[發(fā)明專(zhuān)利]用于高生產(chǎn)量原子層沉積的設(shè)備和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980128428.1
• 申請(qǐng)日: 2009-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102112659A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 恩斯特·H·A·格蘭內(nèi)曼;赫伯特·特霍斯特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 阿斯莫國(guó)際公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/54
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/54;C23C16/455
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜沉積的領(lǐng)域，且更具體地涉及膜的原子層沉積的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

原子層沉積(ALD)是允許以精確受控的方式來(lái)沉積厚度大約為數(shù)納米的膜的薄膜沉積方法。典型地，ALD使用交替地并重復(fù)地應(yīng)用于襯底的兩個(gè)以上的氣態(tài)前體(precursors)。其中襯底的表面暴露于全部前體的一系列連續(xù)步驟被稱(chēng)為沉積循環(huán)。每個(gè)沉積循環(huán)都使膜的單層或單層的一部分生長(zhǎng)。這是由于這樣的事實(shí)，即，在ALD中膜生長(zhǎng)取決于化學(xué)吸附過(guò)程，借助該過(guò)程前體分子通過(guò)化學(xué)鍵的形成而附著至襯底的表面，而無(wú)需發(fā)生該前體分子的進(jìn)一步熱分解。當(dāng)可用于與前體化學(xué)鍵接(chemical?bonding)的全部襯底表面部位都已被覆蓋時(shí)化學(xué)吸附自然停止。將襯底暴露于第二前體導(dǎo)致在固體膜形成的情況下第二前體與化學(xué)吸附的第一前體的化學(xué)反應(yīng)，直到全部化學(xué)吸附的第一前體都已反應(yīng)，并且用化學(xué)吸附的第二前體的層以自限制方式覆蓋襯底。因此，ALD是一種提供高保形(conformal)涂覆和優(yōu)良厚度控制的自限制逐層沉積方法。這些特征使它成為各種工業(yè)，尤其是半導(dǎo)體工業(yè)，并且更具體地是太陽(yáng)能電池工業(yè)關(guān)注的方法。

在太陽(yáng)能電池工業(yè)中，ALD可以用來(lái)沉積氧化鋁(Al₂O₃)膜，以用于預(yù)先的單Si太陽(yáng)能電池的鈍化。為此要求5-15nm的典型膜厚度，這可使用傳統(tǒng)的單晶片或多晶片ALD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，最有效的多晶片ALD系統(tǒng)在所述膜厚度下的生產(chǎn)量為大約每小時(shí)60個(gè)晶片。然而，為了獲得例如在屋頂上使用的太陽(yáng)能電池板所處理的表面積的量是相當(dāng)大的。并且隨著對(duì)太陽(yáng)能電池板的需求的上漲，對(duì)以更高生產(chǎn)量為特色的ALD設(shè)備的需要也正在增加。當(dāng)然，太陽(yáng)能電池工業(yè)僅是示例性的，并且僅是其中感到關(guān)于提高ALD裝置的生產(chǎn)量的連續(xù)壓力的許多工業(yè)中的一個(gè)。

這樣的更高生產(chǎn)量?jī)?yōu)選地使用從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)看相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)橥ǔＴO(shè)備越簡(jiǎn)單，建造它越經(jīng)濟(jì)，它就越可靠并且需要越少的維護(hù)。因此本發(fā)明的目的是提供一種以最小程度的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性來(lái)提供改善的生產(chǎn)能力的原子層沉積的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種原子層沉積設(shè)備。本設(shè)備包括沿運(yùn)輸方向延伸并至少由第一下部壁和第二上部壁限制的加工隧道。所述壁相互平行并隔開(kāi)，以允許與這些壁平行地定向的基本平的襯底被容納在它們之間。本設(shè)備進(jìn)一步包括多個(gè)氣體注入通道。這些氣體注入通道設(shè)置在加工隧道的第一壁和第二壁中，并且以隔開(kāi)的方式沿運(yùn)輸方向布置。第一下部壁中的氣體注入通道被構(gòu)造成提供第一下部氣體支承，而第二上部壁中的氣體注入通道被構(gòu)造成提供第二上部氣體支承。這些氣體支承被構(gòu)造成浮動(dòng)地支撐并容納襯底。在運(yùn)輸方向上觀看，第一壁和第二壁至少一個(gè)中的氣體注入通道相繼連接到第一前體氣體源、凈化氣體源、第二前體氣體源和凈化氣體源，以形成這樣的隧道區(qū)段，即，在使用中，該隧道區(qū)段包括分別裝有第一前體氣體、凈化氣體、第二前體氣體和凈化氣體的連續(xù)區(qū)域。兩個(gè)或兩個(gè)以上的這樣的隧道區(qū)段在運(yùn)輸方向上連續(xù)地布置。在運(yùn)輸方向上觀看，至少加工隧道的一部分具有向下坡度(α)，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)所述至少一個(gè)加工隧道部分的襯底的重力傳動(dòng)運(yùn)輸。

根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種在襯底上生長(zhǎng)膜的方法。本方法包括提供第一下部氣體支承和第二上部氣體支承，所述氣體支承被構(gòu)造成將襯底浮動(dòng)地支撐并容納在它們之間。氣體支承沿縱向運(yùn)輸方向向下延伸。本方法還包括提供襯底，并將襯底支撐和容納在氣體支承之間。本方法進(jìn)一步包括使重力能夠沿氣體支承在運(yùn)輸方向上輸送襯底，同時(shí)使襯底的表面經(jīng)歷原子層沉積處理。

根據(jù)本發(fā)明方法的一方面，在運(yùn)輸方向上觀看，將第一和第二氣體支承中的至少一個(gè)劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能性區(qū)段，每個(gè)區(qū)段都包括至少四個(gè)橫向延伸區(qū)域，每個(gè)橫向延伸區(qū)域相繼分別包括第一前體氣體、凈化氣體、第二前體氣體和凈化氣體，并且在襯底輸送通過(guò)所述氣體支承的單個(gè)功能性區(qū)段的至少四個(gè)區(qū)域時(shí)，將原子層沉積到襯底的至少一個(gè)表面上。

從以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施例的詳細(xì)描述中，將更徹底地理解本發(fā)明的這些和其它特性和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖意在舉例說(shuō)明而非限制本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1是公開(kāi)了原子層沉積設(shè)備的示例的圖示性橫向剖面圖，該原子層沉積設(shè)備具有兩個(gè)平行的隧道壁，它們之間容納有襯底；

圖2是沿線(xiàn)A-A觀看到的圖1所示的加工隧道的一部分的圖示性剖面平面圖，示出了區(qū)段和區(qū)域的布置；

圖3是與圖1和圖2所示的實(shí)施例一致的加工隧道的一部分的圖示性縱向剖面圖，其中上部隧道壁和下部隧道壁不對(duì)稱(chēng)地構(gòu)造；