[发明专利]原子层沉积

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用原子层沉积涂覆基底的方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)是薄膜沉积技术，通过这个技术，给定量的材料在每个沉积循环期间被沉积。因此，控制涂层厚度是简单的。一个缺点是涂层增厚的速度。

ALD是基于一种材料的单独的或部分的单层的顺序沉积的方法。膜要被沉积的表面在被生长反应器净化以移除所有残余化学活性源气体或副产物后被顺序地暴露于不同的前体。当生长表面被暴露到前体时，它被前体的单层完全浸透。该单层的厚度取决于前体与生长表面的反应性。这导致一定数量的优点，例如良好的均匀性和一致性，和容易且精确的膜厚度控制。

两种类型的ALD为热和等离子体增强ALD(PEALD)。在二元反应上，ALD与化学气相沉积(CVD)是非常相似的。ALD的方法是基于二元反应找到CVD过程，然后单独地或顺序地施加两种不同类型的反应物。在ALD中，所述反应在不同的温度下同时发生，并且将被称为热ALD，因为该反应能够在没有等离子体协助或基体协助的情况下进行。单元素膜很难通过使用热ALD过程进行沉积但能够通过使用等离子体或基体增强ALD进行沉积。热ALD趋于更快并且以更好的纵横比产生膜，所以将热ALD和PEALD过程组合是已知的。等离子体中的其他能量物或基体帮助引起不可能仅使用热能进行的反应。除了单元素材料以外，混合材料也能够使用等离子体ALD进行沉积。一个重要的优势是，等离子体ALD相比于热ALD能够在低得多的温度下沉积膜。氧气等离子体ALD也能够将金属氧化物保形地沉积在疏水表面上。

在ALD中，膜的生长循环性地发生。参见图18，在最简单的情况中，一个循环由四个阶段组成。在过程的开始，腔室处于基本真空压力600，在整个沉积过程中，惰性气体(氩气或氮气)流被持续地引入沉积腔室中，形成恒定的基本压力610。气流还在净化循环中用作净化气体。沉积循环如下：

(i)暴露第一前体620，导致沉积腔室中压力的突升；

(ii)用气流630进行净化或对反应腔室抽真空；

(iii)暴露第二前体640，导致沉积腔室中的压力的突升；和

(iv)净化或抽真空650。

沉积循环被尽可能多次地重复以获得预期的膜厚度。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了在基底上沉积材料的方法，包括以下步骤：

提供基底；和

通过原子层沉积在基底上沉积涂层，其中所述沉积包括第一沉积步骤、沉积中断、和随后的第二沉积步骤。

每个沉积步骤包括多个沉积循环。每个沉积循环包括产生涂层所需的所有沉积阶段。例如，为了产生氧化物，每个沉积循环包括用于例如每个金属前体和氧化前体的一个或多个沉积阶段，对于氧化铪的产生，存在用于每个铪前体和氧化前体的一个沉积阶段。涂层能够被认为是通过被中断或延迟而分开的两个沉积步骤产生的。因此，涂层通过完成多个沉积循环、中断、然后完成包括多个沉积循环的第二组而产生。

所述暂停是沉积过程中的中断或延迟，其被发现对于沉积在基底上的材料的某些性质是有利的。延迟优选地具有至少一分钟的持续时间。由此，在本发明的第二方面中提供了一种通过使用原子层沉积过程将材料沉积到基底上的方法，其中所述沉积过程包括第一沉积步骤、第一沉积步骤后的第二沉积步骤和在所述第一沉积步骤和第二沉积步骤之间的至少一分钟的延迟时间段。

第一和第二沉积步骤之间的延迟或中断不同于净化或暴露阶段。净化必须紧接在每个暴露阶段之后以对沉积腔室抽真空，无论有没有形成一个原子层(即，金属氧化物)。另一方面，延迟只发生在一个完全的原子层沉积后并且该延迟断开或介入连续的沉积过程流。因此，延迟能够与净化阶段区分开，因为延迟不是沉积循环中的一个阶段。同样地，延迟能够与反应物被引入腔室的暴露阶段区分开，因为在该阶段中压力升高并且额外地这是沉积循环中的阶段之一。此外，优选的是，腔室中的温度在延迟或中断期间被保持。因此，用于延迟或中断的温度条件大致类似于沉积步骤的温度条件。延迟或中断不是最终被涂覆的基底的温度升高的后沉积退火步骤，而是两个沉积步骤或两组沉积循环之间的中间步骤。