專利名稱：用于受控涂敷反應(yīng)蒸氣來制造薄膜和涂層的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于在襯底上沉積涂層的裝置和方法，其中，所述涂層由以與襯底表面反應(yīng)的蒸氣形式出現(xiàn)的化學反應(yīng)物質(zhì)形成。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)器件制造和微機電系統(tǒng)(MEMS)制造兩者都為了各種目的而利用沉積在襯底上的多個材料層或者材料涂層。在某些例子中，多個層被沉積在襯底上，然后被相繼地去除，例如當所述層被用作圖案化的掩模材料并且接著在圖案被轉(zhuǎn)移到下面層上之后被相繼去除的時候。在其他的例子中，多個層被沉積以實現(xiàn)器件或者系統(tǒng)中的功能，并且作為所制造的器件的一部分而保留。存在許多用于沉積薄膜層或者涂層的方法，例如濺射沉積，其中等離子體被用于從標靶材料(通常為金屬)濺射出原子，并且被濺射出的原子沉積在襯底上；化學氣相沉積，其中被活化(例如通過等離子體、輻射或溫度或者其結(jié)合)的物質(zhì)或者以氣相進行反應(yīng)(伴隨著反應(yīng)產(chǎn)物相繼在襯底上沉積)或者在襯底表面上反應(yīng)以在襯底上生成反應(yīng)產(chǎn)物；蒸發(fā)沉積，其中被蒸發(fā)材料凝聚在襯底上以形成層；以及通常由涂層材料的溶劑溶液進行的旋涂、噴涂或者浸涂，其中所述溶劑隨后被蒸發(fā)以在襯底上留下涂層材料。
在其中由于涂層層所在的襯底表面上的液體流動或者機械接觸而可能發(fā)生涂層磨損的應(yīng)用中，為了獲得特定的表面性質(zhì)，使涂層通過所述物質(zhì)與表面反應(yīng)來直接化學鍵合到襯底表面是有幫助的。
對于化學鍵合到襯底表面的層和涂層，特別感興趣的區(qū)域是集成電路系統(tǒng)以及被稱作微機電系統(tǒng)或MEMS的集成電路系統(tǒng)與機械系統(tǒng)的結(jié)合的那些區(qū)域。由于所形成的一些電子器件的納米尺度，并且由于MEMS在諸如生物科學之類的應(yīng)用中的使用，對于控制在襯底表面上形成涂層或者層的改進方法的需求增加了，其中在所述諸如生物科學之類的應(yīng)用中，襯底表面上的涂層的類型和性質(zhì)被用于向表面提供特定的功能性。歷史上，這些種類的涂層以液相沉積，由于毛細力而導致器件產(chǎn)率的損失和受限的膜性質(zhì)控制。近來，氣相沉積已經(jīng)被用作代替液態(tài)處理的方法并且被用來改善涂層的性質(zhì)。
為了說明氣相涂層的諸多潛在應(yīng)用中的少數(shù)一些的目的，其中這些氣相涂層必須被沉積以具有特定的關(guān)鍵性質(zhì)和/或相對于下面的襯底具有特定的永久性結(jié)構(gòu)取向，申請人愿意提及下面的涉及涂層形成方法的出版物或者專利。申請人希望說明，此背景技術(shù)中的一些不是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，因為其在申請人的發(fā)明的發(fā)明日期之后才被公布的。其在此被提及是因為其關(guān)系到所述總的主題。
使用由蒸氣沉積在襯底表面上的涂層的產(chǎn)品應(yīng)用包括作為示例而不是限制的下面這些。題目為“Thin layer forming method where hydrophobicmolecular layers preventing a BPSG layer from absorbing moisture”、1996年11月19日授予Yano等的美國專利5,576,247。描述用于微機械器件中的低表面能鈍化層的、1997年2月11日授予Hornbeck的美國專利No.5,602,671。具體地，定向單分子層被用于限制兩個元件之間的范德華力，以減小元件表面之間的吸引。Steven A.Henck在Tribology Letters 3(1997)239-247中的題目為“Lubrication of digital micromirror devices”的文章描述了被研究用于數(shù)字微鏡器件中的近50種潤滑劑。這些潤滑劑包括自組裝單分子層(SAMs)潤滑劑、流體潤滑劑和固體潤滑劑。潤滑劑被用于減小微機電系統(tǒng)(MEMS)器件中的涂層表面之間的粘附。在YuchunWang等的、題目為“Vapor phase deposition of uniform and ultrathinsilanes”，SPIE Vol.3258-0277-786X(98)20-28的文章中，作者描述了在諸如微制造硅過濾器之類的生物醫(yī)學微器件的表面上為了調(diào)節(jié)親水性并使非特定的蛋白質(zhì)吸附最小化而所需的均勻、保形以及超薄的涂層。JianWang等在Thin Solid Films 327-329(1998)591-594中發(fā)表的題目為“Gold nanoparticulate film bound to silicon surface with self-assembledmonolayers”的文章中討論了利用用于表面制備的SAM將金納米粒子接合到硅表面的方法。
Patrick W.Hoffmann等在American Chemical Society，Langmuir 1997，13，1877-1880發(fā)表的文章中描述了單分子薄有機膜中的分子取向和Ge/Si氧化物上的表面覆蓋。氣相反應(yīng)器據(jù)報道已被用于在單官能全氟化烷基硅烷的沉積過程中，提供對表面水合作用和反應(yīng)溫度的精確控制。雖然提供了一些工藝條件，但是沒有對被用于涂敷薄膜的裝置進行描述。T.M.Mayer等在J.Vac.Sci.Technol.B 18(5)，Sep/Oct 2000中描述了“ChemicalVapor deposition of fluoroalkylsilane monolayer films for adhesion control inmicroelectromechanical systems”。該文章提及了在膜沉積之前，使用遠程發(fā)生微波等離子體來清潔氧化硅襯底表面，其中等離子體源氣體是水蒸氣或者氧氣。2001年3月20日授予Jalisi等的美國專利No.6,203,505描述了具有氣相沉積底涂層的引導線(guide wire)。該引導線是具有由碳質(zhì)材料形成的粘附底涂層和由親水性聚合材料形成的潤滑頂涂層的管腔內(nèi)器件(intraluminal device)。用于涂敷碳基底涂層的一種優(yōu)選的涂層方法是化學氣相沉積。涂層是等離子體聚合涂層，所以得到的聚合物是無定型結(jié)構(gòu)，該無定型結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)中具有除了源材料的單體基團之外的其他基團。例如，等離子體聚合的聚乙烯除了亞甲基基團之外，還可以包含各種官能團，如乙烯基。在他們的題目為“Amino-terminated self-assembledmonolayer on a SiO2surface formed by chemical vapor deposition”，J.Vac.Sci.Technol.A 19(4)，Jul/Aug.2001中，Atsushi Hozumi等描述了在由UV/臭氧處理進行光化學清潔的n型Si(100)晶片上形成自組裝單分子層(SAM)，由此在硅表面上形成薄的SiO2層。通過將經(jīng)清潔的晶片和用純甲苯稀釋的硅烷液體前驅(qū)體一起放置到具有干燥氮氣氛的容器中，來涂敷該SAM涂層。容器用封蓋密封并且在被保持在373K的爐子中被加熱。
2002年4月11日公布的國際專利申請No.PCT/US01/26691描述了具有疏水性表面涂層的襯底，該疏水性表面涂層由氯甲硅烷基化合物和烷基硅烷的反應(yīng)產(chǎn)物組成。在優(yōu)選的實施例中，通過氯烷基硅烷和含氯甲硅烷基化合物的同時的水氣相沉積以形成隨后可以用疏水涂層覆蓋的錨定層(anchor layer)，來形成疏水涂層。據(jù)報道，反應(yīng)劑在封閉的濕度受控的室中被同時氣相沉積。干燥空氣、濕空氣或者帶有飽和涂層前驅(qū)體蒸氣的干燥空氣在室的一端被引入，并且在另一端被排出。據(jù)報道，通過將干燥空氣流過前驅(qū)體液體并流入室中，來將反應(yīng)前驅(qū)體引入到反應(yīng)室中。2002年5月7日授予Le Bellac等的美國專利No.6,383,642描述了在諸如玻璃或者塑料材料的襯底上形成疏水/疏油的涂層。涂層前驅(qū)體被引入到利用脈沖等離子體的室中，而等離子體發(fā)生源的頻率在從100到2000W的功率下的范圍為10kHz到10GHz，其中將被涂上涂層的襯底表面積為0.4M2。前驅(qū)體以各種流速被引入到室中，以在室中建立和維持從0.1到70Pa范圍的壓力。
W.Robert Ashurst等在由Elsevier Science B.V.發(fā)表在Sensors andActuator A 104(2003)213-221中的文章中，討論了通過氣相涂敷用于MEMS的抗粘著涂層的方法。具體地，將從P摻雜的n型測試晶片所切割的硅(100)樣品在丙酮中清洗，然后通過暴露至UV光和臭氧15分鐘來進行清潔。在進入到氣相沉積室之前，樣品用濃HF處理10分鐘，然后再如上所述地進行清潔。在氣相沉積室中，利用氧等離子體來將硅襯底另外地清潔掉任何有機污染物，其中所述等離子體在涂層室中但是在離樣品足夠遠的距離處產(chǎn)生，以使得樣品可以被等離子體物質(zhì)接觸而不處在等離子體放電區(qū)域內(nèi)。在O2等離子體暴露開始后，水氣被定量供入室中，并且最終替換氧。水被加入以在襯底表面上形成-OH表面端基。通過首先將水蒸氣供入到室直至室中的壓力超過5Torr，來涂敷涂層。接著，室被抽真空到1和1.3Torr之間的所期望的水蒸氣壓力。隨后，將二甲基二氯硅烷(DDMS)前驅(qū)體引入到處理室中，直至總壓力在2.5-3Torr的范圍中。反應(yīng)進行10-15分鐘，在此之后，室被抽空并通氮氣。據(jù)總結(jié)，將涂層過程中的襯底溫度提高至20℃到50℃的范圍上，在所有其他變量相等的情況下，得到水接觸角減小的膜。據(jù)報道，溫度實驗的主要結(jié)果是沒有必要加熱樣品。在題目為“Vapor Deposition of Amino-Functionalized Self-Assembled Monolayers on Mems”，“Reliability，Testing，and Characterizationof MEMS MOEMS II”，Rajeshuni Ramesham，Danelle M.Tanner，Editors，Proceedings of SPIE Vol.4980(2003)的第二篇文章中，作者Matthew G.Hankins等描述了涂有由氨基官能化硅烷制成的膜的微發(fā)動機測試器件。在Sandia國家實驗室所開發(fā)的氣相沉積自組裝單分子層系統(tǒng)中涂敷該涂層。在文章中沒有討論沉積涂層所使用的工藝變量。
2003年6月10日授予Leung等的美國專利No.6,576,489描述了形成微結(jié)構(gòu)器件的方法。所述方法包括使用氣相的含烷基硅烷分子來在襯底表面上形成涂層。通過將無水的惰性氣體鼓泡通過含烷基硅烷分子的液體源來將所述分子以氣相運輸?shù)椒磻?yīng)室中，含烷基硅烷的分子被引入到容納襯底的反應(yīng)室中。在襯底表面上以范圍在約15℃和100℃之間的溫度進行涂層的形成，而反應(yīng)室中的壓力據(jù)報道低于大氣壓，但是仍然高到足以存在適當量的含烷基硅烷分子來使涂層迅速形成。烷基硅烷分子的液體源可以被加熱，以提高含烷基硅烷分子的蒸氣壓。
雖然上面已經(jīng)討論了可用于對半導體器件和MEMS涂敷層和涂層的各種方法，并且有一些對于可以被用來沉積涂層的多種裝置的描述，但是對于裝置的描述還是極少的。下面的參考文獻更多地涉及裝置。2001年10月11日公布的Arthur Sherman的美國專利申請公布No.US 2001/0028924Al，涉及一種連續(xù)化學氣相沉積方法，用于沉積諸如SiOx、Al2O3、TiO2、Si3N4、SiOxNy以及摻雜銅和硅的鋁膜之類的無機材料層。2002年6月20日公布的Chiang等的美國專利申請公布No.US 2002/0076507 A1，描述了基于將至少兩種單獨的反應(yīng)劑相繼供應(yīng)到處理室中的原子層沉積(ALD)工藝。第一反應(yīng)劑通過化學吸附與襯底的表面反應(yīng)(變成被吸附的)。將第一反應(yīng)劑氣體從處理室中去除，并且第二反應(yīng)劑氣體與被吸附的反應(yīng)劑反應(yīng)，以形成所期望的膜的單分子層。重復該過程，以形成具有所期望厚度的層。為了減少處理時間，在引入包含第二反應(yīng)劑的第二氣體之前，沒有使用單獨的清除氣體來將第一反應(yīng)劑氣體從室中清除。作為替代，清除氣體還包含第二反應(yīng)劑。用于氣流的提供各種氣體混合物的數(shù)個閥門系統(tǒng)被詳細描述。
上面的背景信息提供了許多用于生成具有可觀的商業(yè)應(yīng)用性的涂層的方法。被描述用于制造在電子器件和/或微機電系統(tǒng)器件中使用的層或涂層的裝置，使層或者涂層的應(yīng)用成為可能，但是就提供給襯底表面的氣相反應(yīng)劑的量而言，沒有提供足夠的精確性和可重復性。結(jié)果，可能得不到所期望的層或者涂層的精確組成。在其他時候，由于各種反應(yīng)劑相對于彼此的不適當?shù)谋嚷?，或者前?qū)體的過飽和，反應(yīng)劑可能聚合和/或可能形成作為表面污染物的粒子團聚。此外，由于缺少對于供應(yīng)到涂層形成過程的反應(yīng)劑的精確量的控制，降低了多次可靠地重復生產(chǎn)相同的涂層的能力。這降低了產(chǎn)品產(chǎn)率，并且影響了涂層工藝的商業(yè)可行性。具有向處理室和向襯底表面供應(yīng)精確量的反應(yīng)劑以用于涂層形成的更精確和可靠的方法，將是非常令人期望的。

發(fā)明內(nèi)容
我們開發(fā)了一種改進的氣相沉積方法和裝置，用于在襯底上涂敷層和涂層。該方法和裝置在制造電子器件、微機電系統(tǒng)(MEMS)、Bio-MEMS器件和微射流(micro-fluidics)器件中是有用的。涂層形成方法對涂層形成過程中消耗的所有反應(yīng)物采用分批式添加和混合。涂層形成過程可以在一個步驟后完成，或者可以包括許多單個的步驟，其中在每一個單個的步驟中進行不同的或者重復的反應(yīng)過程。用于執(zhí)行該方法的裝置提供了在涂層形成過程的一個反應(yīng)步驟中對所要消耗的各反應(yīng)物的精確量的添加。該裝置可以在一個步驟中或者當在涂層形成過程中存在許多不同的單個步驟時，提供反應(yīng)物的不同組合的精確添加量。各反應(yīng)物的精確添加基于這樣的劑量系統(tǒng)，其中在單個步驟中所添加的反應(yīng)物的量被仔細控制。具體來說，蒸氣形式的反應(yīng)物在指定溫度下被按劑量供入到具有預定設(shè)定體積的蒸氣池中至指定壓力，以提供高精確量的反應(yīng)物。各個反應(yīng)物的總的測量量以分批的方式被傳輸?shù)教幚硎抑?，在所述處理室中形成所述涂層。對于給定的反應(yīng)步驟將各反應(yīng)物加到室中的次序是可選擇的，并且可能取決于當存在不止一種反應(yīng)物時反應(yīng)物的相對反應(yīng)性、使一種反應(yīng)物或者催化劑首先接觸襯底表面的需要、或者這些考慮因素的平衡。
在一些例子中，必要的是，進行一系列的單個蒸氣輸送步驟以提供完整的涂層，而不是進行一個連續(xù)的反應(yīng)過程。例如，可以首先添加全部的精確測量量的一種反應(yīng)組分，隨后添加一系列精確測量量的第二反應(yīng)組分。在各個情形中，全部的測量量被添加到反應(yīng)室。對于每一種反應(yīng)物，這在精確時間處提供了精確的、仔細測量量的反應(yīng)物。
計算機驅(qū)動的工藝控制系統(tǒng)可以被用來向處理室提供反應(yīng)物的一系列的添加，層或者涂層在所述處理室中形成。此工藝控制系統(tǒng)通常還控制其他的工藝變量，諸如(例如而不是限制性的)處理時間、室壓力、處理室和要涂敷涂層的襯底的溫度，以及蒸氣輸送管線和蒸氣池相對前驅(qū)體溫度的溫度。
該用于涂層的氣相沉積的裝置對于厚度在從約5埃到約1000埃范圍中的涂層的沉積特別有用，(并且可以用于增大的涂層厚度)，其中，用于形成涂層的至少一種前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓。該裝置包括至少一個前驅(qū)體容器，其中以液體或者固體形式放置所述至少一種前驅(qū)體；至少一個前驅(qū)體蒸氣池，用于保存所述至少一種前驅(qū)體的蒸氣；至少一個設(shè)備，控制從所述前驅(qū)體容器到所述前驅(qū)體蒸氣池中的前驅(qū)體蒸氣流；壓力傳感器，與所述前驅(qū)體蒸氣池連通；工藝控制器，所述工藝控制器從所述壓力傳感器接收數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)與期望的額定蒸氣池壓力比較，并且將信號發(fā)送到一個控制從所述前驅(qū)體容器到所述前驅(qū)體蒸氣池中的蒸氣流的設(shè)備，以便在達到所述期望的額定壓力時，防止蒸氣流進一步進入所述前驅(qū)體蒸氣池中；在收到來自所述工藝控制器的信號時控制進入所述前驅(qū)體蒸氣池中的前驅(qū)體蒸氣流的設(shè)備；處理室，用于將所述涂層氣相沉積在所述處理室中的襯底上；和在收到來自所述工藝控制器的信號時控制到所述處理室中的前驅(qū)體蒸氣流的設(shè)備。
在一些例子中，該裝置包括這樣的設(shè)備，當所述前驅(qū)體在所述容器中時所述設(shè)備向所述前驅(qū)體施加熱，以產(chǎn)生所述前驅(qū)體的蒸氣相。通常，該裝置包括至少一個催化劑容器，其中以液體或者固體形式放置催化劑；和用于保存催化劑的蒸氣的催化劑蒸氣池，該裝置具有與參照前驅(qū)體所描述的那些相同的幫助催化劑到處理室的傳輸?shù)幕驹?br> 本發(fā)明的方法用于涂層的氣相沉積，其中至少一種用于形成涂層的前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓。該方法包括下面的步驟a)提供處理室，在所述處理室中氣相沉積所述涂層；b)提供至少一種前驅(qū)體，所述至少一種前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓；c)將所述前驅(qū)體的蒸氣傳輸?shù)角膀?qū)體蒸氣池，所述前驅(qū)體蒸氣在所述前驅(qū)體蒸氣池中聚積；d)聚積所述氣相涂層沉積所需的額定量的所述前驅(qū)體蒸氣；以及e)將所述額定量的所述前驅(qū)體蒸氣加到所述處理室中，所述涂層在所述處理室中被沉積。通常，除了所述至少一種前驅(qū)體蒸氣，至少一種催化劑蒸氣被加到處理室中，其中，催化劑和前驅(qū)體蒸氣的相對量基于涂層所要表現(xiàn)出的物理特性。


圖1示出了用于氣相沉積涂層的裝置100的橫截面示意圖，該裝置使用本發(fā)明，以向涂層形成過程定量供應(yīng)精確量的反應(yīng)劑。
圖2示出了圖1中所示的類型的裝置200的橫截面示意圖，其中許多襯底被同時處理。
圖3示意性地圖示了可以用于制造MEMS器件的這一類型的系統(tǒng)300，其中存在通過系統(tǒng)304中的釋放刻蝕工藝所形成的移動部分，并且其中，在釋放刻蝕工藝之后，將MEMS器件通過壓力受控通道306轉(zhuǎn)移到參考圖1所描述的類型的涂層涂敷室302。
具體實施例方式
作為詳細描述的序言，應(yīng)該注意，如在此說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個”和“所述”包括復數(shù)個所指對象，除非上下文中清楚地另外指明。
我們開發(fā)了一種改進的氣相沉積方法和裝置，用于將薄的(通常5埃到1,000埃厚，在一些例子中厚達約2,000埃)膜或者涂層涂敷到半導體器件襯底或者微機電系統(tǒng)器件。當在涂層形成中所使用的反應(yīng)劑或者催化劑中的至少一種在使用前必須被蒸發(fā)時，以及在必須按照可用于反應(yīng)的量、在給定的工藝壓力下可用于反應(yīng)的時間、或者這兩者的結(jié)合來仔細地控制每一種反應(yīng)劑的量的情況下，就使用本方法和裝置。該方法在薄膜或者涂層的沉積中特別有用，其中所述膜或者涂層的厚度的范圍從約5埃到約500埃，并且該方法對厚度在約300埃的范圍中的涂層提供優(yōu)異的結(jié)果。
如本文在前面所討論的，這樣的薄層或者涂層具有廣泛的應(yīng)用。為了說明的目的，申請人將以有機單分子層的可調(diào)沉積來描述本發(fā)明的方法和裝置；但是，層和涂層沉積領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠?qū)⑺枋龅母拍钣糜诜怯袡C的涂層和/或非單分子層。
現(xiàn)在對于使微機電系統(tǒng)可以具有長期可靠的性能所需的抗粘著層和涂層，存在特別的興趣。柔性微機電部件的粘著(粘附)是關(guān)鍵的可靠性問題之一，其被證明是難以克服的。傳統(tǒng)上，已經(jīng)使用了基于溶液的抗粘著單分子層；但是最近，由于相對冗長的濕法處理所制造的膜的不令人滿意的質(zhì)量、可縮放性和可重復性以及毛細粘著、微粒問題，人們開始努力開發(fā)用于抗粘著涂層的氣相沉積方法。總的來說，對包括自組裝單分子層在內(nèi)的抗粘著涂層的真空處理和氣相沉積，已經(jīng)提供了更高質(zhì)量的膜。集成的氣相沉積工藝(包括在同一室中的表面等離子體處理)通常提供對于表面反應(yīng)性的更好控制，同時在涂敷抗粘著涂層過程中避免了微機電部件之間的粘著勢能。
在下面的示例中所描述的實施例涉及有機SAM涂層的涂敷，其中，所述有機SAM涂層利用氣相沉積技術(shù)被涂敷在單晶硅襯底的表面上。用于沉積所述涂層的裝置可以從San Jose，California的Applied Microstructures，Inc.得到。該裝置被專門設(shè)計來對為各個單獨的工藝步驟而向涂層涂敷處理室提供的反應(yīng)劑的量和使這些反應(yīng)劑可用于反應(yīng)的時間和順序提供高度控制。
所沉積的膜的性質(zhì)利用標準的表面分析方法、懸臂梁陣列測試結(jié)構(gòu)和工作的MEMS器件的性能來進行評價。
I.用于薄涂層氣相沉積的裝置圖1示出了用于薄涂層氣相沉積的裝置100的橫截面示意圖。裝置100包括處理室102，在所述處理室102中氣相沉積薄的(通常5埃到1,000埃厚)涂層。將要涂上涂層的襯底106放在襯底支座104上，通常放在襯底支座104的凹槽107中。取決于室的設(shè)計，襯底106可以放在室的底部(在圖1中沒有示出在該位置上)。經(jīng)由閥門108而被連接的遠程等離子體源110被安裝到處理室102。遠程等離子體源110可以用于提供等離子體，所述等離子體用于在涂敷涂層之前清潔襯底表面和/或?qū)⒁r底表面轉(zhuǎn)化到特定的化學狀態(tài)(這使得涂層物質(zhì)和/或催化劑可以與表面反應(yīng)，因而改善涂層的粘附和/或形成)；或者遠程等離子體源110可以用于提供在涂層(沒有示出)的形成過程中或者在沉積后涂層的改性過程中有用的物質(zhì)?？梢岳梦⒉?、DC或者感應(yīng)RF電源或者其結(jié)合來產(chǎn)生等離子體。處理室102利用排出端口112來去除反應(yīng)副產(chǎn)物，并且被開口來泵吸/清除室102。關(guān)閉閥門或者控制閥門114被用于隔離室，或者用于控制施加到排出端口的真空量。在圖1中沒有示出真空源。
圖1中所示的裝置100是用于說明使用兩種前驅(qū)體材料和一種催化劑的氣相沉積涂層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在涂層的氣相沉積過程中可以使用一種或者多種前驅(qū)體以及零到多種催化劑。催化劑存儲容器116容納催化劑154，如果必要，可以利用加熱器118加熱所述催化劑154，以提供蒸氣。應(yīng)該理解，前驅(qū)體和催化劑存儲容器壁以及進入處理室102中的傳輸管線如果必要將被加熱，以將前驅(qū)體或者催化劑保持在蒸氣狀態(tài)，從而最小化或者避免凝聚。這同樣適用于處理室102的內(nèi)表面和將要被涂敷涂層(沒有示出)的襯底106的表面的加熱?？刂崎y門120位于催化劑存儲容器116和催化劑蒸氣池122之間的傳輸管線119上，其中在所述催化劑蒸氣池122中，允許催化劑蒸氣聚積，直到在壓力指示器124處測量到額定的規(guī)定壓力。控制閥門120處于常閉位置，并且一旦催化劑蒸氣池122中到達所述規(guī)定壓力，控制閥門120就返回到該位置。在蒸氣池122中的催化劑蒸氣將被釋放時，傳輸管線119上的閥門126被打開，以允許處在蒸氣池122中的催化劑進入到處在低壓下的處理室102中?？刂崎y門120和126由本領(lǐng)域所公知類型的可編程工藝控制系統(tǒng)(在圖1中沒有示出)控制。
前驅(qū)體1存儲容器128容納涂層反應(yīng)劑前驅(qū)體1，如果必要，可以利用加熱器130加熱所述前驅(qū)體1以提供蒸氣。如前面所述的，如果必要，前驅(qū)體1傳輸管線129和蒸氣池134內(nèi)表面被加熱，以將前驅(qū)體1保持在蒸氣狀態(tài)，從而避免凝聚?？刂崎y門132位于前驅(qū)體1存儲容器128和前驅(qū)體1蒸氣池134之間的傳輸管線129上，其中在所述前驅(qū)體1蒸氣池134中，允許前驅(qū)體1蒸氣聚積，直到在壓力指示器136處測量到額定的規(guī)定壓力?？刂崎y門132處于常閉位置，并且一旦前驅(qū)體1蒸氣池134中到達所述規(guī)定壓力，控制閥門132就返回到該位置。在蒸氣池134中的前驅(qū)體1蒸氣將被釋放時，傳輸管線129上的閥門138被打開，以允許處在蒸氣池134中的前驅(qū)體1蒸氣進入到處在低壓下的處理室102中?？刂崎y門132和138由本領(lǐng)域所公知類型的可編程工藝控制系統(tǒng)(在圖1中沒有示出)控制。
前驅(qū)體2存儲容器140容納涂層反應(yīng)劑前驅(qū)體2，如果必要，可以利用加熱器142加熱所述前驅(qū)體2以提供蒸氣。如前面所述的，如果必要，前驅(qū)體2傳輸管線141和蒸氣池146內(nèi)表面被加熱，以將前驅(qū)體2保持在蒸氣狀態(tài)，從而避免凝聚?？刂崎y門144位于前驅(qū)體2存儲容器140和前驅(qū)體2蒸氣池146之間的傳輸管線141上，其中在所述前驅(qū)體2蒸氣池146中，允許前驅(qū)體2蒸氣聚積，直到在壓力指示器148處測量到額定的規(guī)定壓力?？刂崎y門144處于常閉位置，并且一旦前驅(qū)體2蒸氣池146中到達所述規(guī)定壓力，控制閥門144就返回到該位置。在蒸氣池146中的前驅(qū)體2蒸氣將被釋放時，傳輸管線141上的閥門150被打開，以允許處在蒸氣池146中的前驅(qū)體2蒸氣進入到處在低壓下的處理室102中?？刂崎y門144和150由本領(lǐng)域所公知類型的可編程工藝控制系統(tǒng)(在圖1中沒有示出)控制。
在襯底106的表面105上形成涂層(沒有示出)的過程中，可以向處理室102加入至少等于一蒸氣池122的催化劑154、或者一蒸氣池134的前驅(qū)體1或者一蒸氣池146的前驅(qū)體146的增量的蒸氣。所加入蒸氣的總量由各個膨脹室的可調(diào)節(jié)體積大小(通常50cc直到1,000cc)和進入反應(yīng)室中的蒸氣注入(劑量)的數(shù)量兩者來控制。此外，工藝控制系統(tǒng)(沒有示出)可以調(diào)節(jié)催化劑蒸氣池122的設(shè)定壓力124、或者前驅(qū)體1蒸氣池134的設(shè)定壓力136、或者前驅(qū)體2用蒸氣池146的設(shè)定壓力148，以調(diào)節(jié)在涂層形成工藝過程中添加到任何特定步驟的催化劑或者反應(yīng)劑的量。這種在涂層形成過程中的任何時候都固定按劑量供給(充入)處理室102的催化劑和涂層反應(yīng)劑前驅(qū)體的精確量的能力，使得可以以精確的時間間隔來精確添加前驅(qū)體和催化劑的量，這不僅提供了反應(yīng)劑和催化劑的精確的按劑量供給，還提供了對于添加時間而言的可重復性。
盡管事實上許多前驅(qū)體和催化劑常常是相對來說不易揮發(fā)的材料，但此裝置還是提供了向涂層形成過程添加氣相前驅(qū)體反應(yīng)劑和催化劑的非常廉價但卻精確的方法。在過去，流量控制器被用于控制各種反應(yīng)劑的添加；但是，由于前驅(qū)體材料的低蒸氣壓和化學特性，這些流量控制器可能無法處理用于涂層氣相沉積的某些前驅(qū)體。由某些前驅(qū)體產(chǎn)生蒸氣的速率常常太慢，以致不能以為氣相沉積工藝及時提供材料可用性的方式來與流量控制器一起運行。
本裝置允許蒸氣聚積到可以充入(按劑量供給)反應(yīng)的足夠的量。如果在涂層沉積的進行過程中采取數(shù)個劑量是所期望的，則可以如上所述對裝置進行編程來這樣做。此外，以受控的份量(與連續(xù)流量相對)向反應(yīng)室中添加反應(yīng)劑蒸氣，大大地減少了所使用的反應(yīng)劑的量并且降低了涂層工藝的成本。
圖2示出了氣相沉積處理裝置200的實施例的橫截面示意圖，該氣相沉積處理裝置200同時向多個襯底206提供薄的涂層的涂敷。裝置200包括處理室202，在所述處理室202中氣相沉積薄的(5埃到1,000埃厚)涂層。將要涂上涂層的多個襯底206放在襯底支座204上，利用設(shè)備209可以在處理室202中移動所述襯底支座204。經(jīng)由閥門208而被連接的遠程等離子體源210被安裝到處理室202。遠程等離子體源210可以用于提供等離子體，所述等離子體用于在涂敷涂層之前清潔襯底表面和/或與襯底表面反應(yīng)(活化)，或者遠程等離子體源210可以用于提供在涂層(沒有示出)的形成過程中或者之后有用的物質(zhì)。如前面所述的，可以利用微波、DC或者感應(yīng)RF電源或者其結(jié)合來產(chǎn)生等離子體。處理室202利用排出端口212來去除反應(yīng)副產(chǎn)物，并且用來泵吸/清除室202?？刂崎y門214被用于控制真空泵吸和抽空的速度(真空發(fā)生器沒有示出)。
圖2中所示的裝置200是用于說明使用兩種前驅(qū)體材料和一種催化劑的氣相沉積涂層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在涂層的氣相沉積過程中可以使用一種或者多種前驅(qū)體以及零到多種催化劑。在涂層沉積工藝過程中使用的催化劑從催化劑蒸氣池(沒有示出)通過管線219通過控制閥門220，進入處理室202。在涂層沉積工藝過程中使用的前驅(qū)體1從前驅(qū)體1蒸氣池(沒有示出)通過管線217通過控制閥門218，進入處理室202，并且前驅(qū)體2從前驅(qū)體2蒸氣池(沒有示出)通過管線215通過控制閥門216，進入處理室202。如前面所述的，如果必要，用于催化劑、前驅(qū)體1和前驅(qū)體2的傳輸管線被加熱，以將這些材料保持在蒸氣狀態(tài)，從而避免凝聚。催化劑、前驅(qū)體1和前驅(qū)體2可以通過分流系統(tǒng)205在處理室202中分配，所述分流系統(tǒng)205通常包含用于在涂層沉積工藝中所使用的催化劑和各個前驅(qū)體的獨立的分布通路。分流系統(tǒng)幫助確保各個反應(yīng)組分材料在整個處理室202中的均勻分布。處理室202通常使用回旋門或者載荷鎖226。一旦反應(yīng)完成，處理副產(chǎn)物通過連接到真空泵(沒有示出)的排出端口212離開處理室202。處理室202和諸如分流系統(tǒng)205之類的其他裝置的內(nèi)表面常常被加熱，以防止催化劑、前驅(qū)體1和前驅(qū)體2在這些裝置表面上凝聚。反應(yīng)壓力常常由注入到室202中的反應(yīng)劑的量確定。處理室壓力由壓力傳感設(shè)備224監(jiān)控，所述壓力傳感設(shè)備224通過計算機化的控制系統(tǒng)(沒有示出)來與前述的蒸氣輸送系統(tǒng)協(xié)同工作。流量控制閥門214用于將整個的蒸氣和副產(chǎn)物從處理室202的內(nèi)部去除。流量控制閥門214可以通過計算機化的控制系統(tǒng)來結(jié)合壓力傳感設(shè)備協(xié)同運行，以在泵吸/清除步驟過程中保持所期望的壓力。
圖3示出了MEMS處理系統(tǒng)300的橫截面示意圖，所述MEMS處理系統(tǒng)300使用釋放刻蝕處理室310(用于制造MEMS器件中的機械性質(zhì)的可移動元件的類型)以及參考圖1和圖2的前述類型的氣相沉積涂層涂敷系統(tǒng)312。釋放刻蝕處理室310包括試劑進入用裝置324(為了方便而示為單個管線，但是其可以是多個管線)、壓力傳感和監(jiān)控設(shè)備326、帶有流量控制閥門332的排出端口334、再循環(huán)環(huán)路331，在再循環(huán)環(huán)路331中泵330是可選的，但是可以被用于提供重要的處理優(yōu)點。氣相沉積涂層裝置處理室308包括試劑(催化劑和前驅(qū)體)進入用裝置312(為了方便而示為單個管線，但是其可以是多個管線)、壓力傳感和監(jiān)控器件314、和帶有控制閥門320的排出端口322。釋放刻蝕處理室310和氣相沉積涂層處理室308通過隔離閥門系統(tǒng)306而彼此接合。
II.本發(fā)明的示例性方法如對于裝置所討論的，在可重復的基礎(chǔ)上向氣相沉積涂層系統(tǒng)提供精確測量的量的反應(yīng)物中存在問題。這是因為許多用于涂層形成的前驅(qū)體材料具有低的蒸氣壓或者與質(zhì)量流量控制器不相容。此外，對于許多氣相沉積涂層，水充當涂層形成的催化劑，并且存在于涂層沉積室中的水的量沒有被精確地控制。
當所要涂上的特征的表面在納米尺寸范圍中時，關(guān)鍵的是，仔細控制涂層沉積以在整個表面區(qū)域上提供所期望厚度的涂層(通常約5埃到1000埃，并且在一些例子中達到2000埃)，并且在沉積涂層中沒有形成微?；蛘邎F聚。為了滿足對于薄的氣相沉積涂層的這些關(guān)鍵要求，必要的是，提供精確測量的量的反應(yīng)物和催化劑，以及控制這些精確測量量被輸送到襯底表面或者沉積室的時間段。到襯底表面的輸送取決于處理室的內(nèi)部設(shè)計，并且有在化學氣相沉積領(lǐng)域中公知的用于將試劑輸送到襯底表面的技術(shù)。本方法解決了提供以適當次序和在適當時間被輸送到涂層沉積室的精確測量的量的反應(yīng)物和催化劑的問題。
作為示例而不是限制，將針對在諸如MEMS、BioMEMS和微射流技術(shù)之類的許多應(yīng)用中所使用的氯硅烷和烷基硅烷的單分子涂層，來說明精確量的反應(yīng)物和催化劑的提供?？偟膩碚f，諸如(但不是限制性的)硅烷、氯硅烷、氟硅烷、甲氧基硅烷、烷基硅烷和氨基硅烷之類的有機前驅(qū)體材料是有用的。作為示例但不是限制，用于制造涂層的一些具體前驅(qū)體有全氟癸基三氯硅烷(FDTS)、十一烯基三氯硅烷(UTS)、乙烯基三氯硅烷(VTS)、癸基三氯硅烷(DTS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)、二甲基二氯硅烷(DDMS)、十二烯基三氯硅烷(DDTS)、氟代四氫辛基二甲基氯硅烷(FOTS)、全氟辛基二甲基氯硅烷、氨基丙基甲氧基硅烷(APTMS)、全氟丙基甲基二氯硅烷以及全氟癸基二甲基氯硅烷。OTS、DTS、UTS、VTS、DDTS、FOTS和FDTS全部是三氯硅烷前驅(qū)體。對于OTS、DTS和UTS，前驅(qū)體鏈的另一端是飽和烴；對于VTS和DDTS，則包含乙烯基官能團；并且對于FDTS，則包含氟原子(其沿著大部分鏈長度也具有氟原子)。其他有用的前驅(qū)體包括提供氨基官能度的3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)和3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)。有機化學領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以理解，由這些前驅(qū)體得到的氣相沉積涂層可以被設(shè)計來為涂上涂層的表面提供特定的功能特性。例如，將涂上涂層的表面可以是硅、玻璃、有機物(塑料)或者金屬。
諸如通常使用的作為示例但不是限制的二氯硅烷和三氯硅烷之類的大多數(shù)硅烷基前驅(qū)體往往在涂層形成的過程中在襯底表面上產(chǎn)生團聚。這些團聚可能導致結(jié)構(gòu)故障或者粘著。這樣的團聚是由于聚氯硅烷的局部水解和縮聚而產(chǎn)生的。通過精確計量作為水解源的工藝環(huán)境中的水分，并且通過仔細控制計量涂層形成過程可用的氯硅烷前驅(qū)體，可以防止該團聚。
在MEMS領(lǐng)域中的工作人員已經(jīng)認識到氣相沉積涂層相對于利用基于液體的浸潤、噴涂和旋涂技術(shù)所涂敷的涂層的優(yōu)點。例如，這些優(yōu)點中的一些包括消除了由毛細力引起的粘著；對于涂層環(huán)境(特別是所存在的水分量)的控制；在諸如微溝道和孔之類的微米和納米尺寸圖案上的均勻的涂層特性；沒有污染的無溶劑工藝；以及與MEMS清潔室處理規(guī)范相容的更快的工藝。
例如，在使用一種前驅(qū)體和催化劑的氣相沉積工藝中，DDTS前驅(qū)體可以結(jié)合水催化劑來使用。在使用兩種前驅(qū)體和一種催化劑的氣相沉積工藝中，例如但不是限制性的，DDTS前驅(qū)體、UTS前驅(qū)體和水催化劑可以結(jié)合使用。DDTS和UTS前驅(qū)體的相對量可以被調(diào)節(jié)，來為被涂層表面提供不同的整體功能特性。但是，控制被涂層表面特性的能力和可靠地復制這些特性的能力取決于控制被供應(yīng)到涂層形成過程的DDTS和UTS前驅(qū)體的相對量的能力。此能力取決于提供這種精確受控的量，而這在使用本發(fā)明的方法的時候是可以的。
當用于形成初始氣相沉積涂層的前驅(qū)體在涂層的暴露表面上具有潛在反應(yīng)性的官能團時，可以使這些功能團與其他化學化合物進一步反應(yīng)，以改性涂層表面的功能性。
除了有機硅烷之外，聚乙二醇(PEG)也可以被單獨使用或者與諸如硅烷之類的其他成膜化合物結(jié)合使用，來提供生物技術(shù)功能表面。被涂層表面的一部分可以用有機硅烷的反應(yīng)產(chǎn)物涂上涂層，而另一部分可以用PEG反應(yīng)產(chǎn)物涂上涂層?；蛘撸袡C硅烷可以遠離襯底表面而在聚合物鏈的末端包括功能團，該功能團可以與PEG反應(yīng)物進行反應(yīng)，以在聚合物鏈的末端上布置PEG功能團，從而影響涂層表面的功能性。例如，已知PEG膜在微射流技術(shù)應(yīng)用中減小蛋白質(zhì)吸附。PEG3膜包括6個碳，而PEG2膜包括4個碳。聚合物鏈的長度也可以被調(diào)節(jié)，以提供所期望的膜特性。
本用于涂層氣相沉積的方法提供了許多優(yōu)點。通常，遠程等離子體源被用于產(chǎn)生清潔等離子體(通常是含氧的)，所述清潔等離子體可以用來從襯底表面去除污染物。當襯底是硅時，清潔工藝在-OH功能團的形成中是有用的，其中-OH功能團充當用于許多諸如三氯硅烷之類的涂層前驅(qū)體的鍵合位置。通過直接測量給定溫度和已知體積下前驅(qū)體的蒸氣壓力，確保了對于前驅(qū)體量的精確控制。通過改變在氣相反應(yīng)中所使用的前驅(qū)體的量和局部壓力，提供了工藝控制。
III.用于分子涂層的氣相沉積的通用參數(shù)的說明將要涂上涂層的表面通常在同一室中被預處理。為了實現(xiàn)氯功能團到襯底表面的鍵合，在表面上產(chǎn)生OH-端基位置是必要的。這可以通過在沉積室中存在水分的情況下用氧等離子體處理硅表面來實現(xiàn)。等離子體可以利用前述類型的遠程電源來產(chǎn)生。在襯底暴露到氧等離子體的過程中，處理室中的壓力通常在從約0.2Torr到約2Torr的范圍中，更常見地在從約0.5Torr到約1Torr的范圍中。對于體積為約2升的處理室，等離子體源氣體氧流速在從約50sccm到約300sccm的范圍中，更常見地在從約100sccm到200sccm的范圍中。襯底處理時間通常為約1分鐘到約10分鐘，更常見地為從約1分鐘到約5分鐘。
涂層沉積通常在沉積室中，在從約100mTorr到約10Torr范圍的壓力下進行，更常見地在從約0.5Torr到約5Torr范圍的壓力下進行，并且最常見地在從約0.1Torr到約3Torr范圍的壓力下進行。襯底的沉積溫度取決于具體的涂層前驅(qū)體和襯底材料。對于硅襯底，如果涂層前驅(qū)體是FOTS或者DDMS，并結(jié)合水催化劑使用，則襯底溫度通常在約20℃到約60℃的范圍中。為了在反應(yīng)前將這些涂層前驅(qū)體保持在蒸氣狀態(tài)，涂層沉積處理室的內(nèi)表面通常被保持在從約30℃到約60℃范圍的溫度上。利用這些涂層前驅(qū)體和規(guī)定的反應(yīng)溫度，在硅襯底的整個表面上制備連續(xù)的單分子層涂層所需的時間，在從約1分鐘到約數(shù)小時的范圍中，這取決于前驅(qū)體的化學性質(zhì)和襯底材料，通常反應(yīng)時間在5分鐘到30分鐘的范圍中，如果涂層前驅(qū)體是FOTS或者DDMS。
對于從氯硅烷前驅(qū)體來沉積抗粘著MEMS涂層，使用下面的配方和工藝。在每一種情形下，選自由二甲基二氯硅烷(DDMS)、十三氟-1，1，2，2-四氫辛基三氯硅烷(FOTS)和十七氟-1，1，2，2-四氫癸基三氯硅烷(FDTS)組成的組中的一種前驅(qū)體被蒸發(fā)，并且結(jié)合作為催化劑的水蒸氣來使用。在每一個例子中，前驅(qū)體和水在引入到系統(tǒng)之前在真空下除氣，以去除溶解氣體。除氣的條件依據(jù)前驅(qū)體和催化劑而變化，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易確定適當?shù)某龤鈼l件。
參考圖1，經(jīng)除氣的水被置于催化劑存儲容器116中并且被加熱到約30℃的溫度以產(chǎn)生蒸氣，所述蒸氣通過傳輸管線119而聚積在蒸氣池122中，所述蒸氣池122的體積為300cc，并且保持在16Torr的壓力下。DDMS前驅(qū)體被置于前驅(qū)體1存儲容器128中，并且被加熱到30℃的溫度以產(chǎn)生蒸氣，所述蒸氣通過傳輸管線129而聚積在蒸氣池134中，所述蒸氣池134的體積為50cc，并且保持在50Torr的壓力下。在前驅(qū)體2存儲容器140中沒有前驅(qū)體。
具有表面105的硅襯底106被手工裝載到襯底支座104上。體積約為2升的處理室102被抽空到約20mTorr，并且在涂層反應(yīng)之前和之后用氮氣沖洗，所述涂層反應(yīng)由氧等離子體處理以及其后的涂層沉積組成。將處理室102通大氣。然后利用氮沖洗(充氮到10Torr/泵吸到0.7Torr五次)處理室102。表面105以上述的方式用來自等離子體源110的遠程產(chǎn)生的氧等離子體處理。氧通過質(zhì)量流量控制器(沒有示出)被導入到等離子體發(fā)生源110中。基于用于處理室102的所期望的等離子體駐留時間，用于等離子體發(fā)生的氧流速為約200sccm。處理室102中的壓力為約0.6Torr。硅襯底106的表面105在約0.6Torr的壓力下用氧等離子體處理約5分鐘的時間。等離子體處理被停止，處理室102被抽空到約30mTorr的基礎(chǔ)壓力。
如上所述，將水蒸氣池122充水蒸氣到16Torr的壓力。水蒸氣池122和處理室102之間的閥門126被打開，直到兩者的壓力都等于(約5秒的時間)約0.8Torr。水蒸氣池122被第二次充蒸氣到16Torr，并且此體積的蒸氣也被倒入處理室，使處理室102中的總的水蒸氣壓為約1.6Torr。如上所述，DDMS蒸氣池134已經(jīng)被充前驅(qū)體蒸氣到50Torr，并且緊接在水蒸氣的添加完成之后，DDMS蒸氣被添加。DDMS蒸氣池134和處理室102之間的閥門138被打開，直到兩者的壓力都等于(約5秒的時間)約4Torr。水和DDMS蒸氣在處理室102中保持15分鐘的時間。然后將處理室抽回到約30mTorr的基礎(chǔ)壓力。
然后將處理室102沖洗(充氮到10Torr/泵吸到0.7Torr)五次。然后，將處理室通大氣，并且將硅襯底106從處理室中手工取出。
如由水接觸角所測量的，所得到的涂層表面通常是非常疏水的，其中對于DDMS膜，所述水接觸角通常為約103°。表面特別光滑，具有0.2nm的RMS，沒有可見的微粒或者缺陷。取決于具體的工藝/化學性質(zhì)，所測量的粘附功降低了3000倍。在上面所提供的條件下，所測量的粘附功降低到約30μJ-2。氣相沉積膜的特性相當于或者好于對液相沉積膜所報道的特性。此外，使用氣相沉積防止了在襯底的濕法處理過程中經(jīng)常發(fā)生的粘著。
上述的示例性實施例不是意在限制本發(fā)明的范圍，因為本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本公開可以將這些實施例擴展，以與下面所要求保護的發(fā)明主題相對應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種用于涂層的氣相沉積的裝置，所述涂層具有在從約5埃到約1000埃范圍中的厚度，其中，用于形成所述涂層的至少一種前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓，所述裝置包括至少一個前驅(qū)體容器，其中以液體或者固體形式放置所述至少一種前驅(qū)體；至少一個前驅(qū)體蒸氣池，用于保存所述至少一種前驅(qū)體的蒸氣；至少一個設(shè)備，控制從所述前驅(qū)體容器到所述前驅(qū)體蒸氣池中的前驅(qū)體蒸氣流；壓力傳感器，與所述前驅(qū)體蒸氣池連通；工藝控制器，所述工藝控制器從所述壓力傳感器接收數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)與期望的額定蒸氣池壓力比較，并且將信號發(fā)送到一個控制從所述前驅(qū)體容器到所述前驅(qū)體蒸氣池中的蒸氣流的設(shè)備，以便在達到所述期望的額定壓力時，防止蒸氣流進一步進入所述前驅(qū)體蒸氣池中；在收到來自所述第一工藝控制器的信號時控制進入所述前驅(qū)體蒸氣池中的前驅(qū)體蒸氣流的設(shè)備；處理室，用于將所述涂層氣相沉積在所述處理室中的襯底上；和在收到來自所述工藝控制器的信號時控制進入所述處理室中的前驅(qū)體蒸氣流的設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括這樣的設(shè)備，當所述前驅(qū)體在所述容器中時所述設(shè)備向所述前驅(qū)體施加熱，以產(chǎn)生所述前驅(qū)體的蒸氣相。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中存在多個前驅(qū)體容器和相應(yīng)的多個蒸氣池。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中存在下面的附加元件至少一個催化劑容器，其中以液體或者固體形式放置所述催化劑；至少一個催化劑蒸氣池，用于保存所述至少一種催化劑的蒸氣；至少一個設(shè)備，控制從所述催化劑容器到所述催化劑蒸氣池中的蒸氣流；壓力傳感器，與所述催化劑蒸氣池連通；工藝控制器，所述工藝控制器從所述壓力傳感器接收數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)與期望的額定催化劑蒸氣池壓力比較，并且將信號發(fā)送到控制從所述催化劑容器到所述催化劑蒸氣池中的催化劑蒸氣流的設(shè)備，以便在達到所述期望的額定壓力時，防止蒸氣流進一步進入所述催化劑蒸氣池中；在收到來自所述工藝控制器的信號時控制進入所述催化劑蒸氣池中的催化劑蒸氣流的設(shè)備；和在收到來自所述第四工藝控制器的信號時控制進入所述處理室中的催化劑蒸氣流的設(shè)備。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所有工藝控制器位于一個工藝控制器中。
6.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的裝置，包括這樣的設(shè)備，當所述至少一種前驅(qū)體在所述前驅(qū)體容器中時所述設(shè)備向所述至少一種前驅(qū)體施加熱，以產(chǎn)生所述前驅(qū)體的蒸氣相。
7.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的裝置，包括這樣的設(shè)備，當所述至少一種催化劑在所述催化劑容器中時所述設(shè)備向所述至少一種催化劑施加熱，以產(chǎn)生所述催化劑的蒸氣相。
8.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的裝置，其中存在多個前驅(qū)體容器和相應(yīng)的多個蒸氣池。
9.如權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2、或者權(quán)利要求4、或者權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述涂層厚度的范圍從約5埃到約500埃。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述涂層厚度的范圍從約5埃到約300埃。
11.一種用于涂層的氣相沉積的方法，其中用于形成所述涂層的至少一種前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓，所述方法包括a)提供處理室，在所述處理室中氣相沉積所述涂層；b)提供至少一種前驅(qū)體，所述至少一種前驅(qū)體在25℃的溫度下表現(xiàn)出低于約150Torr的蒸氣壓；c)將所述前驅(qū)體的蒸氣傳輸?shù)角膀?qū)體蒸氣池，所述前驅(qū)體蒸氣在所述前驅(qū)體蒸氣池中聚積；d)聚積所述氣相涂層沉積所需的額定量的所述前驅(qū)體蒸氣；以及e)將所述額定量的所述前驅(qū)體蒸氣加到所述處理室中，所述涂層在所述處理室中被沉積。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中使用多種前驅(qū)體，并且其中在多個前驅(qū)體蒸氣池中聚積多種前驅(qū)體。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述前驅(qū)體蒸氣中的至少兩種被基本同時地加到所述處理室中。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述前驅(qū)體蒸氣中的至少兩種被依次加到所述處理室中。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中至少一種催化劑蒸氣被加到所述處理室中，以幫助所述涂層的氣相沉積。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述催化劑蒸氣在傳輸?shù)剿鎏幚硎抑霸谡魵獬刂芯鄯e。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述催化劑蒸氣與所述至少一種前驅(qū)體蒸氣中的至少一種基本同時地加到所述處理室中。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述催化劑蒸氣與所述前驅(qū)體蒸氣中的至少一種被依次加到所述處理室中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述催化劑蒸氣在將前驅(qū)體蒸氣加到所述處理室中之前被加到所述處理室中。
20.如權(quán)利要求11或者權(quán)利要求12所述的方法，其中通過重復步驟c)、d)和e)，將所述至少一種前驅(qū)體蒸氣中的至少一種不止一次地從所述蒸氣池加到所述處理室中。
21.如權(quán)利要求15或者權(quán)利要求16所述的方法，其中通過重復填充額定蒸氣池體積，之后將所述蒸氣催化劑從所述蒸氣池重復加到所述處理室中，來將所述至少一種催化劑蒸氣中的至少一種不止一次地從所述蒸氣池加到所述處理室中。
22.如權(quán)利要求11或者權(quán)利要求12所述的方法，其中多種前驅(qū)體蒸氣被加到所述處理室中，并且其中以得到涂層物理特性所需的相對量來加入所述前驅(qū)體蒸氣。
23.如權(quán)利要求15或者權(quán)利要求16所述的方法，其中至少一種催化劑蒸氣以相對于所述至少一種前驅(qū)體蒸氣的量被加到所述處理室中，以制備具有特定物理特性的涂層。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中前驅(qū)體與催化劑的體積比的范圍為從約1∶6到約6∶1。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述體積比的范圍為從約1∶3到約3∶1。
全文摘要
公開了一種氣相沉積方法和裝置，用于在襯底上涂敷薄的層和涂層。該方法和裝置在制造電子器件、微機電系統(tǒng)(MEMS)、Bio－MEMS器件、微納米印刷光刻術(shù)和微射流器件中是有用的。用于執(zhí)行該方法的裝置提供了在涂層形成過程的單個反應(yīng)步驟中對所要消耗的各反應(yīng)物的精確量的添加。該裝置在單個步驟中或者當在涂層形成過程中存在許多不同的單個步驟時，提供反應(yīng)物的不同組合的量的精確添加。蒸氣形式的各反應(yīng)物的精確添加在指定溫度下被按劑量供入預定的設(shè)定體積中至指定壓力，以提供高精確量的反應(yīng)物。
文檔編號C23C16/52GK1735708SQ200480000841
公開日2006年2月15日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者博里斯·科布蘭, 羅穆亞爾德·諾瓦克, 理查德·C·伊, 杰弗里·D·欽 申請人:應(yīng)用微型構(gòu)造公司