[发明专利]用于热丝化学气相沉积的丝

说明书

技术领域

本发明涉及用于半导体层（特别是硅层）或介电层的热丝化学气相沉积的丝。本发明也涉及制造这种丝的方法，以及其经由热丝化学气相沉积在含有硅或碳的层的沉积中的用途。

背景技术

在所谓的热丝化学气相沉积（HWCVD）（也称为CAT-CVD或热丝CVD）中，由催化剂例如钨、钽、钼或其它难熔金属制成的加热催化丝被用于将前体分子催化转化成形成半导体或介电层的自由基。最广泛研究的前体分子之一是用于使硅层生长的硅烷分子。其它可能的前体分子是，可用于沉积锗层的锗氢化物、用于沉积类金刚石层的碳氢化物（carbon hydride）或用于氮化硅层的氨与硅烷分子的混合物。

HWCVD确保很高的薄膜层沉积速度，并可容易扩展到很大面积。然而，根据所采用的前体分子的类型不同，催化丝因硅化物或碳化物的形成而易于迅速老化。由此，丝变得越来越脆，其最终导致破裂。

不可逆的硅化物形成是温度依赖性的，并且明显在1600℃～1900℃的温度下最为突出。在现有技术中，催化丝的端部具有冷点，在发生不可逆的硅化物或碳化物形成的温度下，由于其与热质较高的电源端接触，因而温度较低。

发明内容

因此，本发明的目的是展示一种对用在HWCVD中的，特别是用在硅层的沉积中的，难熔金属丝的寿命进行改善的方式。

该目的通过用耐高温材料对丝的冷点进行涂覆而实现。涂层将催化丝包封，使其免受前体分子的影响。这样防止硅化物或碳化物的形成，使得丝的寿命显著增加。

涂层可以是陶瓷涂层，优选由非硅化物陶瓷构成，例如，基于氧化锆、氧化铝、硅碳化物、硼氮化物或硅氮化物的陶瓷涂层。硅化物陶瓷是金属与硅的化合物。

根据本发明，对丝的至少两个隔开的部分提供耐热涂层。这意味着，在涂覆部分之间的部分未被涂覆，因此具有暴露于前体分子的催化金属表面。

难熔金属为Nb、Mo、Ta、W和Re。难熔金属丝可以由这些元素制成，或者由占主导地位的，即高于50wt%的这些元素所组成的合金制成。

优选由陶瓷材料构成的陶瓷涂层，该陶瓷材料由原子序数比难熔金属的主要组分的原子序数低的元素构成。陶瓷材料的构成元素优选具有40以下的原子序数。

涂层可作为陶瓷或碳颗粒的悬浮液进行涂覆。粘合剂与陶瓷或碳颗粒的混合物可通过例如涂抹而容易地施用至丝。例如，可使用树脂或水作为粘合剂。

以下，将参考示出本发明优选实施方式的附图来阐释本发明的其它方面和优点。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的夹持装置的示例性实施方式。

具体实施方式

在图1的横截面图中示意性示出的丝装置包括夹持机构1，其保持张力并提供难熔金属丝2的电接触以用于前体分子例如硅烷的催化转化。丝的最冷暴露部最接近夹持机构和电源并且被包封3。

对于半导体膜（例如硅膜）或介电膜的沉积，催化丝2可以由钨、钽、钼、铌或这些金属的合金制成。钨、钽和/或钼也可以与贵金属进行合金。丝2优选具有0.1mm～1mm的直径。

优选地，涂层材料应由能够耐受超过1900℃的温度的超高温涂层制成。这些涂层通常由氧化锆、氧化铝、硅碳化物、硼氮化物、硅氮化物、碳或这些材料的复合物组成。对于氧化锆涂层，可以使用Resbond^TM904和其稀释剂，而碳涂层则可以使用溶于二甲基甲酰胺（DMF）的饱和聚丙烯腈（PAN）溶液或石墨胶体溶液进行制备。其后，可以施用多于一种的上述材料。任何熟悉本领域的人会立即了解应用这种涂层的益处。

优选地，涂层以例如悬浮液进行施用，例如以糊料或漆料形式，其可以与适当的稀释剂或溶剂混合，以确保对于丝的薄且均匀的涂覆。仅需要薄涂层来保护催化丝免受前体气体的影响，并使涂层的热质降至最低。

为在基质上沉积硅层，将至少一个丝装置放置在室中，该室在随后将被抽空至低于大气压。通过在室中安装数个该种丝，可以有利地提高沉积速率和均匀度。然后使电流流经丝2，使其加热至高于1900℃的温度。之后，将气态前体或含有前体分子的蒸气引入室中，并通过暴露的热催化丝2而分解，由此将前体分子催化转化成自由基。

术语前体分子包括，例如甲硅烷、乙硅烷或丙硅烷分子，以及用作沉积硅薄膜的前体的任何其它硅的氢化物。可以添加其它气体或前体来修饰膜的特性，例如掺杂。例如，可以添加氨来使硅氮化物膜生长。

对于其它半导体层的沉积，例如锗或矽/锗膜，必须使用锗氢化物分子作为前体。同样，可使用碳氢化物分子，经由HWCVD来使类金刚石膜生长。