TW201404931A - 沈積裝置中具有多階清除結構之反應器 - Google Patents

沈積裝置中具有多階清除結構之反應器 Download PDF

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Abstract

實施例係關於沈積裝置中之反應器結構，該結構可透過利用多階文土里(Venturi)效應而高效移除沈積在基板上之過量材料。在反應器中，在注射室與排廢部分之間形成不同高度之收縮區。當清除氣體或前驅物自注射室移動至排廢部分並通過收縮區時，氣體壓力下降且氣體速度增大。此種壓力及速度變化促進移除沈積在基板上之過量材料。

Description

沈積裝置中具有多階清除結構之反應器 【相關申請案之交叉引用】
本申請案根據35 U.S.C § 119(e)主張2012年6月19日申請之共同申請之美國臨時專利申請案第61/661,750號之優先權，該案係以引用其全文的方式併入本文。
本發明係關於透過使用原子層沈積(ALD)或其他沈積方法將一或多個材料層沈積在基板上，及更特定言之，係關於自該基板有效移除過量材料。
使用各種化學方法來將一或多個材料層沈積在基板上。此等化學方法尤其包括化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)及分子層沈積(MLD)。CVD係將材料層沈積在基板上之最常見方法。在CVD中，混合反應性氣體前驅物及隨後遞送至反應室，其中在混合氣體與基板接觸後沈積一材料層。
ALD係將材料沈積在基板上之另一方式。ALD利用化學吸附分子之鍵結力，其不同於物理吸附分子之鍵結力。在ALD中，源前驅物經吸附至基板表面中及隨後藉由惰性氣體清除。藉此使源前驅物之物理吸附分子(藉由凡得瓦力鍵結)自基板脫附。然而，源前驅物之化學吸附分子係共價鍵結，因此，此等分子有力地吸附在基板中且不會自基板脫附。源前驅物之化學吸附分子(吸附在基板上)與反應物前驅 物之分子反應及/或經其置換。隨後，透過注入清除氣體及/或泵壓該室來移除過量前驅物或物理吸附分子，進而獲得最終原子層。
MLD係類似於ALD之薄膜沈積方法，但在MLD中，將分子作為單元沈積在基板上以在基板上形成聚合膜。在MLD中，分子片段在各反應循環期間沈積。用於MLD之前驅物一般已為同雙官能性反應物。MLD方法一般係用於在基板上生長諸如聚醯胺之有機聚合物。用於MLD及ALD之前驅物亦可用於生長雜化有機-無機聚合物，如Alucone(即透過使三甲基氯(TMA：Al(CH3)3)與乙二醇反應所獲得之具有含碳主鏈之烷氧化鋁聚合物)或Zircone(基於鋯前驅物(如第三丁醇鋯Zr[OC(CH3)3]4或肆(二甲基醯胺基)鋯Zr[N(CH3)2]4)與二醇(如乙二醇)之間之反應之雜化有機-無機系統)。
在此等沈積方法期間，可清除物理吸附在基板上之前驅物或其他材料以用於後續製程。若在清除製程後有過量前驅物或其他材料殘留在基板上，則所獲得之層可能具有不適宜的特性。因此，可針對各種沈積方法實施自基板表面有效移除過量前驅物或其他材料之流程。
實施例係關於經形成有多個收縮區之反應器，該等收縮區促進移除殘留在基板上之過量材料。該反應器經形成有第一室、第二室、第一收縮區、第二收縮區及排廢部分。該第一室將第一氣體注射至穿過該第一室之基板上。該第二室將第二氣體注射至穿過該第二室之基板上。該第一收縮區經組態以將該第一氣體自該第一室擇徑配送至該第二室以越過該基板。該第一收縮區係形成在該第一室與該第二室之間。該第一收縮區經組態以使在該第一收縮區中之第一氣體之壓力低於在第一室中之第一氣體之壓力及在第一收縮區中之第一氣體之速度高於在第一室中之第一氣體之速度。該第二收縮區經組態以將至少該第二氣體自該第二室擇徑配送至該排廢部分以越過該基板。該第二收 縮區係形成在該第二室與該排廢部分之間。在該第二收縮區中之第二氣體之壓力低於在該第二室中之第二氣體之壓力且在該第二收縮區中之第二氣體之速度高於在該第二室中之第二氣體之速度。
在一實施例中，該第一收縮區之高度小於該第一室之寬度。
在一實施例中，該第二收縮區之高度小於該第一收縮區之高度。
在一實施例中，該第二收縮區之高度小於該第二室之寬度的2/3。
在一實施例中，該第二收縮區之高度小於該第二室之寬度。
在一實施例中，該第一氣體係清除氣體及該第二氣體係用於在基板上實施原子層沈積(ALD)之源前驅物或反應物前驅物。
在一實施例中，該清除氣體包括氬氣及該第二氣體包括四乙基甲基胺基鉿(TEMAHf)、肆(二甲基醯胺基)鈦(TDMAT)、鋯之混合烷基醯胺基-環戊二烯基化合物[(RCp)Zr(NMe2)3(R=H、Me或Et)]、三甲基(甲基環戊二烯基)鉑(MeCpPtMe3)及雙(乙基環戊二烯基)釕[Ru(EtCp)2]中之一者。
在一實施例中，該第二氣體包括H2O、H2O2、O3、NO、O*自由基、NH2-NH2、NH3、N*自由基、H2、H*自由基、C2H2、C*自由基或F*自由基。
在一實施例中，該反應器進一步形成有第三室及第四室。該第三室經組態以接收第三氣體。該第三收縮區經組態以將該第三氣體自該第三室擇徑配送至該第一室以越過該基板。
實施例亦係關於一種利用具有多個收縮區之反應器將材料沈積在基板上之方法。引發承接基板之基座與反應器之間之相對運動。將第一氣體提供至形成在該反應器中之第一室中，及注射至穿過該第一室之基板上。經由形成在該反應器中之第一收縮區將該第一氣體自該 第一室擇徑配送至該反應器之第二室以越過該基板。將第二氣體提供至反應器之第二室中及注射至該基板上。經由形成在該反應器中之第二收縮區將該第二氣體自該第二室擇徑配送至形成在該反應器中之排廢部分，以越過該基板。
100‧‧‧沈積裝置
110‧‧‧加工室
114‧‧‧馬達
118‧‧‧支撐柱
120‧‧‧基板
124‧‧‧支撐板
128‧‧‧基座
136‧‧‧反應器
136A‧‧‧反應器
136B‧‧‧反應器
136C‧‧‧反應器
136D‧‧‧反應器
138‧‧‧長形棒
210‧‧‧托架
300‧‧‧旋轉沈積裝置
314‧‧‧基板
318‧‧‧基座
320‧‧‧反應器
324‧‧‧容器
330‧‧‧出口
334‧‧‧反應器
338‧‧‧出口
364‧‧‧反應器
368‧‧‧反應器
412A‧‧‧管
412B‧‧‧管
416‧‧‧管
420‧‧‧管
422‧‧‧電極
428‧‧‧管
432‧‧‧電纜
440‧‧‧排廢部分
442‧‧‧排廢部分
448‧‧‧排廢部分
502‧‧‧主體
518A‧‧‧室
518B‧‧‧室
530A‧‧‧氣體通道
530B‧‧‧氣體通道
530D‧‧‧氣體通道
532A‧‧‧穿孔
532B‧‧‧穿孔
534A‧‧‧收縮區
534B‧‧‧收縮區
534C‧‧‧收縮區
534D‧‧‧收縮區
538‧‧‧線
550‧‧‧反應器
700‧‧‧反應器
710‧‧‧主體
714‧‧‧通道
718‧‧‧通道
720‧‧‧通道
724A‧‧‧室
724B‧‧‧室
724C‧‧‧室
730‧‧‧排廢部分
732A‧‧‧收縮區
732B‧‧‧收縮區
732C‧‧‧收縮區
800‧‧‧反應器
810‧‧‧主體
812A‧‧‧通道
812B‧‧‧通道
812C‧‧‧通道
812D‧‧‧通道
814‧‧‧室
816‧‧‧室
818‧‧‧室
820‧‧‧室
840‧‧‧排廢部分
844‧‧‧箭頭
902‧‧‧引發基座與反應器之間之相對運動
906‧‧‧將第一氣體提供至第一室
910‧‧‧將第一氣體注射至基板
914‧‧‧經由第一收縮區將第一氣體自第一室擇徑配送至第二室
918‧‧‧經由第二收縮區將第一氣體自第二室擇徑配送至排廢部分
922‧‧‧將第二氣體提供至第二室
926‧‧‧將第二氣體注射至基板上
930‧‧‧經由第二收縮區將第二氣體自第二室擇徑配送至排廢部分
h‧‧‧高度
h1‧‧‧高度
h2‧‧‧高度
L‧‧‧寬度
WV1‧‧‧寬度
WV2‧‧‧寬度
WE1‧‧‧寬度
WE2‧‧‧寬度
WEX‧‧‧寬度
WEA‧‧‧寬度
WEB‧‧‧寬度
WEC‧‧‧寬度
WVA‧‧‧寬度
WVB‧‧‧寬度
WVC‧‧‧寬度
WY1‧‧‧寬度
WY2‧‧‧寬度
WY3‧‧‧寬度
WY4‧‧‧寬度
Z1‧‧‧高度
Z2‧‧‧高度
Z3‧‧‧高度
Z4‧‧‧高度
Za‧‧‧高度
Zb‧‧‧高度
Zc‧‧‧高度
圖1係根據一實施例之線性沈積裝置之橫截面圖。
圖2係根據一實施例之圖1線性沈積裝置之立體視圖。
圖3係根據一實施例之旋轉沈積裝置之立體視圖。
圖4係根據一實施例之在沈積裝置中之反應器的立體視圖。
圖5A係根據一實施例，沿圖4之線A-B繪示反應器之橫截面圖。
圖5B係根據一實施例之圖5A反應器之底視圖。
圖5C係繪示根據另一實施例之反應器之橫截面圖。
圖6係描述根據一實施例在圖5A反應器中之清除操作之概念圖。
圖7係根據另一實施例具有三個收縮區之反應器之截面圖。
圖8係根據另一實施例之對稱反應器之橫截面圖。
圖9係根據一實施例實施沈積製程之流程圖。
本文將參考附圖描述實施例。然而，本文中所揭示之原理可依照許多不同形式體現且不應理解為受限於本文中所提及之實施例。在敘述中，可省略熟知特徵及技術之細節以避免不必要地混淆實施例的特徵。
在圖中，圖中的類似參考數字表示類似元件。為清楚起見，可放大圖的形狀、尺寸及區域及類似者。
實施例係關於沈積裝置中之反應器之結構，其可透過利用多個收縮區來引發多階文土里效應而高效移除沈積在基板上之過量材料(例如，物理吸附前驅物分子)。在反應器中，在注射室與排廢部分 之間形成不同高度的收縮區。當清除氣體或前驅物自注射室移動至排廢部分並通過收縮區時，氣體壓力下降且氣體速度增大。此種壓力及速度變化促進移除沈積在基板上之過量材料。透過提供多個收縮區，引發多階文土里效應，進而自基板更充分地移除過量材料。
用於實施沈積之實例設備
圖1係根據一實施例之線性沈積裝置100之橫截面圖。圖2係根據一實施例之線性沈積裝置100(未展示室壁以便解釋)之立體視圖。線性沈積裝置100可尤其包括(相對其他組件而言)支撐柱118、加工室110及一或多個反應器136。反應器136可包括一或多個用於實施MLD、ALD及/或CVD之注射器及自由基反應器。各注射器將源前驅物、反應物前驅物、清除氣體或此等材料之組合注射至基板120上。注射器與基板120之間之間隙可為0.5mm至1.5mm。
可將藉由壁封閉之加工室維持在真空狀態以防止污染物影響沈積製程。加工室110含有承接基板120之基座128。將基座128置於支撐板124上以進行滑行移動。支撐板124可包括溫度控制器(例如，加熱器或冷卻器)以控制基板120之溫度。線性沈積裝置100亦可包括頂銷(未顯示)，以便將基板120裝載至基座128上或將基板120自基座128拆卸。
在一實施例中，藉由形成在基座上之螺釘將基座128緊固於移動穿過長形棒138之托架210。托架210具有形成在其承接該長形棒138之孔中之相應螺釘。將該長形棒138緊固於馬達114之主軸，藉此，長形棒138隨著馬達114之主軸旋轉而旋轉。長形棒138之旋轉引發托架210(及進而基座128)在支撐板124上作線性移動。透過控制馬達114之速度及旋轉方向，便可控制基座128之線性移動之速度及方向。馬達114及長形棒138之使用僅為使基座128移動之機構之一實例。存在使基座128移動之各種其他方式(例如，使用齒輪及小齒輪或在基座128 底部、頂部或側面之線性馬達)。此外，替代使基座128移動，可使基座128保持固定並可移動反應器136。
圖3係根據一實施例之旋轉沈積裝置300之立體視圖。替代使用圖1之線性沈積裝置100，可使用該旋轉沈積裝置300來實施根據另一實施例之沈積製程。該旋轉沈積裝置300可尤其包括(相對其他組件而言)反應器320、334、364、368、基座318及封閉此等組件之容器324。旋轉沈積裝置300之反應器(例如320)對應於上文參考圖1所描述之線性沈積裝置100之反應器136。基座318將基板314緊固在原位。可將反應器320、334、364、368放置成與基板314及基座318相隔0.5mm至1.5mm之間隙。基座318或反應器320、334、364、368旋轉以使基板314經歷不同製程。
將反應器320、334、364、368中之一或多者連接至氣體管(未顯示)，以提供源前驅物、反應前驅物、清除氣體及/或其他材料。由氣體管所提供之材料可(i)藉由反應器320、334、364、368直接注射至基板314上，(ii)在反應器320、334、364、368之室中混合後提供，或(iii)在藉由反應器320、334、364、368內所產生之電漿轉化為自由基後提供。在將材料注射至基板314上後，可將多餘材料經由出口330、338排出。亦可將旋轉沈積裝置300之內部維持在真空狀態。
雖然主要參考線性沈積裝置100中之反應器136描述以下實例實施例，然而，可將相同原理及操作應用於旋轉沈積裝置300或其他類型沈積裝置。
圖4係根據一實施例在圖1沈積裝置100中之反應器136A至136D(統稱為「反應器136」)之立體視圖。在圖4中，反應器136係彼此串聯鄰接地放置。在其他實施例中，反應器136可彼此分隔一距離放置。當裝配基板120之基座128自左向右或自右向左移動時，藉由反應 器136將材料或自由基接續地注射至基板120以在基板120上形成沈積層。替代移動基板120，可使反應器136自右向左移動，同時將源前驅物材料或自由基注射在基板120上。
在一或多個實施例中，反應器136A、136B、136C為氣體注射器，其等將前驅物材料、清除氣體或其等組合注射至基板120上。反應器136A、136B、136C中之各者連接至管412A、412B、416、420，以自一或多個源接收前驅物、清除氣體或其等組合。可將閥及其他管(參照圖5)安裝在管412、416、420與源之間，以控制提供至氣體注射器136A、136B、136C之氣體及其量。經由排廢部分440、442、448排出過量前驅物及清除氣體分子。
反應器136D係自由基注射器，其利用電漿產生反應物自由基。該電漿可利用經由電纜432提供至延伸穿過反應器136D之電極422之直流電(DC)、DC脈衝或射頻(RF)訊號產生。將反應器136D連接至管428以接收反應物前驅物(例如，用於產生O*自由基之N2O或O3)。在一實施例中，可將反應器136D之主體耦接至地面。
經由排廢部分440、442、448排出過量源前驅物、反應物前驅物及清除氣體分子。
具有二階收縮區之反應器
圖5A係沿圖4之線A-B繪示根據一實施例之反應器136A之橫截面圖。注射器136A包括主體502，其經形成有氣體通道530A、530B、穿孔(狹縫或孔)532A、532B、室518A、518B、收縮區534A、534B及排廢部分440(具有WEX之寬度)。氣體通道530A連接至管412A，以經由穿孔532A將清除氣體傳送至室518A中。氣體通道530B連接至管412B，以經由穿孔532B將前驅物氣體傳送至室518B中。位在反應室518B下方之基板120之區域經由室518B與前驅物接觸及使源前驅物分子吸附在其表面上。
餘下的前驅物(即在部分前驅物吸附在基板120上之後餘下之前驅物)通過收縮區534B及經由排廢部分440排出。於基板120曝露於注射室518B下方之前驅物後，可能有過量前驅物分子(例如，物理吸附的前驅物分子)殘留在基板120之表面上。當前驅物通過收縮區534B時，文土里效應導致收縮區534B中之前驅物之壓力下降及前驅物之速度增大。因此，當基板120之區域在收縮區534B下方移動時，在基板120之該區域上之過量前驅物至少部分地被收縮區534B中之文土里效應移除。
為更充分移除過量前驅物(及在基板上之其他不需要殘餘物)，經由穿孔532A將清除氣體注射至室518A中。隨後經由在室518B下方之收縮區534A及經由收縮區534B將清除氣體排出至排廢部分440。當清除氣體通過收縮區534A及收縮區534B時，文土里效應導致清除氣體之壓力下降及清除氣體之速度增大。清除氣體之文土里效應促進過量前驅物自基板120之表面的進一步移除。清除氣體通過自收縮區534A跨越至收縮區534B之延伸虛擬收縮區，如下文參考圖6所詳細描述；及因此，與在收縮區534B下方通過之前驅物氣體結合之清除氣體有效移除基板上之過量前驅物。因此，甚至可使用反應器136A有效移除具有高黏度或低蒸氣壓之前驅物。
如圖5A所示，收縮區534A具有比室518A之高度h1低之高度(Z1+Z2)，且收縮區534B具有比室518B之高度h2低之高度Z1。此外，自主體502之底部(藉由線538指示)至收縮區534A之頂面之收縮區534A高度為(Z1+Z2)且其寬度為Wv1。自主體502之底部至收縮區532B之頂面之收縮區532B高度為Z1且其寬度為Wv2。在一實施例中，Wv2係大於Wv1。
圖5B係根據一實施例之圖5A反應器136A之底視圖。反應器136A具有寬度L。室518A、518B各別具有寬度WE1及WE2。室518A中之清 除氣體通過室518B下方之收縮區534A及收縮區534B，然後進入排廢部分440中。室518B中之前驅物氣體通過收縮區534B進入排廢部分440。
圖5C係繪示根據一實施例之圖4反應器550之橫截面圖。反應器550類似於反應器136A，不同的是反應器550經形成有第一收縮區534C及第二收縮區534D。該第一收縮區534C具有高度Z3，而該第二收縮區534D具有比第一收縮區534C之高度Z3高之高度(Z3+Z4)。在其他實施例中(未示出)，收縮區可具有相同高度。若自530D注射之前驅物之黏附係數低或自530D注射之前驅物之蒸氣壓高，則可將收縮區534D之高度設定為等於或高於收縮區534C之高度。
在一實施例中，將氬氣用作注射通過室518A之清除氣體及將四乙基甲基胺基鉿(TEMAHf)用作注射通過室518B之前驅物。可將TEMAHf加熱至50℃至100℃之範圍以提供充足蒸氣壓。或者，可將肆(二甲基醯胺基)鈦(TDMAT)、鋯之混合烷基醯胺基-環戊二烯基化合物[(RCp)Zr(NMe2)3(R=H、Me或Et)]、三甲基(甲基環戊二烯基)鉑(MeCpPtMe3)及雙(乙基環戊二烯基)釕[Ru(EtCp)2]中之一或多者用作前驅物以代替或附加至TEMAHf。亦可將H2O、H2O2、O3、NO、O*自由基、NH2-NH2、NH3、N*自由基、H2、H*自由基、C2H2、C*自由基或F*自由基用作注射通過室518B之前驅物。
圖6係描述根據一實施例在圖5A反應器136A中之清除操作之概念圖。前驅物經注射至室518B中且通過收縮區534B進入排廢部分440。將收縮區534B之高度Z1設定為小於室518B之寬度WE2。由於可將前驅物視為經由具有寬度WE2之導管流動至具有寬度Z2(較WE2窄)之導管中，故文土里效應導致在收縮區534B中之前驅物之壓力下降及前驅物之速度增大。因此，在收縮區534B中之前驅物之流動至少部分地移除在基板120上之過量材料(例如，物理吸附的前驅物分子)，此 為第一階段清除。
收縮區534B亦用作室518B與排廢部分440之間之連通通道。收縮區534B使自室518B移向排廢部分440之前驅物可達成定向層流，而不導致前驅物在反應器136A下方隨機擴散。
在一實施例中，將收縮區534B之高度Z1設定為小於室518B之寬度WE2的2/3，以使文土里效應足以移除在基板120上之物理吸附前驅物分子。
清除氣體(例如氬氣)穿過收縮區532A、室518B及收縮區534B移向排廢部分440。將收縮區534A之高度(Z1+Z2)設定為小於室518A之寬度WE1。可將移動穿過收縮區532A及室518B之清除氣體視為自具有寬度WE1之導管移動至具有高度(Z1+Z2)及長度(WE1+Wv1+Wv2)之導管。清除氣體自具有WE1寬度之較寬導管向具有(Z1+Z2)寬度之窄高度之流動引發文土里效應，及因此，在收縮區534A中之清除氣體之速度增大且清除氣體之壓力下降。此文土里效應導致在收縮區534A中藉由清除氣體實施清除，進而將過量材料自基板120移除。
清除氣體隨後移動通過具有進一步縮減高度(Z2+h)及長度Wv2之收縮區534B。當清除氣體通過收縮區534B時，藉由因收縮區534B之通路進一步變窄而引發之清除氣體之文土里效應實施清除。因此，隨著清除氣體移動通過室518A，清除氣體之速度進一步增大，同時清除氣體之壓力進一步下降。在收縮區534B中之清除氣體之此文土里效應進一步移除在基板120上之過量材料。因清除氣體流動所引發之過量材料移除構成第二階段清除。
在一實施例中，收縮區534A之(Z1+Z2)小於室518A之寬度WE1的2/3，以使文土里效應足以移除在基板120上之物理吸附前驅物分子。
清除氣體及前驅物通過收縮區534A、534B並藉由文土里效應移除在基板表面上之過量材料。此外，清除氣體亦可移除或防止由於在 反應器136A中之反應而產生的任何副產物之再吸附。透過促進過量前驅物及副產物之移除，可增強藉由ALD、MLD或CVD所形成之層之性質。
具有三階收縮區之反應器
圖7係根據另一實施例具有三階收縮區之反應器700之截面圖。反應器700之主體710經形成有通道714、718、720、室724A、724B、724C、將通道連接至室之穿孔、排廢部分730及收縮區732A、732B、732C。相較於反應器136A，反應器700具有額外通道714、室724A及收縮區732A。
經注射通過通道714之清除氣體填充室724A及隨後通過在室724B下方之收縮區732A、在室724C下方之收縮區732B及收縮區732C而進入排廢部分730。收縮區724A具有離反應器700之底部為(Za+Zb+Zc)之高度及寬度WVA。收縮區724B具有離反應器700之底部為(Za+Zb)之高度及寬度WVB。收縮區724C具有離反應器700之底部為Za之高度及寬度WVC。
在一實施例中，高度(Za+Zb+Zc)係小於室724A之寬度WEA，及較佳地，高度(Za+Zb+Zc)係小於寬度WEA的2/3。高度(Za+Zb)係小於室724B之寬度WEB，及較佳地，高度(Za+Zb)係小於寬度WEB的2/3。高度Za係小於室724C之寬度WEC，及較佳地，高度Za係小於寬度WEC的2/3。在一實施例中，Zc可具有小於零之值。即收縮區732A之高度可低於收縮區732B之高度。
反應器700可較反應器136A更高效地移除前驅物，係因使用額外階段之清除氣體來將前驅物自基板表面清除。利用經反應器700之室724A至724C注射之氣體移除過量前驅物及副產物的原理係與反應器136A者相同，及因此，為簡明起見在本文中省略其詳細敘述。
替代實施例
圖8係根據另一實施例具有對稱結構之反應器800之截面圖。該反應器具有主體810，其經形成有通道812A、812B、812C、812D、室814、816、818、820、收縮區(具有寬度WY1、WY2、WY3、WY4)及將通道連接至室之穿孔。
在一實施例中，經由通道812B及812C注入不同前驅物。例如，經由通道812B注入TEMAHf(四乙基甲基胺基鉿)及經由通道812C注入3DMAS(叁(二甲基胺基)矽烷：SiH[(CH3)2N]3)。可將氬氣用作清除氣體及經由通道812A及812D注入。
各前驅物可使用氬氣作為載氣並鼓吹至儲存該前驅物之罐中。就TEMAHf而言，可將前驅物加熱至50℃至100℃之溫度範圍以建立充足蒸氣壓。基板可沿一個方向或沿兩個方向移動，如箭頭844所示。
第一前驅物係TEMAHf，其與諸如氬氣之載氣一起填充室816及隨後經由具有寬度WY2之第二收縮區排放至排廢部分840。清除氣體經注射至室814中，通過在室816下方之第一收縮區(具有寬度WY1)、第二收縮區及隨後排放至排廢部分840。
類似地，諸如3DMAS之另一前驅物與諸如氬氣之載氣一起填充室818，及隨後經由第三收縮區(具有寬度WY3)排放至排廢部分840。同時，清除氣體填充室820，通過在室818下方之第四收縮區(具有寬度WY4)、第三收縮區及隨後排放至排廢部分840。
因此，當基板自左向右或自右向左移動時，基板將曝露於TEMAHf及3DMAS分子，以致藉由ALD製程形成Hf-Si混合層。在另一實施例中，經由通道812B及812C注入相同前驅物(例如，TEMAHf或3DMAS)。在此情況中，基板在向左或向右之各基板運動循環中經歷前驅物注射、吸附及移除。
在另一實施例中，僅使用室812B、812C中之一者，而將餘下室 用於注射清除氣體。當前驅物黏滯且難以移除過量前驅物時，此種組態特別有利。透過使用三階清除氣體，可更充分及有效地移除過量前驅物。
使用多階收縮區沈積材料之方法
圖9係根據一實施例實施沈積製程之流程圖。首先，902引發承接一或多個基板之基座與反應器之間之相對運動。該相對運動可為線性或圓形。
906將第一氣體提供至形成在反應器中之第一室518A。可將該第一氣體注射至第一室518A中，例如經由通道530A及穿孔532A。在一實施例中，該第一氣體係清除氣體。
910隨後將該第一氣體自該第一室518A注射至穿過該第一室518A之一或多個基板上。
914經由形成在該反應器中之第一收縮區534A將第一氣體自第一室518A擇徑配送至形成在反應器中之第二室518B以越過該一或多個基板。在第一收縮區534A中之第一氣體之壓力低於在第一室518A中之第一氣體之壓力。在第一收縮區534A中之第一氣體之速度高於在第一室518A中之第一氣體之速度。
918經由形成在該反應器中之第二收縮區534B將該第一氣體自第二室518B擇徑配送至形成在該反應器中之排廢部分440以越過該一或多個基板。在第二收縮區534B中之第一氣體之壓力低於在第一收縮區534A中之第一氣體之壓力。在第二收縮區534B中之第一氣體之速度高於在第一收縮區534A中之第一氣體之速度。
922將第二氣體提供至第二室518B中。該第二氣體可為用於在基板上實施原子層沈積(ALD)之前驅物。
926將該第二氣體注射至穿過該第二室518B之基板上。930經由第二收縮區534B將該第二氣體自該第二室518B擇徑配送至排廢部分 440以越過該基板。在第二收縮區534B中之第二氣體之壓力低於在第二室518B中之第二氣體之壓力。在第二收縮區534B中之第二氣體之速度高於在第二室518B中之第二氣體之速度。
如圖9所示之製程僅用作說明。可實施各種修改。例如，可在將第一氣體提供至第一室518A之前或同時將第二氣體提供至第二室518B。此外，可將第三氣體提供至第三室及經由另一收縮區及通過第一、第二收縮區534A、534B擇徑配送至排廢部分440。
雖然上文已參照數個實施例描述本發明，但可在本發明之範圍內實施各種修改。因此，本發明之揭示內容意欲用於說明而非限制。
902‧‧‧引發基座與反應器之間之相對運動
906‧‧‧將第一氣體提供至第一室
910‧‧‧將第一氣體注射至基板
914‧‧‧經由第一收縮區將第一氣體自第一室擇徑配送至第二室
918‧‧‧經由第二收縮區將第一氣體自第二室擇徑配送至排廢部分
922‧‧‧將第二氣體提供至第二室
926‧‧‧將第二氣體注射至基板上
930‧‧‧經由第二收縮區將第二氣體自第二室擇徑配送至排廢部分

Claims (20)

  1. 一種用於將材料沈積在基板上之沈積裝置，其包括：經組態以承接一或多個基板之基座；及反應器，其經形成有：第一室，其經組態以將第一氣體注射至穿過該第一室之該一或多個基板上；第二室，其經組態以將第二氣體注射至穿過該第二室之該一或多個基板上；第一收縮區，其經組態以將該第一氣體自該第一室擇徑配送至該第二室以越過該一或多個基板，該第一收縮區係形成在該第一室與該第二室之間，該第一收縮區經組態以使在該第一收縮區中之該第一氣體之壓力低於在該第一室中之該第一氣體之壓力且在該第一收縮區中之該第一氣體之速度高於在該第一室中之該第一氣體之速度；排廢部分，其經組態以自該反應器排出在曝露於該一或多個基板後殘留之該第一氣體及該第二氣體；及第二收縮區，其經組態以將該第一氣體及該第二氣體自該第二室擇徑配送至該排廢部分以越過該一或多個基板，該第二收縮區係形成在該第二室與該排廢部分之間，該第二收縮區經組態以使在該第二收縮區中之該第二氣體之壓力低於在該第二室中之該第二氣體之壓力且在該第二收縮區中之該第二氣體之速度高於在該第二室中之該第二氣體之速度。
  2. 如請求項1之沈積裝置，其中該第一收縮區之高度小於該第一室之寬度。
  3. 如請求項1之沈積裝置，其中該第二收縮區之高度小於該第一收 縮區之高度。
  4. 如請求項1之沈積裝置，其中該第二收縮區之高度小於該第二室之寬度。
  5. 如請求項4之沈積裝置，其中該第二收縮區之高度小於該第二室之寬度的2/3。
  6. 如請求項1之沈積裝置，其中該第一氣體係清除氣體及該第二氣體係用於在該一或多個基板上實施原子層沈積(ALD)之源前驅物或反應物前驅物。
  7. 如請求項6之沈積裝置，其中該清除氣體包含氬氣及該第二氣體包含四乙基甲基胺基鉿(TEMAHf)、肆(二甲基醯胺基)鈦(TDMAT)、鋯之混合烷基醯胺基-環戊二烯基化合物[(RCp)Zr(NMe2)3(R=H、Me或Et)]、三甲基(甲基環戊二烯基)鉑(MeCpPtMe3)及雙(乙基環戊二烯基)釕[Ru(EtCp)2]中之一者。
  8. 如請求項6之沈積裝置，其中該第二氣體包含H2O、H2O2、O3、NO、O*自由基、NH2-NH2、NH3、N*自由基、H2、H*自由基、C2H2、C*自由基或F*自由基中之一者。
  9. 如請求項1之沈積裝置，其中該反應器進一步經形成有：第三室，其經組態以將第三氣體注射至該一或多個基板上，及第三收縮區，其經組態以將該第三氣體自該第三室擇徑配送至該第一室以越過該一或多個基板。
  10. 如請求項1之沈積裝置，其進一步包括經組態以引發該反應器主體與該基座之間之相對運動之機構。
  11. 一種將材料沈積在基板上之方法，其包括：引發承接一或多個基板之基座與反應器之間之相對運動；將第一氣體提供至形成在該反應器中之第一室中； 將該第一氣體注射至穿過該第一室之該一或多個基板上；經由形成在該反應器中之第一收縮區將該第一氣體自該第一室擇徑配送至形成在該反應器中之第二室以越過該一或多個基板，在該第一收縮區中之該第一氣體之壓力低於在該第一室中之該第一氣體之壓力且在該第一收縮區中之該第一氣體之速度高於在該第一室中之該第一氣體之速度；經由形成在該反應器中之第二收縮區將該第一氣體自該第二室擇徑配送至形成在該反應器中之排廢部分以越過該一或多個基板；將第二氣體提供至該第二室中；將該第二氣體注射至穿過該第二室之該一或多個基板上；及經由該第二收縮區將該第二氣體自該第二室擇徑配送至該排廢部分以越過該一或多個基板，在該第二收縮區中之該第二氣體之壓力低於在該第二室中之該第二氣體之壓力且在該第二收縮區中之該第二氣體之速度高於在該第二室中之該第二氣體之速度。
  12. 如請求項11之方法，其中在該第二收縮區中之該第二氣體之壓力低於在該第二室中之該第二氣體之壓力且在該第二收縮區中之該第二氣體之速度高於在該第二室中之該第二氣體之速度。
  13. 如請求項11之方法，其中該第一收縮區之高度小於該第一室之寬度。
  14. 如請求項11之方法，其中該第二收縮區之高度小於該第一收縮區之高度。
  15. 如請求項11之方法，其中該第二收縮區之高度小於該第二室之寬度。
  16. 如請求項15之方法，其中該第一收縮區之高度小於該第一室之 寬度的2/3。
  17. 如請求項11之方法，其中該第一氣體係清除氣體及該第二氣體係用於在該一或多個基板上實施原子層沈積(ALD)之源前驅物或反應物前驅物。
  18. 如請求項17之方法，其中該清除氣體包含氬氣及該第二氣體包含四乙基甲基胺基鉿(TEMAHf)、肆(二甲基醯胺基)鈦(TDMAT)、鋯之混合烷基醯胺基-環戊二烯基化合物[(RCp)Zr(NMe2)3(R=H、Me或Et)]、三甲基(甲基環戊二烯基)鉑(MeCpPtMe3)及雙(乙基環戊二烯基)釕[Ru(EtCp)2]中之一者。
  19. 如請求項17之方法，其中該第二氣體包含H2O、H2O2、O3、NO、O*自由基、NH2-NH2、NH3、N*自由基、H2、H*自由基、C2H2、C*自由基或F*自由基中之一者。
  20. 如請求項11之方法，其進一步包括：將第三氣體提供至第三室；將該第三氣體注射至穿過該第三室之該一或多個基板上；及經由第三收縮區將該第三氣體自該第三室擇徑配送至該第一室以越過該一或多個基板。
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