CN101611167A - 原子层沉积系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了使用原子层沉积(ALD)来沉积薄膜的系统和方法。沉积系统(10)包括具有周侧壁(36)的处理室(16)、将处理室(16)内的处理空间(38)划分成至少两个隔室(76、78)的隔断部(68、70、72、74)、以及支撑处理空间(38)内的衬底(15)的盘体(50)。盘体(50)使衬底(15)相对于静止的周侧壁(36)和隔室(76、78)转动。一个隔室(76)接收用于在每个衬底(15)上沉积膜的处理材料，并且另一个隔室(78)含有惰性气体。注入处理材料的材料注入器(100、100a、100b)通过周侧壁(36)与隔室(76)相连通。

Description

原子层沉积系统和方法
技术领域
本发明涉使用原子层沉积(ALD)来沉积薄膜的系统和方法。
背景技术
随着微电子的尺寸的减小和对这样的材料的需要的增加，在较大的衬底区域上的、具有均匀成分和均匀厚度的半导体薄膜越来越必要。用于在衬底上沉积薄膜的常见处理工艺是化学气相沉积(CVD)，其用于在复杂的装置形貌上沉积相对均匀的膜。在典型的CVD处理中，衬底被暴露到两个或更多的挥发性的前驱体，其在衬底表面上反应与/或分解以产生所期望的薄膜。
尽管CVD对之前的沉积技术有所改进，但是CVD具有几个缺陷。例如，由于CVD与流量有关，例如衬底温度、压力和气体流率之类的沉积条件必须被准确地、一致地维持，以产生具有均匀厚度的期望薄膜。此外，CVD容易将不期望的反应产物引入被沉积的薄膜中，从而降低薄膜的纯度。
代表了CVD的一种修改方案的原子层沉积(ALD)是用于沉积薄膜的近期技术，目前成为实现较高均匀性、保形的膜沉积的潜在优良方法。ALD是如下的处理工艺，其中，将传统的CVD处理工艺划分为分立的沉积步骤，通过按顺序地在各个沉积步骤中沉积单个的原子单层来构成薄膜。ALD的技术基于通过化学吸附形成反应前驱体分子的饱和单层的原理。典型的ALD处理工艺包括在一段时间内注入第一前驱体直至衬底上形成饱和单层。之后，采用惰性气体将第一前驱体从处理室中清除。接着，同样在一段时间内将第二前驱体注入处理室中，从而通过第二前驱体与第一前驱体的反应在晶片上形成了层。然后，将第二前驱体从室中清除。这个引入第一前驱体、对处理室进行清除、引入第二前驱体、对处理室进行清除的处理被重复多次，以获得具有理想厚度的层。
可以采用使反应气体前驱体水平地注入处理室的单个晶片反应器来沉积ALD薄膜。水平气体前驱体注入将气体前驱体沿着在与静止衬底的表面平行的方向引导。反应气体前驱体在平行于衬底表面的方向上流动的设置是理想的，因为相比那些通过在垂直于衬底表面的方向被竖直地注入的气体前驱体进行的沉积，能产生更均匀的薄膜。当然，单个晶片反应器的主要缺点是由于其相对较低的产率而显著地降低了商业价值。另一个缺点是必须在各个气体前驱体被注入之前对处理室进行清除。
为了至少部分克服与单个晶片反应器相关的商业问题，多个晶片反应器可以被用于ALD处理，其中处理室被分为多个处理隔室。衬底相对于处理隔室转动，使得每个衬底相继地从一个隔室传送到另一个隔室。在每个独立的处理隔室中，每个衬底被暴露于前驱体气体或惰性气体。转动的衬底被相继暴露于不同的前驱体气体和惰性气体。这些多个晶片反应器的一个典型缺点是多个晶片反应器采用喷头式注入器，其在与衬底表面大体上垂直的轴对称方向上注入前驱体气体。因此，尽管实现了较快的处理时间，但是多个晶片ALD处理室可能产生厚度均匀性被降低的薄膜。
因此，需要一种多个晶片处理室，其中反应气体前驱体沿着与衬底的上表面平行的方向被注入每个处理隔室。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种用于处理多个衬底的沉积系统。沉积系统包括处理室，处理室其包括第一壁、与第一壁间隔的第二壁、以及将第一壁和第二壁连接的周侧壁，从而界定出处理空间。衬底支撑被构造为在第一壁和第二壁之间并且在周侧壁的径向内部支撑衬底。衬底支撑被构造为使衬底绕旋转轴线相对于周侧壁在封闭的路径中转动。多个隔断部相对于旋转轴线朝向周侧壁延伸。隔断部将处理空间划分成多个隔室，多个隔室包括第一隔室和包含惰性气氛的第二隔室。第一材料注入器通过周侧壁而与第一隔室相连通并且被构造为将第一处理材料注入到第一隔室中。在每个绕旋转轴线的完整的转动期间，每个衬底的顶表面相继暴露于第一隔室中的第一处理材料以及第二隔室中的惰性气氛。
本发明的一个实施例提供了一种用于在多个衬底的每个上沉积层的方法。方法包括：将衬底绕旋转轴线以间隔的周向关系设置并使衬底绕旋转轴线在封闭的路径上转动。方法还包括将第一处理材料以相对于旋转轴线的径向方向注入第一隔室，第一隔室由绕旋转轴线界定了第一夹角的隔断部所限定。在每次完整的转动期间，将每个衬底的顶表面暴露于第一隔室中的第一处理材料以使第一处理材料的分子键合，并且还暴露于由绕旋转轴线界定了第二夹角的隔断部所限定的第二隔室中的惰性气氛。
附图说明
被包含并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，加上以上对本发明的大体描述以及以下的详细描述，共同用于说明本发明。
图1是根据本发明实施例的包括处理室的沉积系统的俯视平面示意图；
图2是为了清楚省去顶壁的图1中的处理室的立体图；
图2A是图2中的处理室的俯视图；
图3A是大体上沿图2中的线3A-3A所取的示意性剖视图；
图3B是大体上沿图2中的线3B-3B所取的示意性剖视图；
图4是根据本发明可选实施例的处理室的与图2相似的立体图；
图5是根据本发明可选实施例的处理室的与图3A相似的示意性剖视图；
图6是根据本发明另一个可选实施例的处理室的与图2相似的立体图；
图7-9是示出根据本发明的实施例的用于将图1、2、2A、3A和3B中的处理室内的处理空间分隔开的隔断布置的示意图。
具体实施方式
参照图1，用于处理多个衬底15的沉积系统10包括输入/输出台12、加载/锁止台14、处理室16以及位于加载/锁止台14和处理室16之间的传送室18。正如本领域技术人员所公知的，以简化方式示出的沉积系统10还可以包括额外的结构，如附加的真空隔离壁，其将加载/锁止台14与传送室18连结并将处理室16与传送室18连结。具有或接近大气压力(例如760Torr)的输出/输出台12适于接收晶片盒20，例如前开式晶片盒(FOUPs)。晶片盒20的尺寸和形状适于保持多个衬底15，如直径例如200或300毫米的半导体晶片。
在处理室16和传送室18被隔离并被连续地维持在真空压力的同时，加载/锁止台14可以从大气压力被抽吸到真空压力并可以从真空压力被通气为大气压力。加载/锁止台14保持从输出/输出台12的大气压力环境引入的多个晶片盒20。加载/锁止台14包括平台21、23，其每个支撑一个晶片盒20，并且可以被竖直地指引以帮助将晶片传送到处理室16中和从处理室16传送晶片。
晶片传送机构22在真空下将衬底15从加载/锁止台14中的一个晶片盒20传送通过传送室18并传送到处理室16中。另一个晶片传送机构24在真空下将在处理室16中被处理的衬底15从处理室16传送通过传送室18并传送到晶片盒20。彼此独立地操作以提高沉积系统10的产率的晶片传送机构22、24可以是通常用于拾取与放置操作的选择顺应性铰接/组装机械手臂式(SCARA)自动机械。晶片传送机构22、24包括被构造为在传送过程中紧固衬底15的端部执行器。处理室16可以包括分别用于晶片传送机构22、24的不同的第一和第二可密封端口(未图示)，以可进入处理室16内的处理空间38(图3A、3B)。当处理室16中正在进行沉积处理时，进入端口被密封。晶片传送机构22在图1中被示为将未处理的衬底15从加载/锁止台14的平台21上的晶片盒20传送到处理室16。晶片传送机构24在图1中被示为将处理后的衬底15从处理室16传送到加载/锁止台14的平台23上的晶片盒20。
晶片传送机构24也可以将从处理室16提取的处理后的衬底15传送到用于检查的测量台26或传送到用于对衬底15进行后处理低压冷却的冷却台28。在测量台26执行的处理可以包括但不限于用于测量膜厚和/或膜成分的常规技术，如椭圆光度法和用于污染控制的颗粒测量技术。
沉积系统10装配有系统控制器30，其被程序化为控制并协调沉积系统10的工作。系统控制器30通常包括中央处理单元(CPU)，用于控制各种系统功能、室处理和支援硬件(例如探测器、自动机械、电动机、气体源硬件等)，并监测系统和室处理(例如室温度、处理序列、室处理时间、输入/输出信号等)。软件指令和数据可以被编码并存储在存储器中，用于指示CPU。系统控制器30可执行的软件程序确定了在衬底15上执行的任务，包括与处理序列任务和各种室处理配方步骤的监视和执行相关的任务。
继续参照图2、2A、3A和3B，处理室16包括第一壁32、第二壁34、以及在第一壁32和第二壁34之间延伸并将第一壁32和第二壁34连接的周侧壁36，从而限定了处理空间38的边界。第二壁34与第一壁32间隔开的距离为周侧壁36的高度或竖直尺寸d，并且第二壁34的指向大体平行于第一壁32。周侧壁36绕对称方位轴40周向延伸。周侧壁36的直径显著大于垂直尺寸d，因此处理室16具有扁平“饼状”的几何形状。
形成为以直角弯曲的管路或管道的前级管线42被连接到延伸通过处理室16的第一壁32的端口44。前级管线42以流体连通的方式连接处理空间38和真空系统46，真空系统46包括用于将气体从如处理空间38的封闭体积中排空的常规真空泵。尽管前级管线42被描述为以直角弯曲，但是本领域的技术人员将理解前级管线42可以具有任意期望的角度弯曲或可以是不弯曲的直线。后者的结构被认为将优化泵送传导性。
具有衬底支撑48的形式的基座被布置在处理室16中。衬底支撑48包括盘状的盘体50和被限定在盘体50的顶表面49中的多个圆形穴部或凹部52。盘体50的顶面49朝向第一壁32，使得凹部52朝向第一壁32开口。
每个凹部52被构造为将至少一个衬底15保持在处理室16的周侧壁36的径向以内的位置。各个凹部52的数目例如可以在从2到7的范围。然而，本领域技术人员应该理解，可以基于衬底15的尺寸和衬底支撑48的尺寸将衬底支撑48构造为具有任意期望数目的凹部52。例如，将盘体50构造具有3到6个接收圆形衬底15的凹部52，可以优化顶表面49的表面区域的可用部分。此外，尽管本发明的实施例被描述为具有盘状或圆形的几何形状的凹部52，本领域技术人员应该理解，凹部52可以具有任意期望的形状以容纳适当形状的衬底。
沉积系统10可以被构造为处理200mm的衬底、300mm的衬底或更大尺寸的圆形衬底，其尺寸将反应为凹部52的尺寸。实际上，本领域技术人员应该理解，可以构思的是，将沉积系统10构造为处理任意尺寸的衬底、晶片或液晶显示屏。因此，虽然结合作为半导体衬底的衬底15的处理来描述本发明的方面，但是本发明不限于此。
凹部52绕以旋转轴54为中心的均匀半径被周向分布在盘体50上。凹部52绕旋转轴54具有大致等角的间隔，旋转轴54大体上与方位轴40共线或同轴，然而本发明不限于此。如图2A中最佳示出，相邻的凹部52可以被分开达等于s-2wr的间距，其中s是相邻凹部52的中心之间的距离，并且wr是相邻凹部52的半径。用于对处理空间38的气压进行抽吸的前级管线42沿着旋转轴54布置在盘体50的上方。
继续参照图2、2A、3A和3B，衬底支撑48的盘体50通过驱动轴58与被设置在处理室16外部的驱动电动机56连接。沿旋转轴线54延伸的驱动轴58被布置在第二壁34的管状延伸部35中。旋转真空穿通部60将驱动轴58和驱动电动机56连接。旋转真空穿通部60被构造为将旋转运动从驱动电动机56通过第二壁34传递到驱动轴58，用于使盘体50绕旋转轴线54转动。
电连接到驱动电动机56的控制器62操纵驱动电动机56以使盘体50和驱动轴58绕旋转轴线54转动。当衬底15在处理室16中被处理时，盘体50的转动可以持续并可以体现为绕旋转轴54的恒定的角速度。抑或，角速度可以暂时基于盘体50相对于任意参照点的角度方向而变化。
在盘体50和第二壁34之间的处理空间38的部分包括托架64和加热器66。加热器66被连接到托架64，使得加热器66位于盘体50的底表面51和托架64的上表面65之间的中间位置。当被通电时，加热器66将热能传递到盘体50，用于将被保持在多个凹部52内的衬底15加热到期望的处理温度。
隔断部68、70、72、74将处理室16的处理空间38间隔为多个隔室76、78、80、82。隔断部68、70、72、74朝向周侧壁36相对于旋转轴线54径向地延伸。隔断部68、70、72、74从盘体50的顶表面49朝向第一壁32向上突伸。隔断部68、70、72、74每个具有高度或竖直尺寸d1，其约等于盘体50的顶表面49和第一壁32的相对表面之间的竖直尺寸d2。隔断部68在周侧壁36附近的第一端部68a和接近旋转轴线54的第二端部68b之间延伸。隔断部70、72、74分别具有类似的第一和第二端部70a、b，72a、b和74a、b。
隔断部68、70、72、74的各个端部68b、70b、72b、74b在前级管线42内部、在旋转轴线54处相交，这可以进一步减小四个隔室76、78、80、82之间的气体交换。相交的端部68b、70b、72b、74b向上突伸，使得隔断部68、70、72、74在前级管线42内部的竖直尺寸d3大于它们在前级管线42外部的竖直尺寸d1。然而，本发明不限于此，隔断部68、70、72、74可以沿其整个长度具有均一的竖直尺寸d1。
隔室76被限定为处理空间38的界定在第一隔断部68、第二隔断部70、第一壁32、第二壁34和周侧壁36之间的一部分。隔室78被限定为处理空间38的界定在第二隔断部70、第三隔断部72、第一壁32、第二壁34和周侧壁36之间的一部分。隔室80被限定为处理空间38的界定在第三隔断部72、第四隔断部74、第一壁32、第二壁34和周侧壁36之间的一部分。隔室82被限定为处理空间38的界定在第一隔断部68、第四隔断部74、第一壁32、第二壁34和周侧壁36之间的一部分。尽管示意性地示出了四个隔断部68、70、72、74，但是本领域技术人员应该理解，处理室16可以被任意适当的多个隔断部划分以形成多于或少于四个的隔室。
继续参照图2、2A、3A和3B，特别是图2A，沉积系统10还包括清除气体供应系统84，其通过相应的气体管线85、87与具有穿透周侧壁36的入口86、88连接。入口86和气体管线85将隔室78和清除气体供应系统84连接。入口88和气体管线87将隔室82和清除气体供应系统84连接。清除气体供应系统84被形成为将清除气体的气流引入隔室78和82。被引入隔室78和82的清除气体可以包括如稀有气体(即，氦、氖、氩、氙、氪)之类的惰性气体、或氮气、或氢气。在衬底处理的过程中，清除气体被持续地引入隔室78和82以提供气屏或气障来防止或至少显著限制第一和第二处理材料在隔室76、80之间的传送。清除气体还提供了隔室78和82内部的惰性气压，从而使在衬底50在盘体50上被传送通过隔室78、82时，衬底15承载的任何处理材料层基本不会改变。隔室76被并置在隔室78、82之间并且隔室80被并置在隔室78、82之间，从而隔室78、82将隔室76和80分隔，从而为第一和第二处理材料提供彼此隔离。
沉积系统10还包括被构造为将第一处理材料引入隔室76的第一处理材料供应系统90和被构造为将第二处理材料引入隔室80的第二处理材料供应系统92。第一和第二材料供应系统90、92可以各包括如这样的处理材料供应系统中常规具有的一个或多个材料源、一个或多个加热器、一个或多个压力控制装置、一个或多个流量控制装置、一个或多个过滤器、一个或多个阀、一个或多个流量传感器。
第一处理材料例如可以包括前驱体，如具有每个衬底15上形成的膜中含有的主要的原子或分子种类的合成物。例如，前驱体起初可以为固相、液相或气相，并且可以以气相或蒸汽相被输送到隔室76，并且可以有或没有载气的协助。第二处理材料例如可以包括反应物，其同样可以具有衬底15上形成的薄膜中含有的原子或分子种类。例如，反应物起初可以为固相、液相或气相，并且可以以气相或蒸汽相被输送到隔室80，并且可以有或没有载气的协助。
由第一处理材料供应系统90提供到处理室16的第一处理材料和由第二处理材料供应系统92提供到处理室16的第二处理材料根据将被沉积为衬底上的薄膜的材料的成分和特性来进行选择。例如，第一处理材料可以包括如三甲基铝(TMA)之类的金属有机前驱体，并且第二处理材料可以包括氮气(N2)或氧气(O2)。在另一个示例中，第一处理材料可以包括如氯化钽(TaCl5)之类的前驱体，并且第二处理材料可以包括如氢气(H2)之类的还原剂。对第一和第二处理材料的温度和压力进行选取，以促进薄膜的生长。
第一组注入端口102和第二组注入端口104延伸通过周侧壁36以与隔室76相连通。共同限定了材料注入器100的注入端口102、104通过第一歧管94连接到第一处理材料供应系统90。注入端口102、104将第一处理材料注入隔室76。第三组注入端口108和第四组注入端口110延伸通过周侧壁36以与隔室80相连通。共同限定材料注入器106的注入端口108、110通过第二歧管96连接到第二处理材料供应系统92。注入端口108、110将第二处理材料注入隔室80。
材料注入器100的注入端口102位于靠近第一隔断部68处。注入端口102沿着在第一平面114(图3A)中绕周侧壁36延伸的第一角圆弧112排列。第一平面114位于第二组注入端口104的上方，并且位于盘体50的顶表面49上方的高度h1处。第一平面114大体上与包含顶表面49的平面平行。材料注入器100的注入端口104位于靠近第二隔断部70处。注入端口104沿着在第二平面118中绕周侧壁36延伸的第二角圆弧116排列。第二平面118位于盘体50的顶表面49上方的高度h2处，并且大体上与包含顶表面49的平面平行。
材料注入器106的注入端口108在空间上位于靠近第三隔断部72处。注入端口108沿着在第三平面122中绕周侧壁36延伸的第三角圆弧120排列。第三平面122位于第二组注入端口110的上方，并且位于盘体50的顶表面49上方的高度h3处。第三平面122大体上与包含顶表面49的平面平行。注入端口110在空间上位于接近第四隔断部74处。注入端口110沿着在第四平面126中绕周侧壁36延伸的第四角圆弧124布置。第四平面126位于盘体50的顶表面49上方的高度h4处，并且与包含顶表面49的平面平行。角圆弧112、116、120、124的每个绕周侧壁36被周向地测量。
在本发明的一个实施例中，第一组注入端口102和第三组注入端口108基本上共面，因此高度h1和高度h3基本上相等；并且第二组注入端口104和第四组注入端口110基本上共面，因此高度h2和高度h4基本上相等。本领域技术人员应理解，高度h1-h4可以被调整，从而平面114、118、122、126可以具有其它的相对设置。
在本发明的一个具体实施例中，第一角圆弧112和第三角圆弧120可以各跨越约44°的弧度角。第二角圆弧116和第四角圆弧124可以各跨越约22°的弧度角。本领域技术人员应理解，每个隔室76、78、80、82可以独立地分别具有任意理想数量的注入端口102、104、108、110，并且相应的角圆弧112、116、120、124可以各跨越任意期望的弧度角。注入端口102、104、108、110的数量和角圆弧112、116、120、124的弧度角被选择以协调用于优化被沉积在每个衬底15上的薄膜的至少一个属性，并/或用于优化第一和第二处理材料经过衬底15的顶表面的流动。
材料注入器100、106可以被构造为在离开周侧壁36并朝向旋转轴线54的大体径向方向上注入相应的第一和第二处理材料。在这种结构中，处理材料从每个材料注入器100、106的注入与同时发生的通过前级管线42的抽真空的结合产生了来自周侧壁36来的各个处理材料的气流，该气流在大体上平行于每个衬底15的顶表面的方向上经过衬底15，并且朝向前级管线42的中心位置。因此，当新的处理材料被补入隔室76、80中时，过量的处理材料和在衬底15的顶表面蒸发的、反应所得的沉积副产物通过前级管线42被移除。
当衬底支撑48绕旋转轴线54转动时，凹部52绕盘体50的圆周的设置允许每个衬底15相继地暴露于隔室76、78、80、82每个内部的不同环境中。通过示例的方式，在衬底支撑48旋转过2π弧度(360°)的封闭路径后，每个衬底15按顺序地被暴露于第一隔室76内部的环境中的第一处理材料，然后被暴露于组成第二隔室78内部的环境的清除气体，继而被暴露于第三隔室80内部的环境中的第二处理材料，并且最后被暴露于组成第四隔室82内部的环境的清除气体。如将被沉积在每个衬底15上的薄膜的特性所需求的，每个凹部52在每个相应的隔室76、78、80、82中具有足以形成薄膜的期望保留时间。
第二壁34包括底部清除开口130，用于将清除气体从清除气体系统131引入到衬底支撑48之下或下方的处理室16中。衬底支撑48下方存在的清除气体可以用于减少第一和第二过程材料在其各自的隔室76、80外部的传送。
参照图1、2、2A、3A和3B，沉积系统10的处理室16用于在每个衬底15上沉积出层，其中所述每个衬底15被接收在盘体50上的凹部52中并绕旋转轴54以间隔的周向关系布置。衬底15在封闭的路径上绕旋转轴线54连续地转动，如单箭头89所示(图1、2、2A)。角速度例如可以是约240转每分钟。第一处理材料在绕旋转轴54的第一角圆弧112的范围上在相对于旋转轴线54的径向方向上被注入到界定第一隔室76中。在盘体50每次完整的转动中，每个连续转动的衬底15被暴露于第一隔室76中的第一处理材料。第一处理材料以在第一角圆弧112的范围上在衬底15上方的第一高度h1处的第一流被注入到第一隔室76内，并且以在第二角圆弧116的范围上在衬底15上方的第二高度h2处的第二流被注入到第一隔室76内部。
在暴露于第一处理材料之前和之后，在每次完整的转动期间，每个连续转动的衬底被暴露于分别在绕旋转轴线54的第二和第四角圆弧116、126的范围上并在第二和第四隔室78、82中的惰性气氛。第二处理材料在相对于旋转轴线54的径向方向上被注入第三隔室80中，第三隔室80通过第二和第四隔室78、82而与第一隔室76分隔。通过第一和第二处理材料的化学反应，层在每个连续地转动的衬底15上递增地被形成为一系列离散的薄膜片层。作为示例而非限制，第一和第二隔室76、80内部的真空压力可以在10Torr的量级，并且衬底15在被暴露于第一和第二处理材料的同时可以被加热到约400℃的处理温度。
沉积处理类型是常规沉积技术，其中衬底15上的薄膜或其一部分的每个原子层的沉积通过交替并相继地引入适当的气相前驱体来进行控制，气相前驱体以自限制的方式发生反应，以增量地形成或构建薄膜。在第一隔室76中，第一处理材料的分子键合(化学的方式，通过吸收、吸附等)到每个衬底15的顶表面上，以形成第一处理材料的单分子层或部分单分子层。在第三隔室80中，第二处理材料在每个相继的衬底15上与第一处理材料的分子反应。当衬底15被转动通过第一和第三隔室76、80时，这些步骤通过继续顺序地暴露到第一和第二处理材料被重复。第一和第三隔室76、80中的第一和第二处理材料的环境分别地通过第二和第四隔室78、82内部的不发生化学反应的清除气体而彼此隔离。第一和第三隔室76、80内部的环境不会改变，从而实现相继地暴露于第一和第二材料。
衬底15可以被加热到处理温度以促进沉积处理。相比主要热驱动的CVD过程，ALD主要是化学驱动。相应地，ALD可以在远比CVD低的衬底温度下进行。
衬底15的转动可以被调节，使得当第一处理材料的注入开始和第一处理材料的注入中断时，不同的衬底15被暴露于第一处理材料。这种调节可以有效用于控制相对较薄的沉积层的均匀性。隔室76、78、80、82可以通过在衬底上方的位置与第一隔室相连通的前级管线42被抽真空。衬底15可以绕旋转轴线54以恒定的角速度转动。
本发明预期的是分隔处理空间38的隔断部68、70、72、74可以被调节，从而隔室76、78、80、82被合并为用于在处理室16中通过CVD处理来沉积出层的单个隔室。具体地，隔断部68、70、72、74可以被构造为如附图标记135所示通过定位装置(未图示)绕大体上从旋转轴线54延伸的径向轴137而从竖直方位的姿态(如图1、2、2A、3A和3B所示)枢转为大体上水平方位的姿态。通过材料注入器100、106注入的气体可以被用来传递用于CVD沉积处理的第一和第二处理材料。CVD沉积处理可以在使衬底支撑48转动或使衬底支撑48静止的情况下进行。
参照根据本发明的可选实施例的图4，其中相似的标记表示如图1、2、2A、3A和3B中相似的特征，处理室16a包括材料注入器100a，用槽形的注入端口136、138代替相应的各组注入端口102、104(图2、2A、3A和3B)；以及材料注入器100b，用槽形的注入端口140、142代替相应的各组注入端口108、110(图2、2A、3A和3B)。类似于注入端口102，注入槽136在空间上位于接近第一隔断部68处，并且沿着第一角圆弧112对齐。类似于注入端口104，注入槽138在空间上位于接近第二隔断部70处，并且沿着第二角圆弧116对齐。类似于注入端口108，注入槽110在空间上位于接近第三隔断部72处，并且沿着第三角圆弧120对齐。类似于注入端口110，注入槽142空间上位于接近第四隔断部74处，并且沿着第四角圆弧124布置。注入槽136、138、140、142的性质基本上类似于如上所述的注入端口102、104、108、110的性质。
参照根据本发明的可选实施例的图5，其中相似的标记代表如图1、2、2A、3A、3B和4中相似的特征，处理室16b包括前级管线42a，其形为以直角弯曲的管路或管道的形式并被连接到延伸通过处理室16b的第二壁34的端口44a。在这种底部泵吸的结构中，过量的处理材料和沉积副产品通过端口44a被从处理室16b中移除。在该实施例中，第一和第二角圆弧112、116重叠，从而至少一个注入端口102与至少一个注入端口104在空间上重叠，但是位于不同的平面114、118中。类似地，在该实施例中，第三和第四角圆弧120、124重叠，从而至少一个注入端口108与至少一个注入端口110在空间上重叠，但是位于不同的平面122、126中。
参照根据本发明的可选实施例的图6，其中相似的标记代表如图1、2、2A、3A、3B、4和5中相似的特征，处理室16c包括材料注入器100b，其包括将第一处理材料以包括离子、基团或它们的组合的等离子体产物的形式提供到隔室76的等离子体源144。波导146a、b将等离子体源144连接到处理室16c的周侧壁36中的注入端口148、150。注入端口148位于接近第一隔断部68处，并且注入端口150位于接近第二隔断部70处。处理室16c还包括材料注入器106b，其包括将第二处理材料以包括离子、基团或它们的组合的等离子体产物的形式提供到隔室80的等离子体源152。波导154a、b将等离子体源152连接到处理室16c的周侧壁36中的注入端口156、158。注入端口156位于接近第三隔断部72处，并且注入端口158位于接近第四隔断部74处。
处理室16c可以被用于在衬底15上薄膜的等离子体增强原子层沉积。本发明构思的是，尽管处理室16c包括多个等离子体源144、152，第一处理材料或第二处理材料任一者可以利用注入端口102、104、108、110(图1、2、2A、3A、3B)或槽形的注入端口136、138、140、142(图4)被提供到隔室76、80。注入端口148、150绕侧壁36的位置可以被用于调节衬底15上被沉积的膜的均匀性。
参照图7-9，隔断部68、70、72、74的角度方向可以被调整，以改变隔室76、78、80、82所占的角度部分的弧长。
具体参照图7，隔断部68、70、72、74相对于彼此以夹角为相等的直角布置。当衬底支撑48(图2)的盘体50以恒定的角速度转动时，盘体50承载的衬底15被相继地被暴露于每个隔室76、80达大致相同的保留时间，以在每个衬底15的顶表面上反复形成第一和第二处理材料的层。这种对于隔断68、70、72、74的布置是图1-6所示的处理室16、16a、16b、16c的代表。
具体参照图8，处理空间38被类似于隔断部68、70、72、74的隔断部68a、70a、72a、74a划分为类似于隔室76、78、80、82的隔室76a、78a、80a、82a。第一和第二隔断部68a、70a被钝角夹角分开并界定隔室76a。第三和第四隔断部72a、74a以钝角夹角分开并界定了隔室80a。第三和第四隔断部72a、74a之间的钝角夹角等于第一和第二隔断68a、70a之间的钝角夹角，这是因为这些钝角夹角是对顶角。第一和第二隔断部68a、70a之间以及第三和第四隔断部72a、74a之间的钝角夹角必然在第二和第三隔断70a、72a之间以及第一和第四隔断部68a、74a之间形成相等的锐角。界定隔室78a的、第二和第三隔断部70a、72a之间的锐角等于界定隔室82a的、第一和第四隔断部68a、74a之间的锐角。这些相等的锐角夹角是对顶角。第二和第三隔断部70a、72a之间的锐角是第三和第四隔断部72a、74a之间或第一和第二隔断部68a、70a之间的任一钝角夹角的补角。第一和第四隔断部68a、74a之间的锐角同样是第三和第四隔断部72a、74a之间或第一和第二隔断部68a、70a之间的任一钝角夹角的补角。
当衬底支撑48(图2)的盘体50以恒定的角速度转动时，相比图7所示的设置，在角速度相等的情况下，盘体50承载的衬底15相继地被暴露于第一和第二处理材料达更长的保留时间。第一和第三隔室76a、80a中的保留时间大致相等。本领域技术人员应理解，隔断部68a、70a、72a、74a之间的角度以及角速度可以被调整，以调节衬底15在每个隔室76a、80a中的保留时间。通过延长保压时间，增加对第一和第二处理材料的暴露可以用于提高薄膜的生长速度。
参照图9，处理空间38被类似于隔断部68、70、72、74的隔断部68b、70b、72b、74b划分为类似于隔室76、78、80、82的隔室76b、78b、80b、82b。第一和第二隔断部68b、70b之间的夹角α1大于第三和第四隔断部72b、74b之间的夹角α2。此外，第二和第三隔断部70b、72b之间的夹角α3大致等于第一和第四隔断部68b、74b之间的夹角α4。当衬底支撑48(图2)的盘体50转动时，盘体50承载的衬底15被相继地被暴露于第一隔室76b中的第一处理材料达第一保留时间、被暴露于第二隔室78b中的清除气体达第二保留时间(其中第二保留时间小于第一保留时间)、被暴露于第三隔室80b中的第二处理材料达第三保留时间(其中第三保留时间小于第一保留时间)、并再次被暴露于第四隔室82b中的清除气体达与第二保留时间相等的保留时间，从而在每个衬底15的顶面上反复形成第一和第二处理材料的层。如果衬底支撑48(图2)的盘体50以恒定的角速度转动，则各个保留时间与角速度相独立。
尽管隔断部68b、70b、72b、74b被设置为使α1约为270°且α2约30°，本领域技术人员应该理解，隔断部68b、70b、72b、74b可以被构造为在四个隔室76b、78b、80b、82b内提供任意期望的保留时间。保留时间例如可以被调整为补偿具有不同反应速率的第一和第二处理材料。例如，暴露于第一隔室76b中的第一处理材料的保留时间显著大于暴露于第二隔室80b中的第二处理材料的保留时间，这将增大对第一处理材料的暴露以补偿较快反应的第二处理材料。
尽管本发明通过对其一个或多个实施例的描述被示出，并且实施例被非常详细地描述，但是它们并不旨在局限或以任何方式将所附权利要求限制为这样的细节。本领域技术人员能容易地想出其它的优势和改进。因此本发明在其更宽的方面不限于所示和所描述的具体细节、代表性的装置和方法以及说明性的示例。相应地，在不背离总体发明概念的范围的基础上，可以与这样的细节有所不同。

Claims (40)

1.一种用于处理多个衬底的沉积系统，所述沉积系统包括：
处理室，其包括第一壁、与所述第一壁间隔的第二壁、以及将所述第一壁和所述第二壁连接的周侧壁，从而界定出处理空间；
衬底支撑，其被设置在所述第一壁和所述第二壁之间并在所述周侧壁的径向内部，所述衬底支撑被构造为使所述衬底绕旋转轴线相对于所述周侧壁转动；
多个隔断部，其每个从所述旋转轴线朝向所述周侧壁径向地延伸，所述隔断部将所述处理空间划分为第一隔室和第二隔室，并且所述第二隔室被构造为包含惰性气氛；以及
第一注入器，其通过所述周侧壁而与所述第一隔室相连通，所述第一注入器被构造为将第一处理材料注入到所述第一隔室中；
其中，所述衬底支撑使每个所述衬底移动，以使每个所述衬底的顶表面相继地暴露于所述第一隔室中的所述第一处理材料和所述第二隔室中的所述惰性气氛。
2.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述隔断部还将所述处理空间划分为包括第三隔室，所述第三隔室被构造为包含惰性气氛，所述第一隔室被并置于所述第二隔室中的惰性气氛和所述第三隔室中的惰性气氛之间。
3.根据权利要求2所述的沉积系统，其中，所述衬底支撑被构造为绕所述旋转轴线转动，使得每个所述衬底相继地被暴露于所述第二隔室中的惰性气氛、所述第一隔室中的所述第一处理材料以及所述第三隔室中的惰性气氛。
4.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述隔断部还将所述处理空间划分为包括第三隔室，所述第三隔室被设置为使得所述第二隔室被并置于所述第一隔室和所述第三隔室之间，并且还包括：
第二注入器，其通过所述周侧壁而与所述第三隔室相连通，所述第二注入器被构造为将第二处理材料引入到所述第三隔室中。
5.根据权利要求4所述的沉积系统，其中，所述衬底支撑被构造为绕所述旋转轴线转动，使得每个所述衬底相继地被暴露于所述第一隔室中的所述第一处理材料、所述第二隔室中的惰性气氛以及所述第三隔室中的所述第二处理材料。
6.根据权利要求4所述的沉积系统，其中，所述隔断部在所述旋转轴线处相交，由绕所述旋转轴线分开达第一夹角的相邻部分界定所述第一隔室，并且由绕所述旋转轴线分开达不同于所述第一夹角的第二夹角的相邻部分界定所述第三隔室。
7.根据权利要求4所述的沉积系统，其中，所述隔断部还将所述处理空间划分以限定第四隔室，所述第四隔室被设置为使得所述第二隔室并置于所述第一隔室和所述第三隔室之间，所述第四隔室相对于所述旋转轴线与所述第二隔室径向相对，并且所述第四隔室被构造为包含惰性气氛。
8.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述衬底支撑包括具有多个凹部的盘状盘体，每个所述凹部被构造为保持至少一个所述衬底。
9.根据权利要求8所述的沉积系统，还包括：
驱动电动机，其位于所述处理室外部；
驱动轴，其机械地连接到所述盘体并沿所述旋转轴线延伸；
旋转穿通部，其延伸通过所述第二壁并将所述驱动轴与所述驱动电动机连接，所述旋转穿通部被构造为将旋转运动从所述驱动电动机传递到所述驱动轴以使所述盘体绕所述旋转轴线转动。
10.根据权利要求9所述的沉积系统，还包括：
控制器，其电连接到所述驱动电动机，所述控制器使所述驱动电动机工作以使所述盘体绕所述旋转轴线转动。
11.根据权利要求8所述的沉积系统，其中，所述凹部以所述旋转轴线为中心绕均匀的半径被分布在所述盘体上，所述凹部中相邻的凹部对具有绕所述旋转轴线大体上等角的周向间隔。
12.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述周侧壁绕基本上与所述旋转轴线同轴的方位轴周向地延伸。
13.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器被构造为将所述第一处理材料大体上朝向所述旋转轴线注入到所述第一隔室中。
14.根据权利要求1所述的沉积系统，还包括：
第一处理材料源，其通过所述第一注入器连接到所述第一隔室。
15.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一处理材料是包含离子、基团或它们的组合的等离子体产物，并且还包括：
第一等离子体产物源，其通过所述第一注入器连接到所述第一隔室。
16.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器被定位为在所述第一壁和所述衬底支撑之间的位置处注入所述第一处理材料，并且还包括：
真空端口，其通过所述第一壁而与所述第一隔室和所述第二隔室相连通；以及
真空管线，其连接到所述真空端口。
17.根据权利要求16所述的沉积系统，其中，所述隔断部通过所述真空端口突伸到所述真空管线内。
18.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器被定位为在所述第一壁和所述衬底支撑之间的位置处注入所述第一处理材料，并且还包括：
真空端口，其通过所述第二壁而与所述第一隔室和所述第二隔室相连通。
19.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器还包括绕所述周侧壁周向地布置并布置在所述第一壁和所述衬底支撑之间的多个注入端口。
20.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器包括布置在第一平面中的第一多个注入端口，以及布置在第二平面中的第二多个注入端口，所述第一平面位于所述第一壁和所述衬底支撑之间，所述第二平面位于所述第一平面和所述衬底支撑之间。
21.根据权利要求20所述的沉积系统，其中所述隔断部包括协同界定所述第一隔室的第一隔断部和第二隔断部，并且所述第一多个注入端口在在接近所述第一隔断部的位置沿着第一角圆弧布置在所述第一隔室内，并且所述第二多个注入端口在接近所述第二隔断部的位置沿着第二角圆弧布置在所述第一隔室内。
22.根据权利要求20所述的沉积系统，其中，所述第一平面布置在所述衬底支撑上方的第一高度处，并且所述第二平面布置在所述衬底支撑上方的与所述第一高度不同的第二高度处。
23.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器还包括在所述第一壁和所述衬底支撑之间绕所述周侧壁周向地延伸的至少一个细长的注入槽。
24.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述第一注入器包括绕所述周侧壁周向地延伸并且在位于所述第一壁和所述衬底支撑之间的第一平面中的第一注入槽，以及绕所述周侧壁周向地延伸并且在位于所述第一平面和所述衬底支撑之间的第二平面中的第二注入槽。
25.根据权利要求24所述的沉积系统，其中，所述隔断部包括协同界定所述第一隔室的第一隔断部和第二隔断部，并且所述第一注入槽在接近所述第一隔断部的位置沿着第一角圆弧在所述第一隔室内延伸，并且所述第二注入槽在接近所述第二隔断部的位置沿着第二角圆弧在所述第一隔室内延伸。
26.根据权利要求24所述的沉积系统，其中，所述第一平面布置在所述衬底支撑上方的第一高度处，并且所述第二平面布置在所述衬底支撑上方的与所述第一高度不同的第二高度处。
27.根据权利要求1所述的沉积系统，其中，所述处理室和所述隔断部是静止的。
28.根据权利要求1所述的沉积系统，其中所述隔断部被构造为相对于所述周侧壁移动，使得所述第一隔室与所述第二隔室是连续的。
29.一种用于在多个衬底的每个上沉积层的方法，所述方法包括：
将所述衬底布置在衬底支撑上；
使所述衬底支撑绕旋转轴线转动；
将第一处理材料在相对于所述旋转轴线的径向方向上注入第一隔室中，所述第一隔室由绕所述旋转轴线界定了第一夹角的隔断部限定；
在每次完整的转动期间，将每个所述衬底的顶表面暴露于所述第一隔室中的所述第一处理材料以使所述第一处理材料的分子键合；以及
在每次完整的转动期间，将每个所述衬底暴露于第二隔室中的惰性气氛，所述第二隔室由绕所述旋转轴线界定了第二夹角的隔断部限定。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括
将第二处理材料注入第三隔室中，所述第三隔室由绕所述旋转轴线界定了第三夹角的隔断部限定并且经由所述第二隔室而与所述第一隔室分离。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，将所述第二处理材料注入的步骤还包括：
在相对于所述旋转轴线的径向方向上注入所述第二处理材料。
32.根据权利要求30所述的方法，还包括：
通过重复转动所述衬底通过所述第一隔室、所述第二隔室和所述第三隔室，使每个所述衬底的所述顶表面再次暴露于所述第一处理材料和所述第二处理材料，以在每个所述衬底上增量地沉积所述层。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，使每个所述衬底的所述顶表面再次暴露于所述第一处理材料和所述第二处理材料的步骤还包括：
控制所述衬底支撑的转动，使得当所述第一处理材料的注入开始时和所述第一处理材料的注入中断时，不同的所述衬底被暴露于所述第一处理材料。
34.根据权利要求30所述的方法，还包括：
将每个所述衬底暴露于第四隔室中的惰性气氛，所述第四隔室由绕所述旋转轴线界定了第四夹角的隔断部限定，所述第四夹角与所述第二夹角径向相对并且将所述第一隔室和所述第三隔室分离。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括：
通过重复转动所述衬底通过所述第一隔室、所述第二隔室、所述第三隔室和所述第四隔室，使每个所述衬底的所述顶表面再次暴露于所述第一处理材料和所述第二处理材料，以在每个所述衬底上增量地沉积所述层。
36.根据权利要求30所述的方法，还包括：
将每个所述衬底暴露于第三隔室中的惰性气氛，所述第三隔室由绕所述旋转轴线界定了第三夹角的隔断部限定并且经由所述第一隔室而与所述第二隔室分离。
37.根据权利要求29所述的方法，还包括：
加热所述衬底支撑和所述衬底。
38.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一处理材料在所述衬底支撑上方的位置处被注入所述第一隔室，并且还包括：
通过从所述衬底支撑上方的位置处与所述第一隔室相连通的前级管线抽吸所述第一隔室。
39.根据权利要求29所述的方法，其中将所述第一处理材料注入所述第一隔室还包括：
在所述衬底支撑上方的第一高度处第一弧度的一部分上将所述第一处理材料的第一流注入到所述第一隔室内；并且
在所述衬底支撑上方的第二高度处第一弧度的另一部分上将所述第一处理材料的第二流注入到所述第一隔室内。
40.根据权利要求29所述的方法，其中转动所述衬底支撑的步骤还包括：
使所述衬底支撑以恒定的角速度绕所述旋转轴线转动。
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