[发明专利]设计为用于气相沉积系统中的阱

说明书

本发明是申请日为2005年6月27日、申请号为200580025921.2、发明名称 为“气相沉积系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体涉及气相沉积系统和方法，更具体地，涉及原子层沉积系 统和方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)是一种允许薄膜以原子层逐层生长的技术。该 技术可通过Al₂O₃从水和三甲基铝(TMA)前体的沉积来说明，但不限 于此。可在文献中发现许多其它生产绝缘体、金属和半导体的材料的配 方。图1概略示出了Al2O3从水和(TMA)的生长。一般的步骤包括： (a)将通过空气羟基化的基板插入真空腔，(b，c)TMA前体以脉冲 方式送入并且TMA将与在表面上的OH起反应。TMA不会与自身和 形成的单层起反应，由此具有钝化作用。(d)未反应的TMA分子通过 排空和/或利用氮气或氩气等惰性气体清除而去除。(e，f)水以脉冲方 式注入反应器。这将去除CH₃基团，形成AL-O-AL桥并且以AL-OH 钝化所述表面。CH₄(甲烷)形成为气体的副产品。(g)未起反应的 H₂O和CH₄通过排空和/或利用氮气清除而去除。(a-g)称为一个循环 并且每个循环产生大约1.1埃的Al₂O₃。从而，100个循环产生110埃的 Al₂O₃。

ALD系统的设计遵循不同的途径，其中一些基于用于其它沉积技术 (例如化学气相沉积)的沉积系统。

一种途径是层流管式炉，如图3所示。在此情况下，基板28通过 入口36插入管24。所述基板利用管式炉加热器26加热并且在管24内 的反应腔利用泵34排空。通过真空计30测量压力。连续的惰性气体流 (运载气体)供自缸10并且利用惰性气体管线12注入前体管线。前体 利用烘箱14加热。前体蒸气利用电控阀18和22从前体容器16和20 以脉动方式送入。这种类型的反应器经常在研究环境中使用并且一般更 适于小基板以便保持足够的温度均匀性，因为大基板显著增加了管式炉 的在直径和长度方面的尺寸。该设计基于CVD系统，其中通常使用非 常高的温度并且低温O形环入口从管式炉加热器上去掉。

同样源于CVD技术的第二种ALD系统设计示于图4。在此情况下， 喷淋头42用来供应前体，目的是在表面上均匀分布化学物质。在这些 设计中，基板加热器一般位于真空空间内部。尽管喷淋头蒸气喷射设计 在CVD系统中会是有效的——如果喷射的气体或蒸气仅在高的基板温 度位置起反应并且均匀的气体分布对于均匀的薄膜厚度很重要，但是这 种设计会导致ALD系统中的阻塞——如果前体残留物会在喷淋头温度 下彼此发生反应。此外，与某些CVD过程相反，由于过程的自我限制 特性，ALD通常不需要非常均匀的前体分布。此外，为了防止前体的 凝结，喷淋头和系统的其它部件一般加热到100至200摄氏度的温度范 围，这对于例如喷淋头等复杂几何构造会变得复杂。最后，由于大的表 面区域和小的空腔，在沉积循环中排空和清除前体可能是困难的。

为了形成ALD系统，通常沉积台结合在一组工具装置中。晶片架 插入到负载锁定装置(load lock)中，通过裂口阀装置在传送室中传送。 机械臂将基板移动到沉积台，在此通过竖直移动机器人使所述基板与其 它基板竖直叠置。在沉积之后，基板通过无负载锁定装置移走。

单一单元系统通常的特征在于水平前体气体流和前方的水平入口 (裂口阀)。单一单元的高度限定了内部反应器的容积和前体流的速度， 并且针对快速流动和气体利用以及针对一个特定的基板类型、厚度和直 径(通常为硅晶片)而优化。

由于对于一种特定类型的基板需要复杂的设计来获得大的产量，改 进、升级、清洁和维修会非常费时，并且该系统本身不是用于研发目的。

迄今，尽管ALD技术可用来涂敷复杂3D结构，例如电容器槽、纳 米管、塑料、反蛋白石、催化床、光子晶体、发动机部件、工具、光学 部件等，但是多数ALD系统致力于在例如硅晶片等平基板上沉积，或 者在管式炉情况下，在晶片上沉积，。由于ALD技术能够高度放大到大 尺寸样品上，在半导体工业以外的领域内研究此技术是需要的，并且容 易适应于多种样品几何形状的工具是有利的。

发明内容