[发明专利]用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法和相关沉积设备

说明书

本申请公开了用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法和相关沉积设备。所述方法包括：在反应空间内的基材支架上提供至少一个基材；至少在至少一个腔室壁上暴露于气相反应物中的那些部分处控制至少一个腔室壁的温度；控制喷头的温度；将至少两种气相反应物交替并依序地进料到反应空间中，其中将喷头的温度控制在介于大致80℃与大致160℃之间的温度下。所述设备包括：安置于反应空间内的基材支架；控制至少一个腔室壁的温度的温度控制系统；以及控制喷头温度的温度控制系统。所述方法和系统不仅允许沉积高品质过渡金属氮化物膜，而且允许大量制造此类过渡金属氮化物膜。

技术领域

本公开大体上涉及用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法，并且还涉及用于通过原子层沉积将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的相关沉积设备。

背景技术

在原子层沉积(ALD)的领域中，基材的温度可能不被视为关键性工艺参数，这是因为膜的生长速率并非高度依赖于基材温度，而是依赖于所述基材在不同反应物脉冲中的依序暴露。实际上，工艺的相对温度非依赖性是ALD的优势之一。在ALD中，基材温度优选地高到足以防止反应物在基材上冷凝并且允许反应以充分高的速率进行。另一方面，基材温度优选地保持低于个别反应物发生热分解的极限。对于例如金属卤化物与氨等反应物许多组合，所述反应能够在相对低的温度下并且在至多高达反应物热分解温度极限的温度下进行。因此，可获得用于原子层沉积的宽温度窗。

对ALD型反应器进行分类的一种方法是通过反应器腔室壁相对于反应腔室内的基材温度而维持的温度来分类。

在其中腔室壁的温度通常处于低于基材温度的温度下的冷壁反应器中，腔室壁的冷区可能对ALD工艺尤其有害。首先，可以出现吸附增加或甚至反应物在冷腔室壁上的冷凝。物理吸附或冷凝的材料在低温下可能粘附到腔室壁上，并且在两个反应物脉冲之间的冲洗期间可能无法高效地从反应空间中去除；这可能引起材料的额外消耗和反应器的加速污染。

热壁反应器可以通过将所有化学润湿的反应器表面保持在与基材相同的温度下而是有利的。热壁反应器可以因此消除不合需要的化学气相沉积型反应和副产物形成。热壁反应器可以通过使过剩前体分子与腔室壁的相互作用弱化，即，使未反应前体分子在反应空间中的滞留时间减到最少来进一步增强冲洗循环。然而，热壁反应器可能由于膜沉积在所有化学润湿的表面上而引起较高化学物质消耗和较短腔室寿命。基材在热壁反应器中的装载也可能难以自动化，使得热壁反应器较不适合于大量生产目的。另外，热壁设计可能不适合于包含喷头气体注入器的ALD系统，这是由于在喷头上的膜沉积可能引起气体出口堵塞。

作为一个替代方案，可以利用温壁反应器配置以使得腔室壁可以处于低于膜生长起始温度但仍高到足以确保快速解吸附的温度下。在“理想”温壁反应器中，在腔室壁上将不存在生长，并且因此不需要对腔室壁进行清洁，然而，利用温壁配置的目前方法和沉积系统尚不理想，并且因此期望获得用于克服此类问题的方法和沉积系统。

发明内容

根据本公开的至少一个实施例，公开一种用于通过在由至少一个腔室壁和喷头界定的反应空间中进行原子层沉积而将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的方法。所述方法可以包括：在反应空间内的基材支架上提供至少一个基材，至少在至少一个腔室壁上暴露于气相反应物中的那些部分处控制所述至少一个腔室壁的温度。所述方法还可以包括控制喷头温度和将至少两种气相反应物交替并依序地进料到反应空间中，其中将所述喷头温度控制在介于大致80℃与大致160℃之间的温度下。

在一些实施例中，提供一种用于通过在由至少一个腔室壁和喷头界定的反应空间中进行原子层沉积而将过渡金属氮化物膜沉积在基材上的设备。所述设备可以包括：安置于反应空间内的基材支架，所述基材支架被配置成用于支承至少一个基材；和温度控制系统，所述温度控制系统用于在至少一个腔室壁上暴露于气相反应物中的那些部分处控制所述至少一个腔室壁的温度。所述设备还可以包括用于控制喷头温度的温度控制系统，其中所述用于控制喷头温度的温度控制系统被配置成将所述喷头温度控制在介于大致80℃与大致160℃之间的温度下。