[发明专利]用于原子层沉积的可聚合自组装单体

说明书

利用包含氢键合基团和可聚合二亚乙酰基的化合物在基底表面的部分上选择性地制备自组装单层(SAM)。使用紫外光光聚合该SAM。与缺乏这些官能团的类似化合物相比，预聚合和聚合的SAM是在原子层沉积过程中是更有效的金属沉积阻挡层。

技术领域

本发明涉及用于原子层沉积(ALD)中的可聚合自组装单层(SAM)，更具体来说，涉及通过区域选择性原子层沉积(AS-ALD)生成图案化层的方法，其中SAM充当阻挡层，并且沉积主要或仅限于除SAM的顶表面之外的表面。

背景技术

原子层沉积(ALD)是一种化学气相沉积技术，该技术甚至在高纵横比特征上产生原子平滑且共形的涂层。这种技术可以通过热工艺或等离子体增强工艺(通常用于沉积过渡金属)沉积宽范围的材料-金属、非金属及其相关氧化物和氮化物。

热沉积工艺通常每个沉积的原子层需要两个反应步骤(有机金属前体，然后是氧化剂)。在ALD工艺的半循环第一个半循环中，膜表面用有机金属前体饱和，有机金属前体与表面基团反应，与表面产生共价键。这种反应是自限制的，因为半循环将仅导致形成一层官能化的有机金属。第二个半循环涉及引入氧化剂，该氧化剂产生用于下一ALD循环的反应性表面基团。每个完整ALD循环(即，两个ALD半循环，本文中也简称为“ALD循环”)，该方法将膜形成限制为一个原子层的沉积。使用多个ALD循环来建立薄膜厚度，直到达到所需的厚度为止。

在区域选择性ALD(AS-ALD)中，沉积仅发生在基底的选定表面区域上。选择性阻断ALD沉积的一种方法是区域失活。例如，可以使用光刻聚合物来阻断基底表面的特定反应位点。基于阻挡材料与比表面积的材料的反应性，可以选择性地将其他阻断材料施加到基底的特定表面区域。作为一个实例，有机小分子可以用于在多个ALD循环之后补充的ALD期间阻断所希望的表面位点。或者，由长链有机小分子组成的自组装单层(SAM)可选择性地吸附到表面上且提供朝向可能需要或可能不需要补充的ALD的阻挡层。用于SAM的材料的实例包括1)烷基硅烷，其保护SiO₂和GeO₂；2)炔/烯烃，其保护H封端的表面；3)硫醇，其保护裸金属；和4)羧酸/膦酸，其保护金属氧化物。特别地，膦酸SAM不沉积在SiO₂或裸金属上。这允许在由一个或多个膦酸SAM保护的相邻金属氧化物位点的存在下，在裸露的金属位点上选择性沉积至SiO₂。

已经将可光聚合的双烯键式部分结合到SAM形成材料中以改善SAM针对ALD沉积的稳健性(LI，Feng等人的“Photopolymerization of Self-Assembled Monolayers ofDiacetylenic Alkylphosphonic Acids on Group-III Nitride Substrates”(第1II族氮化物基底上的二乙酰基烷基膦酸的自组装单层的光聚合)，Langmuir，2010，26(13)，第10725–10730页)。在形成初始SAM之后，通常通过将初始SAM暴露于紫外光，二亚乙酰基允许局部化学聚合。例如，已将双烯属烷基膦酸用作III族氮化物表面上的SAM，并在暴露于紫外(UV)辐射后表现出改善的稳健性。然而，需要提供ALD沉积的甚至更大面积选择性的自组装材料。

发明内容

因而，根据本发明，一种方法包括：

将被称为SAM的自组装单层布置在基底的表面的一部分上，由此形成所述表面的掩蔽部分，同时使所述表面的一部分不被掩蔽，所述SAM包含式(1)的化合物的键合形式：

其中

a是1或2，

H’是包含能够通过静电相互作用和/或共价键结合至所述表面的所述部分的官能团的头基，

T’为与头基共价连接的尾基，尾基包括氢键形成官能团、可聚合基团和非极性外围端基，