[发明专利]原子层淀积设备和装载方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子层淀积(ALD)设备和装载方法。

背景技术

原子层外延(ALE)方法是由Tuomo Suntola博士于二十世纪七十年代发明的。该方法的另一个通用名称是原子层淀积(ALD)，ALD这个名称现在已经取代了ALE。ALD是一种特殊的化学淀积方法，其基于将至少两种反应前体物种顺序地引导至位于被加热的反应空间内的基底。ALD的生长机制取决于化学吸收(化学吸附)和物理吸收(物理吸附)之间的键合强度差。ALD在淀积过程中利用化学吸附并且消除物理吸附。在化学吸附中，固相表面的原子与来自气相的分子之间形成强的化学键。因为物理吸附仅涉及范德华力，物理吸附的键合要弱得多。当局部温度高于分子的凝结温度时，物理吸附的键合很容易由于热能而破坏。

ALD反应器的反应空间，按照定义，包括能够交替地和顺序地暴露于用于薄膜淀积的每种ALD前体的所有受热表面。基本的ALD淀积循环包括四个顺序的步骤：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。在净化A和净化B的过程中，惰性气体(诸如氮或氩)和真空泵被用于从反应空间中去除气态的反应副产物和气态的残余反应物分子。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。通常设置条件以使得在一个前体脉冲中在表面上形成不多于一个分子单层的固态材料。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着到被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在前体分子物种化学吸附在表面上时不稳定配体可从前体分子离开。表面基本充满第一类型的反应区域(即第一前体分子的吸附物种)。该化学吸附步骤之后通常是第一净化步骤(净化A)，其中过量的第一前体蒸汽和可能的反应副产物蒸汽被从反应空间中除去。然后第二前体蒸汽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，由此形成希望的薄膜材料。一旦吸附的第一前体的总量已经消耗掉并且表面已经基本充满第二类型的反应区域，则该生长终止。然后过量的第二前体蒸汽和可能的反应副产物蒸汽通过第二净化步骤(净化B)被去除。接着重复该循环，直到薄膜生长到希望的厚度。淀积循环也可以更复杂。例如，循环可包括由净化步骤分开的三个或更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序列。

通过ALD生长的薄膜致密、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％不均匀度。通过ALD生长的金属氧化物薄膜适用于栅极电解质、电致发光显示器绝缘体、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。

例如评论文章R.Puurunen，“Surface chemistry of atomic layerdeposition：A case study for the trimethylaluminium/water process”，J.Appl.Phys.，97(2005)，p.121301中公开了适用于多种ALD反应器中的ALD过程的前体，该文献通过引用结合入本文。

在普通的反应器中，对单个晶片或基底施加ALD淀积循环。虽然这种单晶片处理可能能够满足研究开发目的，但是它不能满足例如可承受的大规模生产的要求，例如产品的物料通过量或维修之间的平均时间。

于2008年5月27日提交并且授权予本申请申请人的专利申请US 12/154879提出一种改进ALD反应器的物料通过量的解决方案，该专利的公开内容通过引用包含于此。在该解决方案中，一批基底被装载至竖直流反应器中的基底保持器中，并且同时处理反应器中的整批基底以改进物料通过量。虽然与单个基底反应器相比该解决方案代表朝向大规模生产的重要一步，但是还需要更进一步地改进物料通过量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种原子层淀积(ALD)反应器系统，包括：

多个ALD反应器，所述多个ALD反应器相对于彼此成一式样地放置，每个所述ALD反应器能够接收一批用于ALD处理的基底，每个所述ALD反应器包括能够从顶部接近的反应室；以及