[发明专利]用于在衬底上沉积原子层的方法和装置

说明书

本发明涉及一种在衬底上沉积原子层（优选地，原子层的叠层）的方法，该方法包括从沉积头所包括的前体气体供应口朝向衬底供应前体气体（precursor gas）。本发明还涉及一种用于在衬底上沉积原子层的装置，该装置包括沉积头，该沉积头具有用于朝向衬底供应前体气体的前体气体供应口。本发明还涉及原子层的叠层。

原子层沉积作为一种用于沉积单层目标材料的方法是已知的。原子层沉积与例如化学汽相沉积的不同之处在于原子层沉积采取至少两个连续的工艺步骤（即，半周期）。这些自限定工艺步骤中的第一个包括在衬底表面上应用前体气体。这些自限定工艺步骤中的第二个包括前体材料的反应以便形成单层目标材料。原子层沉积具有能够进行即使不完美但也很卓越的层厚度控制的优点。然而，原子层特别地薄。因此，用于沉积具有一定厚度（大于约10纳米）的层的原子层沉积的应用是相当耗时的，因为必须堆叠多个原子层，以便获得这种层厚度。

WO 2007/106076描述了一种原子层沉积方法，其中衬底安装在滚筒上。该滚筒沿着供应前体气体的喷嘴旋转。通过这种方式，可在相对短的时间内沉积多层原子层。然而，WO 2007/106076的方法仅可以应用在具有的长度等于或小于滚筒周长的衬底上。此外，用于将衬底安装到滚筒上所需的时间可能至少部分地或者甚至完全地抵消使衬底沿着喷嘴快速旋转所获得的时间。

本发明的一个目的是提供一种沉积原子层的方法，该方法至少部分地解决了已知方法中的一个或多个问题。

因此，本发明提供了一种在例如柔性或刚性衬底上沉积原子层（优选地，原子层的叠层）的方法，该方法包括从沉积头所包括的前体气体供应口（优选地，从多个前体气体供应口）朝向衬底供应前体气体，包括使前体气体在衬底附近（例如在衬底上）反应以便形成原子层，并且还包括在供应前体气体的同时通过旋转沉积头使前体气体供应口沿着衬底移动。

通过这种方式，当沿着一个方向连续地移动（例如旋转）前体气体供应口和/或衬底时，能够沉积原子层的叠层。因此，当沉积原子层的叠层时，可以防止以往复运动方式移动前体气体供应口和/或衬底。通过这种方式，能够防止往复运动所固有的前体头和/或衬底的后转动（back-turning）。因此，可以提高原子层的沉积速度。

应该指出的是，US 2009/0081885A1没有公开在供应前体气体的同时通过旋转沉积头使前体气体供应口沿着衬底移动。US 2009/0081885A1也没有公开当沿着一个方向连续地移动（例如旋转）前体气体供应口时这种原子层的叠层的沉积。US 2009/0081885A1中所公开的装置不适于在供应前体气体的同时沿着一个方向旋转前体气体供应口。

衬底可以是柔性衬底或者刚性（即，非柔性）衬底。使用柔性衬底很好地与旋转的沉积头结合。这种柔性衬底允许衬底的弯曲，这便于围绕旋转的沉积头引导衬底。

在一个实施方式中，该方法包括在朝向衬底供应前体气体之后和/或同时沿着前体气体供应口移动衬底。在朝向衬底供应前体气体之后沿着前体气体供应口移动衬底使得能够在衬底上沉积相互隔离的区域（其中沉积叠置的层）。在朝向衬底供应前体气体的同时沿着前体气体供应口移动衬底使得能够由相对于彼此偏移（即，部分地重叠）的原子层构造相当连续的叠置的层。通过这种方式，可以基本上防止垂直于衬底延伸的原子层的边缘之间的缝隙。前体气体供应口相对于衬底的平动速度（translational velocity）在时间上可以是恒定的或者在时间上可以是变化的。

在一个实施方式中，在沉积原子层的过程中，前体气体供应口的平动速度大于和/或逆着衬底的平动速度指向。这进一步提高了原子层的沉积速度。例如，前体气体供应口的平动速度的绝对值可以比衬底的平动速度的绝对值大至少5倍、至少10倍、至少20倍、至少50倍、至少100倍、至少500倍、至少1000倍、至少5000倍和/或至少10000倍。可能清楚的是，可选地，前体气体供应口的平动速度可以沿着衬底的平动速度的方向指向。

在一个实施方式中，前体气体供应口沿着或者倾斜于沉积头的轴向方向形成为细长的形式，其中，前体气体供应口和/或衬底沿着与旋转头运动所限定的轴向方向横切的方向移动。沿着或者倾斜于轴向方向形成的这种细长的前体气体供应口使得能够在衬底上均匀地沉积原子层。

在一个实施方式中，沉积头具有在沉积原子层的过程中至少部分地面向衬底的输出面，该输出面设有前体气体供应口。因此，前体气体供应口可以沿着弯曲的输出面在沿着或者倾斜于沉积头的旋转轴线的方向上延伸。