用于在基板上形成膜的方法及系统

文档序号:453228 发布日期:2021-12-28 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 用于在基板上形成膜的方法及系统 (Method and system for forming a film on a substrate ) 是由 亚历山大·N·勒纳 罗伊·沙威 普拉沙斯·科斯努 萨蒂什·拉德哈基什南 车小洲 于 2020-04-21 设计创作,主要内容包括:本案描述的一个或多个实施方式大体上关于用于在半导体工艺中在基板上形成膜的方法和系统。在本案描述的实施方式中,处理系统包括各自包含在各别的安瓿中的不同材料。每种材料都经由加热的气体管线流入包含在处理腔室内的喷淋头的个别的部分。每种材料都从喷淋头流到位于旋转基座的表面上的基板上。控制从喷淋头流出的质量流率与基座的转速,有助于将具有所需材料微区尺寸的膜沉积在基板上。(One or more embodiments described herein relate generally to methods and systems for forming films on substrates in semiconductor processing. In embodiments described herein, the processing system includes different materials that are each contained in a respective ampoule. Each material flows via heated gas lines into a separate section of a showerhead contained within the process chamber. Each material flows from the showerhead onto a substrate located on the surface of the spin base. Controlling the mass flow rate from the showerhead and the rotational speed of the susceptor facilitates deposition of a film having a desired material domain size on the substrate.)

用于在基板上形成膜的方法及系统

技术领域

本案描述的一个或多个实施方式大体上关于半导体工艺,并且更特定地,关于用于在半导体工艺中在基板上形成膜的方法和系统。

背景技术

有机气相沉积在建构半导体器件和其他光学器件中变得越来越重要。气相沉积工艺通常包括将维持在所需压力下的材料加热到所需温度,以使得被加热的材料汽化,随后允许转移至基板,其中汽化的材料凝结在基板的表面上。有机气相沉积通常用于形成CMOS图像传感器。但是,有机气相沉积也可用于形成有机发光二极管(OLED)、有机光电探测器、太阳能电池及其他类似器件。这些器件用于制造电视屏幕、计算机监视器、移动电话以及其他用于显示信息的手持装置。OLED显示器能有的颜色、亮度和视角的范围比传统的LED显示器大,这是因为OLED像素直接发光且不需要背光,因此减少了所形成的装置的能耗。此外,可以在柔性基板上制造OLED,从而也可以将OLED应用于其他装置。

尽管这些装置是有用的,但是在这种显示装置的制造中遇到许多挑战。为了高效地制造堆叠,需要材料的共沉积。当将材料共沉积到基板上时,材料在基板表面上的定位对于确保基板上的所得膜层能够形成功能装置很重要。在不控制材料的定位的情况下,形成的层内的所得沉积材料可能形成不希望的微区尺寸(domain size)和形态,从而妨碍有机电子器件中的电荷分离和提取。在一些装置配置中,需将材料沉积到基板上,使得多种材料在单个形成的层内混合,或多种材料形成超晶格结构。然而,常规的气相沉积工艺不能可靠地形成这些类型的包含多种材料的层或复合层。

因此,需要一种在基板上共沉积多种材料时形成具有所需混合比、微区尺寸和形态的所得膜的方法。

发明内容

本案描述的一个或多个实施方式大体上关于在半导体工艺中在基板上形成膜的方法。

在一个实施方式中,一种在基板上形成膜的方法包括:控制多个安瓿中的每一者的温度及所述多个安瓿中的每一者的处理空间中的压力,其中不同材料设置在多个安瓿的每一者的处理空间内,多个安瓿中的每一者的处理空间与喷淋头的多个部分的一个部分流体连通,喷淋头的多个部分的所述一个部分耦接到处理腔室的处理空间,并且受控的温度被设置为使所述不同材料的每一者在每个处理空间内蒸发,并流向喷淋头的多个部分中的一部分;通过控制喷淋头的多个部分中的每一部分的温度,来控制从喷淋头的多个部分中的每一部分进入到处理腔室的处理空间的这些不同材料的每一者的流率;控制处理腔室内的压力;以及控制设置在处理腔室的处理空间内的基座上的基板的转速,其中旋转的基板暴露于从喷淋头的多个部分的每一部分所提供的不同材料的流。

在另一个实施方式中,一种在基板上形成膜的方法包括:控制第一安瓿的温度及第一安瓿的处理空间内的压力,其中第一材料设置在第一安瓿的处理空间内,第一安瓿的处理空间与喷淋头的多个部分中的第一部分流体连通,第一部分耦接到处理腔室的处理空间,并且受控的温度被设置为使第一材料在处理空间内蒸发,并流向喷淋头的第一部分;控制第二安瓿的温度及第二安瓿的处理空间内的压力,其中第二材料设置于第二安瓿的处理空间内,第二安瓿的处理空间与喷淋头的多个部分中的第二部分流体连通,第二部分耦接到处理腔室的处理空间,并且受控的温度被设置为使第二材料在处理空间内蒸发,并流向喷淋头的第二部分;通过控制喷淋头的多个部分中的第一部分的温度,来控制从喷淋头的第一部分进入处理腔室的处理空间的第一材料的流率;通过控制喷淋头的多个部分中的第二部分的温度,来控制从喷淋头的第二部分进入处理腔室的处理空间的第二材料的流率;控制处理腔室内的压力;控制设置在处理腔室的处理空间内的基座上的基板的转速,其中旋转的基板同时或依序地暴露于从喷淋头的多个部分中的第一部分和第二部分所提供的第一材料和第二材料的流。

本案描述的一个或多个实施方式大体上关于用于在半导体工艺中在基板上形成膜的处理系统。

在一个实施方式中,一种用于在基板上形成膜的处理系统包括:多个安瓿;处理腔室,包括:喷淋头,其中喷淋头包括多个部分;及基座;多条输送管线,其中多条输送管线中的每条输送管线从多个安瓿的一者连接到喷淋头的多个部分中的一个部分;及控制器,被配置为调节处理系统的操作,其中控制器包括存储器,存储器包含用于在处理器上执行的指令,这些指令包括:控制多个安瓿中的每一者的温度及所述多个安瓿中的每一者的处理空间内的压力,其中不同材料设置在多个安瓿的每一者的处理空间内,多个安瓿中的每一者的处理空间与喷淋头的多个部分中的一个部分流体连通,喷淋头的多个部分中的所述一个部分耦接到处理腔室的处理空间,并且受控的温度被设置为使每种不同材料在每个处理空间内蒸发,并流向喷淋头的多个部分中的一个部分;通过控制喷淋头的多个部分中的每一部分的温度,来控制从喷淋头的多个部分中的每一部分进入到处理腔室的处理空间的每种不同材料的流率;控制处理腔室内的压力;及控制设置在处理腔室的处理空间内的基座上的基板的转速,其中旋转的基板暴露于从喷淋头的多个部分中的每一部分所提供的不同材料的流。

附图说明

为了可以详细地理解本公开内容的上述特征的方式,可以通过参考实施方式获得以上简要概述的本公开内容的更特定的描述,一些实施方式在附图中示出。然而,应当注意,附图仅示出了本公开内容的典型实施方式,并且因此不应被认为是对其范围的限制,因为本公开内容可以允许其他等效的实施方式。

图1是根据本案描述的至少一个实施方式的处理系统的示意图;

图2是根据本案描述的至少一个实施方式的图1所示的喷淋头的底部等距视图;

图3是根据本案描述的至少一个实施方式的方法的流程图;及

图4A-4B是根据本案描述的一些实施方式的在执行图3中所示的方法之后的处理腔室的示意图。

具体实施方式

在以下描述中,阐述了许多具体细节以提供对本公开内容的实施方式的更彻底的理解。然而,对于本领域的技术人员将显而易见的是,可以在没有一个或多个这些具体细节的情况下实施本公开内容的一个或多个实施方式。在其他实例中,未描述公知的特征,以避免使本公开内容的一个或多个实施方式不清楚。

本案描述的一个或多个实施方式大体上关于用于以一种或多种沉积工艺在基板上形成膜的方法和系统。在本案描述的实施方式中,处理系统包括不同的可蒸发材料,其各自包含在各别的安瓿中。每种可蒸发材料都经由加热的气体管线流入包含在处理腔室内的喷淋头的各别部分。将每种材料从喷淋头引导到位于旋转基座的表面上的基板上。当材料从安瓿流向基板时,控制处理系统的工艺参数会导致多种材料混合在形成的单一层中或多种材料形成超晶格结构。通过控制工艺参数,也可以实现包括多种沉积材料的所形成层的相对组成。

在本案描述的实施方式中,影响横跨基板表面的所得膜的组成的一些参数是流出喷淋头的质量流率、基板的温度以及基座的转速。决定从喷淋头流出的质量流率的一些因素有,连接到喷淋头的安瓿的温度、在从安瓿延伸至喷淋头的流体输送系统中形成的温度梯度、喷淋头的温度、每个喷淋头部分内的开口产生的流量限制、处理系统的不同部分内的材料的流动方式(例如分子流)、以及在处理过程中基板所处的处理腔室的压力。控制质量流率和基座的转速产生能够在基板表面上形成具有所需组成的膜的沉积工艺。这样,所得膜具有所需的微区尺寸和形态,从而解决了具有不希望的微区尺寸和形态的所得膜的问题,具有不希望的微区尺寸和形态的所得膜妨碍有机电子器件中的电荷分离和提取。

图1是根据本案描述的至少一个实施方式的处理系统100的示意图。处理系统100包括处理腔室102。处理腔室102由侧壁104、底部106及顶部108限定,形成处理空间110。处理腔室102被配置为在处理腔室102的处理空间110内处理基板,如基板114。基板114由设置在处理腔室102中的基座112支撑。具有开口的掩模113放置于基板114上方。放置掩模113而使得材料流到基板114的分离区域上,从而形成合适的器件。在一些实施方式中,处理腔室102可以是化学气相沉积(CVD)腔室、原子层沉积(ALD)腔室或物理气相沉积(PVD)腔室,其被配置为执行处理材料沉积,诸如根据本公开内容的有机气相沉积。但是,也可以根据此处提供的教导使用及修改其他腔室。

在一些实施方式中,可通过分别控制每种材料的质量流率而通过沉积工艺在基板114上形成、凝结或沉积材料层(未示出)或其衍生物,其中每种材料需要不同的蒸发温度。这样,本案的实施方式不能通过常规的喷淋头来蒸发。在一些实施方式中,所使用的一些材料组合可以是CuPc:C60混合物;CBP:Ir(ppy)3混合物;MoO3:Ag混合物;分布式布拉格反射器(DBR)超晶格结构(例如MgF2/SiOx对)及/或其他类似组合。然而,在本案描述的实施方式中,提供了喷淋头116,其包括第一部分122、第二部分130、第三部分166及第四部分168。尽管在图1中示出了四个部分,但是可以提供包括任何数量的部分的其他喷淋头。使用多个部分,喷淋头116被配置为沉积多种处理材料以在基板114上形成所需的膜,这将在下面更详细地描述。

如图1所示,处理系统100包括第一安瓿118、第二安瓿126、第三安瓿174及第四安瓿176。第一材料162包含在第一安瓿118的处理空间内,第二材料164包含在第二安瓿126的处理空间内,第三材料178包含在第三安瓿174的处理空间内,并且第四材料180包含在第四安瓿176的处理空间中。第一安瓿118经由第一输送管线120将第一材料162输送到喷淋头116的第一部分122,第二安瓿126经由第二输送管线128将第二材料162输送到喷淋头116的第二部分130,第三安瓿174经由第三输送管线171将第三材料178输送到喷淋头的第三部分166,而第四安瓿176经由第四输送管线173将第四材料180输送到喷淋头116的第四部分168。尽管在图1中示出了四个安瓿,但其他实施方式可以包括任意数量的安瓿,每个安瓿包含其自己的处理材料,并且每一者将处理材料输送至喷淋头的个别的部分(例如,喷淋头可以含有与提供的不同材料的数量一样多的个别的部分)。另外,在其他实施方式中,喷淋头116的两个相对的部分可以连接至同一安瓿以沉积相同的材料。尽管未在图1中示出,但在一个示例中,喷淋头116的第一部分122和第三部分166可以经由第一输送管线120连接至同一安瓿,例如第一安瓿118,以在基板上沉积第一材料162。在此示例中,第二部分130和第四部分168可以经由第二输送管线128连接到第二安瓿126,以在基板上沉积第二材料162。

在这些实施方式中,通过包含在系统的不同部分中的加热元件来控制处理系统100中的温度。例如,在一些实施方式中,第一输送管线120由第一输送管线加热元件124加热,第二输送管线128由第二加热元件132加热,第三输送管线171由第三输送管线加热元件170来加热,而第四输送管线173由第四输送管线加热元件172加热。第一输送管线加热元件124、第二输送管线加热元件132、第三输送管线加热元件170及第四输送管线元件172中的每一者有助于分别加热第一输送管线120、第二输送管线128、第三输送管线171及第四输送管线172,从而防止不必要的冷凝。类似地,第一安瓿118由第一安瓿加热元件149加热,第二安瓿126由第二安瓿加热元件150加热,第三安瓿174由第三安瓿加热元件182加热,而第四安瓿176由第四安瓿加热元件184加热。同样地,喷淋头116的第一部分122由第一部分加热元件138加热,喷淋头116的第二部分130由第二部分加热元件148加热,喷淋头116的第三部分166由第三部分加热元件167加热,而喷淋头116的第四部分168由第四部分加热元件169加热。控制处理系统100的所有不同部分的温度可用来控制处理系统100的所有不同部分的质量流率。当温度升高时,由于汽化的材料的密度降低,导致开放系统中汽化的材料的流率增加。当温度降低时,由于汽化的材料的密度增加而导致流率降低。在本案描述的实施方式中,可以在不使用载气的情况下控制质量流率。然而,在其他实施方式中,可以可选地提供载气。

在一些实施方式中,处理系统中的压力由真空泵142及阀144来控制。真空泵142用于从处理系统100去除处理气体与空气。真空泵142连接到处理腔室102,并且当阀144打开时,降低处理腔室102内的压力。在一些配置中,冷阱101用于在未反应的前驱物材料进入真空泵142之前捕捉未反应的前驱物材料。在一些实施方式中,真空泵142亦通过一个或多个旁通阀146连接到每条输送管线120、128、171及173。

在一些实施方式中,每条输送管线120、128、171及173具有专用的截止阀,其在图1中被示为多个截止阀147。通常,截止阀147各自用于分别控制材料162、164、178、180中的哪一种从安瓿118、126、174、176流入喷淋头116的每个部分122、130、166及168。例如,截止阀147中的两个可以被关闭,并且截止阀中的两个可以被打开,从而防止材料162与180流入喷淋头116中,并且仅允许材料164与178流动进入喷淋头116。在另一示例中,截止阀147中的一者可以被打开,而所有其他阀147都被关闭,从而仅允许材料162流入喷淋头116中。在另一个示例中,截止阀147中的三个可被打开,从而允许材料162、178和180的流流入喷淋头116,并从而防止第二材料164流入喷淋头116。在一些情况下,需要关闭所有截止阀147,以防止材料162、164、178、180的所有材料流入喷淋头116,以便可以将基板转移进入处理空间110或从处理空间110转移出来,或者可以对处理腔室进行某些维护活动。在其他实施方式中,所有的截止阀147可以被打开,从而允许材料162、164、178、180的所有材料流入喷淋头116中。

如上所述,每条输送管线120、128、171及173具有专用的旁通阀146,旁通阀146允许每条相应的输送管线与真空泵142直接连通。截止阀146允许从喷淋头116的部分122、130、166及168分别去除蒸发的材料162、164、178、180。控制从喷淋头116去除哪些材料162、164、178、180有利地允许沉积工艺快速开始和停止,从而防止在基板上形成残留物。例如,旁通阀146的一者可以被打开,以允许在一部分的第二输送管线128中及喷淋头的第二部分130中的残留材料164被去除,并被提供至真空泵142。在另一示例中,打开旁通阀146中的两个以允许分别在第一输送管线120与第三输送管线171的部分中以及分别在喷淋头的第一部分122与第三部分166中发现的残留材料162和178被去除并将其提供至真空泵142。在另一个示例中,可将所有旁通阀146都关闭,从而阻止材料162、164、178、180中的所有材料流出喷淋头116。在另一个示例中,可将所有旁通阀146都打开,从而允许将材料162、164、178、180的所有材料从喷淋头和输送管线中去除,并将其提供至真空泵142。

可选地,在一些实施方式中,提供第一推动气体源组件160、第二推动气体源组件154、第三推动气体源组件190及第四推动气体源组件192以帮助将汽化的材料输送至处理系统100的处理空间。当阀156打开时,第一推动气体源组件160经由第一输送管线120输送第一推动气体(如,惰性气体,例如Ar、N2、He)。当阀152打开时,第二推动气体源组件154经由第二输送管线128输送第二推动气体(如,惰性气体,例如Ar、N2、He)。当阀186打开时,第三推动气体源组件190经由第三输送管线171输送第三推动气体(如,惰性气体,例如Ar、N2、He)。当阀188打开时,第四气体源组件192经由第四输送管线173输送第四推动气体(如,惰性气体,例如Ar、N2、He)。

在使用一部分流体输送系统沉积膜的工艺的一个示例中,当附接到输送管线120的截止阀147处于初始关闭状态且连接到输送管线120的旁通阀146关闭时,将第一安瓿118、输送管线120及喷淋头的部分122分别加热到所需温度。在这阶段,安瓿118、输送管线120及处理空间110中的压力被泵抽降至高平衡压力。第一安瓿118、输送管线120及喷淋头的部分122的所需温度包括使第一材料162汽化并在输送管线120中保持气态的温度。为了开始沉积工艺,打开附接到输送管线120的截止阀147,并且使连接到输送管线120的旁通阀146保持关闭,从而使汽化的材料流入喷淋头的部分122,并流到设置于处理空间中的基板114上。在所需的时间过去之后,关闭附接到输送管线120的截止阀147,并打开连接到输送管线120的旁通阀146,以允许在第一输送管线120的部分中及喷淋头的第一部分122中发现的残留材料162被去除,并被提供至真空泵142。在一些情况下,在关闭截止阀147并打开旁通阀146之前,最好用从气体源160提供的惰性气体净化第一输送管线120和喷淋头的第一部分122。

在这些实施方式中,基座112被配置为如图1中的箭头134所示旋转。如将在下面进一步描述的,基座112被控制为以一速度旋转,使得在基板114的表面上获得所需的沉积膜结果。形成的层内的沉积材料可以形成合适的器件,例如OLED、光电探测器、太阳能电池或其他光学器件。控制基座112的转速解决了具有不希望的微区尺寸和形态的所得膜的问题,具有不希望的微区尺寸和形态的所得膜妨碍有机电子器件中的电荷分离及提取。

如上所述,影响在所得膜内形成的区域的尺寸的一些参数为:从喷淋头116流出的质量流率、处理空间110内的压力、以及基座112的转速。决定从喷淋头116流出的材料的质量流率的一些因素为:喷淋头116的第一部分122、第二部分130、第三部分166及第四部分168中的每一者的温度;输送至喷淋头116的第一部分122、第二部分130、第三部分166及第四部分168中的每一者的材料的流率;材料输送部件内的流动状态(例如,分子流);第一安瓿118、第二安瓿126、第三安瓿174及第四安瓿176中的每一者的温度;从每个安瓿118、126、174、176至喷淋头116的温度梯度;以及处理腔室102的压力。控制这些因素决定了材料的沉积速率,从而在基板114的表面上形成具有所需组成的膜。

在一些实施方式中,上述因素中的每一者都可以由控制器136控制。控制器136与整个处理系统100内包含的硬件通信,包括处理腔室102内包含的硬件。控制器136可以包括中央处理单元(CPU)136A、存储器136B及支持电路(或I/O)136C。CPU 136A可以是在工业设置中使用的任何形式的计算机处理器中的一种,用于控制各种工艺和硬件(例如,马达、阀、功率输送部件及其他相关硬件)并监控工艺(例如,处理时间及基板定位或位置)。存储器136B连接到CPU 136A,并且可以是一种或多种容易获得的存储器,例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或本地或远程的任何其他形式的数字储存器。可以对软件指令、演算法及数据进行编码并将其存储在存储器136B内,以用于指示CPU 136A。支持电路136C亦连接到CPU 136A,用于以常规方式支持处理器。支持电路136C可以包括常规的高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统等。控制器可读的程序(或计算机指令)决定在处理系统100中可执行哪些任务。程序可以是控制器136可读的软件,并且可以包括代码以监视和控制例如决定从喷淋头116流出的质量流率和基座112的转速的参数,如以下图3进一步描述。

图2示出了根据本案描述的至少一个实施方式的喷淋头组件200的底部等距视图。如图所示,喷淋头116包括多个部分,包括第一部分122、第二部分130、第三部分166及第四部分168。多个部分122、130、166及168可以是共面的,并且一起形成具有圆形形状的喷淋头116。在一些实施方式中,喷淋头直径为约300mm至约500mm。在一些实施方式中,喷淋头直径对应于基板114的直径。在一些实施方式中,多个部分可以包括三个部分。在一些实施方式中,多个部分可以包括六个部分。多个部分122、130、166及168被布置为使得在每个部分之间存在间隙246。部分122、130、166及168之间的间隔关系有利地减少或防止在离开而进入处理腔室102之前每个部分之间的热串扰。

在一些实施方式中,喷淋头组件200包括安装至盖板210的喷淋头116。盖板210具有从盖板210的底表面202延伸的多个安装件204。喷淋头116的部分122、130、166及168中的每一者包括一个或多个安装件216,其能够与盖板210的相应安装件204配合,以将喷淋头116耦接到盖板210。在一些实施方式中,一或多个安装件216从喷淋头116的径向外表面延伸。在一些实施方式中,安装件204、216由绝缘材料制成。

在一些实施方式中,如图2所示,多个部分122、130、166及168的尺寸相似。在一些实施方式中,多个部分可有不同的尺寸。第一部分122包括延伸穿过盖板210中的开口的第一入口208。类似地,第二部分130、第三部分166及第四部分168分别包括第二入口212、第三入口214及第四入口224,每个均延伸穿过盖板210中的开口。在一些实施方式中,每个入口208、212、214、224设置成邻近每个气体输送部分122、130、166及168的相应外部分。

第一部分122包括从底表面236延伸的多个开口226。多个开口226被配置为将处理气体输送到处理腔室102中。部分130、166及168分别包括从其各自的底表面238、242、244延伸的多个开口228、232、234。多个开口228、232、234被配置成将来自每个部分130、166及168的处理气体输送到处理腔室102中。多个开口226、228、232、234可以布置成适合于将处理材料均匀地沉积到基板114上的任何图案。在一些实施方式中,多个开口226、228、232、234具有约0.1mm至约3mm的直径。

喷淋头116和盖板210包括多个馈通板218。多个馈通板218被配置为允许电线从喷淋头116穿过盖板210。这些电线可以是加热器电线、传感器电线等。在一些实施方式中,多个馈通板218中的每个均包括多个开口222。在一些实施方式中,馈通板218被设置成邻近多个部分122、130、166及168中的每一者。在一些实施方式中,一根或多根加热丝206(示出一根)被配置成穿过馈通板218之一并且进入第一部分122。

图3是根据本案描述的至少一个实施方式的方法300的流程图。在这些实施方式中,方法300是用图1-2中描述的系统与装置执行的,但不限于这些系统与装置,并且可以用其他类似的系统与装置执行。为了获得上述的所得膜,基座112的转速、处理空间内的压力、以及从喷淋头116流出的质量流率控制用于形成所得膜的不同材料的各个区域的组成和尺寸。决定从喷淋头116流出的质量流率的一些因素为:喷淋头116的温度、由喷淋头116的每个部分内的开口所产生的流量限制、在处理系统100的不同部分中的每种材料162、164、178、180的流动状态(例如,分子流)、每个安瓿118、126、174、176的温度、从每个安瓿118、126、174、176至喷淋头116的温度梯度、以及在处理过程中基板114所处的处理腔室102的压力。从喷淋头116的部分122、130、166、168流出的材料162、164、178、180中的每一者可以具有不同的处理参数,从而允许实现用于形成器件的至少一部分的受控制的膜沉积工艺。此外,如上所述,喷淋头116的两个相对的部分可以连接至同一安瓿以沉积相同的材料。例如,第一部分122与第三部分166可以经由第一输送管线120连接到同一安瓿,例如第一安瓿118,以沉积第一材料162。第二部分130与第四部分168可以经由第二输送管线128连接到第二安瓿126,以沉积第二材料162。这样,可以使用在处理系统100中所具有的部件将两种材料或三种材料沉积在基板上。

在方块301中,将基板114装载到基座112上。在方块316中,从喷淋头116流出的每种材料162、164、178、180沉积到基板114上,从而产生下面如图4A-4B所示及所述的膜。在一些实施方式中,所有材料162、164、178、180沉积到基板114上。在其他实施方式中,材料162、164、178、180中的三种沉积至基板114上。在其他实施方式中,材料162、164、178、180中的两种沉积至基板114上。通常,通过同时控制并完成至少在方块302-314中描述的程序,来完成在方块316的程序中的任一时间在基板114上的一种或多种材料的沉积。

在方块302中,控制每个安瓿118、126、174、176的温度。每个安瓿118、126、174、176内的温度和压力足够高,使得能够使位于每个安瓿中的固体或液体材料蒸发。通过使用图1中描述的加热元件124、132、170、172,输送管线120、128、171、173的温度亦保持在所需的温度。每个安瓿118、126、174、176及每条输送管线120、128、171及173的温度可以控制在约摄氏20度至约摄氏1200度的范围内,例如在约摄氏100度与约摄氏600度之间。在处理期间在腔室处理空间、安瓿的处理空间、及处理系统100中的输送管线内的压力可以小于1×10- 8Torr。在其他实施方式中,压力可以在约1×10-8Torr与约1×10-5Torr之间,如在约1×10- 7Torr至约1×10-6Torr之间。

在一些实施方式中,安瓿118、126、174及176中的每一者的温度可以在约摄氏100度至约摄氏600度之间。在一些实施方式中,每个安瓿118、126、174、176的温度不同,并且在其他实施方式中可为大致相同。在一些实施方式中,每条输送管线120、128、171、173的温度保持为高于每个安瓿118、126、174、176的温度。在其他实施方式中,每条输送管线120、128、171、173的温度保持为约等于每个安瓿118、126、174、176的温度。另外,在一些实施方式中,第一安瓿118、第一输送管线120及喷淋头116的第一部分122的温度都基本相似,使得第一材料162的质量流更均匀。在一些实施方式中,第二安瓿126、第二输送管线128及喷淋头116的第二部分130的温度都基本相似,亦使得第二材料162的质量流更均匀。在一些实施方式中,第三安瓿174、第三输送管线171及喷淋头116的第三部分166的温度都基本相似,亦导致第三材料178的质量流更均匀。在一些实施方式中,第四安瓿176、第四输送管线173及喷淋头116的第四部分168的温度都基本相似,亦导致第四材料180的质量流更均匀。

在方块304中,将第一材料162从第一安瓿118经由第一输送管线120输送到喷淋头116的第一部分122中,并输送到处理腔室102的处理空间110中,并且同时或依序地从第二、第三及第四安瓿126、174、176经由相应的第二、第三及第四输送管线128、171、173输送第二、第三及第四材料164、178、180至喷淋头116的相应的第二、第三及第四部分130、166、168,并进入处理腔室102的处理空间110中。在一些实施方式中,可以维持处理系统100内的压力,从而控制从安瓿流出的每种材料的流,以使材料的流处于所需的流动状态,例如分子流动状态。这样,通过每个安瓿118、126、174、176的温度和内部压力(如上所述)及在每个安瓿118、126、174、176内的每种材料162、164、178、180的表面积,来控制每种蒸发材料的流动。设置在每个安瓿118、126、174、176中的材料162、164、178、180可以包括用于升华及在基板上冷凝的任何材料,例如三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)或巴克敏斯特富勒烯(Buckminsterfullerene)(C60)。

在方块306中,控制来自喷淋头116的每个部分122、130、166、168的材料的质量流率。通过控制整个处理系统100中的压力和温度来控制质量流率。来自喷淋头116的每个部分122、130、166、168的质量流可以在约1×10-4kg/(m2*s)至约0.25kg/(m2*s)之间。此外,来自喷淋头116的每个部分122、130、166、168的沉积速率可以在约与约之间,诸如在约之间。如上所述,对于每种材料162、164、178、180将压力保持在某些阈值以下可提供分子流动状态,蒸发的材料将以此流动状态而流动。在一些实施方式中,每个部分122、130、166、168中的流率可以不同。在其他实施方式中,从部分122、130、166、168中的一者与部分122、130、166、168中的另一者流动的汽化的材料的流率的比可以大于1:100,例如在约1:1与1:100之间。然而,在其他实施方式中,每个部分122、130、166、168中的流率可以是大致相同。

在方块308中,控制喷淋头116的每个部分的温度。每个部分122、130、166、168的温度足够高,从而防止冷凝。此外,如上所述,每个安瓿的温度以及每个安瓿118、126、174、176与喷淋头116之间的温度梯度也会影响从喷淋头116流出的每种材料162、164、178及180的材料通量。当喷淋头116的一部分的温度升高时,从喷淋头116的此部分离开的材料的材料通量增大。温度可以在约摄氏20度至约摄氏1200度的范围内,例如在约摄氏100度至约摄氏600度之间。在一些实施方式中,每个部分122、130、166、168的温度可以不同。然而,在其他实施方式中,每个部分122、130、166、168的温度可为大致相同。

在方块310中,每种材料162、164、178、180从喷淋头116的每个部分122、130、166、168流入到处理腔室102的处理空间110中。

在方块312中,控制处理腔室102内的压力。在一些实施方式中,处理腔室102内的压力可以在约1×10-9Torr至约1×10-5Torr之间,如在约1×10-7Torr至约1×10-6Torr之间。控制处理腔室102内的压力决定进入处理空间102的材料162、164、178、180的流动状态。通过增大或减小质量流率来增大或减小每种材料在基板114的表面上的沉积速率。

在方块314中,控制基座112的转速。基座112被配置为以一速度旋转,使得当将从喷淋头116流出的多种处理材料共同沉积到基板114上时,其得到具有所需的材料微区尺寸的膜。在一些实施方式中,转速可以在约0RPM至约200RPM之间,例如在5RPM至约100RPM之间,或者在10RPM与70RPM之间。控制基座112的转速有助于形成合适的器件。当基座112的旋转慢于形成某些器件所需的转速时,微区尺寸可能太大,使得材料不能很好地混合以提供足够的界面面积。当基座112的旋转快于形成某些器件所需的转速时,微区尺寸可能太小,使得没有为每种材料形成足够的路径以在器件中进行有效的电荷传输。每种材料164、162、178、180的材料通量亦影响应该如何控制基座112的速度。当材料通量较高时,在基板114上的沉积速率较高,这意味着应该将基座112的转速控制为较高的速度,以使膜产生相似的微区尺寸。当材料通量较低时,在基板114上的沉积速率较低,这意味着应该将基座112的转速控制为较低的速度以产生相似的微区尺寸。

在方块318中,从处理腔室102中去除基板114。总体而言,方法300有利地产生沉积在基板114上的具有所需厚度和组成的所需膜,使得这些膜可以形成合适器件的至少一部分,例如OLED或其他光学器件。例如,方法300可以使形成的层的区域看起来类似于图4A或4B所示的区域。

图4A-4B是根据本案描述的一些实施方式的在执行图3中所示的方法300之后的处理腔室的示意图。图4A示出了混合在单个形成的层内的多种材料(由A、B、C、D表示)。所示结果通常在转速较快时出现,例如大于约10RPM。尽管在图4A中在单个膜中显示了四种材料A、B、C及D的混合,但是在其他实施方式中,可以有两种材料的混合,例如A/B、A/C、A/D、B/C及B/D。在其他实施方式中,可以有三种或更多种材料的混合,例如A/B/C、B/C/D及A/C/D。在其他实施方式中,可以有多于四种材料的混合。单个膜中的混合材料对于某些器件的光学及/或电学性质很重要,例如某些器件的电荷传输。

图4B示出了形成超晶格结构的多种材料(由A、B、C、D表示)。图4B中所示的结果通常在转速较慢时出现,例如小于1RPM。尽管在图4B中堆叠了四种材料A、B、C及D,但是在其他实施方式中,例如可以存在两种材料的交替堆叠,例如A/B/A/B。在其他实施方式中,可以存在三种材料的堆叠,例如A/B/C、B/C/D及A/C/D。在其他实施方式中,可以出现多于四种材料的堆叠。在一些情况下,两层或更多层的堆叠可以重复两次或更多次,诸如例如,三层堆叠可以包括两组堆叠A/B/C/A/B/C,其中A/B/C是重复组。生成的超晶格结构可用于某些光电器件。另外,这些器件可以不间断沉积形成以提高产量。

在本案描述的实施方式中,横跨基板114的表面的膜的所得区域的尺寸是由从喷淋头116流出的沉积质量流率(或材料通量)、处理空间内的压力以及基座112的转速所决定。决定从喷淋头116出来的质量流率沉积的一些因素为:喷淋头116的温度、提供至喷淋头116的材料的输入温度、由每个喷淋头部分内的开口所产生的流量限制、处理系统100的不同部分内的材料的流动状态(例如,分子流)、每个安瓿118、126、174、176的温度、从每个安瓿118、126、174、176到喷淋头116的温度梯度、以及在处理过程中基板114所在的处理腔室102的压力。在方法300中控制如上所述的这些因素中的每一者来控制沉积在基板114上的材料的沉积速率,从而在基板114的表面上沉积所需的膜。

同样地,通过改变上述各种工艺变量,例如沉积材料的通量与每种沉积材料的输送时间,当一或多个沉积层在生长时,可在生长方向(即,垂直于基板的暴露表面)及/或在横向方向(即,平行于基板的暴露表面)上,调整一层或多层沉积层的组成。因此,例如,通过调节质量流率及在一个或多个沉积层中的每个组成材料的输送时间的重叠或间隔,可控制此一或多个沉积层中的任一者的一层或不同部分的组成。

尽管前述内容针对本发明的实现方式,但是在不脱离本发明的基本范围的情况下,可以设计本发明的其他及进一步的实现方式,并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。

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