改進(jìn)的等離子體增強(qiáng)ald系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本文公開了改進(jìn)的等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)系統(tǒng)和相關(guān)的操作方法。真空反應(yīng)室包括真空系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)從反應(yīng)室分離包含未反應(yīng)的第一前體的第一流出物，從反應(yīng)室分離出第二流出物，其包含第二前體和所述第二前體與涂布表面反應(yīng)的任何反應(yīng)副產(chǎn)物。提供包含捕集器材料表面的捕集器以在第一前體與捕集器材料表面反應(yīng)時從第一流出物移除第一前體。在第二前體包含等離子體產(chǎn)生的材料時，第二前體不通過捕集器。替代第二前體源將適合的第二前體注入到捕集器中以完成捕集器表面上的材料沉積層，由此使捕集器材料表面準(zhǔn)備與第一前體在下一個材料沉積周期時反應(yīng)。
【專利說明】改進(jìn)的等離子體増強(qiáng)ALD系統(tǒng)
[0001] 發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及氣體沉積系統(tǒng)，其被構(gòu)造成實(shí)施可用于將薄膜材料層沉積到固體襯底 的暴露表面上的等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)氣體沉積周期。特別是，該P(yáng)EALD系統(tǒng)包 括反應(yīng)室、用于在非等離子體前體沉積周期過程中在反應(yīng)室中建立第一真空壓力的主真空 栗、和用于在等離子體前體沉積周期過程中在反應(yīng)室中建立第二較低真空壓力的第二真空 栗。
[0003] 相關(guān)技術(shù)
[0004] 常規(guī)ALD和前體捕集
[0005] 常規(guī)原子層沉積(ALD)系統(tǒng)作為可用于將薄膜材料層沉積到一個或多個襯底的暴 露表面上的氣體或蒸氣沉積系統(tǒng)而操作。更具體地，原子層沉積(ALD)是通過使沉積襯底相 繼暴露于多個不同的化學(xué)和/或活性環(huán)境而進(jìn)行的薄膜沉積技術(shù)。典型方法將藉以將與襯 底表面上預(yù)先存在的化學(xué)部分化學(xué)吸附的蒸氣相的含金屬-原子的前體的引入而進(jìn)行。在 除去過量的前體和反應(yīng)產(chǎn)物的吹掃(purge)周期之后，第二前體被引入到反應(yīng)器中，其對第 一反應(yīng)物的化學(xué)吸附的部分具有反應(yīng)性。第二吹掃周期除去過量的前體和反應(yīng)產(chǎn)物。對于 成功的ALD方法，第二前體周期使襯底表面再次準(zhǔn)備用于另一次暴露于第一前體。表面相繼 暴露于:前體1、吹掃、前體2、吹掃、重復(fù)，使得共形膜(conformal film)受亞原子層厚度控 制地沉積。
[0006] 在操作中，襯底置于基本上密封的反應(yīng)室內(nèi)部，所述反應(yīng)室一般排空到低沉積壓 力，例如0.1至10毫托，并加熱到反應(yīng)溫度，例如75至750°C之間。第一前體或反應(yīng)物被引入 到反應(yīng)空間中以與襯底的暴露表面或涂布表面反應(yīng)。惰性載氣可以在遞送第一前體的過程 中與第一前體混合。在期望的暴露時間之后，然后從反應(yīng)室除去或吹掃掉第一前體。吹掃周 期一般包括從反應(yīng)室通過與真空栗流體連通的出口端口抽氣。之后，第二前體或反應(yīng)物被 引入到反應(yīng)空間中以與襯底涂布表面的暴露表面反應(yīng)期望的暴露時間。惰性載氣可以在遞 送第二前體的過程中與第二前體混合。然后從反應(yīng)室通過如上所述的出口端口除去或吹掃 掉第二前體。通常，上述兩個前體涂布周期將單一材料厚度層施加到暴露表面上，層厚度為 0.5至約2.0美。通常，重復(fù)這兩個前體涂布周期以一個疊一個地施加多個單一材料厚度層 以獲得期望的材料厚度。
[0007] 常規(guī)ALD系統(tǒng)包括設(shè)置在出口端口和真空栗之間的捕集器(trap)。該捕集器從流 出物除去未反應(yīng)的前體以避免損壞真空栗。特別是，在沒有捕集器的情況下，用于將材料層 施加到容納在反應(yīng)室內(nèi)部的襯底的暴露表面上的相同的兩個前體涂布周期可以合并以將 相同的薄膜材料層形成于排氣導(dǎo)管和真空栗的內(nèi)表面上，最后導(dǎo)致不期望的表面污染和最 終的真空栗故障。雖然已知從氣體或蒸氣沉積系統(tǒng)的流出物除去未反應(yīng)的前體和反應(yīng)副產(chǎn) 物的各種各樣的捕集器機(jī)理，但ALD系統(tǒng)中常規(guī)使用的一個特別有用的捕集機(jī)理是將捕集 器室內(nèi)部的大表面區(qū)域的加熱金屬板提供給前體以在它們通過捕集器室中時與之反應(yīng)。一 種這樣的捕集器在題為VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METH0DS、2012年6月19日授權(quán)于 Monsma等人的美國專利第8,202,575B2號中公開。在該公開中，Monsma等人描述了串聯(lián)的 ADL反應(yīng)室、捕集器和真空栗，其中來自反應(yīng)室的流出物在經(jīng)真空栗抽出之前通過捕集器。 捕集器特別構(gòu)造成提供小的氣流阻力和高的真空氣傳導(dǎo)率(conductance)，同時允許在捕 集器內(nèi)部提供的金屬表面上發(fā)生和在反應(yīng)室內(nèi)部涂布的襯底的暴露表面上發(fā)生的相同的 沉積過程。此外，Monsma等人表明期望提供具有與沉積材料相似的熱膨脹系數(shù)的捕集器材 料，以防止捕集器材料表面上形成的涂布層破裂(cracking)或剝落(flacking)和被帶到真 空栗中。然而，Monsma等人提出的捕集器系統(tǒng)所具有的一個問題是，為了捕集器材料與流出 物中的前體反應(yīng)，兩種前體都必須可以參與與捕集器材料表面的反應(yīng)，并且如果兩種前體 不在流出物中，則捕集器內(nèi)部的ALD反應(yīng)未能形成材料層，捕集器的操作發(fā)生故障，且未反 應(yīng)的前體材料傳遞到真空栗。
[0008]常規(guī)PEALD和前體捕集
[0009]常規(guī)等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)系統(tǒng)作為可用于將薄膜材料層沉積到一個 或多個襯底的暴露表面上的氣體或蒸氣沉積系統(tǒng)而操作。在操作中，將襯底置于基本上密 封的反應(yīng)室中，所述反應(yīng)室一般排空到低沉積壓力，例如0.1至10毫托，并加熱到反應(yīng)溫度， 例如75至750°C之間。將第一前體或反應(yīng)物(例如分子化學(xué)物質(zhì)（如蒸氣相含金屬-原子的分 子））作為蒸氣引入到反應(yīng)空間中以與襯底涂布表面的暴露表面反應(yīng)。惰性載氣可以在遞送 第一前體的過程中與第一前體混合。在期望的暴露時間之后，然后從反應(yīng)室除去或吹掃掉 第一前體。吹掃周期一般包括從反應(yīng)室通過與真空栗流體連通的出口端口抽氣。之后，包含 通過等離子體源或其他自由基產(chǎn)生技術(shù)解離分子氣體進(jìn)料而產(chǎn)生的自由基通量的第二前 體或反應(yīng)物被引入到反應(yīng)空間中以與襯底涂布表面的暴露表面反應(yīng)。
[0010]在PEALD系統(tǒng)中，第二前體包含通過使氣體前體激發(fā)到等離子體狀態(tài)或通過其他 自由基產(chǎn)生技術(shù)產(chǎn)生的自由基。特別是，分子氣體如氧氣、氮?dú)?、氫氣和其他分子氣體或氣 體混合物通過等離子體發(fā)生器進(jìn)行激發(fā)，并且自由基的通量被遞送到反應(yīng)室中以與襯底的 暴露表面反應(yīng)。自由基包含具有一個或多個自由電子的一個或多個原子或原子團(tuán)，因此自 由基是非常反應(yīng)性的，但由于預(yù)期它們快速重組為相對惰性的分子物質(zhì)，它們的壽命傾向 于較短。
[0011]和常規(guī)ALD系統(tǒng)一樣，惰性載氣可以在其遞送過程中與等離子體前體混合。然后從 反應(yīng)室通過如上所述的出口端口除去或吹掃掉第二前體。通常，上述兩個前體等離子體涂 布周期將單一材料厚度層施加到設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)部的襯底的暴露表面上，單層材料厚度為 0.5至約2.0蓋。通常，重復(fù)這兩個前體周期以一個疊一個地施加多個單一材料厚度層以獲 得期望的材料厚度。
[0012]常規(guī)PEALD系統(tǒng)的實(shí)例在題為PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METH0D、2010年7月22日公布的Becker等人的US20100183825A1中公開。在該公開中，Becker 等人描述了等離子體反應(yīng)室，其包括用于將非等離子體前體引入到反應(yīng)室中的第一前體端 口和將等離子體激發(fā)的前體材料引入到反應(yīng)室中的第二前體端口或頂部孔。Becker等人在 圖10中公開了真空系統(tǒng)，其包括操作以通過圖6中示出的捕集器組件將流出物從反應(yīng)室除 去的渦輪真空栗。該公開將該捕集器組件描述為受熱以與從氣體沉積室離開的氣體流出物 中的前體和/或等離子體氣體反應(yīng)。設(shè)置在捕集器內(nèi)部的暴露的捕集器材料表面與來自流 出物的任何剩余未反應(yīng)的前體蒸氣和/或未反應(yīng)的等離子體自由基之間的反應(yīng)從流出物除 去了未反應(yīng)的前體，并且將與沉積在反應(yīng)室內(nèi)部的襯底上的相同的材料沉積在暴露的捕集 器材料表面上。
[0013] 自由基衰變
[0014] 然而，Becker等人提出的PEALD系統(tǒng)所具有的一個問題涉及等離子體激發(fā)的前體 自由基的高反應(yīng)性以及快速衰變到非激發(fā)態(tài)，并且這些因素以兩種方式影響系統(tǒng)操作。在 第一個相關(guān)問題中，等離子體前體的自由基可以衰變到非激發(fā)態(tài)或者在與被涂布的襯底的 暴露表面反應(yīng)之前與反應(yīng)室內(nèi)部的其他表面反應(yīng)。結(jié)果，預(yù)期在反應(yīng)室內(nèi)部發(fā)生的期望的 自限式ALD反應(yīng)可能無法繼續(xù)直至結(jié)束，因?yàn)楸┞侗砻嫣幦狈Φ入x子體自由基，使得襯底的 暴露表面沒有被完全涂布。
[0015] 在第二個相關(guān)問題中，等離子體前體的自由基可以衰變到非激發(fā)態(tài)或者在與捕集 器內(nèi)部的暴露的捕集器材料表面反應(yīng)之前與反應(yīng)室內(nèi)部的其他表面反應(yīng)。結(jié)果，與用于從 流出物除去未反應(yīng)的前體的捕集器材料的相同的期望自限式ALD反應(yīng)可能無法繼續(xù)直至結(jié) 束，使得捕集器內(nèi)部的暴露表面沒有被完全涂布，其最終導(dǎo)致第一和第二前體與捕集器內(nèi) 部的暴露表面之間的任何反應(yīng)的中斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 鑒于與上文所述的常規(guī)方法和裝置相關(guān)的問題，本發(fā)明提供了用于采用等離子體 或以其他方式產(chǎn)生的自由基來與涂布表面反應(yīng)的原子層沉積系統(tǒng)的各種各樣的操作方法。
[0017] 具體而言，每次沉積包括進(jìn)行反應(yīng)室中容納的一個或多個襯底的多個材料沉積涂 布周期。在每個沉積周期過程中，第一前體被遞送到反應(yīng)室中以與一個或多個襯底的暴露 表面反應(yīng)，并且反應(yīng)室通過從反應(yīng)室移除第一流出物來吹掃，第一流出物包含未反應(yīng)的第 一前體。第一流出物還包含惰性氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物。第一流出物然后通過捕集器。捕集器包 含適合于與未反應(yīng)的第一前體反應(yīng)的大面積的捕集器材料表面。然而，由于被遞送到反應(yīng) 室中的第二前體是在與捕集器材料表面反應(yīng)之前將可能衰變到非激發(fā)態(tài)的自由基，所以第 二替代(alternate)前體源被提供并通過捕集器。替代第二前體適合于與捕集器材料表面 以致使捕集器材料表面能夠與來自下一個涂布周期的第一流出物的未反應(yīng)的第一前體反 應(yīng)并將其移除而完成的方式進(jìn)行反應(yīng)。具體而言，替代第二前體是單獨(dú)的前體源并且不從 反應(yīng)室抽出。此外，由于第一前體與反應(yīng)室內(nèi)部的暴露表面之間的反應(yīng)在特定反應(yīng)溫度下 發(fā)生，操作方法還包括將捕集器材料表面保持在反應(yīng)溫度下。
[0018] 在后續(xù)步驟中，在從反應(yīng)室移除第一流出物之后，包含自由基的第二前體被遞送 到反應(yīng)室中以與暴露的襯底表面反應(yīng)。此后，第二流出物從反應(yīng)室移除，然而，第二流出物 不通過捕集器。
[0019] 可用于上述方法的原子層沉積設(shè)備包括構(gòu)造成支撐在其中的用于沉積材料周期 的一個或多個襯底的反應(yīng)室。第一前體導(dǎo)管將第一前體遞送到反應(yīng)室中以與襯底的暴露表 面反應(yīng)。真空系統(tǒng)被提供成從反應(yīng)室吹掃或移除包含未反應(yīng)的第一前體的第一流出物。第 一流出物在第一前體與襯底表面之間的期望的暴露時間之后移除，所述期望的暴露時間可 以短至移除一個或兩個等于反應(yīng)室體積的氣體體積所需要的時間或更長。
[0020] 包含捕集器材料表面的捕集器被設(shè)置成接收穿過捕集器的第一流出物。捕集器材 料表面適合與來自第一流出物的基本上全部的未反應(yīng)的第一前體反應(yīng)并將其移除。替代第 二前體源被提供成將替代第二前體遞送到捕集器中。替代第二前體是適合于與捕集器材料 表面以使在捕集器材料表面上形成材料層的由第一前體開始的反應(yīng)完成的方式反應(yīng)、同時 還使捕集器材料表面準(zhǔn)備與第一前體在下一個沉積周期反應(yīng)的前體材料。捕集器包括用于 將反應(yīng)表面加熱到期望反應(yīng)溫度的加熱器。
[0021]第二前體導(dǎo)管被提供成在暴露表面已經(jīng)與第一前體反應(yīng)之后，將第二前體遞送到 反應(yīng)室中以與襯底的暴露表面反應(yīng)。等離子體發(fā)生器與第二前體導(dǎo)管聯(lián)結(jié)以激發(fā)第二前體 來產(chǎn)生第二前體的自由基。在與襯底表面的反應(yīng)之后，真空系統(tǒng)從反應(yīng)室移除第二流出物。 第二流出物從反應(yīng)室移除基本上全部的第二前體而不使第二流出物通過捕集器。然而，大 部分或全部的第二流出物的自由基可能在離開反應(yīng)室之前已經(jīng)衰變到較低能級。
[0022] 真空系統(tǒng)包括經(jīng)與反應(yīng)室連接的真空法蘭(flange)與反應(yīng)室流體連通的主真空 栗。第一真空導(dǎo)管從真空法蘭延伸到主真空栗，并且捕集器沿著第一真空導(dǎo)管設(shè)置，使得流 經(jīng)第一真空導(dǎo)管的氣體通過捕集器?？煽氐牡谝徽婵臻y沿著在真空法蘭和捕集器之間的第 一真空導(dǎo)管設(shè)置。第二渦輪真空栗與真空法蘭連接以在反應(yīng)室中實(shí)現(xiàn)較低的真空壓力，特 別是用于等離子體增強(qiáng)原子層沉積和從反應(yīng)室移除流出物。第二真空導(dǎo)管在渦輪真空栗和 主真空栗之間延伸而不通過捕集器。第二真空閥沿著在渦輪真空栗和主真空栗之間的第二 真空導(dǎo)管設(shè)置。主真空栗是可操作以將反應(yīng)室栗吸到約10毫托的真空壓力的粗抽栗 (roughing pump)。第二禍輪真空栗是能夠?qū)⒎磻?yīng)室栗吸到約1.0微托的真空壓力的終止栗 (finishing pump)。
[0023] 附圖簡要說明
[0024] 本發(fā)明的特征將從本發(fā)明及其出于說明的目的而選擇并在隨附附圖中示出的示 例性實(shí)施方式的詳細(xì)描述來更好地理解，其中：
[0025] 圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的PEALD系統(tǒng)的示例性示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0026] 概述
[0027]本發(fā)明描述了等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)系統(tǒng)的非限制性示例性實(shí)施方式 和相關(guān)的操作方法以及由所述方法涂布的襯底。特別是，該系統(tǒng)包括適合于在位于反應(yīng)室 內(nèi)部的襯底的暴露表面上的薄膜生長的反應(yīng)室。反應(yīng)室是由兩個不同的真空栗栗吸到真空 壓力的真空室。每個真空栗經(jīng)不同的出口端口和不同的真空導(dǎo)管路徑連接到真空室。特別 是，不同的流出物管線和/或前級管線(fore line)與各個真空栗聯(lián)結(jié)，每個單獨(dú)的真空導(dǎo) 管路徑包括可通過電子控制器操作以使氣體流出物改變和從反應(yīng)室改向至沿著不同的真 空導(dǎo)管路徑流出系統(tǒng)的一個或多個閥。特別是，用于移除和捕獲非等離子體前體的第一真 空導(dǎo)管路徑包括常規(guī)ALD捕集器;然而，用于移除等離子體前體的第二真空導(dǎo)管路徑不包括 捕集器。結(jié)果，只有第一前體進(jìn)入ALD捕集器。然而，本發(fā)明包括替代第二前體源，其將第二 前體(例如水蒸氣)遞送到ALD捕集器中以完成與設(shè)置在捕集器室內(nèi)部的捕集器材料的暴露 表面的ALD反應(yīng)。因此，本發(fā)明的替代第二前體源被用來繼續(xù)使捕集器內(nèi)部的暴露的捕集器 材料表面準(zhǔn)備與下一個ALD涂布周期的第一前體反應(yīng)。適用于本發(fā)明的非限制性實(shí)例PEALD 反應(yīng)室在題為PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METHOD、公布于2010年7月 22日的Becker等人的US20100183825A1中公開，其出于全部目的以全文并入本文。
[0028] 定義
[0029] 除非另有具體說明，以下定義貫穿全文使用。
[0031] 項(xiàng)目編號列表
[0032]除非另有具體說明，以下項(xiàng)目編號貫穿全文使用。
[0034]示例性系統(tǒng)架構(gòu)
[0035]現(xiàn)參照圖1，示意性描述根據(jù)本發(fā)明的非限制性示例性PEALD系統(tǒng)（100KPEALD系 統(tǒng)（100)包括容納支撐在由加熱的卡盤（111)提供的襯底支撐表面上的襯底（110)的PEALD 構(gòu)造的反應(yīng)室（105)，襯底支撐在這樣的涂布位置，使得遞送到反應(yīng)室中的前體蒸氣和/或 等離子體自由基撞擊到面朝上的涂布表面(115)上。在其他非限制性示例性實(shí)施方式中，反 應(yīng)室可以在由加熱的卡盤(111)提供的支撐表面上支撐多個襯底（110)，各個襯底具有面朝 上的涂布表面(115 )，而不偏離本發(fā)明。
[0036]氣體供應(yīng)模塊
[0037] 氣體和前體供應(yīng)模塊(120)包括儲存在用于儲存液體和固體前體材料的密封罐中 和/或儲存在用于儲存氣體前體如反應(yīng)性等離子體氣體(包括但不限于〇 2、犯、出、1€13等）、和 氣態(tài)第一前體以及可用做載氣和/或吹掃氣體的惰性氣體的增壓氣瓶中的各種各樣的工藝 蒸氣和氣體的供應(yīng)器。氣體模塊（120)還包括可通過電子控制器（125)操作以打開、關(guān)閉或 建立如將所選前體、載氣和/或吹掃氣體遞送到反應(yīng)室（105)中所需要的輸入氣體混合物的 期望質(zhì)量流速的可控閥或質(zhì)量流調(diào)節(jié)器(145)和（150)。
[0038] 液體和氣體前體罐可包括可用于氣化或以其他方式增加前體蒸氣壓和/或促使快 速蒸氣流入反應(yīng)室中的氣體鼓泡器或其他氣化設(shè)備。氣體和前體模塊（120)還可進(jìn)一步包 括可通過如混合、引導(dǎo)和/或調(diào)節(jié)從液體或固體前體收集的前體蒸氣材料和/或可用做載氣 和/或吹掃氣體或二者的惰性氣體所需要的電子控制器（125)控制的其他氣體和蒸氣流調(diào) 節(jié)元件。
[0039] 在本實(shí)施方式中，氣體和前體供應(yīng)模塊(120)還包括前體加熱器(未示出），其被提 供以如增加蒸氣壓和在期望的前體溫度下遞送各個前體所需要的那樣預(yù)熱前體罐或以其 他方式加熱前體材料。在一個非限制性示例性實(shí)施方式中，前體被加熱到約70°C溫度，優(yōu)選 低于前體蒸氣的熱分解溫度。此外，氣體和前體模塊（120)可以如向電子控制器（125)提供 反饋信號和以多個不同操作模式操作PEALD系統(tǒng)所需要的那樣包括一個或多個壓力調(diào)節(jié) 器、質(zhì)量流調(diào)節(jié)器或限流器和各種各樣的壓力、溫度和流速傳感器等(未示出），所述多個不 同操作模式包括如進(jìn)行多個不同材料涂布周期所需要的那樣提供不同前體組合，以用一個 或多個不同固體材料層涂布一個或多個不同襯底表面材料。
[0040] 非限制性示例性PEALD系統(tǒng)（100)包括如下所述的兩個前體遞送路徑到達(dá)反應(yīng)室 (105)，然而，可使用一個遞送路徑而不偏離本發(fā)明。第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)將非等 離子體前體遞送到反應(yīng)室（105)中。當(dāng)襯底（110)通過由加熱的卡盤（111)提供的襯底支撐 表面支撐時，第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)設(shè)置在襯底涂布表面（115)上方的位置，并且 第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)優(yōu)選以使前體輸入流撞擊到接近襯底涂布表面（115)的中 心的輸入角來引導(dǎo)前體輸入材料的角度進(jìn)行定向。第二前體端口和輸入導(dǎo)管（135)通過包 括設(shè)置在等尚子體發(fā)生器（140)內(nèi)部的等尚子體激發(fā)管(未不出）的等尚子體發(fā)生器（140)。 等離子體發(fā)生器（140)由電子控制器（125)控制以激發(fā)或不激發(fā)在等離子體激發(fā)管內(nèi)部的 第二前體。因此，僅僅通過不操作等離子體發(fā)生器(140)，非等離子體前體和/或吹掃氣體也 可以經(jīng)第二前體端口和輸入導(dǎo)管（135)遞送到反應(yīng)室（105)中。
[0041]第一前體端口和導(dǎo)管（130)與第二前體端口和導(dǎo)管（135)各自包括可控氣體調(diào)節(jié) 元件或與可控氣體調(diào)節(jié)元件聯(lián)結(jié)，所述可控氣體調(diào)節(jié)元件例如是用于調(diào)節(jié)穿過第一前體端 口和輸入導(dǎo)管（130)的第一前體的流的第一脈沖閥（150)，用于調(diào)節(jié)穿過第二前體端口和輸 入導(dǎo)管（135)的等離子體前體的流的質(zhì)量流控制器（146)，和/或任選的第二脈沖閥（145)。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一脈沖閥（150)、質(zhì)量流控制器（146)和任選的第二脈沖閥（145)各 自被容納在接近前體供應(yīng)容器的氣流模塊（120)中。然而為了清楚，圖1顯示第一脈沖閥 (150)沿著第一輸入前體端口和導(dǎo)管（130)設(shè)置以調(diào)節(jié)流經(jīng)其的氣流。第一前體脈沖閥 (150)可通過電子控制器（125)控制以打開或關(guān)閉對應(yīng)于選擇遞送到反應(yīng)室（105)中的期望 體積的第一前體氣體的脈沖持續(xù)時間。在等離子體前體的情形下，為了清楚，圖1顯示質(zhì)量 流控制器（146)沿著第二前體端口和導(dǎo)管（135)設(shè)置，然而，其優(yōu)選設(shè)置在氣體供應(yīng)模塊 (120)內(nèi)部。質(zhì)量流控制器（146)用于調(diào)節(jié)通過輸入第二前體端口和導(dǎo)管（135)的等離子體 氣體前體的質(zhì)量流速，以遞送期望質(zhì)量流速的選擇遞送到反應(yīng)室（105)中的等離子體前體。 質(zhì)量流控制器（146)可通過電子控制器（125)控制并且可操作以改變通過其的氣體的質(zhì)量 流速。
[0042] PEALD系統(tǒng)（100)可還包括任選的可通過電子控制器（125)控制的第二脈沖閥 (145)。第二脈沖閥（145)可用于進(jìn)行(preform)使用非等離子體第二前體以與襯底（110)的 暴露表面反應(yīng)的熱ALD沉積周期。在熱ALD沉積周期過程中，質(zhì)量流控制器（146)不用于調(diào)節(jié) 第二前體的質(zhì)量流速。相反，任選的第二脈沖閥（145)可通過電子控制器（125)控制以打開 或關(guān)閉對應(yīng)于選擇遞送到反應(yīng)室（105)中的期望體積的第二前體氣體的脈沖持續(xù)時間。 [0043]如圖1中所描述的，任選的第二脈沖閥（145)顯示與第二前體端口和輸入導(dǎo)管 (135)聯(lián)結(jié)，以強(qiáng)調(diào)第二非等離子體前體可以經(jīng)第二前體端口和輸入導(dǎo)管（135)遞送到反應(yīng) 室（105)中，然而優(yōu)選任選的第二脈沖閥（145)設(shè)置在氣體和前體供應(yīng)模塊（120)內(nèi)部?；?者，任選的第二脈沖閥（145)可以與第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)聯(lián)結(jié)以將第二、非等離 子體前體經(jīng)第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)遞送到反應(yīng)室（105)中。因此，在一個任選的熱 ALD操作實(shí)施方式中，第一非等離子體前體經(jīng)第一前體端口和輸入導(dǎo)管（130)遞送到反應(yīng)室 (105)中并且由第一脈沖閥（150)調(diào)節(jié)；并且第二非等離子體前體經(jīng)第二前體端口和導(dǎo)管 (135)遞送到反應(yīng)室（105)中并且由任選的第二脈沖閥（145)調(diào)節(jié)，但沒有等離子體激發(fā)。 [0044]在另一個任選的熱ALD實(shí)施方式中，第一非等離子體前體經(jīng)第一前體端口和輸入 導(dǎo)管（130)遞送到反應(yīng)室（105)中并且由第一脈沖閥（150)調(diào)節(jié);并且第二非等離子體前體 經(jīng)第一前體端口和導(dǎo)管（130)遞送到反應(yīng)室（105)中并且由任選的第二脈沖閥（145)調(diào)節(jié)。 在一個非限制性示例性實(shí)施方式中，第一脈沖閥（150)和任選的第二脈沖閥（145)的脈沖持 續(xù)時間在1至15毫秒范圍內(nèi)。此外，第一和第二脈沖閥（150)和（145)各自的脈沖閥持續(xù)時間 可獨(dú)立地通過電子控制器（125)、通過用戶輸入或通過脈沖閥（150)和（145)的機(jī)械調(diào)整來 控制。
[0045]第二和第一脈沖閥（145)和（150)和質(zhì)量流控制器（146)各自可包括連接到惰性氣 體進(jìn)料管線(210)的惰性氣體入口（ 211)。提供在第二和第一脈沖閥（145)和（150)的和質(zhì)量 流控制器(146)上的每一個的惰性氣體入口（211)接收來自惰性氣體進(jìn)料管線(210)的惰性 氣體并將惰性氣體經(jīng)與第一前體端口和導(dǎo)管（130)或第二前體端口和導(dǎo)管（135)對應(yīng)的一 者遞送到反應(yīng)室（105)中。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，惰性氣體入口端口（211)總是打開的，由此 允許惰性氣體的連續(xù)流通過各個惰性氣體端口（211)到達(dá)反應(yīng)室（105)。在其他實(shí)施方式 中，第一脈沖閥（150)和第二脈沖閥（145)可操作以關(guān)閉對應(yīng)的惰性氣體端口（211)，除了當(dāng) 對應(yīng)的脈沖閥由控制模塊（125)啟動時。無論哪種情況，經(jīng)惰性氣體入口端口（211)進(jìn)入的 惰性氣體與流至反應(yīng)室（105)的前體混合。
[0046]真空系統(tǒng)
[0047] 非限制性示例性PEALD系統(tǒng)（100)包括主真空栗（155)和渦輪分子真空栗（180)。主 真空栗（155)通過在真空法蘭（160)和主真空栗（155)之間延伸的第一真空導(dǎo)管（165)流體 地連接到真空法蘭（160)。第一真空閥（170)可操作以在電子控制器（125)的控制下打開或 關(guān)閉第一真空導(dǎo)管（165)。常規(guī)的ALD捕集器（175)沿著第一真空導(dǎo)管（165)設(shè)置，使得通過 第一真空導(dǎo)管（165)的來自反應(yīng)室（105)的任何流出物也在到達(dá)主真空栗（155)之前通過 ALD捕集器（175)。特別是，ALD捕集器（175)包括設(shè)置在捕集器室內(nèi)部的大的內(nèi)部材料表面 區(qū)域，例如多個緊密間隔的金屬板或箱，或者提供由捕集器和大的內(nèi)部表面區(qū)域的材料形 成的流動導(dǎo)管來與通過第一真空導(dǎo)管（165)的流出物中含有的任何未反應(yīng)的前體反應(yīng)，由 此在流出物到達(dá)主真空栗（155)之前基本上消除來自流出物的未反應(yīng)的前體。在本示例性 實(shí)施方式中，主真空栗（155)是能夠?qū)⒎磻?yīng)室栗吸到約10毫托（10- 2托）的較低成本的粗抽 栗。
[0048] 渦輪分子真空栗（180)經(jīng)真空閘閥（185)流體地連接到真空法蘭（160)。渦輪分子 真空栗（180)在真空閘閥（185)打開時從反應(yīng)室（105)抽出流出物。渦輪分子真空栗（180)操 作以在反應(yīng)室（105)中提供比可以由主真空栗（155)提供的更低的真空壓力。該更低的壓力 傾向于通過改善等離子體激發(fā)的第二前體遞送到襯底的暴露表面來改善等離子體增強(qiáng)原 子層沉積的性能。真空閘閥（185)可通過電子控制器（125)操作以打開和關(guān)閉由真空法蘭 (160)形成的反應(yīng)室（105)出口端口，并且與渦輪分子栗（180)聯(lián)結(jié)的反應(yīng)室（105)出口端口 明顯大于通過與第一真空導(dǎo)管（165)以其連接物聯(lián)結(jié)的真空法蘭（160)的出口端口。如將在 下文中進(jìn)一步描述的，關(guān)閉真空閘閥（185)以從反應(yīng)室（105)經(jīng)ALD捕集器（175)移除第一流 出物。第二真空導(dǎo)管（190)或前級管線從渦輪分子真空栗（180)經(jīng)第二真空導(dǎo)管（190)延伸 到主真空栗（155)，所述第二真空導(dǎo)管（190)包括可操作以在電子控制器（125)的控制下打 開或關(guān)閉第二真空導(dǎo)管（190)的第二真空閥（195)。在本示例性實(shí)施方式中，渦輪分子真空 栗（180)是能夠?qū)⒎磻?yīng)室栗吸到約1.0微托（10- 6托）的較高成本的終止栗。此外，與常規(guī) PEALD系統(tǒng)相比較，渦輪分子真空栗（180)不經(jīng)捕集器抽真空，這因此使本發(fā)明的渦輪分子 真空栗（180)比經(jīng)捕集器抽真空的常規(guī)PEALD真空系統(tǒng)更有效。而且，如將在下文中進(jìn)一步 詳述的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一前體從不通過渦輪分子真空栗（180)，這允許使用不 必構(gòu)造成在前體污染的環(huán)境中操作的較低成本的渦輪分子真空栗(180)。
[0049]操作模式
[0050]非限制性示例性PEALD系統(tǒng)（100)可操作以將多個材料層自動沉積在一個或多個 襯底（110)的暴露表面、特別是襯底涂布表面（115)上。單層沉積周期是指將單層的沉積材 料沉積在襯底(110)上。涂布過程或涂布工藝是指多個沉積周期。在一個非限制性實(shí)例涂布 過程中，使用相同的涂布材料進(jìn)行多個沉積周期，將具有相同沉積材料的許多單層沉積到 襯底（110)上直到獲得期望的涂布厚度或個體材料層的數(shù)量。在第二非限制性實(shí)例涂布過 程或工藝中，進(jìn)行多個第一沉積周期以將多個層厚度的第一沉積材料沉積到涂布表面上。 之后，PEALD系統(tǒng)（100)自動再構(gòu)造以進(jìn)行多個第二沉積周期，進(jìn)行所述多個第二沉積周期 以將多個層厚度的第二沉積材料沉積到在第一沉積材料的層之上的涂布表面上。在涂布行 程或工藝的最后，移除襯底（110)并用另一個未涂布的襯底代替。在各種各樣的室實(shí)施方式 中，可以支撐多個襯底以進(jìn)行涂布，并且所有的襯底（110)都可以通過涂布過程或工藝涂 布。
[0051]如上文所述，單層沉積周期包括四個基本步驟，1)使涂布表面暴露于第一前體，2) 從反應(yīng)室（105)吹掃第一前體，3)使涂布表面暴露于第二前體，和4)從反應(yīng)室（105)吹掃第 二前體。在常規(guī)的熱ALD和PEALD系統(tǒng)中，單個渦輪真空栗連續(xù)操作以從反應(yīng)室移除流出物 并經(jīng)ALD捕集器抽出全部流出物。在任意PEALD系統(tǒng)的特定情況下，第二前體是包含高能量 自由基的等離子體前體。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性操作實(shí)施方式，只有來自上文步驟1和2的流出物(其 中流出物含有第一前體）由主真空栗（155)經(jīng)ALD捕集器（175)抽出，并且這通過關(guān)閉真空閘 閥（185)以從反應(yīng)室（105)經(jīng)主真空栗（155)專門抽出流出物來進(jìn)行。否則，在其中流出物含 有等離子體前體的步驟3和4的過程中，流出物不經(jīng)ALD捕集器（175)抽出，而是在兩個栗同 時操作時由渦輪分子真空栗（180)抽出反應(yīng)室（105)，然后由主真空栗（155)排出系統(tǒng)。具體 而言，在步驟3和4的過程中，真空閘閥（185)是打開的，而第一真空閥（170)是關(guān)閉的。而且， 含有等離子體前體的流出物完全不通過捕集器，因?yàn)榈入x子體自由基傾向于足夠快速地衰 變，使得它們在它們到達(dá)真空法蘭(160)時基本上是非反應(yīng)性的。
[0053]與本發(fā)明的改進(jìn)操作相關(guān)的方法步驟如下：1)使涂布表面（115)暴露于經(jīng)第一前 體端口和輸入導(dǎo)管（130)遞送的第一前體;和2)在真空閘閥（185)和第二真空閥（195)是關(guān) 閉的并且第一真空閥（170)是打開的同時，從反應(yīng)室（105)吹掃第一前體，使得從真空法蘭 (160)離開的全部流出物轉(zhuǎn)向到第一真空導(dǎo)管（165)并經(jīng)ALD捕集器（175)抽走。具體而言， 第一非等離子體前體被引導(dǎo)通過ADL捕集器（175)，這導(dǎo)致設(shè)置在ALD捕集器（175)內(nèi)的捕集 器材料的表面與來自流出物的未反應(yīng)的第一前體反應(yīng)并將其移除。這還導(dǎo)致壓力增加和穿 過反應(yīng)室（105)的蒸氣流速降低，因?yàn)樵诘谝磺绑w暴露步驟過程中，流出物專門由主真空栗 (155)牽引通過ALD捕集器（175)而抽出反應(yīng)室（105)。在通過主真空栗（155)之后，來自第一 真空導(dǎo)管（165)的流出物排放到排氣裝置。
[0054]在1)使涂布表面（115)暴露于第一前體之后;和2)在真空閘閥（185)和第二真空閥 (195)是打開的并且第一真空閥（170)是關(guān)閉的同時，從反應(yīng)室（105)吹掃第一前體，使得來 自反應(yīng)室（105)的全部流出物改向穿過渦輪分子真空栗（180)、然后穿過第二真空導(dǎo)管 (190)、穿過主真空栗（155)到達(dá)排氣出口。因此，在第二前體暴露步驟的過程中，未使用捕 集器來捕集未反應(yīng)的前體，因?yàn)樵诘入x子體前體自由基到達(dá)真空法蘭（160)時，基本上全部 的高反應(yīng)性自由基材料已經(jīng)與反應(yīng)室內(nèi)部的表面反應(yīng)或者衰變到非反應(yīng)性狀態(tài)。因此，申 請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在等離子體前體的情況下，由于基本上沒有未反應(yīng)的等離子體前體保留在來 自反應(yīng)室的流出物中，所以步驟3和4的等離子體前體暴露所產(chǎn)生的離開反應(yīng)室的流出物可 以被栗送穿過渦輪分子真空栗（180)而不損壞渦輪分子真空栗（180)并且可以最終由主真 空栗（155)排放到排氣裝置。而且，由于本發(fā)明的構(gòu)造，即使通過渦輪分子真空栗（180)的流 出物中有未反應(yīng)的等離子體前體，因?yàn)槔踉诓襟E1和2中未暴露于第一前體，渦輪分子真空 栗（180)的表面未準(zhǔn)備與第二前體反應(yīng)，因此在渦輪分子真空栗（180)的內(nèi)部表面上或者在 第二真空導(dǎo)管（190)的內(nèi)部表面上不發(fā)生不利的膜沉積反應(yīng)，因此使得能夠使用較廉價的 渦輪栗。
[0055] 第二前體源
[0056]雖然上面描述的真空系統(tǒng)改善了渦輪分子真空栗（180)的栗送效率并允許由于低 風(fēng)險的污染而使用較低成本的渦輪真空栗，但是雙真空栗真空系統(tǒng)不允許由ALD捕集器 (175)連續(xù)移除第一前體而不增加被提供來將第二前體注入到ALD捕集器(175)中的替代第 二前體供應(yīng)(200)。具體而言，如上所述，第一前體由ALD捕集器（175)從通過第一真空導(dǎo)管 (165)的流出物移除。這在第一前體與捕集器材料表面反應(yīng)并從流出物移除時發(fā)生。此外， 從流出物移除第一前體的同一反應(yīng)使捕集器材料表面準(zhǔn)備與第二前體反應(yīng)，同時還使捕集 器材料表面對于第一前體是非反應(yīng)性的。結(jié)果，在其中只有第一前體通過第一真空導(dǎo)管 (165)和ALD捕集器(175)的后續(xù)沉積周期中，不會從流出物移除進(jìn)一步的第一前體，因?yàn)闆] 有第二前體流到ALD捕集器（175)以完成捕集器內(nèi)部的目前具有反應(yīng)性的捕集器材料表面 與第二前體之間的反應(yīng)。因此，替代第二前體供應(yīng)器(200)如下所述提供。
[0057]本發(fā)明包括填充有一種或多種適合的第二前體的供應(yīng)器的替代第二前體供應(yīng)模 塊(200)，以在第二前體被遞送到ALD捕集器（175)中時完成與ALD捕集器（175)內(nèi)部的捕集 器材料表面的反應(yīng)。特別是，第二前體供應(yīng)模塊(200)可操作以將第二前體蒸氣注入到ALD 捕集器（175)中，并且第二前體與捕集器材料表面反應(yīng)以完成由第一前體開始的ALD反應(yīng)。 因此，第二前體與捕集器表面之間的反應(yīng)在捕集器材料表面上形成材料層，同時還使捕集 器材料表面準(zhǔn)備與下一個沉積周期的第一前體反應(yīng)。
[0058]在一個非限制性實(shí)例實(shí)施方式中，替代第二前體供應(yīng)模塊(200)包括水蒸氣(H20) 的源。替代第二前體供應(yīng)模塊(200)構(gòu)造成將替代第二前體經(jīng)可控閥（205)遞送到ALD捕集 器（175)中，所述可控閥（205)通過電子控制器（125)操作。打開閥（205)以將替代第二前體 釋放到在第一真空閥（170)和ALD捕集器（175)之間的位置處的第一真空導(dǎo)管（165)中。當(dāng)閥 (205)打開時，優(yōu)選第一真空閥（170)關(guān)閉，以防止替代第二前體污染反應(yīng)室（105)。此外，當(dāng) 閥（205)打開時，主真空栗（155)正在操作，由此經(jīng)第一真空導(dǎo)管（165)抽出流出物并且經(jīng) ALD捕集器(175)抽出替代第二前體。
[0059]替代第二前體供應(yīng)模塊（200)優(yōu)選構(gòu)造成將從氣體和替代第二前體供應(yīng)模塊 (120)接收的替代第二前體與惰性載氣（例如氮?dú)饣驓鍤?混合，所述氣體和替代第二前體 供應(yīng)模塊（120)在惰性氣體進(jìn)料管線（210)之上，所述進(jìn)料導(dǎo)管惰性氣體進(jìn)料管線（210)與 在位于第一真空閥（170)和ALD捕集器（175)之間的位置處的第一真空導(dǎo)管（165)配合。可控 閥（215)或其他氣流調(diào)節(jié)元件沿著在氣體和前體供應(yīng)模塊（120)和第一真空導(dǎo)管（165)之間 的惰性氣體進(jìn)料管線(210)設(shè)置，以調(diào)節(jié)載氣流。
[0060] 在需要時，替代第二前體供應(yīng)模塊(200)可包括可操作以氣化替代第二前體或增 加其蒸氣壓的鼓泡器或氣化器(202)。此外，替代第二前體供應(yīng)器(200)可容納儲存在不同 前體容器中以與可能需要的不同沉積化學(xué)物質(zhì)使用的多個不同的替代第二前體。優(yōu)選地， 各個替代前體容器包括一個或多個氣流控制元件，其可以通過電子控制器（125)操作以選 擇與所用的特定沉積化學(xué)物質(zhì)的第一前體相匹配的替代第二前體，并且將所選的替代第二 前體在各個氣體沉積周期的適當(dāng)時期遞送到ALD捕集器（175)。此外，替代第二前體供應(yīng)模 塊(200)可包括一部分氣體和前體模塊（120)并且被容納在氣體和前體模塊（120)中。在這 個構(gòu)造中，替代第二前體可以與惰性載氣在氣體和前體供應(yīng)模塊(120)處混合，并且混合物 經(jīng)惰性氣體進(jìn)料管線(210)遞送到ALD捕集器(175)并由閥（215)調(diào)節(jié)而不偏離本發(fā)明。
[0061] 在沉積周期的前兩個步驟的過程中的操作中：1)使涂布表面（115)暴露于第一非 等離子體前體;和2)從反應(yīng)室（105)吹掃第一前體非等離子體，第一真空閥（170)是打開的， 并且真空閘閥（185)和第二真空閥（195)是關(guān)閉的。這允許第一前體流出物通過ALD捕集器 (175)并經(jīng)主真空栗（155)離開系統(tǒng)到排氣裝置而不通過第二渦輪分子真空栗（180)。同時， 通過與ALD捕集器(175)內(nèi)部提供的捕集器材料表面反應(yīng)，將任何未反應(yīng)的第一前體從流出 物移除。
[0062]在沉積周期的第三和第四步驟的過程中：3)使涂布表面（115)暴露于第二(等離子 體)前體，和4)從反應(yīng)室（105)吹掃第二(等離子體)前體，第一真空閥（170)是關(guān)閉的，而真 空閘閥（185)和第二真空閥（195)是打開的。這允許第二前體流出物通過渦輪分子真空栗 (180)，然后通過第二真空導(dǎo)管（190)，并且經(jīng)主真空栗（155)離開系統(tǒng)到達(dá)排氣出口。或者， 第二真空導(dǎo)管（190)可以構(gòu)造成將被移除的排氣材料從反應(yīng)室（105)直接排到排氣出口但 不通過主真空栗（155)，而不偏離本發(fā)明。同時，在沉積周期的步驟3)和4)的過程中，打開閥 (205)以將替代第二前體遞送到ALD捕集器（175)中以與提供在捕集器內(nèi)部的捕集器材料表 面反應(yīng)，并且還打開閥（215)以將惰性載氣提供到第一真空導(dǎo)管（165)中以將替代第二前體 運(yùn)載到ALD捕集器(175)中?；蛘?，惰性氣體的連續(xù)流可以流經(jīng)惰性氣體進(jìn)料管線(210)但不 需要閥（215)(即閥215可以刪除或保持打開），而不偏離本發(fā)明。在進(jìn)一步可替代的實(shí)施方 式中，閥（215)可以替代地包括質(zhì)量流控制器、限制器或者適合于調(diào)節(jié)經(jīng)過其的氣體流速的 其他元件。
[0063]其他任選元件包括可用于將捕集器與主真空栗（155)隔離的可操作的或手動的閥 (220)以及可通過電子控制器（125)讀取的設(shè)置成在不同位置傳感氣體壓力的一個或多個 壓力傳感元件（196)。此外，雖然第一和第二真空導(dǎo)管（165)和（190)描述成在兩個位置連接 到主真空栗（155)，但這只是示意性表示，實(shí)際構(gòu)造可以不同而不偏離本發(fā)明。特別是，第二 真空導(dǎo)管（190)可以連接在ALD捕集器（175)和主真空栗（155)之間的第一真空導(dǎo)管（165)， 只有第一真空導(dǎo)管（165)連接到主真空栗（155)的單個法蘭。
[0064]捕集器構(gòu)造
[0065] ALD捕集器組件（175)包括常規(guī)ALD捕集器或過濾器，例如公開于Monsma等人的美 國專利第8,202,575號（提交于2005年6月27 日，題為VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METHODS，授權(quán)于2012年6月19日）中的那種，該文獻(xiàn)通過全文援引加入本文。ALD捕集器組件 (175)包括填充了捕集器材料的流體流動導(dǎo)管。理想地，ALD捕集器（175)組件構(gòu)造成提供小 的氣流阻力和高的真空傳導(dǎo)率。
[0066] ALD捕集器組件（175)包括各自與電子控制器（125)電連通的捕集器加熱器（198) 和相關(guān)的溫度傳感器。捕集器材料包括形成有足以與引入到其中的第一前體和第二前體反 應(yīng)達(dá)延長的操作時段(例如上萬個沉積周期）的表面區(qū)域的多個不同元件或單個元件。隨著 時間，在捕集器表面區(qū)域上積聚的材料層可以降低捕集器性能，因此捕集器元件可以根據(jù) 需要移除或替換以保持良好的捕集器性能。
[0067] 優(yōu)選地，捕集器材料表面區(qū)域被加熱到與涂布表面（115)基本上相同的溫度，以使 第一和第二前體與捕集器材料表面區(qū)域反應(yīng)并在捕集器材料表面上形成與通過在氣體沉 積反應(yīng)室（105)中進(jìn)行的涂布過程涂布在襯底表面（115)上的相同的材料層。在操作過程 中，ALD捕集器（175)通常保持在升高的溫度下。在一些實(shí)施方式(例如在ALD捕集器（175)至 少部分安置在出口端口中）中，ALD捕集器（175)由來自反應(yīng)室（105)(其例如由管式加熱器 加熱）的熱傳導(dǎo)加熱到足夠的溫度。因此，在這些實(shí)施方式中，ALD捕集器（175)不需要具有 單獨(dú)的加熱器(198)。
[0068] 雖然各種形式的金屬捕集器材料是優(yōu)選的，但可以使用其他適合的捕集器材料。 捕集器材料形式包括薄金屬箱，所述薄金屬箱被定向?yàn)楦甙俜直鹊谋砻鎱^(qū)域平行于氣流方 向以減小氣流阻力。也可以使用起褶皺的金屬箱。在使用箱時，基本上全部（即大于99%)的 ALD捕集器（175)的表面區(qū)域平行于氣流方向。箱捕集器的表面區(qū)域可以通過增加長度、直 徑和起褶皺的或輥式箱元件的褶皺來增加。在選擇ALD捕集器（175)材料方面的考慮是使捕 集器材料的熱膨脹系數(shù)與涂布材料匹配以避免使ALD捕集器（175)內(nèi)部的涂布材料破裂和 剝落。因此，捕集器材料可包括工程金屬如科瓦鐵鎳鈷合金(kovar)、殷鋼(invar)和其他耐 熱且耐腐蝕的合金的箱。
[0069]捕集器材料的其他形式包括包含不銹鋼、鋁或銅的金屬棉或網(wǎng)篩。也可以使用顆 粒狀材料，如活性碳和活性氧化鋁;然而這些增加氣流阻力。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識到， 雖然本發(fā)明已經(jīng)基于優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，但其不限于此。上述發(fā)明的各種各樣的特征 和方面可以單獨(dú)或共同使用。進(jìn)一步地，雖然本發(fā)明已經(jīng)在其在特定環(huán)境中且針對特定應(yīng) 用(例如ALD和PEALD氣體沉積系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)的上下文中進(jìn)行描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到 其可用性不限于此，并且本發(fā)明可以在其期望與未反應(yīng)的前體反應(yīng)以從流出物移除它們的 多種環(huán)境和實(shí)踐中有益地利用。因此，下文所述的權(quán)利要求應(yīng)基于本文公開的本發(fā)明的整 個范圍和精神來解釋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種原子層沉積方法，其包括： -在反應(yīng)室中支撐一個或多個襯底以進(jìn)行沉積運(yùn)行，其中所述沉積運(yùn)行包括進(jìn)行多個 材料沉積涂布周期； -對于每個沉積涂布周期： -將第一前體遞送到所述反應(yīng)室中以與所述一個或多個襯底的暴露表面反應(yīng)； -從所述反應(yīng)室移除第一流出物，其中所述第一流出物包含未反應(yīng)的第一前體； -使所述第一流出物通過ALD捕集器，其中所述ALD捕集器包含適合于與所述未反應(yīng)的 第一前體反應(yīng)的捕集器材料表面； -使替代第二前體通過所述ALD捕集器，其中所述替代第二前體適合于與所述捕集器材 料表面以使所述捕集器材料表面能夠與來自下一個涂布周期的第一流出物的未反應(yīng)的第 一前體反應(yīng)并將其移除的方式進(jìn)行反應(yīng)，并且其中所述替代第二前體不從所述反應(yīng)室抽 出。2. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一前體與所述一個或多個襯底的暴露表面之間 的反應(yīng)在反應(yīng)溫度下發(fā)生，所述方法還包括將所述捕集器材料表面維持在所述反應(yīng)溫度下 的步驟。3. 權(quán)利要求2所述的方法，其中從所述反應(yīng)室移除所述第一流出物的步驟包括操作主 真空栗以通過包括所述ALD捕集器的第一真空導(dǎo)管抽出所述第一流出物。4. 權(quán)利要求3所述的方法，其還包括： -對于每個沉積涂布周期，在從所述反應(yīng)室移除所述第一流出物之后： -將包含自由基的第二前體遞送到所述反應(yīng)室中以與所述一個或多個襯底的暴露表面 反應(yīng)； -從所述反應(yīng)室移除第二流出物； -其中所述第二流出物不通過所述ALD捕集器。5. 權(quán)利要求4所述的方法，其中從所述反應(yīng)室移除第二流出物的步驟包括操作所述主 真空栗以通過第二真空導(dǎo)管抽出所述第二流出物。6. 權(quán)利要求5所述的方法，其中使所述替代第二前體通過所述ALD捕集器以及將所述包 含自由基的第二前體遞送到所述反應(yīng)室中的步驟同時進(jìn)行。7. 權(quán)利要求6所述的方法，其中使所述替代第二前體通過所述ALD捕集器的步驟發(fā)生在 從所述第一流出物移除所述未反應(yīng)的第一前體之后和將所述第一前體遞送到所述反應(yīng)室 中以啟動下一個涂布沉積周期之前。8. 權(quán)利要求4所述的方法，其還包括在從所述反應(yīng)室移除所述第二流出物之前，關(guān)閉沿 著在所述ALD捕集器和所述反應(yīng)室之間的所述第一真空導(dǎo)管設(shè)置的第一真空閥，打開真空 閘閥以提供通過渦輪分子真空栗移除所述第二流出物的通路，所述渦輪分子真空栗與在所 述渦輪分子真空栗和所述主真空栗之間延伸的第二真空導(dǎo)管流體連通，并且打開沿著所述 第二真空導(dǎo)管設(shè)置的第二真空閥。9. 權(quán)利要求4所述的方法，其還包括在從所述反應(yīng)室移除所述第一流出物之前，關(guān)閉真 空閘閥以阻止通過渦輪分子真空栗移除所述第一流出物的通路，所述渦輪分子真空栗與在 所述渦輪分子真空栗和所述主真空栗之間延伸的第二真空導(dǎo)管流體連通，并且關(guān)閉沿著在 所述反應(yīng)室和所述主真空栗之間的所述第二真空導(dǎo)管設(shè)置的第二真空閥。10. -種原子層沉積周期，其包括以下步驟： -使在反應(yīng)室中支撐的一個或多個襯底的暴露表面暴露于第一非等離子體前體； -操作主真空栗以從所述反應(yīng)室抽出第一流出物，其中所述第一流出物包含保留在所 述反應(yīng)室中的基本上全部的未反應(yīng)的第一前體； -其中所述第一流出物通過在所述反應(yīng)室和所述主真空栗之間延伸的第一真空導(dǎo)管抽 出； -其中包含與未反應(yīng)的第一前體具有反應(yīng)性的捕集器材料表面的ALD捕集器沿著所述 第一真空導(dǎo)管設(shè)置，以從所述第一流出物移除基本上全部的所述未反應(yīng)的第一前體； -使所述暴露表面暴露于包含自由基的第二等離子體激發(fā)前體； -操作渦輪分子真空栗以從所述反應(yīng)室抽出第二流出物，其中所述第二流出物從所述 反應(yīng)室吹掃基本上全部的所述第二前體； -其中所述第二流出物通過所述渦輪分子真空栗且通過在所述渦輪分子真空栗和所述 主真空栗之間延伸的第二真空導(dǎo)管抽出，其中所述第二流出物不經(jīng)所述ALD捕集器抽出；和 -將替代第二前體遞送到所述ALD捕集器中以與所述捕集器材料表面反應(yīng)； -其中所述第二前體適合于與所述捕集器材料表面以使所述捕集器材料表面能夠與來 自所述第一流出物的未反應(yīng)的第一前體反應(yīng)并將其移除的方式反應(yīng)。11. 一種用于進(jìn)行材料沉積周期的原子層沉積設(shè)備，其包括： -反應(yīng)室，其被構(gòu)造成支撐在其中的一個或多個襯底； -第一前體導(dǎo)管和端口，其被提供成將第一前體遞送到所述反應(yīng)室中以與所述一個或 多個襯底的暴露表面反應(yīng)； -真空系統(tǒng)，其被構(gòu)造成從所述反應(yīng)室移除第一流出物，其中移除所述第一流出物從所 述反應(yīng)室移除基本上全部的未反應(yīng)的第一前體； -包含捕集器材料表面的ALD捕集器，其被設(shè)置成接收經(jīng)過其的所述第一流出物，其中 所述捕集器材料表面適合于與來自所述第一流出物的基本上全部的未反應(yīng)的第一前體反 應(yīng)并將其移除； -替代第二前體源，其與所述ALD捕集器流體連通，用于將替代第二前體遞送到所述ALD 捕集器中； -其中所述替代第二前體包含材料，所述材料適合于與所述捕集器材料表面以使所述 捕集器材料表面適合于與所述第一前體反應(yīng)的方式反應(yīng)。12. 權(quán)利要求11所述的原子層沉積設(shè)備，其中所述一個或多個襯底在所述材料沉積周 期過程中保持在反應(yīng)溫度下，所述設(shè)備還包括與電子控制器連通的捕集器加熱器和溫度傳 感元件，其中所述捕集器加熱器和溫度傳感器可操作以將所述捕集器材料表面保持在所述 反應(yīng)溫度下。13. 權(quán)利要求11所述的原子層沉積設(shè)備，其中所述捕集器材料包含一個或多個薄金屬 箱，所述薄金屬箱被定向?yàn)槭垢甙俜直鹊南浔砻鎱^(qū)域設(shè)置成平行于通過所述ALD捕集器的 氣流方向。14. 權(quán)利要求11所述的原子層沉積設(shè)備，其還包括： -第二前體導(dǎo)管和端口，其被提供成在所述暴露表面已經(jīng)與所述第一前體反應(yīng)之后，將 第二前體遞送到所述反應(yīng)室中以與所述一個或多個襯底的所述暴露表面反應(yīng)； -等離子體發(fā)生器，其與所述第二前體導(dǎo)管和端口聯(lián)結(jié)，用于激發(fā)所述第二前體和產(chǎn)生 所述第二前體的自由基； -其中所述真空系統(tǒng)從所述反應(yīng)室移除第二流出物，其中移除所述第二流出物從所述 反應(yīng)室移除基本上全部的所述第二前體，但不使所述第二流出物通過所述ALP捕集器。15. 權(quán)利要求14所述的原子層沉積設(shè)備，其中所述真空系統(tǒng)包括： -主真空栗，其與所述反應(yīng)室經(jīng)真空法蘭流體連通； -第一真空導(dǎo)管，其被設(shè)置在所述真空法蘭和所述主真空栗之間，其中所述ALD捕集器 沿著所述第一真空導(dǎo)管設(shè)置； -第一真空閥，其被沿著在所述真空法蘭和所述ALD捕集器之間的所述第一真空導(dǎo)管設(shè) 置。16. 權(quán)利要求15所述的原子層沉積設(shè)備，其還包括： -渦輪分子真空栗，其與所述反應(yīng)室經(jīng)所述真空法蘭流體連通； -真空閘閥，其設(shè)置在所述反應(yīng)室和所述渦輪分子真空栗之間，其中所述真空閘閥可操 作以阻止或允許氣流通過所述真空法蘭； -第二真空導(dǎo)管，其被設(shè)置在所述渦輪分子真空栗和所述主真空栗之間，但不通過所述 ALP捕集器； -第二真空閥，其沿著在所述渦輪分子真空栗和所述主真空栗之間的所述第二真空導(dǎo) 管設(shè)置。17. 權(quán)利要求16所述的原子層沉積設(shè)備，其中所述主真空栗包括能夠?qū)⑺龇磻?yīng)室栗 吸到約10毫托的真空壓力的粗抽栗，和所述渦輪分子真空栗包括能夠?qū)⑺龇磻?yīng)室栗吸到 約1.0微托的真空壓力的終止栗。18. 權(quán)利要求11所述的原子層沉積設(shè)備，其還包括沿著在所述替代第二前體源和所述 ALD捕集器之間延伸的流體導(dǎo)管設(shè)置的可控制閥。19. 權(quán)利要求11所述的原子層沉積設(shè)備，其還包括與所述替代第二前體源聯(lián)結(jié)的惰性 氣體供應(yīng)器，用于將所述替代第二前體與通過所述惰性氣體供應(yīng)器遞送的惰性氣體混合。20. 權(quán)利要求14所述的原子層沉積設(shè)備，其還包括： -第一可控脈沖閥，其可操作以調(diào)節(jié)通過所述第一前體導(dǎo)管和端口的第一前體流； -可控質(zhì)量流控制器，其可操作以在所述第二前體是等離子體前體時，調(diào)節(jié)通過所述第 二前體導(dǎo)管和端口的第二前體流； -第二可控脈沖閥，其可操作以在所述第二前體不是等離子體前體時，調(diào)節(jié)通過所述第 二前體導(dǎo)管和端口的第二前體流； -其中所述原子層沉積設(shè)備可操作以進(jìn)行等離子體增強(qiáng)原子層沉積周期，其中所述第 二前體由所述等離子體發(fā)生器激發(fā)，并且只有所述第一流出物經(jīng)所述捕集器移除;和 -其中所述原子層沉積設(shè)備可操作以進(jìn)行熱原子層沉積周期，其中所述第一和所述第 二前體都不由所述等離子體發(fā)生器激發(fā)，并且所述第一和第二流出物二者都經(jīng)所述ALD捕 集器移除。
【文檔編號】C23C16/50GK105992836SQ201480064498
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年11月21日
【發(fā)明人】M·索瓦, R·凱恩, M·瑟沈
【申請人】雅達(dá)公司