用于原子层沉积的方法和设备技术

用不同的吹扫流量，及在某些情况下用不同的泵送容量，实施ＡＬＤ循环的不同阶段。同时使反应腔保持在名义恒定的压力下。在某些情况下，吹扫流量可以利用不同的气体和／或通过不同的流动路线提供。这些操作提供ＡＬＤ循环时间的改善和在消耗品使用方面提供经济的操作。在某些实施例中，利用环形节流阀提供一种机构，所述机构用于控制来自反应腔的气体流动路线中的限制下游流量的导流件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜工艺，更具体地说，涉及用于改善原子层沉积(ALD)工艺循环时间的方法和设备。
技术介绍
在材料沉积领域中，称之为原子层沉积(ALD)的工艺作为一种有希望的选择已经显示出扩展化学汽相沉积(CVD)技术的能力。一般ALD是一种工艺，其中把常规的CVD工艺分成若干单个的按顺序的沉积步骤，所述步骤在理论上实现单分子或原子层厚度水平上的饱和(并表现为自限生长)。在每个沉积步骤之后，必需从反应腔中除去其中所用的未反应的化学先驱物(及不想要的反应副产品)。现有处理技术包括所谓的“泵送”或“抽空”方法和“吹扫(purge)”或“流动”方法。在这些方法中，吹扫或流动方法已变成用于ALD反应器商业化生产选定的方法，因为通过吹扫除去先驱物的效率与通过抽空所提供的效率相比得到改善。参见由H.S.Nalwa(编辑)的薄膜材料手册，卷1，第二章(2002)中，M.Ritala和M.Leskela所著，“沉积和加工”。在吹扫或流动方法中，将化学分子先驱物分开加入一个反应器中。通常，每次先驱物暴露之后，接着用一种惰性气体吹扫，以便在刚好加入下一个先驱物之前，帮助从反应器中除去过量的反应先驱化学物质。这种步骤顺序可以重复几次，以便完全形成所希望的材料膜。实施这些顺序的步骤或阶段的总时间叫做循环时间(CT)，这些步骤或阶段为(i)暴露先驱物A，(ii)惰性或中性气体吹扫(用于除去未反应的先驱物A)，(iii)暴露先驱物B，及(iv)惰性或中性气体吹扫(用于除去未反应的先驱物B)。把上述4个阶段分别叫做A的暴露阶段，A的吹扫阶段，B的暴露阶段，和B的吹扫阶段。把包括A的暴露阶段和后面A的吹扫阶段的时间阶段叫做半循环A。同样，把包括B的暴露阶段和后面B的吹扫阶段的时间阶段叫做半循环B。为了形成更大的晶片产量，半导体制造厂家的目标是减少ALD工艺的CT。在文献中报导了许多脉冲/吹扫时间，并普遍发现，吹扫时间比暴露脉冲时间长。当希望在大面积衬底上有很好的薄膜均匀度时，这尤其如此。因此，在目前技术水平下，上述ALD循环的吹扫时间段一般来说是CT的限制因素。实际上，典型的情况是所花的吹扫时间比暴露时间长1.5-5倍。注意即使是在等离子体辅助的ALD工艺情况下也是如此，在上述等离子体辅助的ALD工艺中，只需要一次吹扫过程。参见受让给本专利技术受让人的Sneh的美国专利6,200,893。为了增加所希望的晶片产量，必需减少循环时间，尤其是减少吹扫时间。可以实现的一种方法是增加吹扫气体流量。提供较高流量下的吹扫气体往往会使完成吹扫阶段所需的时间减至最少。然而，如果采用常规的ALD反应器设计(该设计利用恒定的吹扫气体流量并利用下游节流阀来保持恒定的反应腔压力)，这往往会增加所需的先驱物暴露时间。这是由于增加吹扫气体的流量(所述吹扫气体在暴露阶段期间作为一种中性载体)往往会比较低的吹扫气体流量情况能更快地将化学物先驱物赶出反应腔。因此，可以预料单位时间间隔内将失去更多的化学物先驱物，所以必然增加暴露时间。为了避免这种情况，可以实施一种双级吹扫气体流量。也就是说，在先驱物暴露期间，可以用比较低的吹扫气体流量(以使反应腔内先驱物滞留时间最长)，而在吹扫阶段期间可以用比较高的吹扫气体流量(以使所需的吹扫时间减至最少)。实施这种双级吹扫气体流量的第一个已知系统已由Steven Shatas为San Jose，CA模块化工艺技术(“MPT”)公司在1998年研制出来。后来，在1999年，Shatas和MPT(与它的顾客之一协作)组合使用由一对质量流量控制器驱动的双级吹扫气流和反应腔下游的快速转换节流阀，以同时控制流量和反应器压力。这个系统使操作人员能在ALD循环期间改变先驱物的滞留时间，同时在先驱物除去期间提供低的滞留时间和在暴露期间提供长的滞留时间。最近，Shen描述了一种双级流动系统，所述双级流动系统在先驱物暴露期间利用一种吹扫气体旁路进入一个抽吸腔(位于反应腔下游)中。见O.Sneh，WO 03/062490 A2，“ALD设备和方法”(2003.7.31)。在这种所谓的“同步调节流量抽吸”(SMFD)法中，在吹扫期间保持高流量穿过反应腔，但在沉积期间采用低流量。低流量通过经由一反应器旁通管道将相当大一部分吹扫气体排放到下游抽吸腔中达到。因此，在沉积期间，只有一部分吹扫气流通往反应腔，因此能让化学物先驱物于其中保持足够的滞留时间。用于提供双级或多级流的Shatas系统和Sneh系统二者都有一些缺点。在Shatas系统中，利用质量流量控制部件提供双吹扫气源。这些部件的响应速度受到限制，并且在气源不注入反应器中期间还需要辅助的中性吹扫气体流量(排放)。这就使吹扫气体的利用效率比较低。同样，在Sneh的SMFD装置中，吹扫气源在暴露期间绕过反应器，但吹扫气体从它的气源总是以高速流动。这往往会浪费吹扫气体。因此，需要一些新的方法和设备来减少吹扫时间而同时保持足够的先驱物滞留时间。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供用一第一吹扫流量和第一泵送容量实施ALD工艺的暴露阶段(在某些情况下，所述暴露阶段可以是一种等离子体辅助的阶段)，及用一第二吹扫流量和第二泵送容量实施ALD工艺的吹扫阶段，上述第二吹扫流量大于第一吹扫流量，而上述第二泵送容量大于第一泵送容量。这些操作程序可以例如通过操作反应腔下游的节流阀，以使节流阀在吹扫阶段期间比暴露阶段期间打开更多来实施，而同时使实施该ALD工艺的反应腔保持在名义恒定的压力下。在某些情况下，第一吹扫流量和第二吹扫流量可以利用不同的气体和/或可以通过不同的流动路线提供。在某些情况下，第二吹扫流量和第二泵送容量可以在暴露阶段期间材料沉积终止之前开始。可供选择地，或者此外，第二吹扫流量和第二泵送容量可以如此起动，以便阻止(break)反应腔内的紊流(比如，帮助除去各先驱物)。另外，ALD工艺的第二暴露阶段可以用第三吹扫流量和第三泵送容量实施，上述第三吹扫流量和第三泵送容量分别与第一吹扫流量和第一泵送容量不同。在某些情况下，第三吹扫流量可以是没有吹扫流量。在各种实施例中，第一吹扫流量可以在暴露阶段期间完成材料沉积之前，在时间上与第一泵送容量切换到第二泵送容量基本上是重合的点处切换到第二吹扫流量，或者在时间上与第一泵送容量切换到第二泵送容量不同的点处转换到第二吹扫流量。在某些情况下，各吹扫流量可以通过下列方式来切换，即在与位于反应腔下游的第二流量限制导流件被切换成与来自反应腔的第二气体流动路线断开的基本上重合的时间点处，将位于反应腔上游的第一流量限制导流件切换成与通到反应腔的第一气体流动路线断开。在还有另一些实施例中，本专利技术可供在半循环内，利用第一吹扫流量实施ALD工艺的暴露阶段，及利用比第一吹扫流量大的第二吹扫流量实施ALD工艺的吹扫阶段，上述第一吹扫流量部分地由反应腔内一个环形气流通道的第一导流系数限定，而上述第二吹扫流量部分地由反应腔内环形气流通道的第二导流系数限定。反应腔的压力可以在暴露和吹扫阶段期间保持名义恒定，并且在某些情况下第一吹扫流量和第二吹扫流量可以利用不同的气体和/或通过不同的流动路线提供。本专利技术还有另一些实施例提供利用第一压力下的第一吹扫流量实施ALD工艺的暴露阶段，及利用大于第一压力的第二压力下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括利用第一吹扫流量和第一泵送容量实施原子层沉积（ＡＬＤ）工艺的暴露阶段，及利用大于第一吹扫流量的第二吹扫流量和大于第一泵送容量的第二泵送容量实施ＡＬＤ工艺的吹扫阶段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛叶，托马斯E塞德尔，爱德华李，肯多林，萨桑甘拉马纳坦，
申请(专利权)人：杰努斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]