[发明专利]用于淀积反应器的设备和方法

说明书

本申请是申请日为2009年4月15日、国际申请号为：PCT/FI2009/050280、国家申请号为：200980114046.3、名称为“用于淀积反应器的设备和方法”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及用于淀积反应器的设备和方法。更具体地并且非限制性的，本发明涉及前体源、用于淀积反应器的设备和方法，在所述淀积反应器中通过顺序的自饱和表面反应在表面上淀积材料。

背景技术

原子层外延(ALE)方法是由Tuomo Suntola博士在二十世纪七十年代早期发明的。该方法的另一个通用名称是原子层淀积(ALD)，现在ALD这个名字已经取代了ALE。ALD是一种特殊的化学淀积方法，其基于在位于被加热的反应空间内的基底上顺序地引入至少两种反应前体物种。ALD的生长机理依赖于化学吸收(化学吸附)和物理吸收(物理吸附)之间的键强度差别。ALD在淀积过程中采用化学吸附并且无需物理吸附。在化学吸附过程中，强化学键被形成在固相表面的原子和来自气相的分子之间。由于仅仅涉及范德华力，所以物理吸附的键合较弱。在局部温度高于分子的凝结温度时热能可容易地断开物理吸附键。

根据定义，ALD反应器的反应空间包括所有的被加热表面，这些被加热表面交替且顺序地暴露于用于淀积薄膜的每种ALD前体。基本ALD淀积循环由四个顺序步骤组成：脉冲A、净化A、脉冲B和净化B。脉冲A通常由金属前体蒸汽组成，脉冲B由非金属前体蒸汽、尤其是氮或氧前体蒸汽组成。惰性气体(诸如氮或氩)和真空泵用于从反应空间中去除的气态的反应副产物和残余反应物分子。淀积序列包括至少一个淀积循环。重复淀积循环，直到淀积序列已经产生所需厚度的薄膜。

前体物种通过化学吸附与被加热表面的反应区域形成化学键。通常将条件设置成在一个前体脉冲的过程中在表面上形成不多于一个单分子层的固态材料。因此生长过程是自终止的或自饱和的。例如，第一前体可包括保持附接到吸附物种且使表面饱和的配体，这可阻止进一步的化学吸附。反应空间温度保持高于凝结温度并且低于所使用的前体的热分解温度，使得前体分子物种基本不受影响地化学吸附在基底上。基本不受影响指的是不稳定配体可在前体分子物种化学吸附在表面上时从前体分子离开。表面充满第一类型的反应区域(即第一前体分子的吸附物种)。该化学吸附步骤通常随后是第一净化步骤(净化A)，其中过量第一前体和可能的反应副产物从反应空间中除去。第二前体蒸汽接着被引入到反应空间中。第二前体分子通常与第一前体分子的吸附物种反应，由此形成所需的薄膜材料。一旦吸附的第一前体的总量已经消耗掉并且表面已经充满第二类型的反应区域，则该生长终止。过量的第二前体蒸汽和可能的反应副产物接着通过第二净化步骤(净化B)去除。接着重复该循环，直到薄膜生长到所需厚度。淀积循环也可能更复杂。例如，循环可包括由净化步骤分开的三个或多个反应物蒸汽脉冲。所有这些淀积循环形成通过逻辑单元或微处理器控制的定时淀积顺序。

通过ALD生长的薄膜是致密的、没有小孔且具有均匀厚度。例如，由三甲基铝(CH₃)₃Al(也称为TMA)和250-300℃的水生长的氧化铝通常具有在100-200mm薄片上的大约1％非均匀度。通过ALD生长的金属氧化物薄膜适用于栅极电介质、电荧发光显示器绝缘体、电容器电介质和钝化层。通过ALD生长的金属氮化物薄膜适用于例如在双波纹结构中的扩散势垒区。用于薄膜ALD生长的前体和通过ALD方法淀积的薄膜材料例如公开于如下评论文章中：M.Ritala等，“Atomic Layer Deposition”，Handbook of Thin Film Materials，Volume1：Deposition and Processing of Thin Films，Chapter2，Academic Press，2002，p.103和R.Puurunen，“Surface chemistry of atomic layer deposition：A case study for the trimethylaluminium/water process”，Journal of Applied Physics，vol.97(2005)pp.121301-121352，这些文献通过引用结合入本文。