[發(fā)明專利]原子層沉積設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410449141.1
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN105463406A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王祥慧
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽拓荊科技有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 劉鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及原子層沉積(AtomicLayerDeposition，ALD)，更具體地，涉 及原子層沉積設(shè)備。

背景技術(shù)

原子層沉積是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基材上化學(xué)吸附 并反應(yīng)而形成沉積膜的一種技術(shù)。當(dāng)前驅(qū)體達(dá)到沉積基材表面，它們會(huì)在其表面化學(xué)吸 附并發(fā)生表面反應(yīng)。原子層沉積的表面反應(yīng)具有自限制性(self-limiting)，不斷重復(fù)這 種自限制反應(yīng)就形成所需要的薄膜。根據(jù)沉積前驅(qū)體和基材材料的不同，原子層沉積有 兩種不同的自限制機(jī)制，即化學(xué)吸附自限制(CS)和順次反應(yīng)自限制(RS)過程。化 學(xué)反應(yīng)一般在精準(zhǔn)控溫(50-600℃)下進(jìn)行，也可能再添加射頻功率產(chǎn)生的等離子體來 提高反應(yīng)速率。

化學(xué)吸附自限制沉積過程中，第一種反應(yīng)前驅(qū)體輸入到基材材料表面并通過化學(xué)吸 附(飽和吸附)保持在表面。當(dāng)?shù)诙N前驅(qū)體通入反應(yīng)器，起就會(huì)與已吸附于基材材料 表面的第一前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)。兩個(gè)前驅(qū)體之間會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物，直 到表面的第一前驅(qū)體完全消耗，反應(yīng)會(huì)自動(dòng)停止并形成需要的原子層。該反應(yīng)過程可以 由下面的公式(1)表示，其中ML2表示第一種前驅(qū)體，AN2表示第二種前驅(qū)體，MA 表示所生成的原子層

ML2+AN2---MA+2LN(1)

與化學(xué)吸附自限制過程不同，順次反應(yīng)自限制原子層沉積過程是通過活性前驅(qū)體物 質(zhì)與活性基材材料表面化學(xué)反應(yīng)來驅(qū)動(dòng)的。這樣得到的沉積薄膜是由于前驅(qū)體與基材材 料間的化學(xué)反應(yīng)形成的。對于順次反應(yīng)自限制過程首先是活化劑(AN)活化基材材料 表面；然后注入的第一種前驅(qū)體ML2在活化的基材材料表面反應(yīng)形成吸附中間體AML， 這可以用反應(yīng)方程式(2)表示。反應(yīng)(2)著活化劑AN的反應(yīng)消耗而自動(dòng)終止，具有 自限制性。當(dāng)沉積反應(yīng)第二種前驅(qū)體AN2注入反應(yīng)器后，就會(huì)與上述的吸附中間體反 應(yīng)并生成沉積原子層，這可以用反應(yīng)方程式(3)表示。

AN+ML2---AML+NL(2)

AML+AN2---MAN+NL(3)

對于順次反應(yīng)自限制過程，一方面基材材料表面必須先經(jīng)過表面活化，另一方面， 這種沉積反應(yīng)實(shí)際是半反應(yīng)(2)和(3)的組合。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，揭示了一種原子層沉積設(shè)備，該原子層沉積設(shè)備包括： 傳送室；分別與所述傳送室連通的預(yù)清洗室、熱處理室、加載閉鎖室、以及多個(gè)反應(yīng)室； 與所述加載閉鎖室連通的前端模塊；其中，在所述多個(gè)反應(yīng)室中經(jīng)由工藝氣體的反應(yīng)將 原子層沉積于基材的表面；所述傳送室中配備有機(jī)械手臂用于在所述傳送室和預(yù)清洗 室、熱處理室、加載閉鎖室、以及多個(gè)反應(yīng)室之間傳遞基材；所述前端模塊經(jīng)配置為自 動(dòng)地與所述加載閉鎖室之間傳遞基材。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述傳送室和多個(gè)反應(yīng)室各自獨(dú)立地可封 閉。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述機(jī)械手臂是多層雙臂機(jī)械手。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)反應(yīng)室分別能夠同時(shí)沉積3-6片 基材。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)反應(yīng)室中分別配備有平行移動(dòng)裝 置或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)裝置用于移動(dòng)基材。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述傳送室與所述多個(gè)反應(yīng)室之間的連通 接口允許一次傳遞一片或兩片基材。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述傳送室與加載閉鎖室之間的連通接口 允許一次傳遞兩片基材。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)反應(yīng)室經(jīng)配置為錯(cuò)開彼此的工作 周期。

在上述原子層沉積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述基材為晶圓。

由于原子層沉積反應(yīng)速度慢、耗時(shí)長，造成產(chǎn)能的瓶頸主要在反應(yīng)室。傳送室、預(yù) 清洗室、熱處理室、加載閉鎖室等的處理效率均遠(yuǎn)超過反應(yīng)室。通過一組傳送室、預(yù)清 洗室、熱處理室、加載閉鎖室與多個(gè)反應(yīng)室的組合，可以在提高產(chǎn)能的同時(shí)降低設(shè)備成 本。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過錯(cuò)開各反應(yīng)室的工作周期，可以在一個(gè)反應(yīng)室的反 應(yīng)周期內(nèi)執(zhí)行另一反應(yīng)室的裝載或卸載，從而節(jié)約了等待時(shí)間、進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明