[发明专利]用于沉积反应器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种用于沉积反应器的装置和方法。更具体地，但是非排他地，本发明涉及一种用于这样的沉积反应器的装置和方法，其中通过顺序的自饱和表面反应将材料沉积在表面上。

背景技术

原子层外延(ALE)方法是由Dr.Tuomo Suntola于1970年代早期发明的。该方法的另一种普遍的名称是原子层沉积(ALD)并且在当今被用来代替ALE。ALD是基于将至少两种活性的前体组分顺序引入位于加热的反应空间内的衬底的一种特别的化学沉积方法。ALD的生长机制依赖于化学的吸附(化学吸附)和物理的吸附(物理吸附)之间的键合强度差。ALD在沉积过程中利用了化学吸附而消除了物理吸附。在化学吸附中，在固相表面的原子和来自气相的分子之间形成强的化学键合。通过物理吸附的键合弱很多，因为仅仅发生了范德瓦耳斯力。而物理吸附键合在局部温度高于分子的冷凝温度时会由于热能而被轻易地打破。

在定义上，ALD反应器的反应空间包括所有可以交替地并且顺序地暴露给用于沉积薄膜的ALD前体中的每一个的加热的表面。一个基本的ALD沉积循环包括四个顺序步骤：脉冲A；净化A；脉冲B以及净化B。脉冲A通常包括金属前体蒸气并且脉冲B包括非金属前体蒸气，通常为氮前体蒸气或者氧前体蒸气。惰性气体，例如氮气或是氩气，以及真空泵被用来在净化A和净化B期间从反应空间中净化气态反应副产品以及残留的反应物分子。一个沉积顺序包括至少一个沉积循环。沉积循环一直被重复直到沉积顺序已经产生出了希望厚度的薄膜。

通过化学吸附，前体组分形成到加热表面的反应位点的化学键合。通常以这种方式来布置环境，即在一个前体脉冲期间不多于一个分子单层膜的固体材料形成在表面上。因此生长工艺是自终止或饱和的。例如，第一前体可以包括配体，所述配体保持附着在所吸附的组分上并且使得表面饱和，这就防止了进一步的化学吸附。反应空间温度保持高于冷凝温度并且低于所利用的前体的热分解温度，使得前体分子组分基本无损伤地化学吸附在衬底上。基本无损伤意味着当前体分子组分化学吸附在表面上时挥发的配体可能脱离前体分子。表面变得基本上处于对于第一种类型的反应位点，即吸附的第一前体分子的组分为饱和的状态。这种化学吸附步骤通常跟随有第一净化步骤(净化A)，其中从反应空间中去除过量的第一前体以及可能的反应副产品。接着将第二前体蒸气引入反应空间中。第二前体分子通常与吸附的第一前体分子的组分发生反应，因此形成所希望的薄膜材料。这种生长一旦在所吸附的第一前体的全部总量被消耗完并且表面基本上处于对于第二种类型的反应位点的饱和状态时就终止。接着通过第二净化步骤(净化B)将过量的第二前体蒸气和可能的反应副产品蒸气进行去除。接着重复该循环直到薄膜已经生长到了希望的厚度。沉积循环也可以更为复杂。例如，循环可以包括三个或者更多个通过净化步骤而分隔开的反应物蒸气脉冲。所有这些沉积循环形成了通过逻辑单元或者微处理器控制的定时的沉积顺序。

通过ALD生长的薄膜致密、没有针孔并且具有均匀的厚度。例如，从三甲基铝(CH₃)₃Al(也称为TMA)以及250℃-300℃的水生长的氧化铝通常具有在100mm-200mm的晶片上的大约1％的不均匀性。通过ALD生长的金属氧化物薄膜适于栅极电介质、电致发光显示器绝缘体、电容器电介质以及钝化层。通过ALD生长的金属氮化物薄膜适合用于例如在双大马士革结构中的扩散势垒。

在作为参考合并于此的J.Appl.Phys.，97(2005)，p.121301的R.Puurunen的评论文章“Surface chemistry of atomic layer deposition：A case study for the trimethylaluminium/water process”中公开了在各种ALD反应器中适于ALD工艺的前体。

在典型的反应器中，ALD沉积循环被应用于单片晶片或衬底。尽管这种单晶片处理可能满足研发目的，但是其不符合可负担的大量生产的要求，例如产品处理量或是平均业务处理时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于在批量反应器中的批量晶片或是衬底的表面上生长材料的装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供一种方法，包括：沿着至少一条馈入线将前体蒸气引导进入沉积反应器的反应室；以及

通过在反应室中建立前体蒸气的垂直流并且使得该垂直流以垂直方向进入垂直放置的衬底之间，在反应室中的垂直放置的批量的衬底的表面上沉积材料。