DE112014005386B4

DE112014005386B4 - Verbessertes plasmaaktiviertes ALD-System

Info

Publication number: DE112014005386B4
Application number: DE112014005386.4T
Authority: DE
Inventors: Mark J. Sowa; Robert Kane; Michael Sershen
Original assignee: Ultratech Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2034-11-22
Also published as: GB201607549D0; SG11201603347WA; FI20165435A; KR101733370B1; JP6195671B2; CN105992836A; US20190284689A1; US20160281223A1; GB2538167A; FI20195228A1; JP2016540124A; GB2538167B; CN105992836B; TW201527582A; TWI588286B; KR20160089375A; DE112014005386T5; US10351950B2; FI128223B; WO2015080979A1

Abstract

Ein Atomschichtabscheidungsverfahren, das aufweist:- Stützen von einem oder mehreren Substraten (110) in einer Reaktionskammer (105) für einen Abscheidungsdurchlauf, wobei der Abscheidungsdurchlauf das Durchführen einer Vielzahl von Materialabscheidungs-Beschichtungszyklen aufweist;- für jeden Abscheidungsbeschichtungszyklus:- Zuführen eines ersten Precursors in die Reaktionskammer (105) zur Reaktion mit den freiliegenden Oberflächen (115) des einen oder der mehreren Substrate (110);- Entfernen einer ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105), wobei die erste Ausströmung einen nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor umfasst;- Leiten der ersten Ausströmung durch eine ALD-Falle (175), wobei die ALD-Falle Fallenmaterialoberflächen aufweist, die zur Reaktion mit dem nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor geeignet sind;- Leiten eines alternativen zweiten Precursors durch die ALD-Falle (175), wobei der alternative zweite Precursor geeignet ist zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen auf eine Weise, die die Fallenmaterialoberflächen in die Lage versetzt, mit nicht zur Reaktion gebrachtem erstem Precursor aus der ersten Ausströmung eines nächsten Beschichtungszyklus zu reagieren und diesen zu entfernen, und wobei der alternative zweite Precursor nicht aus der Reaktionskammer entnommen wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasabscheidungssystem, das dazu ausgelegt ist, Plasmaaktivierte Atomschichtabscheidungs- (PEALD-) Gasabscheidungszyklen durchzuführen, die verwendbar sind, um Dünnfilm-Materialschichten auf freiliegenden Oberflächen eines Festkörpersubstrats abzuscheiden. Insbesondere aufweist das PEALD-System eine Reaktionskammer, eine Hauptvakuumpumpe zum Herstellen eines ersten Vakuumdrucks in der Reaktionskammer während Nicht-Plasma-Precursor-Abscheidungszyklen und eine zweite Vakuumpumpe zum Herstellen eines zweiten niedrigeren Vakuumdrucks in der Reaktionskammer während Plasma-Precursor-Abscheidungszyklen.
Der Stand der Technik
Herkömmliche ALD und Precursoreinfang
Herkömmliche Atomschichtabscheidungs- (ALD) Systeme arbeiten als Gas- oder Dampfabscheidungssystem, das verwendbar ist, um Dünnfilm-Materialschichten auf freiliegenden Oberflächen von einem oder mehreren Substraten abzuscheiden. Insbesondere ist die Atomschichtabscheidung (ALD) eine Dünnfilm-Abscheidungstechnik, die vor sich geht, in dem Abscheidungssubstrate sequentiell mehreren, unterschiedlichen chemischen und/oder energetischen Umgebungen ausgesetzt werden. Ein typischer Prozess würde mit der Einführung eines ein Dampfphasen-Metallatom enthaltenden Precursors vor sich gehen, der mit bereits existierenden chemischen Resten auf der Substratoberfläche chemisorbieren würde. Nach einem Spülzyklus, um überschüssigen Precursor und Reaktionsprodukte zu entfernen, wird ein zweiter Precursor in den Reaktor eingeführt, der mit dem chemisorbierten Teil des ersten Reaktanten reaktiv ist. Ein zweiter Spülzyklus entfernt überschüssigen Precursor und Reaktionsprodukte. Für einen erfolgreichen ALD-Prozess hinterlässt der zweite Precursorzyklus die Substratoberfläche wieder bereit für eine weitere Aussetzung mit dem ersten Precursor. Das sequentielle Aussetzen der Oberfläche mit: Precursor 1, Spülen, Precursor 2, Spülen, Wiederholen, ermöglicht, dass ein konformer Film mit subatomarer Schichtdickensteuerung abgeschieden wird.
Im Betrieb werden Substrate innerhalb einer im Wesentlichen abgedichteten Reaktionskammer angeordnet, die im Allgemeinen auf einen niedrigen Abscheidungsdruck, z. B. 1,33•10^-4 bis 1,33•10^-2 mbar (0,1 bis 10 Millitorr), evakuiert und auf eine Reaktionstemperatur, z. B. zwischen 75 und 750 °C, erhitzt wird. Ein erster Precursor oder Reaktant wird in den Reaktionsraum eingeführt, um mit freiliegenden Oberflächen oder Beschichtungsoberflächen des Substrats zu reagieren. Ein inertes Trägergas kann mit dem ersten Precursor während der Zufuhr des ersten Precursors vermischt werden. Nach einer gewünschten Aussetzungszeit (Einwirkungszeit) wird der erste Precursor dann aus der Reaktionskammer entfernt oder gespült. Der Spülzyklus umfasst im Allgemeinen das Saugen von Gas aus der Reaktionskammer durch eine Austrittsöffnung in Fluidverbindung mit einer Vakuumpumpe. Danach wird ein zweiter Precursor oder Reaktant in den Reaktionsraum eingeführt, um mit freiliegenden Oberflächen der Substratbeschichtungsoberfläche für eine gewünschte Einwirkungszeit zu reagieren. Ein inertes Trägergas kann mit dem zweiten Precursor während der Zufuhr des zweiten Precursors vermischt werden. Der zweite Precursor wird dann durch die Austrittsöffnung aus der Reaktionskammer entfernt oder gespült, wie vorstehend beschrieben. Im Allgemeinen bringt der vorstehend beschriebene Beschichtungszyklus mit zwei Precursoren eine einzelne Materialdickenschicht auf die freiliegenden Oberflächen auf, wobei die Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis etwa 2,0 Å liegt. Typischerweise wird der Beschichtungszyklus mit zwei Precursoren wiederholt, um eine Vielzahl von einzelnen Materialdickenschichten übereinander aufzubringen, um eine gewünschte Materialdicke zu erreichen.
Herkömmliche ALD-Systeme umfassen eine Falle, die zwischen der Austrittsöffnung und der Vakuumpumpe angeordnet ist. Die Falle entfernt nicht zur Reaktion gebrachten Precursor von der Ausströmung, um eine Beschädigung der Vakuumpumpe zu vermeiden. Insbesondere können ohne Falle dieselben zwei Precursor-Beschichtungszyklen, die verwendet werden, um Materialschichten auf freiliegende Oberflächen des Substrats aufzubringen, das innerhalb der Reaktionskammer aufgenommen ist, sich kombinieren, um dieselbe Dünnfilm-Materialschicht auf inneren Oberflächen von Auslassleitungen und der Vakuumpumpe aufzubringen, was schließlich zu einer unerwünschten Oberflächenverunreinigung und einem letztlichen Vakuumpumpenausfall führt. Obwohl verschiedene Fallenmechanismen zum Entfernen von nicht zur Reaktion gebrachten Precursoren und Reaktionsnebenprodukten aus der Ausströmung von Gas- oder Dampfabscheidungssystemen bekannt sind, soll ein besonders nützlicher Einfangmechanismus, der herkömmlich in einem ALD-System verwendet wird, eine große Oberfläche von geheizten Metallplatten innerhalb einer Fallenkammer vorsehen, damit die Precursor damit reagieren, während sie durch die Fallenkammer strömen. Eine solche Falle ist in der US 8 202 575 B2 , erteilt an Monsma et al. am 19. Juni 2012, mit dem Titel VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METHODS, offenbart. In dieser Offenbarung beschreiben Monsma et al. eine ALD-Reaktionskammer, eine Falle und eine Vakuumpumpe in Reihe, wobei die Ausströmung aus der Reaktionskammer durch die Falle strömt, bevor sie durch die Vakuumpumpe gesaugt wird. Die Falle ist speziell dazu ausgelegt, einen kleinen Gasströmungswiderstand und eine hohe Vakuumleitfähigkeit vorzusehen, während ermöglicht wird, dass derselbe Abscheidungsprozess auf Metalloberflächen stattfindet, die innerhalb der Falle vorgesehen sind, wie er auf den freiliegenden Oberflächen des Substrats stattfindet, das innerhalb der Reaktionskammer beschichtet wird. Außerdem geben Monsma et al. an, dass es erwünscht ist, ein Fallenmaterial mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die abgeschiedenen Materialien vorzusehen, um zu verhindern, dass die Beschichtungsschicht, die auf den Oberflächen des Fallenmaterials gebildet wird, reißt oder abblättert und in die Vakuumpumpe getragen wird. Ein Problem bei dem von Monsma et al. vorgeschlagenen Fallensystem besteht jedoch darin, dass, damit die Fallenmaterialien mit den Precursoren in der Ausströmung reagieren, beide Precursor verfügbar sein müssen, um an der Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen teilzunehmen, und wenn beide Precursor nicht in der Ausströmung zur Verfügung stehen, es der ALD-Reaktion innerhalb der Falle misslingt, Materialschichten zu bilden, und der Betrieb der Falle abbricht und nicht zur Reaktion gebrachte Precursormaterialien zur Vakuumpumpe weitergeleitet werden.
Herkömmliche PEALD und Precursoreinfang
Herkömmliche Systeme zur plasmaaktivierten Atomschichtabscheidung (PEALD) arbeiten als Gas- oder Dampfabscheidungssystem, das verwendbar ist, um Dünnfilm-Materialschichten auf einer freiliegenden Oberfläche von einem oder mehreren Substraten abzuscheiden. Im Betrieb werden Substrate innerhalb einer im Wesentlichen abgedichteten Reaktionskammer angeordnet, die im Allgemeinen auf einen niedrigen Abscheidungsdruck, z. B. 1,33•10^-4 bis 1,33•10^-2 mbar (0,1 bis 10 Millitorr), evakuiert und auf eine Reaktionstemperatur, z. B. zwischen 75 und 750 °C, erhitzt wird. Ein erster Precursor oder Reaktant, z. B. eine molekulare Chemikalie wie z. B. ein Dampfphasen-Metallatom enthaltendes Molekül, wird in den Reaktionsraum als Dampf eingeführt, um mit freiliegenden Oberflächen der Substratbeschichtungsoberfläche zu reagieren. Ein inertes Trägergas kann mit dem ersten Precursor während der Zufuhr des ersten Precursors vermischt werden. Nach einer gewünschten Einwirkungszeit wird der erste Precursor dann aus der Reaktionskammer entfernt oder gespült. Der Spülzyklus umfasst im Allgemeinen das Saugen von Gas aus der Reaktionskammer durch eine Austrittsöffnung in Fluidverbindung mit einer Vakuumpumpe. Danach wird ein zweiter Precursor oder Reaktant mit einem Fluss von Radikalen, die durch Dissoziation eines molekularen Gases erzeugt werden, das durch eine Plasmaquelle oder eine andere Radikalerzeugungstechnik zugeführt wird, in den Reaktionsraum eingeführt, um mit freiliegenden Oberflächen der Substratbeschichtungsoberfläche zu reagieren.
In den PEALD-Systemen weist der zweite Precursor freie Radikale auf, die durch Anregen eines Gasprecursors in einen Plasmazustand oder durch andere Radikalerzeugungstechniken erzeugt werden. Insbesondere werden molekulare Gase wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und andere molekulare Gase oder Gasgemische durch einen Plasmagenerator angeregt und ein Fluss von freien Radikalen wird in die Reaktionskammer zugeführt, um mit den freiliegenden Oberflächen des Substrats zu reagieren. Die freien Radikale umfassen ein oder mehrere Atome oder Atomgruppen mit einem oder mehreren freien Elektronen, so dass die Radikale sehr reaktiv sind, aber ihre Lebensdauern sind gewöhnlich kurz, da von ihnen angenommen wird, dass sie sich schnell zu relativ inerten molekularen Spezies rekombinieren.
Wie bei herkömmlichen ALD-Systemen kann ein inertes Trägergas mit dem Plasmaprecursor während seiner Zufuhr vermischt werden. Der zweite Precursor wird dann aus der Reaktionskammer durch die Austrittsöffnung entfernt oder gespült, wie vorstehend beschrieben. Im Allgemeinen bringt der vorstehend beschriebene Plasmabeschichtungszyklus mit zwei Precursoren eine einzelne Materialdickenschicht auf die freiliegenden Oberflächen eines Substrats auf, das innerhalb der Reaktionskammer angeordnet ist, wobei die Einzelschicht-Materialdicke im Bereich von 0,5 bis etwa 2,0 Å liegt. Typischerweise wird der Zyklus mit zwei Precursoren wiederholt, um eine Vielzahl von einzelnen Materialdickenschichten übereinander aufzubringen, um eine gewünschte Materialdicke zu erreichen.
Ein Beispiel eines herkömmlichen PEALD-Systems ist in US 2010 / 0 183 825 Al von Becker et al., veröffentlicht am 22. Juli 2010, mit dem Titel PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METHOD, offenbart. In dieser Offenbarung beschreiben Becker et al. eine Plasma-Reaktionskammer, die eine erste Precursor-Öffnung zum Einführen von Nicht-Plasma-Precursoren in die Reaktionskammer und eine zweite Precursor-Öffnung oder einen oberen Durchlass, der durch Plasma angeregte Precursormaterialien in die Reaktionskammer einführt, umfasst. Becker et al. offenbaren ein Vakuumsystem in 10, das eine Turbovakuumpumpe umfasst, die zum Entfernen der Ausströmung aus der Reaktionskammer durch eine in 6 gezeigte Fallenanordnung arbeitet. Die Offenbarung beschreibt die Fallenanordnung als beheizt, um mit Precursor und/oder Plasmagasen in einer Gasausströmung zu reagieren, die aus der Gasabscheidungskammer austritt. Die Reaktion zwischen den freiliegenden Fallenmaterialoberflächen, die innerhalb der Falle angeordnet sind, und irgendeinem restlichen nicht zur Reaktion gebrachten Precursordampf und/oder nicht zur Reaktion gebrachten Plasmaradikalen von der Ausströmung entfernt nicht zur Reaktion gebrachten Precursor aus der Ausströmung und scheidet dasselbe Material auf den freiliegenden Fallenmaterialoberflächen ab, wie es auf dem Substrat innerhalb der Reaktionskammer abgeschieden wird.
Zerfall von freien Radikalen
Ein Problem bei dem von Becker et al. vorgeschlagenen PEALD-System bezieht sich jedoch auf die hohe Reaktivität und den schnellen Zerfall der durch Plasma angeregten Precursorradikale in einen nicht angeregten Zustand und diese Faktoren beeinflussen den Systembetrieb auf zwei Weisen. Bei einem ersten zugehörigen Problem können die freien Radikale des Plasmaprecursors in einen nicht angeregten Zustand zerfallen oder mit anderen Oberflächen innerhalb der Reaktionskammer reagieren, bevor sie mit freiliegenden Oberflächen des beschichteten Substrats reagieren. Folglich kann die gewünschte selbstbegrenzende ALD-Reaktion, von der erwartet wird, dass sie innerhalb der Reaktionskammer stattfindet, aufgrund des Mangels an Plasmaradikalen an den freiliegenden Oberflächen nicht bis zur Vollendung fortfahren, so dass die freiliegenden Oberflächen des Substrats nicht vollständig beschichtet werden.
Bei einem zweiten zugehörigen Problem können die freien Radikale des Plasmaprecursors in einen nicht angeregten Zustand zerfallen oder mit anderen Oberflächen innerhalb der Reaktionskammer reagieren, bevor sie mit freiliegenden Fallenmaterialoberflächen innerhalb der Falle reagieren. Folglich kann dieselbe gewünschte selbstbegrenzende ALD-Reaktion mit den Fallenmaterialien, die verwendet werden, um nicht zur Reaktion gebrachte Precursor aus der Ausströmung zu entfernen, nicht bis zur Vollendung fortfahren, so dass die freiliegenden Oberflächen innerhalb der Falle nicht vollständig beschichtet werden, was schließlich zum Abbruch jeder Reaktion des ersten und des zweiten Precursors mit freiliegenden Oberflächen innerhalb der Falle führt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der Probleme, die mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen verbunden sind, die vorstehend dargelegt sind, stellt die vorliegende Erfindung verschiedene Betriebsverfahren für ein Atomschichtabscheidungssystem bereit, das durch Plasma oder anderweitig erzeugte freie Radikale verwendet, um mit Beschichtungsoberflächen zu reagieren.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bzw. 10 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Insbesondere umfasst jede Abscheidung das Durchführen einer Vielzahl von Materialabscheidungs-Beschichtungszyklen von einem oder mehreren Substraten, die in einer Reaktionskammer enthalten sind. Während jedes Abscheidungszyklus wird ein erster Precursor in die Reaktionskammer zugeführt, um mit freiliegenden Oberflächen des einen oder der mehreren Substrate zu reagieren, und die Reaktionskammer wird durch Entfernen der ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer gespült, wobei die erste Ausströmung nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor umfasst. Die erste Ausströmung umfasst auch ein Inertgas und Reaktionsnebenprodukte. Die erste Ausströmung wird dann durch eine Falle geleitet. Die Falle umfasst eine große Fläche von Fallenmaterialoberflächen, die zur Reaktion mit dem nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor geeignet sind. Da jedoch ein zweiter Precursor, der in die Reaktionskammer zugeführt wird, freie Radikale sind, die wahrscheinlich in einen nicht angeregten Zustand zerfallen, bevor sie mit den Fallenmaterialoberflächen reagieren, wird eine Quelle eines zweiten alternativen Precursors bereitgestellt und durch die Falle geleitet. Der alternative zweite Precursor ist zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen auf eine Weise geeignet, die abschließt, dass die Fallenmaterialoberflächen in die Lage versetzt werden, mit dem nicht umgesetzten ersten Precursor von der ersten Ausströmung eines nächsten Beschichtungszyklus zu reagieren und diesen zu entfernen. Insbesondere ist der alternative zweite Precursor eine zweite Precursor-Quelle und wird nicht aus der Reaktionskammer entnommen. Da die Reaktion zwischen dem ersten Precursor und den freiliegenden Oberflächen innerhalb der Reaktionskammer bei einer speziellen Reaktionstemperatur stattfindet, umfasst das Betriebsverfahren außerdem ferner das Halten der Fallenmaterialoberflächen auf der Reaktionstemperatur.
In anschließenden Schritten wird nach dem Entfernen der ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer ein zweiter Precursor mit freien Radikalen in die Reaktionskammer zugeführt, um mit den freiliegenden Substratoberflächen zu reagieren. Danach wird die zweite Ausströmung aus der Reaktionskammer entfernt, die zweite Ausströmung wird jedoch nicht durch die Falle geleitet.
Eine Atomschichtabscheidungsvorrichtung, die für die vorstehend beschriebenen Verfahren geeignet ist, umfasst eine Reaktionskammer, die dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Substrate darin für Abscheidungsmaterialzyklen zu stützen. Eine erste Precursor-Leitung führt einen ersten Precursor in die Reaktionskammer zu, um mit freiliegenden Oberflächen des Substrats zu reagieren. Ein Vakuumsystem ist vorgesehen, um eine erste Ausströmung, die nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor umfasst, aus der Reaktionskammer zu spülen oder zu entfernen. Die erste Ausströmung wird nach einer gewünschten Einwirkungszeit (Aussetzungszeit) zwischen dem ersten Precursor und den Substratoberflächen entfernt, die so kurz oder länger sein kann als die Zeit, die erforderlich ist, um ein oder zwei Gasvolumina gleich dem Volumen der Reaktionskammer zu entfernen.
Eine Falle mit Fallenmaterialoberflächen ist angeordnet, um die erste Ausströmung durch die Falle zu empfangen. Die Fallenmaterialoberflächen sind zur Reaktion mit und zum Entfernen im Wesentlichen des ganzen nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursors aus der ersten Ausströmung geeignet. Eine Quelle eines alternativen zweiten Precursors ist vorgesehen, um einen alternativen zweiten Precursor in die Falle zuzuführen. Der alternative zweite Precursor ist ein Precursormaterial, das zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen auf eine Weise geeignet ist, die die durch den ersten Precursor vorgebrachte Reaktion vollendet, um eine Materialschicht auf den Fallenmaterialoberflächen auszubilden, während auch die Fallenmaterialoberflächen auf die Reaktion mit dem ersten Precursor im nächsten Abscheidungszyklus vorbereitet werden. Die Falle umfasst eine Heizvorrichtung zum Heizen der Reaktionsoberflächen auf eine gewünschte Reaktionstemperatur.
Eine zweite Precursor-Leitung ist vorgesehen, um einen zweiten Precursor in die Reaktionskammer zur Reaktion mit den freiliegenden Oberflächen des Substrats zuzuführen, nachdem die freiliegenden Oberflächen mit dem ersten Precursor reagiert haben. Ein Plasmagenerator ist der zweiten Precursor-Leitung zugeordnet, um den zweiten Precursor anzuregen, um freie Radikale des zweiten Precursors zu erzeugen. Nach der Reaktion mit den Substratoberflächen entfernt das Vakuumsystem eine zweite Ausströmung aus der Reaktionskammer. Die zweite Ausströmung entfernt im Wesentlichen den ganzen zweiten Precursor aus der Reaktionskammer, ohne die zweite Ausströmung durch die Falle zu leiten. Die meisten oder alle der freien Radikale der zweiten Ausströmung können jedoch in einen Zustand mit niedrigerer Energie zerfallen sein, bevor sie die Reaktionskammer verlassen.
Das Vakuumsystem umfasst eine Hauptvakuumpumpe in Fluidverbindung mit der Reaktionskammer durch einen Vakuumflansch, der mit der Reaktionskammer koppelt. Eine erste Vakuumleitung erstreckt sich vom Vakuumflansch zur Hauptvakuumpumpe und die Falle ist entlang der ersten Vakuumleitung angeordnet, so dass Gase, die durch die erste Vakuumleitung strömen, durch die Falle hindurchtreten. Ein steuerbares erstes Vakuumventil ist entlang der ersten Vakuumleitung zwischen dem Vakuumflansch und der Falle angeordnet. Eine zweite Turbovakuumpumpe ist mit dem Vakuumflansch gekoppelt, um niedrigere Vakuumdrücke in der Reaktionskammer zu erreichen, insbesondere für die plasmaaktivierte Atomschichtabscheidung, und um die Ausströmung aus der Reaktionskammer zu entfernen. Eine zweite Vakuumleitung erstreckt sich zwischen der Turbovakuumpumpe und der Hauptvakuumpumpe, ohne durch die Falle zu verlaufen. Ein zweites Vakuumventil ist entlang der zweiten Vakuumleitung zwischen der Turbovakuumpumpe und der Hauptvakuumpumpe angeordnet. Die Hauptvakuumpumpe ist eine Vorpumpe, die betriebsfähig ist, um die Reaktionskammer auf einen Vakuumdruck von etwa 0,0133 mbar (10 Millitorr) zu pumpen. Die zweite Turbovakuumpumpe ist eine Endpumpe, die in der Lage ist, die Reaktionskammer auf einen Vakuumdruck von etwa 1,33•10^-6 mbar (1,0 µTorr) zu pumpen.
Figurenliste
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus einer ausführlichen Beschreibung der Erfindung und von Beispielausführungsbeispielen derselben am besten verstanden, die für die Zwecke der Erläuterung ausgewählt sind und in den zugehörigen Zeichnungen gezeigt sind, in der:

1 stellt ein beispielhaftes schematisches Diagramm eines PEALD-Systems dar.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
Überblick
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein nicht begrenztes beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Systems zur plasmaaktivierten Atomschichtabscheidung (PEALD) und zugehörige Betriebsverfahren sowie Substrate, die durch die beschriebenen Verfahren beschichtet werden. Insbesondere umfasst das System eine Reaktionskammer, die für das Dünnfilmwachstum auf freiliegenden Oberflächen von Substraten, die innerhalb der Reaktionskammer angeordnet sind, geeignet ist. Die Reaktionskammer ist eine Vakuumkammer, die durch zwei verschiedene Vakuumpumpen auf Vakuumdrücke gepumpt wird. Jede Vakuumpumpe ist mit der Vakuumkammer durch eine unterschiedliche Austrittsöffnung und einen unterschiedlichen Vakuumleitungsweg verbunden. Insbesondere sind verschiedene Ausströmungsleitungen und/oder Vorleitungen jeder Vakuumpumpe zugeordnet und jeder separate Vakuumleitungsweg umfasst ein oder mehrere Ventile, die durch eine elektronische Steuereinheit betätigbar sind, um die Gasausströmung aus der Reaktionskammer zu modifizieren und umzuleiten, damit sie aus dem System entlang verschiedener Vakuumleitungswege ausströmt. Insbesondere umfasst ein erster Vakuumleitungsweg, der verwendet wird, um Nicht-Plasma-Precursor zu entfernen und einzufangen, eine herkömmliche ALD-Falle; ein zweiter Vakuumleitungsweg, der verwendet wird, um Plasmaprecursor zu entfernen, umfasst jedoch keine Falle. Folglich tritt nur der erste Precursor in die ALD-Falle ein. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch eine Quelle eines alternativen zweiten Precursors, die einen zweiten Precursor, z. B. Wasserdampf, in die ALD-Falle zuführt, um eine ALD-Reaktion mit freiliegenden Oberflächen eines Fallenmaterials, das innerhalb einer Fallenkammer angeordnet ist, zu vollenden. Folglich wird die Quelle des alternativen zweiten Precursors der vorliegenden Erfindung verwendet, um weiterhin freiliegende Fallenmaterialoberflächen innerhalb der Falle auf die Reaktion mit dem ersten Precursor beim nächsten ALD-Beschichtungszyklus vorzubereiten. Eine nicht begrenzende Beispiel-PEALD-Reaktionskammer, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in US 2010 / 0 183 825 Al von Becker et al., veröffentlicht am 22. Juli 2010, mit dem Titel PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METHOD offenbart, die in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke hierin aufgenommen wird.
Definitionen

Die folgenden Definitionen werden durchweg verwendet, wenn nicht speziell anders angegeben:

BEGRIFF	DEFINITION
PEALD	Plasmaaktivierte Atomschichtabscheidung
ALD	Atomschichtabscheidung
PLASMA	Der vierte Zustand von Materie. Ein teilweise ionisiertes Gasgemisch, das aus Ionen, die zur physikalischen Wechselwirkung mit einer Festkörperoberfläche in der Lage sind, freien Radikalen und neutralen Nebenprodukten, die zur chemischen Reaktion mit einer Festkörperoberfläche in der Lage sind, und Photonen besteht.
FREIES RADIKAL	Ein Atom oder eine Gruppe von Atomen, die mindestens ein ungepaartes Elektron enthalten und für eine kurze Zeitdauer vor der Reaktion unter Erzeugung eines stabilen Moleküls existieren.

Elementnummerliste

Die folgenden Elementnummern werden durchweg verwendet, wenn nicht speziell anders angegeben.

#	BESCHREIBUNG	#	BESCHREIBUNG
100	PEALD-System	170	Erstes Vakuumventil
105	Reaktionskammer	175	ALD-Falle
110	Substrat	180	Turbomolekular-Vakuumpumpe
115	Substratbeschichtungsoberfläche	185	Vakuumschieberventil
120	Gas- und Precursor-Zufuhrmodul	190	Zweite Vakuumleitung
125	Elektronische Steuereinheit	195	Zweites Vakuumventil
130	Öffnung und Leitung für den ersten Precursor	196	Drucksensor
135	Öffnung und Leitung für den zweiten Precursor	198	Fallenheizvorrichtung
140	Plasmagenerator	200	Zufuhr des alternativen zweiten Precursors
145	Zweites Impulsventil	202	Verdampfer
146	Massendurchfluss-Steuereinheit	205	Ventil.
150	Erstes Impulsventil	210	Inertgas-Zufuhrleitung
155	Hauptvakuumpumpe	211	Inertgas- Einlassöffnung
160	Vakuumflansch	215	Ventil
165	Erste Vakuumleitung	220	Ventil

Beispielhafte Systemarchitektur
Mit Bezug auf 1 ist nun ein nicht begrenzendes beispielhaftes PEALD-System (100) gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das PEALD-System (100) umfasst eine zur PEALD konfigurierte Reaktionskammer (105), die ein Substrat (110) aufnimmt, das auf einer Substratträgeroberfläche gestützt wird, die durch eine geheizte Aufspannplatte (111) vorgesehen ist. Das Substrat wird in einer Beschichtungsposition gestützt, so dass Precursordämpfe und/oder ein freier Plasmaradikal, die in die Reaktionskammer zugeführt werden, auf eine nach oben gewandte Beschichtungsoberfläche (115) auftreffen. In anderen nicht begrenzenden beispielhaften Ausführungsbeispielen kann die Reaktionskammer eine Vielzahl von Substraten (110) auf der Trägeroberfläche stützen, die durch die geheizte Aufspannplatte (111) vorgesehen ist, wobei jedes Substrat eine nach oben gewandte Beschichtungsoberfläche (115) aufweist, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gaszufuhrmodul
Ein Gas- und Precursor-Zufuhrmodul (120) umfasst eine Zufuhr von verschiedenen Prozessdämpfen und -gasen, die in abgedichteten Behältern gespeichert sind, die verwendet werden, um flüssige und feste Precursormaterialien zu speichern, und/oder in Druckgaszylindern gespeichert sind, die verwendet werden, um Gasprecursoren zu speichern, wie z. B. reaktive Plasmagase, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf O₂, N₂, H₂, NH₃ oder dergleichen, und gasförmige erste Precursor sowie Inertgase, die als Trägergase und/oder Spülgase verwendbar sind. Das Gasmodul (120) umfasst auch steuerbare Ventile oder Massendurchflussregler (145) und (150), die durch eine elektronische Steuereinheit (125) zum Öffnen, Schließen oder Herstellen einer gewünschten Massendurchflussrate eines Eingangsgasgemisches betätigbar sind, wie erforderlich, um ausgewählte Precursor, Trägergase und/oder Spülgase in die Reaktionskammer (105) zuzuführen.
Behälter für flüssige und Gasprecursoren können einen Gasblasenerzeuger oder eine andere Verdampfungsvorrichtung umfassen, die verwendbar ist, um einen Precursor zu verdampfen oder anderweitig dessen Dampfdruck zu erhöhen und/oder eine schnelle Dampfströmung in die Reaktionskammer zu fördern. Das Gas- und Precursormodul (120) kann ferner andere Gas- und Dampfströmungs-Modulationselemente umfassen, die durch die elektronische Steuereinheit (125) steuerbar sind, wie erforderlich zum Mischen, Leiten und/oder Modulieren des Precursordampfmaterials, das von einem flüssigen oder einem festen Precursor zusammengetragen wird, und/oder des Inertgases, das als Trägergas und/oder Spülgas oder beides verwendbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Gas- und Precursor-Zufuhrmodul (120) ferner Precursor-Heizvorrichtungen, nicht gezeigt, die vorgesehen sind, um Precursor-Behälter vorzuheizen oder anderweitig Precursormaterialien zu heizen, wie erforderlich, um den Dampfdruck zu erhöhen und jeden Precursor mit einer gewünschten Precursortemperatur zuzuführen. In einem nicht begrenzenden Beispielausführungsbeispiel werden Precursoren auf eine Temperatur von etwa 70 °C geheizt, die vorzugsweise geringer ist als eine thermische Zersetzungstemperatur des Precursordampfs. Außerdem kann das Gas- und Precursor-Modul (120) einen oder mehrere Druckregler, Massendurchflussregler oder Strömungsdrosseln und verschiedene Druck-, Temperatur- und Durchflussratensensoren oder dergleichen, nicht gezeigt, umfassen, wie erforderlich, um Rückmeldungssignale zur elektronischen Steuereinheit (125) zu liefern und das PEALD-System in einer Vielzahl von verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, einschließlich des Vorsehens von verschiedenen Precursorkombinationen, wie erforderlich, zum Durchführen einer Vielzahl von verschiedenen Materialbeschichtungszyklen, um ein oder mehrere verschiedene Substratoberflächenmaterialien mit einer oder mehreren verschiedenen Festkörper-Materialschichten zu beschichten.
Das nicht begrenzendes beispielhafte PEALD-System (100) umfasst zwei Precursor-Zufuhrwege, wie nachstehend beschrieben, zur Reaktionskammer (105), ein Zufuhrweg ist jedoch verwendbar, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Eine Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor führt Nicht-Plasma-Precursoren in die Reaktionskammer (105) zu. Die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor ist an einer Position über der Substratbeschichtungsoberfläche (115) angeordnet und die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor ist unter einem Winkel orientiert, der vorzugsweise das Precursoreingangsmaterial in einem Eingangswinkel lenkt, der bewirkt, dass der Precursoreingangsstrom nahe einer Mitte der Substratbeschichtungsoberfläche (115) auftrifft, wenn das Substrat (110) durch die Substratträgeroberfläche gestützt wird, die durch die geheizte Aufspannplatte (111) vorgesehen ist. Eine Öffnungs- und Eingangsleitung (135) für den zweiten Precursor verläuft durch einen Plasmagenerator (140), der eine Plasmaerregerröhre, nicht gezeigt, umfasst, die innerhalb des Plasmagenerators (140) angeordnet ist. Der Plasmagenerator (140) wird durch die elektronische Steuereinheit (125) gesteuert, um entweder den zweiten Precursor innerhalb der Plasmaerregerröhre anzuregen; oder nicht. Folglich sind Nicht-Plasma-Precursor und/oder Spülgas auch in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (135) für den zweiten Precursor zuführbar, indem einfach der Plasmagenerator (140) nicht betrieben wird.
Sowohl die Öffnung und Leitung (130) für den ersten Precursor als auch die Öffnung und Leitung (135) für den zweiten Precursor umfassen ein steuerbares Gasmodulationselement oder ein solches ist diesen zugeordnet, wie z. B. ein erstes Impulsventil (150), zum Modulieren der Strömung des ersten Precursors durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor, eine Massendurchflusssteuereinheit (146) zum Modulieren der Strömung eines Plasmaprecursors durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (135) für den zweiten Precursor und/oder ein optionales zweites Impulsventil (145). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sowohl dem ersten Impulsventil (150), die Massendurchflusssteuereinheit (146) und das optionale zweite Impulsventil (145) innerhalb des Gasströmungsmoduls (120) nahe den Precursor-Zufuhrbehältern angeordnet. Der Deutlichkeit halber zeigt jedoch 1 das erste Impulsventil (150) entlang der Öffnung und Leitung (130) für den ersten Eingangsprecursor angeordnet, um die Gasströmung durch diese zu modulieren. Das Impulsventil (150) für den ersten Precursor ist durch die elektronische Steuereinheit (125) zum Öffnen und Schließen für eine Impulsdauer entsprechend einem gewünschten Volumen des ersten Precursorgases steuerbar, das zum Zuführen in die Reaktionskammer (105) ausgewählt wird. Im Fall des Plasmaprecursors zeigt 1 der Deutlichkeit halber die Massendurchflusssteuereinheit (146) entlang der Öffnung und Leitung (135) für den zweiten Precursor angeordnet, sie ist jedoch vorzugsweise innerhalb des Gaszufuhrmoduls (120) angeordnet. Die Massendurchflusssteuereinheit (146) wird verwendet, um eine Massendurchflussrate von Plasmagasprecursor zu modulieren, der durch die Öffnung und Leitung (135) für den zweiten Eingangsprecursor strömt, um eine gewünschte Massendurchflussrate von Plasmaprecursor zuzuführen, die zur Zufuhr in die Reaktionskammer (105) ausgewählt wird. Die Massendurchflusssteuereinheit (146) ist durch die elektronische Steuereinheit (125) steuerbar und ist betätigbar, um eine Massendurchflussrate eines durch diese strömenden Gases zu ändern.
Das PEALD-System (100) kann ferner ein optionales zweites Impulsventil (145) umfassen, das durch die elektronische Steuereinheit (125) steuerbar ist. Das zweite Impulsventil (145) ist verwendbar, um thermische ALD-Abscheidungszyklen unter Verwendung eines zweiten Nicht-Plasma-Precursors zur Reaktion mit freiliegenden Oberflächen des Substrats (110) durchzuführen. Während der thermischen ALD-Abscheidungszyklen wird die Massendurchflusssteuereinheit (146) nicht verwendet, um die Massendurchflussrate des zweiten Precursors zu modulieren. Stattdessen ist das optionale zweite Impulsventil (145) durch die elektronische Steuereinheit (125) zum Öffnen und Schließen für eine Impulsdauer entsprechend einem gewünschten Volumen des zweiten Precursorgases steuerbar, das zur Zufuhr in die Reaktionskammer (105) ausgewählt wird.
Wie in 1 dargestellt, ist das optionale zweite Impulsventil (145) der Öffnungs- und Eingangsleitung (135) für den zweiten Precursor zugeordnet gezeigt, um zu betonen, dass ein zweiter Nicht-Plasma-Precursor in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (135) für den zweiten Precursor zugeführt werden kann, es ist jedoch bevorzugt, dass das optionale zweite Impulsventil (145) innerhalb des Gas- und Precursor-Zufuhrmoduls (120) angeordnet ist. Alternativ kann das optionale zweite Impulsventil (145) der Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor zugeordnet sein, um einen zweiten Nicht-Plasma-Precursor in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor zuzuführen. Folglich wird in einer optionalen thermischen ALD-Betriebsumgebung ein erster Nicht-Plasma-Precursor in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor zugeführt und durch das erste Impulsventil (150) moduliert; und ein zweiter Nicht-Plasma-Precursor wird in die Reaktionskammer (105) ohne Plasmaanregung durch die Öffnung und Leitung (135) für den zweiten Precursor zugeführt und durch das optionale zweite Impulsventil (145) moduliert.
In einem anderen optionalen thermischen ALD-Ausführungsbeispiel wird ein erster Nicht-Plasma-Precursor in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor zugeführt und durch das erste Impulsventil (150) moduliert; und ein zweiter Nicht-Plasma-Precursor wird in die Reaktionskammer (105) durch die Öffnung und Leitung (130) für den ersten Precursor zugeführt und durch das optionale zweite Impulsventil (145) moduliert. In einem nicht begrenzenden Beispielausführungsbeispiel liegen die Impulsdauern des ersten Impulsventils (150) und des optionalen zweiten Impulsventils (145) im Bereich zwischen 1 und 15 ms. Außerdem ist die Impulsventildauer sowohl des ersten und des zweiten Impulsventils (150) und (145) unabhängig steuerbar entweder durch die elektronische Steuereinheit (125), durch Benutzereingabe oder durch mechanische Einstellung der Impulsventile (150) und (145).
Sowohl das zweite als auch das erste Impulsventil (145) und (150) als auch die Massendurchflusssteuereinheit (146) können eine Inertgas-Einlassöffnung (211) umfassen, die mit einer Inertgas-Zufuhrleitung (210) verbunden ist. Die Inertgas-Einlassöffnung (211), die sowohl am zweiten und ersten Impulsventil (145) und (150) als auch an der Massendurchflusssteuereinheit (146) vorgesehen sind, empfängt Inertgas von der Inertgas-Zufuhrleitung (210) und führt das Inertgas in die Reaktionskammer (105) durch eine entsprechende Öffnung und Leitung (130) für den ersten Precursor oder Öffnung und Leitung (135) für den zweiten Precursor zu. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Inertgas-Einlassöffnungen (211) immer offen, wodurch ermöglicht wird, dass eine kontinuierliche Strömung von Inertgas durch jede Inertgas-Öffnung (211) zur Reaktionskammer (105) hindurchgeht. In anderen Ausführungsbeispielen sind das erste Impulsventil (150) und das zweite Impulsventil (145) zum Schließen der entsprechenden Inertgas-Öffnungen (211) betätigbar, außer wenn das entsprechende Impulsventil durch das Steuermodul (125) betätigt wird. In beiden Fällen vermischt sich das durch die Inertgas-Einlassöffnungen (211) eintretende Inertgas mit einem Precursor, der zur Reaktionskammer (105) strömt.
Vakuumsystem
Das nicht begrenzende beispielhafte PEALD-System (100) umfasst eine Hauptvakuumpumpe (155) und eine Turbomolekularvakuumpumpe (180). Die Hauptvakuumpumps (155) ist mit einem Vakuumflansch (160) durch eine erste Vakuumleitung (165) fluidtechnisch verbunden, die sich zwischen dem Vakuumflansch (160) und der Hauptvakuumpumpe (155) erstreckt. Ein erstes Vakuumventil (170) ist betätigbar, um die erste Vakuumleitung (165) unter der Steuerung der elektronischen Steuereinheit (125) zu öffnen oder zu schließen. Eine herkömmliche ALD-Falle (175) ist entlang der ersten Vakuumleitung (165) angeordnet, so dass jede Ausströmung aus der Reaktionskammer (105), die durch die erste Vakuumleitung (165) hindurchgeht, auch durch die ALD-Falle (175) hindurchgeht, bevor sie die Hauptvakuumpumpe (155) erreicht. Insbesondere umfasst die ALD-Falle (175) eine große innere Materialoberfläche, z. B. eine Vielzahl von eng beabstandeten Metallplatten oder -folien, die innerhalb einer Fallenkammer oder einer Strömungsleitung angeordnet sind, die durch die Falle gebildet ist, und das Material der großen inneren Oberfläche ist zur Reaktion mit irgendeinem nicht zur Reaktion gebrachten Precursor vorgesehen, der in der Ausströmung enthalten ist, die durch die erste Vakuumleitung (165) hindurchgeht, um dadurch nicht zur Reaktion gebrachte Precursoren aus der Ausströmung im Wesentlichen zu beseitigen, bevor die Ausströmung die Hauptvakuumpumpe (155) erreicht. Im vorliegenden Beispielausführungsbeispiel ist die Hauptvakuumpumpe (155) eine kostengünstigere Vorpumpe, die zum Pumpen der Reaktionskammer auf etwa 0,0133 mbar (10 Millitorr; 10^-2 Torr) in der Lage ist.
Die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) ist mit dem Vakuumflansch (160) durch ein Vakuumschieberventil (185) fluidtechnisch verbunden. Die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) entzieht die Ausströmung von der Reaktionskammer (105), wenn das Vakuumschieberventil (185) geöffnet ist. Die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) arbeitet zum Vorsehen von niedrigeren Vakuumdrucken in der Reaktionskammer (105) als diese durch die Hauptvakuumpumpe (155) bereitgestellt werden könnten. Die niedrigeren Drücke verbessern gewöhnlich die Leistung der plasmaaktivierten Atomschichtabscheidung durch Verbessern der Zufuhr des durch Plasma angeregten zweiten Precursors zur freiliegenden Oberfläche der Substrate. Das Vakuumschieberventil (185) ist durch die elektronische Steuereinheit (125) zum Öffnen und Schließen einer Austrittsöffnung der Reaktionskammer (105) betätigbar, die durch den Vakuumflansch (160) gebildet ist, und die Austrittsöffnung der Reaktionskammer (105), die der Turbomolekularpumpe (180) zugeordnet ist, ist beträchtlich größer als eine Austrittsöffnung, die durch den Vakuumflansch (160) verläuft, die seiner Verbindung zur der ersten Vakuumleitung (165) zugeordnet ist. Wie nachstehend weiter beschrieben wird, wird das Vakuumschieberventil (185) geschlossen, um eine erste Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) durch die ALD-Falle (175) zu entfernen.
Eine zweite Vakuumleitung (190) oder Vorleitung erstreckt sich von der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) zur Hauptvakuumpumpe (155) über die zweite Vakuumleitung (190), die ein zweites Vakuumventil (195) umfasst, das betätigbar ist, um die zweite Vakuumleitung (190) unter der Steuerung der elektronischen Steuereinheit (125) zu öffnen oder zu schließen. Im vorliegenden Beispielausführungsbeispiel ist die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) eine Endpumpe zu höheren Kosten, die zum Pumpen der Reaktionskammer auf etwa 1,33•10^-6 mbar (1,0 µTorr; 10^-6 Torr) in der Lage ist. Im Vergleich zu herkömmlichen PEALD-Systemen saugt außerdem die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) kein Vakuum durch eine Falle, was daher die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) der vorliegenden Erfindung effizienter macht als herkömmliche PEALD-Vakuumsysteme, die ein Vakuum durch eine Falle saugen. Wie nachstehend gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weiter ausführlich erläutert wird, strömt überdies der erste Precursor niemals durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und dies ermöglicht die Verwendung einer kostengünstigeren Turbomolekular-Vakuumpumpe (180), die nicht dazu ausgelegt sein muss, in einer mit Precursor verunreinigten Umgebung zu arbeiten.
Betriebsmodi
Das nicht begrenzende beispielhafte PEALD-System (100) ist betriebsfähig, um automatisch eine Vielzahl von Materialschichten auf freiliegenden Oberflächen des Substrats oder der Substrate (110) und insbesondere auf der Substratbeschichtungsoberfläche (115) abzuscheiden. Ein Einzelschichtabscheidungszyklus bezieht sich auf die Abscheidung einer einzelnen Schicht des Abscheidungsmaterials auf dem Substrat (110). Ein Beschichtungsdurchlauf oder Beschichtungsprozess bezieht sich auf eine Vielzahl von Abscheidungszyklen. In einem nicht begrenzenden Beispielbeschichtungsdurchlauf wird eine Vielzahl von Abscheidungszyklen unter Verwendung desselben Beschichtungsmaterials durchgeführt, die viele einzelne Schichten desselben Abscheidungsmaterials auf dem Substrat (110) abscheiden, bis eine gewünschte Beschichtungsdicke oder Anzahl von individuellen Materialschichten erreicht ist. In einem zweiten nicht begrenzenden Beispielbeschichtungsdurchlauf oder -prozess wird eine Vielzahl von ersten Abscheidungszyklen durchgeführt, um eine Vielzahl von Schichtdicken eines ersten Abscheidungsmaterials auf der Beschichtungsoberfläche abzuscheiden. Danach wird das PEALD-System (100) automatisch umkonfiguriert, um eine Vielzahl von zweiten Abscheidungszyklen durchzuführen, die durchgeführt werden, um eine Vielzahl von Schichtdicken eines zweiten Abscheidungsmaterials auf der Beschichtungsoberfläche über den Schichten des ersten Abscheidungsmaterials abzuscheiden. Am Ende eines Beschichtungsdurchlaufs oder -prozesses wird das Substrat (110) entfernt und gegen ein anderes unbeschichtetes Substrat ausgetauscht. In verschiedenen Kammerausführungsbeispielen kann eine Vielzahl von Substraten zum Beschichten gestützt werden und alle Substrate (110) können durch den Beschichtungsdurchlauf oder -prozess beschichtet werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst ein Einzelschichtabscheidungszyklus vier Basisschritte, 1) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche mit einem ersten Precursor, 2) Spülen des ersten Precursors aus der Reaktionskammer (105), 3) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche mit einem zweiten Precursor auf, und 4) Spülen des zweiten Precursors aus der Reaktionskammer (105). In herkömmlichen thermischen ALD- und PEALD-Systemen arbeitet eine einzelne Turbovakuumpumpe kontinuierlich, um die Ausströmung aus der Reaktionskammer zu entfernen und die ganze Ausströmung durch eine ALD-Falle zu saugen. In dem speziellen Fall irgendeines PEALD-Systems ist der zweite Precursor ein Plasmaprecursor, der Radikale mit hoher Energie aufweist.
Gemäß einem nicht begrenzenden Betriebsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nur die Ausströmung von den obigen Schritten 1 und 2, wobei die Ausströmung den ersten Precursor enthält, durch die ALD-Falle (175) durch die Hauptvakuumpumpe (155) gesaugt, und dies wird durch Schließen des Vakuumschieberventils (185) durchgeführt, um ausschließlich Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) durch die Hauptvakuumpumpe (155) zu saugen. Ansonsten wird während der Schritte 3 und 4, in denen die Ausströmung einen Plasmaprecursor enthält, die Ausströmung nicht durch die ALD-Falle (175) gesaugt, stattdessen wird sie jedoch aus der Reaktionskammer (105) durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) gesaugt und dann aus dem System durch die Hauptvakuumpumpe (155) ausgelassen, wenn beide Pumpen gleichzeitig arbeiten. Insbesondere ist während der Schritte 3 und 4 das Vakuumschieberventil (185) geöffnet und das erste Vakuumventil (170) ist geschlossen. Überdies wird die Ausströmung, die den Plasmaprecursor enthält, überhaupt nicht durch eine Falle geleitet, da die Plasmaradikale gewöhnlich schnell genug zerfallen, dass sie im Wesentlichen nicht reaktiv sind, bis sie den Vakuumflansch (160) erreichen.
Die Prozessschritte, die dem verbesserten Betrieb der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, sind wie folgt: 1) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche (115) mit einem ersten Precursor, der durch die Öffnungs- und Eingangsleitung (130) für den ersten Precursor zugeführt wird; und 2) Spülen des ersten Precursors aus der Reaktionskammer (105), während das Vakuumschieberventil (185) und das zweite Vakuumventil (195) geschlossen sind und das erste Vakuumventil (170) geöffnet ist, so dass die ganze Ausströmung, die den Vakuumflansch (160) verlässt, zur ersten Vakuumleitung (165) abgeleitet und durch die ALD-Falle (175) gesaugt wird. Insbesondere wird der erste Nicht-Plasma-Precursor durch die ALD-Falle (175) geleitet und dies bewirkt, dass Oberflächen eines Fallenmaterials, das innerhalb der ALD-Falle (175) angeordnet ist, mit dem nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor der Ausströmung reagieren und diesen entfernen. Es führt auch zu einer Druckzunahme und einer verringerten Dampfdurchflussrate durch die Reaktionskammer (105), da während des Aussetzungsschritts des ersten Precursors die Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) ausschließlich durch die Hauptvakuumpumpe (155) gesaugt wird, die durch die ALD-Falle (175) saugt. Nach dem Durchgang durch die Hauptvakuumpumpe (155) wird die Ausströmung aus der ersten Vakuumleitung (165) zu einem Auslass abgeführt.
Nach 1) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche (115) mit einem ersten Precursor; und 2) Spülen des ersten Precursors aus der Reaktionskammer (105), während das Vakuumschieberventil (185) und das zweite Vakuumventil (195) geöffnet sind und das erste Vakuumventil (170) geschlossen ist, so dass die ganze Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und dann durch die zweite Vakuumleitung (190) durch die Hauptvakuumpumpe (155) zur Auslasslüftungsöffnung abgeleitet wird. Während des Aussetzungsschritts des zweiten Precursors wird folglich keine Falle verwendet, um nicht zur Reaktion gebrachten Precursor einzufangen, da, bis die Plasmaprecursorradikale den Vakuumflansch (160) erreichen, im Wesentlichen das ganze stark reaktive Radikalmaterial entweder mit Oberflächen innerhalb der Reaktionskammer reagiert hat oder in einen nicht reaktiven Zustand zerfallen ist. Folglich hat der Anmelder festgestellt, dass im Fall eines Plasmaprecursors, da im Wesentlichen kein nicht zur Reaktion gebrachter Plasmaprecursor in der Ausströmung aus der Reaktionskammer verbleibt, die Ausströmung, die die Reaktionskammer verlässt, die sich aus dem Plasmaprecursoraussetzung von Schritten 3 und 4 ergibt, durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) ohne Beschädigung der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) gepumpt werden kann und schließlich zum Auslass durch die Hauptvakuumpumpe (155) abgeführt werden kann. Aufgrund der Konfiguration der vorliegenden Erfindung werden, selbst wenn nicht zur Reaktion gebrachter Plasmaprecursor in der Ausströmung war, die durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) hindurchgeht, da die Pumpe nicht dem ersten Precursor in den Schritten 1 und 2 ausgesetzt wurde, überdies die Oberflächen der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) nicht auf eine Reaktion mit dem zweiten Precursor vorbereitet und daher findet keine schädliche Filmabscheidungsreaktion auf inneren Oberflächen der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) oder auf inneren Oberflächen der zweiten Vakuumleitung (190) statt, was folglich die Verwendung von weniger teuren Turbopumpen ermöglicht.
Quelle des zweiten Precursors
Obwohl das vorstehend beschriebene Vakuumsystem die Pumpeffizienz der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) verbessert und aufgrund des geringen Risikos einer Verunreinigung ermöglicht, dass eine kostengünstigere Turbovakuumpumpe verwendet wird, ermöglicht das Vakuumsystem mit zwei Vakuumpumpen nicht eine fortgesetzte Entfernung des ersten Precursors durch die ALD-Falle (175) ohne Hinzufügen einer Zufuhr (200) eines alternativen zweiten Precursors, die vorgesehen ist, um einen zweiten Precursor in die ALD-Falle (175) einzuleiten. Wie vorstehend beschrieben, wird insbesondere der erste Precursor aus der Ausströmung, die durch die erste Vakuumleitung (165) strömt, durch die ALD-Falle (175) entfernt. Dies findet statt, wenn der erste Precursor mit Fallenmaterialoberflächen reagiert und aus der Ausströmung entfernt wird. Außerdem bereitet dieselbe Reaktion, die den ersten Precursor aus der Ausströmung entfernt, die Fallenmaterialoberflächen für die Reaktion mit dem zweiten Precursor vor, während auch die Fallenmaterialoberflächen mit dem ersten Precursor unreaktiv gemacht werden. Folglich wird bei anschließenden Abscheidungszyklen, in denen nur der ersten Precursor durch die erste Vakuumleitung (165) und die ALD-Falle (175) hindurchgeht, kein weiterer erster Precursor aus den Ausströmungen entfernt, da kein zweiter Precursor zur ALD-Falle (175) strömt, um die Reaktion zwischen den nicht reaktiven Fallenmaterialoberflächen innerhalb der Falle und dem zweiten Precursor zu vollenden. Folglich wird die Zufuhr (200) des alternativen zweiten Precursors vorgesehen, wie nachstehend beschrieben.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor, das mit einer Versorgung für einen oder mehrere geeignete zweite Precursoren zum Vollenden einer Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen innerhalb der ALD-Falle (175) gefüllt ist, wenn der zweite Precursor in die ALD-Falle (175) zugeführt wird. Insbesondere ist das Zufuhrmodul (200) für den zweiten Precursor betriebsfähig, um einen zweiten Precursordampf in die ALD-Falle (175) zuzuführen, und der zweite Precursor reagiert mit den Fallenmaterialoberflächen, um die ALD-Reaktion zu vollenden, die durch den ersten Precursor gestartet wurde. Folglich bildet die Reaktion zwischen dem zweiten Precursor und den Fallenoberflächen eine Materialschicht auf den Fallenmaterialoberflächen, während auch die Fallenmaterialoberflächen auf die Reaktion mit dem ersten Precursor beim nächsten Abscheidungszyklus vorbereitet werden.
In einem nicht begrenzenden Beispielausführungsbeispiel weist das Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor eine Quelle für Wasserdampf (H₂O) auf. Das Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor ist dazu ausgelegt, den alternativen zweiten Precursor in die ALD-Falle (175) durch ein steuerbares Ventil (205) zuzuführen, das durch die elektronische Steuereinheit (125) betätigt wird. Das Ventil (205) wird geöffnet, um den alternativen zweiten Precursor in die erste Vakuumleitung (165) an einer Position zwischen dem ersten Vakuumventil (170) und der ALD-Falle (175) freizusetzen. Während das Ventil (205) geöffnet ist, ist vorzugsweise das erste Vakuumventil (170) geschlossen, um zu verhindern, dass der alternative zweite Precursor die Reaktionskammer (105) verunreinigt. Während das Ventil (205) geöffnet ist, arbeitet außerdem die Hauptvakuumpumpe (155), wodurch die Ausströmung durch die erste Vakuumleitung (165) gesaugt wird und der alternative zweite Precursor durch die ALD-Falle (175) gesaugt wird.
Das Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor ist vorzugsweise dazu ausgelegt, den alternativen zweiten Precursor mit einem inerten Trägergas, z. B. Stickstoff oder Argon, zu mischen, das vom Zufuhrmodul (120) für Gas und den alternativen zweiten Precursor über eine Inertgas-Zufuhrleitung (210) empfangen wird, die sich mit der ersten Vakuumleitung (165) an einer Position verbindet, die zwischen dem ersten Vakuumventil (170) und der ALD-Falle (175) angeordnet ist. Ein steuerbares Ventil (215) oder ein anders Gasströmungsmodulationselement ist entlang der Inertgas-Zufuhrleitung (210) zwischen dem Gas- und Precursor-Zufuhrmodul (120) und der ersten Vakuumleitung (165) angeordnet, um die Trägergasströmung zu modulieren.
Das Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor kann einen Blasenerzeuger oder Verdampfer (202) umfassen, der betriebsfähig ist, um den alternativen zweiten Precursor zu verdampfen oder dessen Dampfdruck zu erhöhen, falls erforderlich. Außerdem kann die Zufuhr (200) des alternativen zweiten Precursors eine Vielzahl von verschiedenen alternativen zweiten Precursoren, die in verschiedenen Precursor-Behältern gespeichert sind, zur Verwendung mit verschiedenen Abscheidungschemien verwenden, wie es erforderlich sein kann. Vorzugsweise umfasst jeder Behälter für den alternativen Precursor ein oder mehrere Gasströmungssteuerelemente, die durch die elektronische Steuereinheit (125) betätigbar sind, um einen alternativen zweiten Precursor auszuwählen, der an den ersten Precursor der speziellen Abscheidungschemie, die verwendet wird, angepasst ist, und den ausgewählten alternativen zweiten Precursor in die ALD-Falle (175) in geeigneten Perioden jedes Gasabscheidungszyklus zuzuführen. Außerdem kann das Zufuhrmodul (200) für den alternativen zweiten Precursor einen Teil des Gas- und Precursor-Moduls (120) umfassen und in diesem aufgenommen sein. In dieser Konfiguration kann der alternative zweite Precursor mit einem inerten Trägergas am Gas- und Precursor-Zufuhrmodul (120) gemischt werden und das Gemisch wird zur ALD-Falle (175) durch die Inertgas-Zufuhrleitung (210) zugeführt und durch das Ventil (215) moduliert, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Im Betrieb während der ersten zwei Schritte eines Abscheidungszyklus; 1) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche (115) mit einem ersten Nicht-Plasma-Precursor; und 2) Spülen des ersten Nicht-Plasma-Precursors aus der Reaktionskammer (105), ist das erste Vakuumventil (170) offen und das Vakuumschieberventil (185) und das zweite Vakuumventil (195) sind geschlossen. Dies ermöglicht, dass die Ausströmung des ersten Precursors durch die ALD-Falle (175) und aus dem System zu einem Auslass durch die Hauptvakuumpumpe (155) verläuft, ohne durch die zweite Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) hindurchzugehen. Unterdessen wird jeder nicht zur Reaktion gebrachter erster Precursor aus der Ausströmung durch Reaktion mit Fallenmaterialoberflächen, die innerhalb der ALD-Falle (175) vorgesehen sind, entfernt.
Während des dritten und des vierten Schritts des Abscheidungszyklus; 3) Aussetzen der Beschichtungsoberfläche (115) mit einem zweiten (Plasma-) Precursor, und 4) Spülen des zweiten (Plasma-) Precursors aus der Reaktionskammer (105), ist das erste Vakuumventil (170) geschlossen und das Vakuumschieberventil (185) und das zweite Vakuumventil (195) sind geöffnet. Dies ermöglicht, dass die Ausströmung des zweiten Precursors durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und dann durch die zweite Vakuumleitung (190) und aus dem System zu einer Auslasslüftungsöffnung durch die Hauptvakuumpumpe (155) verläuft. Alternativ kann die zweite Vakuumleitung (190) dazu ausgelegt sein, Auslassmaterialien, die aus der Reaktionskammer (105) entfernt werden, direkt zu einer Auslasslüftungsöffnung abzuführen, ohne durch die Hauptvakuumpumpe (155) zu verlaufen, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Während der Schritte 3) und 4) des Abscheidungszyklus ist unterdessen das Ventil (205) geöffnet, um den alternativen geöffnet freizusetzen, um den zweiten Precursor in die ALD-Falle (175) zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen, die innerhalb der Falle vorgesehen sind, zuzuführen, und das Ventil (215) ist auch geöffnet, um inertes Trägergas in die erste Vakuumleitung (165) zu liefern, um den alternativen zweiten Precursor in die ALD-Falle (175) zu tragen. Alternativ kann eine kontinuierliche Strömung von Inertgas durch die Inertgas-Zufuhrleitung (210) geleitet werden, ohne das Ventil (215) zu erfordern (d. h. das Ventil 215 kann beseitigt oder offen gehalten werden), ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann das Ventil (215) alternativ eine Massendurchflusssteuereinheit, eine Drossel oder ein anderes Element aufweisen, das zum Modulieren einer Gasdurchflussrate durch dieses geeignet ist.
Andere optionale Elemente umfassen ein betätigbares oder manuelles Ventil (220), das verwendbar ist, um die Falle von der Hauptvakuumpumpe (155) zu isolieren, und ein oder mehrere Druckerfassungselemente (196), die durch die elektronische Steuereinheit (125) lesbar sind, die angeordnet sind, um den Gasdruck an verschiedenen Stellen zu erfassen. Obwohl die erste und die zweite Vakuumleitung (165) und (190) mit der Hauptvakuumpumpe (155) an zwei Stellen verbindend dargestellt sind, ist dies außerdem nur eine schematische Darstellung und tatsächliche Konfigurationen können sich unterscheiden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann die zweite Vakuumleitung (190) die erste Vakuumleitung (165) zwischen der ALD-Falle (175) und der Hauptvakuumpumpe (155) verbinden, wobei nur die erste Vakuumleitung (165) mit einem einzelnen Flansch der Hauptvakuumpumpe (155) verbunden ist.
Fallenkonfigurationen
Die ALD-Fallenanordnung (175) weist eine herkömmliche ALD-Falle oder einen Filter auf, wie z. B. den in der US 8 202 575 B2 , erteilt am 19.06.2012 an Monsma et al., mit dem Titel VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METHODS, eingereicht am 27. Juni 2005, offenbarten, die durch den Hinweis in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird. Die ALD-Fallenanordnung (175) weist eine Fluidströmungsleitung auf, die mit einem Fallenmaterial gefüllt ist. Idealerweise ist die Anordnung der ALD-Falle (175) dazu ausgelegt, einen kleinen Gasströmungswiderstand und eine hohe Vakuumleitfähigkeit bereitzustellen.
Die ALD-Fallenanordnung (175) umfasst eine Fallenheizvorrichtung (198) und einen zugehörigen Temperatursensor, jeweils in elektrischer Kommunikation mit der elektronischen Steuereinheit (125). Das Fallenmaterial bildet eine Vielzahl von verschiedenen Elementen oder ein einzelnes Element, das mit ausreichend Oberfläche ausgebildet ist, um mit dem ersten Precursor und dem zweiten Precursor zu reagieren, die für eine erweiterte Betriebsperiode darin eingeführt sind, z. B. zig tausend Abscheidungszyklen. Über die Zeit können Materialschichten, die sich auf der Fallenoberfläche aufbauen, die Fallenleistung verschlechtern, so dass das Fallenelement entfernt und ausgetauscht werden kann, wie erforderlich, um eine gute Fallenleistung aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise wird die Fallenmaterialoberfläche auf im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die Beschichtungsoberfläche (115) erhitzt, um zu bewirken, dass der erste und der zweite Precursor mit der Fallenmaterialoberfläche reagieren und dieselben Materialschichten auf den Fallenmaterialoberflächen bilden, wie sie durch den Beschichtungsprozess auf die Substratoberfläche (115) aufgetragen werden, der in der Gasabscheidungsreaktionskammer (105) ausgeführt wird. Während des Betriebs wird die ALD-Falle (175) typischerweise auf einer erhöhten Temperatur gehalten. In einigen Ausführungsbeispielen (z. B. wenn die ALD-Falle (175) zumindest teilweise in der Auslassöffnung angeordnet ist) wird die ALD-Falle (175) auf eine ausreichende Temperatur durch Wärmeleitung von der Reaktionskammer (105) geheizt (die beispielsweise durch eine röhrenförmige Heizvorrichtung geheizt wird). In diesen Ausführungsbeispielen muss folglich die ALD-Falle (175) keine separate Heizvorrichtung (198) aufweisen.
Obwohl ein Metallfallenmaterial in verschiedenen Formen bevorzugt ist, können andere geeignete Fallenmaterialien verwendet werden. Fallenmaterialformen umfassen dünne Metallfolien, die mit einem hohen Prozentsatz der Oberfläche zur Gasströmungsrichtung parallel orientiert sind, um den Gasströmungswiderstand zu verringern. Gerippte Metallfolien sind auch verwendbar. Wenn Folien verwendet werden, ist im Wesentlichen die ganze (d. h. mehr als 99 % der) Oberfläche der ALD-Falle (175) zur Gasströmungsrichtung parallel. Die Oberfläche von Folienfallen kann durch Erweiterung der Länge, des Durchmessers und der Welligkeit eines gerippten oder gerollten Folienelements vergrößert werden. Eine Erwägung beim Auswählen eines Materials der ALD-Falle (175) besteht darin, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fallenmaterials an das Beschichtungsmaterial anzupassen, um Reißen und Abblättern des Beschichtungsmaterials innerhalb der ALD-Falle (175) zu vermeiden. Folglich kann das Fallenmaterial Folien von technisierten Metallen wie z. B. Kovar, Invar und anderen wärme- und korrosionsbeständigen Legierungen umfassen.
Andere Formen von Fallenmaterial umfassen Metallwolle oder Netzsiebe mit Edelstahl, Aluminium oder Kupfer. Granulare Materialien sind auch verwendbar, wie z. B. Aktivkohle und aktiviertes Aluminiumoxid; diese erhöhen jedoch den Gasströmungswiderstand. Von Fachleuten auf dem Gebiet wird auch erkannt, dass, obwohl die Erfindung vorstehend hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sie nicht darauf begrenzt ist. Verschiedene Merkmale und Aspekte der vorstehend beschriebenen Erfindung können individuell oder gemeinsam verwendet werden. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit ihrer Implementierung in einer speziellen Umgebung und für spezielle Anwendungen (z. B. ALD- und PEALD-Gasabscheidungssysteme) beschrieben wurde, erkennen Fachleute auf dem Gebiet, dass ihr Nutzen nicht darauf begrenzt ist und dass die vorliegende Erfindung in irgendeiner Anzahl von Umgebungen und Implementierungen vorteilhaft verwendet werden kann, in denen es erwünscht ist, nicht zur Reaktion gebrachte Precursor zur Reaktion zu bringen, um sie aus einer Ausströmung zu entfernen. Folglich sollten die nachstehend dargelegten Ansprüche angesichts der vollen Breite und des Gedankens der Erfindung, wie hierin offenbart, aufgefasst werden.

Claims

Ein Atomschichtabscheidungsverfahren, das aufweist: - Stützen von einem oder mehreren Substraten (110) in einer Reaktionskammer (105) für einen Abscheidungsdurchlauf, wobei der Abscheidungsdurchlauf das Durchführen einer Vielzahl von Materialabscheidungs-Beschichtungszyklen aufweist; - für jeden Abscheidungsbeschichtungszyklus: - Zuführen eines ersten Precursors in die Reaktionskammer (105) zur Reaktion mit den freiliegenden Oberflächen (115) des einen oder der mehreren Substrate (110); - Entfernen einer ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105), wobei die erste Ausströmung einen nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor umfasst; - Leiten der ersten Ausströmung durch eine ALD-Falle (175), wobei die ALD-Falle Fallenmaterialoberflächen aufweist, die zur Reaktion mit dem nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor geeignet sind; - Leiten eines alternativen zweiten Precursors durch die ALD-Falle (175), wobei der alternative zweite Precursor geeignet ist zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen auf eine Weise, die die Fallenmaterialoberflächen in die Lage versetzt, mit nicht zur Reaktion gebrachtem erstem Precursor aus der ersten Ausströmung eines nächsten Beschichtungszyklus zu reagieren und diesen zu entfernen, und wobei der alternative zweite Precursor nicht aus der Reaktionskammer entnommen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktion zwischen dem ersten Precursor und den freiliegenden Oberflächen (115) des einen oder der mehreren Substrate (110) bei einer Reaktionstemperatur stattfindet, das ferner den Schritt des Haltens der Fallenmaterialoberflächen auf der Reaktionstemperatur aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Entfernens der ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) das Betreiben einer Hauptvakuumpumpe (155) aufweist, um die erste Ausströmung durch eine erste Vakuumleitung (165) zu saugen, die die ALD-Falle (175) umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 3, das ferner aufweist: - für jeden Abscheidungsbeschichtungszyklus nach dem Entfernen der ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105): - Zuführen eines zweiten Precursors, der freie Radikale aufweist, in die Reaktionskammer (105) zur Reaktion mit den freiliegenden Oberflächen des einen oder der mehreren Substrate (110); - Entfernen einer zweiten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105); - wobei die zweite Ausströmung nicht durch die ALD-Falle (175) geleitet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Entfernens einer zweiten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) das Betreiben der Hauptvakuumpumpe (155) aufweist, um die zweite Ausströmung durch eine zweite Vakuumleitung (190) zu saugen.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Leitens des alternativen zweiten Precursors durch die ALD-Falle (175) und des Zuführens des zweiten Precursors, der freie Radikale aufweist, in die Reaktionskammer (105) gleichzeitig durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Leitens des alternativen zweiten Precursors durch die ALD-Falle (175) nach dem Entfernen des nicht umgesetzten ersten Precursors von der ersten Ausströmung und vor dem Zuführen des ersten Precursors in die Reaktionskammer (105) stattfindet, um einen nächsten Beschichtungsabscheidungszyklus einzuleiten.
Das Verfahren nach Anspruch 4, das ferner vor dem Entfernen der zweiten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) aufweist: das Schließen eines ersten Vakuumventils (170), das entlang der ersten Vakuumleitung (165) zwischen der ALD-Falle (175) und der Reaktionskammer (105) angeordnet ist, das Öffnen eines Vakuumschieberventils (185), um Zugang zum Entfernen der zweiten Ausströmung durch eine Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) in Fluidverbindung mit einer zweiten Vakuumleitung (190) zu schaffen, die sich zwischen der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und der Hauptvakuumpumpe (155) erstreckt, und das Öffnen eines zweiten Vakuumventils (195), das entlang der zweiten Vakuumleitung (190) angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, das ferner vor dem Entfernen der ersten Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) aufweist: das Schließen eines Vakuumschieberventils (185), um Zugang zum Entfernen der ersten Ausströmung durch eine Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) in Fluidverbindung mit einer zweiten Vakuumleitung (190) zu verhindern, die sich zwischen der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und der Hauptvakuumpumpe (155) erstreckt, und das Schließen eines zweiten Vakuumventils (195), das entlang der zweiten Vakuumleitung (190) zwischen der Reaktionskammer (105) und der Hauptvakuumpumpe (155) angeordnet ist.
Ein Atomschichtabscheidungszyklus, der die Schritte aufweist: - Aussetzen von freiliegenden Oberflächen (115) von einem oder mehreren Substraten (110), die in einer Reaktionskammer (105) gestützt sind, mit einem ersten Nicht-Plasma-Precursor; - Betreiben einer Hauptvakuumpumpe (155), um eine erste Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) zu entnehmen, wobei die erste Ausströmung den nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor umfasst, der in der Reaktionskammer verblieben ist; - wobei die erste Ausströmung durch eine erste Vakuumleitung (165) gesaugt wird, die sich zwischen der Reaktionskammer (105) und der Hauptvakuumpumpe (155) erstreckt; - wobei entlang der ersten Vakuumleitung (165) eine ALD-Falle (175) angeordnet ist, die Fallenmaterialoberflächen aufweist, die mit dem nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor reaktiv sind, um den nicht zur Reaktion gebrachten ersten Precursor aus der Ausströmung zu entfernen; - Aussetzen der freiliegenden Oberflächen (115) mit einem zweiten, durch Plasma angeregten Precursor, der freie Radikale umfasst; - Betreiben einer Turbomolekular-Vakuumpumpe (180), um eine zweite Ausströmung aus der Reaktionskammer (105) zu entnehmen, wobei die zweite Ausströmung den zweiten Precursor aus der Reaktionskammer spült; - wobei die zweite Ausströmung durch die Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und durch eine zweite Vakuumleitung (190) gesaugt wird, die sich zwischen der Turbomolekular-Vakuumpumpe (180) und der Hauptvakuumpumpe (155) erstreckt, wobei die zweite Ausströmung nicht durch die ALD-Falle (175) gesaugt wird; und - Zuführen eines alternativen zweiten Precursors in die ALD-Falle zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen, - wobei der alternative zweite Precursor geeignet ist zur Reaktion mit den Fallenmaterialoberflächen auf eine Weise, die die Fallenmaterialoberflächen in die Lage versetzt, mit nicht zur Reaktion gebrachtem erstem Precursor aus der ersten Ausströmung zu reagieren und diesen zu entfernen.