包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備方法及用于該方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所述的發(fā)明公開(kāi)總體設(shè)及用于包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備方法W及制 備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 化合物薄膜W各種方式用作半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體集成電路、化合物半導(dǎo)體、太陽(yáng)能 電池、液晶顯示器化CD)、有機(jī)發(fā)光二極管（0LED)等的柵極電介質(zhì)膜或金屬間阻隔膜，用作 保護(hù)膜，W及用作防止與周圍材料化學(xué)反應(yīng)的掩膜等。因此，隨著半導(dǎo)體集成電路器件日益 縮小然而具有更復(fù)雜的形狀，涂覆具有高度階梯結(jié)構(gòu)的均勻薄膜已經(jīng)作為重要技術(shù)引起關(guān) 注。因此，目前，用于改善薄膜特性的原子層沉積（ALD)已經(jīng)廣泛用于各種領(lǐng)域中[美國(guó)專 利No. 4, 058, 430]。
[0003] ALD是使用化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的加工技術(shù)，其中氣相反應(yīng)通過(guò)按時(shí)間順序注入前 體和反應(yīng)物來(lái)抑制，并且薄膜的厚度通過(guò)使用在襯底的表面上發(fā)生的自限反應(yīng)來(lái)精確地控 制。ALD允許薄膜具有高階梯覆蓋率和高厚度均勻性，運(yùn)是在原子水平上控制厚度的情況下 自限反應(yīng)的特征。因此，通過(guò)使用ALD方法，不僅在具有基本上階梯式結(jié)構(gòu)的電容器中，而 且在具有大表面積和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的纖維的內(nèi)部空間中，或者在細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的表面上等均勻地 形成薄膜是可能的。另外，因?yàn)闅庀喾磻?yīng)最小化，所W針孔密度將非常小，然而薄膜密度將 是高的，并且另外，可降低沉積溫度。
[0004] 然而，ALD的缺點(diǎn)在于其難W選擇適當(dāng)?shù)那绑w和反應(yīng)物，因?yàn)槊看窝h(huán)沉積的薄膜 厚度只是原子層水平或更小，所W沉積速率非常低，并且由于過(guò)量碳和氨，所W將使薄膜的 特性大大退化。
[0005] 同時(shí)，與ALD的沉積速率相比，使用熱化學(xué)氣相沉積（TCVD)或等離子體增強(qiáng)的化 學(xué)氣相沉積（PECVD)的娃化合物薄膜的沉積速率非?？?。然而，因?yàn)檫\(yùn)些方法具有諸如在 薄膜中形成許多針孔并產(chǎn)生副產(chǎn)物或顆粒之類的缺陷，所W在運(yùn)些方法中薄膜的形成通常 在高溫下進(jìn)行。因此，運(yùn)些方法難W適用于諸如塑料膜之類的襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于前述問(wèn)題，本公開(kāi)提供用于包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備方法W及制備裝 置。
[0007] 然而，尋求由本公開(kāi)解決的問(wèn)題不限于上述說(shuō)明，并且其它問(wèn)題可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員從W下說(shuō)明清楚地理解。
[0008] 在本公開(kāi)的第一方面，提供了一種用于包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備方法，所 述方法包括：通過(guò)交替使用源氣體和反應(yīng)物氣體對(duì)襯底進(jìn)行等離子體處理；并且使所述源 氣體和反應(yīng)物氣體在襯底的表面上反應(yīng)W在所述襯底上形成無(wú)機(jī)薄膜，其中所述源氣體和 反應(yīng)物氣體的等離子體處理分別在彼此獨(dú)立的等離子體模塊中進(jìn)行，并且所述源氣體包括 惰性氣體和前體，所述前體包含選自由娃、錯(cuò)、鐵W及它們的組合組成的群組中的金屬。
[0009] 在本公開(kāi)的第二方面，提供了一種用于包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備裝置，所 述制備裝置包括：用W裝載襯底的襯底裝載單元；連接到所述襯底裝載單元并被配置成交 替移動(dòng)所述襯底的襯底輸送單元；在所述襯底輸送單元下方提供的并被配置成加熱所述襯 底的襯底加熱單元；W及用W在襯底上形成無(wú)機(jī)薄膜的無(wú)機(jī)薄膜沉積單元，其中所述無(wú)機(jī) 薄膜沉積單元包括多個(gè)源等離子體模塊W及多個(gè)反應(yīng)物等離子體模塊，并且其中使所述襯 底輸送單元在源等離子體模塊和反應(yīng)性等離子體模塊之間交替移動(dòng)W在所述襯底上沉積 所述無(wú)機(jī)薄膜。
[0010] 根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式，通過(guò)將源氣體等離子體和反應(yīng)物等離子體單獨(dú)地注入襯 底中，同時(shí)使用掃描型CVD，在約400°C或更低的低溫下制備具有諸如較小氨含量、低針孔 密度和高薄膜密度之類的高度有利的特征的無(wú)機(jī)薄膜是可能的。該無(wú)機(jī)薄膜可用作包封 膜、阻隔膜等。另外，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式，無(wú)機(jī)薄膜的沉積速率高達(dá)約5A/S至約loA/s， 產(chǎn)品收率高。此外，因?yàn)樵诩庸て陂g產(chǎn)生的顆粒量小，所W可制備均勻的薄膜。
[0011] 另外，可連續(xù)地和/或交替地沉積多組分金屬氧化物和金屬氮化物薄膜。
[0012] 同時(shí)，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式，用于制備無(wú)機(jī)薄膜的高速沉積裝置具有簡(jiǎn) 化的設(shè)備結(jié)構(gòu)并可容易地改進(jìn)。因此，其具有寬范圍的應(yīng)用并且還可適用于卷對(duì)卷 (roU-to-roll)且大型的沉積設(shè)備。
【附圖說(shuō)明】 在W下詳細(xì)說(shuō)明中，實(shí)施方式僅作為例證描述，因?yàn)閷?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，各種改變 和修改將根據(jù)W下詳細(xì)說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)。不同附圖中使用相同附圖標(biāo)記表示相似或相 同的項(xiàng)。
[0013] 圖1是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式圖解用于無(wú)機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖； 圖2是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式圖解包括多個(gè)等離子體模塊的用于無(wú)機(jī)薄膜的制備裝 置的示意圖； 圖3是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式圖解用于無(wú)機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖； 圖4是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式圖解用于無(wú)機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖；并且 圖5是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式圖解用于無(wú)機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下文中，將對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易地實(shí) 現(xiàn)運(yùn)些實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)注意本公開(kāi)不限于運(yùn)些實(shí)施方式和實(shí)施例，而是可W多種其它 方式實(shí)現(xiàn)。在附圖中，省略了與說(shuō)明不直接相關(guān)的部件W增強(qiáng)附圖清晰性，并且在整個(gè)文檔 中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
[0015] 在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，術(shù)語(yǔ)"連接到"或"禪合到"用于指示一個(gè)元件與另一個(gè) 元件的連接或禪合，并且包括其中元件"直接連接或禪合到"另一個(gè)元件的情況和其中元件 經(jīng)由又一個(gè)元件"電連接或禪合"到另一個(gè)元件的情況兩者。
[0016] 在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，用于指示一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的位置的術(shù)語(yǔ) "在……上"包括一個(gè)元件鄰近另一個(gè)元件的情況和任何其它元件存在于運(yùn)兩個(gè)元件之間 的情況兩者。
[0017] 在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，用于文檔中的術(shù)語(yǔ)"包含或包括"和/或"含有或包括有" 是指除非上下文另外指示，否則除了所述的組件、步驟、操作和/或元件之外，不排除一個(gè) 或多個(gè)其它的組件、步驟、操作和/或現(xiàn)有或添加的元件。在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，術(shù)語(yǔ)"約 或大約"或"基本上"旨在具有接近數(shù)值或由可允許的誤差規(guī)定的范圍的含義并且旨在防止 為理解本公開(kāi)而公開(kāi)的精確的或絕對(duì)的數(shù)值被任何不合理的第=方非法地或不公平地使 用。在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，術(shù)語(yǔ)"……的步驟"不是指"用于……的步驟"。
[001引在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，馬庫(kù)什（Markush)型說(shuō)明中所包括的術(shù)語(yǔ)"……的組合" 是指選自由W馬庫(kù)什型描述的組件、步驟、操作和/或元件組成的群組中的一個(gè)或多個(gè)組 件、步驟、操作和/或元件的混合物或組合，從而意指本公開(kāi)包括選自馬庫(kù)什組中的一個(gè)或 多個(gè)組件、步驟、操作和/或元件。
[0019] 在本公開(kāi)的整個(gè)文檔中，"A和/或B"運(yùn)樣的表達(dá)是指"A或B，或A和B"。
[0020] 下文中，本公開(kāi)的實(shí)施方式和實(shí)施例將參考附圖詳細(xì)地描述，附圖形成說(shuō)明書(shū)的 一部分。然而，應(yīng)當(dāng)注意本文所述的實(shí)施方式、實(shí)施例和附圖不意指W任何方式進(jìn)行限制。
[0021] 在本公開(kāi)的第一方面，提供了包含多種前體的無(wú)機(jī)薄膜的制備方法，所述方法：包 括通過(guò)交替使用源氣體和反應(yīng)物氣體對(duì)襯底進(jìn)行等離子體處理；并且使源氣體和反應(yīng)物氣 體在襯底的表面上反應(yīng)W在所述襯底上形成無(wú)機(jī)薄膜，其中所述源氣體和反應(yīng)物氣體的等 離子體處理分別在彼此獨(dú)立的等離子體模塊中進(jìn)行，并且源氣體包括惰性氣體和前體，所 述前體包含選自由娃、錯(cuò)、鐵W及它們的組合組成的群組中的金屬。
[0022] 根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用源氣體和反應(yīng)物氣體進(jìn)行的等離子體處理 在彼此獨(dú)立的等離子體模塊中進(jìn)行，所W源氣體和反應(yīng)物氣體之間的反應(yīng)在襯底的表面上 發(fā)生而不是在氣相中發(fā)生。因此，反應(yīng)溫度可保持較低，并且另外，因?yàn)樵礆怏w不直接與反 應(yīng)物氣體反應(yīng)，所W可減小可能由來(lái)自反應(yīng)的副產(chǎn)物和UV所造成的損壞。另外，通過(guò)在彼 此獨(dú)立的等離子體模塊中同時(shí)進(jìn)行源氣體和反應(yīng)物氣體的等離子體處理，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí) 施方式，可改善無(wú)機(jī)薄膜的沉積速率。
[0023] 另外，通過(guò)降低等離子體處理中所用的功率電平，還可減小雜質(zhì)的產(chǎn)生和/或可 能在高功率下造成的電極損壞，但不限于此。
[0024]