Способ и устройство для осаждения атомных слоев

Авторы патента:


Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев
Способ и устройство для осаждения атомных слоев

 


Владельцы патента RU 2600047:

ПИКОСАН ОЙ (FI)

Изобретение относится к способу химического осаждения атомных слоев на подложку, устройству и линии для упомянутого осаждения. Способ химического осаждения атомных слоев на подложку включает использование реактора для осаждения атомных слоев, выполненного с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения, использование сухого воздуха в реакторе в качестве продувочного газа и использование сухого воздуха в качестве несущего инертного газа для увеличения давления в источнике прекурсора. Устройство для упомянутого осаждения содержит реакционную камеру для осаждения атомных слоев, выполненную с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения, линию подачи сухого воздуха из источника сухого воздуха для подачи сухого воздуха в качестве продувочного газа в реакционную камеру упомянутого устройства и средства для использования сухого воздуха в качестве несущего инертного газа для увеличения давления в источнике прекурсора. Производственная линия для химического осаждения атомных слоев на подложку, которая содержит в качестве средства для химического осаждения атомных слоев на подложку упомянутое устройство. Обеспечивается простая и экономичная конструкция устройства для упомянутого осаждения с использованием сухого воздуха в качестве продувочного и несущего инертного газа для увеличения давления во время осаждения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение, в общем, относится к осадительным реакторам. Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к таким осадительным реакторам, в которых материал осаждается на поверхностях в результате последовательных поверхностных реакций самонасыщения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ атомной эпитаксии слоев АЭС (ALE) изобрел доктор Туома Сунтола в начале 1970-х годов. В настоящее время вместо АЭС (ALE) используется другое название способа - осаждение атомных слоев ОАС (ALD). ОАС (ALD) представляет собой специальный способ химического осаждения, основанный на последовательном введении по меньшей мере двух видов активного прекурсора на по меньшей мере одну подложку.

Тонкие пленки, выращенные способом ОАС (ALD) являются плотными, без точечных отверстий и имеют равномерную толщину. Например, во время эксперимента с помощью термического ОАС (ALD) был выращен оксид алюминия из триметилалюминия (СН3)3Al, называемого также ТМА, и воды при температуре 250-300°С; в результате неравномерность пластины подложки составила всего 1%.

Типовые реакторы ОАС (ALD) являются достаточно сложными устройствами. Соответственно, всегда существует необходимость поиска решений, которые упростили бы сами устройства или их использование.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым примерным аспектом настоящего изобретения обеспечен способ, содержащий: эксплуатацию реактора для осаждения атомных слоев, выполненного с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения; и использование сухого воздуха в реакторе в качестве продувочного газа.

В некоторых примерах осуществления сухой воздух поступает (или может поступать) по линии подачи продувочного газа. В некоторых примерах осуществления сухой воздух в качестве продувочного газа поступает из источника инертного газа по линии подачи продувочного газа в реакционную камеру.

В некоторых примерах осуществления способ содержит использование сухого воздуха в качестве несущего газа.

В некоторых примерах осуществления сухой воздух поступает (или может поступать) по линии подачи паров прекурсора. В некоторых примерах осуществления это может происходить во время процесса ОАС (ALD). В некоторых примерах осуществления сухой воздух в качестве несущего газа поступает из источника инертного газа через источник прекурсора в реакционную камеру. В некоторых примерах осуществления сухой воздух в качестве несущего газа используется для увеличения давления в источнике прекурсора. В некоторых других вариантах осуществления сухой воздух в качестве несущего газа поступает из источника инертного газа по линии подачи паров прекурсора в реакционную камеру, минуя источник прекурсора. Тракт потока может быть выполнен в зависимости от того, является ли давление паров прекурсора само по себе достаточно высоким или его нужно увеличить за счет направления потока инертного газа, в источник прекурсора.

Можно использовать один или несколько источников сухого воздуха. Понятие «сухой воздух (или высушенный воздух)» в настоящем контексте означает «воздух без остаточной влажности». Сухой воздух может быть сжатым газом. Его можно использовать для перемещения прекурсора из источника прекурсора в реакционную камеру.

В некоторых примерах осуществления заявленный способ содержит: подачу сухого воздуха в реакционную камеру реактора в течение всей последовательности осаждения. Последовательность осаждения состоит из одного или более последовательных циклов осаждения, причем каждый цикл состоит, по меньшей мере, из первого периода воздействия прекурсора (импульса А), за которым следует первый этап продувки (продувка А), за которым следует второй период воздействия прекурсора (импульс В), за которым следует второй этап продувки (продувка В).

В некоторых примерах осуществления нагревание реакционной камеры осуществляется, по меньшей мере, частично, путем подачи нагретого сухого воздуха в реакционную камеру. Это может произойти во время начальной продувки и/или во время процесса ОАС (ALD) (осаждения).

Соответственно, в некоторых примерах осуществления способ содержит использование сухого воздуха при нагревании реакционной камеры реактора.

В некоторых примерах осуществления способ содержит нагревание сухого воздуха после клапана подачи продувочного газа.

В некоторых примерах осуществления способ содержит обеспечение обратного соединения для подачи тепла из выпускной части реактора в нагреватель линии подачи продувочного газа.

В некоторых примерах осуществления выпускная часть содержит теплообменник; выпускной частью может служить выпускная часть реакционной камеры реактора. Выпускная часть может быть газовой выпускной частью.

В некоторых примерах осуществления способ содержит использование указанного реактора для осаждения атомных слоев при давлении окружающей среды.

В таких вариантах осуществления отсутствует необходимость в вакуумном насосе.

В некоторых примерах осуществления способ содержит использование эжектора, соединенного с выпускной частью реактора, для снижения рабочего давления в реакторе.

Вместо вакуумного насоса может использоваться эжектор, если требуется работать при давлении ниже атмосферного, но вакуум не нужен. Выпускной частью может служить крышка камеры реактора. В качестве эжектора может использоваться вакуумный эжектор, соединенный с крышкой или выпускным каналом.

Вход газов в реакционную камеру может осуществляться в нижней части реакционной камеры, а выход остаточных продуктов реакции - в верхней части реакционной камеры. Возможен альтернативный вариант, при котором вход газов в реакционную камеру может осуществляться в верхней части реакционной камеры, а выход остаточных продуктов реакции - в нижней части реакционной камеры.

В некоторых примерах осуществления реакционная камера может быть облегченной. Не требуется использование сосуда под давлением в качестве реакционной камеры.

Согласно второму примерному аспекту настоящего изобретения обеспечено устройство, содержащее: реакционную камеру для осаждения атомных слоев, выполненную с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения; и линию подачи сухого воздуха из источника сухого воздуха для подачи сухого воздуха в качестве продувочного газа в реакционную камеру реактора.

Устройством может являться реактор для осаждения атомных слоев ОАС (ALD).

В некоторых примерах осуществления устройство содержит линию подачи прекурсора из источника сухого воздуха через источник прекурсора в реакционную камеру для подачи паров прекурсора в реакционную камеру.

В некоторых примерах осуществления устройство содержит нагреватель, выполненный с возможностью нагревания сухого воздуха. В некоторых примерах осуществления устройство содержит указанный нагреватель после клапана подачи продувочного газа.

В некоторых примерах осуществления устройство содержит обратное соединение для подачи тепла из выпускной части реактора в нагреватель линии подачи продувочного газа. В некоторых примерах осуществления выпускная часть содержит теплообменник. Выпускная часть может являться выпускной частью реакционной камеры реактора. Выпускная часть может являться газовой выпускной частью.

В некоторых примерах осуществления используется облегченный реактор, выполненный с возможностью работы при давлении окружающей среды или давлении, близком к давлению окружающей среды. Возможно использование облегченного реактора без вакуумного насоса. Формулировка «близкое к давлению окружающей среды» означает, что давление может быть пониженным, но не вакуумным. В этих вариантах осуществления реактор может иметь тонкие стенки. В некоторых примерах осуществления осаждение атомных слоев происходит без использования вакуумного насоса. Также в некоторых примерах осуществления осаждение атомных слоев происходит без использования сосуда под давлением. Соответственно, облегченный реактор (имеющий облегченную конструкцию) в некоторых примерах осуществления реализуется с облегченной (имеющей облегченную конструкцию) реакционной камерой без сосуда под давлением.

В некоторых примерах осуществления устройство содержит эжектор, присоединенный к выпускной части реактора для снижения рабочего давления в реакторе.

Эжектор может использоваться вместо вакуумного насоса, если нужно работать при давлении ниже атмосферного, но вакуум не нужен. Выпускной частью может служить крышка камеры реактора. Эжектором может являться вакуумный эжектор, присоединенный к крышке или к выпускному каналу.

В соответствии с третьим примерным аспектом заявленного изобретения обеспечена производственная линия, содержащая устройство согласно второму аспекту заявленного изобретения, являющееся частью производственной линии.

В соответствии с четвертым примерным аспектом заявленного изобретения обеспечено устройство, содержащее: средства для работы реактора для осаждения атомных слоев, выполненного с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения; и средства для использования сухого воздуха в реакторе в качестве продувочного газа.

Раскрытые выше аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения не имеют ограничительного характера. Вышеприведенные варианты осуществления используются только для пояснения избранных аспектов или этапов, которые могут использоваться при реализациях настоящего изобретения. Следует понимать, что соответствующие варианты осуществления также можно использовать в других примерных аспектах. Можно создавать любые требуемые комбинации вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет раскрыто далее, только в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг. 1 изображен осадительный реактор и способ загрузки согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 изображен осадительный реактор по фиг. 1 при работе на этапе продувки;

на фиг. 3 изображен осадительный реактор по фиг. 1 при работе во время первого периода воздействия прекурсора;

на фиг. 4 изображен осадительный реактор по фиг. 1 при работе во время второго периода воздействия прекурсора;

на фиг. 5 изображено загрузочное устройство согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 изображен осадительный реактор согласно еще одному примеру осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 7 изображена реакция осаждения в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 изображен еще один пример осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 9 более подробно изображены некоторые детали осадительного реактора в соответствии с определенными примерами осуществления; и

на фиг. 10 изображен осадительный реактор как часть производственной линии в соответствии с некоторыми примерами осуществления.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данном описании технология осаждения атомных слоев ОАС (ALD) используется в качестве примера. Основы механизма роста ОАС (ALD) известны специалисту. Как было упомянуто во введении к этой патентной заявке, осаждение атомных слоев является специальным способом химического осаждения, основанным на последовательном введении по меньшей мере двух видов активного прекурсора на по меньшей мере одну подложку. Подложка или, во многих случаях, группа подложек располагается внутри реакционного пространства. Реакционное пространство, как правило, подогревается. Базовый механизм роста ОАС (ALD) основывается на различиях в прочности связей между химической адсорбцией (хемосорбцией) и физической адсорбцией (физической сорбцией). ОАС (ALD) использует хемосорбцию и не использует физическую сорбцию в процессе осаждения. В процессе хемосорбции образуется сильная химическая связь между атомом (атомами) сплошной фазовой поверхности и молекулой, приходящей из газовой фазы. Связь с помощью физической сорбции намного слабее, потому что здесь действует только сила Ван-дер-Ваальса. Связь физической сорбции легко разрывается тепловой энергией, если местная температура превышает конденсационную температуру молекул.

Реакционное пространство реактора ОАС (ALD) содержит все обычно нагретые поверхности, которые могут попеременно или последовательно подвергаться воздействию со стороны каждого прекурсора ОАС (ALD), используемого для осаждения тонких пленок или слоев. Базовый цикл ОАС (ALD) состоит из четырех последовательных этапов: импульса А, продувки А, импульса В и продувки В. Импульс А обычно состоит из паров металлического прекурсора, а импульс В - из паров неметаллического прекурсора, в частности паров азотного или кислородного прекурсора. В ходе продувки А и продувки В для продувки побочных продуктов газовой реакции и остаточных молекул реагирующего вещества из реакционного пространства обычно используют инертный газ, такой как азот или аргон, и вакуумный насос. Последовательность осаждения состоит из по меньшей мере одного цикла осаждения. Циклы осаждения повторяются до тех пор, пока последовательность осаждения не создаст тонкую пленку или слой требуемой толщины.

В обычном процессе ОАС (ALD), вещества-прекурсоры образуют посредством хемосорбции химическую связь на реакционноспособных участках нагретых поверхностей. Обычно создают такие условия, что образуется не более одного молекулярного монослоя сплошного материала на поверхностях за один импульс прекурсора. Таким образом, процесс роста является самопрекращающимся или самонасыщаемым. Например, в состав первого прекурсора могут входить лиганды, которые остаются в составе абсорбированных частиц и насыщают поверхность, что предотвращает продолжение хемосорбции. Температура в реакционном пространстве поддерживается выше температуры конденсации и ниже температуры термического разложения используемых прекурсоров, так что молекулы вещества прекурсора химически адсорбируются на подложке (подложках), по существу, в неизменном виде. Формулировка «по существу, в неизменном виде» означает, что от молекулы прекурсора могут отделиться летучие лиганды во время хемосорбции молекул прекурсора на поверхности. Поверхность, по существу, насыщается первым типом реакционноспособных участков, т.е. адсорбированным веществом из молекул первого прекурсора. После этого этапа хемосорбции обычно следует первый этап продувки (продувка А), на котором излишки первого прекурсора и возможные побочные продукты реакции удаляются из реакционного пространства. После этого в реакционное пространство поступает пар второго прекурсора. Молекулы второго прекурсора обычно вступают в реакцию с адсорбированным веществом из молекул первого прекурсора и, таким образом, образуют требуемый тонкопленочный материал или покрытие. Этот рост прекратится, когда будет использовано все количество абсорбированного первого прекурсора и поверхность, по существу, насытится вторым типом реакционноспособных участков. Избыток паров второго прекурсора и возможные побочные пары реакции удаляются на втором этапе продувки (продувка В). Потом цикл повторяется до тех пор, пока пленка или покрытие не нарастет до нужной толщины. Циклы осаждения также могут быть более сложными. Например, в состав циклов может входить три или более импульса пара-реагента, разделенные этапами продувки. Все эти циклы осаждения образуют во времени последовательность осаждения, управляемую логическим устройством или микропроцессором.

На фиг. 1 изображен осадительный реактор и способ загрузки в соответствии с примером осуществления. Осадительный реактор содержит реакционную камеру 110, образующую пространство для размещения держателя 130 подложки, удерживающего по меньшей мере одну подложку 135. Указанная по меньшей мере одна подложка фактически может быть группой подложек. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, по меньшей мере одна подложка 135 установлена вертикально в держателе 130 подложки. Держатель 130 подложки в этом варианте осуществления содержит первый ограничитель 131 потока в нижней части и второй (опциональный) ограничитель 132 потока в верхней части. Второй ограничитель 132 потока обычно более грубый, чем первый ограничитель 131 потока. Как вариант, один или оба ограничителя 131, 132 потока могут быть отдельными от держателя 130 подложки. Реакционная камера 110 закрыта крышкой 120 реакционной камеры в верхней части реакционной камеры. К крышке 120 присоединен выпускной клапан 125.

Осадительный реактор содержит линии 101 и 102 подачи паров прекурсора в нижней части осадительного реактора. Первая линия 101 подачи паров прекурсора проходит от источника 141 инертного несущего газа через первый источник 142 прекурсора (здесь - ТМА) и через первый клапан 143 подачи прекурсора в нижнюю часть реакционной камеры 110. Первый клапан 143 подачи прекурсора управляется приводом 144. Аналогично, вторая линия 102 подачи паров прекурсора проходит из источника 151 инертного несущего газа через второй источник 152 прекурсора (здесь - H2O) и через второй клапан 153 подачи прекурсора в нижнюю часть реакционной камеры 110. Второй клапан 153 подачи прекурсора управляется приводом 154. Источники 141, 151 инертного несущего газа могут быть реализованы посредством одного источника или отдельных источников. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, в качестве инертного несущего газа используют азот. Тем не менее, при использовании источников прекурсора с высоким давлением пара, в некоторых случаях несущий газ вообще не нужно использовать. Как вариант, в таких случаях маршрут несущего газа может быть следующим: газ будет поступать по линии подачи паров прекурсора, о которой идет речь, но мимо источника прекурсора, о котором идет речь.

Осадительный реактор дополнительно содержит линию 105 подачи продувочного газа в нижней части осадительного реактора. Линия 105 подачи продувочного газа проходит из источника 162 продувочного газа через клапан 163 продувочного газа в нижнюю часть реакционной камеры 110.

Клапан 163 продувочного газа управляется приводом 164. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1, в качестве продувочного газа используют сжатый газ, такой как сухой воздух (или высушенный воздух). В настоящем документе выражения «сухой воздух» и «высушенный воздух» означают «воздух без остаточной влажности».

В реакционную камеру 110 загружают по меньшей мере одну подложку путем опускания держателя 130 подложки в реакционную камеру 110 с верхней части осадительного реактора. После осаждения реакционная камера 110 разгружается в противоположном направлении, иными словами, путем поднятия держателя 130 подложки из реакционной камеры 110. Для выполнения загрузки и разгрузки крышку 120 реакционной камеры сдвигают в сторону.

Как упоминалось ранее, последовательность осаждения состоит из одного или более последовательных циклов осаждения; каждый цикл состоит, по меньшей мере, из первого периода воздействия прекурсора (импульса А), после которого наступает первый этап продувки (продувка А), после которого следует второй период воздействия прекурсора (импульс В), после которого следует второй этап продувки (продувка В). После загрузки, но до начала последовательности осаждения выполняется продувка реакционной камеры 110.

На фиг. 2 изображен осадительный реактор по фиг. 1, работающий во время такой фазы продувки, иными словами, во время начальной продувки или во время продувки А, или продувки В.

В этом примере осуществления, как упоминалось ранее, в качестве продувочного газа используют сжатый газ, такой как сухой воздух. Клапан 163 продувочного газа остается открытым, что позволяет продувочному газу поступать из источника 162 продувочного газа по линии 105 подачи продувочного газа в реакционную камеру 110. Продувочный газ входит в реакционную камеру 110 у расширяющего объема 171 перед первым ограничителем 131 потока. Благодаря ограничителю 131 потока продувочный газ распространяется в стороны в расширяющем объеме 171. Давление в расширяющем объеме 171 выше, чем давление в зоне с подложками, иными словами, в объеме 172. Продувочный газ поступает через ограничитель 131 потока в зону с подложками. Давление в объеме 173 крышки за вторым ограничителем 132 расхода ниже, чем давление в зоне 172 с подложками, поэтому продувочный газ поступает из зоны 172 с подложками через второй ограничитель 132 потока в объем 173 крышки. Из объема 173 крышки продувочный газ поступает через выпускной клапан 125 в выпускной канал. В ходе продувки А и В задача продувки заключается в удалении побочных продуктов газовой реакции и остаточных молекул реагирующего вещества. В ходе начальной продувки задача, как правило, состоит в удалении остаточной влажности и любых загрязнителей.

В одном из примеров осуществления продувочный газ используют для нагревания реакционной камеры 110. Нагревание продувочным газом может происходить во время начальной продувки или во время начальной продувки и последовательности осаждения, в зависимости от обстоятельств. Если сжатый газ, такой как сухой воздух, используемый для нагрева реакционной камеры 110, является инертным в отношении используемых прекурсоров и используемых несущих газов (если они используются), то нагрев продувочным газом может использоваться в периоды воздействия прекурсора (импульс А и импульс В).

В вариантах осуществления с нагреванием продувочный газ нагревается в линии 105 подачи продувочного газа. Нагретый продувочный газ поступает в реакционную камеру 110, нагревает реакционную камеру 110 и, в частности, указанную по меньшей мере одну подложку 135. Применяемый способ передачи тепла в общем является конвекцией, а в частности - принудительной конвекцией.

«Сухой воздух (или высушенный воздух)» означает «воздух без остаточной влажности»; его можно легко получить, например, с помощью обычного устройства для получения чистого сухого воздуха (источника чистого сухого воздуха), которое самого по себе известно. Такое устройство может использоваться в качестве источника 162 продувочного газа.

На фиг. 3 изображен осадительный реактор по фиг. 1, при работе во время импульса А, где используемый прекурсор (первый прекурсор) является триметилалюминием (ТМА). В этом варианте осуществления в качестве инертного несущего газа используют азот N2. Инертный несущий газ поступает через первый источник 142 прекурсора, перенося пары прекурсора в реакционную камеру 110. Перед попаданием в зону 172 с подложками, пары прекурсора распространяются по сторонам в расширяющем объеме 171. Первый клапан 143 подачи прекурсора остается открытым, а второй клапан 153 подачи прекурсора - закрытым.

Одновременно нагретый инертный продувочный газ поступает в реакционную камеру 110 по линии 105 продувочного газа через открытый клапан 163 продувочного газа и нагревает реакционную камеру 110.

На фиг. 4 изображен осаждающий реактор по фиг. 1 при работе во время импульса В, где используемый прекурсор (второй прекурсор) является водой H2O. В этом варианте осуществления в качестве инертного несущего газа используют азот N2. Инертный несущий газ проходит через второй источник 152 прекурсора и несет пары прекурсора в реакционную камеру 110. Перед поступлением в зону 172 подложки пары прекурсора распространяются по сторонам в расширяющем объеме 171. Второй клапан 153 подачи прекурсора остается открытым, а первый клапан 143 подачи прекурсора - закрытым.

Одновременно нагретый инертный продувочный газ поступает в реакционную камеру 110 по линии 105 продувочного газа через открытый клапан 163 продувочного газа, нагревая реакционную камеру 110.

На фиг. 5 изображена компоновка с загрузкой в соответствии с одним из примеров осуществления. В этом варианте осуществления реакционная камера 110 имеет двери в боковых стенках, а держатель 130 подложек загружается с одной стороны и выгружается с другой стороны, например с противоположной стороны. Крышку 120 реакционной камеры можно не открывать.

В некоторых примерах осуществления последовательность осаждения в осадительном реакторе может проходить при давлении окружающей среды (обычно при комнатном давлении) или при давлении, близком к одной стандартной атмосфере (1 атм). В этих вариантах осуществления не требуется использовать в выпускном канале вакуумный насос или что-то подобное. Также не нужна вакуумная камера для обеспечения реакционной камеры 110. Можно не использовать сосуд под давлением. Можно использовать облегченную реакционную камеру 110. Стенки реакционной камеры 110 могут быть тонкими, изготовленными, например, из листового металла. Перед использованием стены можно пассивировать, нанеся на них пассивирующий слой. Можно использовать способ ОАС (ALD). Фактически внутреннюю поверхность реакционной камеры 110 можно пассивировать заранее (перед выполнением последовательностей осаждения на подложках), используя для этого сам осадительный реактор с соответствующими прекурсорами.

Если требуется работать при давлении ниже давления окружающей среды, то осадительный реактор можно оснастить вакуумным эжектором, который сам по себе известен. На фиг. 6 изображен такой вакуумный эжектор 685, установленный в выпускном канале осадительного реактора. В вакуумном эжекторе 685 подходящий инертный движущийся газ поступает в эжектор и создает зону низкого давления путем засасывания газа и мелких частиц из реакционной камеры 110, таким образом снижая давление в реакционной камере 110.

На фиг. 7 изображена реакция осаждения в соответствии с еще одним примером осуществления. В этом изобретении тот же газ, используемый в качестве продувочного газа в линии 105 продувочного газа, также используется в качестве инертного несущего газа. Во время работы сжатый газ, такой как сухой воздух, поочередно поступает из источника 141 через первый источник 142 прекурсора в реакционную камеру 110 и из источника 151 через второй источник 152 прекурсора в реакционную камеру 110 и несет с собой пары прекурсора. Дополнительно, инертный продувочный газ поступает по линии 105 подачи продувочного газа в реакционную камеру 110. Возможен альтернативный вариант маршрута, при котором несущий газ поступает по рассматриваемой линии подачи паров прекурсора, но мимо рассматриваемого источника прекурсора. В данном примере осуществления инертный несущий газ подается из рассматриваемого источника инертного газа по рассматриваемой линии подачи паров прекурсора в реакционную камеру 110, при этом фактически не проходит через рассматриваемый источник прекурсора. Источники газа 141, 151 и 162 могут быть реализованы как один источник или как отдельные источники.

На фиг. 8 изображена реакция осаждения в соответствии с еще одним примером осуществления изобретения. Этот вариант осуществления особенно подходит для случаев, когда продувочный газ из линии 105 подачи не должен поступать в реакционную камеру 110 во время последовательности осаждения (например, если продувочный газ не является инертным по отношению к используемым прекурсорам). В этом варианте осуществления линия 105 подачи продувочного газа открыта во время начальной продувки. Во время начальной продувки подогретый продувочный газ поступает из линии 105 подачи продувочного газа в реакционную камеру 110 для нагревания реакционной камеры 110. После начальной продувки клапан 163 продувочного газа закрывается и остается в закрытом положении в течение всей последовательности осаждения.

На фиг. 9 более подробно изображены некоторые детали осадительного реактора в соответствии с некоторыми примерами осуществления. На фиг. 9 показан нагреватель (или нагреватели) 902 реакционной камеры, теплообменник 905, нагреватель (или нагреватели) 901 линии подачи продувочного газа и обратное соединение 950 для подачи тепла.

Нагреватель 902 реакционной камеры, расположенный вокруг реакционной камеры 110, обеспечивает реакционную камеру 110 теплом, когда это необходимо. Нагреватель 902 может быть электронагревателем или чем-либо подобным. Используемым способом передачи тепла является в основном излучение.

Нагреватель 901 линии подачи продувочного газа нагревает продувочный газ в линии 105 подачи, который, в свою очередь, нагревает реакционную камеру 110. Используемый способ передачи тепла - принудительная конвекция, как было раскрыто ранее. Нагреватель 901 линии подачи газа в линии 105 подачи находится за клапаном 163 продувочного газа на фиг. 9. В альтернативном варианте, нагреватель 901 линии подачи продувочного газа может находиться перед клапаном 163 продувочного газа, ближе к источнику 162 продувочного газа.

Теплообменник 905, присоединенный к верхней части крышки 120 реакционной камеры или к выпускному каналу, может использоваться для осуществления обратного соединения 950. В некоторых вариантах осуществления полученная от выпускных газов тепловая энергия используется при нагревании продувочного газа нагревателем 901 и/или тепловая энергия может использоваться в нагревателе 902.

В каждом из представленных вариантах осуществления крышка 120 реакционной камеры или выпускной канал осадительного реактора могут быть оснащены газовым скруббером. Такой газовый скруббер содержит активный материал для поглощения таких газов, соединений и/или частиц, которые не должны покидать осадительный реактор.

В некоторых вариантах осуществления источники 142, 152 прекурсора могут нагреваться. В своей конструкции источники 142, 152 могут быть сквозными. В некоторых вариантах осуществления опционально могут использоваться ограничители 131, 132 потока, особенно - более крупный, иными словами, ограничитель 132 второго потока. Если у последовательности осаждения медленный механизм роста, то в некоторых вариантах осуществления выпускной клапан 125 можно закрыть во время импульсов А и В, а в остальное время он будет открыт для снижения потребления прекурсора. В некоторых вариантах осуществления осадительный реактор установлен вверх дном по сравнению с представленными здесь вариантами.

На фиг. 10 изображен осадительный реактор, являющийся частью производственной линии, то есть реактор ОАС (ALD) является встроенным в линию реактором (или реакторным модулем) ОАС (ALD). Осадительный реактор, аналогично реактору, ОАС (ALD), раскрытому выше, может использоваться в производственной линии. Пример осуществления на фиг. 10 изображает три соседних модуля или установки в производственной линии. По меньшей мере, одна подложка, или держатель подложки, или кассета, или подобное устройство, удерживающее по меньшей мере одну указанную подложку, подается из модуля или установки 1010, расположенной перед модулем 1020 реактора ОАС (ALD), через впускной проход или дверь 1021. Выпускной проход или дверь 1022 может находиться на противоположной стороне реакторного модуля ОАС (ALD) относительно впускного прохода или двери 1021.

Без ограничения объема и интерпретации притязаний настоящего изобретения, ниже перечислены некоторые технические результаты одного или нескольких раскрытых в настоящем документе примеров осуществления. Техническим результатом является более простая и экономичная конструкция осадительного реактора. Еще один технический результат заключается в нагревании или предварительном нагревании реакционной камеры и поверхностей подложки путем принудительной конвекции. Еще один технический результат заключается в использовании сухого воздуха в качестве продувочного и несущего газа во время последовательности осаждения ОАС (ALD). Еще одной технической особенностью является работа ОАС (ALD) при давлении окружающей среды или немного ниже, что позволяет удобно использовать реактор ОАС (ALD) / реакторный модуль ОАС (ALD) 110 в производственной линии.

Вышеприведенное описание обеспечило с помощью не ограничивающих примеров конкретных реализаций и вариантов исполнения изобретения полное и информативное раскрытие наилучшего варианта, рассматриваемого в настоящее время изобретателями для реализации заявленного изобретения. Тем не менее специалисту в данной области понятно, что изобретение не ограничено деталями вышеизложенных вариантов осуществления и что его можно реализовать в других вариантах осуществления посредством эквивалентных средств, не отклоняясь от отличительных признаков заявленного изобретения.

Кроме того, некоторые признаки раскрытых выше вариантов осуществления этого изобретения можно успешно применять без соответствующего использования других признаков. В связи с этим вышеприведенное описание нужно рассматривать только как иллюстрацию принципов настоящего изобретения, а не как их ограничение. Таким образом, объем заявленного изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ химического осаждения атомных слоев на подложку, включающий использование реактора для осаждения атомных слоев, выполненного с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения, использование сухого воздуха в реакторе в качестве продувочного газа и использование сухого воздуха в качестве несущего инертного газа для увеличения давления в источнике прекурсора.

2. Способ по п. 1, включающий подачу сухого воздуха в реакционную камеру реактора в течение всей последовательности осаждения.

3. Способ по п. 1 или 2, включающий использование сухого воздуха при нагревании реакционной камеры реактора.

4. Способ по п. 1 или 2, включающий нагревание сухого воздуха после клапана подачи продувочного газа.

5. Способ по п. 1 или 2, включающий обеспечение обратного соединения для подачи тепла из выпускной части реактора в нагреватель линии подачи продувочного газа.

6. Способ по п. 1 или 2, включающий использование указанного реактора для осаждения атомных слоев при давлении окружающей среды для осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения.

7. Способ по п. 1 или 2, включающий использование эжектора, присоединенного к выпускной части реактора, для снижения рабочего давления в реакторе.

8. Устройство для химического осаждения атомных слоев на подложку, содержащее реакционную камеру для осаждения атомных слоев, выполненную с возможностью осаждения материала на по меньшей мере одной подложке путем последовательных поверхностных реакций самонасыщения, линию подачи сухого воздуха из источника сухого воздуха для подачи сухого воздуха в качестве продувочного газа в реакционную камеру упомянутого устройства и средства для использования сухого воздуха в качестве несущего инертного газа для увеличения давления в источнике прекурсора.

9. Устройство по п. 8, содержащее линию подачи прекурсора, идущую из источника сухого воздуха через источник прекурсора в реакционную камеру, для подачи паров прекурсора в реакционную камеру.

10. Устройство по п. 8 или 9, содержащее нагреватель, выполненный с возможностью нагрева сухого воздуха.

11. Устройство по п. 10, содержащее указанный нагреватель, расположенный после клапана подачи продувочного газа.

12. Устройство по п. 8 или 9, содержащее обратное соединение для подачи тепла из выпускной части упомянутого устройства в нагреватель линии подачи продувочного газа.

13. Устройство по п. 8 или 9, которое является облегченным реактором, выполненным с возможностью работы при давлении окружающей среды или давлении, близком к давлению окружающей среды.

14. Устройство по п. 8 или 9, содержащее эжектор, присоединенный к выпускной части упомянутого устройства для снижения рабочего давления в упомянутом устройстве.

15. Производственная линия для химического осаждения атомных слоев на подложку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве средства для химического осаждения атомных слоев на подложку устройство по любому из пп.8-14.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к реакторам для осаждения материалов на поверхности при последовательном использовании самоограниченных поверхностных реакций. Способ атомно-слоевого осаждения (АСО) покрытия на поверхность частиц дисперсного материала включает установку картриджа для атомно-слоевого осаждения (картриджа АСО) в приемник реактора АСО посредством осуществления быстроразъемного соединения, причем картридж АСО сконфигурирован с возможностью выполнения функции реакционной камеры АСО, обработку поверхности дисперсного материала в картридже АСО путем обработки дисперсного материала в расположенных одно над другим отделениях картриджа, каждое из которых отделено от смежного отделения пластинчатым фильтром.

Изобретение относится к способу атомно-слоевого осаждения пленки на подложку и к устройству для указанного осаждения. Обеспечивают модуль реакционной камеры реактора атомно-слоевого осаждения для обработки партии подложек, перемещаемых на тележке, методом атомно-слоевого осаждения, загрузку тележки, перемещающей партию подложек, перед обработкой в модуль реакционной камеры по пути, отличному от пути, по которому партию подложек разгружают после обработки, разделение партии подложек на подпартии подложек и одновременную обработку всех подпартий в модуле реакционной камеры.

Группа изобретений относится к способу обработки поверхности подложки (28) при помощи коронного электрического разряда, к устройству для его осуществления и подложке, обработанной способом по изобретению.

Изобретение относится к плазменному устройству для химического осаждения покрытия из паровой фазы (CVD) на подложку в виде пленки или листа. Устройство включает вакуумную камеру, пару роликов для напыления, расположенных в вакуумной камере, вокруг которых намотана подложка, которая является мишенью для осаждения, и генерирующую магнитное поле секцию, которая генерирует генерирующее плазму магнитное поле на поверхности роликов для напыления, формируя участок для осаждения, на котором напыляют покрытие на упомянутую подложку.

Изобретение относится к устройству и способу для нанесения атомного слоя на поверхность подложки. Упомянутое устройство содержит инжекторную головку для газообразного прекурсора с выступающими частями, содержащую систему подачи газообразного прекурсора, причем упомянутая инжекторная головка выполнена с возможностью инжекции газообразного прекурсора из системы подачи газообразного прекурсора в пространство нанесения для контакта с поверхностью подложки.

Изобретение относится к области нанесения на гибкую подложку органических материалов, в частности к испарителям для испарения органических материалов, например меламина.

Изобретение относится к устройству для осаждения атомного слоя и к способу загрузки этого устройства. Устройство содержит реакторы ALD, каждый из которых выполнен с возможностью приема партии подложек для ALD-обработки и включает реакционную камеру с верхней загрузкой, систему крышек, подъемное устройство для подъема системы крышек для загрузки реакционной камеры, и загрузочный робот.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, к силовым полупроводниковым устройствам и, в частности, к способу и устройству для одностадийного двустороннего нанесения слоя покрытия из аморфного гидрогенизированного углерода на поверхность кремниевой пластины, а также к держателю подложки для поддержки кремниевой пластины.

Изобретение относится к способу и устройству нанесения тонкопленочных покрытий на подложки и может быть использовано для нанесений тонкопленочных покрытий с заданными оптическими, электрическими и другими характеристиками.

Изобретение относится к технологии вакуумной обработки подложек большой площади путем осаждения пленок из паровой или газовой фазы, используемых, в частности, при изготовлении тонкопленочных солнечных элементов.

Изобретение относится к реакторам для осаждения материалов на поверхности при последовательном использовании самоограниченных поверхностных реакций. Способ атомно-слоевого осаждения (АСО) покрытия на поверхность частиц дисперсного материала включает установку картриджа для атомно-слоевого осаждения (картриджа АСО) в приемник реактора АСО посредством осуществления быстроразъемного соединения, причем картридж АСО сконфигурирован с возможностью выполнения функции реакционной камеры АСО, обработку поверхности дисперсного материала в картридже АСО путем обработки дисперсного материала в расположенных одно над другим отделениях картриджа, каждое из которых отделено от смежного отделения пластинчатым фильтром.

Изобретение относится к способу атомно-слоевого осаждения пленки на подложку и к устройству для указанного осаждения. Обеспечивают модуль реакционной камеры реактора атомно-слоевого осаждения для обработки партии подложек, перемещаемых на тележке, методом атомно-слоевого осаждения, загрузку тележки, перемещающей партию подложек, перед обработкой в модуль реакционной камеры по пути, отличному от пути, по которому партию подложек разгружают после обработки, разделение партии подложек на подпартии подложек и одновременную обработку всех подпартий в модуле реакционной камеры.

Изобретение относится к реакторам осаждения с плазменным источником. Установка для плазменного атомно-слоевого осаждения содержит газовую линию от источника химически неактивного газа к расширительному устройству для подачи радикалов, открывающемуся в реакционную камеру, удаленный плазменный источник, систему управления потоком газа из источника химически неактивного газа через удаленный плазменный источник к расширительному устройству для подачи радикалов в течение всего периода плазменного атомно-слоевого осаждения, реактор плазменного атомно-слоевого осаждения, выполненный с возможностью осаждения материала в реакционной камере на по меньшей мере одну подложку посредством последовательных самонасыщающихся поверхностных реакций.

Изобретение относится к покрытому карбидом тантала углеродному материалу и способу его изготовления. Покрытый карбидом тантала углеродный материал содержит углеродную подложку и покрывающую ее пленку карбида тантала.

Изобретение относится к реактору и способу осаждения слоев металла на подложку. Подающее устройство реактора ограничивает расширительное пространство, предназначенное для проведения реагентов в виде нисходящего потока от плазменного источника (110) по направлению к реакционной камере.

Изобретение относится к устройству и способу осаждения атомных слоев на поверхность листообразной подложки. Устройство содержит инжекторную головку, включающую осадительное пространство, оснащенную впуском для прекурсора и выпуском для прекурсора.

Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на субстрат (2), содержащий на своей поверхности материал, отличный от силиконового каучука, или состоящий из такого материала, методом химического осаждения из паровой фазы с помощью пламени.

Изобретение относится к устройству и способу для нанесения атомного слоя на поверхность подложки. Упомянутое устройство содержит инжекторную головку для газообразного прекурсора с выступающими частями, содержащую систему подачи газообразного прекурсора, причем упомянутая инжекторная головка выполнена с возможностью инжекции газообразного прекурсора из системы подачи газообразного прекурсора в пространство нанесения для контакта с поверхностью подложки.

Изобретение относится к способу нанесения конформного покрытия на электронное устройство, содержащему: (A) нагревание соединения конформного покрытия, содержащего париленовое соединение конформного покрытия для покрытия электронных схем или компонентов, которые чувствительны к влаге, для образования газообразных мономеров соединения конформного покрытия, (B) объединение нитрида бора с газообразными мономерами, и (C) контактирование поверхности электронного устройства с газообразными мономерами и нитридом бора при условиях, при которых на по меньшей мере части поверхности формируется конформное покрытие, содержащее соединение конформного покрытия и нитрид бора и придающее по меньшей мере этой части поверхности водостойкость.

Группа изобретений относится к способу нанесения покрытия на бритвенное лезвие, бритвенному лезвию (варианты) и способу нанесения покрытия на деталь бритвенного прибора.

Изобретение относится к способу атомно-слоевого осаждения (АСО) на подложку и аппарату для АСО. Осуществляют подачу покрываемого полотна в реакционную камеру реактора АСО, обеспечивают импульсную подачу прекурсоров в реакционную камеру для нанесения материала на покрываемое полотно посредством последовательных самоограниченных поверхностных реакций и устанавливают первый и второй рулоны покрываемого полотна на крышку реакционной камеры реактора АСО. Упомянутый аппарат содержит приводной узел, сконфигурированный для осуществления перемещения покрываемого полотна в реакционной камере реактора атомно-слоевого осаждения, узел подачи паров прекурсоров, сконфигурированный для обеспечения импульсной подачи прекурсоров в реакционную камеру для нанесения материала на покрываемое полотно посредством последовательных самоограниченных поверхностных реакций, и крышку реакционной камеры реактора АСО, сконфигурированную для приема первого и второго рулонов покрываемого полотна. Обеспечивается упрощение конструкции реактора АСО по сравнению с известными реакторами АСО, использующими рулонную технологию, и оптимизация расходов прекурсоров, а также обеспечивается возможность получения требуемой толщины нанесенного материала, определяемой непосредственно скоростью полотна. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх