專利名稱：用于沉積反應(yīng)器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于沉積反應(yīng)器的裝置和方法。更具體地，但是非排他地， 本發(fā)明涉及一種用于這樣的沉積反應(yīng)器的裝置和方法，其中通過順序的自飽和表面反應(yīng)將 材料沉積在表面上。
背景技術(shù)：
原子層外延(ALE)方法是由Dr. Tuomo Suntola于1970年代早期發(fā)明的。該方法 的另一種普遍的名稱是原子層沉積(ALD)并且在當(dāng)今被用來代替ALE。ALD是基于將至少 兩種活性的前體組分順序引入位于加熱的反應(yīng)空間內(nèi)的襯底的一種特別的化學(xué)沉積方法。 ALD的生長機(jī)制依賴于化學(xué)的吸附(化學(xué)吸附)和物理的吸附(物理吸附)之間的鍵合強(qiáng) 度差。ALD在沉積過程中利用了化學(xué)吸附而消除了物理吸附。在化學(xué)吸附中，在固相表面的 原子和來自氣相的分子之間形成強(qiáng)的化學(xué)鍵合。通過物理吸附的鍵合弱很多，因為僅僅發(fā) 生了范德瓦耳斯力。而物理吸附鍵合在局部溫度高于分子的冷凝溫度時會由于熱能而被輕 易地打破。在定義上，ALD反應(yīng)器的反應(yīng)空間包括所有可以交替地并且順序地暴露給用于沉 積薄膜的ALD前體中的每一個的加熱的表面。一個基本的ALD沉積循環(huán)包括四個順序步驟 脈沖A ；凈化A ；脈沖B以及凈化B。脈沖A通常包括金屬前體蒸氣并且脈沖B包括非金屬 前體蒸氣，通常為氮前體蒸氣或者氧前體蒸氣。惰性氣體，例如氮氣或是氬氣，以及真空泵 被用來在凈化A和凈化B期間從反應(yīng)空間中凈化氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)品以及殘留的反應(yīng)物分子。 一個沉積順序包括至少一個沉積循環(huán)。沉積循環(huán)一直被重復(fù)直到沉積順序已經(jīng)產(chǎn)生出了希 望厚度的薄膜。通過化學(xué)吸附，前體組分形成到加熱表面的反應(yīng)位點的化學(xué)鍵合。通常以這種方 式來布置環(huán)境，即在一個前體脈沖期間不多于一個分子單層膜的固體材料形成在表面上。 因此生長工藝是自終止或飽和的。例如，第一前體可以包括配體，所述配體保持附著在所吸 附的組分上并且使得表面飽和，這就防止了進(jìn)一步的化學(xué)吸附。反應(yīng)空間溫度保持高于冷 凝溫度并且低于所利用的前體的熱分解溫度，使得前體分子組分基本無損傷地化學(xué)吸附在 襯底上?；緹o損傷意味著當(dāng)前體分子組分化學(xué)吸附在表面上時揮發(fā)的配體可能脫離前體 分子。表面變得基本上處于對于第一種類型的反應(yīng)位點，即吸附的第一前體分子的組分為 飽和的狀態(tài)。這種化學(xué)吸附步驟通常跟隨有第一凈化步驟(凈化A)，其中從反應(yīng)空間中去 除過量的第一前體以及可能的反應(yīng)副產(chǎn)品。接著將第二前體蒸氣引入反應(yīng)空間中。第二前 體分子通常與吸附的第一前體分子的組分發(fā)生反應(yīng)，因此形成所希望的薄膜材料。這種生 長一旦在所吸附的第一前體的全部總量被消耗完并且表面基本上處于對于第二種類型的 反應(yīng)位點的飽和狀態(tài)時就終止。接著通過第二凈化步驟(凈化B)將過量的第二前體蒸氣 和可能的反應(yīng)副產(chǎn)品蒸氣進(jìn)行去除。接著重復(fù)該循環(huán)直到薄膜已經(jīng)生長到了希望的厚度。 沉積循環(huán)也可以更為復(fù)雜。例如，循環(huán)可以包括三個或者更多個通過凈化步驟而分隔開的 反應(yīng)物蒸氣脈沖。所有這些沉積循環(huán)形成了通過邏輯單元或者微處理器控制的定時的沉積順序。通過ALD生長的薄膜致密、沒有針孔并且具有均勻的厚度。例如，從三甲基鋁 (CH3)3Al (也稱為TMA)以及250°C _300°C的水生長的氧化鋁通常具有在100mm-200mm的晶 片上的大約的不均勻性。通過ALD生長的金屬氧化物薄膜適于柵極電介質(zhì)、電致發(fā)光顯 示器絕緣體、電容器電介質(zhì)以及鈍化層。通過ALD生長的金屬氮化物薄膜適合用于例如在 雙大馬士革結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散勢壘。在作為參考合并于此的J. Appl. Phys.，97 (2005)，p. 121301 的 R. Puurunen 的 評論文章"Surface chemistry of atomic layer deposition :A case study for the trimethylaluminium/water process”中公開了在各種ALD反應(yīng)器中適于ALD工藝的前體。在典型的反應(yīng)器中，ALD沉積循環(huán)被應(yīng)用于單片晶片或襯底。盡管這種單晶片處 理可能滿足研發(fā)目的，但是其不符合可負(fù)擔(dān)的大量生產(chǎn)的要求，例如產(chǎn)品處理量或是平均 業(yè)務(wù)處理時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適于在批量反應(yīng)器中的批量晶片或是襯底的表面上 生長材料的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種方法，包括沿著至少一條饋入線將前體蒸氣引 導(dǎo)進(jìn)入沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室；以及通過在反應(yīng)室中建立前體蒸氣的垂直流并且使得該垂直流以垂直方向進(jìn)入垂直 放置的襯底之間，在反應(yīng)室中的垂直放置的批量的襯底的表面上沉積材料。本發(fā)明的各種實施方式提供了裝置內(nèi)的新穎的氣體流的幾何形狀以及魯棒的襯 底處理系統(tǒng)。在特定的實施方式中，所述垂直流的方向從頂?shù)降?。在一個實施方式中，所述垂直 放置的襯底在襯底支架中形成具有均勻的水平間隔的垂直放置的襯底的水平堆疊。在特定實施方式中，所述批量的垂直放置的襯底包括一組平行放置進(jìn)入可移動的 襯底支架內(nèi)的晶片，并且其中所述晶片組包括至少兩個晶片。在特定的實施方式中，襯底或 是晶片的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二，例如，約為五、十、二十、二十五或是更多，在某些實施方式中在 8-25的范圍內(nèi)，在一些其他的實施方式中則更多。所述襯底可以是半導(dǎo)體晶片，例如硅晶 片，例如3-12”晶片。在特定的實施方式中，襯底可以是陶瓷片或是板，例如批量的壓電獨 石。在特定的實施方式中，襯底可以包括具有各種幾何形狀的金屬件，例如金屬球。在特定的實施方式中，所述襯底支架被附接在可移動的反應(yīng)室蓋上。在特定的實 施方式中，前體蒸氣經(jīng)由反應(yīng)室蓋而被饋入反應(yīng)室。在特定的實施方式中，前體蒸氣經(jīng)由反應(yīng)室蓋被引導(dǎo)進(jìn)入膨脹體積內(nèi)，并且以垂 直方向通過分配板從膨脹體積內(nèi)進(jìn)入包含了所述襯底的反應(yīng)室的部分。在特定的實施方式中，反應(yīng)室的尺寸針對垂直放置的批量的襯底的尺寸或是運載 所述襯底的襯底支架的尺寸而進(jìn)行特別地優(yōu)化。這樣可以獲得前體消耗的節(jié)約。在特定的 實施方式中，反應(yīng)室的尺寸可以被調(diào)節(jié)，例如，通過配件部分或是通過替換反應(yīng)室主體。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種裝置，包括至少一條饋入線，配置用于將前體蒸氣饋入沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室；并且
所述反應(yīng)室被配置用于通過在反應(yīng)室中建立前體蒸氣的垂直流并且使得該垂直 流以垂直方向進(jìn)入垂直放置的襯底之間，從而將材料沉積在在反應(yīng)室中的所述垂直放置的 批量的襯底的表面上。在特定的實施方式中，所述裝置包括固定的反應(yīng)室主體以及適于容納用于多個襯 底的襯底支架的可移動的反應(yīng)室蓋。在特定的實施方式中，從反應(yīng)器的頂側(cè)可以達(dá)到所述的批量。所述方法和裝置意在通過低于大氣壓的順序自飽和表面反應(yīng)來在加熱的表面上 生長材料或是薄膜。所述裝置可以是ALD (原子層沉積)或是ALE (原子層外延)裝置等。 所希望的薄膜厚度通常為從一個單層或分子層直到IOOOnm或更多的區(qū)域內(nèi)。稍后在本發(fā)明的詳細(xì)描述以及所附的權(quán)利要求中對本發(fā)明的各種示例性的實施 方式進(jìn)行示例說明。參考本發(fā)明的所選擇的方面對實施方式進(jìn)行了示例說明。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以理解的是本發(fā)明的任何實施方式可以與同樣方面中的其他實施方式進(jìn)行合并。 此外，任何實施方式可以應(yīng)用于其他方面，單獨地或是與其他實施方式進(jìn)行結(jié)合地。


現(xiàn)在僅僅以示例的方式參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中圖1示出了根據(jù)一個實施方式的具有饋入線和排出線的沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室的 橫截面視圖；圖2示出了圖1的沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室的另一個橫截面視圖；圖3示出了可選的實施方式；圖4示出了圖1裝置的裝配圖；圖5示出了根據(jù)另一個實施方式的反應(yīng)室的裝配圖；圖6示出了圖5的反應(yīng)室的前視圖；圖7示出了沿著圖6中的線A-A的橫截面視圖；圖8示出了根據(jù)一個實施方式的處于打開位置的沉積反應(yīng)器的透視圖；圖9示出了處于打開位置的圖8的沉積反應(yīng)器的橫截面視圖；圖10示出了處于打開位置的圖8的沉積反應(yīng)器的另一個橫截面視圖；圖11示出了圖8的沉積反應(yīng)器的另一個橫截面視圖，其中反應(yīng)器蓋處于打開位置 并且襯底支架處于其在反應(yīng)器內(nèi)的位置；圖12示出了圖8的沉積反應(yīng)器在默認(rèn)位置的橫截面視圖；圖13示出了圖8的沉積反應(yīng)器在默認(rèn)位置的橫截面視圖；圖14示出了根據(jù)一個實施方式的襯底支架附接到反應(yīng)室蓋的具體細(xì)節(jié)；圖15示出了圖14所呈現(xiàn)的圖的另一個視圖。
具體實施例方式在下面的描述中，原子層沉積(ALD)技術(shù)被用作例子。然而其目的并不嚴(yán)格限于 該技術(shù)而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到特定的實施方式也能夠應(yīng)用于利用了其他相當(dāng)?shù)脑蛹壍某练e技術(shù) 的方法和裝置中。ALD生長機(jī)制的基礎(chǔ)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是已知的。ALD方法的細(xì)節(jié)在本專利申請的引言部分中已經(jīng)得到了描述。這些細(xì)節(jié)在此不再贅述但是就該方面參考引言部 分。圖1在橫截面視圖中示出了 ALD裝置(或反應(yīng)器)的特定細(xì)節(jié)。該裝置包括了由 反應(yīng)室主體110、反應(yīng)室頂凸緣120以及反應(yīng)室蓋130形成的反應(yīng)室。該裝置進(jìn)一步包括反 應(yīng)室饋入線141、142以及反應(yīng)室排出引導(dǎo)150。饋入線的數(shù)目可根據(jù)實施而發(fā)生改變。襯底支架160被降低到反應(yīng)室的底部上。襯底支架160運載了批量的垂直放置的 襯底或是晶片170。在前體蒸氣脈沖期間，前體蒸氣從下側(cè)經(jīng)由機(jī)器加工形成的通過頂凸緣120的通 道以垂直方向沿著饋入線141 (如箭頭101所指示的)流進(jìn)反應(yīng)室蓋130。該流在蓋130內(nèi) 發(fā)生90度轉(zhuǎn)彎(如箭頭102所指示的)并且經(jīng)由水平導(dǎo)管以水平方向進(jìn)入襯底170上方 的空間。(但是該轉(zhuǎn)彎并不必然是90度)。這個空間可以被稱為膨脹體積180。在膨脹體 積180的下方，所述裝置包括分配部分(或是板)190，其例如可以是網(wǎng)篩或是帶孔的板并且 可以被附接到蓋130上。該流在膨脹體積180中進(jìn)行另一次轉(zhuǎn)彎并且以垂直的頂?shù)降追较?經(jīng)過分配部分進(jìn)入反應(yīng)室的反應(yīng)空間內(nèi)(如箭頭103所指示的)。在反應(yīng)空間中，前體蒸氣 以垂直方向進(jìn)入垂直放置的襯底170之間。在襯底170之間的居間空間中，前體流與襯底 表面上的反應(yīng)位點發(fā)生反應(yīng)。在一個實施方式中，前體流沿著基本上平行的襯底表面以垂 直方向從反應(yīng)室的頂側(cè)朝著排出引導(dǎo)150前進(jìn)到反應(yīng)室的底側(cè)。在接下來的凈化步驟中將 反應(yīng)副產(chǎn)品以及剩余的氣態(tài)前體分子從反應(yīng)室中凈化出去(如箭頭104所指示的)。在一個實施方式中，饋入線141被用來饋送第一前體的前體蒸氣以及惰性載體和 凈化氣體，并且饋入線142被用來饋送第二前體的前體蒸氣以及惰性載體和凈化氣體進(jìn)入 反應(yīng)室。在一個備選的實施方式中，前體蒸氣通過機(jī)器加工形成的通過蓋130的通道(未 在圖1中示出)以水平方向從一側(cè)流進(jìn)反應(yīng)室蓋130中。在該實施方式中，頂凸緣并不需 要具有所提到的垂直通道。在另一個備選的實施方式中，前體蒸氣再次從底側(cè)以垂直方向 流進(jìn)反應(yīng)室蓋130中，但是完全地通過頂凸緣120。在該實施方式中，頂凸緣120的水平直 徑可以例如小于蓋130的水平直徑從而允許通過。圖2示出了圖1的裝置的另一個橫截面視圖。在該視圖中橫截面是通過一個較之 于圖1旋轉(zhuǎn)了 90度的虛擬平面而獲取的。如果圖1的橫截面代表了前視圖那么圖2的橫 截面可以代表左視圖。在襯底支架160中的襯底(或是晶片)170的放置從圖2中可以更好地可視化。襯 底170被以垂直位置放置，使得每一個襯底170的表面在垂直平面中。襯底170可以在襯 底支架160中彼此呈直線地放置，并且當(dāng)在所述直線中時，這些襯底彼此平行。襯底170由 襯底支架160支撐。在襯底170之間的間隔較小從而提高反應(yīng)空間的效率。然而，該間隔足夠大以允 許前體流正確地進(jìn)入到襯底170之間。在特定的實施方式中，基本上均勻的間隔通常從 Imm-IOmm的范圍內(nèi)選擇，在一個實施方式中從2mm-5mm的范圍內(nèi)選擇。在圖1和圖2所示 的例子中，批量襯底的數(shù)目為16。反應(yīng)室的尺寸可以針對垂直放置的批量的襯底的尺寸或是針對運載所述襯底的 襯底支架的尺寸而進(jìn)行特別地優(yōu)化。通過這種方式可以實現(xiàn)前體消耗的節(jié)約。
在特定的實施方式中，反應(yīng)室的尺寸可以例如通過將空間限制配件部分插入反應(yīng) 室或是用不同尺寸的反應(yīng)室或是反應(yīng)室主體110來進(jìn)行替換而得到調(diào)整。圖3示出了另一個實施方式中的圖1的裝置的另一個橫截面視圖。在該實施方式 中，反應(yīng)室為包括具有少量襯底170的薄的襯底支架160的薄的反應(yīng)室。在該實施方式中的 襯底的數(shù)目為二。例如通過利用更薄的反應(yīng)室來替換圖2所示的較大(或是正常尺寸的) 反應(yīng)室，可以獲得圖3所示的薄的反應(yīng)器。在圖2和圖3所示的兩個裝置中，選擇運載著襯底170的襯底支架160的尺寸使 得具有襯底170的襯底支架160基本上填充了反應(yīng)室的底部分。通過這種方式，改善了前 體的消耗效率。圖4示出了圖1的裝置的裝配圖。通過利用外部提升設(shè)備(圖4中未示出)抓住 提升部分或是掛鉤465并且移動進(jìn)入希望的方向，從而將襯底支架160從反應(yīng)室升起或是 降低進(jìn)入反應(yīng)室?？梢苿拥姆磻?yīng)室蓋130可以抵靠著反應(yīng)室頂凸緣120進(jìn)行按壓并且由耐 受性或是接近式密封進(jìn)行密封。耐受性密封指的是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中兩個基本上相似的 表面(例如平滑平坦表面或是例如通過玻璃砂噴射而變得粗糙的平坦表面)彼此緊密接觸 從而防止在所述表面之間有氣體流動。襯底支架160材料通常包括不銹鋼、鎳、鈦、碳化硅(例如，通過化學(xué)氣相滲透由 石墨制成的SiC)或是石英。在一個實施方式中，襯底支架160被涂敷有非晶薄膜(例如 100nm-200nm的Al2O3)從而在將襯底支架投入使用之前保護(hù)支架表面免遭腐蝕性源化學(xué)物 質(zhì)的腐蝕。圖5示出了根據(jù)另一個實施方式的反應(yīng)室的裝配圖。在該實施方式中，有三條饋 入線141-143連接到基本上矩形的反應(yīng)室頂凸緣120。所述反應(yīng)室可以借助于可移動的提 升臂515而從反應(yīng)器被提升起來用于維修或是替換的目的。通過利用外部提升設(shè)備568抓 住提升部分或是掛鉤465而將襯底支架160從反應(yīng)室提升起來或是降低進(jìn)入反應(yīng)室。圖6示出了處于默認(rèn)(或是閉合)位置的圖5的反應(yīng)室的前視圖。通過耐受性或 是接近式密封將可移動的反應(yīng)室蓋130抵靠著反應(yīng)室頂凸緣120而密封。圖7示出了沿著圖6所示的線A-A的反應(yīng)室的橫截面視圖。在前體蒸氣脈沖期間， 前體蒸氣沿著饋入線143(如箭頭701所指示的)以垂直方向流動。該流進(jìn)行90度轉(zhuǎn)彎并 且以水平方向從一側(cè)進(jìn)入反應(yīng)室頂凸緣120。(然而，該轉(zhuǎn)彎并不必然是90度)。前體蒸氣 流沿著頂凸緣120內(nèi)的水平導(dǎo)管繼續(xù)前進(jìn)并且進(jìn)入膨脹體積180。在該膨脹體積180之下， 所述裝置包括例如是網(wǎng)篩或是帶孔的板的分配部分(或板)190。在該實施方式中，所述分 配部分190通過限位銷785附接到反應(yīng)室蓋130。該流在膨脹體積180中進(jìn)行另一次轉(zhuǎn)彎 并且以垂直的從頂?shù)降椎姆较蛲ㄟ^分配部分190進(jìn)入反應(yīng)室的反應(yīng)空間(如箭頭103所指 示的)。在反應(yīng)空間中，前體蒸氣以垂直方向進(jìn)入到由襯底支架160運載的垂直放置的襯底 170之間(雖然在圖7中沒有示出襯底170)。從此處開始，過程類似于結(jié)合圖1所描述的。圖8示出了根據(jù)一個實施方式的處于打開位置的沉積反應(yīng)器的特定細(xì)節(jié)的透視 圖。所述反應(yīng)器包括由圓形配件，例如螺紋栓接有凸緣的ISO全螺紋接頭，或是CF配件或 其類似形成的真空室805。所述配件的寬度足夠大以根據(jù)實施方式容納用于100mm-300mm 的晶片的批量和加熱器的反應(yīng)室。真空室蓋831與反應(yīng)室蓋130為一體的從而形成蓋系統(tǒng)。運載了襯底170的批量的襯底支架160被附接到蓋系統(tǒng)，所述襯底170按水平直線彼此相繼地垂直放置。通過降 低具有襯底170的襯底支架160所附接的蓋系統(tǒng)，反應(yīng)室可以以垂直方向從頂部加載。這 可以例如通過適當(dāng)?shù)募虞d布置來實現(xiàn)。裝置封蓋895具有開口，蓋系統(tǒng)通過所述開口進(jìn)行 裝配。圖9示出了處于打開位置的圖8的沉積反應(yīng)器的橫截面視圖。襯底支架160通過 其頂部附接部分或是掛鉤465附接到蓋系統(tǒng)的配對物。分配部分190通過限位銷785附接 到蓋系統(tǒng)。圖10示出了處于打開位置的圖8的沉積反應(yīng)器的透視橫截面視圖。反應(yīng)室饋入 線141、142同樣在圖10中可見。圖11示出了圖8的沉積反應(yīng)器的另一個橫截面透視圖，其中反應(yīng)器蓋處于打開位 置并且襯底支架處于其在反應(yīng)室內(nèi)的位置。圖12示出了處于默認(rèn)位置的圖8的沉積反應(yīng)器的橫截面透視圖。圖13示出了處于默認(rèn)操作位置的圖8的沉積反應(yīng)器的另一個橫截面視圖。在該 例子中，在批量中的襯底的數(shù)目為25。在前體蒸氣脈沖期間，前體蒸氣從底側(cè)經(jīng)由機(jī)器加工 形成的通過頂凸緣120的通道沿著饋入線141 (如箭頭101所指示的)以垂直方向流進(jìn)反 應(yīng)室蓋130。該流在蓋130中發(fā)生90度轉(zhuǎn)彎(如箭頭102所指示的)并且通過水平導(dǎo)管以 水平方向進(jìn)入襯底170上方的膨脹體積180。(然而該轉(zhuǎn)彎并不一定是90度)。在膨脹體 積180之下，該裝置包括例如可以是網(wǎng)篩或是帶孔的板并且附接到蓋130的分配部分(或 板)190。該流在膨脹體積180中發(fā)生另一次轉(zhuǎn)彎并且通過分配部分以垂直的頂?shù)降椎姆较?進(jìn)入反應(yīng)室的反應(yīng)空間中(如箭頭103所指示的)。在反應(yīng)空間中，前體蒸氣以垂直方向進(jìn) 入到以垂直位置放置在襯底支架中的襯底170之間。在襯底170之間的居間空間，前體流 與襯底表面上的反應(yīng)位點發(fā)生反應(yīng)。前體流以垂直方向沿著襯底表面向著排出引導(dǎo)150前 進(jìn)。反應(yīng)副產(chǎn)品和剩余的前體分子在接下來的凈化步驟中被從反應(yīng)室中凈化出去(如箭頭 104所指示的)。反應(yīng)空間的溫度可以通過一個或多個加熱器元件來控制。根據(jù)一個實施方式，反 應(yīng)空間的加熱通過一個或多個電阻器1301來實現(xiàn)。在一個實施方式中，一個或多個加熱電 阻器1301為電加熱的。其可以接線到計算機(jī)控制的電源(未示出)。圖14示出了根據(jù)一個實施方式的襯底支架到反應(yīng)室蓋的附接的細(xì)節(jié)。所述襯底 支架160通過其頂附接部分或是一個或多個掛鉤465附接到蓋系統(tǒng)中的配對物1456。分配 部分190通過定位銷785附接到蓋系統(tǒng)。圖15示出了圖14的繪圖的另一個視圖?？梢姷氖欠峙洳糠?90和分別用于饋入 線141-143的反應(yīng)室蓋130中的孔1521-1523，通過所述饋入線，前體或是惰性凈化氣體流 進(jìn)反應(yīng)室蓋130。在反應(yīng)室蓋130中的孔的數(shù)目以及相關(guān)的饋入線的數(shù)目通常從2到4或 者更大的數(shù)目發(fā)生變化，適于從與所述饋入線處于計算機(jī)控制的流體連通的2到更多個源 系統(tǒng)接收源化學(xué)蒸氣。下面給出了在批量襯底上沉積薄膜的例子(參考在前面描述過的圖1-圖15)。首先將反應(yīng)室加壓到房間氣壓。通過提升機(jī)制(未示出)將反應(yīng)室蓋130提升到 暴露了反應(yīng)室內(nèi)部空間的較高位置。所述提升機(jī)制通過氣動提升機(jī)來進(jìn)行操作。在另一個 實施方式中，可以將步進(jìn)電機(jī)用于提升機(jī)制。加載有一定數(shù)量的襯底的襯底支架160通過提升部分465降低到反應(yīng)室主體110內(nèi)。通過提升機(jī)制將反應(yīng)室蓋130降低到較低的位置 以密封反應(yīng)室。同時通過在這個反應(yīng)室蓋130與真空室蓋831附接在一起的雙蓋系統(tǒng)中的 可移動的真空室蓋831將圍繞的真空室805相對于室內(nèi)空氣而密封起來。反應(yīng)室接著通過 真空源被泵浦為真空。惰性凈化空氣包括通過饋入線141-143流進(jìn)反應(yīng)室頂凸緣120內(nèi)的 導(dǎo)管并且進(jìn)一步進(jìn)入反應(yīng)空間內(nèi)的氮氣或是氬氣。通過真空源進(jìn)行泵浦以及通過惰性氣體 進(jìn)行凈化的結(jié)合將反應(yīng)空間的氣壓優(yōu)選地穩(wěn)定在接近IhPa-^Ja絕對值。襯底支架160的 溫度穩(wěn)定在沉積溫度。在這個例子中，針對通過ALD從三甲基鋁TMA蒸氣以及水H2O蒸氣生 長氧化鋁Al2O3的沉積溫度為+300°C。TMA源(未示出)與第一饋入線141處于計算機(jī)控 制下的流體連通。H2O源(未示出)與第二饋入線142處于計算機(jī)控制下的流體連通。第 三饋入線143用于第三化學(xué)源。在這個例子中，饋入線僅僅用于惰性凈化氣體。當(dāng)?shù)竭_(dá)了 所編程的沉積溫度時，通過自動控制系統(tǒng)來激活沉積順序。在脈沖A期間，TMA蒸氣通過自 動脈沖閥(未示出)被引入第一饋入線141中并且通過包含了氮氣(在其他實施方式中氬 氣同樣適合)的惰性運載氣體被推入反應(yīng)空間，其中TMA分子化學(xué)吸附在反應(yīng)空間內(nèi)的所 有加熱的表面上。根據(jù)襯底批量的尺寸，襯底表面通常在0. 05-1秒后對于TMA分子或是由 TMA分子產(chǎn)生的缺少配體的組分為飽和的。之后，TMA源通過第一自動脈沖閥與第一饋入線 141隔離并且系統(tǒng)啟動凈化A期間。不活躍的凈化氣體接著流經(jīng)饋入線141-143將殘留氣 態(tài)的TMA分子和表面反應(yīng)副產(chǎn)品從反應(yīng)室推到排出引導(dǎo)150并且進(jìn)一步向著真空源(未示 出)。根據(jù)襯底批量的尺寸，凈化A期間一般持續(xù)約1-10秒。接著，在脈沖B期間，H2O蒸 汽通過自動脈沖閥(未示出)被引入第二饋入線142并且由包括氮氣或是氬氣的惰性運 載氣體推送進(jìn)入反應(yīng)空間，在反應(yīng)空間中，H2O分子化學(xué)吸附到反應(yīng)空間內(nèi)的所有加熱的表 面上。根據(jù)襯底批量的尺寸，襯底表面通常在0.05-2秒后變得對于OH配體飽和。接著，在 凈化B期間的開始，H2O源通過第二自動脈沖閥而與第二饋入線142隔離。惰性氣體接著 通過饋入線141-143而流進(jìn)反應(yīng)室將殘留氣態(tài)H2O分子和表面反應(yīng)產(chǎn)品從反應(yīng)室推向排出 引導(dǎo)150并且進(jìn)一步朝向真空源(未示出)。這四個步驟(脈沖A，凈化A，脈沖B，以及凈 化B)在襯底表面上生成了 1人的新的OH-終止的Al2O3薄膜。自動脈沖順序重復(fù)這四個步 驟500次，產(chǎn)生具有在25片IOOmm的硅晶片上極佳的的不均勻性的50nm的Al2O3薄膜 的生長。在完成了脈沖源化學(xué)物質(zhì)和凈化反應(yīng)室的順序之后，反應(yīng)室被加壓到房間氣壓，并 且蓋(真空室蓋831以及反應(yīng)室蓋130)被提升到較高的位置暴露出容納了襯底批量的反 應(yīng)室的內(nèi)部空間。具有多個襯底(未示出)的襯底支架160由提升部分465從反應(yīng)室主體 110卸載并且被放置到單獨的冷卻臺(未示出)。已經(jīng)呈現(xiàn)了各種實施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是在本文件中，用語包括、包含、具有的每 一個都用作開放式結(jié)尾的表述，而不會意在排他。上面的描述通過本發(fā)明的特定實施和實施方式的非限制性例子提供了對于發(fā)明 人實現(xiàn)本發(fā)明所構(gòu)思的最佳模式的全面而具有信息量的描述。然而對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說，本發(fā)明并不限于上面所提出的實施方式的細(xì)節(jié)，而是可以利用相當(dāng)?shù)氖侄卧谄渌?實施方式中進(jìn)行實施而不會偏離本發(fā)明的特征。進(jìn)一步，本發(fā)明上面所公開的實施方式的一些特征可以用來實現(xiàn)優(yōu)勢而無需相應(yīng) 地使用其他的特征。這樣，上面的描述應(yīng)當(dāng)被僅僅認(rèn)為是對本發(fā)明的原則的描述，并且不應(yīng) 當(dāng)是其限制。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由所附的專利權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括沿著至少一條饋入線，將前體蒸氣引導(dǎo)進(jìn)入沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室；以及通過在所述反應(yīng)室內(nèi)建立前體蒸氣的垂直流，并且使得所述垂直流以垂直方向進(jìn)入垂 直放置的襯底之間，從而在所述反應(yīng)室中的垂直放置的批量的襯底的表面上沉積材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述垂直放置的批量的襯底包括平行放置進(jìn)入襯 底支架內(nèi)的一組晶片，并且所述一組晶片包括至少兩個晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述襯底支架被加載進(jìn)反應(yīng)室內(nèi)，并且從所述反 應(yīng)室的頂側(cè)從所述反應(yīng)室中卸載。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述襯底支架被附接到可移動的反應(yīng)室蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述前體蒸氣通過反應(yīng)室蓋被饋入所述反應(yīng)室。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述前體蒸氣通過所述反應(yīng)室蓋被導(dǎo)入膨脹體 積，并且從所述膨脹體積以垂直方向通過分配板進(jìn)入包含所述襯底的所述反應(yīng)室的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過順序自飽和表面反應(yīng)，在襯底表面上沉積薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)室的尺寸針對所述垂直放置的批量的襯 底的尺寸或者承載所述襯底的襯底支架的尺寸而進(jìn)行特別地優(yōu)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述垂直流的方向為從頂?shù)降住?br> 10.一種裝置，包括至少一條饋入線，配置為將前體蒸氣饋入沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室；并且所述反應(yīng)室配置為通過在所述反應(yīng)室內(nèi)建立前體蒸氣的垂直流，并且使得所述垂直流 以垂直方向進(jìn)入垂直放置的襯底之間，從而在所述反應(yīng)室中的垂直放置的批量的襯底的表 面上沉積材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述垂直放置的批量的襯底包括平行放置進(jìn)入 襯底支架內(nèi)的一組晶片，并且所述一組晶片包括至少兩個晶片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，包括反應(yīng)室蓋，配置為附接于所述襯底支架。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，包括反應(yīng)室蓋，所述裝置被配置為經(jīng)由所述反應(yīng)室蓋將所述前體蒸氣饋入所述反應(yīng)室。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述裝置被配置為經(jīng)由所述反應(yīng)室蓋將所述前 體蒸氣導(dǎo)入膨脹體積，并且從所述膨脹體積通過分配板以垂直方向?qū)氚鲆r底的所 述反應(yīng)室的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述裝置被配置為通過順序自飽和表面反應(yīng)在 襯底表面上沉積薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述反應(yīng)室的尺寸針對所述垂直放置的批量的 襯底的尺寸或者承載所述襯底的襯底支架的尺寸而進(jìn)行特別地優(yōu)化。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述垂直流的方向為從頂?shù)降住?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，其中沿著至少一條饋入線(141，142)將前體蒸氣引導(dǎo)進(jìn)入沉積反應(yīng)器的反應(yīng)室(110)，并且通過在反應(yīng)室內(nèi)建立前體蒸氣的垂直流并且使得該垂直流以垂直方向進(jìn)入垂直放置的襯底(170)之間，從而在反應(yīng)室中的垂直放置的批量的襯底的表面上沉積材料。
文檔編號C23C16/455GK102046856SQ200980119508
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者S·林德弗爾斯 申請人:皮考遜公司