FI122749B

FI122749B - Pinnoitusmenetelmä

Info

Publication number: FI122749B
Application number: FI20075944A
Authority: FI
Inventors: Pekka Soininen; Sami Sneck
Original assignee: Beneq Oy
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2012-06-29
Also published as: EA201070735A1; EP2222890A1; FI20075944A0; CN101903564A; US20100285205A1; FI20075944A; WO2009080889A1; EP2222890A4

Description

Pinnoitusmenetelmä

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen menetelmään substraatin pinnoittamiseksi ja erityisesti menetelmään substraatin 5 pinnan, rakenteen sisäpinnan tai muun prosessoitavan kappaleen pinnan pinnoittamiseksi ja/tai seostamiseksi reaktiotilassa ALD-menetelmällä, jossa menetelmässä prosessoitavan substraatin pinta altistetaan vuoroittaisesti toistuville lähtöaineiden saturoiduille pintareaktioilie syöttämällä reaktiotilaan peräkkäisiä lähtöaineiden pulsseja.

10 ALD-menetelmä (Atomic layer Deposition) perustuu pinnan kontrol loimaan kasvatukseen, jossa lähtöaineet johdetaan substraatin pinnalle yksi kerrallaan eriaikaisesti ja toisistaan erotettuina. Perinteisesti lähtöainetta tuodaan substraatin pinnalle riittävä määrä siten, että käytettävissä olevat pinnan sidospaikat tulevat käytetyiksi. Kunkin lähtöainepulssin jälkeen substraatti 15 huuhdellaan inertillä kaasulla, jotta ylimäärä lähtöainehöyrystä voidaan poistaa kaasufaasissa tapahtuvan kasvun estämiseksi. Tällöin pinnalle jää kemisorboi-tunut monokerros yhden lähtöaineen reaktiotuotetta. Tämä kerros reagoi seu-raavan lähtöaineen kanssa muodostaen määrätyn osittaisen monokerroksen haluttua materiaalia. Reaktion tapahduttua riittävän täydellisesti ylimäärä tätä 20 toista Sähtöainehöyryä huuhdellaan inertillä kaasulla, siten kasvu perustuu jaksottaisiin saturoituihin pintareaktioihin eli pinta kontrolloi kasvua.

Ongelmana yllä kuvatussa perinteisessä tavassa käyttää ALD-meneteimää on se, että perinteisesti reaktiotilaan annostellaan lähtöaineita yliannostus, jolloin lähtöaineiden syöttämisen välillä reaktiotila on huuhdeltava 25 inertillä kaasulla. Huuhtelu on hidas ja kallis toimenpide, joka heikentää ALD-£! tekniikan taloudellista kannattavuutta. Lisäksi huuhtelun toteuttaminen on käy- ° tännössä lähes mahdonta pinnoitettaessa suurten suljettujen tilojen sisäpinto- i o ja, koska huuhtelun toteuttamiseksi inerttiä kaasua tarvitaan paljon ja huuhte- § lukaasun poistaminen tilasta on vaivalloista. Tarvittavan huuhtelukaasun mää- x 30 rä kasvaa huomattavasti ja edellä mainitut korostuvat erityisesti tapauksissa, joissa tilavuuden rakenteet eivät kestä alipaineen hyödyntämistä. On helppo sj- ^ ymmärtää, että kuutiometrien säiliöiden huuhtelu erittäin puhtaalla suojakaa- sulia jokaisen vajaan Angströmmin kerrospaksuuden tuottaman puolisyklin jäl-^ keen kuluttaa tällaista kaasua tavattoman suuria määriä, säiliön tilavuuden 35 monikertoja. Käytännössä jo yksin tämä tekee kalvoista tavattoman kalliita. Ongelmana on huuhtelukaasuun suuren kulutuksen lisäksi sen mukana tulevat 2 epäpuhtaudet, kuten happi, vesi, ym. Tällaisten runsaiden huuhtelukaasujen mukana tulevien epäpuhtauksien kokonaismäärä saattaa tuhota koko lähtöai-nepulssin hapettamalla sen jo kaasufaasissa.

Keksinnön lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä, jolla edellä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisella menetelmällä, joille on tunnusomaista se, että menetelmä käsittää vaiheet: a) syötetään reaktiotiiaan pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita, joiden 10 määrä on ennalta määrätty; b) mitataan lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden mää-rää/konsentraatiota reaktiotilassa ensimmäisen pulssin aikana ja/tai sen jälkeen tai jatkuvatoimisesti; c) määritetään reaktiotiiaan seuraavassa pulssissa syötettävän läh-15 töaineen tai lähtöaineiden määrä vaiheessa b) saatujen mittaustulosten perusteella; ja d) syötetään reaktiotiiaan seuraava pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita, joiden määrä vastaa vaiheessa c) määritettyä.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaa-20 timusten kohteena.

Keksintö perustuu siihen, että lähtöaineita pyritään jokaisessa lähtöaineiden syöttöpulssissa annostelemaan reaktiotiiaan olennaisesti pinnoitettavan substraatin pinnan tarvitsema määrä siten, että olennaisesti kaikki reaktiotiiaan syötetty lähtöaine reagoi substraatin pinnan kanssa, mutta reaktioti-25 taan ei jää olennaisesti vapaata lähtöainetta pintareaktioiden jälkeen. Tällöin olennaisesti kaikki reaktiotiiaan syötetty lähtöaine kuluu substraatin pintareak-o cv tioihin ja lähtöainetta on kuitenkin riittävästi niin, että olennaisesti koko sub- o straatin pinnoitettava pinta osallistuu reaktioon pinnoitekerroksen muodostami- § seksi substraatin koko pinnoitettavalle pinnalle. Tarvittavan lähtöaineiden mää- x 30 rän syöttäminen tarkasti reaktiotiiaan on hyvin vaikeaa, minkä takia reaktioti- “ laan syötettyjen lähtöaineiden määrää ja/tai konsentraatiota mitataan siten, et- ^ tä seuraavassa lähtöaineiden syöttöpulssissa reaktiotiiaan syötettävien lähtöjä aineiden määrää voidaan muuttaa saatujen mittaustulosten perusteella.

cm Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on se, että 35 huuhtelun tarve poistuu ainakin toisen huuhtelun osalta, joka sekä nopeuttaa substraatin pinnoittamista että alentaa pinnoittamisen kustannuksia. Lisäksi 3 keksintö mahdoiiistaa suurten kappaleiden pinnoittamisen, joita ei voida sijoittaa normaalikokoisiin ALD-reaktoreihin, Lisäksi voidaan pinnoittaa rakenteet, jotka eivät kestä alipainetta sekä suurten suljettujen tilavuuksien sisäpinnat.

5 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä ALD-tekniikkaa hyödynnetään uudella tavalla siten, että reaktioillaan syötettävien lähtöaine-pulssien ja/tai -syklien välissä ei suoriteta reaktiotilan huuhtelua inertillä huuh-telukaasulla kuten tunnetussa tekniikassa. Lähtöainesyklillä tarkoitetaan kahta 10 peräkkäistä lähtöaineiden syöttöpulssia sekä niiden välistä huuhtelua. Esillä olevan keksinnön mukaisesti reaktiollaan pyritään syöttämään kussakin syöt-töpulssissa tai syöttösyklissä lähtöaineita määrä, mikä vastaa olennaisesti substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittavaa lähtöaineiden määrää yhden kasvatuskerroksen aikaansaamiseksi lähtöaineista substraatin 15 koko pinnoitettavalle pinnalle yhden pulssin/syklin aikana. Menetelmää voidaan käyttää kaikkien tai vain yhden huuhteluvaiheen poistamiseksi.

Pinnoittamisella tarkoitetaan tässä hakemuksessa lähtöaineen tai lähtöaineiden kasvatuskerroksen aikaansaamista substraatin pinnoitettavan pinnan päälle sekä lähtöaineen tai lähtöaineiden seostamista substraatin pin-20 noitetavan pinnan pintakerrokseen tai pintarakenteeseen. Vastaavasti substraatilla tarkoitetaan tässä hakemuksessa mitä tahansa edellisen mukaisesti pinnoitettavaa kappaletta, rakennetta, niiden osaa tai vastaavaa. Lisäksi lähtöaine voi käsittää yhden aineen tai useampia erikseen reaktiotilaan johdettavia aineita tai seoksen, joka käsittää useita eri aineita.

25 Esillä olevan keksinnön mukaisesti reaktiotilaan syötetään aluksi ™ pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita. Lähtöaineen syötön aikana tai sen jälkeen o ™ kaasuanalysaattorilla mitataan lähtöaineen tai lähtöaineiden tai niiden reakti- o oissa syntyneiden reaktiotuotteiden konsentraatiota ja/tai määrää reaktiotilas- § sa. Kaasuanalysaattorina voidaan käyttää mitä tahansa mittauslaitetta tai ana- = 30 lysaattoria, jolla kaasumaisia lähtöaineita on mahdollisuus mitata. Lähtöainei den tai niiden reaktiotuotteiden pitoisuutta tai määrää voidaan vaihtoehtoisesti

\J

mitata myös jatkuvatoimisesti. Tähän mittaamiseen ja analysointiin sopivia

LO

kaasuanalysaattoreja ovat esimerkiksi FTIR-anaiysaattorit. Kaasuanalysaatto-^ rilla toisin sanoen mitataan sitä, että kuinka paljon lähtöaineita tai niiden reak- 35 tiotuotteäta jää reaktiotilaan jäljelle kun substraatin pinta on kuluttanut kaiken tarvitsemansa lähtöaineen yhden kasvatuskerroksen muodostamiseksi. Toisin 4 sanoen kaasuanalysaattori mittaa täten lähtöaineiden yliannostusta. Vaihtoehtoisesti, jos reaktiotilaan kaasuanaiysaattorin mittauksen mukaan ei jää yhtään lähtöaineita tai niiden reaktiotuotteita, voidaan substraatin pinnoitettavan pinnan todeta kuluttaneen kaikki reaktiotilaan syötetyt lähtöaineet, jolloin iähtöai-5 neita on annosteltu reaktiotilaan täsmällisesti substraatin pinnoitettavan pinnan tarvitseva määrä tai vähemmän kuin pinnan tarvitsema määrä, eli aliannostus, yhden kasvatuskerroksen synnyttämiseksi substraatin koko pinnoitettavalle pinnalle. Mittaustuloksia voidaan lisäksi hyödyntää havaitsemaan, milloin pinta-reaktiot ovat tapahtuneet, kun havaitaan, että lähtöaineiden ja/tai reaktiotuot-10 teiden määrä/konsentraatio reaktiotilassa ei enää muutu, ainakaan olennaisesti. Tätä tietoa voidaan puolestaan hyödyntää seuraavan lähtöainepulssi aloittamiseen, kun tiedetään milloin edellinen pulssi on suoritettu loppuun. Tällöin peräkkäisten lähtöainesyklien välit voidaan minimoida ja uusi pulssi syöttää aina edellisen loputtua.

15 Näiden mittaustulosten perusteella päätellään edellä esitetyn mu kaisesti syötettiinkö lähtöaineita reaktiotilaan yliannostus vai aliannostus. Tämän päättelyn mukaisesti määritetään seuraavassa lähtöaineiden syöttöpuls-sissa reaktiotilaan syötettävien lähtöaineiden määrä. Määrittelyn ja mittaustulosten perusteella seuraavassa lähtöaineiden syöttöpuississa reaktiotilaan syö-20 tettävien lähtöaineiden määrää joko pienennetään tai kasvatetaan suhteessa edellisessä syöttöpuississa reaktiotilaan syötettyyn lähtöaineiden määrään. Toisin sanoen, jos mittaustulokset osoittavat lähtöaineiden yliannostusta pienennetään lähtöaineiden määrää, joka seuraavassa syöttöpuississa syötetään reaktiotilaan suhteessa edellisessä pulssissa reaktiotilaan syötettyyn iähtöai-25 neiden määrään. Vastaavasti mikäli mittaustulokset osoittavat lähtöaineiden aliannostusta, tai mahdollisesti täsmällistä annostusta, joka on mittaustulosten ^ perusteella mahdoton erottaa aliannostuksesta, kasvatetaan lähtöaineiden ™ määrää, joka seuraavassa syöttöpuississa syötetään reaktiotilaan suhteessa

LO

9 edellisessä pulssissa reaktiotilaan syötettyyn lähtöaineiden määrään. Mittaus- o 30 tulosten perusteella seuraavassa pulssissa syötettävien lähtöaineiden määrää £ voidaan muuttaa ennalta määrätyn verran tai suhteessa ali- tai yliannostuksen

CL

^ suuruuteen. Tämän jälkeen tämä mittausten perustella määritetty muutettu S määrä lähtöaineita syötetään reaktiotilaan yhden kasvatuskerroksen aikaan-

LO

£5 saamiseksi substraatin pinnoitettavalle pinnalle.

° 35 Haluttaessa kasvattaa substraatin pinnalle useita kasvatuskerroksia toistetaan edellä kuvattu menetelmä useita kertoja siten, että aina edellisen 5 lähtöaineiden syöttösyklin aikana mitattuja arvoja sekä edellisessä pulssissa syötettyjen lähtöaineiden määrää käytetään säätämään seuraavassa syöttö-pulssissa syötettävien lähtöaineiden määrää. Täten reaktiollaan peräkkäisissä syöttöpulssissa syötettävien lähtöaineiden määrä voidaan saada keskimäärin 5 olennaisesti vastaamaan substraatin pinnoitettavan pinnan tarvitsemaan ja/tai vastaanottamaa lähtöaineiden määrää. Tällöin keskimääräisesti olennaisesti kaikki reaktiotilaan syötetty lähtöaine reagoi ja sitoutuu substraatin pinnoitettavalle pinnalle, jolloin pintareaktioiden jälkeen reaktiotilassa ei olennaisesti ole enää jäljellä lähtöaineita ja/tai reaktiotuotteita, jotka eivät ole osallistuneet pin-10 tareaktioihln. Tällainen iteroiva lähtöaineiden syöttäminen poistaa huuhtelun tarpeen, koska reaktiotilaan ei syötetä enää suuria lähtöaineiden yliannostuksia. Esillä olevan keksinnön menetelmän mukaisesti reaktioillaan syötetään peräkkäisissä lähtöaineiden syöttöpulsseissa lähtöaineita määrä, joka on määritetty edellisessä lähtöaineiden syöttöpulssissa syötettyjen lähtöaineiden mää-15 rän ja reaktiotilassa syöttöpulssin aikana ja/tai sen jälkeen olevien lähtöaineiden tai reaktiotuotteiden määrän perusteella. Täten syötettävien lähtöaineiden määrä lähenee peräkkäisten syöttöpulssien aikana oikeaa substraatin pintareaktioihin tarvittavaa määrää ainakin ennalta määrättyyn tarkkuuteen asti. Menetelmän suorittamista voidaan jatkaa niin kauan kunnes ennalta määrätty 20 määrä lähtöaineiden syöttöpulsseja ja/tai ennalta määrätty pinnoitteen paksuus on saavutettu.

Edellä esitetyn mukaisesti esiilä olevassa keksinnössä AID-menetelmä substraatin pinnan pinnoittamiseksi ja/tai seostamiseksi käsittää vaiheet: a) syötetään reaktiotilaan pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita, joiden 25 määrä on ennalta määrätty; b) mitataan lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden mää- C\| £ rää/konsentraatiota reaktiotilassa pulssin aikana ja/tai sen jälkeen tai jatkuva- ™ toimisesti;

LO

9 c) määritetään reaktiotilaan seuraavassa pulssissa syötettävän läh- o 30 töaineen tai lähtöaineiden määrä vaiheessa b) saatujen mittaustulosten perus- | teella ja vaiheessa a) syötetyn lähtöaineiden määrän perusteella; ja d) syötetään reaktiotilaan seuraava sykli lähtöainetta tai lähtöaineita, σ> joiden määrä vastaa vaiheessa c) määritettyä.

o Toistettaessa menetelmää useita kertoja peräkkäin muodostaa vai- o ^ 35 he d) aina menetelmää toistettaessa seuraavan kerran vaiheen a). Näin ALD- 6 menetelmän säätö saadaan toteutettua jatkuvatoimisena prosessina, joka pyrkii optimoimaan lähtöaineiden syöttämisen reaktiotilaan.

Esillä olevan keksinnön menetelmän mukaisesti reaktiotilaan voidaan vaiheiden a) ja/tai d) tai yhden syöttöpulssin aikana syöttää kahta tai 5 useampaa lähtöainetta peräkkäisesti tai samanaikaisesti. Toisin sanoen esimerkiksi vaiheessa a) reaktiotilaan syötetään samanaikaisesti sekä lähtöainetta A että lähtöainetta B, jotka molemmat osallistuvat substraatin pintareaktioihin tai niiden synnyttämä reaktiotuote osallistuu substraatin pintareaktioihin yhden kasvatuskerroksen aikaansaamiseksi substraatin kasvatettavalle pinnal-10 le. Tällöin kaasuanalysaattorilla mitataan lähtöaineiden A ja/tai B tai niiden reaktiotuotteen A+B määrää tai konsentraatiota reaktiotilassa ja tämän mittauksen perusteella säädetään seuraavassa syöttöpulssissa reaktiotilaan syötettävien lähtöaineiden, esim. A ja B määrä. Vaihtoehtoisesti lähtöaineet voidaan syöttää vaiheiden a) ja/tai d) tai yhden syöttöpulssin aikana peräkkäisesti reak-15 tiotilaan siten, että lähtöaine A syötetään aluksi reaktiotilaan ja sen jälkeen lähtöaine B, jolloin lähtöaineen A ja B tai niiden reaktiotuotteiden määrää tai konsentraatiota voidaan mitata lähtöaineen A syöttämisen aikana ja/tai sen jälkeen ja lähtöaineen B syöttämisen aikana ja/tai sen jälkeen. Tämän mittauksen perusteella voidaan jälleen määrittää seuraavassa syöttöpulssissa tai vaihtoeh-20 toisesti syöttösyklissä syötettävien lähtöaineiden, esim. A ja B, määrä. Tämä tarkoittaa sitä, että peräkkäisissä lähtöaineiden syöttösykleissä, esimerkiksi a) ja d), voidaan reaktiotilaan syöttää aina samoja lähtöaineita. Lisäksi kussakin syöttösyklissä syötettävien lähtöaineiden määrää voidaan säätää mittaustulosten perusteella yhtenäisesti siten, että kaikkien lähtöaineiden määrää muute-25 taan samalla tavalla, tai vaihtoehtoisesti kunkin lähtöaineen määrää voidaan säätää erikseen saatujen mittaustulosten perusteella. Edelleen lähtöaineet on C\] ^ mahdollista syöttää reaktiotilaan valmiina kahden tai useamman lähtöaineen ^ seoksena. Lähtöaineiden tai niiden reaktiotuotteiden mittaaminen reaktiotilassa m 9 ja/tai seuraavaksi syötettävän lähtöaineen määrän määrittäminen voidaan tä- o 30 ten suorittaa kaikkien yhdessä syöttösyklissä syötettyjen lähtöaineiden syöttä- | misen jälkeen tai erikseen kunkin peräkkäin syöttöpulssin syöttämisen jälkeen.

^ Myös toista lähtöainetta voidaan syöttää vakioannos ja toisen iähtöaineen σ> määrää säädetään kuvatulla tavalla. On huomioitava, että A:n ja B:n tietyt osat o sitoutuvat substraatin pintaan ja sitoutumatonta reaktiotuotetta/-tuotteita voi- o ^ 35 daan mitata.

7

Keksinnön mukaisessa menetelmässä reaktioillaan voidaan syöttää peräkkäisissä lähtöaineiden syöttöpulsseissa eri lähtöaineita. Toisin sanoen esimerkiksi vaiheessa a) reaktioillaan syötetään lähtöainetta A ja vaiheessa d) lähtöainetta B. Tällöin mittauksena saatuja mittaustuloksia voidaan hyödyntää 5 siten, että kun vaiheessa a) reaktioillaan on syötetty syöttöpulssi ensimmäistä lähtöainetta A suoritetaan ja sen mittaus suoritetaan vaiheen b) mukaisesti, käytetään tätä mittaustulosta vaiheessa d) yhdessä syötetyn lähtöaineen A määrän kanssa toisen lähtöaineen B syötettävän määrän määrittämiseen. Ja jälleen suoritetaan mittaukset lähtöaineelle B, jota mittaustuloksia käytetään 10 jälleen seuraavassa pulssissa syötettävän lähtöaineen, esim. A ja jokin muun lähtöaine, määrän määrittämiseen.

Edelleen eräs tapa hyödyntää esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää on suorittaa se erikseen kullekin reaktiotälaan syötettävälle lähtöaineelle, jolloin kunkin lähtöaineen määrää voidaan säätää erikseen. Tämä 15 tarkoittaa sitä, että jos kunkin reaktiotilaan syötettävän lähtöaineen määrän määritykseen käytetään ainoastaan tämän saman lähtöaineen edellisen syöt-töpulssin mittaustuloksia sekä sen edellisen syöttöpulssin aikana syötettyä lähtöaineen määrää. Toisin sanoen mitataan reaktiotilaan syöttopulssissa syötetyn lähtöaineen A määrää/konsentraatiota ja näiden mittaustulosten ja syötetyn 20 lähtöaineen A määrän mukaan määritetään seuraavassa syöttopulssissa syötettävän lähtöaineen A määrä, tai seuraavassa syöttösyklissä, jossa syötetään lähtöainetta A, syötettävän lähtöaineen A määrä, Sama voidaan suorittaa erikseen lähtöaineelle B. Vaihtoehtoisesti tietyn lähtöaineen määrän määrittämiseen voidaan käyttää myös jonkin muun tai muiden lähtöaineiden mittaustu-25 ioksia.

Edellä kuvattua lähtöaineiden/reaktiotuotteiden mittausta ja mittaus- c\] £ ten perusteella tapahtuvaa syötettävien lähtöaineiden määrän muuttamista ^ voidaan jatkaa kunnes saavutetaan ennalta määrätyllä tarkkuudella tasapaino,

LO

9 jossa syötettyjen lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden määrä vastaa o 30 olennaisesti substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittavaa läh- ee töaineiden ja/tai reaktiotuotteiden määrää yhden kasvatuskerroksen aikaan-

CL

saamiseksi lähtöaineista substraatin koko pinnoitettavalle pinnalle yhden syklin σ) aikana. Tämä tarkoittaa sitä, että kun syötettävien lähtöaineiden määrälle on

LO

o löydetty ennalta määrätyllä tarkkuudella tasapaino, jatketaan lähtöaineiden o ^ 35 syöttämistä peräkkäisillä syöttösykleillä käyttäen tätä lähtöaineiden tasapaino- 8 määrää. Tasapainomäärä voi olla lievä lähtöaineiden yliannostus tai aliannos-tus.

Syötettäessä esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä reaktiotilaan ensimmäinen syöttöpulssi lähtöainetta tai lähtöaineita ensimmäi-5 sen kasvatuskerroksen aikaansaamiseksi substraatin pinnalle, eli aloitettaessa substraatin pinnoitus, syötetään ensimmäisessä syöttöpulssissa reaktiotilaan yliannostus lähtöaineita edellä esitetyn vaiheen a) mukaisesti siten, että syötettyjä lähtöaineita ja/tai niiden reaktiotuotteita on enemmän kuin substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittava määrä. Tällöin mittausten perus-10 teella voidaan välittömästi määrittää lähtöaineiden tai niiden reaktiotuotteiden ylimäärä ja sen perusteella voidaan edelleen säätää seuraavassa syöttöpulssissa syötettävien lähtöaineiden määrä. Vaihtoehtoisesti substraatin pinnoittaminen voidaan aloittaa syöttämällä ensimmäisessä pulssissa reaktiotilaan ali-annostus lähtöaineita edellä esitetyn vaiheen a) mukaisesti siten, että syötetty-15 jä lähtöaineita ja/tai niiden reaktiotuotteita on vähemmän kuin substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittava määrä. Tämän jälkeen seuraavassa syöttöpulssissa syötettävien lähtöaineiden määrää voidaan kasvattaa. Aliannostuksessa jää kuitenkin epäselväksi se kuinka suuresta aliannostukses-ta oli kyse, eli ei tiedetä todellista lähtöaineiden tarvetta, toisin kuin yliannos-20 tuksen kohdalla. Toisaalta yliannostuksen seurauksena reaktiotilaan jää reaktiotuotteita tai lähtöaineita, jotka eivät sitoudu vaan ne saattavat jäädä pölynä tai muuna epäpuhtautena reaktiotilaan. Ensimmäisessä syöttöpulssissa reaktiotilaan syötettävien lähtöaineiden määrä voi olla arvioitu tai ennalta määrätty esimerkiksi aikaisempien mittaustietojen perusteella.

25 Kunkin syötetyn lähtöaineiden syöttöpulssin ja siihen liittyvän mitta usvaiheen jälkeen määritetään oliko syötetty syöttöpulssi yli- vai aliannostus. ^ Yliannostustapauksessa pienennetään seuraavassa syöttöpulssissa reaktioti- ^ laan syötettävien lähtöaineiden määrää verrattuna edellisessä syklissä syöiet-

LO

9 tyyn lähtöaineidenmäärään. Aliannostuksen tapauksessa puolestaan kasvate- o 30 taan seuraavassa pulssissa reaktiotilaan syötettävien lähtöaineiden määrää it verrattuna edellisessä pulssissa syötettyyn lähtöaineidenmäärään. Lähtöainei-

CL

den määrä voidaan muuttaa suhteessa mittaustuloksessa saatuun yliannos-σ> tuksen tai aliannostuksen suuruuteen tai muutos voidaan tehdä portaittain, joi-

LO

^ loin syötettävien lähtöaineiden määrää muutetaan ennalta määrätyn verran, o ^ 35 Edellä esitettyä periaatetta voidaan käyttää myös peräkkäisten syötiöpuissien lisäksi peräkkäisten syöttösyklien, jotka koostuvat kahdesta peräkkäisestä läh- 9 töainepulssista, toteuttamiseen. Tällöin lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden mittaukset suoritetaan syklin aikana ja lähtöaineiden määrää säädetään mittaustulosten perusteella vasta seuraavaa sykliä varten.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa 5 käyttäen reaktiotilana perinteistä ALD-reaktorin reaktiokammiota ja/tai alipainekammiota. Koska keksinnön mukainen menetelmä poistaa reaktiotilan huuhteluntarpeen, voidaan reaktiotilana käyttää periaatteessa mitä tahansa suljettua tilaa, jonne lähtöaine on johdettavissa. Reaktiotila voi olla aikaansaatu siten, että pinnoitettava substraatti on asetettavissa reaktiotilan sisälle. Edel-10 leen reaktiotila voi olla alipaineistettu tai alipaineistamaton.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu erityisen hyvin suurien suljettujen tilojen sisäpintojen pinnoittamiseen. Tällöin suljettu tila toimii reaktiotilana ja sen sisäpinta toimii pinnoitettavana substraattina. Suljetun tilan huuhteleminen on tunnetulla tekniikalla erittäin valkeaa ja hidasta, joten esillä 15 oleva keksintö ratkaisee tähän liittyvän ongelman mahdollistan erilaisten säiliöiden, kammioiden, putkien, putkistojen ja vastaavien suljettujen tai suljettavissa olevien tilojen sisäpintojen pinnoittamisen ALD-tekniikalla. Tällöin lähtöaineet johdetaan suljettuun tilaan ja niiden annetaan reagoida kasvatuskerrok-sen muodostamiseksi suljetun tilan sisäpinnalle.

20 Reaktiotila voidaan edelleen varustaa puhaltimella, siipisekoittimel- la tai vastaavalla sekoitusvälineeliä reaktiotilaan johdettujen lähtöaineiden sekoittamiseksi ja/tai kierrättämiseksi. Lähtöaineiden sekoittamisella ja kierrättämisellä reaktiotilan sisällä varmistetaan se, että lähtöaineet reagoivat mahdollisimman täydellisesti ja löytävät pinnoitettavalle pinnalle.

25 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-^ muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- ^ la patenttivaatimusten puitteissa.

m cp

CD

o

X

en

CL

Sj-

CD

m r-· o o

(M

Claims

1. Menetelmä substraatin pinnan, rakenteen sisäpinnan tai muun prosessoitavan kappaleen pinnan pinnoittamiseksi ja/tai seostamiseksi reak-tiotilassa atomikerroskasvatusmenetelmällä (ALD-menetelmällä), jossa mene- 5 telmä prosessoitavan substraatin pinta altistetaan vuoroittaisesti toistuville lähtöaineiden saturoiduille pintareaktioille syöttämällä reaktioillaan peräkkäisiä lähtöaineiden pulsseja, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet: a) syötetään reaktiotilaan pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita, joiden määrä on ennalta määrätty; 10 b) mitataan lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden mää- rää/konsentraatiota reaktiotilassa pulssin aikana ja/tai sen jälkeen tai jatkuva-toimisesti; c) määritetään reaktiotilaan seuraavassa pulssissa syötettävän lähtöaineen tai lähtöaineiden määrä vaiheessa b) saatujen mittaustulosten perus- 15 teella ja vaiheessa a) syötetyn lähtöaineiden määrän perusteella; ja d) syötetään reaktiotilaan seuraava pulssi lähtöainetta tai lähtöaineita, joiden määrä vastaa vaiheessa c) määritettyä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään vaiheiden a) ja d) peräkkäisissä pulsseissa reaktiotilaan samaa 20 lähtöainetta tai samoja lähtöaineita.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään vaiheiden a) ja d) peräkkäisissä pulsseissa reaktiotilaan eri lähtöainetta tai eri lähtöaineita.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että vaiheissa a) ja d) reaktiotilaan syötetään pulssi kahta tai useampaa cv lähtöainetta peräkkäisesti tai samanaikaisesti. c3 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, g että vaiheet c) ja d) suoritetaan kaikkien vaiheessa a) syötettävien lähtöaine!- i g den syöttämisen jälkeen tai erikseen kunkin peräkkäisen lähtöaineen syöttämi- x 30 sen jälkeen. CC

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että toistetaan menetelmää usean kasvatuskerroksen ai- O) g kaansaamiseksi substraatin pinnalle siten, että suoritettu vaihe d) muodostaa o o seuraavan kerran menetelmä toistettaessa vaiheen a).

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä suoritetaan erikseen kuiiekin lähtöaineelle tai kuiiekin lähtöaineiden seokselle.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että mitataan vaiheessa b) erikseen kunkin lähtöaineen ja/tai niiden reaktiotuotteiden määrää/konsentraatiota reaktiotilassa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään ja/tai säädetään vaiheessa c) kunkin reaktiollaan seuraavassa pulssissa syötettävän lähtöaineen määrä erikseen vai- 10 heessa b) saatujen mittaustulosten perusteella.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toistetaan vaiheita b), c) ja d) kunnes ennalta määrätty määrä pulsseja ja/tai ennalta määrätty pinnoitteen paksuus on saavutettu. 11. jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetel-15 mä, tunnettu siitä, että toistetaan vaiheita b), c) ja d) kunnes on saavutettu ennalta määrätyllä tarkkuudella tasapaino, jossa syötettyjen lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden määrä vastaa olennaisesti substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittavaa lähtöaineiden ja/tai reaktiotuotteiden määrää yhden kasvatuskerroksen aikaansaamiseksi lähtöaineista substraatin 20 koko pinnoitettavalle pinnalle yhden pulssin aikana.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aloitetaan substraatin pinnoittaminen syöttämällä ensimmäisessä pulssissa reaktiotilaan yliannostus lähtöaineita vaiheen a) mukaisesti siten, että syötettyjä lähtöaineita ja/tai niiden reaktiotuotteita on 25 enemmän kuin substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittava ^ määrä.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 11 mukainen menetel- uS mä. tu n nettu siitä, että aloitetaan substraatin pinnoittaminen syöttämällä 0 ^ ensimmäisessä pulssissa reaktiotilaan aiiannostus lähtöaineita vaiheen a) mu- ° 30 kaisesti siten, että syötettyjä lähtöaineita ja/tai niiden reaktiotuotteita on vä- £ hemmän kuin substraatin pinnoitettavan pinnan pintareaktioihin tarvittava mää- 3 rä.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 13 mukainen menetel lä § mä, tunnettu siitä, että vaiheessa c) kasvatetaan seuraavassa pulssissa C\J 35 vaiheessa d) reaktiotiiaan syötettävien lähtöaineiden määrää verrattuna edelli- sessä syklissä syötettyyn lähtöaineidenmäärään, kun mittaustulokset vaiheessa b) osoittavat lähtöaineiden aiiannostusta.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, että vaiheessa c) pienennetään seuraavassa pulssissa 5 vaiheessa d) reaktiotilaan syötettävien lähtöaineiden määrää verrattuna edellisessä puisissa syötettyyn lähtöaineidenmäärään, kun mittaustulokset vaiheessa b) osoittavat lähtöaineiden yliannostusta.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaiheessa d) seuraavassa puisissa reaktioillaan syötettävien Säh- 10 töaineiden määrää pienennetään tai kasvatetaan suhteessa vaiheessa b) saatuun mittaustulokseen.

17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan lähtöaineiden ja/tai niiden reaktiotuotteiden määrää/konsentraatiota reaktiotilassa vaiheessa b) kaasuanalysaattoriiia, 15 edullisesti FTIR-anaiysaattoriila.

18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-17 mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, että reaktiotiiana käytetään ALD-laitteiston reaktiokam-miota ja/tai alipainekammiota.

19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-18 mukainen menetei- 20 mä, tunnettu siitä, että reaktiotiiana käytetään mitä tahansa suljettua tilaa, jonne lähtöaineet on johdettavissa.

20. Jonkin edeiiisen patenttivaatimuksen 1-19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoitettava ja/tai seostettava substraatti sijoitetaan reaktiothan sisälle.

21. Jonkin edeiiisen patenttivaatimuksen 1-17 mukainen menetelty, mä, tunnettu siitä, että reaktiotiiana käytetään suljettua säiliötä, kammiota, o putkea, putkistoa tai muuta vastaavaa tilaa, jonka sisäpinnat muodostavat pin- ιό noitettavan ja/tai seostettavan substraatin. o ^ 22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 18-21 mukainen mene- ° 30 telmä, tunnettu siitä, että reaktiotila on alipaineistettu tai alipaineistamaton. £ 23. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 18-22 mukainen mene- ^ teimä, tunnettu siitä, että reaktiotila käsittää puhaltimen, siipisekoittimen S tai vastaavan sekoitusvälineen reaktiotilaan johdettujen lähtöaineiden sekoit- § tamiseksi ja/tai kierrättämiseksi. (M