ES2587394T3 - Procedimientos y aparatos para reactores de deposición - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento que comprende: guiar vapor precursor a lo largo de al menos un conducto de alimentación al interior de una cámara de reacción de un reactor de deposición; y depositar material sobre las superficies de un lote de sustratos colocados verticalmente en la cámara de reacción mediante el establecimiento de un flujo vertical del vapor precursor en la cámara de reacción y hacer que entre en una dirección vertical entre los citados sustratos colocados verticalmente, de manera que el vapor precursor fluya desde el lado superior de un espacio de reacción al lado inferior del espacio de reacción esencialmente en la misma dirección vertical para lela a lo largo de cada una de las citadas superficies; en el que el citado vapor precursor es alimentado a través de una tapa de la cámara de reacción al interior de un volumen de expansión y desde el volumen de expansión en una dirección vertical a través de una porción de distribución al interior de una parte de la cámara de reacción que contiene los citados sustratos.

Description

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DESCRIPCION
Procedimientos y aparatos para reactores de deposicion Campo de la invencion
La presente invencion se refiere, en general, a aparatos y procedimientos para reactores de deposicion. Mas en particular, pero no exclusivamente, la invencion se refiere a aparatos y procedimientos para reactores de deposicion de este tipo en los que se deposita el material sobre las superficies por medio de reacciones superficiales autosatu- rantes secuenciales.
Antecedentes de la invencion
El procedimiento de Epitaxia de Capas Atomicas (ALE) fue inventado por el Dr. Tuomo Suntola a principios de la decada de 1970. Otro nombre generico para el procedimiento es el de Deposicion de Capas Atomicas (ALD) y se utiliza hoy en dfa en lugar de ALE. ALD es un procedimiento especial de deposicion qmmica en base a la introduc- cion secuencial de al menos dos especies precursoras reactivas en un sustrato que se encuentra dentro de un es- pacio de reaccion calentado. El mecanismo de crecimiento de ALD se basa en las diferencias de fuerza de adhesion entre la adsorcion qmmica (quimiosorcion) y la adsorcion ffsica (fisiosorcion). La ALD utiliza quimiosorcion y elimina la fisiosorcion durante el proceso de deposicion. Durante la quimiosorcion se forma un enlace qmmico fuerte entre el o los atomos de una superficie en fase solida y una molecula que esta llegando desde la fase de gas. La union por fisiosorcion es mucho mas debil debido a que solo estan involucradas las fuerzas de Van der Waals. Las uniones por fisiosorcion son rotas facilmente por la energfa termica cuando la temperatura local es superior a la temperatura de condensacion de las moleculas.
Por definicion, el espacio de reaccion de un reactor de ALD comprende todas las superficies calientes que pueden estar expuestas alternadamente y secuencialmente a cada uno de los precursor de ALD utilizados para la deposicion de pelfculas delgadas. Un ciclo de deposicion de ALD basico consta de cuatro etapas secuenciales: pulso A, purga A, pulso B y purga B. El pulso A normalmente consiste en vapor precursor metalico y el pulso B en vapor precursor no metalico, especialmente vapor precursor de nitrogeno o de oxfgeno. Un gas inactivo, tal como nitroge- no o argon, y una bomba de vacfo se utilizan para purgar subproductos gaseosos de la reaccion y las moleculas reactantes residuales de la camara de reaccion durante la purga A y la purga B. Una secuencia de deposicion comprende al menos un ciclo de deposicion. Los ciclos de deposicion se repiten hasta que la secuencia de deposicion ha producido una capa fina del grosor deseado.
Las especies precursoras forman por medio de quimiosorcion, un enlace qmmico a los sitios reactivos de las superficies calientes. Las condiciones se disponen tfpicamente de tal manera que no mas de una monocapa molecular de un material solido se forma sobre las superficies durante un pulso precursor. El proceso de crecimiento es por lo tanto de auto - terminacion o saturativo. Por ejemplo, el primer precursor puede incluir ligandos que permanecen unidos a las especies adsorbidas y saturan la superficie, lo que impide una quimiosorcion adicional. La temperatura del espacio de reaccion se soporta por encima de las temperaturas de condensacion y por debajo de las temperatu- ras de descomposicion termica de los precursores utilizados, de manera que las especies de moleculas precursoras son quimiosorbidas sobre el o los sustratos esencialmente intactas. Esencialmente intacto significa que los ligandos volatiles podnan despegarse de la molecula precursora cuando las especies de moleculas precursoras son quimiosorbidas sobre la superficie. La superficie se hace esencialmente saturada con el primer tipo de sitios reactivos, es decir, especies adsorbidas de las primeras moleculas precursoras. Esta etapa de quimiosorcion es seguida tfpica- mente por una primera etapa de purga (purga A) en la que el exceso del primer precursor y posibles subproductos de la reaccion se eliminan de la camara de reaccion. El segundo vapor precursor se introduce entonces en el espacio de reaccion. Las moleculas del segundo precursor reaccionan tfpicamente con las especies adsorbidas de las primeras moleculas precursoras, formando de esta manera el material de pelfcula delgada que se desea. Este crecimiento termina una vez que toda la cantidad del primer precursor adsorbido se ha consumido y la superficie se ha saturado esencialmente con el segundo tipo de sitios reactivos. El exceso de segundo vapor precursor y posibles vapores subproductos de reaccion se eliminan a continuacion por una segunda etapa de purga (purga B). El ciclo se repite hasta que la pelfcula ha crecido hasta alcanzar un grosor deseado. Los ciclos de deposicion tambien puede ser mas complejos. Por ejemplo, los ciclos pueden incluir tres o mas pulsos de vapor reactivo separados por etapas de purga. Todos estos ciclos de deposicion forman una secuencia de deposicion temporizada que es controlada por una unidad logica o un microprocesador.
Las pelfculas finas que han crecido por ALD son densas, libres de picaduras y tienen un grosor uniforme. Por ejemplo, el oxido de aluminio que ha crecido a partir de trimetilaluminio (CHa)aAl, tambien se conoce como TMA, y el agua a 250 - 300°C tiene por lo general una no uniformidad de aproximadamente el 1% sobre una oblea de l0o - 200 mm. Pelfculas delgadas de oxido metalicas que han crecido por ALD son adecuadas para dielectricos de puerta, aisladores de pantalla electroluminiscente, dielectricos de condensadores y capas de pasivacion. Las pelfculas delgadas de nitruro metalico que han crecido por ALD son apropiadas para las barreras de difusion, por ejemplo, en las estructuras de doble damasquinado.
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Los precursores adecuados para los procesos de ALD en varios reactores de ALD se describen, por ejemplo, en el artfculo de revision de R. Puurunen, "Qmmica superficial de deposicion de capas atomicas: Un estudio del caso para el proceso de trimetilaluminio / agua", J. Appl. Phys., 97 (2005), pag. 121301, que se incorpora a la presente memo- ria descriptiva por referencia.
En un reactor tipico, los ciclos de deposicion de ALD se aplican a una sola oblea o sustrato. Si bien este tipo de procesamiento de una sola oblea puede ser satisfactorio para un proposito en I + D, no cumple, por ejemplo, los requisitos de produccion en masa asequible, tales como el rendimiento de procesamiento del producto o el tiempo medio entre mantenimientos. La patente norteamericana numero 4.582.720 por otra parte desvela una disposicion en la que se monta una pluralidad de sustratos sobre un soporte con sus superficies dispuestas en planos verticales. Una camara de introduccion de sustrato, una camara de reaccion y una camara de eliminacion de sustrato estan dispuestas secuencialmente con obturadores entre las mismas, y los sustratos son soportados la camara de introduccion de sustrato, la camara de reaccion y la camara de eliminacion de sustrato, una tras otra.
Sumario
Un objeto de la presente invencion es proporcionar aparatos y procedimientos adecuados para hacer crecer material sobre las superficies de un lote de obleas o sustratos en un reactor de funcionamiento por lotes.
De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se proporciona un procedimiento que comprende:
guiar vapor precursor a lo largo de al menos un conducto de alimentacion al interior de una camara de reaccion de un reactor de deposicion; y
depositar material sobre las superficies de un lote de sustratos colocados verticalmente en la camara de reaccion mediante el establecimiento de un flujo vertical del vapor precursor en la camara de reaccion y hacer que entre en una direccion vertical entre los citados sustratos colocados verticalmente, de manera que el vapor precursor fluya desde el lado superior de un espacio de reaccion al lado inferior del espacio de reaccion, esencialmente en la misma direccion vertical paralela a lo largo de cada una de las citadas superficies;
en el que el citado vapor precursor es alimentado a traves de una tapa de la camara de reaccion al interior de un volumen de expansion y desde el volumen de expansion en una direccion vertical a traves de una porcion de distribucion en una parte de la camara de reaccion que contiene los citados sustratos.
Ciertas realizaciones de la invencion proporcionan una nueva geometna de flujo de gas en el interior del aparato y un robusto sistema de manipulacion de sustrato.
En ciertas realizaciones, la direccion del citado flujo vertical es de arriba a abajo. En una realizacion, los sustratos colocados verticalmente forman en un soporte de sustrato, una pila horizontal de sustratos colocados verticalmente con una separacion horizontal uniforme.
En ciertas realizaciones, el citado lote de sustratos colocados verticalmente comprende un conjunto de obleas colo- cadas en paralelo en un soporte de sustratos movil, y en el que el citado conjunto de obleas comprende al menos dos obleas. En ciertas realizaciones, el numero de sustratos u obleas es muy superior a dos, por ejemplo, aproxima- damente cinco, diez, veinte, veinticinco o mas, en algunas realizaciones en el intervalo de 8 a 25, en algunas otras realizaciones aun mas. Los sustratos pueden ser obleas semiconductoras, tales como obleas de silicio, por ejemplo obleas de 76,2 mm a 304,8 mm. En ciertas realizaciones, los sustratos pueden ser piezas o placas ceramicas, tales como un lote de monolitos piezoelectricos. En ciertas realizaciones, los sustratos pueden comprender piezas metali- cas con diversas geometnas, tales como esferas metalicas.
En ciertas realizaciones, el citado soporte de sustratos esta unido a una tapa movil de la camara de reaccion. En ciertas realizaciones, el vapor precursor se alimenta a la camara de reaccion a traves de la tapa de la camara de reaccion.
En ciertas realizaciones, el vapor precursor es guiado a traves de la tapa de la camara de reaccion al interior de un volumen de expansion y desde el volumen de expansion en una direccion vertical a traves de una placa de distribucion al interior de una parte de la camara de reaccion que contiene los citados sustratos.
En cierta realizacion, el tamano de la camara de reaccion esta optimizado espedficamente para el tamano del lote de sustratos colocados verticalmente o para el tamano de un soporte de sustratos que soporta los citados sustratos. De esta manera se pueden obtener ahorros en el consumo de precursor. En ciertas realizaciones, el tamano de la camara de reaccion se puede ajustar, por ejemplo, con una porcion de ajuste o por medio de la sustitucion de un cuerpo de camara de reaccion.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invencion, se proporciona un aparato que comprende:
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al menos un conducto de alimentacion configurado para alimentar vapor precursor al interior de una camara de reaccion de un reactor de deposicion;
estando configurada la citada camara de reaccion para depositar material sobre las superficies de un lote de sustratos colocados verticalmente en la camara de reaccion mediante el establecimiento de un flujo vertical del vapor precursor en la camara de reaccion y hacer que entre en una direccion vertical entre los cita- dos sustratos colocados verticalmente, de manera que el vapor precursor fluye desde el lado superior de un espacio de reaccion al lado inferior del espacio de reaccion, esencialmente en la misma direccion vertical paralela a lo largo de cada una de las citadas superficies;
una tapa de la camara de reaccion;
un volumen de expansion; y
una porcion de distribucion; en el que
el aparato esta configurado para alimentar el citado vapor precursor a traves de la citada tapa de la camara de reaccion al interior del citado volumen de expansion y desde el volumen de expansion en una direccion vertical a traves de la citada porcion de distribucion al interior de una parte de la camara de reaccion que contiene los citados sustratos.
En ciertas realizaciones, el aparato comprende un cuerpo de camara de reaccion estacionario y una tapa de la camara de reaccion movil capaz de alojar un soporte de sustratos para multiples sustratos.
En ciertas realizaciones, el lote es accesible desde el lado superior del reactor.
Los procedimientos y aparatos pueden estar destinados para hacer crecer material o pelfculas delgadas sobre superficies calientes por reacciones superficiales secuenciales autosaturantes por debajo de la presion atmosferica. El aparato puede ser un aparato de ALD (Deposicion de Capas Atomicas) o un aparato de ALE (Epitaxia de Capas Atomicas) o similar. El grosor deseado de las pelfculas delgadas estana comprendido tipicamente en la zona que se extiende desde una monocapa o capa molecular hasta 1000 nm o mas.
Varias realizaciones ejemplares de la presente invencion se ilustran en la presente memoria descriptiva y en lo que sigue en la descripcion detallada de la invencion, asf como en las reivindicaciones dependientes adjuntas a la misma. Las realizaciones se ilustran con referencia a aspectos seleccionados de la invencion. Una persona experta en la tecnica podra apreciar que cualquier realizacion de la invencion se puede combinar con otra u otras realizaciones dentro del mismo aspecto. Ademas, cualquier realizacion puede aplicarse a otros aspectos, ya sea sola o en combi- nacion con otra u otras realizaciones.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion se describira la invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:
la figura 1 muestra una vista en seccion transversal de la camara de reaccion de un reactor de deposicion con un conducto de alimentacion y el conducto de escape de acuerdo con una realizacion;
la figura 2 muestra otra vista en seccion transversal de la camara de reaccion del reactor de deposicion de la figura 1;
la figura 3 muestra una realizacion alternativa;
la figura 4 muestra un dibujo del conjunto del aparato de la figura 1;
la figura 5 muestra un dibujo de conjunto de una camara de reaccion de acuerdo con otra realizacion;
la figura 6 muestra una vista frontal de la camara de reaccion de la figura 5;
la figura 7 muestra una vista en seccion transversal a lo largo del conducto A - A en la figura 6;
la figura 8 muestra una vista en perspectiva de un reactor de deposicion en una posicion abierta de acuerdo
con una realizacion;
la figura 9 muestra una vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en la posicion abierta;
la figura 10 muestra otra vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en la posicion abierta;
la figura 11 muestra otra vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 encontrandose una tapa del reactor en una posicion abierta y el soporte de sustratos en su lugar en el interior del reactor;
la figura 12 muestra una vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en una posi- cion por defecto;
5 la figura 13 muestra otra vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en una posi-
cion por defecto;
la figura 14 muestra con mas detalle una union del soporte de sustratos a una tapa de la camara de reac- cion de acuerdo con una realizacion; y
la figura 15 muestra otra vista del dibujo presentado en la figura 14.
10 Descripcion detallada
En la descripcion que sigue, la tecnologfa de Deposicion de Capas Atomicas (ALD) se utiliza como un ejemplo. El proposito, sin embargo, no es limitarse estrictamente a esa tecnologfa sino que se tiene que reconocer que ciertas realizaciones pueden ser aplicables tambien en los procedimientos y aparatos que utilizan otras tecnologfas de deposicion a escala atomica comparables.
15 Los fundamentos de un mecanismo de crecimiento de ALD son conocidos por los expertos. Los detalles de los procedimientos de ALD tambien se han descrito en la parte introductoria de esta solicitud de patente. Estos detalles no se repiten aqm, pero se hace una referencia a la parte de introduccion a ese respecto.
La figura 1 muestra ciertos detalles de un aparato (o reactor) de ALD en una vista en seccion transversal. El aparato comprende una camara de reaccion formada por un cuerpo 110 de la camara de reaccion, la brida superior 120 de 20 la camara de reaccion, y la tapa 130 de la camara de reaccion. El aparato comprende, ademas, conductos de alimentacion 141, 142 de la camara de reaccion y una grna de escape 150 de la camara de reaccion. El numero de conductos de alimentacion pueden variar dependiendo de la implementacion.
Un soporte de sustratos 160 se ha bajado sobre el fondo de la camara de reaccion. El soporte de sustratos 160 soporta un lote de sustratos u obleas 170 colocados verticalmente.
25 Durante un penodo de pulso de vapor precursor, el vapor precursor fluye a lo largo de un conducto de alimentacion 141 (como esta indicado por la flecha 101) en una direccion vertical en la tapa 130 de la camara de reaccion desde el lado inferior a traves de un canal mecanizado a traves de la brida superior 120. El flujo realiza un giro de 90 gra- dos (como esta indicado por la flecha 102) en la tapa 130 y entra en una direccion horizontal en un espacio por en- cima de los sustratos 170 a traves de un conducto horizontal. (Sin embargo el giro no necesariamente tiene que ser 30 de 90 grados). Este espacio puede ser denotado como un volumen de expansion 180. Por debajo del volumen de expansion 180, el aparato comprende una parte (o placa) de distribucion 190 que puede ser, por ejemplo, una malla o placa perforada y puede estar unida a la tapa 130. El flujo realiza otro giro en el volumen de expansion 180 y entra en una direccion vertical de arriba a abajo a traves de la porcion de distribucion al interior del espacio de reaccion de la camara de reaccion (como esta indicado por las flechas 103). En el espacio de reaccion, el vapor precursor entra 35 en una direccion vertical entre los sustratos colocados verticalmente 170. En el espacio intermedio entre los sustratos 170, el flujo de precursor reacciona con sitios reactivos sobre superficies de sustrato. En una realizacion, el flujo de precursor va en una direccion vertical a lo largo de las superficies esencialmente paralelas de sustratos desde el lado superior de la camara de reaccion al lado inferior de la camara de reaccion hacia la grna de escape 150.Los subproductos de la reaccion y moleculas restantes del precursor gaseoso se purgan hacia fuera de la camara de 40 reaccion en una etapa de purga posterior (como esta indicado por las flechas 104).
En una realizacion, el conducto de alimentacion 141 se utiliza para alimentar vapor precursor de un primer precursor y gas portador y de purga inactivo y el conducto de alimentacion 142 se utiliza para alimentar el vapor precursor de un segundo precursor y portador inactivo y gas de purga al interior de la camara de reaccion.
En una realizacion alternativa, el vapor precursor fluye al interior de la tapa 130 de la camara de reaccion en una 45 direccion horizontal desde un lado a traves de un canal mecanizado a traves de la tapa 130 (que no se muestra en la figura 1). En esta realizacion, la brida superior no necesita tener el canal vertical que se ha mencionado. En otra realizacion alternativa, el vapor precursor fluye de nuevo en una direccion vertical al interior de la tapa 130 de la camara de reaccion desde el lado inferior, pero pasa totalmente la brida superior 120. En esta realizacion, el diame- tro horizontal de la brida superior 120 puede ser, por ejemplo, mas pequeno que el diametro horizontal de la tapa 50 130, lo que permite el paso.
La figura 2 muestra otra vista en seccion transversal del aparato de la figura 1. En esta figura la seccion transversal ha sido tomada con un plano virtual girado 90 grados en comparacion con el de la figura 1. Si la seccion transversal
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en la figura 1 presenta una vista frontal de la seccion transversal, en la figura 2 puede presentar una vista desde la izquierda, por ejemplo.
La colocacion de sustratos (u obleas) 170 en el soporte de sustratos 160 puede ser visualizada mejor en la figura 2. Los sustratos 170 se han colocado en una posicion vertical de manera que la superficie de cada sustrato 170 esta en un plano vertical. Los sustratos 170 puede estar situados en lmea unos con los otros en el soporte de sustratos 160, y cuando se dice que estan en lmea pueden ser paralelos unos con los otros. Los sustratos 170 son soportados por el soporte de sustratos 160.
La separacion entre los sustratos 170 es pequena con el fin de mejorar la eficiencia del espacio de reaccion. La separacion, sin embargo, es lo suficientemente grande para permitir que el flujo de precursor entre correctamente entre los sustratos 170. En ciertas realizaciones, se selecciona una separacion sustancialmente uniforme tfpicamen- te en un rango de 1 a 10 mm, en una realizacion en un rango de 2 a 5 mm. En el ejemplo presentado en las figuras 1 y 2, el numero de sustratos en el lote es 16.
El tamano de la camara de reaccion se puede optimizar espedficamente para el tamano del lote de sustratos colo- cados verticalmente o para el tamano de un soporte de sustratos que soporta los citados sustratos. De esta manera se pueden lograr ahorros en el consumo de precursor.
En ciertas realizaciones, el tamano de la camara de reaccion se puede ajustar, por ejemplo, con la insercion de una porcion de ajuste que limita el espacio dentro de la camara de reaccion o mediante la sustitucion de la camara de reaccion o del cuerpo 110 de la camara de reaccion por uno de tamano diferente.
La figura 3 muestra otra vista en seccion transversal del aparato de la figura 1 en otra realizacion. En esta realizacion, la camara de reaccion es una camara de reaccion delgada que comprende un soporte de sustratos delgado 160 con una cantidad menor de sustratos 170. El numero de sustratos en esta realizacion es de dos. El reactor delgado presentado en la figura 3 se ha obtenido, por ejemplo, mediante la sustitucion de la camara de reaccion mas grande (o de tamano normal) que se muestra en la figura 2 por una mas delgada.
En ambos aparatos presentados en la figura 2 y en la figura 3, el tamano del soporte de sustratos 160 que soporta los sustratos 170 se ha seleccionado de manera que el soporte de sustratos 160 con los sustratos 170 llena sustancialmente el lado inferior de la camara de reaccion. De esta manera, la eficiencia en el consumo de los precursores se puede mejorar.
La figura 4 muestra un dibujo del conjunto del aparato de la figura 1. El soporte de sustratos 160 puede ser levanta- do de la camara de reaccion o bajado al interior de la camara de reaccion agarrando la parte de elevacion o gancho 465 con un dispositivo de elevacion externo (no mostrado en la figura 4) y moviendolo en la direccion deseada. La tapa amovible 130 de la camara de reaccion puede ser presionada contra la brida superior 120 de la camara de reaccion y obturada por una junta de tolerancia o de proximidad. La junta de tolerancia denota una construccion en la que dos superficies esencialmente similares (tales como superficies planas lisas o superficies planas rugosifica- das, por ejemplo, con chorro de perlas de vidrio) estan en estrecho contacto una con la otra impidiendo el flujo de gases entre las citadas superficies.
El material del soporte de sustratos 160 comprende tfpicamente acero inoxidable, mquel, titanio, carburo de silicio (por ejemplo, SiC hecho de grafito por infiltracion de vapor qmmico) o cuarzo. En una realizacion, el soporte de sustratos 160 esta recubierta con una pelmula delgada amorfa (por ejemplo, 100 a 200 nm de A^Oa) para proteger la superficie de soporte contra los productos qrnmicos de origen corrosivo antes de poner en uso el soporte de sustra- to.
La figura 5 muestra un dibujo del conjunto de una camara de reaccion de acuerdo con otra realizacion. En esta realizacion, hay tres conductos de alimentacion 141 - 143 conectados a una brida superior 120 sustancialmente rectangular de la camara de reaccion. La camara de reaccion puede ser levantada desde el reactor con la ayuda del brazo de elevacion retirable 515 con fines de mantenimiento o de reemplazo. El soporte de sustratos 160 puede ser levan- tado de la camara de reaccion o bajado al interior de la camara de reaccion agarrandolo sobre la parte de elevacion o gancho 465 con un dispositivo de elevacion externo 568.
La figura 6 muestra una vista frontal de la camara de reaccion de la figura 5 en una posicion por defecto (o cerrada). La tapa amovible 130 de la camara de reaccion esta obturada contra la brida superior 120 de la camara de reaccion con una junta de tolerancia o de proximidad.
La figura 7 muestra una vista en seccion transversal de la camara de reaccion a lo largo del conducto A - A que se muestra en la figura 6. Durante un penodo de pulso de vapor precursor, el vapor precursor fluye a lo largo de un conducto de alimentacion 143 (como esta indicado por la flecha 701) en una direccion vertical. El flujo hace un giro de 90 grados y entra en una direccion horizontal en la brida superior 120 de la camara de reaccion desde un lado. (El giro, sin embargo, no necesariamente tiene que ser de 90 grados.) El flujo de vapor precursor continua a lo largo de un conducto horizontal dentro de la brida superior 120 y entra en el volumen de expansion 180. Por debajo del
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volumen de expansion 180, el aparato comprende una parte (o placa) de distribucion 190 que puede ser, por ejem- plo, una malla o placa perforada. La porcion de distribucion 190 en esta realizacion esta unida a la tapa 130 de la camara de reaccion con una espiga distanciadora 785. El flujo hace otro giro en el volumen de expansion 180 y entra en una direccion vertical de arriba a abajo a traves de la porcion de distribucion 190 al interior del espacio de reaccion de la camara de reaccion (como esta indicado por las flechas 103). En el espacio de reaccion, el vapor precursor entra en una direccion vertical entre los sustratos colocados verticalmente 170 mantenidos por el soporte de sustratos 160 (aunque los sustratos 170 no se muestran en la figura 7). A partir de esto el proceso continua de manera similar a la que se describe en relacion con la figura 1.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva de determinados detalles de un reactor de deposicion en una posicion abierta de acuerdo con una realizacion. El reactor comprende una camara de vado 805 que esta formado por un accesorio redondo, por ejemplo, una boquilla completa ISO con bridas atornilladas a la boquilla, o un accesorio CF o similar. La anchura de la conexion es lo suficientemente grande para dar cabida a una camara de reaccion para un lote obleas de 100 a 300 mm y calentadores dependiendo de la realizacion.
Una tapa 831 de la camara de vado esta integrada con la tapa 130 de la camara de reaccion formando de este modo un sistema de tapas. El soporte de sustratos 160 que soporta un lote de sustratos 170, colocado verticalmente uno junto al otro en un conducto horizontal, se adjunta al sistema de tapas. La camara de reaccion se puede cargar en una direccion vertical desde el lado superior mediante la reduccion del sistema de tapas a la que esta unido el soporte de sustratos 160 con sustratos 170. Esto se puede hacer, por ejemplo, por un dispositivo de carga adecua- do. Una cubierta 895 del aparato tiene una abertura a traves de la cual se ajusta el sistema de tapas.
La figura 9 muestra una vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en la posicion abierta. El soporte de sustratos 160 esta unido con su parte de union superior o gancho 465 a una contraparte en el sistema de tapas. La porcion de distribucion 190 esta unida al sistema de tapas con espigas distanciadoras 785.
La figura 10 muestra una vista en perspectiva de la seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en la posicion abierta. Los conductos de alimentacion 141, 142 de la camara de reaccion tambien son visibles en la figura 10.
La figura 11 muestra otra vista en perspectiva en la seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8, estando una tapa del reactor en una posicion abierta y el soporte de sustratos en su lugar dentro de la camara de reaccion.
La figura 12 muestra una vista en perspectiva de la seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en una posicion de funcionamiento por defecto.
La figura 13 muestra otra vista en seccion transversal del reactor de deposicion de la figura 8 en la posicion de funcionamiento por defecto. En este ejemplo, el numero de sustratos en el lote es de 25. Durante un penodo de pulso de vapor precursor, el vapor precursor fluye a lo largo de un conducto de alimentacion 141 (como esta indicado por la flecha 101) en una direccion vertical en la tapa 130 de la camara de reaccion desde el lado inferior a traves de un canal de mecanizado a traves de la brida superior 120. El flujo realiza un giro de 90 grados (como esta indicado por la flecha 102) en la tapa 130 y entra en una direccion horizontal en el volumen de expansion 180 por encima de los sustratos 170 a traves de un conducto horizontal. (El giro, sin embargo, no necesariamente tiene que ser de 90 grados.) Por debajo del volumen de expansion 180, el aparato comprende una parte (o placa) de distribucion 190 que puede ser, por ejemplo, una malla o placa perforada y puede estar unida a la tapa 130. El flujo hace otro giro en el volumen de expansion 180 y entra en una direccion vertical de arriba a abajo a traves de la porcion de distribucion en el espacio de reaccion de la camara de reaccion (como esta indicado por las flechas 103). En el espacio de reaccion, el vapor precursor entra en una direccion vertical entre los sustratos 170 colocados en el soporte de sustratos en una posicion vertical. En el espacio intermedio entre los sustratos 170, el flujo de precursor reacciona con sitios reactivos sobre las superficies de sustrato. El flujo de precursor va en una direccion vertical a lo largo de las superficies de sustrato hacia la grna de escape 150. Los subproductos de reaccion y las moleculas precursoras restantes son purgadas fuera de la camara de reaccion en una etapa de purga posterior (como esta indicado por las flechas 104).
La temperatura de la camara de reaccion puede ser controlada por el o los elementos calentadores. De acuerdo con una realizacion, el calentamiento de la camara de reaccion es proporcionado por una o mas resistencias 1301. En una realizacion, la o las resistencias de calentamiento 1301 son calentadas electricamente. Se pueden conectar a una fuente de alimentacion controlada por ordenador (no mostrada).
La figura 14 muestra con mas detalle una union de un soporte de sustratos a una tapa de la camara de reaccion de acuerdo con una realizacion. El soporte de sustratos 160 esta unido con su lado superior de union o ganchos 465 a una contraparte 1456 en el sistema de tapa. La porcion de distribucion 190 esta unida al sistema de tapas con las espigas distanciadoras 785.
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La figura 15 muestra otra vista del dibujo presentado en la figura 14. Visibles son la porcion de distribucion 190 y los orificios 1521 - 1523 en la tapa 130 de la camara de reaccion para los conductos de alimentacion 141 -143, respec- tivamente, a traves del cual el flujo de precursor o de gas de purga inactivo entra en la tapa 130 de la camara de reaccion. El numero de los orificios de la tapa 130 de la camara de reaccion y el numero de los conductos de alimentacion relacionados vana tipicamente de 2 a 4 o incluso un numero mayor capaz de recibir vapor qmmico de fuente de 2 o mas sistemas de fuente en comunicacion de fluido controlada por ordenador con los citados conductos de alimentacion.
A continuacion se presenta un ejemplo de deposicion de pelfcula delgada sobre un lote de sustratos (se hace referenda a las figuras 1 -15 que se han descrito en lo que precede):
En primer lugar la camara de reaccion se presurizo a la presion ambiente. La tapa 130 de la camara de reaccion se levanto con un mecanismo de elevacion (no mostrado) a una posicion superior exponiendo el espacio interior de la camara de reaccion. El mecanismo de elevacion se hizo funcionar con un elevador neumatico. En otras realizacio- nes se puede utilizar un motor de paso a paso para el mecanismo de elevacion. El soporte de sustratos 160 cargado con un numero de sustratos se bajo con una parte de elevacion 465 dentro del cuerpo 110 de la camara de reaccion. La tapa 130 de la camara de reaccion se bajo con el mecanismo de elevacion a una posicion mas baja obturando la camara de reaccion. Al mismo tiempo, la camara de vado circundante 805 ha sido obturada contra el aire de la habitacion con la tapa amovible 831 de la camara de vado en este sistema de tapas dual en el que la tapa 130 de la camara de reaccion se une a la tapa 831de la camara de vado. A continuacion, la camara de reaccion fue bombea- da con una fuente de vado hasta alcanzar el vado. El gas de purga inactivo que comprende nitrogeno o argon cir- culo a traves de los conductos de alimentacion 141 -143 a los conductos dentro de la brida superior 120 de la camara de reaccion y adicionalmente en el espacio de reaccion. La combinacion de bombeo con una fuente de vado y purga con gas inactivo estabiliza la presion del espacio de reaccion, preferiblemente a aproximadamente a una presion absoluta de 1a 5 hPa. La temperatura del soporte de sustratos 160 se estabilizo a una temperatura de deposi- cion. En este ejemplo, la temperatura de deposicion era de +300°C para hacer crecer oxido de aluminio A^O3 por ALD a partir de trimetilaluminio de TMA y vapores de agua H2O. La fuente de TMA (no mostrada) se encontraba en comunicacion de fluido controlada por ordenador con el primer conducto de alimentacion 141. La fuente de H20 (no mostrada) se encontraba en comunicacion de fluido controlada por ordenador con el segundo conducto de alimentacion 142. El tercer conducto de alimentacion 143 se reservo para una tercera fuente qrnmica. En este ejemplo se utilizo el conducto de alimentacion solo para gas de purga inactivo. Cuando se alcanzo la temperatura de deposicion programada, la secuencia de deposicion se activo con el sistema de control automatizado. Durante el penodo de pulso A, el vapor de TMA se introdujo con una valvula de pulsacion automatizada (no mostrada) en el primer conducto de alimentacion 141 y empujo con gas portador inactivo que comprende gas nitrogeno (en otras realizaciones el gas argon tambien es adecuado) el espacio de reaccion, en el que las moleculas de TMA fueron quimiosorbidas en todas las superficies calentadas dentro de la camara de reaccion. Las superficies de los sustratos normalmente se saturaron con moleculas de TMA o especies deficientes en ligandos generadas a partir de moleculas de TMA durante aproximadamente 0,05 a 1 s, dependiendo del tamano del lote de sustratos. Despues de que la fuente de TMA fue aislada con la primera valvula de pulsacion automatizada del primer conducto de alimentacion 141 y el sistema inicio el penodo de purga A. A continuacion circulo un gas de purga inactivo a traves de los conductos de alimentacion 141 - 143 empujando moleculas gaseosas de TMA residual y subproductos de reaccion superficial desde la camara de reaccion a la grna de escape 150 y adicionalmente hacia la fuente de vado (no mostrada). El penodo de purga A duro tipicamente alrededor de 1 a 10 s, dependiendo del tamano del lote de sustratos. A conti- nuacion, durante el penodo de pulso B, el vapor de H2O se introdujo con una valvula de pulsacion automatizada (no mostrada) en el segundo conducto de alimentacion 142 y empujo con gas portador inactivo que comprende gas nitrogeno o argon el interior del espacio de reaccion, en el que las moleculas de H2O fueron quimioabsorbidas en todas las superficies calentadas dentro de la camara de reaccion. La superficie del sustrato tfpicamente se satura de ligandos OH- en aproximadamente 0,05 a 2 s, dependiendo del tamano del lote de sustratos. A continuacion, en el comienzo del penodo de purga B, la fuente de H2O se aislo con la segunda valvula de pulsacion automatizada desde el segundo conducto de alimentacion 142. El gas inactivo que circulaba entonces a traves de los conductos de alimentacion 141 -143 al interior de la camara de reaccion empujo moleculas gaseosa de H2O residual y productos de reaccion superficial de la camara de reaccion a la grna de escape 150 y adicionalmente hacia la fuente de vado (no mostrada). Estas cuatro etapas (pulso A, purga A, pulso B y purga B) generaron una nueva pelfcula delgada de AhO3 de 1 A terminada sobre las superficies de sustratos. La secuencia pulsante automatizada repite estas cuatro etapas 500 veces, lo que resulta en el crecimiento de 50 nm de pelfcula delgada de A^O3 con una excelente no uniformidad del 1% en 25 piezas de 100 mm de obleas de silicio. Despues de completar la secuencia de pulsar productos qrnmicos de origen y de purgar la camara de reaccion, la camara de reaccion se presurizo a la presion ambiente, y las tapas (tapa 831 de la camara de vado y tapa 130 de la camara de reaccion) se levantaron a la posicion superior exponiendo el espacio interior de la camara de reaccion que aloja el lote de sustratos. El soporte de sustratos 160 que tiene un numero de sustratos (no mostrado) se descargo con una parte de elevacion 465 desde el cuerpo 110 de la camara de reaccion y se coloco en una mesa de refrigeracion separada (no mostrada).
Se han presentado varias realizaciones. Se debe apreciar que en este documento, cada una de las palabras com- prenden, incluyen y contienen se utiliza como expresiones abiertas sin exclusividad pretendida.
La descripcion anterior se ha proporcionado a modo de ejemplos no limitativos de implementaciones y realizaciones particulares de la invencion, de una descripcion completa e informativa del mejor modo contemplado actualmente por los inventores para llevar a cabo la invencion. Sin embargo, es claro para una persona experta en la tecnica que la invencion no esta limitada a los detalles de las realizaciones presentadas mas arriba, sino que puede ser imple- 5 mentada en otras realizaciones utilizando medios equivalentes sin desviarse de las caractensticas de la invencion.
Ademas, algunas de las caractensticas de las realizaciones anteriormente descritas de esta invencion se puede utilizar ventajosamente sin el uso correspondiente de otras caractensticas. De esta manera, la descripcion anterior debe ser considerada como meramente ilustrativa de los principios de la presente invencion, y no limitativa de la misma. Por lo tanto, el alcance de la invencion solamente esta limitado por las reivindicaciones de patente adjuntas.
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Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento que comprende:
    guiar vapor precursor a lo largo de al menos un conducto de alimentacion al interior de una camara de reaccion de un reactor de deposicion; y
    depositar material sobre las superficies de un lote de sustratos colocados verticalmente en la camara de reaccion mediante el establecimiento de un flujo vertical del vapor precursor en la camara de reaccion y hacer que entre en una direccion vertical entre los citados sustratos colocados verticalmente, de manera que el vapor precursor fluya desde el lado superior de un espacio de reaccion al lado inferior del espacio de reaccion esencialmente en la misma direccion vertical para- lela a lo largo de cada una de las citadas superficies;
    en el que el citado vapor precursor es alimentado a traves de una tapa de la camara de reaccion al interior de un volumen de expansion y desde el volumen de expansion en una direccion vertical a traves de una porcion de distribucion al interior de una parte de la camara de reaccion que contiene los citados sustratos.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el citado lote de sustratos colocados verticalmente comprende un conjunto de obleas colocadas en paralelo dentro de un soporte de sustratos, y en el que el citado conjunto de obleas comprende al menos dos obleas.
  3. 3. El procedimiento de la reivindicacion 2, en el que el citado soporte de sustratos es cargado en la camara de reaccion y es descargado desde la camara de reaccion desde el lado superior de la citada camara de reaccion.
  4. 4. El procedimiento de la reivindicacion 2 o 3, en el que el citado soporte de sustratos esta unido a una tapa amo- vible de la camara de reaccion.
  5. 5. El procedimiento de cualquier reivindicacion precedente, en el que la porcion de distribucion comprende una placa de distribucion.
  6. 6. El procedimiento de cualquier reivindicacion precedente, en el que una pelfcula delgada es depositada sobre superficies de sustrato por reacciones superficiales de autosaturacion secuenciales.
  7. 7. El procedimiento de cualquier reivindicacion precedente, en el que el tamano de la camara de reaccion esta optimizado espedficamente para el tamano del lote de sustratos colocados verticalmente o para el tamano de un soporte de sustratos que soporta los citados sustratos.
  8. 8. Un aparato que comprende:
    al menos un conducto de alimentacion configurado para la alimentacion de vapor precursor al interior de una camara de reaccion de un reactor de deposicion;
    estando configurada la citada camara de reaccion para depositar material sobre las superficies de un lote de sustratos colocados verticalmente en la camara de reaccion mediante el establecimiento de un flujo vertical de vapor precursor en la camara de reaccion y hacer que entre en una direccion vertical entre los citados sustratos colocados verticalmente, de manera que el vapor precursor fluye desde el lado superior de un espacio de reaccion al lado inferior del espacio de reaccion, esencialmente en la misma direccion vertical paralela a lo largo de cada una de las citadas superficies; una tapa de la camara de reaccion: un volumen de expansion; y una porcion de distribucion; en el que
    el aparato esta configurado para alimentar el citado vapor precursor a traves de la citada tapa de la camara de reaccion al interior del citado volumen de expansion y desde el volumen de expansion en una direccion vertical a traves de la citada porcion de distribucion al interior de una parte de la camara de reaccion que contiene los citados sustratos.
  9. 9. El aparato de la reivindicacion 8, en el que el citado lote de sustratos colocados verticalmente comprende un conjunto de obleas colocadas en paralelo dentro de un soporte de sustrato, y en el que el citado conjunto de obleas comprende al menos dos obleas.
  10. 10. El aparato de la reivindicacion 9, que comprende:
    una tapa de la camara de reaccion configurada para la union con el citado soporte de sustrato.
  11. 11. El aparato de cualquier reivindicacion precedente, en el que la porcion de distribucion comprende una placa de distribucion.
  12. 12. El aparato de cualquier reivindicacion precedente, en el que el aparato esta configurado para depositar una pelfcula delgada sobre superficies de sustrato por reacciones superficiales autosaturantes secuenciales.
  13. 13. El aparato de cualquier reivindicacion precedente, en el que el tamano de la camara de reaccion esta optimiza- do espedficamente para el tamano del lote de sustratos colocados verticalmente o para el tamano de un sopor- te de sustratos que soporta los citados sustratos.
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