Un método para el control de la metalización sobre un sustrato mediante un proceso de deposición,

que comprende:

transportar un precursor que contiene al metal en un medio de transporte a través de una cámara hacia el sustrato, siendo la temperatura en el espacio de transporte menor que la temperatura de descomposición del precursor que contiene al metal, y

depositar sobre el sustrato una capa metálica mediante la descomposición en el sustrato del precursor que contiene al metal, siendo la temperatura del sustrato mayor que la temperatura de descomposición del precursor que contiene al metal,

en el que la temperatura del sustrato y la temperatura del precursor que contiene al metal en el espacio de transporte se miden directamente, y

la velocidad de deposición y la calidad de la citada capa metálica sobre el citado sustrato se controlan por control de la temperatura del citado sustrato y de la temperatura del precursor que contiene al metal en el espacio de transporte y manteniendo condiciones de saturación del citado precursor en el citado espacio de transporte

Metalización de sustrato(s) mediante un procedimiento de deposición líquido/vapor.

Referencia a solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de Estados Unidos número de serie 60/504.641, presentada el 19 de septiembre de 2003.

Campo de la invención

El campo de la invención se refiere a recubrimientos metálicos depositados por deposición química de vapores ("CVD") y a productos y procesos de dichos recubrimientos.

Antecedentes de la invención

Las películas metálicas depositadas formadas por métodos de deposición química de vapores (CVD) son práctica común para una diversidad de aplicaciones microelectrónicas y de semiconductores. Intentar depositar películas metálicas finas para recubrimientos usando métodos de CVD es difícil. Las dificultades pueden ser particularmente importantes cuando se producen películas gruesas (de un espesor de 1 a 2 micrómetros o mayor), como recubrimientos protectores, incluidos recubrimientos resistentes a la corrosión.

Se han publicado varias propuestas para la deposición de metales que utilizan precursores sólidos, líquidos y gaseosos de los metales, precursores que se volatilizan e introducen en una cámara de reacción donde el precursor se descompone en sus componentes constituyentes depositándose el metal sobre el sustrato en cuestión. Aunque se ha conseguido la metalización de un sustrato, la mala calidad de formación de películas finas ha impedido aplicaciones económicamente atractivas de dichos recubrimientos.

El aluminio metálico es una elección lógica para recubrimientos de películas finas para la protección de un sustrato contra la corrosión. Métodos típicos de aplicar recubrimientos de aluminio han sido métodos de deposición física de vapores (PVD), incluida la deposición iónica de vapores (IVD). Estos métodos han proporcionado recubrimientos de aluminio pero requieren equipo de deposición costoso y son difíciles de funcionar y mantener.

Otros métodos, como la CVD, han proporcionado recubrimientos de aluminio pero la descomposición del precursor del aluminio en la cámara de deposición es difícil de controlar, originando polvo de aluminio en el medio de transporte y posteriormente sobre la superficie del sustrato en cuestión. La formación de partículas de polvo es perjudicial para la calidad de la película fina formada sobre el sustrato en cuanto a protección contra la corrosión, morfología de la superficie y estética.

En las patentes de Estados Unidos números 3.449.144, 3.449.150, 3.464.844, 3.578.494 y 3.707.136 se describen métodos de recubrimiento en fase líquida en los que la deposición de aluminio se consigue mediante calentamiento por convección de sustratos metálicos, con la deposición posterior del metal empleando precursores líquidos del tipo de alquil-metal. Estas propuestas tienen problemas relativos al control de la temperatura, control del espesor de la capa depositada y requisitos del equipo diseñado para el proceso.

La patente de Estados Unidos número 2.700.365, concedida a P. Pawlyk, describe un método en fase gaseosa en lugar de uno que utiliza un vapor que contiene líquido, para recubrir superficies usando carbonilos u otros compuestos volátiles que llevan un metal.

La patente de Estados Unidos número 3.702.780, concedida a J. C. Withers, describe el uso de un rociado de atomización que comprende un precursor que contiene un metal para recubrir con una película un sustrato calentado por inducción. Esta patente describe monitorizar la temperatura del sustrato. Esta tecnología, denominada "Técnica de rociado pirolítico", se describe con detalle en Chem. Vapor Deposition, 2ª Conf. Int., 1970, 393-407.

Las propuestas anteriores para cambiar recubrimientos de aluminio producidos por CVD, de escala de laboratorio a una escala mayor, para realizar una producción en gran escala son difíciles. La integridad de los recubrimientos ha sido difícil de conseguir en reactores grandes de CVD.

Compendio de la invención

La presente invención se refiere a un proceso mejorado para depositar una capa metálica uniforme y sustancialmente pura sobre uno o más sustratos mediante la descomposición de un precursor que contiene al metal. Durante este proceso de deposición, el o los sustratos se mantienen a una temperatura mayor que la temperatura de descomposición del precursor mientras que la atmósfera circundante se mantiene a una temperatura menor que la temperatura de descomposición del precursor. El precursor está disperso en un medio de transporte, por ejemplo, una fase de vapor. La concentración del precursor o precursores que contienen al metal en la fase de vapor, que también contiene líquido, debe estar a un nivel que proporcione condiciones de saturación o casi saturación del precursor o precursores del metal. Asegurando el control de temperatura antes mencionado entre el medio de transporte y el sustrato y manteniendo condiciones de por lo menos casi saturación del medio de transporte, se mejora notablemente la calidad de la película metálica fina depositada y se reduce mucho o se elimina sustancialmente la formación de polvo metálico producido como subproducto.

Una realización de la presente invención proporciona más control de la temperatura del sustrato, mejor control del espesor de la capa depositada y diseños más ventajosos del equipo de proceso en comparación con propuestas de la técnica anterior.

Una realización preferida de la presente invención transporta un precursor en un medio de transporte a través de un espacio de transporte hacia el sustrato. La temperatura en el espacio de transporte es menor que la temperatura de descomposición del precursor. La capa metálica se deposita sobre el sustrato por descomposición del precursor sobre el sustrato. La temperatura del sustrato es mayor que la temperatura de descomposición del precursor y la temperatura del precursor en el espacio de transporte se mide y controla directamente. Se debe apreciar que la temperatura del sustrato es la temperatura de las porciones de la superficie del sustrato que se pretende poner en contacto con el precursor para la deposición final del recubrimiento.

Otra realización preferida deposita aluminio sobre un sustrato calentando el sustrato mediante energía de inducción y empleando una fase de vapor que contiene líquido y que incluye un precursor que contiene aluminio, para depositar aluminio sobre la superficie del sustrato. La temperatura de la superficie del sustrato es mayor que la temperatura de descomposición del precursor que contiene aluminio y la temperatura de la fase de vapor se mantiene por debajo de la temperatura de descomposición del precursor en el espacio de transporte.

Otro objeto de la invención es proporcionar un proceso de CVD que se pueda cambiar de escala, de un aparato de laboratorio a escapa pequeña a un equipo de producción a mayor escala, produciendo un medio de reacción que permita el recubrimiento de cantidades grandes de piezas pequeñas o de otros sustratos.

Otro objeto de la invención es proporcionar un proceso mejorado para depositar capas de un metal, por ejemplo, aluminio, sobre diversos sustratos por descomposición de un precursor que contiene al metal. Aunque una realización implica el uso de precursores del tipo de organoaluminios, el proceso puede usar otros precursores que contengan al metal, solos o combinados, incluidos otros compuestos organometálicos, carbonilos y acetilacetonatos.

En una realización preferida, el generador de la capa de aluminio puede ser, por ejemplo, un alquilaluminio líquido, como trimetilaluminio, hidruro de dimetilaluminio, trietilaluminio, hidruro de dietilaluminio, triisobutilaluminio, hidruro de diisobutilaluminio u otro trialquilaluminio o hidruro de dialquilaluminio de fórmula R₁R₂R₃A, en la que R₁, R₂ y R₃ son hidrógeno o ligandos hidrocarbilos lineales, ramificados o cíclicos y en la que el número de átomos de carbono de R₁, R₂ y R₃ varía de 1 a aproximadamente 12. Los ligandos elegidos también pueden incluir ligandos como butadienilo o isoprenilo, que son bifuncionales y que se unen a dos o tres átomos de aluminio. Las composiciones de vapor-líquido del precursor seleccionado pueden contener mezclas de cualquiera o de todas las especies antes mencionadas. Preferiblemente los radicales R₁, R₂ y R₃ antes descritos se seleccionan de etilo, isobutilo e hidrógeno, siendo los compuestos más preferidos...

1. Un método para el control de la metalización sobre un sustrato mediante un proceso de deposición, que comprende:

transportar un precursor que contiene al metal en un medio de transporte a través de una cámara hacia el sustrato, siendo la temperatura en el espacio de transporte menor que la temperatura de descomposición del precursor que contiene al metal, y

depositar sobre el sustrato una capa metálica mediante la descomposición en el sustrato del precursor que contiene al metal, siendo la temperatura del sustrato mayor que la temperatura de descomposición del precursor que contiene al metal,

en el que la temperatura del sustrato y la temperatura del precursor que contiene al metal en el espacio de transporte se miden directamente, y

la velocidad de deposición y la calidad de la citada capa metálica sobre el citado sustrato se controlan por control de la temperatura del citado sustrato y de la temperatura del precursor que contiene al metal en el espacio de transporte y manteniendo condiciones de saturación del citado precursor en el citado espacio de transporte.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

medir una cantidad de gas de la reacción, e

impedir que el precursor que contiene al metal entre en el espacio de transporte después de que se haya medido una cantidad predeterminada de gas de la reacción.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende además:

medir el tiempo en que la capa metálica se deposita sobre el sustrato,

en el que la capa metálica se deposita durante por lo menos un minuto,

impedir que el precursor que contiene al metal entre en el espacio de transporte después de un tiempo predeterminado, y

enfriar el sustrato después de impedir la entrada de precursor que contiene al metal.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:

determinar un período de deposición activa,

medir la diferencia de temperatura entre el sustrato y el medio de transporte en el espacio de transporte, y

mantener esta diferencia de temperaturas durante el período de deposición activa.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4,

en el que la diferencia de temperaturas es por lo menos un grado.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

en el que el medio de transporte es un vapor o un chorro líquido atomizado.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,

en el que el medio de transporte está sustancialmente saturado con el precursor que contiene al metal.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

en el que la temperatura del sustrato se controla por un generador de calentamiento por inducción.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

en el que la temperatura del precursor que contiene al metal se controla pulsando la potencia del generador de calentamiento por inducción, variando la concentración del precursor que contiene al metal en el medio de transporte o mediante una combinación de variables que consiste en pulsar la potencia del generador de calentamiento por inducción, variar el caudal de gas inerte en el medio de transporte, variar el caudal de gas inerte en el espacio de transporte y variar la concentración del precursor en el medio de transporte.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

en el que el medio o espacio de transporte contiene un gas inerte y la temperatura del precursor que contiene al metal se controla modificando el caudal del gas inerte en el medio o espacio de transporte.

11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,

en el que la temperatura del precursor que contiene al metal en el espacio de transporte se controla con una precisión de pm10ºC.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,

en el que el precursor que contiene al metal es un precursor que contiene aluminio, preferiblemente un compuesto de organoaluminio.

13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,

en el que el sustrato contiene un metal.

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que se deposita una capa de aluminio sobre un sustrato, el sustrato se calienta con un generador de energía de inducción y el precursor que contiene aluminio se transporta en un vapor que contiene líquido.