CN114729452A

CN114729452A - 用于处理半导体基材的表面的方法和设备

Info

Publication number: CN114729452A
Application number: CN202080081387.1A
Authority: CN
Inventors: M·索德隆德; P·梅里莱宁; P·拉比松; M·伯松德
Original assignee: Beneq Oy
Current assignee: Qingdao Sifang Sri Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-07-08
Also published as: KR20220078622A; CA3153668A1; FI129628B; EP4034691A4; JP2022549489A; EP4034691A1; IL291395B2; JP7395721B2; US20220356561A1; IL291395B1; WO2021058872A1; FI20195816A1; IL291395A

Abstract

本发明涉及一种用于处理基材(100)的表面的方法和设备，集群设备(1)包括输送室(10)和连接到输送室(10)的两个或更多个处理反应器(20、30、40、60)。方法进一步包括使基材(100)的表面经受表面准备步骤以提供准备好的基材表面，在基材(100)的准备好的基材表面上提供中间层以形成中间基材表面，并且在基材(100)的中间基材表面上提供功能层。处理步骤在连接到输送室(10)的至少两个不同的处理反应器(20、30、40、60)中执行，基材(100)在真空环境下通过输送室(10)在至少两个处理反应器(20、30、40、60)之间被输送。

Description

用于处理半导体基材的表面的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于处理半导体基材的表面的方法，更具体地，涉及根据权利要求1的前序部分所述的方法。本发明进一步涉及用于处理半导体基材的表面的集群设备，更具体地，涉及根据权利要求16的前序部分所述的设备。

背景技术

各种基材得到处理以为基材提供不同种类的功能特性。例如，在半导体工业中，硅晶片经受复杂的处理，以为硅基材或基材的(一个或多个)表面提供所期望的功能特性。对于其他种类的基材也执行类似的复杂处理。

这些种类的基材通常是为高科技目的而制造的，并且功能特性的品质或具有功能层或涂层的基材表面的品质是至关重要的。

为实现基材所需的高品质功能表面，首先对表面进行表面准备处理。表面准备处理步骤包括至少清洁基材的表面。清洁之后，基材表面经受中间步骤(interface step)，在该中间步骤中，在基材表面上设置中间材料层(interface material layer)。中间层用作一个或多个后续功能层或后续功能涂层的基底。因此，在中间步骤之后，在基材表面和中间材料层上设置功能材料层。

在现有技术中的为基材表面提供功能层的方法中，表面准备处理步骤、中间步骤和用于提供功能材料层的步骤均作为单独的处理步骤在单独的处理装置，即独立(standalone)装置，中执行。此外，每次对单个基材执行一个处理步骤。所有这些均是为了实现基材和基材上的功能涂层的可能的最高品质。在处理步骤之间，基材被从一个处理装置输送到另一处理装置。

通常，该方法的高品质和工业效率是相互折衷的。提高生产效率或处理效率会降低最终产品的品质。因此，在同一处理装置中一次处理多于一个基材可以提高该方法的生产率。然而，同时最终产品的品质，即具有功能层的基材的品质，会降低，并且还会使用显著更复杂的处理装置。品质降低是由于基材的敏感性，例如半导体晶片的敏感性，而造成的。当基材在处理装置中进行处理时，基材处于封闭且受控的真空环境中。然而，当基材在处理步骤之间被从一个处理装置输送到另一处理装置时，基材及其表面会经受来自周围环境的污染。基材通常对污染极为敏感，即使是很小的污染也会使功能层和功能层的特性劣化。当一次在一个处理中处理多于一个基材时，基材经受污染的时间增加，因为输送多个基材使得基材经受污染的时间更长。

发明内容

本发明的目的是提供方法和设备，以克服或至少减轻现有技术的缺陷。本发明的目的通过以独立权利要求1中所述内容为特征的方法来实现。本发明的目的通过以独立权利要求16中所述内容为特征的集群设备来实现。

本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

本发明基于提供用于处理基材表面的方法的构思，该方法用集群设备来执行，集群设备包括输送室和连接到输送室的两个或更多个处理反应器。方法包括向输送室提供真空环境，并且方法进一步包括依次执行的以下处理步骤：

a)使基材的表面经受表面准备步骤，以提供准备好的基材表面；

b)在基材的准备好的基材表面上提供中间层，以形成中间基材表面；以及

c)在基材的中间基材表面上提供一个或多个功能层，以提供功能涂覆基材。

根据本发明，步骤a)包括利用对基材的表面进行等离子体处理来预清洁基材的表面，以提供准备好的基材表面。此外，步骤b)包括利用通过等离子体增强的沉积法在准备好的基材表面上沉积中间层，以提供中间基材层，以及步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积功能层，以提供功能涂覆基材表面。本发明的方法进一步包括在连接到输送室的至少两个不同的处理反应器中执行处理步骤a)、处理步骤b)和处理步骤c)，以及在真空环境下通过输送室在至少两个处理反应器之间输送基材。

因此，进行步骤a)之后的、通过等离子体处理的预清洁的或准备好的基材表面在步骤b)中利用通过等离子体增强的沉积法进行处理，以提供中间基材层。然后，借助于通过等离子体增强的沉积法而得到的、设置有中间基材层的通过等离子体处理的预清洁的或准备好的基材在步骤c)中通过利用原子层沉积法来沉积功能层而进行处理。

因此，基材在真空环境中在不同的处理反应器之间被输送。因此，基材在处理反应器之间进行输送以及经受处理步骤期间不会经受污染。此外，所有步骤a)、步骤b)和步骤c)可以被执行为使得从步骤a)开始到步骤c)结束期间基材均被保持在真空环境下。

等离子体处理对于基材的表面的预清洁而言是高效的。

在本申请的上下文中，原子层沉积是指循环沉积方法，其中基材的表面依次经受至少第一前驱体和第二前驱体的交替表面反应。因此，原子层沉积可以指包括至少第一前驱体和第二前驱体的饱和表面反应的纯原子层沉积。可替代地，原子层沉积可以包括剂量不足或剂量过量，该剂量不足使得前驱体中的至少一个前驱体使得基材的整个表面不经受饱和表面反应，该剂量过量使得至少第一基材和第二基材的部分反应以气相形式发生在基材的表面上。

在一个实施例中，方法包括在第一处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一处理反应器通过输送室输送到第二处理反应器，以及在第二处理反应器中执行步骤b)和步骤c)。因此，两个基材涂覆步骤均在相同的第二处理反应器中提供。

在另一实施例中，方法包括在第一处理反应器中执行步骤a)和步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第一处理反应器通过输送室输送到第二处理反应器，以及在第二处理反应器中执行步骤c)。两个初步处理步骤均在相同的第一处理反应器中执行，然后在第二反应器中提供最终功能层。

在上述实施例中，仅利用两个不同的处理反应器来提高效率，因此基材在处理反应器之间仅被输送一次。

在又一实施例中，方法包括在第一处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一处理反应器通过输送室输送到第二处理反应器，在第二处理反应器中执行步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第二处理反应器通过输送室输送到第三处理反应器，以及在第三处理反应器中执行步骤c)。所有处理步骤均在不同的反应器中执行，从而使得能够针对每个处理步骤使用特定的处理反应器。

在本发明的一个实施例中，方法包括在单基材反应器中执行步骤a)和步骤b)，以及在批量式处理反应器中执行步骤c)。因此，例如两个单基材反应器可以与一个批量式处理反应器一起利用以提高处理效率。

在另一实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)，在第二单基材反应器中执行步骤b)，以及在批量式处理反应器中执行步骤c)。特定的第一反应器和第二反应器可以用于步骤a)和步骤b)。

在又一实施例中，方法包括在单基材反应器中执行步骤a)、步骤b)、和步骤c)的第一部分，以及在批量式处理反应器中执行步骤c)的第二部分。因此，两个并行的单基材反应器可以与批量式处理反应器一起使用。此外，在步骤c)中产生的功能层通常不太容易发生反应和污染。因此，在输送基材之前在中间层上提供功能层的仅一小部分也是有利的。中间层是显著更加敏感的。

在又一替代实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)，在第二单基材反应器中执行步骤b)，在第二单基材反应器中执行步骤c)的第一部分，以及在批量式处理反应器中执行步骤c)的第二部分。上述效果也适用于该实施例，此外，特定的第一单基材反应器可以用于步骤a)。

在本申请的上下文中，功能层的第一部分具有1nm至10nm的厚度。因此，执行步骤c)的第一部分包括在中间基材表面上提供厚度为1nm至10nm的、功能层的第一部分。此外，功能层的第二部分具有至少5nm的厚度。因此，执行步骤c)的第二部分包括在中间基材表面上提供厚度为5nm或更大的、功能层的第二部分。

另外，在本发明的一个实施例中，功能层的第一部分具有1nm至10nm的厚度。因此，执行步骤c)的第一部分包括在中间基材表面上提供厚度为1nm至10nm的、功能层的第一部分。此外，功能层的第二部分的厚度大于功能层的第一部分的厚度。因此，执行步骤c)的第二部分包括在中间基材表面上提供厚度大于第一层的厚度的、功能层的第二部分。

在本申请的上下文中，功能层的第一部分具有1nm至10nm的厚度。因此，执行步骤c)的第一部分包括在中间基材表面上提供厚度为1nm至10nm的、功能层的第一部分。此外，功能层的第二部分具有10nm至1000nm之间，或优选地10nm至300nm之间，或更优选地20nm至50nm之间的厚度。因此，执行步骤c)的第二部分包括在中间基材表面上提供厚度在10nm至1000nm之间，或优选地10nm至300nm之间，或更优选地20nm至50nm之间的、功能层的第二部分。

功能层的第一部分和第二部分的上述厚度适用于本发明的其中功能层的第一部分和第二部分分开提供的所有实施例。

在一个实施例中，方法包括在单基材反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，以及在第二单基材反应器中执行步骤b)和步骤c)。沉积反应器被用于步骤b)和步骤c)，并且步骤a)在特定的清洁用反应器或准备反应器中执行。

在另一实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)和步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，以及在第二单基材反应器中执行步骤c)。因此，基材在处理反应器之间的输送被最小化。

在又一实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，在第二单基材反应器中执行步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第二单基材反应器通过输送室输送到第三单基材反应器，以及在第三单基材反应器中执行步骤c)。因此，针对每个处理步骤均可以使用特定的单基材反应器。

在一个实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)和步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第一批量式处理反应器，以及在第一批量式处理反应器中执行步骤c)。因此，批量式反应器用于同时在两个或更多个基材上提供功能层以提高效率。因此，两个或更多个单基材反应器可以用于相同的集群设备中以同时执行步骤a)和步骤b)。

在另一实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)和步骤b)，在第一单基材反应器中执行步骤c)的第一部分以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第一批量式处理反应器，以及在第一批量式处理反应器中执行步骤c)的第二部分以在功能层的第一部分上提供功能层的第二部分。因此，在将基材输送到批量式反应器之前，可以用小的功能层保护中间层。

在一个实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，在第二单基材反应器中执行步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第二单基材反应器通过输送室输送到第一批量式处理反应器，以及在第一批量式处理反应器中执行步骤c)。

在替代实施例中，方法包括在第一单基材反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，在第二单基材反应器中执行步骤b)，在第二单基材反应器中执行步骤c)的第一部分以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的基材从第二单基材反应器通过输送室输送到第一批量式处理反应器，以及在第一批量式处理反应器中执行步骤c)的第二部分。

在一个实施例中，方法包括在第一批量式处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一批量式处理反应器通过输送室输送到第一单基材反应器，以及在第一单基材反应器中执行步骤b)和步骤c)。这使得能够同时对两个或更多个基材执行步骤a)。

在一个实施例中，方法包括在第一批量式处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一批量式处理反应器通过输送室输送到第一单基材反应器，在第一单基材反应器中执行步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，以及在第二单基材反应器中执行步骤c)。

在另一实施例中，方法包括在第一批量式处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一批量式处理反应器通过输送室输送到第一单基材反应器，在第一单基材反应器中执行步骤b)，在第一单基材反应器中执行步骤c)的第一部分以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二单基材反应器，以及在第二单基材反应器中执行步骤c)的第二部分。

在一个实施例中，方法包括在第一批量式处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一批量式处理反应器通过输送室输送到第一单基材反应器，在第一单基材反应器中执行步骤b)，在真空环境下将进行步骤b)之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二批量式处理反应器，以及在第二批量式处理反应器中执行步骤c)。这使得能够同时对两个或更多个基材执行步骤a)和步骤c)以提高方法的效率。

在替代的实施例中，方法包括在第一批量式处理反应器中执行步骤a)，在真空环境下将进行步骤a)之后的基材从第一批量式处理反应器通过输送室输送到第一单基材反应器，在第一单基材反应器中执行步骤b)，在第一单基材反应器中执行步骤c)的第一部分以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的基材从第一单基材反应器通过输送室输送到第二批量式处理反应器，以及在第二批量式处理反应器中执行步骤c)的第二部分。

在利用批量式处理反应器的实施例中，步骤c)包括在第一批量式处理反应器中将功能层或功能层的第二部分同时提供给两个或更多个基材。批量式处理反应器布置成同时接纳并处理两个或更多个基材。这增加了方法的效率，并且由于输送室中的真空环境而不会使基材受到污染。

此外，在利用批量式处理反应器的步骤a)中，方法包括在步骤a)中，在第一批量式处理反应器中同时使两个或更多个基材的表面经受表面准备步骤。

可替代地，当步骤a)和步骤c)在批量式处理反应器中执行时，方法包括在步骤a)中，在第一批量式处理反应器中同时使两个或更多个基材的表面经受表面准备步骤，以及在步骤c)中，在第二批量式处理反应器中将功能层或功能层的第二部分同时提供给两个或更多个基材。

当表面准备或预清洁利用不使用等离子体的气相处理来执行时，可以在步骤a)中使用批量式处理反应器。

在一个实施例中，步骤a)包括通过NH₃等离子体处理来预清洁基材的表面，以提供准备好的基材表面。NH₃等离子体处理提供了对基材表面的高效表面准备和清洁，使得去除了污染并准备了表面。

在又一实施例中，步骤a)包括利用N₂等离子体、O₂等离子体、Ar等离子体、H₂等离子体、CO等离子体、CO₂等离子体或其混合物进行等离子体处理来预清洁基材的表面，以提供准备好的基材表面。因此，等离子体处理被用于表面准备以提供准备好的基材表面。

等离子体处理在单基材反应器中执行，在该单基材反应器中提供了等离子体电极并且等离子体电极用于产生等离子体。这提供了高品质的表面准备。

在一个实施例中，步骤b)包括在准备好的基材表面上沉积中间层，以提供中间基材层。中间层利用沉积法沉积在准备好的基材表面上。中间层可以是例如AlN层(氮化铝层)。沉积法可以是原子层沉积法或通过等离子体增强的原子层沉积法。

代替AlN层，可以利用原子层沉积法或通过等离子体增强的原子层沉积法来将SiO₂(二氧化硅)、Si₃N₄(氮化硅)、Al₂O₃(氧化铝)、TiN(氮化钛)、WN(氮化钨)、HfO₂(二氧化铪)、ZrO₂(二氧化锆)、SiC(碳化硅)、SiCN(碳氮化硅)、TaC(碳化钽)或TiC(碳化钛)等的中间层提供为中间层。

提供中间层也是为了增加后续功能层的附着力。此外，中间层被提供为用于通过去除天然氧化物来去除或控制电子中间态。此外，中间层为后续的功能层提供受控的表面化学终止。

步骤b)包括利用通过等离子体增强的沉积法在准备好的基材表面上沉积中间层以提供中间基材层。通过等离子体增强的沉积过程使得能够降低处理温度。

在又一实施例中，步骤b)包括利用通过等离子体增强的原子层沉积法在准备好的基材表面上沉积AlN层，以提供中间基材层。通过等离子体增强的沉积过程使得能够降低ALD处理温度并提高氮前驱体的反应性。由于所产生的层的保形性和均匀性，ALD是优选的沉积法，特别是对于具有高品质标准的半导体基材。

在替代实施例中，步骤b)包括利用通过等离子体增强的原子层沉积法在准备好的基材表面上沉积SiO₂层、Si₃N₄层、Al₂O₃层、TiN层、WN层、HfO₂层(二氧化铪层)、ZrO₂层(二氧化锆层)、SiC层(碳化硅层)、SiCN层(硅碳氮化物层)、TaC层(碳化钽层)或TiC层(碳化钛层)，以提供中间基材层。

在一个实施例中，步骤c)包括利用热原子层沉积法在中间基材表面上沉积功能层，以提供功能涂覆基材表面。

在又一替代实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由氧化物材料构成的功能层，以提供功能涂覆基材表面。氧化物材料提供了期望的钝化涂覆。

在又一可替代实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由氧化物材料或氧化铝材料、诸如AL₂O₃、构成的功能层，以提供功能涂覆基材表面。

由于所产生的层的保形性和均匀性，ALD是优选的沉积法，特别是对于具有高品质标准的半导体基材。

氧化铝材料，诸如Al₂O₃，提供良好的钝化和耐磨特性。此外，Al₂O₃提供了具有高击穿电压和低泄漏的高品质介电层。

步骤c)包括在中间基材表面上提供介电功能层。因此，功能层的功能特性是电介电性。步骤c)中提供的功能层是介电层。

在本申请的上下文中，功能层是介电层、钝化层、封装层、导体层、化学阻挡层或光学层。因此，功能层为基材表面提供了特定的功能特性。

在一个实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由Al₂O₃、HfO₂、TiO₂(二氧化钛)、AlN、ZrO₂、Ta₂O₅(五氧化二钽)和/或它们的堆叠或层叠构成的功能性高k介电层，以提供功能涂覆基材表面。高k介电层具有高介电常数。

在另一实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由SiO₂、Al₂O₃、SiN、AlN和/或其堆叠或层叠构成的功能性钝化层，以提供功能涂覆基材表面。钝化层提供钝化基材表面。

在其他实施例中，步骤c)包括通过原子层沉积法在中间基材表面上沉积由Al₂O₃、HfO₂、TiO₂、AlN、ZrO₂、SiN、Ta₂O₅和/或其堆叠或层叠构成的功能性封装层，以提供功能涂覆基材表面。

在一些其他实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由TiN、WN、Ru(钌)、Pt(铂)、Cu(铜)和/或其堆叠或层叠构成的功能性导体层，以提供功能涂覆基材表面。

在又一实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由Al₂O₃、HfO₂、TiO₂、AlN、ZrO₂、SiN、Ta₂O₅和/或其堆叠或层叠构成的功能性化学阻挡层，以提供功能涂覆基材表面。

在又一实施例中，步骤c)包括利用原子层沉积法在中间基材表面上沉积由Al₂O₃、HfO₂、TiO₂、SiN、Ta₂O₅和/或其堆叠或层叠构成的功能性光学层，以提供功能涂覆基材表面。

在一个实施例中，方法应用于半导体基材、化合物半导体基材或iii-v族半导体基材。方法特别适合于处理具有高品质以及高生产率的敏感的半导体基材。

在一些实施例中，该方法利用如下所公开的设备来执行。

本发明还基于提供用于处理基材表面的集群设备的构思。集群设备包括输送室、连接到输送室以在输送室内提供真空环境的真空装置、布置在输送室内的输送机器人、以及连接到输送室的两个或更多个处理反应器。

根据本发明，两个或更多个处理室包括布置成接纳一个基材的第一单基材处理反应器，以及布置成接纳两个或更多个基材的第一批量式处理反应器。因此，集群设备布置成在第一单基材反应器中一次处理一个基材，并且在批量式处理反应器中同时处理两个或更多个基材。因此，增加了集群设备的整体处理效率和灵活性。

根据本发明，第一单基材反应器是原子层沉积反应器，原子层沉积反应器具有反应室并且包括布置成在反应室内产生等离子体的等离子体电极。这使得步骤a)和步骤b)两者能够在相同的单基材反应器中执行，然后将批量式处理反应器用于步骤c)。

此外，根据本发明，第一批量式反应器是原子层沉积反应器，原子层沉积反应器具有反应室和布置成支撑两个或更多个基材的基材架。因此，批量式处理反应器可以同时处理多个基材。

在一个实施例中，两个或更多个处理反应室进一步包括布置成接纳一个基材的第二单基材反应器。这增加了集群设备的效率，使得例如第一单基材反应器和第二单基材反应器两者均可以用于执行步骤a)和步骤b)，然后来自第一单基材反应器和第二单基材反应器的基材被输送到批量式处理反应器以被一起同时处理。

这是特别有利的，因为形成功能层的步骤c)是最慢的处理步骤并且比步骤a)和步骤b)花费显著更多的时间。

因此，在优选实施例中，集群设备包括两个或更多个单基材反应器和批量式处理反应器。

然而，集群设备也可以包括两个或更多个批量式处理反应器和针对批量式处理反应器中的每一个的一个或多个、或两个或更多个单基材反应器。

第一单基材反应器包括布置成支撑一个基材的单基材支撑件。

此外，第一单基材反应器包括布置成支撑一个基材的单基材支撑件，并且第二单基材反应器包括布置成支撑一个基材的单基材支撑件。

在一个实施例中，两个或更多个处理室进一步包括布置成接纳两个或更多个基材的第二批量式处理反应器。

第一批量式处理反应器包括布置成支撑两个或更多个基材的基材架。

此外，第一批量式处理反应器包括布置成支撑两个或更多个基材的基材架，并且第二批量式处理反应器包括布置成支撑两个或更多个基材的基材架。

在一个实施例中，第二单基材反应器是原子层沉积反应器，原子层沉积反应器具有反应室并且包括布置成在反应室内产生等离子体的等离子体电极。这使得能够实现高效且灵活的处理，因为步骤a)和步骤b)可以在相同的单基材反应器中执行或依次在第一单基材反应器和第二单基材反应器中执行。

在一个实施例中，第二批量式反应器是原子层沉积反应器，原子层沉积反应器具有反应室和布置成支撑两个或更多个基材的基材架。

可替代地，第二批量式处理反应器可以是另一气相沉积反应器，诸如化学气相沉积反应器。

应当注意，集群设备包括真空装置，该真空装置连接到输送室，以在输送室内提供真空环境。

相同的真空装置可以连接到处理反应器，以在处理反应器内提供真空环境。可替代地，每个或至少一些处理反应器包括单独的反应器真空装置。

因此，基材在整个处理期间被保持在真空环境中。

在一些实施例中，集群设备还包括缓冲室，该缓冲室连接到输送室，以将基材储存在集群设备中。

根据本发明的方法的步骤a)和步骤b)是相当快速的步骤并且只花费很短的时间。然而，步骤c)花费显著更长的时间。因此，缓冲室可以用于在步骤a)和步骤b)之后、以及可能地在步骤c)的第一部分之后、在在批量式处理反应器中执行步骤c)之前、储存基材。

本发明提供了方法和设备，其中由于在从步骤a)开始到步骤c)结束的整个处理期间基材均被保持在真空环境和条件下，因此基材和所获得的功能层的品质可以得到提高。附加地，由于利用集群设备和提供给集群设备的单独反应器，处理效率得到提高。批量式处理与单基材处理相结合地使用，从而更进一步提高了效率。因此，本发明实现了品质增加以及更高的处理效率。

附图说明

结合随附附图通过具体实施例对本发明进行详细描述，在随附附

图中

图1示意性地示出了根据本发明的集群设备的一个实施例；

图2至图4示出了使用图1的集群设备执行的方法的流程图；

图5示意性地示出了根据本发明的集群设备的另一实施例；

图6至图8示出了使用图5的集群设备执行的方法的流程图；

图9示意性地示出了根据本发明的集群设备的又一实施例；

图10至图17示出了使用图9的集群设备执行的方法的流程图；

图18示意性地示出了根据本发明的集群设备的另一实施例；

图19至图21示出了使用图18的集群设备执行的方法的流程图；

图22和图23示意性地示出了单基材反应器的不同实施例；

图24示意性地示出了批量式处理反应器的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的集群设备1的一个实施例。集群设备1包括输送室10和集群真空装置12，集群真空装置12连接到输送室10以在输送室10内提供真空环境。输送机器人16布置在输送室10内。

集群设备1进一步包括第一单基材反应器20，该第一单基材反应器20通过第一输送连接件25连接到输送室10，通过第一输送连接件25基材被装载到第一单基材反应器20上以及从第一单基材反应器20卸载，并且第一单基材反应器20通过第一输送连接件25打开和关闭。第一输送连接件25可以包括例如闸阀。第一真空装置22连接到第一单基材反应器20，以在第一单基材反应器20内提供真空环境。

集群设备1包括第二单基材反应器30，第二单基材反应器30通过第二输送连接件55连接到输送室10，通过第二输送连接件55基材被装载到第二基材反应器30上以及从第二基材反应器30卸载，并且第二单基材反应器30通过第二输送连接件55打开和关闭。第二输送连接件35可以包括例如闸阀。第二真空装置32连接到第二单基材反应器30，以在第二单基材反应器30内提供真空环境。

在该实施例中，集群设备1进一步包括第三单基材反应器60，第三单基材反应器60通过第三输送连接件65连接到输送室10，通过第三输送连接件65基材被装载到第三单基材反应器60上以及从第三单基材反应器60卸载，并且第三单基材反应器60通过第三输送连接件65打开和关闭。第三输送连接件65可以包括例如闸阀。第三真空装置62连接到第三单基材反应器60，以在第三单基材反应器60内提供真空环境。

集群设备1进一步包括缓冲室70，缓冲室70通过缓冲输送连接件75连接到输送室10，通过缓冲输送连接件75基材被装载到缓冲室70上以及从缓冲室70卸载，并且缓冲室70通过缓冲输送连接件75打开和关闭。缓冲输送连接件75可以包括例如闸阀。缓冲真空装置72连接到缓冲室70，以在缓冲室70内提供真空环境。

应当注意，一个真空装置，例如集群真空装置12，可以连接到所有的反应器20、30、60和缓冲室70，而不是每个反应器20、30、60和缓冲室70均包括其自身的真空装置。可替代地，两个或更多个反应器20、30、60可以具有共同的真空装置，并且缓冲室70和输送室70具有共同的真空装置。这适用于本发明的所有实施例。

图22和图23示出了单基材反应器20、30、60的一些示例性实施例。

图22示出了喷头式单基材反应器20、30、60，喷头式单基材反应器20、30、60包括反应室80，反应室80设置有基材支撑件81，以将一个基材100支撑在反应室80内。喷头式单基材反应器20、30、60进一步包括气体入口82，气体入口82设置到反应室80的顶壁，以将处理气体流A供给到反应室80中。还可以存在一个或多个附加气体入口82，一个或多个附加气体入口82设置到反应室80的底壁，以将处理气体流A供给到反应室80中。也可以省略底壁中的附加气体入口82。一个或多个出口83，优选地一个出口83，设置到反应室80的底壁，以从反应室80排出排放气体流B。喷头式单基材反应器20、30、60进一步包括第一等离子体电极84和第二等离子体电极86，第一等离子体电极84和第二等离子体电极86在气体入口82和基材支撑件81之间设置到反应室80，以产生等离子体。第一等离子体电极84连接到电压源85并且第二等离子体电极86接地87。

图23示出了侧向流动式单基材反应器20、30、60，侧向流动式单基材反应器20、30、60包括反应室80，反应室80设置有基材支撑件81，以将一个基材100支撑在反应室80内。侧向流动式单基材反应器20、30、60进一步包括气体入口82，气体入口82设置到反应室80的第一端部或侧壁或其附近，以将处理气体流A供给到反应室80中。一个或多个出口83设置到反应室80的第二端部或第二侧壁或其附近，以从反应室80排出排放气体流B。侧向流动式单基材反应器20、30、60进一步包括第一等离子体电极84和第二等离子体电极86。第一等离子体电极84连接到电压源85并且布置在反应室中的基材支撑件81和基材100上方。第二等离子体电极86接地87并且布置在基材100和基材支撑件81下方，或布置到基材支撑件81。

在图1中，集群设备可以包括两个或更多个单基材反应器20、30、60。此外，所有单基材反应器可以彼此相似，或者单基材反应器20、30、60中的至少一个可以不同。例如，并非所有单基材反应器均需要包括等离子体电极并且是等离子体单基材反应器。

应当注意，在本发明中，单基材反应器可以是布置成处理一个基材并且包括用于进行等离子体处理的等离子体电极的任何种类的反应器。

集群设备1布置成执行根据本发明的方法。方法包括按以下顺序执行的以下步骤：

a)使基材100的表面经受表面准备步骤，以提供准备好的基材表面；

b)在基材100的准备好的基材表面上提供中间层(interface layer)，以形成中间基材表面(interfaced substrate surface)；以及

c)在基材100的中间基材表面上提供功能层，以提供功能涂覆基材。

在以下具体实施例中，步骤被视为在下文公开。然而，在本发明的范围内，步骤a)、步骤b)和步骤c)中使用的步骤和前驱体和材料也可以变化并且可以不同。

在示例中，方法应用于半导体基材、化合物半导体基材或iii-v族半导体基材100。

在步骤a)中，使基材100的表面经受表面准备步骤，该表面准备步骤在单基材等离子体反应器20、30、60中执行，以对基材100的表面提供表面清洁。步骤a)因此包括一次对一个基材单独执行的等离子体清洁。

步骤中的等离子体清洁通过利用NH₃等离子体处理来执行，其中NH₃气体被供给到单基材等离子体反应器20、30、60并且利用等离子体电极84、86点燃等离子体。该步骤a)大约花费2分钟到3分钟来执行。

在替代实施例中，步骤a)通过在单基材反应器20、30、60中利用H₂S气相清洁来执行。在这种情况下，步骤a)在没有等离子体处理的情况下执行。因此，单基材反应器20、30、60可以设置有或不设置有用于执行步骤84、86的等离子体电极84、86。

H₂S气相清洁特别适用于iii-v族半导体基材。

在步骤a)中，使基材100的表面设置有准备好的基材表面。

在步骤b)中，在单基材等离子体反应器20、30、60中将中间层设置在准备好的基材表面上，以在准备好的基材表面上提供中间材料层。因此，步骤b)包括一次对一个基材单独执行的、通过等离子体增强的沉积步骤。步骤b)可以在与步骤a)相同的单基材等离子体反应器20、30、60中执行，或者在集群设备1中的不同的单基材等离子体反应器20、30、60中执行。

通过等离子体增强的沉积步骤优选地作为通过等离子体增强的原子层沉积过程在等离子体原子层沉积反应器中执行。

在一些优选实施例中，步骤b)在通过等离子体增强的原子层沉积过程中执行并且包括在准备好的基材表面上沉积或提供氮化铝中间层。在该过程中，氯化铝AlCl₃或三甲基铝Al₂(CH₃)₆、TMA可以用作铝前驱体，并且氨NH₃作为氮前驱体。AlN中间层成长为具有1nm至3nm的厚度。因此，这是相当快速的处理步骤。

在替代实施例中，步骤b)在通过等离子体增强的原子层沉积过程中执行并且包括沉积或提供SiO₂层、Si₃N₄层、Al₂O₃层、TiN层、WN层或中间基材层上的类似层。

在步骤b)中，使基材100的准备好的基材表面设置有中间基材表面。中间基材表面是指具有中间层的基材表面。

如上所公开的，步骤a)和步骤b)均是单基材等离子体过程，因此步骤a)和步骤b)可以在集群设备中在相同或不同的单基材反应器中执行。

在步骤c)中，使功能层在单基材反应器20、30、60中或提供到集群设备1的批量式(batch)处理反应器40中沉积在中间基材表面上。

步骤c)采用气相沉积法执行。

步骤c)在单基材原子层沉积反应器中执行，或者优选地在批量处理式原子层沉积反应器中执行。

因此，在单层式原子层沉积反应器的情况下，步骤b)和步骤c)可以在相同或不同的反应器中执行。

在一些优选实施例中，步骤c)在批量式原子层沉积过程中进行并且包括在中间基材表面上沉积或提供氧化铝Al₂O₃功能层。在该过程中，三甲基铝Al₂(CH₃)₆、TMA可以用作铝前驱体，而H₂O或O₃是第二前驱体。Al₂O₃功能层成长为具有30nm至50nm的厚度。因此，步骤c)比步骤a)和步骤b)花费显著更长的处理时间。

因此，Al₂O₃的功能层是介电层。

介电层特别地设置在半导体基材或iii-v族半导体基材上。

图2示出了利用图1的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

应当注意，所有步骤a)、步骤b)和步骤c)均在处理反应器20、30、40、60中在真空环境中执行。

在以下内容中，使基材100在处理反应器20、30、40、60和缓冲室70之间输送利用设置在输送室10中的输送机器人16并通过输送室10执行。

方法包括：在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在300中也在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在110中在真空环境下将进行步骤b)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，以及在400中在第二单基材反应器30中执行步骤c)。

基材的输送110还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二单基材反应器30。

在图2的实施例中，等离子体单基材反应器可以用于步骤a)和步骤b)，而无等离子体的单基材沉积反应器可以用于不利用等离子体电极的步骤c)。可替代地，第一单基材反应器和第二单基材反应器20、30、60可以均是等离子体单基材反应器。

图3示出了图1的集群设备所执行的方法的另一实施例的流程图。

根据图3的方法包括：在200中在单基材反应器20中执行步骤a)，在120中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，以及在第二单基材反应器30中执行步骤b)和步骤c)。

基材的输送120还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二单基材反应器30。

在图3的实施例中，等离子体单基材反应器可以用于步骤a)，而等离子体单基材沉积反应器可以用于利用等离子体电极的步骤b)和步骤c)。在步骤c)中，期望的是，可以不利用等离子体电极或等离子体特征。此外，第一单基材反应器20不需要是沉积反应器或原子层沉积反应器。可替代地，第一单基材反应器和第二单基材反应器20、30、60可以均是等离子体单基材反应器。

图4示出了图1的集群设备所执行的方法的另一实施例的流程图。

根据图4的方法包括：在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在120中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，以及在310中在第二单基材反应器30中执行步骤b)，在130中在真空环境下将进行步骤b)之后的基材100从第二单基材反应器30通过输送室10输送到第三单基材反应器60，以及在410中在第三单基材反应器60中执行步骤c)。

基材的输送120还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二单基材反应器30。类似地或可替代地，基材的输送130还可以包括将基材100从第二单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第三单基材反应器60。

在图4的实施例中，等离子体单基材反应器可以用于步骤a)和步骤b)，而无等离子体的单基材沉积反应器可以用于不利用等离子体电极的步骤c)。可替代地，第三单基材反应器60也可以均是等离子体单基材反应器，但是在步骤c)中，期望的是，可以不利用等离子体电极或等离子体特征。此外，第一单基材反应器20不需要是沉积反应器或原子层沉积反应器。第二单基材反应器30是等离子体沉积反应器或等离子体原子层沉积反应器。

图5示出了根据本发明的集群设备1的另一实施例。集群设备1包括输送室10和集群真空装置12，集群真空装置12连接到输送室10以在输送室10内提供真空环境。输送机器人16布置在输送室10内。

集群设备1进一步包括第一单基材反应器20，该第一单基材反应器20通过第一输送连接件25连接到输送室10，通过第一输送连接件25基材被装载到第一单基材反应器20上以及从第一单基材反应器20卸载，并且第一单基材反应器20通过第一输送连接件25打开和关闭。第一真空装置22连接到第一单基材反应器20，以在第一单基材反应器20内提供真空环境。

集群设备1包括第一批量式处理反应器40，该第一批量式处理反应器40通过批量式输送连接件45连接到输送室10，通过批量式输送连接件45基材被装载到第一批量式处理反应器40上以及从第一批量式处理反应器40卸载，并且第一批量式处理反应器40通过批量式输送连接件45打开和关闭。批量式输送连接件45可以包括例如闸阀。批量真空装置42连接到第一批量式反应器40，以在第一批量式反应器40内提供真空环境。

图5的集群设备1进一步包括缓冲室70，缓冲室70通过缓冲输送连接件75连接到输送室10，通过缓冲输送连接件75基材被装载到缓冲室70上以及从缓冲室70卸载，并且缓冲室70通过缓冲输送连接件75打开和关闭。缓冲真空装置72连接到缓冲室70，以在缓冲室70内提供真空环境。

因此，图5的集群设备1包括布置成一次处理一个基材的一个单基材反应器20。此外，集群设备包括布置成同时处理两个或更多个基材的一个批量式处理反应器40。

在本实施例中，第一单基材反应器20是包括等离子体电极84、86的等离子体沉积反应器或等离子体原子层沉积反应器。

第一单基材反应器20可以是结合图1的集群设备1公开的和/或如图22和图23所示的反应器。

图24示出了批量式处理反应器40的一个示例性实施例。

图24示出了批量式处理反应器，批量式处理反应器包括批量式反应室90，该批量式反应室90设置有基材架93，基材架93具有两个或更多个基材保持器94，以分别将两个或更多个基材100支撑在批量式反应室90内。批量式处理反应器进一步包括气体入口91a，气体入口91a设置到反应室90的底壁或第一端部或侧壁或其附近，以将处理气体流A供给到批量反应室90中。一个或更多个出口92设置到反应室90的底壁或第二端部或第二侧壁或其附近，以从批量反应室90排出排放气体流B。

本发明不限于任何特定的批量式处理反应器40，但是批量式处理反应器40是布置成同时处理多个基材的反应器。优选地，批量式处理反应器40是批量处理式原子层沉积反应器。

当使用批量式处理反应器时，步骤c)包括通过在两个或更多个基材的中间基材表面上沉积功能层来在第一批量式处理反应器40中同时处理两个或更多个基材。

此外，步骤c)利用批量处理式气相沉积法或批量处理式原子层沉积反应器执行。

因此，步骤c)可以包括在第一批量处理式原子层沉积反应器中在多个基材100的中间基材表面上沉积或提供氧化铝Al₂O₃功能层。

图6示意性地示出了利用图5的集群设备1来执行本发明的方法。首先，在第一单基材反应器20中处理基材，然后在那之后在第一批量式处理反应器40中处理基材。

图7示出了利用图5的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

应当注意，所有步骤a)、步骤b)和步骤c)均是在处理反应器20、40中在真空环境中执行的。

方法包括在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在300中也在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在140中在真空环境下将进行步骤b)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到批量式处理反应器40，以及在420中在第一批量式处理反应器40中执行步骤c)。

步骤c)进一步包括在420中在第一批量式处理反应器40中同时处理两个或更多个基材，以在两个或更多个基材100的中间基材表面上提供功能层。

基材的输送140还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第一批量式处理反应器40。

因此，第一单基材反应器20也可以在第一批量式处理反应器40中进行步骤c)期间执行步骤a)和步骤b)，以及将基材100的中间基材表面储存到缓冲室70。

图8示出了利用图5的集群设备的根据本发明的另一实施例的流程图。

该方法包括在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在300中也在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在430中在第一单基材反应器20中执行步骤c)的第一部分，以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在140中在真空环境下将进行步骤b)和步骤c)的第一部分之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到批量式处理反应器40，以及在440中在第一批量式处理反应器40中执行步骤c)的第二部分，以在功能层的第一部分上提供功能层的第二部分。

因此，在在140中输送基材100之前，中间基材表面受到保护。

图9示出了集群设备1的又一实施例。集群设备1包括输送室10和集群真空装置12，集群真空装置12连接到输送室10以在输送室10内提供真空环境。输送机器人16布置在输送室10内。

集群设备1包括第二单基材反应器30，第二单基材反应器30通过第二输送连接件55连接到输送室10，通过第二输送连接件55基材被装载到第二单基材反应器30上以及从第二单基材反应器30卸载，并且第二单基材反应器30通过第二输送连接件55打开和关闭。第二输送连接件35可以包括例如闸阀。第二真空装置32连接到第二单基材反应器30，以在第二单基材反应器30内提供真空环境。

集群设备1包括第一批量式处理反应器40，第一批量式处理反应器40通过批量式输送连接件45连接到输送室10，通过批量式输送连接件45基材被装载到第一批量式处理反应器40上以及从第一批量式处理反应器40卸载，并且第一批量式处理反应器40通过批量式输送连接件45打开和关闭。批量式输送连接件45可以包括例如闸阀。批量真空装置42连接到第一批量式反应器40，以在第一批量式反应器40内提供真空环境。

图9的集群设备1进一步包括缓冲室70，缓冲室70通过缓冲输送连接件75连接到输送室10，通过缓冲输送连接件75基材被装载到缓冲室70上以及从缓冲室70卸载，并且缓冲室70通过缓冲输送连接件75打开和关闭。缓冲真空装置72连接到缓冲室70，以在缓冲室70内提供真空环境。

因此，图9的集群设备1包括布置成一次处理一个基材的两个单基材反应器20、30。此外，集群设备包括布置成同时处理两个或更多个基材的一个批量式处理反应器40。

在该实施例中，第一单基材反应器20是包括等离子体电极84、86的等离子体处理反应器或等离子体沉积反应器或等离子体原子层沉积反应器。第一单基材反应器不需要是用于在基材表面提供材料层的沉积反应器，但是第一单基材反应器可以是用于在基材表面提供材料层的沉积反应器。

第二单基材反应器30是包括等离子体电极84、86的等离子体沉积反应器或等离子体原子层沉积反应器。第一单基材反应器不需要是用于在基材表面提供材料层的沉积反应器。

第一单基材反应器20和第二单基材反应器30可以是结合图1的集群设备1所公开的和/或如图22和图23所示的反应器。

应当注意，图9的集群设备可以用于执行图6、图7和图8中所公开的方法，使得第一单基材反应器20和第二单基材反应器30以并行且相似的方式用于分别执行图7的步骤200、步骤300以及图8的步骤200、步骤300、步骤430。因此，两个单基材反应器20、30可以将以类似方式处理的基材供给到第一批量式处理反应器40以提高效率。

图10示意性地示出了利用图9的集群设备1来执行本发明的方法。首先，在第一单基材反应器20中处理基材100，然后在第二单基材反应器30中处理基材100，最后在那之后在第一批量式处理反应器40中处理基材100。

图11示出了利用图9的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

该方法包括在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在步骤120中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，在步骤310中在第二单基材反应器30中执行步骤b)，在150中在真空环境下将进行步骤b)之后的基材100从第二单基材反应器30通过输送室10输送到第一批量式处理反应器40，以及在420中在第一批量式处理反应器40中执行步骤c)。

基材的输送120还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二单基材反应器30。

基材的输送150还可以包括将基材100从第二单基材反应器30输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第一批量式处理反应器40。

在该实施例中，第一单基材反应器20可以是等离子体处理反应器，或者可替代地是等离子体沉积反应器，诸如等离子体原子层沉积反应器。第二单基材反应器30可以是等离子体沉积反应器，诸如等离子体原子层沉积反应器，并且第一批量式处理反应器40可以是批量处理式沉积反应器，诸如批量处理式原子层沉积反应器。

图12示出了利用图9的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

该方法包括在200中在第一单基材反应器20中执行步骤a)，在步骤120中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，在步骤310中在第二单基材反应器30中执行步骤b)，在步骤430中在第二单基材反应器30中执行步骤c)的第一部分以在中间基材表面上提供功能层的第一部分，在140中在真空环境下将进行步骤b)和步骤c)的第一部分之后的基材100从第二单基材反应器30通过输送室10输送到第一批量式处理反应器40，以及在420中在第一批量式处理反应器40中执行步骤c)的第二部分。

步骤c)进一步包括在440中在第一批量式处理反应器40中同时处理两个或更多个基材，以在两个或更多个基材100的中间基材表面上提供功能层的第二部分。

基材的输送140还可以包括将基材100从第二单基材反应器30输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第一批量式处理反应器40。

图13示意性地示出了利用图9的集群设备1来执行本发明的方法。首先，在第一批量式反应器40中处理基材100，然后在第一单基材反应器20中处理基材100，最后在那之后在第二单基材反应器30中处理基材100。

图14示出了利用图9的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

应当注意，所有步骤a)、步骤b)和步骤c)均是在处理反应器20、30、40中在真空环境中执行的。

该方法包括在210中在第一批量式处理反应器40中执行步骤a)，在步骤160中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一批量式处理反应器40通过输送室10输送到第一单基材反应器20，在步骤320中在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在180中在真空环境下将进行步骤b)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，以及在490中在第二单基材反应器30中执行步骤c)。

步骤a)进一步包括在210中在第一批量式处理反应器40中同时处理两个或更多个基材以提供准备好的基材表面。

基材的输送160还可以包括将基材100从第一批量式处理反应器40输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第一单基材反应器20。

基材的输送180还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材100临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二单基材反应器30。

在该实施例中，第一单基材反应器20可以是等离子体处理反应器，或者可替代地是等离子体沉积反应器，诸如等离子体原子层沉积反应器。第二单基材反应器30可以是气相沉积反应器或等离子体沉积反应器，诸如等离子体原子层沉积反应器，并且第一批量式处理反应器40可以是批量处理式沉积反应器，诸如批量处理式原子层沉积反应器或另一气相沉积反应器。

图15示出了利用图9的集群设备的根据本发明的一个实施例的流程图。

该方法包括在210中在第一批量式处理反应器40中执行步骤a)，在步骤160中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一批量式处理反应器40通过输送室10输送到第一单基材反应器20，在步骤320中在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在492中在第一单基材反应器20中执行步骤c)的第一部分，在180中在真空环境下将进行步骤b)和步骤c)的第一部分之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二单基材反应器30，以及在494中在第二单基材反应器30中执行步骤c)的第二部分。

步骤a)进一步包括在210中在第一批量式处理反应器40中同时处理两个或更多个基材，以提供准备好的基材表面。

图16示意性地示出了利用图9或图5或可替代地图18的集群设备1来执行本发明的方法。首先，在第一批量式反应器40中处理基材100，然后在第一单基材反应器20中处理基材。

图17示出了图9、图5或图18的集群设备所执行的方法的另一实施例的流程图。

根据图17的方法包括在210中在第一批量式处理反应器40中执行步骤a)，在160中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一批量式处理反应器40通过输送室10输送到第一单基材反应器20，以及分别在320和450中在第一单基材反应器20中执行步骤b)和步骤c)。

基材的输送160还可以包括将基材100从第一批量式处理反应器40输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第一单基材反应器20。

在图17的实施例中，等离子体单基材沉积反应器用于利用等离子体电极的步骤b)和步骤c)。在步骤c)中，如果期望，可以不利用等离子体电极或等离子体特征。此外，批量式处理反应器40可以是原子层沉积反应器。

图18示出了集群设备1的又一实施例。集群设备1包括输送室10和集群真空装置12，集群真空装置12连接到输送室10以在输送室10内提供真空环境。输送机器人16布置在输送室10内。

集群设备1进一步包括第一第二处理反应器46，第一第二处理反应器46通过第二批量式输送连接件49连接到输送室10，通过第二批量式输送连接件49基材被装载到第二批量式处理反应器46上以及从第二批量式处理反应器46卸载，并且第二批量式处理反应器46通过第二批量式输送连接件49打开和关闭。第二批量式输送连接件49可以包括例如闸阀。第二批量真空装置48连接到第二批量式反应器46，以在第二批量式反应器46内提供真空环境。

因此，图18的集群设备1包括布置成一次处理两个或更多个基材的两个批量式处理反应器40、46。此外，集群设备包括布置成同时处理一个基材的一个单基材反应器20。

在该实施例中，第一单基材反应器20是包括等离子体电极84、86的等离子体处理反应器或等离子体沉积反应器或等离子体原子层沉积反应器。该方法的步骤b)在第一单基材反应器20中执行。

图19示意性地示出了利用图18的集群设备1来执行本发明的方法。首先，在第一批量式反应器40中处理基材100，然后在第一单基材反应器20中处理基材，最后在第二批量式处理反应器46中处理基材。

图20示出了图18的集群设备所执行的方法的另一实施例的流程图。

根据图20的方法包括在210中在第一批量式处理反应器40中执行步骤a)，在160中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一批量式处理反应器40通过输送室10输送到第一单基材反应器20，在320中在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在170中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二批量式处理反应器46，以及在460中在第二批量式处理反应器46中执行步骤c)。

此外，基材的输送170还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到到第二批量式处理反应器46。

在图20的实施例中，具有等离子体电极的等离子体单基材沉积反应器用于步骤b)。在步骤a)和步骤c)中，第一批量式处理反应器40和第二批量式处理反应器46可以是气相沉积反应器，诸如原子层沉积反应器。

图21示出了图18的集群设备所执行的方法的另一实施例的流程图。

根据图21的方法包括在210中在第一批量式处理反应器40中执行步骤a)，在160中在真空环境下将进行步骤a)之后的基材100从第一批量式处理反应器40通过输送室10输送到第一单基材反应器20，在320中在第一单基材反应器20中执行步骤b)，在470中在第一单基材反应器20中执行步骤c)的第一部分，在170中在真空环境下将进行步骤a)和步骤c)的第一部分之后的基材100从第一单基材反应器20通过输送室10输送到第二批量式处理反应器46，以及在480中在第二批量式处理反应器46中执行步骤c)的第二部分。

此外，基材的输送170还可以包括将基材100从第一单基材反应器20输送到缓冲室70，将基材临时储存到缓冲室70，以及将基材100从缓冲室70输送到第二批量式处理反应器46。

在图20的实施例中，具有等离子体电极的等离子体单基材沉积反应器可以用于步骤b)。在步骤a)和步骤c)中，第一批量式处理反应器40和第二批量式处理反应器46可以是气相沉积反应器，诸如原子层沉积反应器。

上面已经参照附图中所示的示例描述了本发明。然而，本发明不以任何方式限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于处理半导体基材(100)的表面的方法，所述方法利用集群设备(1)执行，所述集群设备(1)包括输送室(10)和连接到所述输送室(10)的两个或更多个处理反应器(20、30、40、60)，所述方法包括为所述输送室(10)提供真空环境，所述方法进一步包括依次执行的以下处理步骤：

a)使所述基材(100)的表面经受表面准备步骤，以提供准备好的基材表面；

b)在所述基材(100)的准备好的表面上提供中间层，以形成中间基材表面；以及

c)在所述基材(100)的所述中间基材表面上提供功能层，以提供功能涂覆基材，

其特征在于：

-所述步骤a)包括利用对所述基材(100)的表面进行等离子体处理来预清洁所述基材(100)的表面，以提供准备好的基材表面；

-所述步骤b)包括利用通过等离子体增强的沉积法在所述准备好的基材表面上沉积中间层，以提供中间基材层；以及

-所述步骤c)包括利用原子层沉积法在所述中间基材表面上沉积功能层，以提供功能涂覆基材表面，

所述方法进一步包括：

-在连接到所述输送室(10)的至少两个不同的处理反应器(20、30、40、60)中执行所述处理步骤a)、处理步骤b)和处理步骤c)；以及

-在真空环境下通过所述输送室(10)在所述至少两个处理反应器(20、30、40、60)之间输送所述基材(100)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在第一处理反应器(20)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一处理反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二处理反应器(30)；以及

-在所述第二处理反应器(30)中执行步骤b)和步骤c)；或者

-在第一处理反应器(20)中执行步骤a)和步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第一处理反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二处理反应器(30、40)；以及

-在所述第二处理反应器(30、40)中执行步骤c)；或者

-在第一处理反应器(20)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一处理反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二处理反应器(30)；

-在所述第二处理反应器(30)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第二处理反应器(30)通过所述输送室(10)输送到第三处理反应器(40、60)；以及

-在所述第三处理反应器(40、60)中执行步骤c)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在单基材反应器(20、30、60)中执行步骤a)和步骤b)，以及在批量式处理反应器(40)中执行步骤c)；或者

-在第一单基材反应器(20)中执行步骤a)，在第二单基材反应器(30)中执行步骤b)，以及在批量式处理反应器(40)中执行步骤c)；或者

-在单基材反应器(20、30、60)中执行步骤a)、步骤b)、和步骤c)的第一部分，以及在批量式处理反应器(40)中执行步骤c)的第二部分；或者

-在第一单基材反应器(20)中执行步骤a)，在第二单基材反应器(30)中执行步骤b)，在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤c)的第一部分，以及在批量式处理反应器(40)中执行步骤c)的第二部分。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在所述单基材反应器(20)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到所述第二单基材反应器(30)；以及

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤b)和步骤c)；或者

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)和步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到所述第二单基材反应器(30)；以及

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤c)；或者

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到所述第二单基材反应器(30)；

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第二单基材反应器(30)通过所述输送室(10)输送到第三单基材反应器(60)；以及

-在所述第三单基材反应器(60)中执行步骤c)。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)和步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到所述第一批量式处理反应器(40)；以及

-在所述第一批量式处理反应器(40)中执行步骤c)；或者

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)和步骤b)；

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤c)的第一部分，以在所述中间基材表面上提供功能层的第一部分；

-在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到所述第一批量式处理反应器(40)；以及

-在所述第一批量式处理反应器(40)中执行步骤c)的第二部分，以在所述功能层的第一部分上提供功能层的第二部分。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二单基材反应器(30)；

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第二单基材反应器(30)通过所述输送室(10)输送到所述第一批量式处理反应器(40)；以及

-在所述第一批量式处理反应器(40)中执行步骤c)；或者

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤a)；

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤b)；

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤c)的第一部分，以在所述中间基材表面上提供功能层的第一部分；

-在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的所述基材(100)从所述第二单基材反应器(30)通过所述输送室(10)输送到所述第一批量式处理反应器(40)；以及

-在所述第一批量式处理反应器(40)中执行步骤c)的第二部分。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在第一批量式处理反应器(40)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一批量式处理反应器(40)通过所述输送室(10)输送到第一单基材反应器(20)；以及

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤b)和步骤c)。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在第一批量式处理反应器(40)中执行步骤a)；

-在真空环境下将进行步骤a)之后的所述基材(100)从所述第一批量式处理反应器(40)通过所述输送室(10)输送到第一单基材反应器(20)；

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(30)通过所述输送室(10)输送到第二单基材反应器(30)；以及

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤c)；或者

-在第一批量式处理反应器(40)中执行步骤a)；

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二单基材反应器(30)；以及

-在所述第二单基材反应器(30)中执行步骤c)的第二部分。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

-在第一批量式处理反应器(40)中执行步骤a)；

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤b)之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(30)通过所述输送室(10)输送到第二批量式处理反应器(46)；以及

-在所述第二批量式处理反应器(46)中执行步骤c)；或者

-在第一批量式处理反应器(40)中执行步骤a)；

-在所述第一单基材反应器(20)中执行步骤b)；

-在真空环境下将进行步骤c)的第一部分之后的所述基材(100)从所述第一单基材反应器(20)通过所述输送室(10)输送到第二批量式处理反应器(46)；以及

-在所述第二批量式处理反应器(46)中执行步骤c)的第二部分。

10.根据权利要求5至9中的任一项所述的方法，其特征在于：

-步骤a)包括在所述第一批量式处理反应器(40)中同时使两个或更多个基材(100)的表面经受表面准备步骤；或者

-步骤c)包括在所述第一批量式处理反应器(40)或所述第二批量式处理反应器(46)中将所述功能层或所述功能层的第二部分同时提供给两个或更多个基材(100)；或者

-步骤a)包括在所述第一批量式处理反应器(40)中同时使两个或更多个基材(100)的表面经受表面准备步骤；以及

-步骤c)包括在所述第二批量式处理反应器(46)中将所述功能层或所述功能层的第二部分同时提供给两个或更多个基材(100)。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括：

-通过NH₃等离子体处理来预清洁所述基材(100)的表面，以提供准备好的基材表面；

-利用N₂等离子体、O₂等离子体、Ar等离子体、H₂等离子体、CO等离子体、CO₂等离子体或其混合物进行等离子体处理来预清洁所述基材(100)的表面，以提供准备好的基材表面。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)包括：

-利用通过等离子体增强的原子层沉积法在准备好的基材表面上沉积AlN层，以提供中间基材层；或者

-利用通过等离子体增强的原子层沉积法在准备好的基材表面上沉积SiO₂层、Si₃N₄层、Al₂O₃层、TiN层、WN层、HfO₂层、ZrO₂层、SiC层、SiCN层、TaC层或TiC层，以提供中间基材层。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤c)包括：

-利用热原子层沉积法在所述中间基材表面上沉积所述功能层，以提供所述功能涂覆基材表面。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法应用于半导体基材、化合物半导体基材或iii-v族半导体基材。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法利用根据权利要求16至22中的任一项所述的设备来执行。

16.一种用于处理基材(100)的表面的集群设备，所述集群设备(1)包括输送室(10)、连接到所述输送室(10)以在所述输送室(10)内提供真空环境的真空装置(12)、布置在所述输送室(10)内的输送机器人(16)、连接到所述输送室(10)的两个或更多个处理反应器(20、30、40、60)，所述两个或更多个处理反应器(20、30、40、60)包括布置成接纳一个基材(100)的第一单基材处理反应器(20)、以及布置成接纳两个或更多个基材(100)的第一批量式处理反应器(40)，其特征在于：

-所述第一单基材反应器(20)是原子层沉积反应器，所述原子层沉积反应器具有反应室(80)并且包括布置成在所述反应室(80)内产生等离子体的等离子体电极(84、86)；

-所述第一批量式反应器(40)是原子层沉积反应器，所述原子层沉积反应器具有反应室(90)和布置成支撑两个或更多个基材(100)的基材架(93)。

17.根据权利要求16所述的集群设备，其特征在于，所述两个或更多个处理室(20、30、40、60)进一步包括布置成接纳一个基材(100)的第二单基材反应器(30)。

18.根据权利要求16或17所述的集群设备，其特征在于：

-所述第一单基材反应器(20)包括布置成支撑一个基材(100)的单基材支撑件(81)；

-所述第一单基材反应器(20)包括布置成支撑一个基材(100)的单基材支撑件(81)，并且所述第二单基材反应器(30)包括布置成支撑一个基材(100)的单基材支撑件(81)。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的集群设备，其特征在于，所述两个或更多个处理室(20、30、40、60)进一步包括布置成接纳两个或更多个基材(100)的第二批量式处理反应器(46)。

20.根据权利要求16至19中的任一项所述的集群设备，其特征在于：

-所述第一批量式处理反应器(40)包括布置成支撑两个或更多个基材(100)的基材架(93)；或者

-所述第一批量式处理反应器(40)包括布置成支撑两个或更多个基材(100)的基材架(93)，并且所述第二批量式处理反应器(46)包括布置成支撑两个或更多个基材(100)的基材架(93)。

21.根据权利要求16至20中的任一项所述的集群设备，其特征在于：

-所述第二单基材反应器(30)是原子层沉积反应器，所述原子层沉积反应器具有反应室(80)并且包括布置成在所述反应室(80)内产生等离子体的等离子体电极(84、86)。

22.根据权利要求16至21中的任一项所述的集群设备，其特征在于：

-所述第二批量式反应器(46)是原子层沉积反应器，所述原子层沉积反应器具有反应室(90)和布置成支撑两个或更多个基材(100)的基材架(93)。