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通過大氣壓力下的原子層沉積(ald)制造光學(xué)膜的方法

文檔序號(hào):3376368閱讀:1087來源:國(guó)知局
專利名稱:通過大氣壓力下的原子層沉積(ald)制造光學(xué)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般性涉及薄膜器件和元件,例如電子發(fā)光顯示器、傳感器陣列和其它電子器件、環(huán)境阻隔層、光學(xué)薄膜層,其中薄膜層通過氣相沉積尤其是大氣壓力下的原子層沉積形成。特別地,本發(fā)明涉及可用于電子設(shè)備尤其是顯示器中用來改善光輸出和壽命的薄膜材料層如光學(xué)涂層、彩色濾光層和保護(hù)薄膜材料層的制造方法。
背景技術(shù)
膜材料用于多種應(yīng)用。實(shí)例包括研究、開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用,尤其在化合物半導(dǎo)體、顯示器、LED、光學(xué)元件和眼科設(shè)備等領(lǐng)域。薄膜材料也常用于生產(chǎn)用于傳感器、平板顯示器、 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微電路、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、光學(xué)儀器、微波通訊、集成電路和微電子器件的定制涂層和圖案化基底。光學(xué)涂層是置于例如透鏡、顯示器或傳感器的器件或光學(xué)元件上的材料薄層,其改變光線反射或透射的路徑。一類光學(xué)涂層是用于產(chǎn)生反射99%以上入射光的鏡面的高反射涂層。另一類光學(xué)涂層是抗反射涂層,其減小表面上不必要的反射并且常用于眼鏡鏡片和攝影鏡頭。多層抗反射涂層,例如由SiN或者SiN和SiO2構(gòu)成的雙層抗反射涂層,可用于高效太陽(yáng)能電池,如Wright等,Double Layer Anti-reflective Coatings for Silicon Solar Cells, 2005 IEEE,1237-1240頁(yè)中所述。這種類型的光學(xué)涂層阻擋紫外線同時(shí)透射可見光。復(fù)合光學(xué)涂層在一些波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)為高反射,而在其它波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)為抗反射,從而允許制造分色薄膜濾光器,例如美國(guó)專利No. 6,859,323 (Gasloli等)中所描述的。干涉濾光器是一種反射一個(gè)或多個(gè)光譜波段并透射其它波段的濾光器,同時(shí)其對(duì)所關(guān)心的所有波長(zhǎng)保持接近零的吸收系數(shù)。這種濾光器由基底上的多層涂層(通常是介電層或金屬層)構(gòu)成,所述多層涂層具有不同的折射率并且其光譜性質(zhì)是由于在薄膜邊界處不同波長(zhǎng)的入射光和反射光之間發(fā)生的波長(zhǎng)干涉效應(yīng)所致。干涉濾光器可以用作濾色器并且以陣列形式用作改變和控制反射光和透射光的組成的濾色器陣列,用于顯示器、光波導(dǎo)、光開關(guān)、照相機(jī)機(jī)背的光傳感器等。美國(guó)專利 5,999, 321 (Bradley)中描述了這種多層薄膜濾色器的一個(gè)實(shí)例,其通過引用并入本文。在電子器件中,濾色器布置成濾色器陣列(CFA)。在傳感器例如照相機(jī)上使用的傳感器中,在全色傳感器前方使用CFA以允許探測(cè)顏色信號(hào)。CFA通常是以一定圖案排列的紅、綠和藍(lán)色區(qū)域的陣列。用于數(shù)字式照相機(jī)的常規(guī)陣列是Bayer圖案陣列。通過使用2X2單元來盡可能地不降低每種顏色的分辨率,在三種顏色當(dāng)中,選擇綠色在每個(gè)單元中感光兩次,因?yàn)樗茄劬ψ蠲舾械念伾?。類似的陣列可用于顯示器,其中CFA精確疊合在白光像素前方,以允許檢視顏色信息。例如,美國(guó)專利N0.4,877,697(V0llmarm等人)描述了一種用于液晶顯示器(LED) 的陣列,美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2007/0123133 (Winters)描述了一種用于OLED器件的陣列。陣列可以采取多種方法制造,包括噴墨彩墨、利用光刻法將不同顏色的材料以期望方式圖案化等。濾色器陣列也可構(gòu)建成干涉(或分色)濾光器的圖案。例如,美國(guó)專利 No. 5,120,622 (Hanrahan)描述了一種利用光刻技術(shù)的方法,其中沉積兩種不同的光刻膠材料層,將其曝光和顯影以圖案化用于后續(xù)沉積介電層的基底,然后利用剝離工藝移除不需要的材料。美國(guó)專利No. 6,342,970 (Sperger等)描述了一種生產(chǎn)用于LCD顯示器和CCD陣列的介電干涉濾光器系統(tǒng)的方法。根據(jù)該方法,利用基底涂層、掩蔽、通過例如光刻工藝、等離子體蝕刻和剝離技術(shù)制備不同的濾光元件。有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)是用于平板顯示器和區(qū)域照明燈的技術(shù)。該技術(shù)依賴于涂覆在基底上的有機(jī)材料薄膜層。OLED器件一般可具有兩種已知格式,分別是例如美國(guó)專利No. 4,476,292 (Ham等)公開的小分子器件和例如美國(guó)專利No. 5,247,190 (Friend等)公開的聚合物OLED器件。每種類型的OLED器件均可依次包括陽(yáng)極、有機(jī)EL元件和陰極。置于陽(yáng)極和陰極之間的有機(jī)EL元件一般包括有機(jī)空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)和有機(jī)電子傳輸層(ETL)??昭ê碗娮釉贓L層中復(fù)合并發(fā)光。Tang等人(Applied Physics Letter, 51,913(1987), Journal of Applied Physics, 65, 3610 (1989)和美國(guó)專利 No. 4,769,292) 說明了利用這種層結(jié)構(gòu)的高效0LED。從那時(shí)起,包括聚合物材料的具有交替層結(jié)構(gòu)的多種 OLED已被公開并且器件特性也得到了改進(jìn)。但是,包括有機(jī)EL元件的材料是敏感的,尤其是容易被水汽和高溫(例如高于140°C )所損壞。有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器件通常需要濕度水平低于約1000份/百萬 (ppm)以防止在器件的特定操作中和/或貯存壽命內(nèi)器件性能過早劣化。在包裝裝置內(nèi)將環(huán)境控制在該濕度水平范圍內(nèi)通常是通過用包封層包封該器件和/或通過密封該器件和/或在護(hù)套內(nèi)提供干燥劑來實(shí)現(xiàn)的。使用干燥劑例如金屬氧化物、堿土金屬氧化物、硫酸鹽、金屬鹵化物和高磷酸鹽來保持濕度水平在上述水平以下。參見例如美國(guó)專利 No. 6,226,890 (Boroson等),其描述了用于濕氣敏感的電子設(shè)備的干燥劑材料。這種吸濕材料通常置于OLED器件的邊緣周圍或者OLED器件本身上方。在替代方法中,用抗?jié)癫牧系谋《鄬油繉影釵LED器件。例如,可以使用由有機(jī)聚合物層分隔開的諸如金屬或金屬氧化物的無機(jī)材料層。這種涂層已在例如美國(guó)專利 No. 6,268,695 (Affmito)、6,413,645 (Graff 等)、6,522,067 (Graff 等)和美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2006/0246811 (Winters等)中都有描述,最后一篇參考文獻(xiàn)通過引用全文并入本文。這種包封層可以通過多種技術(shù)沉積,包括原子層沉積(ALD)。一種該原子層沉積的設(shè)備在WO 01/82390 (Ghosh等)中進(jìn)一步描述,其描述了使用由不同材料制成的第一和第二薄膜包封層,其中薄膜層之一利用下面討論的原子層沉積法沉積50nm。根據(jù)本公開內(nèi)容,還使用例如聚對(duì)二甲苯的單獨(dú)保護(hù)層。這種薄多層涂層通常試圖提供小于5X10_6g/m2/ 天的透濕率以充分保護(hù)OLED材料。相反地,常規(guī)聚合物材料具有約0. lg/m2/天的透濕率, 并且在沒有另外的濕氣阻擋層的情況下不足以保護(hù)OLED材料。如果增加無機(jī)濕氣阻擋層, 則可以獲得0. 01g/m2/天的透濕率,據(jù)報(bào)道使用相對(duì)厚的具有無機(jī)層的聚合物平滑層可以提供所需的保護(hù)。通過常規(guī)沉積技術(shù)如濺射或真空蒸發(fā)所施加的厚無機(jī)層如5微米以上的ITO或ZnSe也可以提供充分的保護(hù),但是較薄的常規(guī)涂層只能提供0.01g/m2/天的保護(hù)。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2007/0099356 (Park等)類似地描述了一種利用原子層沉積來薄膜包封平板顯示器的方法。WO 04/105149 (Carcia等)描述了可通過原子層沉積法沉積在塑料或玻璃基底上的氣體滲透屏障。原子層沉積也被稱為原子層外延(ALE)或原子層CVD(ALCVD),本文中提到的ALD是指所有這些等同工藝。使用幾十納米厚且涂層缺陷濃度低的ALD涂層可以使?jié)B透率降低很多個(gè)數(shù)量級(jí)。這些薄涂層保留了塑料基底的柔性和透明度。這種制品可用于容器、電氣和電子應(yīng)用。但是,這種保護(hù)層也導(dǎo)致其它的問題,即由于這種保護(hù)層可能具有低于發(fā)光有機(jī)層的折射率而導(dǎo)致在該層中光捕獲的問題。盡管對(duì)于OLED顯示器的阻擋層的需求還沒有完全闡明,但Park等(Park等, Ultrathin Film Encapsulation of an OLED by ALD,Electrochemical and Sol id-State Letters,8 (2),H21-H23,2005)指出透水率小于10_6g/m2/天和透氧率小于10_5cc/m2/天的阻擋特性可以認(rèn)為是足夠的。通常,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特定的無機(jī)介電層和聚合物層的多層組合可比無機(jī)單層的透水率和透氧率低三個(gè)數(shù)量級(jí)以上,推測(cè)是由于滲透的滯后時(shí)間增加所致(G.L. Graff等, Mechanisms of Vapor Permeation through Multilayer Barrier Films :Lag Time Versus Equilibrium Permeation, J. App 1. Physics, Vol. 96,No. 4,2004,第 1840-1849 頁(yè))。所報(bào)道的具有多達(dá)12個(gè)單層的交替無機(jī)/有機(jī)層的屏障接近OLED所需的性能(M. S. Weaver等, Applied Physics Letter 81,2929,2002)。結(jié)果,盡管純的無機(jī)或有機(jī)包封是已知的,但是很多現(xiàn)有的薄膜包封技術(shù)關(guān)注于創(chuàng)建多層薄膜,大部分是有機(jī)/無機(jī)組合。當(dāng)涉及無機(jī)材料時(shí),高阻擋性的無機(jī)層的沉積被認(rèn)為是整個(gè)包封過程中最重要的技術(shù),這是因?yàn)閷?duì)包封層的滲透主要受無機(jī)膜缺陷的控制。雖然多層為OLED顯示器提供更好的保護(hù),但較厚的層使透明度減小,從而降低顯示器的亮度和顏色飽和度。因此,存在開發(fā)具有有利光學(xué)特性的包封和阻擋層的薄膜沉積工藝和方法的需要。在各種技術(shù)中,廣泛用于薄膜沉積的是化學(xué)氣相沉積(CVD),其使用化學(xué)活性分子在反應(yīng)室中反應(yīng)以在基底上沉積期望的膜。用于CVD應(yīng)用的分子前體包括待沉積的膜的元素(原子)組成,通常也包括另外的元素。CVD前體是揮發(fā)性分子,其以氣相遞送至反應(yīng)室以在基底上反應(yīng),從而在其上形成薄膜。該化學(xué)反應(yīng)沉積具有期望的膜厚度的薄膜。對(duì)于大多數(shù)CVD技術(shù)而言,常見的應(yīng)用要求是良好控制進(jìn)入CVD反應(yīng)器的一種或多種分子前體的流量。將基底保持在良好控制的溫度和受控的壓力條件下以促進(jìn)這些分子前體之間的化學(xué)反應(yīng),同時(shí)有效移除副產(chǎn)物。獲得最佳CVD性能需要獲得和保持在整個(gè)過程中的氣流、溫度和壓力的穩(wěn)態(tài)條件的能力以及最小化或消除瞬態(tài)變化。尤其在半導(dǎo)體、集成電路和其它電子器件領(lǐng)域中,要求薄膜特別是更高品質(zhì)更致密的膜具有優(yōu)異的保形涂覆性能,這超出了常規(guī)CVD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)極限,尤其是對(duì)于在較低溫度下制造的薄膜而言。原子層沉積(ALD)是一種替代性的膜沉積技術(shù),與其之前的CVD技術(shù)相比,可提供改善的厚度分辨率和保形能力。ALD工藝將常規(guī)CVD的常規(guī)薄膜沉積過程分段為單原子層沉積步驟。有利的是,ALD步驟是自終止的并且可以在進(jìn)行到或超過自終止暴露時(shí)間時(shí)沉積一個(gè)原子層。原子層通常是約0. 1至約0. 5的分子單層,一般尺寸為不超過幾個(gè)埃的量級(jí)。在ALD中,沉積的原子層是反應(yīng)性分子前體和基底之間的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。在每個(gè)單獨(dú)的ALD反應(yīng)-沉積步驟中,凈反應(yīng)沉積期望的原子層并且基本上消除原來包括在分子前體中的“多余”的原子。在其最純的狀態(tài)下,在沒有其它的一種或多種反應(yīng)前體時(shí),ALD包括每種前體的吸附和反應(yīng)。實(shí)際上,在任何體系中都難以避免引起少量化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的不同前體的一些直接反應(yīng)。任何聲稱執(zhí)行ALD的系統(tǒng)的目的是獲得與ALD系統(tǒng)相當(dāng)?shù)难b置特性和屬性,同時(shí)認(rèn)識(shí)到少量CVD反應(yīng)是可以容許的。在ALD應(yīng)用中,通常兩個(gè)分子前體在不同階段引入ALD反應(yīng)器中。例如,金屬前體分子MLx包括金屬元素M,金屬元素M與原子或分子配體L鍵合。例如,M可以是但不限于 Al、W、Ta、Si、Zn等。當(dāng)基底表面制備為與分子前體直接反應(yīng)時(shí),金屬前體與基底反應(yīng)。例如,基底表面通常制備為包括與金屬前體可反應(yīng)的含氫配體AH等。硫(S)、氧(0)和氮(N) 是一些典型A材料。氣體金屬前體分子與基底表面上的所有配體有效反應(yīng),導(dǎo)致金屬單原子層的沉積基底-AH+MLX—基底-AMLjri+HL(1)其中HL是反應(yīng)副產(chǎn)物。在反應(yīng)期間,初始表面配體AH被消耗,表面變?yōu)楸籐配體覆蓋,從而不能進(jìn)一步與金屬前體MLx反應(yīng)。因此,當(dāng)表面上的所有初始AH配體被AMLjri物質(zhì)置換時(shí),反應(yīng)自終止。反應(yīng)階段之后通常是惰性氣體吹掃階段,其在單獨(dú)引入第二反應(yīng)物氣體前體材料之前將多余的金屬前體從反應(yīng)室中清除。然后利用第二分子前體來恢復(fù)基底對(duì)金屬前體的表面反應(yīng)性。這通過例如移除L 配體和重新沉積AH配體來完成。在這種情況下,第二前體通常包含期望的(一般是非金屬)元素A (即0、N、S)和氫(即H20、NH3> H2S)。下一步反應(yīng)如下基底-A-ML+AHY—基底-A-M-AH+HL(2)該反應(yīng)將表面轉(zhuǎn)化回到其AH-覆蓋狀態(tài)(此處為簡(jiǎn)潔起見,化學(xué)反應(yīng)未配平)。期望的添加元素A被引入膜中,而不需要的配體L作為揮發(fā)性副產(chǎn)物除去。再一次地,反應(yīng)消耗活性位點(diǎn)(這次是L終止位點(diǎn))并且在基底上的反應(yīng)位點(diǎn)完全耗完時(shí)自終止。然后,通過在第二吹掃階段吹入惰性吹掃氣體從沉積室中除去第二分子前體??偟膩碚f,接著,基礎(chǔ)ALD過程需要依次交替地使化學(xué)品流入基底。如上討論的代表性ALD過程是具有四個(gè)不同操作階段的循環(huán)LMLx 反應(yīng);2. MLx 吹掃;3. AHy 反應(yīng);禾口4. AHy吹掃,然后回到階段1。恢復(fù)基底表面到其初始反應(yīng)狀態(tài)并伴隨中間的吹掃操作的這種交替表面反應(yīng)和前體移除的重復(fù)順序是典型的ALD沉積循環(huán)。ALD操作的關(guān)鍵特點(diǎn)是使基底恢復(fù)至其初始表面化學(xué)條件。利用這一組重復(fù)步驟,可在基底上層疊在化學(xué)動(dòng)力學(xué)、每次循環(huán)沉積、組成和厚度都相同的等計(jì)量的層的膜。ALD可以用作形成多種類型的薄膜電子器件的制造步驟,所述薄膜電子器件包括半導(dǎo)體器件和支持電子元件如電阻和電容器、絕緣體、總線及其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。ALD尤其適用
7于在電子器件元件中形成金屬氧化物薄層??衫肁LD沉積的一般類別的功能材料包括導(dǎo)體、電介質(zhì)或絕緣體、和半導(dǎo)體。導(dǎo)體可以是任何有用的導(dǎo)電材料。例如,導(dǎo)體可以包括透明材料如氧化銦錫 (ITO)、摻雜氧化鋅ZnO、31102或111203。導(dǎo)體的厚度可變化,根據(jù)特定實(shí)例其變化范圍為約 50nm 到約 1 OOOnm。有用的半導(dǎo)體材料的實(shí)例是化合物半導(dǎo)體,例如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、本征氧化鋅和硫化鋅。介電材料使圖案化電路的各個(gè)部分間電絕緣。介電層也可稱為絕緣體或絕緣層。 用作電介質(zhì)的材料的具體實(shí)例包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、鋁氧化物、硅氧化物、 鉭氧化物、鉿氧化物、鈦氧化物、硒化鋅和硫化鋅。另外,這些實(shí)例的合金、組合和多層可用作介電層。在這些材料中,優(yōu)選鋁氧化物。介電結(jié)構(gòu)層可包括具有不同介電常數(shù)的兩個(gè)或多個(gè)層。在美國(guó)專利No. 5,981,970 (Dimitrakopoulos等)和其共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 2006/0214154(Yang等)中討論了這種絕緣體并且通過引用將上述公開內(nèi)容并入本文。 介電材料通常表現(xiàn)出大于約5eV的帶隙。有用的介電層的厚度可變化,并且根據(jù)特定實(shí)例其變化范圍為約IOnm到約300nm。利用上述功能層可制造多種器件結(jié)構(gòu)??梢酝ㄟ^選擇具有中等到差的電導(dǎo)率的導(dǎo)電材料來制造電阻器。可以通過在兩個(gè)導(dǎo)體之間放置電介質(zhì)制造電容器。可以通過在兩個(gè)導(dǎo)電電極之間放置兩個(gè)補(bǔ)償載體型半導(dǎo)體來制造二極管。在補(bǔ)償載體型半導(dǎo)體之間也可以設(shè)置固有的半導(dǎo)體區(qū)域,這是指該區(qū)域的自由載流子數(shù)少。也可以通過將單個(gè)半導(dǎo)體放置于兩個(gè)導(dǎo)體之間來構(gòu)建二極管,其中一個(gè)導(dǎo)體/半導(dǎo)體界面產(chǎn)生在一個(gè)方向上強(qiáng)烈阻擋電流的肖特基勢(shì)壘(Schottky barrier)??梢酝ㄟ^在導(dǎo)體(柵極)上放置絕緣層然后放置半導(dǎo)體層來制造晶體管。如果兩個(gè)或多個(gè)另外的導(dǎo)體電極(源極和漏極)分開放置并與頂部半導(dǎo)體層接觸,則可形成晶體管。任何上述裝置都可以形成為多種構(gòu)型,只要產(chǎn)生必要的界面即可。在薄膜晶體管的典型應(yīng)用中,需要能控制電流在器件中流動(dòng)的開關(guān)。因而,希望當(dāng)開關(guān)打開時(shí)高電流可流過器件。電流流動(dòng)的程度與半導(dǎo)體載流子的遷移率有關(guān)。當(dāng)關(guān)閉器件時(shí),希望電流流動(dòng)非常小。這與載流子濃度有關(guān)。此外,通常優(yōu)選可見光對(duì)薄膜晶體管響應(yīng)的影響很小或沒有。為此,半導(dǎo)體帶隙必須足夠大(>3eV)以使得暴露于可見光不會(huì)引起帶間躍遷。能夠產(chǎn)生高遷移率、低載流子濃度和高帶隙的材料是ZnO。此外,為了在移動(dòng)網(wǎng)格上大量制造,高度期待的是工藝中使用的化學(xué)品廉價(jià)且低毒,這可以通過使用ZnO以及大部分它的前體而得到滿足。自飽和表面反應(yīng)使得ALD對(duì)于輸送不均勻性相對(duì)不敏感,由于工程公差、流動(dòng)系統(tǒng)的限制或與表面形貌有關(guān)(即沉積到三維高深寬比的結(jié)構(gòu)中)的限制使得輸送不均勻性可能進(jìn)一步損害表面均勻性。一般而言,在反應(yīng)過程中化學(xué)品的非均勻流量通常導(dǎo)致在表面區(qū)域的不同部分上存在不同的完成時(shí)間。但是,ALD允許在整個(gè)基底表面完成每個(gè)反應(yīng)。 因此,完成動(dòng)力學(xué)的差異對(duì)均勻性沒有負(fù)面影響。這是因?yàn)槭紫韧瓿煞磻?yīng)的區(qū)域自終止反應(yīng);而其它區(qū)域能夠繼續(xù)反應(yīng)直到全部處理表面完成預(yù)期的反應(yīng)。通常,ALD過程在一個(gè)ALD循環(huán)(具有以上所列編號(hào)的步驟1到4的一個(gè)循環(huán))中沉積約0. 1 0. 2nm的膜。必須實(shí)現(xiàn)適用和經(jīng)濟(jì)可行的循環(huán)時(shí)間,以為很多或大多數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)用提供約3nm到30nm的均勻膜厚,甚至對(duì)其它應(yīng)用提供更厚的均勻膜厚。根據(jù)工業(yè)產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn),基底優(yōu)選在2分鐘到3分鐘內(nèi)進(jìn)行處理,這意味著ALD循環(huán)時(shí)間必須為約0. 6秒到約6秒。ALD為提供受控水平的高均勻薄膜沉積提供相當(dāng)大的希望。然而,盡管其具有內(nèi)在的技術(shù)能力和優(yōu)勢(shì),但是仍然存在許多技術(shù)障礙。一個(gè)重要因素涉及所需的循環(huán)數(shù)目。因?yàn)槠渲貜?fù)的反應(yīng)物和吹掃循環(huán),因此ALD的有效使用需要能夠突然將流入的化學(xué)品從MLx 變?yōu)锳Hy并且迅速實(shí)施吹掃循環(huán)的設(shè)備。常規(guī)ALD系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在基底上以需要的順序快速循環(huán)不同的氣體材料。但是,難以獲得將所需系列氣體配方以所需速度引入反應(yīng)室中并且沒有不需要的混合的可靠方案。此外,ALD設(shè)備必須能夠?qū)⒃摽焖傩蛄杏行Ш涂煽康貓?zhí)行多次循環(huán),以允許低成本地涂覆大量基底。為了最小化在任何給定的反應(yīng)溫度下ALD反應(yīng)達(dá)到自終止所需的時(shí)間,一種方法是利用所謂的“脈沖”系統(tǒng)使流入ALD反應(yīng)器的化學(xué)品流量最大化。為了使流入ALD反應(yīng)器的化學(xué)品流量最大化,有利的是在惰性氣體稀釋最小化和高壓下,向ALD反應(yīng)器中引入分子前體。但是,這些措施與獲得短循環(huán)時(shí)間和從ALD反應(yīng)器中快速移除這些分子前體的需要相違背??焖僖瞥催^來要求ALD反應(yīng)器中的氣體停留時(shí)間最小化。氣體停留時(shí)間τ 與ALD反應(yīng)器中的反應(yīng)器體積V和壓力P成正比,與流量Q成反比,即τ = VP/Q(3)在典型ALD室中,體積(V)和壓力(P)由機(jī)械和泵抽限制所獨(dú)立限定,導(dǎo)致難以將停留時(shí)間精確控制到低值。因此,降低ALD室中的壓力(P)有利于降低氣體停留時(shí)間和提高化學(xué)前體從ALD反應(yīng)器的移除(吹掃)速度。相反,最小化ALD反應(yīng)時(shí)間需要通過在ALD 反應(yīng)器中使用高壓來最大化進(jìn)入ALD反應(yīng)器的化學(xué)前體流量。另外,氣體停留時(shí)間和化學(xué)品利用效率都與流量成反比。因此,降低流量可以提高效率,同時(shí)也提高氣體停留時(shí)間?,F(xiàn)有的ALD方法已經(jīng)在縮短反應(yīng)時(shí)間以及改善化學(xué)品利用效率的需求與另一方面最小化吹掃氣體停留和化學(xué)品移除時(shí)間的需求之間取得妥協(xié)和折衷。一種克服氣體材料的“脈沖”輸送的內(nèi)在限制的方法是連續(xù)提供每種反應(yīng)物氣體并且移動(dòng)基底連續(xù)經(jīng)過每種氣體。例如,美國(guó)專利No. 6,821,563 (Yudovsky)描述了一種真空處理室,其具有分別用于前體和吹掃氣體的不同氣體端口,在每個(gè)氣體端口之間交替連接真空泵端口。每個(gè)氣體端口使其氣流垂直向下指向基底。分離的氣流通過壁或隔板分離,并且在每種氣流的兩側(cè)用真空泵排出氣體。每個(gè)分區(qū)的下部延伸接近基底,如距離基底表面約0.5mm以上。以這種方式,分區(qū)的下部與基底表面間隔一定距離,所述距離足以允許氣流在與基底表面反應(yīng)之后圍繞下部流向真空端口。提供旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)盤或其它輸送裝置用來容納一個(gè)或多個(gè)基底晶片。用這種裝置,基底在不同氣流下方穿梭往返,由此進(jìn)行ALD沉積。在一個(gè)實(shí)施方案中,基底以線性路徑移動(dòng)穿過反應(yīng)室,其中基底來回通過許多次。美國(guó)專利No. 4,413,022 (Simtola等)示出了另一種使用連續(xù)氣流的方法。氣流陣列具有交替的源氣口、載氣口和真空排放口?;自陉嚵猩系耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)反復(fù)進(jìn)行ALD沉積而不需要脈沖操作。特別是在圖13和14的實(shí)施方案中,通過基底在源口的固定陣列上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使基底表面與反應(yīng)氣之間連續(xù)相互作用。通過在排放口之間設(shè)置載氣口來形成擴(kuò)散屏障。盡管很少或沒有提供工藝的細(xì)節(jié)或?qū)嵗?,但Simtola等的'022聲稱利用該實(shí)施方案的操作即使在大氣壓力下也可行。盡管如'563 (Yudovsky)和'022 (Suntola等)等公開內(nèi)容所述的系統(tǒng)可避免脈沖氣體方法固有的一些困難,但是這些系統(tǒng)具有其它缺點(diǎn)?!?63 (Yudovsky)公開內(nèi)容中的氣流遞送單元和'022(SimtOla等)公開內(nèi)容中的氣流陣列都不能在接近基底小于約0.5mm時(shí)使用?!?63 (Yudovsky)和'022 (Suntola等)專利中公開的氣流遞送設(shè)備都不可能布置為與移動(dòng)網(wǎng)格表面一起使用,例如不能用作柔性基底來形成電子線路、光傳感器或顯示器。均提供氣流和真空的'563(YudOVsky)公開內(nèi)容中的氣流遞送單元和'022(SimtOla等)公開內(nèi)容中的氣流陣列二者的復(fù)雜配置使得這些解決方案難以實(shí)現(xiàn)并且規(guī)模成本昂貴,因此限制了它們?cè)谑芟蕹叽绲囊苿?dòng)基底上的沉積應(yīng)用的潛在使用性。 此外,很難在陣列中不同點(diǎn)處保持均勻的真空度和在補(bǔ)充壓力時(shí)同步保持氣流和真空度, 因而危及提供到基底表面的氣體流量的均勻性。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005/0084610 (Selitser)公開了一種大氣壓原子層化學(xué)氣相沉積工藝。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005/0084610聲稱通過將操作壓力改為大氣壓力獲得了反應(yīng)速率的顯著提高,這涉及反應(yīng)物濃度以數(shù)量級(jí)地提高,以及隨之提高表面反應(yīng)物速率。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005/0084610的實(shí)施方案涉及用于工藝中每個(gè)階段的單獨(dú)反應(yīng)室,不過美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005/0084610中的附圖10示出了移除了反應(yīng)室壁的實(shí)施方案。一系列單獨(dú)的注射器圍繞旋轉(zhuǎn)圓形基底支撐軌道放置。每個(gè)注射器獨(dú)立地引入操作反應(yīng)物、吹掃氣體和排放氣體歧管,并且在每個(gè)基底經(jīng)過注射器下方時(shí),對(duì)其進(jìn)行控制和進(jìn)行一次完整的單層沉積和反應(yīng)吹掃循環(huán)。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2005/0084610中幾乎沒有描述氣體注射器或歧管的具體細(xì)節(jié),但是他們聲稱注射器的間隔選擇為使得通過并入每個(gè)注射器中的吹掃氣體流和排放歧管來防止相鄰注射器的交叉污染。綜上所述,可見存在發(fā)展用于可提供改進(jìn)特性以允許更精確控制薄膜材料層的密度、厚度、組成并因此其阻擋和光學(xué)特性的包括ALD沉積方法和設(shè)備的薄膜材料沉積的工藝和方法。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)單來說,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,一種制備光學(xué)膜或光學(xué)陣列的方法包括a) 沿著伸長(zhǎng)的基本平行的通道同時(shí)導(dǎo)入一系列氣流以在基底上形成第一薄膜;其中所述一系列氣流依次包括至少第一反應(yīng)性氣體材料、惰性吹掃氣體和第二反應(yīng)性氣體材料;其中第一反應(yīng)性氣體材料能夠與經(jīng)第二反應(yīng)性氣體材料處理過的基底表面反應(yīng)以形成第一薄膜; b)重復(fù)步驟a)多次,以產(chǎn)生第一厚度的具有第一光學(xué)特性的第一膜層;其中該方法在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施;c)重復(fù)步驟a)和b)以產(chǎn)生第二膜層;其中該方法基本上在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施。本發(fā)明還涉及以下方面1. 一種制備光學(xué)膜或光學(xué)陣列的方法,包括a)沿伸長(zhǎng)的基本平行的通道同時(shí)導(dǎo)入一系列氣流以在基底上形成第一薄膜;其中所述一系列氣流依次包括至少第一反應(yīng)性氣體材料、惰性吹掃氣體和第二反應(yīng)性氣體材料;
10
其中所述第一反應(yīng)性氣體材料能夠與經(jīng)所述第二反應(yīng)性氣體材料處理過的基底表面反應(yīng)以形成所述第一薄膜;b)重復(fù)步驟a)多次,以產(chǎn)生具有第一光學(xué)特性的第一厚度的第一膜層;其中所述方法在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施;c)重復(fù)步驟a)和b),以產(chǎn)生第二膜層;并且其中所述方法基本上在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施。2.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中在沉積過程中所述基底的溫度低于250°C。3.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第二膜層具有第二厚度。4.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中使用第三反應(yīng)性氣體和第四反應(yīng)性氣體形成所述第二膜層。5.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第二膜層具有第二光學(xué)特性。6.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第一膜層和所述第二膜層包封所述基底。7.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述基底包括OLED器件。8.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述基底包括光伏器件。9.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述基底包括傳感器或傳感器陣列。10.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第一反應(yīng)性氣體包括氣體混合物。11.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第一膜層是干涉濾光器。12.根據(jù)項(xiàng)目1所述的方法,其中所述第一膜層選擇性地反射環(huán)境紫外光。13. 一種制備光學(xué)膜或光學(xué)陣列的方法,包括a)沿伸長(zhǎng)的基本平行的通道同時(shí)導(dǎo)入一系列氣流以在基底上形成第一薄膜;其中所述一系列氣流依次包括至少第一反應(yīng)性氣體混合物、惰性吹掃氣體和第二反應(yīng)性氣體混合物;其中所述第一反應(yīng)性氣體混合物能夠與經(jīng)所述第二反應(yīng)性氣體混合物處理過的基底表面反應(yīng)以形成第一薄膜;b)使用第三反應(yīng)性氣體混合物重復(fù)步驟a);和c)重復(fù)步驟a)和b)多次,以產(chǎn)生具有第一光學(xué)特性的第一厚度的第一膜層;其中所述方法在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施。14.根據(jù)項(xiàng)目13所述的方法,包括d)重復(fù)步驟a)、b)和C),以產(chǎn)生第二膜層。15.根據(jù)項(xiàng)目14所述的方法,其中在步驟d)之前,用第四反應(yīng)性氣體混合物替代所述第三反應(yīng)性氣體混合物。16.根據(jù)項(xiàng)目15所述的方法,其中在步驟d)之前,用第五反應(yīng)性氣體混合物替代所述第二反應(yīng)性氣體混合物。17.根據(jù)項(xiàng)目13所述的方法,其中所述第一氣體混合物由第一濃度的第一材料組成,所述第三氣體混合物由第二濃度的所述第一材料組成。18.根據(jù)項(xiàng)目13所述的方法,其中所述第一膜層是梯度層。19.根據(jù)項(xiàng)目18所述的方法,其中所述第一膜層是Rugate濾光器。20.根據(jù)項(xiàng)目13所述的方法,其中所述第一氣體混合物或所述第二氣體混合物選自包括介電氧化物的組。
本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)在以下給出的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中會(huì)更清楚。


盡管說明書總結(jié)了特別指明和直接要求保護(hù)本發(fā)明主題的權(quán)利要求,但是相信以下結(jié)合附圖的說明會(huì)使本發(fā)明更易理解,其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于原子層沉積的遞送裝置的一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D;圖2是遞送裝置的一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D,示出提供給進(jìn)行薄膜沉積的基底的氣體材料的一個(gè)示例性設(shè)置;圖3A和3B是遞送裝置的一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D,示意性示出伴隨的沉積操作;圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的沉積系統(tǒng)中的遞送裝置的透視分解圖,包括任選的擴(kuò)散單元;圖5A是圖4的遞送裝置的連接板的透視圖;圖5B是用于圖4的遞送裝置的氣室板的平面圖;圖5C是用于圖4的遞送裝置的氣體方向板的平面圖;圖5D是用于圖4的遞送裝置的底板的平面圖;圖6是示出在一個(gè)實(shí)施方案中的遞送裝置的底板的透視圖;圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的氣體擴(kuò)散單元的分解圖;圖8A是圖7的氣體擴(kuò)散單元的噴嘴板的平面圖;圖8B是圖7的氣體擴(kuò)散單元的氣體擴(kuò)散板的平面圖;圖8C是圖7的氣體擴(kuò)散單元的面板的平面圖;圖8D是圖7的氣體擴(kuò)散單元內(nèi)的氣體混合的透視圖;圖8E是利用圖7的氣體擴(kuò)散單元的氣體排放路徑的透視圖;圖9A是利用垂直堆疊板的實(shí)施方案中的遞送裝置的一部分的透視圖;圖9B是圖9A中所示的遞送裝置的組件的分解圖;圖9C是顯示用堆疊板形成的遞送組合件的平面圖;圖IOA和IOB分別是用于圖9A的垂直板實(shí)施方案中的隔板的平面圖和透視圖;圖IlA和IlB分別是用于圖9A的垂直板實(shí)施方案中的吹掃板的平面圖和透視圖;圖12A和12B分別是用于圖9A的垂直板實(shí)施方案中的排放板的平面圖和透視圖;圖13A和13B分別是用于圖9A的垂直板實(shí)施方案中的反應(yīng)物板的平面圖和透視圖;圖13C是在另一個(gè)方向上的反應(yīng)物板的平面圖;圖14是沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)面圖,包括浮動(dòng)遞送裝置并且示出相關(guān)距離尺寸和力的方向;圖15是示出與基底輸送系統(tǒng)一起使用的分布頭的透視圖;圖16是示出利用本發(fā)明的遞送裝置的沉積系統(tǒng)的透視圖;圖17是示出應(yīng)用于移動(dòng)網(wǎng)格的沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖;圖18是示出應(yīng)用于移動(dòng)網(wǎng)格的沉積系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的透視圖;圖19是具有彎曲輸出面的遞送裝置的一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D20是利用氣墊使遞送裝置與基底分離的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖;圖21是示出包括與移動(dòng)基底一起使用的“空氣”軸承實(shí)施方案的沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖;和圖22k和22B示出利用沉積操作生產(chǎn)的濾光器及其吸收。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體涉及形成根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的部件的元件或更直接與該設(shè)備協(xié)同工作的元件。應(yīng)理解沒有具體示出或描述的元件可以采取本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的各種形式。在以下說明書中,術(shù)語“氣體”或“氣體材料”以其廣義使用,包括任何范圍的氣化的或氣態(tài)的元素、化合物或材料。文中所用的其它術(shù)語例如反應(yīng)物、前體、真空和惰性氣體都具有如材料沉積領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的常規(guī)含義。提供的圖不是按比例繪制的,只是旨在示出本發(fā)明的一些實(shí)施方案的整體功能和結(jié)構(gòu)配置。在以下說明書中,疊合具有其常規(guī)含義,即元件置于另一元件上部或者彼此相對(duì), 使得一個(gè)元件的部分與另一元件的相應(yīng)部分對(duì)準(zhǔn)并且它們的周邊通常重合。當(dāng)涉及氣流方向時(shí),術(shù)語“上游”和“下游”具有其常規(guī)含義。本發(fā)明的設(shè)備與傳統(tǒng)ALD方法顯著不同,采用改進(jìn)的分配裝置用于為基底表面遞送氣體材料,適用于在基于網(wǎng)格的較大基底上沉積并且能夠以提高的生產(chǎn)速度獲得高度均勻的薄膜沉積。本發(fā)明的設(shè)備和方法采用連續(xù)的(與脈沖相反)氣體材料分布。本發(fā)明的設(shè)備允許在大氣壓力或接近大氣壓力下以及在真空下的操作,并且能夠在未密閉或暴露于空氣的環(huán)境中操作。參考圖1,示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在基底20上進(jìn)行原子層沉積的遞送頭10的一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。遞送頭10具有用于接收第一氣體材料的與導(dǎo)管14相連的氣體進(jìn)口、用于接收第二氣體材料的與導(dǎo)管16相連的氣體進(jìn)口、和用于接收第三氣體材料的與導(dǎo)管18相連的氣體進(jìn)口。這些氣體均經(jīng)由輸出通道12在輸出面36處發(fā)射,并具有下述的結(jié)構(gòu)配置。圖1中和隨后的圖2 ;3B中的短劃線箭頭是指氣體從遞送頭10遞送到基底 20。在圖1中,點(diǎn)線箭頭X也是指氣體排放路徑(在圖中顯示指向上方)和排放通道22, 并與連接導(dǎo)管M的排放口連通。為描述簡(jiǎn)單起見,圖2 ;3B中沒有示出氣體排放。因?yàn)榕欧诺臍怏w仍可包含一定量的未反應(yīng)前體,因此可能不希望主要包含一種反應(yīng)性材料的排放流與主要包含另一種材料的排放流混合。因此,認(rèn)識(shí)到遞送頭10可包括幾個(gè)獨(dú)立的排放在一個(gè)實(shí)施方案中,氣體進(jìn)口導(dǎo)管14和16適用于接收依次在基底表面上反應(yīng)以進(jìn)行ALD沉積的第一和第二氣體,并且氣體進(jìn)口導(dǎo)管18接收對(duì)第一和第二氣體呈惰性的吹掃氣體。遞送頭10與基底20的距離為D,其可設(shè)置在基底支撐物上,下面將更加詳細(xì)地描述。可通過基底20的移動(dòng)、或者通過遞送頭10的移動(dòng)、或者通過基底20和遞送頭10 二者的移動(dòng),在基底20和遞送頭10之間提供往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在圖1所示的特定實(shí)施方案中,基底20 通過基底支撐物96以往復(fù)方式移動(dòng)經(jīng)過輸出面36,如圖1中箭頭A和基底20的左右陰影框所示。應(yīng)注意,使用遞送頭10的薄膜沉積并不總是需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)。也可以提供基底20 和遞送頭10之間的其它類型的相對(duì)運(yùn)動(dòng),例如基底20或遞送頭10在一個(gè)或多個(gè)方向上移動(dòng),如下文中所詳細(xì)描述的。
圖2的截面圖示出在遞送頭10的輸出面36的一部分上發(fā)射的氣流(如上所述省略了排放通路)。在該特定配置中,每個(gè)輸出通道12與圖1所示的氣體進(jìn)口導(dǎo)管14、16或 18中的一個(gè)氣流連通。每個(gè)輸出通道12通常遞送第一反應(yīng)物氣體材料0或第二反應(yīng)物氣體材料M或第三惰性氣體材料I。圖2示出相對(duì)基本或簡(jiǎn)單的氣體配置。設(shè)想多個(gè)非金屬沉積前體(如材料0)流或多個(gè)含金屬前體材料(如材料M)流可以在薄膜單沉積中依次在多個(gè)端口遞送。作為替代方案,當(dāng)制造復(fù)合薄膜材料例如具有交替的金屬層或具有摻雜在金屬氧化物材料中的較少量摻雜物時(shí),可以在單一輸出通道處應(yīng)用反應(yīng)物氣體的混合物,例如金屬前體材料的混合物或者金屬和非金屬前體的混合物。明顯地,用I標(biāo)記的惰性氣體也稱為吹掃氣體的內(nèi)部流分隔開其中氣體有可能相互反應(yīng)任何反應(yīng)物通道。第一和第二反應(yīng)物氣體材料0和M 相互反應(yīng)以進(jìn)行ALD沉積,但是反應(yīng)物氣體材料0或M都不與惰性氣體材料I反應(yīng)。圖2及以下圖中所用的命名法表明一些常見類型的反應(yīng)物氣體。例如,第一反應(yīng)物氣體材料0可以是氧化性氣體材料;第二反應(yīng)物氣體材料M可以是含金屬化合物,如含鋅的材料。惰性氣體材料I可以是氮?dú)?、氬氣、氦氣或其它常用作ALD系統(tǒng)的吹掃氣體的氣體。惰性氣體材料 I相對(duì)于第一和第二反應(yīng)物氣體材料O和M呈惰性。第一和第二反應(yīng)物氣體材料之間的反應(yīng)會(huì)形成金屬氧化物或其它二元化合物,如氧化鋅ZnO或aiS,在一個(gè)實(shí)施方案中用于半導(dǎo)體。超過兩種反應(yīng)物氣體材料之間的反應(yīng)形成三元化合物,例如ZnAW。圖3A和;3B的截面圖以簡(jiǎn)單示意的方式示出ALD涂覆操作,其實(shí)施為在遞送反應(yīng)物氣體材料0和M時(shí),基底20沿著遞送頭10的輸出面36移動(dòng)。在圖3A中,基底20的表面首先接收從指定為遞送第一反應(yīng)物氣體材料0的輸出通道12連續(xù)發(fā)射出的氧化性材料。 此時(shí),基底的表面包含容易與材料M反應(yīng)的材料0的部分已反應(yīng)形式。然后,當(dāng)基底20移動(dòng)進(jìn)入第二反應(yīng)物氣體材料M的金屬化合物的路徑時(shí),發(fā)生與M的反應(yīng),形成金屬氧化物或其它可以由兩種反應(yīng)物氣體材料形成的某些薄膜材料。與常規(guī)方法不同,圖3A和;3B所示的沉積順序在對(duì)給定基底或其特定區(qū)域的沉積過程中是連續(xù)的而不是脈沖式的。即,當(dāng)基底20移動(dòng)經(jīng)過遞送頭10的表面時(shí),或反過來當(dāng)遞送頭10沿基底20移動(dòng)時(shí),連續(xù)發(fā)射材料 0 禾口 M。如圖3A和;3B所示,在另一輸出通道12中,在第一和第二反應(yīng)物氣體材料0和M之間提供惰性氣體材料I。特別地,如圖1中所示,存在排放通道22,但是優(yōu)選在輸出通道12 之間不配置真空通道。只需要提供小量吸力的排放通道22用于排放遞送頭10所發(fā)射的用完的氣體并且用于處理過程中。在一個(gè)實(shí)施方案中,如共同轉(zhuǎn)讓且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/620,744(其全文通過引用并入本文)中更詳細(xì)描述的,對(duì)基底20提供氣體壓力,使得通過所施加的壓力至少部分地保持間隔距離D。通過保持在輸出面36和基底20的表面之間的一定量的氣體壓力,本發(fā)明的設(shè)備可以為遞送頭10本身或者作為替代方案為基底20提供至少一部分空氣軸承,或者更確切的說是氣態(tài)流體軸承。該配置有助于簡(jiǎn)化對(duì)于遞送頭10的遞送需求,如下所述。允許遞送裝置靠近基底以使其由氣體壓力支撐的效果有助于提供氣流之間的隔離。通過允許遞送頭漂浮在這些流上,從而在反應(yīng)流和吹掃流區(qū)域中設(shè)立壓力區(qū)域,其導(dǎo)致氣體從進(jìn)口引導(dǎo)到排放口而很少或不與其它氣流混合。在一個(gè)這樣的實(shí)施方案中,由于間隔距離D相對(duì)小,因此甚至是距離D的很小改變(例如甚至是100微米)也需要在流量和其后提供間隔距離D的氣體壓力方面的顯著變化。例如,在一個(gè)實(shí)施方案中,間隔距離 D加倍,涉及小于Imm的改變,將有必要使提供間隔距離D的氣體流量增加超過一倍,優(yōu)選增加超過三倍。本發(fā)明不需要浮頭系統(tǒng),但是遞送裝置和基底可以如常規(guī)系統(tǒng)中那樣具有固定距離D。例如,遞送裝置和基底可以是彼此以一定的間隔距離機(jī)械固定的,其中遞送頭并不是隨流量變化而相對(duì)于基底垂直移動(dòng),而且其中基底在垂直固定的基底支撐物上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,遞送裝置具有用于為在基底上沉積的薄膜材料提供氣體材料的輸出面,包括(a)多個(gè)進(jìn)口,包括能夠分別接收第一、第二和第三氣體材料的共同供應(yīng)的至少第
一、第二和第三進(jìn)口 ;(b)第一多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道、第二多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道,第一、第二和第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的每一個(gè)能夠與對(duì)應(yīng)的第一、第二和第三進(jìn)口之一氣態(tài)流體連通;其中第一、第二和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的每一個(gè)沿長(zhǎng)度方向并且基本平行地延伸;其中每個(gè)第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道沿其每個(gè)伸長(zhǎng)側(cè)通過第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道與最接近的第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道分隔;其中每個(gè)第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道和每個(gè)第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道位于第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道之間;其中多個(gè)第一、第二和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的至少一個(gè)中的每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道能夠分別將第一、第二和第三氣體材料流中的至少一個(gè)流引導(dǎo)為與遞送裝置的輸出面基本正交,直接或間接地來自多個(gè)第一、第二和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的至少一個(gè)中的每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的氣體材料流能夠設(shè)置為與基底的表面基本正交;并且其中遞送裝置形成為多個(gè)孔板,其設(shè)置為與輸出面基本平行,并且將其疊合以限定互連供應(yīng)室的網(wǎng)絡(luò)并且將用于發(fā)送第一、第二和第三氣體材料中的每一種的通道從其對(duì)應(yīng)的進(jìn)口引導(dǎo)至其對(duì)應(yīng)的多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道。圖4的分解圖示出,對(duì)于在一個(gè)這樣的實(shí)施方案中的整體組合件的小部分而言, 遞送頭10可以如何由一組孔板構(gòu)建,并且示出一種氣體的僅一部分的示例性氣流路徑。遞送頭10的連接板100具有用于連接在遞送頭10上游的氣體供應(yīng)(未在圖4中示出)的一系列輸入端口 104。每個(gè)輸入端口 104與將所接收的氣體向下游引導(dǎo)至氣室板110的引導(dǎo)室102連通。氣室板110具有供應(yīng)室112,所述供應(yīng)室112與氣體方向板120上的單個(gè)引導(dǎo)通道122氣流連通。氣體流從引導(dǎo)通道122前進(jìn)到在底板130上的特定伸長(zhǎng)排放通道134。 任選的氣體擴(kuò)散器單元140在其輸出面36處提供輸入氣體的擴(kuò)散和最終遞送。示例性氣流Fl通過遞送頭10的每個(gè)構(gòu)成組合件進(jìn)行追蹤。圖4中所示的x-y-z軸定向也適用于本發(fā)明中的圖5A和7。如在圖4中的實(shí)例所示,遞送頭10的遞送裝置150形成為疊合孔板配置連接板 110、氣室板110、氣體方向板120和底板130。在這個(gè)“水平的”實(shí)施方案中,這些板設(shè)置為基本上與輸出面36平行。氣體擴(kuò)散器單元140也可由疊合孔板形成,如下所述??梢岳斫獾氖牵瑘D4中所示的任意板本身可以由一組疊合板形成。例如,可以有利地由適于結(jié)合在一起的四個(gè)或五個(gè)堆疊的孔板形成連接板100。這種類型的配置可以比用于形成引導(dǎo)室102 和輸入端口 104的機(jī)械加工或成型方法的復(fù)雜性更小。盡管氣體擴(kuò)散器單元140可以用于使經(jīng)輸出通道向基底提供氣體材料的流量相等,但是輸出通道可以用于在沒有擴(kuò)散器的情況下提供氣體材料,如美國(guó)專利 No. 4,413,022 (Suntola等)中所述,其通過引用并入本文。通過提供非擴(kuò)散流體,可能獲得更高的產(chǎn)量,但有可能付出沉積均勻性下降的代價(jià)。另一方面,擴(kuò)散系統(tǒng)尤其有利于上述浮頭系統(tǒng),這是因?yàn)槠淇稍谶f送裝置內(nèi)提供背壓而有利于遞送頭的浮動(dòng)。圖5A至5D示出在圖4的實(shí)施方案中組合在一起形成遞送頭10的每一個(gè)主要部件。圖5A是連接板100的透視圖,示出多個(gè)引導(dǎo)室102。圖5B是氣室板110的平面圖。在一個(gè)實(shí)施方案中,供應(yīng)室113用于遞送頭10的吹掃或惰性氣體(涉及在穩(wěn)態(tài)操作過程中相同分子材料之間的分子基礎(chǔ)上的混合)。在一個(gè)實(shí)施方案中,供應(yīng)室115提供前體氣體(0) 的混合;排放室116為該反應(yīng)性氣體提供排放通路。類似地,供應(yīng)室112提供其它所需的反應(yīng)性氣體,即第二反應(yīng)物氣體材料(M);排放室114為該氣體提供排放通路。圖5C是在該實(shí)施方案中用于遞送頭10的氣體方向板120的平面圖。提供第二反應(yīng)物氣體材料(M)的多個(gè)引導(dǎo)通道122排列為將合適的供應(yīng)室112(圖中未示出)與底板 130連接的圖案。對(duì)應(yīng)的排放引導(dǎo)通道123位于引導(dǎo)通道122附近。引導(dǎo)通道90提供第一反應(yīng)物氣體材料(0)。引導(dǎo)通道92提供吹掃氣體(I)。此外,必須強(qiáng)調(diào)的是,圖4和5A-5D 示出了一個(gè)示例性實(shí)施方案;多種其它的實(shí)施方案也是可能的。圖5D是用于遞送頭10的底板130的平面圖。底板130具有與伸長(zhǎng)排放通道134 交錯(cuò)的多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道132。圖6是示出由水平板形成的底板130和示出輸入端口 104的透視圖。圖6的透視圖示出從輸出側(cè)觀察以及具有伸長(zhǎng)發(fā)射通道132和伸長(zhǎng)排放通道134的底板130的外表面。參考圖4,圖6的視圖是從面向基底的方向一側(cè)得到的。如圖4的實(shí)施方案和下述其它實(shí)施方案中所使用的,圖7的分解圖示出用于形成任選的氣體擴(kuò)散器單元140的一個(gè)實(shí)施方案的基本配置。其包括在圖8A的平面圖中所示的噴嘴板142。如圖6、7和8A中所示,噴嘴板142緊貼底板130安裝,并且從伸長(zhǎng)發(fā)射通道132得到其氣流。在所示的實(shí)施方案中,噴嘴孔形式的第一擴(kuò)散器輸出通道143提供了所需的氣體材料。如下所述,在排放通道中設(shè)置有槽180。圖8B中所示的與噴嘴板142和面板148協(xié)同擴(kuò)散的氣體擴(kuò)散板146緊貼噴嘴板 142安裝。優(yōu)化在噴嘴板142、氣體擴(kuò)散板146和面板148上的各種通路的配置以提供氣流擴(kuò)散所需的量,同時(shí)有效引導(dǎo)排放氣體離開基底20的表面區(qū)域。槽182提供排放端口。在所示實(shí)施方案中,形成第二擴(kuò)散器輸出通道147的氣體供應(yīng)槽與排放槽182在氣體擴(kuò)散板 146中交替排列。然后,如圖8C中所示的面板148面向基底20。提供氣體和排放槽184的第三擴(kuò)散器輸出通道149再次替代該實(shí)施方案。圖8D涉及經(jīng)過氣體擴(kuò)散器單元140的氣體遞送路徑;然后圖8E示出相應(yīng)方式的排放路徑。參考圖8D,示出代表性的一組氣體端口,在一個(gè)實(shí)施方案中用于輸出流F2的反應(yīng)物氣體的全面擴(kuò)散的整體設(shè)置。來自底板130(圖4)的氣體設(shè)置為經(jīng)過噴嘴板142上的第一擴(kuò)散器輸出通路143。氣體向下游到達(dá)氣體擴(kuò)散器板146上的第二擴(kuò)散器輸出通路147。如圖8D中所示,在一個(gè)實(shí)施方案中,擴(kuò)散器輸出通路143和147之間可以有垂直偏移 (即,利用圖7中所示的水平板設(shè)置,正好垂直于水平板的平面),有助于產(chǎn)生背壓,并因此有助于更均勻的流動(dòng)。然后,氣體進(jìn)一步向下游到達(dá)面板148上的第三擴(kuò)散器輸出通路149 以提供輸出通道12。不同的擴(kuò)散器通路143、147和149不但可以空間偏移,還可以具有不同的幾何形狀以在流經(jīng)遞送裝置時(shí)有助于氣體材料的分子間混合和均勻擴(kuò)散。當(dāng)不存在任選的擴(kuò)散器單元時(shí),底板中的伸長(zhǎng)發(fā)射通道132可用作遞送頭10的輸出通道12而不是第三擴(kuò)散器輸出通路149。圖8E象征性地追蹤在類似實(shí)施方案中為了泄放或排放氣體所提供的排放通道, 其中下游方向與供應(yīng)氣體的方向相反。流F3指示分別經(jīng)過排放槽184、182和180泄放氣體的通路。與用于氣體供應(yīng)的流F2的更迂回的混合路徑不同的是,圖8E中所示的泄放設(shè)置旨在使耗盡氣體從表面快速移動(dòng)。因此,流F3相對(duì)直接地從基底表面泄除氣體。再參考圖4,如連接板100、氣室板110、氣體方向板120和底板130所示的組件組合可以成組地提供遞送組合件150。遞送組合件150也可以有替代實(shí)施方案,包括垂直形成的而不是水平形成的孔板,利用圖4的坐標(biāo)設(shè)置。遞送裝置的另一實(shí)施方案具有用于提供在基底上沉積薄膜材料的氣體材料的輸出面,包括遞送裝置,具有用于提供在基底上沉積薄膜材料的氣體材料的輸出面,所述遞送裝置包括(a)多個(gè)進(jìn)口,包括能夠分別接收第一、第二和第三氣體材料的共同供應(yīng)的至少第
一、第二和第三進(jìn)口 ;和(b)第一多個(gè)第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道、第二多個(gè)第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道和第三多個(gè)第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道,第一、第二和第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的每一個(gè)能夠與對(duì)應(yīng)的第一、第二和第三進(jìn)口之一氣態(tài)流體連通;其中第一、第二和第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的每一個(gè)沿長(zhǎng)度方向并且基本平行地延伸;其中每個(gè)第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道在其每個(gè)伸長(zhǎng)側(cè)上通過第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道與最接近的第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道分隔;其中每個(gè)第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道和每個(gè)第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道位于第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道之間;其中多個(gè)第一、第二和第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道的至少一個(gè)中的每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道能夠分別將第一、第二和第三氣體材料流中的至少一個(gè)流引導(dǎo)為與遞送裝置的輸出面基本正交,直接或間接地來自多個(gè)第一、第二和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的至少一個(gè)中的每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的氣體材料流能夠設(shè)置為與基底的表面基本正交;其中遞送裝置的至少一部分形成為多個(gè)孔板,將其疊合以限定互連供應(yīng)室的網(wǎng)絡(luò)并且將用于發(fā)送第一、第二和第三氣體材料中的每一種的通道從其對(duì)應(yīng)的進(jìn)口導(dǎo)向其對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)發(fā)射通道,并且其中孔板設(shè)置為相對(duì)于輸出面基本垂直;并且,其中對(duì)于第一、第二和第三多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的每一個(gè),每個(gè)單獨(dú)的伸長(zhǎng)發(fā)射通道包括(i)兩個(gè)分隔板,其沿著單個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的長(zhǎng)度限定側(cè)壁,在中央板的兩側(cè)各有一個(gè)分隔板;(ii)中央板,其限定單個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道的寬度,該中央板夾在兩個(gè)分隔板
17中間;其中兩個(gè)分隔板和中央板的孔對(duì)準(zhǔn),提供與第一、第二和第三氣體材料之一的供應(yīng)的流體連通,并且僅允許第一、第二和第三氣體材料之一的通路進(jìn)入單個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道。參考圖9A,示出這樣的一個(gè)替代實(shí)施方案,從下視圖觀察(即從氣體發(fā)射側(cè)觀察),可用于遞送組合件150的替代配置利用了垂直于輸出面36放置的疊合孔板。為解釋方便起見,圖9A的“垂直”實(shí)施方案中所示的遞送組合件150的部分具有兩個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道152和兩個(gè)伸長(zhǎng)排放通道154。圖9A至13C的垂直板配置可易于擴(kuò)展以提供多個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射和伸長(zhǎng)排放通道。如圖9A和9B中所示,孔板垂直于輸出面36的平面設(shè)置,每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射通道152通過具有由分隔板限定的側(cè)壁而形成,以下詳細(xì)示出,在它們之間的中央具有反應(yīng)物板。然后,孔的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)提供與氣體材料供應(yīng)的流體連通。圖9B的分解圖示出用于形成圖9A中所示的小部分遞送組合件150的孔板的配置。圖9C是示出具有用于發(fā)射氣體的五個(gè)伸長(zhǎng)通道并且利用孔板形成的遞送組合件150 的平面圖。然后,圖IOA至13B以平面圖和透視圖的形式示出各種孔板。為簡(jiǎn)單起見,對(duì)每種類型的孔板進(jìn)行字母標(biāo)記分隔板S、吹掃板P、反應(yīng)物板R和排放板E。圖9B中從左到右是分隔板160 (S),也示于圖IOA和IOB中,其在板間交替,用于引導(dǎo)氣體朝向或遠(yuǎn)離基底。吹掃板162(P)示于圖IlA和IlB中。排放板164(E)示于圖12A 和12B中。反應(yīng)物板166 (R)示于圖13A和13B中。圖13C示出通過水平翻動(dòng)圖12A的反應(yīng)物板166所獲得的反應(yīng)物板166’ ;根據(jù)需要,該交替方向也可用于排放板164。當(dāng)疊置孔板時(shí),每個(gè)孔板中的孔168對(duì)準(zhǔn),從而形成使氣體穿過遞送組合件150進(jìn)入伸長(zhǎng)發(fā)射通道 152和伸長(zhǎng)排放通道154的管道,如參考圖1所述?;氐綀D9B,只示出了遞送組合件150的一部分。這部分的板結(jié)構(gòu)可以用前面分配的字母縮寫的序列來表示,即S-P-S-E-S-R-S-E- (S)(圖9A或9B中未示出本序列中的最后一個(gè)分隔板。)如該序列所示,分隔板 160 (S)通過形成側(cè)壁限定每個(gè)通道。用于提供兩種反應(yīng)性氣體以及必要的吹掃氣體的最小遞送組合件150和用于典型的ALD沉積的排放通道可用如下全部縮寫序列表示S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S其中Rl和R2表示用于所用的兩種不同反應(yīng)物氣體的不同方向的反應(yīng)物板166,而 El和E2相應(yīng)地表示不同方向的排放板164。伸長(zhǎng)排放通道IM通常不需要真空端口,但是也可簡(jiǎn)單設(shè)置真空端口以從其對(duì)應(yīng)的輸出通道12中抽出流,從而利于在通道中的均勻流動(dòng)圖案。負(fù)壓抽吸,即略低于臨近的伸長(zhǎng)發(fā)射通道152處的(相反的)氣體壓力,可有助于有序流動(dòng)。負(fù)壓抽吸可例如用0.2 1.0大氣壓的源(例如真空泵)的抽吸壓力來操作,而通常真空為例如0.1大氣壓以下。相比于例如在前述背景技術(shù)部分指出的那些脈沖氣體單獨(dú)供應(yīng)至沉積室的常規(guī)方法,使用遞送頭10提供的流動(dòng)圖案提供許多優(yōu)點(diǎn)。沉積設(shè)備的靈活性得到改善,并且本發(fā)明的裝置適合于其中基底尺寸超過沉積頭尺寸的高容積沉積應(yīng)用。流動(dòng)動(dòng)力學(xué)也相對(duì)于現(xiàn)有方法得以改善。在本發(fā)明中使用的流動(dòng)配置允許在遞送頭10和基底20之間具有非常小的距離 D,如圖1中所示,優(yōu)選Imm以下。輸出面36可設(shè)置為非??拷妆砻?,在約Imil (大約0. 025mm)以內(nèi)。通過比較,例如前述的美國(guó)專利No. 6,821,563 (Yudovsky)中描述的現(xiàn)有方法被限制在與基底表面的距離為0. 5mm以上,而本發(fā)明的實(shí)施方案可在小于0. 5mm,例如小于0.450mm的距離實(shí)施。實(shí)際上,本發(fā)明優(yōu)選將遞送頭10設(shè)置為更靠近基底表面。在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中,與基底表面的距離D可以為0. 20mm以下,優(yōu)選小于100 μ m。期望的是,當(dāng)大量孔板組裝成堆疊板實(shí)施方案時(shí),遞送到基底的氣流均勻穿過所有遞送氣流(I、M或0材料)的通道。這可以通過合理設(shè)計(jì)孔板來實(shí)現(xiàn),例如對(duì)每個(gè)板的流動(dòng)圖案的一些部分進(jìn)行限制,對(duì)其進(jìn)行精確加工以為每個(gè)伸長(zhǎng)發(fā)射輸出或排放通道提供可再現(xiàn)的壓力降。在一個(gè)實(shí)施方案中,輸出通道12表現(xiàn)出沿開口長(zhǎng)度基本等同的壓力,偏差不超過10%??梢蕴峁┥踔粮叩娜菹?,例如允許不超過約5%或甚至小至2%的偏差。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,通過使用浮動(dòng)系統(tǒng),本發(fā)明的遞送頭10可以在其輸出面36與基底20的表面之間保持合適的間隔距離D(圖1)。圖14示出用從遞送頭10發(fā)射的氣流的壓力保持距離D的一些考慮。在圖14中,示出代表性數(shù)目的輸出通道12和排放通道22。從一個(gè)或多個(gè)輸出通道12發(fā)射的氣體的壓力產(chǎn)生一個(gè)力,如圖中向下箭頭所示。為了使這個(gè)力對(duì)遞送頭10提供有用的緩沖或“空氣”軸承(氣態(tài)流體軸承)效應(yīng),必須有足夠的著陸區(qū),即可以與基底緊密接觸的沿輸出面36的固體表面區(qū)域。著陸區(qū)的百分比對(duì)應(yīng)于允許在其下建立氣體壓力的輸出面36的固體面積的相對(duì)量。最簡(jiǎn)而言之,著陸區(qū)可以計(jì)算為輸出面36的總面積減去輸出通道12和排放通道22的總表面積。這意味著除去具有寬度wl的輸出通道12的氣流面積或者具有寬度的排放通道22的氣流面積外,總表面面積必須盡可能最大化。在一個(gè)實(shí)施方案中提供95%的著陸面積。其他實(shí)施方案可使用較小的著陸面積值,例如85% 或75%。為了改變分離力或緩沖力并由此相應(yīng)改變距離D,也可調(diào)節(jié)氣體流量??梢岳斫獾氖?,提供氣流軸承具有優(yōu)點(diǎn),使得遞送頭10基本保持在基底20上方距離D處。這將允許遞送頭10利用任意類型的遞送機(jī)制進(jìn)行基本無摩擦的移動(dòng)。然后,當(dāng)遞送頭10沿通道來回運(yùn)動(dòng)時(shí),可導(dǎo)致遞送頭10 “懸”在基底20的表面上方,從而在材料沉積過程中掃過基底20的表面。如圖14中所示,遞送頭10也許會(huì)過重,以致于向下的氣體力不足以保持所需的分離。在這種情況下,可以使用輔助抬升部件如彈簧170、磁體或其它裝置來補(bǔ)充升力。在另一些情況下,氣流可能過高以引起相反的問題,使得遞送頭10被迫與基底20的表面間隔距離過大,除非施加額外的力。在這種情況下,彈簧170可以是壓縮彈簧,以提供額外所需的力以保持距離D(相對(duì)于圖14的配置為向下)。作為替代方案,彈簧170可以是磁體、彈性體彈簧或補(bǔ)充向下力的一些其它裝置。作為替代方案,遞送頭10可以設(shè)置在相對(duì)于基底20的一些其它方位。例如,基底 20可以通過氣態(tài)流體軸承效應(yīng)來支撐對(duì)抗重力,從而使基底20可以在沉積過程中沿著遞送頭10移動(dòng)。圖20中示出利用氣態(tài)流體軸承效應(yīng)在基底20上沉積,同時(shí)基底20緩沖上方的遞送頭10?;?0在沿如圖所示的雙箭頭方向上移動(dòng)經(jīng)過遞送頭10的輸出面36。圖21的替代實(shí)施方案示出在基底支撐物74上的基底20,如在遞送頭10和氣液軸承98之間沿方向K移動(dòng)的網(wǎng)格支撐物或滾軸。在這種情況下,可以單獨(dú)使用空氣或另一種惰性氣體。在這個(gè)實(shí)施方案中,遞送頭10具有空氣軸承效應(yīng)并且與氣態(tài)流體軸承98協(xié)同以保持輸出面36與基底20之間的期望距離D。氣態(tài)流體軸承98可以利用惰性氣體或空氣或一些其它氣體材料的流F4引導(dǎo)壓力。應(yīng)注意的是,在本沉積系統(tǒng)中,基底支撐物或固定器在沉積過程中可與基底接觸,所述基底支撐物可以是傳遞基底的手段,例如滾軸。因此, 本系統(tǒng)不要求所處理的基底絕熱。如參考圖3A和;3B具體描述的,遞送頭10要求相對(duì)于基底20的表面移動(dòng)以執(zhí)行其沉積功能。這種相對(duì)移動(dòng)可以用多種方式獲得,包括移動(dòng)遞送頭10和基底20中的任意一個(gè)或兩個(gè),例如移動(dòng)提供基底支撐物的設(shè)備。移動(dòng)可以是振蕩或往復(fù)或者可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng),這取決于需要多少次沉積循環(huán)。盡管優(yōu)選連續(xù)處理,但是也可以利用基底的旋轉(zhuǎn),尤其是在間歇處理中。致動(dòng)裝置可以與遞送裝置的主體結(jié)合,例如機(jī)械連接。作為替代方案,也可以使用替代力,如改變磁力場(chǎng)。通常,ALD需要多個(gè)沉積循環(huán),以建立每個(gè)循環(huán)的受控膜厚度。利用前文給出的氣體材料類型的命名法,例如在一個(gè)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)中,一個(gè)循環(huán)可提供第一反應(yīng)物氣體材料0的一個(gè)應(yīng)用和第二反應(yīng)物氣體材料M的一個(gè)應(yīng)用。反應(yīng)物氣體材料0和M的輸出通道之間的距離決定了完成每個(gè)循環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需的距離。例如,圖4的遞送頭10可具有0. 1英寸(2. 54mm)的名義通道寬度,即反應(yīng)物氣體通道出口與相鄰的吹掃通道出口之間的寬度。因此,對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)(如此處所用的沿y 軸),為了允許相同表面的所有區(qū)域經(jīng)歷完整的ALD循環(huán),需要至少0.4英寸(10.2mm)的行程。在這個(gè)例子中,基底20的區(qū)域?qū)㈦S著在這個(gè)距離上移動(dòng)而暴露于第一反應(yīng)物氣體材料0和第二反應(yīng)物氣體材料M。作為替代方案,遞送裝置就其行程而言可移動(dòng)更大的距離, 甚至從基底的一端移動(dòng)到另一端。在這種情況下,生長(zhǎng)膜可以在其生長(zhǎng)過程中暴露于大氣環(huán)境中,在很多使用情況下沒有造成不良影響。在一些情況下,出于均勻性的考慮需要測(cè)量每個(gè)循環(huán)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)量的隨機(jī)性,例如用以減小邊緣效應(yīng)或減少沿往復(fù)移動(dòng)行程極限的累積。遞送頭10可以具有僅足夠提供一次循環(huán)的輸出通道12。作為替代方案,遞送頭 10可具有多個(gè)循環(huán)的配置,以使其覆蓋較大沉積面積或使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)能在一定距離內(nèi),以允許在一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離的一個(gè)行程內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)沉積循環(huán)。例如,在一個(gè)具體應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)每個(gè)O-M循環(huán)在約1/4的所處理表面上形成一個(gè)原子直徑的層。因此,在這種情況下,在所處理表面上形成1個(gè)原子直徑的均勻?qū)有枰拇窝h(huán)。類似的,在這種情況下要形成10個(gè)原子直徑的均勻?qū)觿t需要40次循環(huán)。用于本發(fā)明的遞送頭10的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是其允許在其表面超過輸出面36的面積的基底20上進(jìn)行沉積。圖15示意性示出如何利用如箭頭A所示的沿y軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及相對(duì)于χ軸與往復(fù)運(yùn)動(dòng)垂直或橫向的移動(dòng)來覆蓋該更廣的區(qū)域。另外,必須強(qiáng)調(diào)的是,如圖15中所示,無論在χ或y方向的移動(dòng)均可受到遞送頭10的移動(dòng)的影響、或受到具有提供移動(dòng)的基底支撐物74的基底20的移動(dòng)的影響、或者受到遞送頭10和基底20 二者的移動(dòng)的影響。在圖15中,遞送裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與基底是互相垂直的。也可使這種相互運(yùn)動(dòng)平行。在這種情況下,相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要具有表示擺動(dòng)的非零頻率部件和表示基底位移的零頻率部件。該組合可實(shí)現(xiàn)如下固定基底上的遞送裝置的位移與擺動(dòng)組合;基底相對(duì)于固定的基底遞送裝置的移動(dòng)與擺動(dòng)組合;或者其中通過遞送裝置和基底二者的移動(dòng)來提供擺動(dòng)和固定移動(dòng)的任意組合。
有利的是,遞送頭10可以制造成為比很多可能類型的沉積頭更小的尺寸。例如, 在一個(gè)實(shí)施方案中,輸出通道12具有約0.005英寸(0.127mm)的寬度wl并且長(zhǎng)度延伸到約3英寸(75mm)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,ALD可以在大氣壓力下或接近大氣壓力下和在優(yōu)選 300°C溫度以下的寬范圍的環(huán)境溫度和基底溫度下實(shí)施。優(yōu)選地,需要相對(duì)潔凈的環(huán)境以盡量減小污染的可能性;但是,在使用本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案時(shí),獲得良性能并不需要全 “無塵室”條件或惰性氣體填充封閉。圖16示出具有提供相對(duì)良好控制和無污染環(huán)境的室50的原子層沉積(ALD)系統(tǒng) 60。氣體供應(yīng)^a、28b和28c通過供應(yīng)管線32向遞送頭10提供第一、第二和第三氣體材料。柔性供應(yīng)管線32的任選使用有利于遞送頭10移動(dòng)方便。為簡(jiǎn)單起見,任選的真空氣相回收設(shè)備和其它支撐部件未在圖16中示出,但也可以使用。傳輸子系統(tǒng)M提供沿遞送頭10的輸出面36遞送基底20的基底支撐物,其提供χ方向移動(dòng),利用本公開內(nèi)容中使用的坐標(biāo)軸系統(tǒng)。移動(dòng)控制和全部閥和其它支撐部件的控制可以通過控制邏輯處理器56例如計(jì)算機(jī)或?qū)S梦⑻幚砥鹘M合件來提供。在圖16的配置中,控制邏輯處理器56控制致動(dòng)裝置30以為遞送頭10提供往復(fù)運(yùn)動(dòng),其也控制傳輸子系統(tǒng)M的傳輸電機(jī)52。致動(dòng)裝置 30可以是適用于使遞送頭10沿移動(dòng)的基底20 (或者,作為替代方案,沿著固定的基底20) 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的多種裝置的任意一種。圖17示出用于在沿著用作基底支撐物的網(wǎng)格輸送器62傳輸經(jīng)過遞送頭10的網(wǎng)格基底66上進(jìn)行薄膜沉積的原子層沉積(ALD)系統(tǒng)70的一個(gè)替代實(shí)施方案。遞送裝置輸送器64沿網(wǎng)格移動(dòng)方向的橫向?qū)⑦f送頭10傳輸經(jīng)過基底66的表面。在一個(gè)實(shí)施方案中, 用氣體壓力提供的完全分離力推動(dòng)遞送頭10來回經(jīng)過網(wǎng)格基底66的表面。在另一個(gè)實(shí)施方案中,遞送裝置輸送器64使用橫貫網(wǎng)格基底66的寬度的導(dǎo)螺桿或類似機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施方案中,沿著網(wǎng)格輸送器62的合適位置處使用多個(gè)遞送裝置10。圖18示出另一個(gè)使用固定遞送頭10的網(wǎng)格配置的原子層沉積(ALD)系統(tǒng)70,其中流動(dòng)圖案的朝向與圖17中的構(gòu)型垂直。在這種配置中,網(wǎng)格輸送器62本身的運(yùn)動(dòng)提供 ALD沉積所需的移動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)也可用于該環(huán)境中。參考圖19,示出了遞送頭10的一部分的一個(gè)實(shí)施方案,其中輸出面36有一定量的曲率,這對(duì)一些網(wǎng)格涂層應(yīng)用是有利的??梢蕴峁┩够虬嫉那?。 在另一個(gè)特別用于網(wǎng)格制造的實(shí)施方案中,ALD系統(tǒng)70可具有多個(gè)遞送裝置10或雙遞送裝置10,其中在網(wǎng)格基底66的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)。作為替代方案,可提供柔性遞送頭 10。這將提供表現(xiàn)出與沉積表面至少部分共形的沉積設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠在包括室溫或某些實(shí)施方案中接近室溫的寬溫度范圍內(nèi)在基底上進(jìn)行沉積。本發(fā)明的設(shè)備可以在真空環(huán)境中操作,但是尤其適于在大氣壓力或接近大氣壓力下操作。根據(jù)本方法制造的具有半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管可表現(xiàn)出的場(chǎng)效應(yīng)電子遷移率大于0.01cm7Vs,優(yōu)選至少0. lcm2/Vs,更優(yōu)選大于0.2cm7Vs。另外,根據(jù)本方法制造的具有半導(dǎo)體膜的η-溝道薄膜晶體管能夠提供至少104,優(yōu)選至少IO5的開/關(guān)率。開/關(guān)率測(cè)量為當(dāng)柵極電壓從一個(gè)值掃到另一個(gè)值時(shí)的漏電流的最大值/最小值,代表性的柵極電壓為可用于顯示器件的柵極線的相關(guān)電壓。典型的一組值為-IOV 40V,并且漏電壓保持在19/22 頁(yè)
30V。本發(fā)明已經(jīng)具體參考其特定優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可在上述說明書和所附權(quán)利要求中提及的本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行修改和變化,而不偏離本發(fā)明的范圍。例如,雖然可利用空氣軸承效應(yīng)來至少部分地分隔開遞送頭10和基底20的表面,但是本發(fā)明的設(shè)備可以替代性地用于從遞送頭10的輸出表面36提升或懸起基底20。 可以替代性地使用其它類型的基底固定器,包括例如臺(tái)板。用于遞送頭10的孔板可以以多種方法形成并結(jié)合在一起。有利的是,孔板可以用已知方法如順序沖模、模塑、機(jī)械加工或沖壓來單獨(dú)制造。尤其期望的在孔板上形成復(fù)雜開口的方法是導(dǎo)線放電加工(導(dǎo)線EDM)或光刻技術(shù)??装宓慕M合可與圖4、9A和9B的實(shí)施方案中的組合差別很大,可形成具有任意數(shù)目板的遞送頭10,例如5到100個(gè)板。在一個(gè)實(shí)施方案中使用不銹鋼,優(yōu)點(diǎn)是其耐化學(xué)性和抗腐蝕性。通常,孔板是金屬的,但陶瓷、玻璃或其它耐用材料也可適用于形成部分或所有的孔板,這取決于應(yīng)用以及用于沉積過程的反應(yīng)物氣體材料。為了組裝,孔板可以利用機(jī)械緊固件如螺栓、夾子或螺釘膠合或接合在一起。為了密封,孔板可以表面涂覆合適的粘合劑或密封材料如真空油脂。環(huán)氧樹脂如高溫環(huán)氧樹脂可用作粘合劑。熔融的聚合物材料如聚四氟乙烯(PTFE)或TEFLON的粘合特性也用于將疊合的孔板與遞送頭10連接在一起。在一個(gè)實(shí)施方案中,PTFE涂層形成在用于遞送頭10中的每個(gè)孔板上。當(dāng)加熱至接近PTFE材料的熔點(diǎn)(名義上為327°C)時(shí),板被堆疊(疊合) 并壓縮在一起。然后熱和壓力的組合使涂層孔板形成遞送頭10。涂層材料同時(shí)用作粘合劑和密封劑。Kapton和其它聚合物材料可替代性地用作粘合劑的間質(zhì)涂層材料。如圖4和9B中所示,孔板必須以合適的序列組裝,以形成互連供應(yīng)室網(wǎng)絡(luò)和引導(dǎo)發(fā)送氣體材料至輸出面36的通道。當(dāng)組裝在一起時(shí),可以使用提供定位針或類似特征配置的固定裝置,其中孔板中的孔或槽的配置與這些對(duì)準(zhǔn)特征匹配。上述方法和設(shè)備可用于在多種基底上沉積薄膜材料層?;椎囊粋€(gè)實(shí)例可以是美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/861,539中所述的OLED器件,其全文通過引用并入本文。這種OLED器件具有由包括例如可交換沉積的氧化鋅和氧化鋁的多層無機(jī)材料構(gòu)成的包封封裝。該無機(jī)多層堆疊體可優(yōu)化為產(chǎn)生最大透光率,在顯示器上提供防炫目或抗反射涂層,或者在顯示器上提供彩色的中性密度或彩色轉(zhuǎn)換濾光器。濾光器、偏光器和防炫目或抗反射涂層的各個(gè)層可以分別提供在包封封裝上,或者可以包括在預(yù)設(shè)特性的密封封裝中,尤其是在多層薄膜的情況下。上述方法和設(shè)備是可用于本發(fā)明中以產(chǎn)生干涉濾光器形式的薄膜材料層的氣相沉積方法的一個(gè)實(shí)例。實(shí)施例在實(shí)施例中,用與上述類似的設(shè)備實(shí)施薄膜材料涂覆。涂覆氧化鋁或氧化鋅。對(duì)于氧化鋁,將IM三甲基鋁的庚烷溶液置于一個(gè)鼓泡器中,另一個(gè)裝水。對(duì)于氧化鋅,將15 重量%的二乙基鋅的庚烷溶液放在一個(gè)鼓泡器中,另一個(gè)鼓泡器中裝水。對(duì)所有氧化物,經(jīng)過鼓泡器的載氣流量為50ml/分鐘。對(duì)于水反應(yīng)物,稀釋載氣的流量為300ml/分鐘。惰性分隔氣體的流量是21/分鐘。所有情況下都用氮?dú)庾鳛檩d氣。運(yùn)行校準(zhǔn)以確定氧化物的厚度與基底擺動(dòng)次數(shù)的關(guān)系曲線?;诇囟葹?220°C。
22
實(shí)施例1通過用ALD系統(tǒng)在62 X 62 X Imm的載玻片上可交換地沉積氧化鋅和氧化鋁層來產(chǎn)生干涉濾光器。從基底向上順序?qū)拥哪繕?biāo)厚度為氧化鋅IOOnm氧化鋁IOOnm氧化鋅IOOnm氧化鋁IOOnm氧化鋅IOOnm氧化鋁200nm氧化鋅IOOnm氧化鋁IOOnm氧化鋅IOOnm氧化鋁IOOnm氧化鋅IOOnm圖22b示出濾光層的圖表。測(cè)量濾光器的吸收率,顯示其峰值在570nm處和約 700nm處,如圖22b所示。本發(fā)明已經(jīng)參考其優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行修改和變化。附圖標(biāo)記列表10遞送頭12輸出通道14氣體進(jìn)口管16氣體進(jìn)口管18氣體進(jìn)口管20基底22排放通道24排放端口管28a氣體供應(yīng)28b氣體供應(yīng)28c氣體供應(yīng)30致動(dòng)裝置32供應(yīng)管線36輸出面50室52傳輸電機(jī)54傳輸子系統(tǒng)56控制邏輯處理器60原子層沉積(ALD)系統(tǒng)62網(wǎng)格輸送器
64遞送裝置輸送
66網(wǎng)格基底
70原子層沉積(ALD)系統(tǒng)
74基底支撐物
90前體材料的引導(dǎo)通道
92吹掃氣體的引導(dǎo)通道
96基底支撐物
98氣態(tài)流體軸承
100連接板
102引導(dǎo)室
104輸入端口
110氣室板
112供應(yīng)室
113供應(yīng)室
115供應(yīng)室
114排放室
116排放室
120氣體方向板
122前體材料的引導(dǎo)通道
123排放引導(dǎo)通道
130底板
132伸長(zhǎng)發(fā)射通道
134伸長(zhǎng)排放通道
140氣體擴(kuò)散器單元
142噴嘴板
143第一擴(kuò)散器輸出通路
146氣體擴(kuò)散器板
147第二擴(kuò)散器輸出通路
148面板
149第三擴(kuò)散器輸出通路
150遞送組合件
152伸長(zhǎng)發(fā)射通道
154伸長(zhǎng)排放通道
160分隔板
162吹掃板
164排放板
166反應(yīng)物板
166'反應(yīng)物板
168孔
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170彈簧180序列第一排放槽182序列第二排放槽184序列第三排放槽A箭頭D足巨離E排放板Fl氣流F2氣流F3氣流F4氣流I第三惰性氣體材料K方向M第二反應(yīng)物氣體材料0第一反應(yīng)物氣體材料P吹掃板R反應(yīng)物板S分隔板wl通道寬度w2通道寬度X箭頭
權(quán)利要求
1.一種制備薄膜電子器件的方法,包括在基底上提供電子器件;提供包括第一反應(yīng)性氣體材料的第一源、第二反應(yīng)性氣體材料的第二源、和惰性氣體材料的第三源的多種氣體材料源;提供通過多個(gè)進(jìn)口與所述氣體材料源流體連通的遞送頭,所述第一氣體材料源連接到第一進(jìn)口 ;所述第二氣體材料源連接到第二進(jìn)口 ;所述第三氣體材料源連接到第三進(jìn)口 ; 所述遞送頭包括輸出面和與所述第一進(jìn)口流體連通的第一多個(gè)伸長(zhǎng)的基本平行的發(fā)射通道、與所述第二進(jìn)口連接的第二多個(gè)伸長(zhǎng)的基本平行的發(fā)射通道、和與第三進(jìn)口連接的第三多個(gè)伸長(zhǎng)的基本平行的發(fā)射通道,所述第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的至少一個(gè)設(shè)置為分離所述第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的至少一個(gè)和所述第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道中的至少一個(gè);使得所述第一反應(yīng)性氣體材料、所述第二反應(yīng)性氣體材料、和所述惰性氣體材料的一種或更多種分別流動(dòng)通過所述遞送頭的所述第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道、所述第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道、 和所述第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道,所述流動(dòng)包括壓力,所述壓力由產(chǎn)生氣態(tài)流體軸承的所述第一反應(yīng)性氣體材料、所述第二反應(yīng)性氣體材料、和所述第三惰性氣體材料的一種或更多種的流動(dòng)而產(chǎn)生,所述氣態(tài)流體軸承維持所述遞送頭的輸出面和所述基底之間的基本上均勻的距離;同時(shí)引導(dǎo)所述第一反應(yīng)性氣體材料、所述第二反應(yīng)性氣體材料、和所述惰性氣體材料分別流動(dòng)通過所述遞送頭的所述第一伸長(zhǎng)發(fā)射通道、所述第二伸長(zhǎng)發(fā)射通道、和所述第三伸長(zhǎng)發(fā)射通道,朝向所述電子器件和所述基底;使得所述遞送頭和所述基底之間相互移動(dòng),以使得所述第二反應(yīng)性氣體材料至少與經(jīng)所述第一反應(yīng)性氣體材料處理過的基底的一部分和電子器件的一部分反應(yīng),以至少在經(jīng)所述第一反應(yīng)性氣體材料處理過的基底的一部分和電子器件的一部分上形成薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一反應(yīng)性氣體材料和所述第二反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,該薄膜提供所選擇的光學(xué)性質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中所述第一反應(yīng)性氣體材料和所述第二反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,該薄膜提供環(huán)境阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中產(chǎn)生所述氣態(tài)流體軸承包括使得遞送頭漂浮在所述基底上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中產(chǎn)生所述氣態(tài)流體軸承包括使得所述基底浮在所述遞送頭上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述薄膜為第一薄膜,所述方法還包括通過用第三反應(yīng)性氣體材料替代所述第一反應(yīng)性氣體材料和所述第二反應(yīng)性氣體材料之一并且重復(fù)權(quán)利要求1的方法,在所述第一薄膜上形成第二薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中所述第三反應(yīng)性氣體材料和剩余的第一或第二反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,該薄膜提供所選擇的光學(xué)性質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中所述第三反應(yīng)性氣體材料和剩余的第一或第二反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,該薄膜提供環(huán)境阻擋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述薄膜為第一薄膜,所述方法還包括通過用第三反應(yīng)性氣體材料替代所述第一反應(yīng)性氣體材料和用第四反應(yīng)性氣體材料替代所述第二反應(yīng)性氣體材料并且重復(fù)權(quán)利要求1的方法,在所述第一薄膜上形成第二薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中所述第三反應(yīng)性氣體材料和所述第四反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,所述薄膜提供所選擇的光學(xué)性質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中所述第三反應(yīng)性氣體材料和所述第四反應(yīng)性氣體材料的材料選擇為給所述電子器件提供薄膜,該薄膜提供環(huán)境阻擋層。
全文摘要
一種制備光學(xué)膜或光學(xué)陣列的方法包括沿著伸長(zhǎng)的基本平行的通道同時(shí)導(dǎo)入一系列氣流以在基底上形成第一薄膜;其中所述一系列氣流依次包括至少第一反應(yīng)性氣體材料、惰性吹掃氣體和第二反應(yīng)性氣體材料;其中第一反應(yīng)性氣體材料能夠與經(jīng)第二反應(yīng)性氣體材料處理過的基底表面反應(yīng)以形成第一薄膜;重復(fù)第一步驟多次,以產(chǎn)生具有第一光學(xué)特性的第一厚度的第一膜層;其中上述方法在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施;重復(fù)第一和第二步驟以產(chǎn)生第二膜層;其中該方法基本上在大氣壓力下或在高于大氣壓力下實(shí)施。
文檔編號(hào)C23C16/455GK102433549SQ201110427409
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者埃琳娜·A·費(fèi)多羅夫斯卡亞, 約翰·理查德·菲森, 羅納德·史蒂文·科克 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司
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