[發明專利]生長薄膜的方法以及形成結構的方法和器件

有效

• 申請號: 200980128672.8
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN102105963A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·郎;詹姆斯·黃英俊;托馬斯·海因茨-海爾姆特·阿爾特巴梅爾;斯蒂芬·戴;喬納森·漢夫納恩
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及在襯底上生長薄膜。具體地，本發明涉及通過在結構化襯底上的共形(conformal)沉積來(與平面襯底上的生長相比)提高薄膜的生長速率。

背景技術

在許多電子和光電子器件的生產中，薄膜的生長是一種核心工藝。薄膜生長也通常是最昂貴且耗時的步驟，薄膜沉積效率的任何提高都必然會引起生產成本的降低。

將薄膜沉積到襯底材料上，所述襯底材料承載所述薄膜。襯底可以由實質上任何固體材料制成。襯底的主要標準之一是，襯底必須能夠承受薄膜沉積和后續處理過程中的工藝條件，尤其是在溫度方面。

可以以多種方式后來沉積薄膜，包括化學汽相沉積(CVD)、分子束外延(MBE)、氣相外延(VPE)、原子層沉積(ALD)、濺射、電沉積、熱蒸發等等。這并不是窮舉的列表，正在不斷地開發用于薄膜沉積的新技術。出于專利的目的，將這些技術分為兩類：定向(directional)技術和共形技術。在定向技術中，所沉積的顆粒的平均自由路徑大于材料源與襯底之間的距離(例如，濺射、熱蒸發、MBE)。這意味著可以例如通過在源與襯底表面之間的路徑中放置障礙物或通過將表面結構自身結構化(即，在表面的與源和襯底之間的路徑平行的部分上不沉積薄膜)，來限制襯底的某些部分上的沉積。

在共形技術中，將薄膜沉積在襯底表面上的任何位置。平均自由路徑小于源與襯底之間的距離。事實上，顆粒所經過的路徑可以通常由布朗運動來描述。

對于許多技術，工藝條件可以變化，使得沉積是共形的、定向的或介于兩者之間。

發明內容

出于本專利的目的，將生長定義為填充容積的工藝。將沉積定義為涂覆表面的工藝。在大多數技術應用中，沉積速率橫跨平面表面而保持均勻，因此與生長速率相同。在這些情況下，可以互換地使用術語沉積和生長。

通常，在生長期間通過使用不同的源材料來改變薄膜的成分。這意味著可以將薄膜沉積為合金，或者在許多情況下可以通過使用摻雜氣來對薄膜進行摻雜。

在薄膜生長作為基本部分的生產中，有許多器件的示例。一些示例是CMOS結構、用于硬盤驅動器的磁結構、薄膜太陽能電池、固態LED和激光器、移動電話中的RF器件、數字攝像機中的光電檢測器。對薄膜性態、材料質量、材料純度以及對生長過程的控制的要求取決于應用到技術和經濟需要。因此，這些要求變化很大，并且非常專用而且是高度最優化的。

可以最優化的一些參數是生長溫度、氣流、不同工藝氣體的分壓以及前體氣體的濃度。薄膜生長科學領域的工藝通常包括對這些參數中的一個或多個參數進行新的最優化，或者在于新沉積設備的發明。近年來，通過改變襯底的特性實現了薄膜生長的改進。襯底材料與薄膜材料之間的晶格失配所引起的應力已被用于改變薄膜的結構或特性。這種情況的一個示例是，以設計膜的電子特性為目的，在SiO₂襯底上生長硅薄膜。

另一示例是薄膜的生長，所述薄膜夾在兩個其他薄膜之間，以實現量子制約(量子阱)。襯底與所沉積的薄膜之間的應力還可以導致所沉積的薄膜松弛，這使得產生缺陷(錯位、空隙)或3D結構(量子點)。另一種修改襯底以引起生長性態變化的方式是在襯底上沉積催化劑。這最近已被用于引起一維生長(例如，納米線)。

相反，本專利描述了一種方法，該方法以提高薄膜生長速率為目的，通過改變襯底的形態來改進薄膜生長。具體地，該方法可以應用于至少在某種程度上共形的沉積方法。

術語的定義

LPCVD：低壓化學汽相沉積

PECVD：等離子增強化學汽相沉積

MBE：分子束外延

沉積：涂覆襯底的工藝

生長：填充容積的工藝

沉積速率：在表面法線方向上測量的，每單位時間沉積的材料層的厚度

生長速率：每單位時間由材料填充的容積

襯底：上面沉積薄膜的第一層的本體

薄膜：薄膜是厚度在從1原子層到幾微米范圍內的材料層

規則薄膜：一種薄膜，沉積到平坦襯底表面上，使得膜的每一層與原始襯底表面平行

低尺寸納米級結構：一種結構，該結構的至少一個水平尺寸小于垂直尺寸(比率至少是2∶1)，該結構的至少一個水平尺寸小于1微米，優選地小于100nm(在本專利中這樣的結構的子集也被描述為“柱”)。

重要的是注意到，上面沉積有材料的表面在沉積工藝期間發生變化(即，與襯底表面的距離發生變化)。

添加型(例如，沉積，轉印)：

1.沉積方法包括但不限于直接或間接的熱蒸發、濺射淀積、化學汽相沉積、旋涂和噴墨打印