無機(jī)薄膜的制備方法以及用于所述無機(jī)薄膜的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 下面的描述涉及用于無機(jī)薄膜的制備的方法以及用于所述無機(jī)薄膜的制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 化合物薄膜以各種方式用作半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體集成電路、化合物半導(dǎo)體、太陽能 電池、液晶顯示器(LCD)、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,以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)通過按時間順序注入前 體和反應(yīng)物來抑制,并且薄膜的厚度通過使用在襯底的表面上發(fā)生的自限反應(yīng)來精確地控 制。ALD允許薄膜具有高階梯覆蓋率和高厚度均勻性,這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,因為氣相反應(yīng)最小化,所以針孔密度將非常小,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的缺點在于其難以選擇適當(dāng)?shù)那绑w和反應(yīng)物,因為每次循環(huán)沉積的薄膜 厚度只是原子層水平或更小,所以沉積速率非常低,并且由于過量碳和氫,所以將使薄膜的 特性大大退化。
[0005] 同時,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)進(jìn)行的硅化合物薄膜的沉積速率非??臁H欢?,因為這些方法具有諸 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,所以在這些方法中薄膜的形成 通常在高溫下進(jìn)行。因此,這些方法難以適用于諸如塑料膜之類的襯底。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 鑒于前述問題,實施方式提供了用于無機(jī)薄膜的制備方法以及用于無機(jī)薄膜的制 備裝置。
[0007] 然而,尋求由本公開解決的問題不限于上述說明,并且其它問題可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)以下說明得以清楚地理解。
[0008] 在一個總的方面,提供了一種用于無機(jī)薄膜的制備方法,所述方法包括:通過交替 使用硅源和反應(yīng)物氣體對襯底進(jìn)行等離子體處理;以及使所述硅源和所述反應(yīng)物氣體在所 述襯底的表面上反應(yīng)以在所述襯底上形成無機(jī)薄膜,其中通過使用所述硅源和所述反應(yīng)物 氣體進(jìn)行的所述等離子體處理分別在彼此獨立的等離子體模塊中進(jìn)行。
[0009] 所述制備方法可以包括:將所述通過交替使用所述硅源和所述反應(yīng)物氣體對所述 襯底進(jìn)行的等離子體處理重復(fù)一次或多次。
[0010] 所述硅源可以包括硅前體和惰性氣體。
[0011] 所述惰性氣體可以包括選自由Ar、He、Ne、以及它們的組合組成的群組中的成員。
[0012] 所述反應(yīng)物氣體可以包括選自由Ν2、Η2、02、Ν 20、ΝΗ3、以及它們的組合組成的群組中 的成員。
[0013] 所述制備方法還可以包括:在約400°C或400°C以下的溫度下加熱所述襯底。
[0014] 所述無機(jī)薄膜的厚度可以在約300A至約2,00〇A的范圍內(nèi)。
[0015] 所述形成所述無機(jī)薄膜可以通過使用化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積法來進(jìn)行。
[0016] 所述通過使用所述硅源和所述反應(yīng)物氣體進(jìn)行的所述等離子體處理可以在彼此 獨立的等離子體模塊中同時或交替地進(jìn)行。
[0017] 在另一總的方面,提供了一種用于形成無機(jī)薄膜的制備裝置,該制備裝置包括:用 以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; 以及無機(jī)薄膜沉積單元,其用以在所述襯底上形成無機(jī)薄膜,其中所述無機(jī)薄膜沉積單元 包括多個源等離子體模塊以及多個反應(yīng)物等離子體模塊,并且其中使所述襯底輸送單元在 所述源等離子體模塊和所述反應(yīng)性等離子體模塊之間交替移動以在所述襯底上沉積所述 無機(jī)薄膜。
[0018] 所述源等離子體模塊中的每一個可以通過使用包含硅前體和惰性氣體的硅源進(jìn) 行等離子體處理。
[0019] 所述反應(yīng)物等離子體模塊中的每一個可以通過使用反應(yīng)物氣體進(jìn)行等離子體處 理,所述反應(yīng)物氣體選自由N2、H2、02、N20、冊1 3以及它們的組合組成的群組。
[0020] 根據(jù)本公開的實施方式,通過將硅源等離子體和反應(yīng)物等離子體單獨地注入襯底 中,同時使用掃描型CVD,在約400°C或更低的低溫下制備具有諸如較小氫含量、高針孔密 度和高薄膜密度之類的高度有利的特征的無機(jī)薄膜是可能的。該無機(jī)薄膜可用作包封膜、 阻隔膜等。另外,根據(jù)本公開的實施方式,無機(jī)薄膜的沉積速率高達(dá)約5 Α/s至約10 A/S, 產(chǎn)品收率高。此外,因為在加工期間產(chǎn)生的顆粒量小,所以可制備均勻的薄膜。
[0021] 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。
[0022] 同時,根據(jù)本公開的實施方式,用于制備無機(jī)薄膜的高速沉積裝置具有簡化的設(shè) 備結(jié)構(gòu)并可容易地進(jìn)行改進(jìn)。因此,其具有寬范圍的應(yīng)用并且還可適用于輥到輥和大型薄 膜沉積設(shè)備。
【附圖說明】 在以下詳細(xì)說明中,本公開的實施方式僅作為例證描述,因為根據(jù)以下詳細(xì)說明,各種 改變和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。不同附圖中使用相同附圖標(biāo)記表示相 似或相同的項。
[0023] 圖1是示出根據(jù)本公開的實施方式的用于無機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖; 圖2是示出根據(jù)本公開的實施方式,包括多個等離子體模塊的用于無機(jī)薄膜的制備裝 置的示意圖; 圖3A和圖3B是示出根據(jù)本公開的實施方式的用于無機(jī)薄膜的制備裝置的示意圖;并 且 圖4是示出根據(jù)本公開的實施例的無機(jī)薄膜的沉積速率的曲線圖。
[0024] 在整個附圖和詳細(xì)描述中,除非描述或提供了另外的情形,否則相同的附圖標(biāo)記 將被理解為指代相同的元件、特征和結(jié)構(gòu)。附圖可能不是按比例繪制的,為了清楚、解釋和 方便的目的,在附圖中元件的相對尺寸、比例和描繪可以被放大。
【具體實施方式】
[0025] 下文中,將參考附圖對本公開的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行描述,使得本領(lǐng)域技術(shù)人員 能容易地實現(xiàn)這些實施方式。然而,應(yīng)當(dāng)注意本公開不限于這些實施方式,而是可以多種其 它方式實現(xiàn)。在附圖中,省略了與說明不相關(guān)的部件以便使解釋變得簡單,并且在整個文檔 中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
[0026] 在本公開的整個文檔中,術(shù)語"連接到"或"耦合到"用于指示一個元件與另一個 元件的連接或耦合,并且包括其中元件"直接連接或耦合到"另一個元件的情況和其中元件 經(jīng)由又一個元件"電連接或耦合"到另一個元件的情況兩者。
[0027] 在本公開的整個文檔中,用于指示一個元件相對于另一個元件的位置的術(shù)語 "在……上"包括一個元件鄰近另一個元件的情況和任何其它元件存在于這兩個元件之間 的情況兩者。
[0028] 在本公開的整個文檔中,除非上下文另外指示,否則用于文檔中的術(shù)語"包含或包 括"和/或"含有或包括有"是指除了所述的組件、步驟、操作和/或元件之外,不排除一個 或多個其它的組件、步驟、操作和/或現(xiàn)有或添加的元件。術(shù)語"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而公開 的精確的或絕對的數(shù)值被任何不合理的第三方非法地或不公平地使用。在整個文檔中,術(shù) 語"……的步驟"不是指"用于……的步驟"。
[0029] 在本公開的整個文檔中,馬庫什(Markush)型說明中所包括的術(shù)語"……的組合" 是指選自由馬庫什型中所述的組件、步驟、操作和/或元件組成的群組中的一個或多個組 件、步驟、操作和/或元件的混合物或組合,從而意指本公開包括選自馬庫什組中的一個或 多個組件、步驟、操作和/或元件。
[0019] 在本