略。
將自由基反應器136C下方之基板120暴露618於氫自由基H*(連同氮自由基N*，若在自由基反應器136C中氮氣N2與氫氣H2混合)。由此，如圖7C顯示，金屬氫化物(例如，鋁氫化物或其中間體)在基板 120表面形成。甲烷氣體CH4可作為副產物形成及經由排氣部分444連同過量自由基及/或氣體排出。若將基板120暴露610於另一含金屬前驅物，可形成不同於甲烷氣體CH4之副產物。在含金屬前驅物與具有氧化配位體(例如，-OH、-COOH、-NH2、-OCH3)之有機前驅物反應的實施例中，將基板120暴露618於氫自由基N*可省略。在此情況下，自由基反應器136C可省略。
隨後將注入器136D下方之基板120暴露622於有機前驅物(例如，4-乙苯酚)以沉積材料層。由於該金屬氫化物具反應性，該金屬氫化物與有機前驅物反應，在基板120表面上形成聚烷氧化金屬層。藉由注入4-乙苯酚在基板120上形成之聚烷氧化金屬之實例結構闡明於圖7D中。氫氣H2亦作為副產物形成及經由排氣部分446排出。
有機前驅物包括同雙官能團有機反應物，諸如二醇(例如，2,3-丁二醇H3C(CHOH)2CH3、1,4-丁二醇HOCH2(CH2)2CH2OH、1,5-戊二醇HOCH2(CH2)3CH2OH))及三醇(例如，甘油)。
有機前驅物包括異雙官能團有機反應物，諸如胺基醇(例如，2-胺基乙醇H2NCH2CH2OH、4-胺基苯酚(H2N(C6H4)OH)、烷二胺(例如：乙二胺H2N(CH2)2NH2)；胺基烷基三烷氧基矽烷(例如，3-胺基-丙基三甲氧矽烷H2N(CH2)3Si(OCH3)3(APTMOS))；及異氰酸基烷基三烷氧基矽烷(例如，3-異氰酸基丙基三乙氧基矽烷OCN(CH2)3Si(OC2H5)3(ICPTEOS))。
可隨後進行淨化製程以藉由注入器(未顯示)從基板120表面淨化626經物理吸附之分子。該淨化製程可省略。
隨後，將在自由基反應器136E下方之基板120暴露630於氫氣電漿H2或氫自由基H*以置換經氫原子H沉積之末端官能團。由此，沉積在基板120上之材料之反應性相對於含金屬前驅物提升。甲烷氣體CH4作為副產物形成及藉由自由基反應器136E排出。若將基板120暴 露622於不同有機前驅物，可形成其他副產物。該氫自由基H*選擇性地與甲基反應而不是破壞聚烷氧化金屬芳香環上之碳原子間的鍵。例如，形成4-乙苯酚中之芳香環的碳原子之間的鍵未破壞，及由此，圖7E中闡明之芳香苯環仍完好。圖7E闡明沉積在基板120上具有氫原子末端之材料的結構，其係最小配位體。此外，較大配位體可阻礙隨後注入之前驅物之吸附及由此降低沉積速率。
測定經沉積之聚烷氧化金屬層之厚度。若638該聚烷氧化金屬層之厚度係足夠(即，超過臨限厚度)，該製程終止。若638該聚烷氧化金屬層之厚度不足(即，不超過臨限厚度)，該製程返回將基板120暴露610於含金屬前驅物。圖7F係闡明例如使用注入器136A注入TMA作為含金屬前驅物在末端甲基之氫原子上結果之圖，如圖7E所闡明。當含金屬前驅物係TMA時，甲烷氣體CH4作為副產物形成及經由排氣部分440連同過量TMA排出。若將基板120暴露610於另一含金屬前驅物，則可產生不同副產物。
隨後可繼續進行該製程以移除614物理吸附之含金屬前驅物(若必要)及然後將基板120暴露618於還原劑之自由基(例如，氫自由基H*)。圖7G闡明將圖7F之結構暴露於氫自由基H*之結果。暴露於氫自由基H*亦產生甲烷氣體CH4副產物，但若將基板120暴露610於另一含金屬前驅物，則可形成另一副產物。將基板120暴露622於有機前驅物、淨化626物理吸附之分子、及將基板120暴露630於還原劑之自由基之後續製程可在基板120上進行。
亦據推測若將圖7D之結構暴露630於較大量之氫自由基H*或較高電漿功率，則可獲得圖8A之結構而不是圖7E之結構。在實務中，基板120可由具有圖7E之結構及圖8A之結構的材料之混合物形成。
相較於圖7D之結構，圖8A之結構缺乏附接至芳香苯環之甲基-CH3。此外，獲得圖8A之結構時，乙烷氣體C2H6可作為副產物產生。 若將基板120暴露622於不同有機前驅物，則可從經烷基取代之苯環獲得不同之副產物。當將圖8A之結構暴露610於TMA時，獲得圖8B之結構。將基板120暴露618或630於氫自由基H*之後續製程產生圖8C之結構，同時產生作為副產物之甲烷氣體CH4。若注入不同含金屬前驅物，則可產生不同之副產物。
使用還原自由基(例如，氫自由基H*)替代氧化自由基之許多優勢中之一者係維持形成之聚烷氧化金屬中碳橋。由於碳橋保留，聚烷氧化金屬之沉積速率提升。此外，由於碳橋仍然完好，該形成之金屬保留聚合特性。
替代使用氫自由基H*，亦可使用其他還原劑諸如肼N2H4或胺NH3之自由基。自此等還原劑產生之電漿包含氫自由基H*及提供與使用自氫氣H2產生之氫自由基H*相似之結果。
圖9係闡明根據一實施例，藉由將基板120暴露610於作為含金屬前驅物之TMA及將基板120暴露622於作為有機前驅物之3-APTMOS(3-胺基-丙基三甲氧基矽烷)(替代4-EPL之使用)來沉積聚合MLD薄膜諸如-[Al-(O-Si-O)-(C3H6)-NH]-之圖。在分別注入TMA及APTMOS後，將基板120暴露618、630於還原劑(例如，氫自由基H*)。由此，獲得單元層930，如圖9所闡明。將基板120暴露於TMA、H*、APTMOS、及H*之製程可重複以在基板120上堆疊多個單元層930。
圖10係闡明藉由使用4-EPL作為第一有機前驅物及APTMOS作為第二有機前驅物，沉積具有用於較長或較大烴橋之芳香環的聚合MLD薄膜諸如-[Al-O-(C6H4)-(O-Si-O)-(C3H6)-NH]-之圖。「較長」烴橋係指由較長單元層組成之烴橋，及「較大」烴橋係指由較大分子及/或配位體形成之單元層組成之烴橋。藉由按順序將基板120暴露於TMA、氫自由基H*、4-EPL、氫自由基H*、APTMOS、及氫自由基H*，具有用於較長或較大烴橋(諸如-[Al-O-(C6H4)-(O-Si-O)-(C3H6)- NH]-)之芳香苯環之單元層1030在基板120上形成。可重複將基板120暴露於前驅物及自由基之相同製程以在基板120上堆疊多個單元層1030。在另一實施例中，轉換有機前驅物之順序，因此將基板120按順序暴露於TMA、氫自由基H*、APTMOS、氫自由基H*、4-EPL、及氫自由基H*。
圖11係闡明藉由使用APTMOS作為第一有機前驅物及3-異氰酸基丙基三乙氧基矽烷(ICPTEOS)作為第二有機前驅物沉積基於聚脲之MLD薄膜或聚胺基甲酸酯類似MLD薄膜諸如-[Al-(O-Si-O)-C3H6-(NH-(C=O)-NH)-C3H6-(O-Si-O)-O]-的圖。藉由將該基板按順序暴露於TMA、氫自由基H*、APTMOS、氫自由基H*、ICPTEOS、及氫自由基H*，用於較長烴橋之單元層1130諸如-[Al-(O-Si-O)-C3H6-(NH-(C=O)-NH)-C3H6-(O-Si-O)-O]在基板120上形成。可重複該製程以在基板120上沉積多個單元層1130。在另一實施例中，轉換有機前驅物之順序，因此將基板120按順序暴露於TMA、氫自由基H*、ICPTEOS、氫自由基H*、APTMOS、及氫自由基H*。
此外，雖然主要關於使用TMA及4-EPL沉積聚烷氧化鋁描述以上實施例，但是亦可使用還原劑之自由基沉積其他聚烷氧化金屬諸如聚烷氧化鋅及聚烷氧化鈦。可例如使用二乙基鋅作為含金屬前驅物，各種有機化合物諸如乙二醇(EG)、4-EPL、或丁二醇作為有機前驅物，及氫自由基H*作為還原劑，沉積聚烷氧化鋅。可例如使用TEMATi、TDMAT、或四氯化鈦作為含金屬前驅物；甘油、EG、或丁二醇作為有機前驅物；及還原劑之氫自由基H*，沉積聚烷氧化鈦。可例如使用TEMAZr或TDMAZ作為含金屬前驅物；甘油、EG、或丁二醇作為有機前驅物；及還原劑之氫自由基H*沉積前驅物聚烷氧化鋯。
雖然上文已就若干實施例而言描述本發明，但是可在揭示內容範圍內作出各種改良。因此，上文描述之揭示內容意在說明性，而非 限制性。
300‧‧‧旋轉沉積裝置
314‧‧‧基板
318‧‧‧基座
320A、320B‧‧‧反應器
324‧‧‧容器
330‧‧‧出口
334A、334B‧‧‧反應器
338‧‧‧出口
364A、364B‧‧‧反應器
368A、368B‧‧‧反應器

Claims (14)

  1. 一種用於將材料沉積在基板上之方法，該方法包括：(a)將該基板暴露於含金屬前驅物以使該含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板；(b)將注有含金屬前驅物之基板暴露於有機前驅物以藉由該有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子之反應來沉積材料層；及(c)將該基板暴露於還原劑之自由基以提升沉積在該基板上之材料之反應性。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括在將含金屬前驅物注入該基板上之後及在注入該有機前驅物之前，將該基板暴露於還原劑之自由基以提升金屬原子與該有機前驅物之反應性。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括重複(a)至(c)以在該基板上沉積附加材料層。
  4. 如請求項1之方法，其中該經沉積之材料係聚烷氧化金屬(metalcone)。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括使該還原劑氣體經過電極間，電壓差施加於該等電極。
  6. 如請求項1之方法，其中該含金屬前驅物包括下列中之至少一者：含鋁前驅物、含鈦前驅物、含鋅前驅物、含鋯前驅物、含鎳前驅物、或其組合。
  7. 如請求項1之方法，其中該有機前驅物包括下列中之至少一者：胺基醇、烷基二胺、烷基苯酚、胺烷基三烷氧基矽烷、及異氰酸基烷基三烷氧基矽烷。
  8. 如請求項1之方法，其中該還原劑包括下列中之至少一者：肼、氨、及氫氣。
  9. 如請求項1之方法，其中將該基板暴露於該還原劑之自由基包括注入氮氣以使該還原劑穩定。
  10. 如請求項1之方法，其中將該基板暴露於該有機前驅物包括：將注有該含金屬前驅物之該基板暴露於第一有機前驅物以藉由該第一有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子反應來沉積材料層；在將該基板暴露於該第一有機前驅物之後，將該基板暴露於還原劑之自由基以提升沉積在該基板上之材料與第二有機前驅物之反應性，及將注有該第一有機前驅物之該基板暴露於該第二有機前驅物以維持或加長經沉積材料層之烴橋。
  11. 一種包括沉積在基板上之材料之產物，該產物係藉由包括以下之方法製得：(a)將該基板暴露於含金屬前驅物以使該含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板；(b)將注有該含金屬前驅物之該基板暴露於有機前驅物以藉由該有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子反應來沉積材料層；及(c)將該基板暴露於還原劑之自由基以提升沉積在該基板上之材料之反應性。
  12. 一種用於將材料層沉積在基板上之設備，該設備包括：第一注入器，其具有朝向基板表面打開之第一反應腔室以將含金屬前驅物注入基板上及以引起該含金屬前驅物之金屬原子吸附於該基板表面；移動機構，其經結構設計以引起該基板與該第一注入器間之相對移動； 第二注入器，其位於該相對移動路徑上，該第二注入器具有朝向該基板表面打開之第二反應腔室以注入有機前驅物於注有該含金屬前驅物之基板表面及藉由該有機前驅物與吸附於該基板之金屬原子反應使材料層沉積在該基板上；及自由基反應器，其位於該相對移動路徑上，該自由基反應器經結構設計以產生及注入還原劑之自由基於注有該有機前驅物之基板上。
  13. 如請求項12之設備，其中該第一注入器由排氣部分及連接該排氣部分與該第一反應腔室之收縮區形成，平行於相對移動路徑之第一反應腔室之寬度超過收縮區之上表面與該基板表面之間的高度。
  14. 如請求項12之設備，其進一步包括在相對移動路徑上之第三注入器，該第三注入器經結構設計以將惰性氣體注入基板上以移除物理吸附在該基板上之含金屬前驅物。
TW103140313A 2013-11-27 2014-11-20 使用還原方法之分子層沉積 TW201525181A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361909819P 2013-11-27 2013-11-27
US14/546,948 US9376455B2 (en) 2013-11-27 2014-11-18 Molecular layer deposition using reduction process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201525181A true TW201525181A (zh) 2015-07-01

Family

ID=53183185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103140313A TW201525181A (zh) 2013-11-27 2014-11-20 使用還原方法之分子層沉積

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9376455B2 (zh)
JP (1) JP2015120977A (zh)
KR (1) KR20150061592A (zh)
CN (1) CN104975273A (zh)
TW (1) TW201525181A (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140037846A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Synos Technology, Inc. Enhancing deposition process by heating precursor
KR20150109984A (ko) * 2014-03-21 2015-10-02 삼성전자주식회사 기체 차단 필름, 이를 포함하는 냉장고 및 기체 차단 필름의 제조방법
US20170241019A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-24 Ultratech, Inc. Pe-ald methods with reduced quartz-based contamination
TW201831720A (zh) * 2017-01-16 2018-09-01 美商精微超科技公司 利用具有長碳主鏈之多元醇形成分子層沉積膜的方法
US11961991B2 (en) 2017-06-20 2024-04-16 Coreshell Technologies, Incorporated Solution-phase deposition of thin films on solid-state electrolytes
US11990609B2 (en) 2017-06-20 2024-05-21 Coreshell Technologies, Incorporated Solution-deposited electrode coatings for thermal runaway mitigation in rechargeable batteries
KR102501600B1 (ko) 2017-06-20 2023-02-17 코어쉘 테크놀로지스 인코포레이티드 배터리 전극들의 표면 상에의 박막들의 액상 퇴적을 위한 방법들, 시스템들, 및 조성물들
KR20200056273A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 주성엔지니어링(주) 기판처리장치 및 기판처리방법
JP7253972B2 (ja) * 2019-05-10 2023-04-07 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
EP4014272A1 (en) 2019-08-13 2022-06-22 Graphenix Development, Inc. Anodes for lithium-based energy storage devices, and methods for making same
WO2021034916A1 (en) 2019-08-20 2021-02-25 Graphenix Development, Inc. Structured anodes for lithium-based energy storage devices
US11489154B2 (en) 2019-08-20 2022-11-01 Graphenix Development, Inc. Multilayer anodes for lithium-based energy storage devices
CN110508155B (zh) * 2019-08-21 2021-09-03 南京大学 一种锌基无机-有机杂化纳米多孔分离膜的制备方法
US11495782B2 (en) 2019-08-26 2022-11-08 Graphenix Development, Inc. Asymmetric anodes for lithium-based energy storage devices
EP4059071A1 (en) * 2019-11-13 2022-09-21 Coreshell Technologies, Inc. Solution-deposited electrode coatings for thermal runaway mitigation in rechargeable batteries
CN113215553B (zh) * 2020-01-21 2022-04-19 四川贝克特瑞科技有限公司 一种贵金属表面防腐蚀复合薄膜及其制备方法
DE102022200665A1 (de) 2022-01-21 2023-07-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikroarray und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6972267B2 (en) 2002-03-04 2005-12-06 Applied Materials, Inc. Sequential deposition of tantalum nitride using a tantalum-containing precursor and a nitrogen-containing precursor
EP1485513A2 (en) 2002-03-08 2004-12-15 Sundew Technologies, LLC Ald method and apparatus
US6753271B2 (en) 2002-08-15 2004-06-22 Micron Technology, Inc. Atomic layer deposition methods
US6872909B2 (en) 2003-04-16 2005-03-29 Applied Science And Technology, Inc. Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
US9725805B2 (en) 2003-06-27 2017-08-08 Spts Technologies Limited Apparatus and method for controlled application of reactive vapors to produce thin films and coatings
KR20050028980A (ko) 2003-09-19 2005-03-24 한국전자통신연구원 무기 박막 전계 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100791334B1 (ko) 2006-07-26 2008-01-07 삼성전자주식회사 원자층 증착법을 이용한 금속 산화막 형성 방법
US20080241387A1 (en) 2007-03-29 2008-10-02 Asm International N.V. Atomic layer deposition reactor
WO2009031886A2 (en) 2007-09-07 2009-03-12 Fujifilm Manufacturing Europe B.V. Method and apparatus for atomic layer deposition using an atmospheric pressure glow discharge plasma
US9288886B2 (en) 2008-05-30 2016-03-15 Colorado State University Research Foundation Plasma-based chemical source device and method of use thereof
US20100037820A1 (en) 2008-08-13 2010-02-18 Synos Technology, Inc. Vapor Deposition Reactor
US8883270B2 (en) 2009-08-14 2014-11-11 Asm America, Inc. Systems and methods for thin-film deposition of metal oxides using excited nitrogen—oxygen species

Also Published As

Publication number Publication date
CN104975273A (zh) 2015-10-14
US9376455B2 (en) 2016-06-28
JP2015120977A (ja) 2015-07-02
US20150148557A1 (en) 2015-05-28
KR20150061592A (ko) 2015-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201525181A (zh) 使用還原方法之分子層沉積
TWI476296B (zh) 在基板上使用自由基之增進的層沈積法
US20150104574A1 (en) Fast atomic layer deposition process using seed precursor
TWI512134B (zh) 使用氣體混合物之自由基的原子層沈積
US20130337172A1 (en) Reactor in deposition device with multi-staged purging structure
JP5663305B2 (ja) 大気圧グロー放電プラズマを用いる原子層堆積の方法及び装置
JP5543203B2 (ja) 大気圧グロー放電プラズマを使用した原子層堆積の方法及び装置
US20120114877A1 (en) Radical Reactor with Multiple Plasma Chambers
US20150218698A1 (en) Spatial deposition of material using short-distance reciprocating motions
KR20120112118A (ko) 자기장 보조 증착법
TW201120241A (en) Film deposition apparatus, film deposition method, and computer readable storage medium
WO2013109545A1 (en) Deposition of graphene or conjugated carbons using radical reactor
KR20170045138A (ko) 실리콘 질화물막 형성을 위한 다단계 원자층 증착 공정
TW201035344A (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
US20190292661A1 (en) Film Deposition Apparatus With Gas Entraining Openings
US20160032452A1 (en) Atomic Layer Deposition Method Using Source Precursor Transformed by Hydrogen Radical Exposure
US20140037846A1 (en) Enhancing deposition process by heating precursor
KR102562274B1 (ko) 유기 금속 전구체 화합물
KR20240035337A (ko) 전구체 혼합물을 반응 챔버에 제공하는 방법
TW202334501A (zh) 沈積間隙填充流體之方法及相關系統與裝置
CN113355652A (zh) 成膜方法
KR20190132682A (ko) 초임계 유체를 사용하는 전구체의 스프레이에 의한 물질의 증착
KR20060130462A (ko) 원자층증착방법을 이용한 하프늄지르코늄옥사이드막형성방법