[发明专利]使用过氧化氢沉积薄膜的设备

说明书

公开了一种薄膜沉积系统，以便在衬底上形成薄膜。薄膜沉积系统包括过氧化氢源。过氧化氢源包括将氢气转化为氢离子气体的电化学电池。电化学电池将氧气和水转化为液相复合物。液相复合物与氢离子气体反应以形成过氧化氢。

技术领域

本发明涉及一种用于处理半导体衬底的反应系统。具体地，本发明涉及一种用于以过氧化氢作为氧源沉积氧化膜的反应系统。

背景技术

原子层沉积(ALD)工艺可用于在半导体衬底上沉积薄膜。这种薄膜可以包括氧化锆、氧化钛、氧化锡、氧化铝、氧化铪、氧化硅及其任何混合物。当用氧组分如氧化物或氧氮化物形成特定薄膜时，可以使用含氧前体。

含氧前体可以是水、臭氧或氧等离子体。臭氧和氧等离子体可能是比水更强的氧化剂，但每个都有影响其能够形成薄膜的能力的问题。例如，臭氧缺乏进一步帮助从生长的薄膜中去除配体的氢原子。氧等离子体可能有损伤表面的副作用；这可能导致涂覆高纵横比特征的能力降低。

过氧化氢可以弥补臭氧或氧等离子体的不足，因为它是比水更强的氧化剂，同时提供臭氧缺乏的氢原子。过氧化氢也不会像氧等离子体那样损伤表面。然而，过氧化氢在储存过程中会分解。

然而，现有的产生过氧化氢的方法存在缺陷。美国专利号6767447公开了一种使用硫酸钠溶液作为电解质的电化学电池。使用盐溶液作为电解质是不可取的，因为产生的颗粒会导致晶片污染。美国专利号6712949公开了一种方法：当从由硫酸形成的酸性电解质中产生过氧化氢时，使用离子膜来分离电极。硫酸的有害方面源于酸或产生的盐的气溶胶颗粒的形成，从而在处理过的晶片上产生颗粒缺陷。顺流而下的任何此类材料的腐蚀性也会损坏反应器部件或生产中的晶片。

美国专利号5972196公开了一种用于产生臭氧的电化学电池。臭氧则在水中分解产生过氧化氢。臭氧的分解需要严格控制，以保持过氧化氢的恒定剂量。此外，臭氧的使用是有问题的，原因如前所述，即臭氧缺少进一步有助于从生长的薄膜中除去配体的氢原子。

因此，需要一种产生过氧化氢以生长薄膜同时避免分解问题的系统。

发明内容

在本发明的至少一个实施例中，公开了一种配置成在衬底上形成薄膜的反应系统。该反应系统包括：反应室，其配置为保持待处理的衬底；第一前体源，该第一前体源配置为向衬底提供第一前体气体；惰性气体源，该惰性气体源配置为向衬底提供惰性气体；以及过氧化氢源，其配置为按需提供液态过氧化氢溶液，其中过氧化氢源包括：电化学电池，其包括：多孔电解质、第一气体扩散层、第二气体扩散层、催化剂层、活性炭层、第一膜层和第二膜层；氢源，该氢源配置为提供氢气，其中氢气穿过第一气体扩散层、催化剂层和第一膜层进入多孔电解质；氧源，该氧源配置为提供氧气，其中氧气穿过第二气体扩散层、活性炭层和第二膜层进入多孔电解质；以及水源，该水源配置为向多孔电解质提供水；其中催化剂层将氢气转化成氢离子(H⁺)气体；并且其中活性炭层将氧气转化成与多孔电解质中的水反应以形成液相(HO₂-)复合物的离子。

在本发明的至少一个实施例中，公开了一种配置成在衬底上形成薄膜的反应系统。该反应系统包括：反应室，其配置为保持待处理的衬底；第一前体源，该第一前体源配置为向衬底提供第一前体气体；惰性气体源，该惰性气体源配置为向衬底提供惰性气体；以及过氧化氢源，其配置为按需提供液态过氧化氢溶液，其中过氧化氢源包括：电化学电池，其包括：多孔电解质、第一气体扩散层、第二气体扩散层、催化剂层、活性炭层、第一膜层和第二膜层；氢源，该氢源配置为提供氢气，其中氢气穿过第一气体扩散层、催化剂层和第一膜层进入多孔电解质；氧源，该氧源配置为提供氧气，其中氧气穿过第二气体扩散层、活性炭层和第二膜层进入多孔电解质；以及氮源，该氮源配置为向多孔电解质提供氮(N₂)气体；其中催化剂层将氢气转化成氢离子(H⁺)气体；并且其中活性炭层将氧气转化成形成液相(HO₂-)复合物的离子。