[发明专利]用于处理成批的衬底的原子层沉积反应器及其方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及沉积反应器。更具体地但非排他地，本发明涉及这种沉积反应器，其中通过顺序的自饱和表面反应而将材料沉积在表面上。

背景技术

原子层外延(ALE)方法是由Tuomo Suntola博士在70年代初期发明的。该方法的另一个通称是原子层沉积(ALD)，并且当今使用该通称代替ALE。ALD是一种特殊的化学沉积方法，其基于将至少两种反应性前体物种顺序地引入衬底。衬底被定位在反应空间内。通常加热反应空间。ALD的基础生长机制依赖于化学性吸附(化学吸附)和物理性吸附(物理吸附)之间的键强度差值。ALD在吸附过程期间利用化学吸附并且消除物理吸附。在化学吸附期间，在固相表面的原子和从气相到达的分子之间形成强化学键。由物理吸附的键合更弱得多，因为仅涉及范德瓦尔斯力。当局部温度高于分子的冷凝温度时，热能容易使物理吸附键合断裂。

ALD反应器的反应空间包括如下所有被加热的表面，该被加热的表面可以交替地和顺序地暴露于用于薄膜沉积的每一种ALD前体。基础ALD沉积循环由四个顺序步骤组成：脉冲A，吹扫A，脉冲B，和吹扫B。脉冲A通常由金属前体蒸汽组成，而脉冲B通常由非金属前体蒸汽(特别地，氮或氧前体蒸汽)组成。使用惰性气体(诸如，氮或氩)和真空泵，以便在吹扫A和吹扫B期间从反应空间吹扫气态反应副产物和残余反应物分子。沉积工序包括至少一个沉积循环。重复沉积循环，直到沉积工序已经产生了期望厚度的薄膜。

前体物种通过化学吸附将化学键形成到被加热表面的反应部位。通常以如下方式布置条件，使得在一个前体脉冲期间在表面上形成固体材料的不多于一个分子单层。因此生长过程是自停止或自饱和的。例如，第一前体可以包括配体，该配体保持附着到所吸附的物种并且使表面饱和，这就避免了进一步的化学吸附。保持反应空间温度高于冷凝温度并低于所使用的前体的热分解温度，从而基本上无损伤的前体分子物种化学吸附在衬底上。基本上无损伤意味着挥发性配体可以在前体分子物种化学吸附在表面上时从前体分子脱落。用第一类型的反应部位(即，第一前体分子的被吸附物种)使表面变得基本上饱和。在该化学吸附步骤之后通常是第一吹扫步骤(吹扫A)，其中从反应空间去除过量的第一前体和可能的反应副产物。然后将第二前体蒸汽引入反应空间。第二前体分子通常与第一前体分子的被吸附物种起反应，从而形成期望的薄膜材料。一旦全部量的所吸附的第一前体已经耗尽并且已经用第二类型的反应部位使表面基本上饱和，则生长停止。然后通过第二吹扫步骤(吹扫B)来去除过量的第二前体蒸汽和可能的反应副产物蒸汽。然后重复该循环，直到膜已经生长到期望的厚度。沉积循环还可以更加复杂。例如，循环可以包括由吹扫步骤分隔的三个或更多反应物蒸汽脉冲。所有这些沉积循环形成定时的沉积工序，该工序由逻辑单元或微处理器控制。

通过ALD生长的膜致密，无针孔，并且具有均匀的厚度。例如，在一个试验中，已经在250-300℃通过热ALD由三甲基铝(CH₃)₃Al(也称作TMA)和水生长了氧化铝，仅在衬底晶片之上导致约1％的非均匀性。

关于ALD薄膜工艺以及适合于ALD薄膜工艺的前体的一般信息可以在Riikka Puurunen博士的专栏文章“Surface chemistry of atomic layer deposition:a case study for the trimethylaluminum/water process”(Journal of Applied Physics,vol.97,121301(2005))中找到，所述专栏文章通过引用被合并入本文。

近来，对于能够增加沉积吞吐量的批量ALD反应器的兴趣已经增加了。

发明内容

根据本发明的第一示例方面，提供了一种方法，包括：

提供原子层沉积反应器的反应室模块，该反应室模块通过原子层沉积工艺处理成批的衬底；并且

经由与在处理之后卸载成批的衬底不同的路径，在处理之前将成批的衬底装载到反应室模块中。

在特定实施例中，衬底包括硅晶片、玻璃板、金属板或聚合物板。

在特定实施例中，成批的衬底(通常至少一批衬底)从反应室模块的与从反应室模块卸载至少一批衬底不同的侧进行装载。可以水平地执行装载和卸载。

在特定实施例中，方法包括：

在原子层沉积反应器的预处理模块中，预处理成批的衬底；

在反应器的反应室模块中，通过原子层沉积工艺来处理经预处理的成批的衬底；并且