本領(lǐng)域涉及用于原子層沉積(ald)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、原子層沉積(ald)是一種用于使高度均勻的薄膜生長(zhǎng)到襯底上的方法。在時(shí)分ald反應(yīng)器中，將襯底放置到不含雜質(zhì)的反應(yīng)空間中，并且交替地并且重復(fù)地將呈氣相的至少兩種不同的揮發(fā)性前體(反應(yīng)氣體)注入到反應(yīng)空間中。膜生長(zhǎng)是基于在襯底表面上發(fā)生以形成固態(tài)原子或分子層的自限性表面反應(yīng)，因?yàn)橐r底的反應(yīng)物和溫度被選擇以使得交替注入的氣相前體分子僅在具有其表面層的襯底上反應(yīng)。注入足夠高劑量的反應(yīng)物以使表面在每一注入循環(huán)期間是幾乎飽和的。因此，所述過(guò)程是高度自調(diào)的，不依賴于起始材料的濃度，由此有可能實(shí)現(xiàn)極高的膜均勻性和單一原子或分子層的厚度準(zhǔn)確性。在空間分割ald反應(yīng)器中獲得類似結(jié)果，其中襯底移動(dòng)到各區(qū)中以便交替暴露于不同反應(yīng)物。反應(yīng)物可以促進(jìn)使膜(前體)生長(zhǎng)和/或提供其它功能，如從前體的吸附物種洗提配體以促進(jìn)后續(xù)反應(yīng)物的反應(yīng)或吸附。

2、ald方法可以用于使元素和化合物薄膜生長(zhǎng)。ald可以涉及使兩種或更多種反應(yīng)物在循環(huán)中重復(fù)交替，并且不同循環(huán)可以具有不同數(shù)目的反應(yīng)物。純ald反應(yīng)往往會(huì)每循環(huán)產(chǎn)生少于單層，但ald的變化形式可以每循環(huán)沉積多于單層。

3、使用ald方法使膜生長(zhǎng)可能由于其逐步(逐層)性質(zhì)而是緩慢的過(guò)程。使至少兩種氣體脈沖交替以形成所要材料的一個(gè)層，并且使脈沖保持彼此分隔以便防止膜的不受控生長(zhǎng)和ald反應(yīng)器的污染。在每一脈沖之后，將薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物以及呈氣相的過(guò)量反應(yīng)物從反應(yīng)空間中移出，或?qū)⒁r底從含有其的區(qū)中移出。在時(shí)分實(shí)例中，這可以通過(guò)對(duì)反應(yīng)空間抽氣、通過(guò)在連續(xù)脈沖之間用非活性氣體流吹掃反應(yīng)空間或通過(guò)這兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。吹掃在反應(yīng)物脈沖之間利用管道中的非活性氣體柱。吹掃由于其效率和其在連續(xù)脈沖之間形成有效擴(kuò)散屏障的能力而在生產(chǎn)規(guī)模上廣泛利用。惰性吹掃氣體經(jīng)常還在反應(yīng)物脈沖期間用作運(yùn)載氣體，在將反應(yīng)物蒸氣饋送到反應(yīng)空間中之前將其稀釋。

4、充足襯底暴露和反應(yīng)空間的良好吹掃對(duì)于成功ald方法是合乎需要的。也就是說(shuō)，脈沖應(yīng)足夠強(qiáng)以使襯底幾乎飽和(在漸進(jìn)飽和曲線的平坦部分中)，并且吹掃應(yīng)足夠高效以從反應(yīng)器去除幾乎所有的前體殘余物和非所要反應(yīng)產(chǎn)物。吹掃時(shí)間相對(duì)于前體暴露時(shí)間可以是相對(duì)長(zhǎng)的。

5、為了促進(jìn)膜生長(zhǎng)過(guò)程，需要使得能夠縮短吹掃時(shí)間段并且因此縮短脈沖時(shí)間間隔的方法。然而，促成過(guò)程循環(huán)時(shí)間的最具挑戰(zhàn)性的因素之一是反應(yīng)物蒸氣脈沖的瞬時(shí)加寬。應(yīng)使連續(xù)脈沖保持充分分隔，因?yàn)樵谝蕴l繁的時(shí)間間隔饋送時(shí)氣體由于其上升和下降時(shí)間有限而可能會(huì)混合。脈沖的加寬是三種主要現(xiàn)象的結(jié)果：形成于反應(yīng)物與惰性氣體流之間的壓力梯度、氣體擴(kuò)散以及氣體吸附到反應(yīng)器表面上和從反應(yīng)器表面脫附。所有這些作用都導(dǎo)致反應(yīng)物蒸氣和惰性氣體混合，這導(dǎo)致為了確保在恰當(dāng)ald條件下的操作，吹掃時(shí)間較長(zhǎng)。在行波脈沖輸送方法中，在將反應(yīng)物注入到連續(xù)惰性運(yùn)載流中時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)料管線中的總壓力在管線中的反應(yīng)物分壓力增加的同時(shí)增加，這導(dǎo)致脈沖不僅因擴(kuò)散和吸附/脫附而加寬，而且因壓力梯度驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)而加寬。

6、因此，仍持續(xù)需要加速薄膜生長(zhǎng)過(guò)程同時(shí)減小反應(yīng)物蒸氣脈沖的瞬時(shí)加寬的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法具有若干特征，其中沒(méi)有單一特征單獨(dú)負(fù)責(zé)其合乎需要的屬性。在不限制如由所附權(quán)利要求書(shū)表達(dá)的本公開(kāi)的范圍的情況下，現(xiàn)將簡(jiǎn)潔地論述各種特征。在考慮這一論述之后，并且尤其在閱讀題為“具體實(shí)施方式”的章節(jié)之后，將理解本文所描述的特征如何提供優(yōu)于傳統(tǒng)氣體遞送方法和系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)。

2、公開(kāi)一種原子層沉積(ald)方法。所述ald方法可以包含將第一反應(yīng)物蒸氣脈沖輸送到反應(yīng)器組件中。所述脈沖輸送可以包括向第一反應(yīng)物氣體管線供應(yīng)所述第一反應(yīng)物蒸氣。所述脈沖輸送可以包括以第一流動(dòng)速率向第一非活性氣體管線供應(yīng)非活性氣體。所述脈沖輸送可以包括借助于第一進(jìn)料管線將所述第一反應(yīng)物蒸氣和所述非活性氣體饋送到所述反應(yīng)器組件。所述ald方法可以進(jìn)一步包含吹掃所述反應(yīng)器組件。所述吹掃可以包括以高于所述第一流動(dòng)速率的第二流動(dòng)速率向所述第一非活性氣體管線供應(yīng)所述非活性氣體。所述吹掃可以包括將所述非活性氣體的第一部分沿著所述第一反應(yīng)物氣體管線的擴(kuò)散屏障部分反向饋送以提供在所述第一非活性氣體管線上游的惰性氣體閥(igv)。所述吹掃可以包括借助于所述第一進(jìn)料管線將所述非活性氣體的第二部分饋送到所述反應(yīng)器組件。

3、在另一實(shí)施例中，公開(kāi)一種原子層沉積(ald)裝置。所述ald裝置可以包含反應(yīng)器組件；和被配置以從第一反應(yīng)物蒸氣源供應(yīng)第一反應(yīng)物蒸氣的第一反應(yīng)物氣體管線。所述ald裝置可以包含被配置以從非活性氣體源供應(yīng)非活性氣體的第一非活性氣體管線。所述ald裝置可以包含與所述第一反應(yīng)物氣體管線和所述第一非活性氣體管線中的每一個(gè)連通以向所述反應(yīng)器組件供應(yīng)所述第一反應(yīng)物蒸氣和所述非活性氣體的第一進(jìn)料管線。所述ald裝置可以包含在所述第一非活性氣體管線上游與所述第一反應(yīng)物氣體管線連通的排放管線。所述ald裝置可以包含沿著所述第一非活性氣體管線的第一閥，所述第一閥具有打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)。所述ald裝置可以包含沿著所述第一非活性氣體管線的第二閥，所述第二閥包括被配置以可調(diào)地調(diào)節(jié)以多個(gè)非零流動(dòng)速率通過(guò)所述第一非活性氣體管線的氣體流量的可調(diào)閥。

4、在另一實(shí)施例中，公開(kāi)一種原子層沉積(ald)裝置。所述ald裝置可以包含反應(yīng)器組件；和被配置以從非活性氣體源供應(yīng)非活性氣體的非活性氣體分布管線。所述ald裝置可以包含被配置以控制沿著所述非活性氣體分布管線流動(dòng)的所述非活性氣體的量的流量控制器。所述ald裝置可以包含在多個(gè)反應(yīng)物蒸氣源與所述反應(yīng)器組件之間連通的多個(gè)反應(yīng)物氣體管線。所述ald裝置可以包含在所述流量控制器下游從所述非活性氣體分布管線分支的多個(gè)非活性氣體管線，所述非活性氣體管線中的每一個(gè)被配置以將非活性氣體從所述非活性氣體分布管線連通到所述反應(yīng)物氣體管線之一。所述ald裝置可以包含在所述流量控制器下游從所述非活性氣體分布管線分支的旁路管線，所述旁路管線被配置以在所述非活性氣體分布管線與真空源之間提供流體連通。

技術(shù)特征：

1.一種原子層沉積(ald)裝置，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ald裝置，其中所述第二閥包括針閥。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ald裝置，進(jìn)一步包括沿著所述旁路管線的第三閥和第四閥，所述第三閥具有打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，所述第四閥包括被配置以可調(diào)地調(diào)節(jié)以多個(gè)非零流動(dòng)速率通過(guò)所述旁路管線的氣體流量的可調(diào)閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ald裝置，其中所述反應(yīng)器組件包括混合器和在所述混合器下游并且借助于處理腔室進(jìn)料管線與所述混合器流體連通的處理腔室。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ald裝置，進(jìn)一步包括被配置以調(diào)節(jié)所述非活性氣體到所述第一非活性氣體管線的氣體流量的質(zhì)量流量控制器(mfc)。

6.一種原子層沉積(ald)裝置，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述第三閥具有打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，所述第四閥包括被配置以可調(diào)地調(diào)節(jié)以多個(gè)非零流動(dòng)速率通過(guò)所述旁路管線的氣體流量的可調(diào)閥。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置以在所述ald裝置的投送狀態(tài)期間使得大部分所述非活性氣體流動(dòng)通過(guò)所述旁路管線以及使得小部分所述非活性氣體流動(dòng)通過(guò)所述第一非活性氣體管線。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置以在所述ald裝置的投送狀態(tài)期間允許通過(guò)所述旁路管線的流量并且在ald裝置的所述吹掃狀態(tài)期間關(guān)閉通過(guò)所述旁路管線的流量。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述第二閥包括針閥。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述反應(yīng)器組件包括混合器和在所述混合器下游并且借助于處理腔室進(jìn)料管線與所述混合器流體連通的處理腔室。

12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，進(jìn)一步包括被配置以調(diào)節(jié)所述非活性氣體到所述第一非活性氣體管線的氣體流量的質(zhì)量流量控制器(mfc)。

13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，其中所述控制系統(tǒng)被電連接到所述第一閥和第二閥中的一個(gè)或多個(gè)，所述控制系統(tǒng)被配置以：

14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ald裝置，進(jìn)一步包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及用于原子層沉積的系統(tǒng)和方法。原子層沉積(ALD)方法可以包含將第一反應(yīng)物蒸氣脈沖輸送到反應(yīng)器組件中。向第一反應(yīng)物氣體管線供應(yīng)所述第一反應(yīng)物蒸氣。以第一流動(dòng)速率向第一非活性氣體管線供應(yīng)非活性氣體。借助于第一進(jìn)料管線將所述第一反應(yīng)物蒸氣和所述非活性氣體饋送到所述反應(yīng)器組件。通過(guò)以高于所述第一流動(dòng)速率的第二流動(dòng)速率向所述第一非活性氣體管線供應(yīng)所述非活性氣體來(lái)吹掃所述反應(yīng)器組件?？梢詫⑺龇腔钚詺怏w的第一部分沿著所述第一反應(yīng)物氣體管線的擴(kuò)散屏障部分反向饋送以提供在所述第一非活性氣體管線上游的惰性氣體閥(IGV)?？梢越柚谒龅谝贿M(jìn)料管線將所述非活性氣體的第二部分饋送到所述反應(yīng)器組件。

技術(shù)研發(fā)人員：E·J·C·劉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：ASM IP 控股有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/1/14