[发明专利]原子层沉积方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及沉积反应器。更特别地，但非排他地，本发明涉及这样的沉积反应器，在所述沉积反应器通过顺序自饱和表面反应在表面上沉积材料。

背景技术

原子层外延(ALE)方法是Tuomo Suntola博士于20世纪70年代早期发明的。该方法的另一个通用名称为原子层沉积(ALD)并且目前已代替ALE使用。ALD是一种特殊的化学沉积方法，其基于至少两种反应性前体物质顺序引入到至少一个衬底。

通过ALD生长的薄膜致密、无针孔并且具有均匀的厚度。例如，在一个实验中，已经通过自三甲基铝(CH₃)₃Al(也称TMA)和水在250-300℃下的热ALD在衬底晶片上生长了氧化铝，其仅产生约1％的不均匀性。

典型的ALD反应器是非常复杂的装置。因此，持续地需要产生简化装置自身或其使用的解决方案。

发明内容

根据本发明的第一个实例方面，提供了一种方法，所述方法包括：

运行原子层沉积反应器，所述反应器构造为通过顺序自饱和表面反应来在至少一个衬底上沉积材料；和

在所述反应器中使用干燥空气作为吹扫气体。

在某些示例实施方式中，干燥空气沿(或构造为沿)吹扫气体进给管线流动。在某些示例实施方式中，作为吹扫气体的干燥空气从不活泼气体源经由吹扫气体进给管线流入反应室中。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

使用干燥空气作为载气。

在某些示例实施方式中，干燥空气沿(或构造为沿)前体蒸气进给管线流动。在某些示例实施方式中，这可以发生在ALD处理过程中。在某些示例实施方式中，作为载气的干燥空气从不活泼气体源经由前体源流入反应室中。在某些示例实施方式中，使用作为载气的干燥空气来增加前体源中的压力。在某些其它实施方案中，作为载气的干燥空气从不活泼气体源经由前体蒸气进给管线而不经过前体源流入反应室中。流动路径可以基于前体蒸气本身的蒸气压力是否足够高或者是否应通过去往前体源的不活泼气体流来增大所述压力而进行设计。

可使用单个干燥空气源或多个干燥空气源。在此上下文中，干燥空气(或经干燥的空气)指不具有水分残留的空气。干燥空气可为压缩气体。其可用于将前体从前体源携带到反应室中。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

在整个沉积序列过程中使干燥空气流入反应器的反应室中。沉积序列由一个或多个相继的沉积周期形成，每个周期包括至少第一前体暴露期(脉冲A)、然后是第一吹扫步骤(吹扫A)、然后是第二前体暴露期(脉冲B)、然后是第二吹扫步骤(吹扫B)。

在某些示例实施方式中，反应室加热至少部分地通过向反应室中传导经加热的干燥空气来实施。这可在初始吹扫过程中和/或在沉积ALD处理(沉积)过程中发生。

因此，在某些示例实施方式中，所述方法包括：

在反应器的反应室的加热中使用干燥空气。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

加热吹扫气体进给阀下游的干燥空气。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

提供热从反应器的出口部向吹扫气体进给管线加热器的反馈连接。

在某些示例实施方式中，出口部包括热交换器。出口部可为反应器的反应室的出口部。出口部可为气体出口部。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

在环境压力下运行所述原子层沉积反应器。

在这样的实施方式中，不需要真空泵。

在某些示例实施方式中，所述方法包括：

使用连接到反应器的出口部的喷射器来降低反应器中的工作压力。

当要求在低于环境压力下运行但不需要真空时，可使用喷射器代替真空泵。出口部可为反应器室盖。喷射器可为连接到所述盖或到排气通道的真空喷射器。

气体进入反应室中的入口可在反应室的底侧上，而反应残余物的出口可在反应室的顶侧上。或者，气体进入反应室的入口可在反应室的顶侧上而反应残余物的出口可在反应室的底侧上。

在某些示例实施方式中，反应室是轻便的。不需要压力容器作为反应室。

根据本发明的第二个示例方面，提供了一种装置，所述装置包括：

原子层沉积反应室，其构造为通过顺序自饱和表面反应来在至少一个衬底上沉积材料；和

来自干燥空气源的干燥空气进给管线，以向反应器的反应室中进给干燥空气作为吹扫气体。

所述装置可为原子层沉积(ALD)反应器。