[发明专利]层施用的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的层施用的工艺。

背景技术

通过涂层室中前体的化学反应进行固相沉积的工艺普遍用于涂层带有硬材料涂层的金属工具。用于半导体或光伏生产的半金属和陶瓷是例如，涂层有氧化物陶瓷，诸如SiO₂。这种工艺通常在范围从10^-1到100毫巴的减压下进行。与高温工艺(温度高于900℃)和中间温度工艺(从700℃到900℃之间的温度)之间有区别。

另一方面，为了在低温工艺情况下(从室温到500℃)向系统中引入化学转化的活化所必需的能量，压力减小到10^-1毫巴到10毫巴之间，并且通常使用等离子体以引入能量。

作为工具涂层的前体，在低压工艺和在高温工艺中，例如，将硅、钛或铝的氯化物引入到气相中，与氮或氧反应，以形成氮化物或氧化物。对于氧化物陶瓷，诸如SiO₂应用于硅上而言，使用在1毫巴以下压力和400℃以上温度反应的氢化物、氯化物或有机硅化合物。当另外使用等离子体时，400℃以下的工艺温度是可能的。在氧化环境，诸如氧或臭氧下，在大气压力和420℃到450℃之间的温度，甚至可以发生在气相中从有机硅化合物，诸如原硅酸四乙酯(TEOS)沉积SiO₂。当使用来自于烷基-烷氧基化合物类的水解敏感前体，诸如乙酰基丙酮化锆时，在水解反应中，在大气压力和400℃以下温度也可以获得ZrO₂的沉积。

弱易水解前体诸如，四烷氧基化合物(例如，TEOS)的水解反应转化足够只在高温下进行该工艺的经济操作。例如，在TEOS与水的反应中，适合催化剂的使用能够加速转化。这在工业上应用于液相的溶胶-凝胶工艺中。也可以从液相的TEOS、水和催化剂的混合物产生蒸汽，以在下游涂层室中沉积SiO₂。

可以利用这种层保护物体防止腐蚀，通常地形成抗不期望扩散的屏障以及进行作为干涉层的光学功能。为了电绝缘目的，也考虑使用二氧化硅层，尤其是，当在电子元件领域中要获得高击穿场强时。

在本发明上下文中，从DE10 2007 010 995A1中也已知从气相施用透明二氧化硅层的工艺和设备。在该从气相的沉积工艺中，其中通过载气将前体引入到烘炉中，液相工艺在气相工艺之前。从含硅的起始化学制剂开始的溶胶凝胶工艺被用作液相工艺。然而，在这种情况下，液相工艺在溶胶状态下通过蒸发用于涂层的前体，混合该前体与载气，并且转运它们到炉内而提前终止，该前体形成于来自反应混合物的液相中。液相中聚合反应影响工艺的稳定性。涂层室的给料管线在内侧上被涂层，这些涂层剥落掉并且作为固体颗粒引入到涂层室，在涂层室沉积在待要涂层的工件的表面上。这导致缺陷的形成。

另一篇文献US 6,022,812描述了一种工艺，其中同样地使用液态和气态物质。这里，有机硅化合物以液态形式施用于表面，然后暴露于由酸性蒸汽和水蒸气所组成的气体环境中。通过这种方式可以产生薄层，并且为了得到更厚的层厚度，必须重复许多次这个过程。根据这个原理也可以进行浸蘸涂层工艺。

用于在氧化环境中涂层半导体的纯气相方法同样是已知的。文献US5,840,631描述了用于在400℃沉积SiO₂的两步方法。在第一步中，气态有机硅化合物与臭氧和水蒸气反应。涂层的第二层，它的特性由所使用的催化剂控制，该催化剂施用在该涂层顶部上。所使用的强不稳定氧化剂臭氧当与可燃烧和爆炸性化合物诸如，原硅酸四乙酯(TEOS)混合时，会在设备方面强加所需的要求。该工艺气体是高度反应活性的，并且在所示的容积流量，其在待要被几秒涂层的元件附近具有滞留时间。

根据US3,556,841的一步涂层工艺，其中乙酸和原硅酸四乙酯在气相时反应，在440℃以上温度产生明显的转化。在根据US5,360,646的另一个方法中，三种反应活性成分在待涂层的基体上直接地混合，并且是在氮载气流中与基体接触一次。当在低TEOS含量，设定乙酸和水的部分高压力时，涂层工艺在250℃到350℃之间进行。

发明内容

本发明的目的是研发一种将层施用于金属表面的低温工艺，以通过简单的装置技术允许在一次操作中进行复杂元件的涂层，而不会引起金属材料中显微结构的改变，并且在少量使用工艺化学制剂的情况下获得经济的沉积速率。

本发明由权利要求1的特征所限定。参考权利要求1的进一步的权利要求涉及有利的实施方式和本发明的进一步研发。