用于淀积反应器的设备和方法技术

一种诸如ＡＬＤ（原子层淀积）设备的设备，其包括：前体源，所述前体源被配置成用于通过顺序的自饱和表面反应将材料淀积在淀积反应器中的被加热的基底上。所述设备包括：供入管线，所述供入管线用于将前体蒸汽从所述前体源供应到反应室中；以及结构件，所述结构件被配置成利用来自反应室加热器的热量阻止前体蒸汽在所述前体源和所述反应室之间凝结成液相或固相。本发明专利技术还提供了脉冲阀、前体源、前体盒以及方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及。更具体地并且非限制性的，本 专利技术涉及前体源、，在所述淀积反应器中通过顺序的自饱 和表面反应在表面上淀积材料。
技术介绍
原子层外延(ALE)方法是由Tuomo Suntola博士在二十世纪七十年代早期专利技术 的。该方法的另一个通用名称是原子层淀积(ALD)，现在ALD这个名字已经取代了 ALE。ALD是一种特殊的化学淀积方法，其基于在位于被加热的反应空间内的基底上顺 序地引入至少两种反应前体物种。ALD的生长机理依赖于化学吸收(化学吸附)和物理 吸收(物理吸附)之间的键强度差别。ALD在淀积过程中采用化学吸附并且无需物理吸 附。在化学吸附过程中，强化学键被形成在固相表面的原子和来自气相的分子之间。由 于仅仅涉及范德华力，所以物理吸附的键合较弱。在局部温度高于分子的凝结温度时热 能可容易地断开物理吸附键。根据定义，ALD反应器的反应空间包括所有的被加热表面，这些被加热表面交 替且顺序地暴露于用于淀积薄膜的每种ALD前体。基本ALD淀积循环由四个顺序步骤 组成脉冲A、净化A、脉冲B和净化B。脉冲A通常由金属前体蒸汽组成，脉冲B由 非金属前体蒸汽、尤其是氮或氧前体蒸汽组成。惰性气体(诸如氮或氩)和真空泵用于 从反应空间中去除的气态的反应副产物和残余反应物分子。淀积序列包括至少一个淀积 循环。重复淀积循环，直到淀积序列已经产生所需厚度的薄膜。前体物种通过化学吸附与被加热表面的反应区域形成化学键。通常将条件设置 成在一个前体脉冲的过程中在表面上形成不多于一个单分子层的固态材料。因此生长过 程是自终止的或自饱和的。例如，第一前体可包括保持附接到吸附物种且使表面饱和的 配体，这可阻止进一步的化学吸附。反应空间温度保持高于凝结温度并且低于所使用的 前体的热分解温度，使得前体分子物种基本不受影响地化学吸附在基底上。基本不受影 响指的是不稳定配体可在前体分子物种化学吸附在表面上时从前体分子离开。表面充满 第一类型的反应区域(即第一前体分子的吸附物种)。该化学吸附步骤通常随后是第一净 化步骤(净化A)，其中过量第一前体和可能的反应副产物从反应空间中除去。第二前体 蒸汽接着被引入到反应空间中。第二前体分子通常与第一前体分子的吸附物种反应，由 此形成所需的薄膜材料。一旦吸附的第一前体的总量已经消耗掉并且表面已经充满第二 类型的反应区域，则该生长终止。过量的第二前体蒸汽和可能的反应副产物接着通过第 二净化步骤(净化B)去除。接着重复该循环，直到薄膜生长到所需厚度。淀积循环也 可能更复杂。例如，循环可包括由净化步骤分开的三个或多个反应物蒸汽脉冲。所有这 些淀积循环形成通过逻辑单元或微处理器控制的定时淀积顺序。通过ALD生长的薄膜是致密的、没有小孔且具有均勻厚度。例如，由三甲基铝 (CH3) 3A1 (也称为TMA)和250-300°C的水生长的氧化铝通常具有在100_200mm薄片上的大约非均勻度。通过ALD生长的金属氧化物薄膜适用于栅极电介质、电荧发光显示 器绝缘体、电容器电介质和钝化层。通过ALD生长的金属氮化物薄膜适用于例如在双波 纹结构中的扩散势垒区。用于薄膜ALD生长的前体和通过ALD方法淀积的薄膜材料例 如公开于如下评论文章中M.Ritala 等，“Atomic Layer Deposition”，Handbook of Thin Film Materials, Volume 1 Deposition and Processing of Thin Films, Chapter 2, Academic Press, 2002, p.103 禾口 R.Puurunen, “ Surface chemistry of atomic layer deposition A case study for the trimethylaluminium/water process"，Journal of Applied Physics, vol.97 (2005) pp.121301-121352,这些文献通过引用结合入本文。适于执行ALE和ALD方法的设备例如公开于如下评论文章中T.Suntola， "Atomic Layer Epitaxy，，，Materials Science Reports, 4(7) 1989, Elsevier SciencePublishers B.V., p.261 禾口 T.Suntola， "Atomic Layer Epitaxy”， Handbook of Crystal Growth 3, Thin Films and Epitaxy, Part B Growth Mechanisms and Dynamics, Chapter 14，Elsevier Science Publishers B.V., 1994，p.601,这些文献通过引用结合入本文。一种前体源公开于美国专利申请公布文献US 2007/0117383 Al中，该文献通过 引用结合入本文。另一种前体源公开于国际专利申请公布文献WO 2006/111618A1中，该文献也 通过引用结合入本文。各种现有前体源具有多种问题。一种常见问题是阻止前体蒸汽在源化学管线中 的凝结需要复杂且昂贵的加热系统。另一种常见问题是阻止固态前体表面上的结壳需要 复杂的源结构。还有一种常见问题是现有前体源非常庞大，并且前体源的维护很耗时。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面提供一种设备，该设备包括前体源，该前体源被配置成用于通过顺序的自饱和表面反应将材料淀积在淀积 反应器中的被加热的基底上；供入管线，该供入管线用于将前体蒸汽从前体源供应到容纳着基底的反应室 中，该反应室包含于反应器中；以及结构件，该结构件被配置成利用来自反应室加热器的热量阻止前体蒸汽在前体 源和反应室之间凝结成液相或固相。可以具有一个或多个基底。在一种实施方式中，前体源包括配置成用于从反应器接收热量的凸起。在一种 实施方式中，设备包括凸起中的内颈部和围绕着凸起的外颈部，内颈部和外颈部在其间 形成空隙。在一种实施方式中，设备包括围绕着供入管线的导热部分，其被配置成减少 从凸起到周围环境的热能损失。在一种实施方式中，设备包括源机架，其被配置成接收可拆装(或可移除)源品.ο在一种实施方式中，设备包括用于加热源盒或源模块的加热器。根据本专利技术的第二个方面提供一种设备，该设备包括前体源，该前体源被配置成用于通过顺序的自饱和表面反应将材料淀积在淀积反应器中的被加热的基底上；两个脉冲阀，脉冲阀嵌在前体源中并被配置成控制前体蒸汽从前体源到反应室 的供应，反应室包含于反应器中并且容纳着基底；以及旁路管线，该旁路管线位于脉冲阀之间并用于将惰性气体从一个脉冲阀供应到 另一个脉冲阀。在一种实施方式中，设备包括旁路管线中的限流器。根据本专利技术的第三个方面提供一种设备，该设备包括前体源，该前体源被配置成用于通过顺序的自饱和表面反应将材料淀积在淀积 反应器中的被加热的基底上；脉冲阀，脉冲阀嵌在前体源中并被配置成控制前体蒸汽从前体源到反应室的供 应，反应室包含于反应器中并且容纳着基底，该设备被配置成通过脉冲阀将惰性气体传送到前体盒以增大压强并使前体蒸汽和惰性气体的混 合物随后朝着反应室的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：前体源，所述前体源被配置成用于通过顺序的自饱和表面反应将材料淀积在淀积反应器中的被加热的基底上；供入管线，所述供入管线用于将前体蒸汽从所述前体源供应到反应室中，所述反应室包含于所述反应器中并且容纳着所述基底；以及结构件，所述结构件被配置成利用来自反应室加热器的热量阻止前体蒸汽在所述前体源和所述反应室之间凝结成液相或固相。

【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：S林德福斯，PJ苏瓦尼南，
申请(专利权)人：皮考逊公司，
类型：发明
国别省市：FI