[发明专利]用于原子层沉积的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于在衬底表面上进行原子层沉积的装置。本发明还涉及一种用于在衬底表面上进行原子层沉积的方法。

原子层沉积被认为是用于沉积单层靶材的方法。原子层沉积与诸如化学气相沉积的不同之处在于，原子层沉积具有至少两个工艺步骤。这些工艺步骤中的第一个包括在衬底表面上施加前驱体气体。这些工艺步骤中的第二个包括使前驱体材料反应以形成单层靶材。原子层沉积具有能很好地控制层厚度的优点。但是，已知的原子层沉积方法表现出对前驱体气体的相当低效率的使用。典型地，超过一半的前驱体气体被浪费掉。由于前驱体气体通常很贵，因此这是成问题的。

本发明的目的是提供一种用于原子层沉积的装置和方法，其具有对前驱体气体的提高使用。

因此，本发明提供了一种用于在衬底表面上进行原子层沉积的装置，该装置包括前驱体注入头，该前驱体注入头包括前驱体供给源和在使用中由前驱体注入头和衬底表面来界定的沉积空间，其中前驱体注入头设置为可将前驱体气体从前驱体供给源注入到沉积空间以与衬底表面接触，该装置设置为可在沉积空间和衬底表面之间在衬底表面的平面内提供相对运动，并且该装置具有限制结构，其设置为将所注入的前驱体气体限制在与衬底表面相邻的沉积空间中。这样便可将所注入的前驱体气体限制在与衬底表面相邻的沉积空间中。这种限制减小了前驱体气体的使用量。将前驱体气体限制在与衬底表面相邻的沉积空间中也减少了由于所不希望的前驱体沉积在装置上和/或衬底的与上述衬底表面相反的背面上而造成的装置污染。这避免了用于除去污染的清洁步骤。

被限制在与衬底表面相邻的沉积空间中的前驱体气体优选意味着前驱体气体被限制在衬底表面的有限距离中。此有限距离例如最多为衬底表面的最大尺寸和最小尺寸中的一个，但也可为衬底的厚度。此尺寸可为衬底表面的直径或宽度。备选地，该有限距离例如最多为最大尺寸和最小尺寸中的一个的一部分，该部分例如等于0.1、0.2、0.3、0.5或0.8。备选地，该有限距离例如大于最大尺寸和最小尺寸中的一个，例如最多为其的1.2、1.5、1.8、2、2.5、3或10倍。作为替代或附加，限制在与衬底表面相邻的沉积空间中的前驱体气体可意味着前驱体气体被限制在沿衬底表面的平面的大致狭长的、如平面状的空间中。这里，衬底表面可包括此表面在衬底台或其它衬底支撑工具中的面状延伸部分，因此注入头能自由地在衬底上运动超出边缘。作为替代或附加，限制在与衬底表面相邻的沉积空间中的前驱体气体可意味着前驱体气体在使用中不会穿过沿衬底表面的虚拟面。作为替代或附加，限制在与衬底表面相邻的沉积空间中的前驱体气体可意味着沉积空间不会在沿衬底表面的平面的方向上远离衬底而延伸。

将前驱体气体限制在沉积空间中使得能控制沉积空间内的压力，例如沉积空间内的前驱体气体压力或沉积空间内的总压力。装置可包括沉积空间压力控制器。可控制沉积空间内的压力以使之独立于和/或不同于沉积空间外的压力。这样便可设定沉积空间内的预定压力，以优选地优化原子层沉积工艺。

在该装置的使用中，沉积空间由衬底表面来界定。可以清楚，以这种方式衬底可有助于限制前驱体气体。通过衬底的这种限制优选保证了能显著地阻止前驱体气体流过沿衬底表面的虚拟面。

在沉积空间和衬底之间的衬底表面的平面中的相对运动与将所注入的前驱体气体限制在沉积空间中的组合进一步促成了前驱体气体的很高效率的使用。这样，在被注入到沉积空间之后，可将一定量的前驱体气体有效地分布在衬底表面上，由此提高了前驱体气体分子与衬底表面接触的几率。

该装置设置为可在沉积空间和衬底之间在衬底表面的平面中提供相对运动。在一个实施例中，沉积空间在使用中在衬底表面的平面中是静止的，而衬底是运动的。在另一实施例中，沉积空间在使用中在衬底表面的平面中是运动的，而衬底是静止的。在另外一个实施例中，沉积空间和衬底这两者在使用中衬底表面的平面中都是运动的。

可以清楚，该限制结构可由前驱体注入头的一个或多个凸起部分形成。

在一个实施例中，在使用中沉积空间优选地仅由前驱体注入头、限制结构和衬底表面来界定。这进一步增强了前驱体气体的使用效率。