[发明专利]用于原子层沉积的系统和方法

说明书

原子层沉积(ALD)方法可以包含将第一反应物蒸气脉冲输送到反应器组件中。向第一反应物气体管线供应所述第一反应物蒸气。以第一流动速率向第一非活性气体管线供应非活性气体。借助于第一进料管线将所述第一反应物蒸气和所述非活性气体馈送到所述反应器组件。通过以高于所述第一流动速率的第二流动速率向所述第一非活性气体管线供应所述非活性气体来吹扫所述反应器组件。可以将所述非活性气体的第一部分沿着所述第一反应物气体管线的扩散屏障部分反向馈送以提供在所述第一非活性气体管线上游的惰性气体阀(IGV)。可以借助于所述第一进料管线将所述非活性气体的第二部分馈送到所述反应器组件。

技术领域

本领域涉及用于原子层沉积(ALD)的系统和方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)是一种用于使高度均匀的薄膜生长到衬底上的方法。在时分ALD反应器中，将衬底放置到不含杂质的反应空间中，并且交替地并且重复地将呈气相的至少两种不同的挥发性前体(反应气体)注入到反应空间中。膜生长是基于在衬底表面上发生以形成固态原子或分子层的自限性表面反应，因为衬底的反应物和温度被选择以使得交替注入的气相前体分子仅在具有其表面层的衬底上反应。注入足够高剂量的反应物以使表面在每一注入循环期间是几乎饱和的。因此，所述过程是高度自调的，不依赖于起始材料的浓度，由此有可能实现极高的膜均匀性和单一原子或分子层的厚度准确性。在空间分割ALD反应器中获得类似结果，其中衬底移动到各区中以便交替暴露于不同反应物。反应物可以促进使膜(前体)生长和/或提供其它功能，如从前体的吸附物种洗提配体以促进后续反应物的反应或吸附。

ALD方法可以用于使元素和化合物薄膜生长。ALD可以涉及使两种或更多种反应物在循环中重复交替，并且不同循环可以具有不同数目的反应物。纯ALD反应往往会每循环产生少于单层，但ALD的变化形式可以每循环沉积多于单层。

使用ALD方法使膜生长可能由于其逐步(逐层)性质而是缓慢的过程。使至少两种气体脉冲交替以形成所要材料的一个层，并且使脉冲保持彼此分隔以便防止膜的不受控生长和ALD反应器的污染。在每一脉冲之后，将薄膜生长过程的气态反应产物以及呈气相的过量反应物从反应空间中移出，或将衬底从含有其的区中移出。在时分实例中，这可以通过对反应空间抽气、通过在连续脉冲之间用非活性气体流吹扫反应空间或通过这两种方式来实现。吹扫在反应物脉冲之间利用管道中的非活性气体柱。吹扫由于其效率和其在连续脉冲之间形成有效扩散屏障的能力而在生产规模上广泛利用。惰性吹扫气体经常还在反应物脉冲期间用作运载气体，在将反应物蒸气馈送到反应空间中之前将其稀释。

充足衬底暴露和反应空间的良好吹扫对于成功ALD方法是合乎需要的。也就是说，脉冲应足够强以使衬底几乎饱和(在渐进饱和曲线的平坦部分中)，并且吹扫应足够高效以从反应器去除几乎所有的前体残余物和非所要反应产物。吹扫时间相对于前体暴露时间可以是相对长的。

为了促进膜生长过程，需要使得能够缩短吹扫时间段并且因此缩短脉冲时间间隔的方法。然而，促成过程循环时间的最具挑战性的因素之一是反应物蒸气脉冲的瞬时加宽。应使连续脉冲保持充分分隔，因为在以太频繁的时间间隔馈送时气体由于其上升和下降时间有限而可能会混合。脉冲的加宽是三种主要现象的结果：形成于反应物与惰性气体流之间的压力梯度、气体扩散以及气体吸附到反应器表面上和从反应器表面脱附。所有这些作用都导致反应物蒸气和惰性气体混合，这导致为了确保在恰当ALD条件下的操作，吹扫时间较长。在行波脉冲输送方法中，在将反应物注入到连续惰性运载流中时，反应器进料管线中的总压力在管线中的反应物分压力增加的同时增加，这导致脉冲不仅因扩散和吸附/脱附而加宽，而且因压力梯度驱动的流动而加宽。

因此，仍持续需要加速薄膜生长过程同时减小反应物蒸气脉冲的瞬时加宽的作用。

发明内容

本公开的系统和方法具有若干特征，其中没有单一特征单独负责其合乎需要的属性。在不限制如由所附权利要求书表达的本公开的范围的情况下，现将简洁地论述各种特征。在考虑这一论述之后，并且尤其在阅读题为“具体实施方式”的章节之后，将理解本文所描述的特征如何提供优于传统气体递送方法和系统的若干优点。