TWI419992B - 用於薄膜沈積之輸送裝置 - Google Patents

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Description

用於薄膜沈積之輸送裝置
本發明大體上係關於薄膜材料沈積且更特定而言係關於使用同時引導氣流至基板上之分配頭而於基板上進行原子層沈積的設備。
廣泛用於薄膜沈積之技術之一為使用在反應腔室中發生反應以在基板上沈積所需薄膜之化學反應性分子的化學氣相沈積(CVD)。適用於CVD應用之分子前驅體包含待沈積之薄膜之元素(原子)組份且通常亦包括其他元素。CVD前驅體為揮發性分子，其以氣相形式輸送至腔室以便在基板處反應，從而於其上形成薄膜。化學反應使具有所需薄膜厚度之薄膜得以沈積。
大多數CVD技術通常需要將經良好控制之流量的一或多種分子前驅體施加至CVD反應器中。將基板保持在經良好控制之溫度下及經控制之壓力條件下以促進此等分子前驅體之間的化學反應，同時有效移除副產物。獲得最佳CVD效能需要在整個製程期間達成且維持穩態氣流、溫度及壓力條件之能力及將瞬變現象降至最低或予以消除之能力。
尤其在半導體、積體電路及其他電子裝置領域中，存在對於薄膜、尤其具有超出習知CVD技術之可達成限度之優越保形塗層性質的更高品質、更緻密薄膜、尤其為可在低溫下製造之薄膜的需求。
原子層沈積("ALD")為與其CVD前驅方法相比較可提供 經改良之厚度分辨率及保形能力的替代薄膜沈積技術。ALD方法將習知CVD之習知薄膜沈積製程分割為單一原子層沈積步驟。有利的是，ALD步驟具有自行終止性且當執行直至或超出自行終止暴露時間時可沈積一原子層。原子層通常在0.1至0.5分子單層之範圍內，典型尺寸大約不超過數埃(Angstrom)。在ALD中，原子層之沈積為反應性分子前驅體與基板之間化學反應之結果。在各獨立ALD反應-沈積步驟中，淨反應使所需原子層得以沈積且大體上消除最初包括在分子前驅體中之"額外"原子。在其最純形式中，ALD涉及在不存在反應之其他前驅體的情況下各前驅體之吸附及反應。實務上，在任何系統中均難以避免導致少量化學氣相沈積反應之不同前驅體之某種直接反應。任何聲稱能執行ALD之系統之目標在於在承認可容忍少量CVD反應的同時獲得與ALD系統相稱之裝置效能及特徵。
在ALD應用中，通常將兩種分子前驅體在獨立階段中引入ALD反應器中。例如，金屬前驅體分子MLx 包含與原子或分子配位基L鍵結之金屬元素M。例如，M可為(但不限於)Al、W、Ta、Si、Zn等。在基板表面經製備以直接與分子前驅體反應時，金屬前驅體與基板發生反應。例如，基板表面通常經製備成包括可與金屬前驅體反應之含氫配位基AH或其類似物。硫(S)、氧(O)及氮(N)為某些典型A物質。氣態金屬前驅體分子有效地與基板表面上之所有配位基反應，導致沈積該金屬之單一原子層：基板-AH+MLx →基板-AMLx-1 +HL　　　(1) 其中HL為反應副產物。在反應期間，消耗初始表面配位基AH且表面變得覆蓋有L配位基，其不能進一步與金屬前驅體MLx 反應。因此，當表面上之所有初始AH配位基經AMLx-1 物質置換時，反應自行終止。反應階段之後通常為自腔室中消除過量金屬前驅體之惰性氣體淨化階段，隨後獨立引入第二反應性氣態前驅體材料。
隨後使用第二分子前驅體以恢復基板對於金屬前驅體之表面反應性。此舉例如藉由移除L配位基且再沈積AH配位基來完成。在此種狀況下，第二前驅體通常包含所需(通常非金屬)元素A(亦即O、N、S)及氫(亦即H2 O、NH3 、H2 S)。後續反應如下：基板-A-ML+AHY →基板-A-M-AH+HL　　　(2)此舉將表面轉化回到其覆蓋有AH之狀態。(此處為簡化起見，化學反應並未平衡。)將所需其他元素A併入薄膜中且將不當配位基L以揮發性副產物形式予以消除。再次，反應消耗反應性位點(此次為以L封端之位點)且當完全耗盡基板上之反應性位點時自行終止。隨後藉由在第二淨化階段中使惰性淨化氣體流動而自沈積腔室中移除第二分子前驅體。
因此，總而言之，基本ALD方法需要使化學物依次交替流通至基板上。如以上所討論之代表性ALD方法為具有四個不同運作階段之循環：1. MLx 反應；2. MLx 淨化； 3. AHy 反應；及4. AHy 淨化，且隨後回到階段1。
此使表面反應與將基板表面恢復至其初始反應狀態之前驅體移除交替進行且淨化操作介於其間的重複次序為典型ALD沈積循環。ALD運作之關鍵特徵為將基板恢復至其初始表面化學狀況。使用此重複步驟組，可將薄膜以相等計量之層的形式層疊至基板上，該等層在化學動力學、每循環之沈積、組成及厚度方面均類似。
ALD可用作形成多種類型之薄膜電子裝置之製造步驟，該等薄膜電子裝置包括半導體裝置及諸如電阻器及電容器、絕緣體、匯流排線及其他導電結構之支持電子組件。ALD尤其適合於形成電子裝置之組件中之金屬氧化物薄層。可使用ALD沈積之一般種類之功能材料包括導體、介電質或絕緣體及半導體。
導體可為任何適用導電材料。例如，導體可包含透明材料，諸如氧化銦錫(ITO)、摻雜氧化鋅ZnO、SnO2 或In2 O3 。導體厚度可變化，且根據特定實例其可在50至1000nm範圍內。
適用半導電材料之實例為化合物半導體，諸如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、本徵氧化鋅及硫化鋅。
介電材料使圖案化電路之多個部分電性絕緣。介質層亦可稱為絕緣體或絕緣層。適於用作介電質之材料之特定實例包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、氧化矽、氧化鉭、氧化鉿、氧化鈦、硒化鋅及硫化鋅。另外， 此等實例之合金、組合及多層亦可用作介電質。此等材料中氧化鋁較佳。
介電結構層可包含兩個或兩個以上具有不同介電常數之層。該等絕緣體討論於美國專利第5,981,970號及同在申請中之美國專利申請案第11/088,645號中。介電材料通常展現大於5eV之能帶隙。適用介質層之厚度可變化，且根據特定實例其可在10至300nm範圍內。
可製備具有如上所述之功能層的多種裝置結構。可藉由選擇具有中等至不良電導率之導電材料來製造電阻器。可藉由將介電質置放在兩個導體之間來製備電容器。可藉由將兩個互補載流子類型之半導體置放在兩個導電電極之間來製備二極體。在互補載流子類型之半導體之間亦可安置具有本徵性之半導體區域，表明彼區域具有較少數目之自由電荷載流子。亦可藉由將單一半導體置放在兩個導體之間來構建二極體，其中導體/半導體介面中之一者產生強烈阻止一個方向上之電流的肖特基勢壘(Schottky barrier)。可藉由將絕緣層置放在導體(閘極)上隨後置放半導電層來製備電晶體。若兩個或兩個以上額外導體電極(源極及汲極)相間隔地與頂部半導體層接觸實放，則可形成電晶體。只要形成必要的介面，則可以各種構型形成任何上述裝置。
在薄膜電晶體之典型應用中，需要可控制流經裝置之電流流量的開關。因此，需要在開啟開關時，強電流可流經裝置。電流程度與半導體電荷載流子移動力有關。當關閉 裝置時，希望電流極小。此與電荷載流子濃度有關。此外，可見光對薄膜電晶體響應通常較佳有極小影響或無影響。為實現此目的，半導體能帶隙應充分大(>3eV)以使得曝露於可見光下並未導致能帶間躍遷。能夠產生高移動力、低載流子濃度及高能帶隙之材料為ZnO。此外，對於在移動腹板上大量製造而言，非常需要用於製程中之化學品廉價及具有低毒性，此要求可藉由使用ZnO及大多數其前驅體來滿足。
自行飽和型表面反應使得ALD相對地不易於產生傳輸非均一性，否則歸因於工程容差及流動系統之限制或與表面構形(亦即沈積於三維、高縱橫比結構中)有關，可能會損害表面均一性。一般而言，反應製程中之化學物之不均一通量通常導致在表面區域之不同部分上之完成時間不同。然而，ALD使得各反應可在整個基板表面上完成。因此，完成動力學之差異並未對均一性造成損失。此係由於首先完成反應之區域自行終止反應；其他區域能夠繼續直至全部經處理表面經歷所需反應為止。
通常，ALD方法在單一ALD循環中沈積0.1-0.2nm之薄膜(一個循環具有如先前所列出之編號為1至4之步驟)。應達成適用及經濟可行之循環時間以便對於許多或大多數半導體應用提供3nm至30nm範圍內之均一薄膜厚度，及對於其他應用提供甚至更厚之薄膜。根據工業生產率標準，較佳在2分鐘至3分鐘內處理基板，其意謂ALD循環時間應在0.6秒至6秒範圍內。
ALD對於提供受控程度之高度均一薄膜沈積而言呈現可觀的希望。然而，儘管其具有固有的技術能力及優點，但仍然存在若干技術障礙。一個重要考慮因素係關於所需要之循環數目。由於其重複反應物及淨化循環，所以ALD之有效使用需要能夠將所流通之化學物自MLx 突然改變為AHy 以及迅速執行淨化循環的設備。習知ALD系統經設計為以所需要之次序將不同氣態物質循環送至基板上。然而，難以獲得在所需速度下且在不存在某種不當混合的情況下將一系列所需氣態調配物引入腔室中之可靠方案。此外，ALD設備應能夠有效及可靠地執行此快速程序歷經諸多循環以使得可節省成本地塗佈諸多基板。
在使任何給定反應溫度下ALD反應達到自行終止所需要之時間減至最少的努力中，一種方法使用所謂的"脈衝"系統使流入ALD反應器中之化學物之通量達到最大。為使進入ALD反應器內之化學物之通量達到最大，在將惰性氣體最小稀釋的情況下且在高壓下將分子前驅體引入ALD反應器中較有利。然而，此等措施對達成短循環時間及自ALD反應器中快速移除此等分子前驅體之要求產生消極影響。
快速移除轉而要求將ALD反應器中之氣體滯留時間減至最短。氣體滯留時間τ與反應器之容積V、ALD反應器中之壓力P及流量Q之倒數成比例，亦即：τ=VP/Q　　　(3)
在典型ALD腔室中，容積(V)及壓力(P)獨立地由機械及泵送限制因素決定，導致難以將滯留時間準確地控制在較 低值。因此，降低ALD反應器中之壓力(P)促成較短的氣體滯留時間且增加化學前驅體自ALD反應器中之移除(淨化)速度。與此對比，將ALD反應時間減到最短需要經由在ALD反應器內使用高壓使進入ALD反應器內之化學前驅體之通量達到最大。另外，氣體滯留時間及化學物使用效率皆與流量成反比。因此，雖然降低流量可增加效率，但是其亦增加氣體滯留時間。
現有ALD方法已因縮短反應時間以及改良化學物利用效率之需要與另一方面將淨化氣體滯留及化學物移除時間減到最少之需要之間的折衷選擇而受到損害。一種克服氣態材料之"脈衝"輸送之固有限制的方法為連續提供各反應性氣體且使基板接連移動穿過各氣體。例如，頒予Yudovsky之名稱為"GAS DISTRIBUTION SYSTEM FOR CYCLICAL LAYER DEPOSITION"之美國專利第6,821,563號描述一種處理腔室，其在真空下具有用於前驅體及淨化氣體之獨立導氣孔，各導氣孔與真空泵孔口交替運作。各導氣孔將其氣流垂直地向下朝向基板引導。獨立氣流由壁或隔板分開，用於排空氣體之真空泵位於各氣流之兩側。各隔板之下部延伸接近於基板，例如距離基板表面0.5mm或更遠。以此方式，隔板之下部與基板表面分開之距離足以使得在氣流與基板表面反應之後氣流圍繞下部朝向真空孔口流動。
提供旋轉式轉盤(rotary turntable)或其他傳輸裝置以固持一或多個基板晶圓。使用此配置，使基板在不同氣流下 方往復運動，從而實現彼處之ALD沈積。在一實施例中，使基板以線性路徑移動穿過腔室，其中使基板來回通過若干次。
另一使用連續氣流之方法展示於頒予Suntola等人之名稱為"METHOD FOR PERFORMING GROWTH OF COMPOUND THIN FILMS"之美國專利第4,413,022號中。氣流陣列具備交替之源氣體開口、運載氣體開口及真空排氣開口。基板在陣列上之往復運動再次在不需要脈衝運作的情況下實現ALD沈積。特定而言，在圖13及14之實施例中，基板表面與反應性蒸氣之間的連續相互作用藉由基板在源開口之固定陣列上之往復運動來實現。擴散障壁係由在排氣開口之間具有運載氣體開口而形成。雖然提供方法或實例之極少細節或不提供其細節，但是Suntola等人陳述使用該實施例之運作甚至在大氣壓下亦可能實現。
雖然諸如描述於'563 Yudovsky及'022 Suntola等人揭示案中之系統可避免脈衝氣體方法固有的某些困難，但是此等系統具有其他缺點。'563 Yudovsky揭示案之氣流輸送單元或'022 Suntola等人揭示案之氣流陣列皆不可在低於0.5mm之與基板之接近距離下使用。'563 Yudovsky及'022 Suntola等人專利中所揭示之氣流輸送設備皆未經配置以便可能用於移動腹板表面，諸如其可用作供形成例如電子電路、感光器或顯示器之可撓性基板。各自提供氣流及真空兩者之'563 Yudovsky揭示案之氣流輸送單元及'022 Suntola等人揭示案之氣流陣列之複雜配置使得該等解決方案難以實施且 量產代價高並且限制其對於有限尺寸之移動基板上之沈積應用的潛在可用性。此外，保持陣列中不同點處之均一真空以及於互補壓力下保持同步氣流及真空為極其困難的，因此損害提供至基板表面之氣體通量之均一性。
頒予Selitser之美國專利公開案第2005/0084610號揭示大氣壓原子層化學氣相沈積方法。Selitser等人陳述藉由將工作壓力改變為大氣壓來獲得反應速率之異常增加，其將涉及反應物濃度之若干個數量級的增加，且因而增強表面反應速率。儘管2005/0084610中之圖10展示腔室壁經移除之實施例，但是Selitser等人之實施例涉及用於方法之各階段之獨立腔室。一系列獨立注射器環繞旋轉圓形基板固持器軌道間隔開。各注射器中併有獨立運作之反應物、淨化及排氣岐管且對於在製程中於其下方傳送之各基板而言控制及充當一個完全單層沈積及反應物淨化循環。儘管Selitser等人陳述選擇注射器之間隔以使得藉由淨化氣流來防止來自相鄰注射器之交叉污染且在各注射器中併入排氣歧管，但是他們描述氣體注射器或歧管之極少特定細節或未描述氣體注射器或歧管之特定細節。
用於氣體之典型擴散器系統將各向同性地擴散氣體。考慮到塗佈頭之設計，彼情況可藉由提供流動均一性而為有利的。然而，在諸如'563 Yudovsky中之ALD系統中，該擴散將允許氣體橫向地擴散，其將不利地導致鄰近氣流之間的反應。
諸如如上所述之ALD處理裝置及上述美國第11/392,006 號之橫向流ALD裝置及上述美國第11/620,738號之浮動頭ALD裝置皆提供相互反應性氣體之空間隔離。此等裝置之效率藉由將此等氣體相對緊密鄰近置放但由於諸如存在淨化流及使用特定流動模式之一或多種因素而仍然不使其混合來進一步改良。當試圖使此等氣體緊密鄰近時，以相對精確方式在輸送頭之尺寸上以良好均一性輸送氣體至關重要。
本發明之一目的為當在ALD塗佈製程中將反應性氣體緊密鄰近置放時，以相對精確方式在輸送頭之尺寸上以良好均一性輸送氣體。
本發明之另一目的為當在氣體同時流動期間維持通道分離時，擴散該等氣體。
另一目的為在提供此均一性中，在輸出通道之延伸區域上產生均一反壓力，藉此使氣流擴散。
另一目的為提供用於輸送頭之有效且易於組裝之擴散器系統。
另一目的為提供一種可以連續製程使用且可提供優於先前解決方案之經改良氣流分離的ALD沈積方法及設備。
另一目的為提供一種在運作期間對於製程條件或環境中之潛在干擾或不均一而言更穩固的ALD沈積方法及設備。
另一目的為在使用浮動輸送頭之實施例中提供一種有利地提供經改良移動力之ALD沈積方法及設備。
本發明提供一種在基板上沈積薄膜材料之設備及方法， 其包含同時將一系列氣流自薄膜沈積系統之輸送頭之輸出面朝向基板表面進行引導，其中該系列氣流包含至少第一反應性氣態材料、惰性淨化氣體及第二反應性氣態材料。第一反應性氣態材料能夠與以第二反應性氣態材料處理之基板表面反應。特定而言，本發明係關於一種在基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置，其包含：在基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置，其包含：(a)複數個進氣口，其包含能夠分別接收第一氣態材料、第二氣態材料及第三氣態材料之共同供應物的至少第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口；(b)至少一個能夠接收來自薄膜材料沈積之排氣的排氣口及至少兩個延伸排氣通道，各延伸排氣通道能夠與該至少一個排氣口氣態流體連通；(c)至少三組延伸噴射通道，(i)第一組包含一或多個第一延伸噴射通道，(ii)第二組包含一或多個第二延伸噴射通道，且(iii)第三組包含至少兩個第三延伸噴射通道，第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者能夠與相應第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口中之一者分別氣態流體連通；其中該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者及延伸排氣通道中之每一者在長度方向上大體上平行延長；其中各第一延伸噴射通道在其至少一個延伸側由相對較近之延伸排氣通道及相對較遠之第三延伸噴射通道與最近的第二延伸噴射通道分開； 其中各第一延伸噴射通道及各第二延伸噴射通道位於相對較近之延伸排氣通道之間及相對較遠之延伸噴射通道之間；及(d)氣體擴散器，其與三組延伸噴射通道中之至少一組關聯，以使得第一、第二及第三氣態材料中之至少一者分別能夠在基板上之薄膜材料沈積期間自輸送裝置輸送至基板之前穿過氣體擴散器，且其中氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之至少一者在至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離。
因此，輸送裝置可包含單一第一延伸噴射通道、單一第二延伸噴射通道及兩個或兩個以上第三延伸噴射通道，但是如下所述複數個(兩個或兩個以上)各延伸噴射通道為較佳。因此術語"組"可包含單一成員。
輸送頭較佳包含用於各種應用之複數個第一延伸噴射通道及/或複數個第二延伸噴射通道。然而，單級輸送頭至少可具有(例如)僅一個金屬及/或一個氧化劑通道以及至少兩個淨化通道。連接在一起或在薄膜沈積於基板上期間同步傳輸或在一段共同時期內處理同一基板的複數個個別"輸送頭子單元"即便分別構建或可在沈積之後分離，但是出於本發明之目的仍將其視為"輸送頭"。
在一較佳實施例中，第一及第二氣態材料可為相互反應性氣體，且第三氣態材料可為諸如氮之淨化氣體。
在本發明之一尤其有利態樣中，假定代表性氣體為25℃下之氮且穿過氣體擴散器之氣態材料之代表性平均速度在 0.01與0.5m/sec之間，氣體擴散器能夠提供大於1×102 之摩擦係數。
在本發明之一實施例中，氣體擴散器包含第一、第二及第三氣態材料中之至少一者所通過之多孔材料。
在本發明之第二實施例中，氣體擴散器包含以機械方式形成之總成，其包含至少兩個元件，各元件包含彼此相對之大體上平行表面區域，各元件包含各自與至少一組延伸噴射通道中之一個別延伸噴射通道流體連通的互連通路，其中氣體擴散器藉由提供由用於氣態材料之大體上水平流動路徑分離的兩個用於氣態材料之大體上垂直流動路徑來使穿過其中之氣態材料偏轉，其中大體上垂直流動路徑係由一或多個在延伸方向上延長之通路來提供且其中大體上水平流動路徑係由兩個元件中之平行表面區域之間的窄空間來提供，其中垂直係指相對於輸送裝置之輸出面的正交方向。
在一較佳實施例中，氣體擴散器與三組延伸噴射通道中之每一者關聯，以使得第一、第二及第三氣態材料中之每一者能夠分別獨立地在基板上之薄膜材料沈積期間自輸送裝置傳遞至基板，且其中氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之每一者在三組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離。
本發明之另一態樣係關於一種沈積系統，其中上述輸送裝置能夠在系統中提供固體材料於基板上之薄膜沈積，其中在薄膜沈積期間在輸送頭之輸出面與基板表面之間保持 大體上均一距離。
本發明之另一態樣係關於一種在基板上沈積薄膜材料之方法，其包含同時將一系列氣流自輸送頭之輸出面朝向基板之表面進行引導，且其中該系列氣流包含至少第一反應性氣態材料、惰性淨化氣體及第二反應性氣態材料，且其中第一反應性氣態材料能夠與經第二反應性氣態材料處理之基板表面反應。輸送頭包含氣體擴散器元件，第一反應性氣態材料、惰性淨化氣體及第二反應性氣態材料中之至少一者(較佳所有三者)經由其傳遞，同時維持該至少一種氣態材料之流分離。有利的是，氣體擴散器對於穿過其之氣態材料提供大於1×102 之摩擦係數，藉此提供反壓力且在至少一個第一、第二及第三氣態材料之流退離輸送裝置之處促進壓力平衡。
摩擦係數假定特徵摩擦係數面積等於該至少一組噴射延伸通道中之各噴射延伸通道之任一側上的排出延伸通道之間的全部面積，藉此提供反壓力且在至少一個第一、第二及第三氣態材料之流退離輸送裝置之處促進壓力平衡。
在一較佳實施例中，該等氣流中之一或多者提供至少促成基板表面與輸送頭之端面分離的壓力。
在另一實施例中，系統提供分配頭與基板之間的相對振盪運動。在一較佳實施例中，可在經受薄膜沈積之基板連續移動的情況下運作該系統，其中該系統能夠較佳在對於周圍未密封之環境中在大體上大氣壓下將腹板上之載體或呈腹板形式之載體傳送經過分配頭。
本發明之優點為其可提供非常適合於若干不同類型之基板及沈積環境的用於在基板上原子層沈積之緊湊設備。
本發明之另一優點為在較佳實施例中其允許在大氣壓條件下運作。
本發明之另一優點為其適合於沈積於腹板或其他移動基板上，包括沈積於大面積基板上。
本發明之另一優點為其可用於大氣壓下之低溫製程中，該製程可在對周圍大氣開放之未密封環境中實施。本發明之方法允許以先前在方程式(3)中展示之關係控制氣體滯留時間τ，從而在系統壓力及容積由單一變數氣體流量控制之情況下允許縮短滯留時間τ。
除非另外說明，否則如本文中所用之術語"垂直"、"水平"、"頂部"、"底部"、"前面"、"後面"或"平行"及其類似術語係參照理論組態中輸送裝置之前面/底部水平端面或所處理基板之頂部水平平行表面，在該理論組態中輸送頭垂直在基板上方，但該理論組態為可選的，例如基板可定位於輸送頭端面上方或以其他方式定位。
熟習此項技術者在結合其中展示及描述本發明之說明性實施例之圖式來閱讀以下實施方式之後將顯而易見本發明之此等及其他目的、特徵及優點。
本說明書尤其係關於形成根據本發明之設備之一部分或更直接地與根據本發明之設備一起協作的元件。應瞭解未特定展示或描述之元件可採用熟習此項技術者所熟知之各 種形式。
對於以下描述，術語"氣體"或"氣態材料"以廣義使用以包涵多種氣化或氣態元素、化合物或材料中之任一者。在本文中所使用之其他術語(諸如："反應物"、"前驅體"、"真空"及"惰性氣體")皆具有熟習材料沈積技術者所完全瞭解之其習知含義。所提供之圖式並未按比例繪製但意欲展示本發明之某些實施例之總體功能及結構配置。術語"上游"及"下游"具有與氣流方向有關之其習知含義。
本發明之設備藉由使用將氣態材料輸送至基板表面之經改良分配裝置而呈現常規方法與ALD之顯著偏離，該裝置適合於在更大及以腹板為基礎或以腹板為支撐之基板上沈積且能夠在經改良之生產速度下達成高度均一之薄膜沈積。本發明之設備及方法使用連續(與脈衝相反)氣態材料分配。本發明之設備允許在大氣壓或接近大氣壓下以及在真空下運作且能夠在未密封或露天環境中運作。
參照圖1，展示根據本發明用於在基板20上進行原子層沈積之輸送頭10之一個實施例的橫截面側視圖。輸送頭10具有充當接收第一氣態材料之進氣口的進氣導管14、用於接收第二氣態材料之進氣口之進氣導管16及用於接收第三氣態材料之進氣口之進氣導管18。此等氣體經由具有隨後描述之結構配置之輸出通道12在輸出面36處噴射。圖1及後續圖2-3B中之虛線箭頭係指氣體自輸送頭10輸送至基板20。在圖1中，箭頭X亦表明排氣路徑(在此圖中展示為向上引導)及與提供排氣口之排氣導管24連通的排氣通道 22。為描述簡單起見，圖2-3B中並未表明排氣。因為排出氣體仍可包含大量未反應之前驅體，所以允許主要包含一種反應性物質之排出氣流與主要包含另一種物質之氣流混合可能為不當的。因而，應認識到輸送頭10可包含若干獨立排氣口。
在一實施例中，進氣導管14及16適合於接收依序在基板表面上反應以實現ALD沈積之第一及第二氣體，且進氣導管18接收對於第一及第二氣體呈惰性之淨化氣體。輸送頭10與基板20間隔有距離D，如下文中所更詳細描述，基板20可提供於基板載體上。可藉由移動基板20、藉由移動輸送頭10或藉由移動基板20及輸送頭10，在基板20與輸送頭10之間提供往復運動。在圖1中所展示之特定實施例中，如圖1中之箭頭A及基板20右側及左側之虛幻輪廓所示，藉由基板載體96使基板20橫跨輸出面36以往復方式移動。應注意往復運動對於使用輸送頭10之薄膜沈積而言並不總是必需的。亦可提供基板20與輸送頭10之間其他類型之相對運動，諸如如下文中更詳細描述，基板或輸送頭10在一或多個方向上之移動。
圖2之橫截面視圖展示在輸送頭10之輸出面36之一部分上噴射之氣流(其中如前所述省略排氣路徑)。在此特定配置中，各輸出通道12處於與圖1中所見之進氣導管14、16或18中之一者的氣態流體連通中。各輸出通道12通常輸送第一反應性氣態材料O或第二反應性氣態材料M或第三惰性氣態材料I。
圖2展示相對基本或簡單的氣體配置。預想在薄膜單一沈積中在各個孔口處可依序輸送非金屬沈積前驅體(如材料O)之複數個流或含金屬前驅體材料(如材料M)之複數個流。或者，當形成複合薄膜材料，例如具有交替金屬層或使較少量之摻雜物混合在金屬氧化物材料中時，可將反應性氣體之混合物(例如金屬前驅體材料之混合物或金屬與非金屬前驅體之混合物)施加於單一輸出通道處。重要的是，對於亦稱為淨化氣體之惰性氣體標註為I之中間流將其中氣體可能彼此反應之任何反應物通道分隔。第一及第二反應性氣態材料O及M彼此反應以實現ALD沈積，但反應性氣態材料O或M皆不與惰性氣態材料I反應。圖2及後續圖中使用之命名表明某些典型類型之反應性氣體。例如，第一反應性氣態材料O可為氧化氣態材料；第二反應性氣態材料M將為含金屬化合物，諸如含鋅材料。惰性氣態材料I可為通常用作ALD系統中之淨化氣體的氮、氬、氦或其他氣體。惰性氣態材料I對於第一或第二反應性氣態材料O及M呈惰性。第一與第二反應性氣態材料之間的反應將形成在一實施例中用於半導體中之金屬氧化物或其他二元化合物，諸如氧化鋅ZnO或ZnS。兩種以上反應性氣態材料之間的反應可形成三元化合物，例如ZnAlO。
圖3A及3B之橫截面視圖以簡圖形式展示當基板20經過輸送反應性氣態材料O及M之輸送頭10之輸出面36時所執行之ALD塗佈運作。在圖3A中，基板20之表面首先接收經指派輸送第一反應性氣態材料O之輸出通道12所連續噴射 之氧化材料。基板表面現在含有部分反應形式之材料O，其易於與材料M反應。隨後，當基板20進入第二反應性氣態材料M之金屬化合物之路徑中時，與M發生反應，從而形成可由兩種反應性氣態材料形成之金屬氧化物或某種其他薄膜材料。不同於習知解決方案，展示於圖3A及3B中之沈積次序在沈積期間對於給定基板或其特定區域而言為連續的，而非脈衝的。亦即，當基板20橫穿輸送頭10之表面時或相反地當輸送頭10沿基板20之表面穿過時，連續噴射材料O及M。
如圖3A及3B所展示，在交替輸出通道12中，在第一與第二反應性氣態材料O與M之間提供惰性氣態材料I。值得注意的是，如圖1中所展示，存在排氣通道22，但較佳不存在散布於輸出通道12之間的真空通道。僅需要提供少量抽提力之排氣通道22以將自輸送頭10噴射且用於處理之廢氣放出。
在一實施例中，如在同在申請中、共同受讓之美國第11/620,744號中更詳細地描述，對基板20提供氣體壓力，以使得至少部分地藉由所施加之壓力之力量來保持間距D。藉由在輸出面36與基板20表面之間保持一定量之氣體壓力，本發明之設備對於輸送頭10本身或替代地對於基板20提供至少若干部分之空氣支承，或更適當地為氣體流體支承。如隨後所描述，此配置有助於簡化輸送頭10之傳輸要求。允許輸送頭接近基板以使得其由氣體壓力支撐之效應有助於提供氣流之間的分離。藉由允許輸送頭浮動在此 等氣流上，在反應性及淨化氣流區域中建立壓力場，其導致將氣體自入口引導至排氣口而極少混合其他氣流或不混合其他氣流。在該裝置中，塗佈頭與基板之緊密鄰近導致塗佈頭下方之相對較高壓力及壓力之高度變化。分布頭內不存在氣體擴散器系統或氣體擴散系統不充足將表明分布頭內流動之氣體存在極小壓降。在此情況下，若隨機力導致分布頭一側上之空隙較小增加，則在彼區域中之壓力可降低且氣體可以過高比例流入彼區域。與此對比，當使用根據本發明之擴散器系統時，輸送頭內發生大部分壓降，以使得不管輸送頭下方有何潛在變化，自輸送頭流出之氣體均保持相對均一。
在一該種實施例中，因為間距D相對較小，所以即使距離D之微小變化(例如甚至100微米)亦需要流率及從而提供間距D之氣體壓力的顯著變化。例如，在一實施例中，涉及小於1mm之變化的間距D加倍將需要提供間距D之氣體流率翻兩倍以上，較佳翻四倍以上。作為通用原則，考慮實施使間距D達到最小且因此在降低的流率下運作將更為有利。
然而，本發明並不需要浮動輸送頭系統，且輸送頭及基板可如在習知系統中一般處於固定距離D中。例如，輸送頭及基板可以機械方式固定於彼此間距處，其中輸送頭不能響應於流率之變化相對於基板垂直移動且其中基板處於垂直固定之基板載體上。
在一實施例中，具有用於提供氣態材料以便在基板上進 行薄膜材料沈積之輸出面的輸送裝置包含：
(a)複數個進氣口，其包含能夠分別接收第一氣態材料、第二氣態材料及第三氣態材料之共同供應物的至少第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口；及(b)至少三組延伸噴射通道，第一組包含一或多個第一延伸噴射通道，第二組包含一或多個第二延伸噴射通道，且第三組包含至少兩個第三延伸噴射通道，第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者使得可與相應第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口中之一者氣態流體連通；其中各第一延伸噴射通道在其至少一個延伸側由第三延伸噴射通道與最近的第二延伸噴射通道分開；其中各第一延伸噴射通道及各第二延伸噴射通道位於第三延伸噴射通道之間，其中該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者在長度方向上延長且大體上相平行；其中該三組延伸噴射通道中之至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道能夠大體上相對於輸送裝置之輸出面成直角地分別將第一氣態材料、第二氣態材料及第三氣態材料中之至少一者之流大體上成直角地引導至基板之表面，該氣態材料流能夠直接或間接自該至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道提供；且其中將輸送裝置之至少一部分形成為複數個有孔板，其重疊以界定互連供給腔室及引導通道之網路以便將該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之每一者 自其相應進氣口投送至其相應延伸噴射通道。
例如，第一及第二氣態材料可為相互反應性氣體，且第三氣態材料可為淨化氣體。
圖4之分解圖展示對於一實施例中之總體總成之一小部分而言如何可由一組有孔板構建輸送頭10，且展示一種氣體之僅一部分之例示性氣體流動路徑。輸送頭10之連接板100具有一系列輸入口104，其用於連接至位於輸送頭10上游且未展示於圖4中之氣體供應物。各輸入口104與將所接收之氣體向下游引導至氣體腔室板110之引導腔室102連通。氣體腔室板110具有與氣體引導板120上之個別引導通道122氣流連通之供應腔室112。氣流自引導通道122行進至底板130上之特定延伸排氣通道134。氣體擴散器單元140於其輸出面36處提供輸入氣體之擴散及最終輸送。例示性氣流F1經跟蹤穿過輸送頭10之組件總成中之每一者。在本申請案中，圖4中所展示之x-y-z軸取向亦適用於圖5A及7。
如圖4實例中所示，將輸送頭10之輸送總成150形成為如下重疊有孔板之配置：連接板100、氣體腔室板110、氣體引導板120及底板130。在此"水平"實施例中，此等板大體上平行於輸出面36安置。如隨後所描述，氣體擴散器單元140亦可由重疊有孔板形成。可瞭解圖4中所展示之任何板可本身自一堆重疊板製造。例如，可有利地自適當耦接在一起之四個或五個堆疊有孔板形成連接板100。與形成引導腔室102及輸入口104之機械加工或模塑方法相比，此類 配置可能不太複雜。
如上所指出，在基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置包含氣體擴散器，其中來自該等第一、第二及第三延伸噴射通道之複數個延伸通道中之至少一者(較佳所有三者)的氣態材料能夠在自輸送裝置輸送至基板(包括沈積在基板上)之前穿過氣體擴散器，其中輸送裝置允許各氣態材料順次穿過各別進氣口、延伸噴射通道及(相對於該至少一複數個噴射通道)氣體擴散器。氣體擴散器可在該至少一複數個噴射延伸通道中及/或在噴射延伸通道之上游。
在有利實施例中，氣體擴散器能夠提供大於1×102 、較佳1×104 至1×108 、更佳1×105 至5×106 之摩擦係數。此提供反壓力且在至少一個第一、第二及第三氣態材料之流退離輸送裝置之處促進壓力平衡。
此摩擦係數假定以下方程式中之特徵面積等於該至少一複數個噴射延伸通道中之各噴射延伸通道之任一側上的排出延伸通道之間的全部面積。換言之，該面積由各別排出延伸通道之兩末端所連接之直線界定。出於設備請求項之目的，此摩擦係數亦假定代表性氣體為25℃下之氮且平均速度在0.01與0.5m/sec之間，以便與使用方法無關地對於設備計算摩擦係數。基於流率除以以下界定之特徵面積A來計算平均速度。(此等代表值與使用方法無關地用於表徵輸送裝置且並不適用於根據本發明之製程，在本發明之製程中實際值適用。)
術語"摩擦係數"可說明如下。當氣流傳經通道時，歸因 於擴散器之抵抗性質，擴散器之上游側之壓力將比下游側存在之壓力高。擴散器中之壓力差稱為壓降。
根據本發明之氣體擴散器(其可為設備、材料或其組合)在通道中提供抗流動性，而仍允許流體均一地傳遞。諸如用於本發明中之氣體擴散器構件置於某種形狀之流動通路之末端。在無氣體擴散器之情況下，流體可在任何點處離開通道且將不受限制地均一地離開。在存在氣體擴散器之情況下，行進直至氣體擴散器之流體將在彼處遇到強大阻力，且將沿擴散器之所有區域經由最小阻力的路徑行進以大體上更均一地退離。
因為氣體擴散器之主要性質為其抗流動性，所以藉由流體動力學領域中之公認方法表徵此阻力為便利的。(Transport Phenomena, R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N Lightfoot, John Wiley & Sons, 1960)。擴散器中之壓降可由氣體擴散器所提供之摩擦係數f來表徵：
其中Fk 為歸因於流體流動所施加之力，其最終與壓降有關；A為特徵面積；且K表示流體流動之動能。擴散器可採用諸多形狀。對於如關於本發明所描述之典型系統而言，A垂直於輸出流來安置且Fk 平行於輸出流來安置。因此，術語Fk /A可視為氣體擴散器所引起之壓降ΔP。
流動之動能項為：
其中ρ為氣體密度且<v>為平均速度，其等於氣態材料之流率除以特徵面積A。(氮之密度可用於方法中實際使用之氣體之第一近似值，或作為用於表徵輸送頭設備之代表性氣體。)因此，歸因於氣體擴散器之壓降可歸納為：
方程式(6)可用於計算摩擦係數f(無因次數)，因為如以下實例中所示，其他係數可實驗性測定或量測。
展現更高摩擦係數之材料或裝置提供對於氣流之更高阻力。給定擴散器之摩擦係數可藉由將擴散器安置在某一通道中且同時記錄壓降以及呈遞至擴散器之氣體之流率來量測。根據氣體之流率及所獲悉之通道形狀，可計算速度v，因此允許自以上方程式計算摩擦係數。給定系統之摩擦係數並非完全地恆定，而是對於流率具有某種相對弱之依賴性。自實際目的出發，僅在給定系統或方法中所用之典型流率下獲知摩擦係數相當重要。不考慮方法，對於輸送頭設備而言，平均速度<v>可視為0.01至0.5m/sec，其作為代表性數值。(在設備之情況下所主張之摩擦係數應滿足此代表性範圍中之所有平均遠度<v>。)
合適氣體擴散器對於穿過氣體擴散器之氣流能夠提供大於1×102 、較佳1×104 至1×108 、更佳1×105 至5×106 之摩擦係數。此舉提供所需反壓力且在至少一個第一、第二及第三氣態材料(較佳所有三種氣態材料)之氣流穿過氣體擴散器 退離輸送裝置之處促進壓力平衡。
如上所指出，測定方程式(6)之平均速度<v>之特徵面積A等於與氣體擴散器流體連通之噴射延伸通道中之各個別噴射延伸通道的任一側上之排出延伸通道之間的全部面積。換言之，該面積由各別排出延伸通道之兩個末端所連接之直線來界定。出於設備請求項之目的，此舉亦假定代表性氣體為25℃下之氮。
熟習此項技術者可瞭解一般的無規材料單獨不會提供必要的摩擦係數。例如，雖然不鏽鋼多孔板篩對於一般的經機械加工或以機械方式製造之元件提供相當小之特徵，但其可呈現本身過低以致不足以用於本發明氣體擴散器的摩擦係數，此情況如以下實例中所展示。
出於測定摩擦係數之目的，在大多數情況下，因為導向氣體擴散器之流動路徑之效應相對較小，所以可藉由使用進入輸送頭中之壓力來獲得良好近似值。
氣體擴散器可例如為提供必要摩擦係數之以機械方式形成之設備，其中噴射延伸通道經設計以將第一、第二及第三氣態材料在穿過於固體材料中包含開口的氣體擴散器元件之後間接提供至基板。例如，固體材料可為鋼且開口藉由模製、機械加工、應用電射或微影或其類似方法來形成。
或者，氣體擴散器可包含多孔材料。替代在固體材料中機械加工孔穴，具有微孔之多孔材料可用於產生所需反壓力。進氣之所得均一分布允許改良沈積生長之均一性以及 對於某些實施例而言導致浮動頭之良好浮動。多孔材料有利於提供相對簡單單元，其避免對鋼及其類似物進行機械加工之困難。
在文獻中，多孔材料已用以形成空氣支承之反壓力，可是該等應用並未涉及交叉流動(亦即橫向移動之氣體)。因此，燒結氧化鋁顆粒可用以形成用於空氣支承之膜。然而，在本發明之ALD系統之較佳實施例中，氣體較佳大體上垂直地自出口流動，同時可使得氣體混合之不當側面運動降至最低限度或不存在該運動。因此具有用以引導氣流之大體上垂直的管狀開口或孔之多孔材料尤其合意且有利。
多孔材料亦已用於過濾器，其中目的為將流之一組份保持在一側，同時使得另一組份可穿過。與此對比，在本發明中，目的為對於整個氣態材料之流動的中等阻力。出於此目的，兩個較佳類別之多孔材料如下：
第一較佳類別之多孔材料包含具有均一的受控直徑、柱狀類型孔隙結構的多孔材料。在由該材料製成之膜(或層)中，穿過該膜之流動大體上為單方向的，基本上在孔隙通道之間沒有任何交叉流動。藉由高純度鋁之陽極處理來形成之氧化鋁因其孔隙直徑之均一性(儘管孔隙之橫截面形狀並非一定為圓形或規則的)而在文獻中熟知，且該等材料可以0.02、0.1及0.2微米之直徑購得。ANOPORE氧化鋁(市售之氧化鋁)中之孔隙相當密集，1.23×109 個孔隙/平方公分(J Chem Phys，第96卷，第7789頁，1992)。然而，可 製造多種孔隙直徑及孔隙間距離。多孔材料亦可由氧化鈦、氧化鋯及氧化錫形成(Adv. Materials，第13卷，第180頁，2001)。另一市售之具有柱形孔隙之材料為Polycarbonate Track Etch(PCTE)膜，其由稱為NUCLEOPORE之薄的微孔性聚碳酸酯薄膜材料製成。嵌段共聚物因具有各種調諧能力而可形成類似組態。
因此，在一較佳實施例中，氣體擴散器包含例如陽極氧化鋁之多孔材料，其包含隔離的非連接孔隙結構，其中孔隙大體上垂直於表面。
在所有此等材料中，孔隙直徑之精確範圍及孔隙之密度(或孔隙容積)應經調整以達成用於所需流動之適當摩擦係數。需要避免擴散膜與流動氣體之反應性。例如對於無機氧化物而言，與以有機物為基礎之材料相比，此情況可能不會造成潛在問題。
此外，膜應具有某種機械堅韌性。流動氣體將對膜施加壓力。堅韌性可用支撐膜達成，以使得藉由與具有更大孔隙之更穩固層耦接的具有較小孔隙之層來產生摩擦係數。
在第二較佳類別之多孔材料中，多孔材料經製造以使得流動可為各向同性的，亦即在膜內橫向移動以及穿過膜。然而，對於本發明之目的，該各向同性流動之材料較佳由無孔材料上之壁(例如肋狀物)分離，該等壁將各輸出通道中之氣態材料與其他輸出通道中之氣態材料隔離且防止氣態材料在氣體擴散器中或當離開氣體擴散器或輸送頭時相互混合。例如，該等多孔材料可由有機或無機小顆粒燒結 而來。燒結通常涉及施加足以使顆粒黏結的熱量及/或壓力、較佳兩者。多種該等多孔材料可購得，諸如多孔玻璃(VYCOR具有例如28%之空隙容積)及多孔陶瓷。或者，可擠壓纖維材料以形成限制或抵抗氣體流動之緊密網路。或者，可藉由在隨後移除之基板上進行電漿塗佈來形成多孔不鏽鋼。
在一實施例中，為產生合適反壓力同時仍提供氣體通道之間的相對分離，可使用以產生適用孔隙之方式處理之聚合材料，例如經處理以產生孔隙度之TEFLON材料(GoreTex, Inc.; Newark, Delaware)。在該情況下，孔隙可能不互連。該等材料之天然化學惰性亦為有利的。
對於包含由顆粒之間的間隙形成之孔隙的多孔材料而言，孔隙為固體材料中由成洞劑或其他方法形成之互連空隙，或孔隙由微米級或奈米級纖維形成。例如，多孔材料可由藉由燒結、藉由壓力及/或熱量、黏附材料或其他黏結方法結合在一起之無機或有機顆粒之間的間隙形成。或者，多孔材料可藉由處理聚合物薄膜以產生孔隙度來獲得。
在一較佳實施例中，氣體擴散器包含多孔材料，該多孔材料包含如藉由汞浸入孔隙率量測法所測定平均直徑小於10,000nm、較佳10至5000nm、更佳平均直徑為50至5000nm的孔隙。
氣體擴散器中之多孔材料之各種組態為可能的。例如，多孔材料可包含不同多孔材料之一或多個層，或由多孔或 穿孔薄片支撐之多孔材料層，該等層視情況由間隔元件分離。較佳，多孔材料包含5至1000微米厚度、較佳5至100微米厚度之層，例如60μm。在一實施例中，多孔材料呈至少一個水平安置層之形式，其覆蓋輸送總成之端面且構成氣態材料經由其退離輸出面的輸送裝置之一部分。
多孔材料可形成連續層，其視情況具有以機械方式形成於其中之通路。例如，氣體擴散器之多孔層可包含以機械方式形成之開口或延伸通道，其用於排出氣態材料相對無妨礙地穿過輸送裝置回流。或者，多孔材料層可呈一堆板中之大體上完全連續板之形式。
在另一實施例中，多孔材料可例如藉由使引入通道中之顆粒黏結或燒結而引入或形成於延伸噴射通道內或來自延伸噴射通道之流動路徑中之其他有壁通道內。通道可至少部分地填有多孔材料。例如，擴散器元件或其部分可由鋼板中之延伸通道形成，其中引入顆粒且隨後燒結。
因此，氣體擴散器可為其中多孔材料保持在分離封閉區中之元件總成。例如，多孔氧化鋁材料可生長於先前經機械加工之鋁物件上以使得所得多孔結構具有用於淨化通道之較大開口及用於供應氣體之具有垂直孔隙之薄片。
圖5A至5D展示組合在一起以形成圖4之實施例中之輸送頭10的各主要組件。圖5A為展示多個引導腔室102之連接板100之透視圖。圖5B為氣體腔室板110之平面圖。在一實施例中，供應腔室113用於輸送頭10之淨化或惰性氣體。在一實施例中，供應腔室115提供前驅體氣體(O)之混合； 排氣腔室116提供此反應性氣體之排氣路徑。類似地，供應腔室112提供另一所需反應性氣體、即第二反應性氣態材料(M)；排氣腔室114提供此氣體之排氣路徑。
圖5C為此實施例中之輸送頭10之氣體引導板120的平面圖。將提供第二反應性氣態材料(M)之多個引導通道122以連接適當供應腔室112與底板130之模式配置。相應排氣引導通道123接近引導通道122定位。引導通道90提供第一反應性氣態材料(O)且具有相應的排氣引導通道91。引導通道92提供第三惰性氣態材料(I)。應再次強調圖4及5A-5D展示一說明性實施例；眾多其他實施例亦為可能的。
圖5D為輸送頭10之底板130之俯視圖。底板130具有多個與延伸排氣通道134交錯之延伸噴射通道132。因此，在此實施例中，存在至少兩個延伸第二噴射通道且各第一延伸噴射通道在其兩個延伸側由首先延伸排氣通道及其次第三延伸噴射通道與最近的第二延伸噴射通道分開。更特定言之，存在複數個第二延伸噴射通道及複數個第一延伸噴射通道；其中各第一延伸噴射通道在其兩個延伸側由首先延伸排氣通道及其次第三延伸噴射通道與最近的第二延伸噴射通道分開；且其中各第二延伸噴射通道在其兩個延伸側由首先延伸排氣通道及其次第三延伸噴射通道與最近的第一延伸噴射通道分開。明顯地，輸送裝置仍然可在輸送頭之兩個末端中之每一者處包含第一或第二延伸噴射通道，該輸送頭分別在最接近輸送裝置之輸出面之邊緣(圖5D中之上邊緣及下邊緣)一側並不具有第二或第一延伸噴射通 道。
圖6為展示由水平板形成且展示輸入口104之底板130的透視圖。圖6之透視圖展示如自輸出側檢視且具有延伸噴射通道132及延伸排氣通道134之底板130之外表面。參照圖4，圖6之視圖係自面臨基板方向之側截取。
圖7之分解圖展示用以形成用於圖4之實施例及隨後描述之其他實施例中的機械氣體擴散器單元140之一實施例之組件的基本配置。此等組件包括噴嘴板142，其展示於圖8A之平面圖中。如圖8A之平面圖中所示，噴嘴板142抵靠底板130安放且自延伸噴射通道132獲得其氣流。在所展示之實施例中，呈噴嘴孔之形式之第一擴散器輸出通路143提供所需氣態材料。狹槽180提供於如隨後描述之排氣路徑中。
將展示於圖8B中之與噴嘴板142及面板148協同擴散之氣體擴散器板146抵靠噴嘴板142安放。將噴嘴板142、氣體擴散器板146及面板148上之各種通路之配置優化以提供所需量之氣流擴散且同時有效地引導排出氣體離開基板20之表面區域。狹槽182提供排氣口。在所展示之實施例中，形成第二擴散器輸出通路147之氣體供應狹槽及排氣狹槽182在氣體擴散器板146中交替存在。
如圖8C中所示之面板148則面臨基板20。在此實施例中，提供氣體之第三擴散器通路149與排氣狹槽184亦交替存在。
圖8D集中於穿過氣體擴散器單元140之氣體輸送路徑； 圖8E則以相應方式展示排氣路徑。參照圖8D，對於一組代表性導氣孔而言，展示在一實施例中用於使輸出流F2之反應性氣體充分擴散之總體配置。將來自底板130(圖4)之氣體經由噴嘴板142上之第一擴散器通路143來提供。氣體向下游到達氣體擴散器板146上之第二擴散器通路147。如圖8D中所示，在一實施例中可存在通路143與147之間的垂直偏移(亦即，使用展示於圖7中之水平板配置，垂直為相對於水平板之平面呈法向)，其有助於產生反壓力且因此促成更均一流動。氣體隨後進一步向下游到達面板148上之第三擴散器通路149以提供輸出通道12。不同的擴散器通路143、147及149可能不僅僅在空間上偏移，而且亦可具有不同幾何形態以促進氣態材料流經輸送頭時之分子間混合及均質擴散。
在圖8D之配置之特定情況中，大多數反壓力係由形成通路143之噴嘴孔產生。若此氣體在不存在後續通路147及149的情況下引導至基板，則退出噴嘴孔之氣體之高速度可能導致非均一性。因此通路147及149有助於改良氣流之均一性。或者，塗佈裝置可僅與以噴嘴為基礎之反壓力產生器一起運作，由此以輕微塗佈非均一性為代價排除通路147及149。
噴嘴板142中之噴嘴孔可具有適合於產生反壓力之任何尺寸。此等孔之平均直徑較佳小於200微米，更佳小於100微米。此外，反壓力產生器中之孔之使用為便利的而非必要的。只要選定尺寸以提供所需反壓力，反壓力亦可由其 他諸如縫隙之幾何形態產生。
圖8E以符號方式描繪在類似實施例中針對放出氣體而提供之排氣路徑，其中下游方向與供應氣體之下游方向相反。流F3表明分別穿過順次第三、第二及第一排氣狹槽184、182及180之放出氣體之路徑。不同於用於氣體供應之流F2之更曲折的混合路徑，展示於圖8E中之放氣配置意欲使來自表面之廢氣快速移動。因此，流F3呈相對直線形，其使氣體遠離基板表面放出。
因此，在圖7之實施例中，來自第一、第二及第三延伸噴射通道132中之各個別延伸噴射通道之氣態材料在自輸送裝置輸送至基板之前能夠分別穿過氣體擴散器單元140，其中輸送裝置使得各氣態材料可順次穿過各別進氣口、延伸噴射通道及氣體擴散器單元140。儘管可使用並不形成共同總成之分離或隔離之擴散器元件，但是在此實施例中之氣體擴散器單元為用於三種氣態材料中之每一者之氣體擴散器構件。擴散器元件亦可與排氣通道有關聯或置於排氣通道中。
亦在此實施例中，氣體擴散器單元140為經設計以可與輸送頭之其餘部分輸送總成150分離之單元，且大體上覆蓋輸送裝置中之在氣體擴散器元件之前的用於第一、第二及第三氣態材料之最終開口或流動通路。因此，氣體擴散器單元140基本上提供第一、第二及第三氣態材料在自輸送裝置之輸出面輸送至基板之前的最終流動路徑。然而，亦可將氣體擴散器元件設計為輸送頭之不可分離的部分。
特定而言，圖7之實施例中之氣體擴散器單元140在三個垂直配置之氣體擴散器組件(或板)中包含垂直疊置之互連通路，其以組合方式提供氣態材料之流動路徑。氣體擴散器單元140提供兩個由大體上水平流動路徑分離之大體上垂直流動路徑，其中各大體上垂直流動路徑藉由在兩個元件中以延伸方向延長之一或多個通路來提供，且其中各大體上水平流動路徑處於兩個平行氣體擴散器組件之平行表面區域之間的窄空間中。在此實施例中，三個大體上水平延長擴散器組件為大體上平坦堆疊板，且由位於鄰近平行氣體擴散器組件噴嘴板142與面板148之間的中央氣體擴散器組件(氣體擴散器板146)之厚度界定相對窄空間。然而，圖7中之兩個板可替換為單一板，其中氣體擴散器板146及面板148例如經機械加工或以其他方式形成為單一板。在該種情況下，氣體擴散器之單一元件或板可具有複數個通路，各通路在平行於相關延伸噴射通道所截取之板厚度之垂直橫截面中形成平行於在板之一表面處敞開的板表面的延伸通路，該延伸通路接近於其一端一體式地連接至通向板之另一表面的窄垂直通路。換言之，單一元件可將圖8D之第二及第三擴散器通路147及149組合成單一元件或板。
因此，根據本發明之氣體擴散器單元可為包含一系列至少兩個大體上水平延長擴散器組件之多級系統，其具有在相對於輸送裝置(例如堆疊板)之端面的正交方向上彼此面對的平行表面。一般而言，與第一、第二及第三噴射通道之各延伸噴射通道關聯，氣體擴散器包含分別在至少兩個 垂直配置之氣體擴散器板中之垂直疊置或重疊通路，其以組合方式提供氣態材料之流動路徑，其包含兩個藉由大體上水平流動路徑分離之大體上垂直流動路徑，其中各大體上垂直流動路徑藉由在延伸方向上延長之一或多個通路或通路組件提供且其中各大體上水平流動路徑藉由平行板中之平行表面區域之間的窄空間提供，其中垂直係指相對於輸送裝置之輸出面的正交方向。術語組件通路係指元件中之不從頭到尾穿過該元件之通路組件，例如藉由將圖8D之第二及第三擴散器通路147及149組合於單一元件或板中來形成之兩個組件通路。
在圖7之特定實施例中，氣體擴散器包含分別在三個垂直配置氣體擴散器板中之三組垂直疊置通路，其中由位於兩個平行氣體擴散器板之間的中央氣體擴散器板之厚度界定相對窄空間。三個擴散器組件中之兩個(依序第一及第三擴散器組件)各自包含在延伸方向上延長之用於傳遞氣態材料之通路，其中第一擴散器組件中之通路相對於第三擴散器組件中之相應(互連)通路水平偏移(在垂直於延伸方向之長度之方向上)。此偏移(在通路143與通路149之間)可更好地見於圖8D中。
此外，依序定位在第一與第三擴散器組件之間的第二氣體擴散器組件包含各自呈延伸中心開口之形式之通路147，其與第一及第三擴散器組件中之每一者中之通路的寬度相比相對較寬，以使得中心開口由兩個延伸側面界定且當自氣體擴散器上方俯視檢視時將第一擴散器組件及第 三擴散器組件之互連通路包含在其邊界以內。因此，氣體擴散器單元140能夠將經此傳遞之氣態材料流大體上偏轉。較佳偏轉成45至135度、較佳90度之角度，以使得垂直氣流改變成相對於輸出面及/或基板之表面之平行氣流。因此，氣態材料流可大體上垂直穿過第一及第三氣體擴散器組件中之通路且大體上在第二氣體擴散器組件中水平。
在圖7之實施例中，第一氣體擴散器組件中之複數個通路中之每一者包含沿延伸線路延長之一系列孔或穿孔，其中第三擴散器組件中之相應互連通路為延伸矩形槽，其在末端處視情況不為方形。(因此第一氣體擴散器組件中之一個以上通路可與後續氣體擴散器組件中之單一通路連接。)
或者，如上所指出，氣體擴散器可包含多孔材料，其中輸送裝置經設計以使得個別噴射延伸通道中之每一者將氣態材料在穿過在各個別噴射延伸通道以內及/或各噴射延伸通道上游之多孔材料之後間接提供至基板。多孔材料通常包含藉由化學轉變來形成或者存在於天然產生之多孔材料中之孔隙。
再次參照圖4，展示為連接板100、氣體腔室板110、氣體引導板120及底板130之組件之組合可集合以提供輸送總成150。輸送總成150可能存在替代實施例，其包括使用圖4之對等配置由垂直而非水平的有孔板形成之輸送總成。
用於輸送頭10之有孔板可以多種方法形成及耦接在一 起。有利的是，有孔板可使用諸如連續衝模(progressive die)、模製、機械加工或衝壓之已知方法來獨立地製造。有孔板之組合可與圖4及9A-9B之實施例中所展示之組合在很大程度上不同，其以諸如5至100個板之許多板形成輸送頭10。在一個實施例中使用不鏽鋼，且其因其對於化學物及腐蝕之抗性而為有利的。儘管視應用及用於沈積製程中之反應性氣態材料而定，陶瓷、玻璃或其他耐久材料亦可適合於形成某些或所有有孔板，但是有孔板通常為金屬性的。
為進行組裝，有孔板可經黏結或使用諸如螺栓、夾子或螺釘之機械緊固件耦接在一起。為進行密封，有孔板可以合適黏著劑或諸如真空潤滑脂之密封劑材料來表層塗佈。諸如高溫環氧樹脂之環氧樹脂可用作黏著劑。諸如聚四氟乙烯(PTFE)或鐵氟龍(TEFLON)之熔融聚合物材料之黏著性質亦已用於將輸送頭10之重疊有孔板黏結在一起。在一實施例中，PTFE塗層形成於用於輸送頭10之有孔板中之每一者上。當施加熱量接近PTFE材料之熔點(標稱327℃)時，將板堆疊(重疊)並擠壓在一起。隨後熱量與壓力之組合自經塗佈之有孔板形成輸送頭10。塗佈材料充當黏著劑及密封劑。Kapton及其他聚合物材料可替代地用作供黏著之用的填隙塗佈材料。
如圖4及9B中所示，有孔板應以適當順序組裝在一起以便形成將氣態材料投送至輸出面36之互連供應腔室及引導通道之網路。當組裝在一起時，可使用提供對準針腳或類 似特徵之配置的夾具，其中有孔板中之孔口及狹槽之配置與此等對準特徵配合。
參照圖9A，根據仰視圖(亦即自氣體噴射側檢視)所示，可用於使用相對於輸出面36垂直地安置之一堆垂直安置板或重疊有孔板之輸送總成150的替代配置。為簡單說明起見，展示於圖9A之"垂直"實施例中的輸送總成150之部分具有兩個延伸噴射通道152及兩個延伸排氣通道154。圖9A至13C之垂直板配置可易於擴大以提供若干噴射延伸通道及排氣延伸通道。在如圖9A及9B中有孔板相對於輸出面36之平面垂直地安置之情況下，各延伸噴射通道152係由具有由隔板界定之側壁(隨後更詳細地展示)以及在其之間居中之反應物板來形成。孔隙之正確對準隨後提供與氣態材料供應物之流體連通。
圖9B之分解圖展示用以形成展示於圖9A中之輸送總成150之小部分的有孔板的配置。圖9C為展示具有用於噴射氣體之五個通道且使用堆疊有孔板形成之輸送總成150之平面圖。圖10A至13B隨後以平面圖及透視圖展示各種板。為簡單起見，向每一種類型之有孔板提供字母命名：分離器S、淨化物P、反應物R及排氣E。
圖9B中自左至右為在用於引導氣體朝向或遠離基板之板之間交替存在的隔板160(S)，其亦展示於圖10A及10B中。淨化板162(P)展示於圖11A及11B中。排氣板164(E)展示於圖12A及12B中。反應物板166(R)展示於圖13A及13B中。圖13C展示藉由水平地翻轉圖12A之反應物板166而獲得之 反應物板166'；此替代取向亦可視需要用於排氣板164。當有孔板重疊時，各板中之孔隙168對準，因此形成管道以便使氣體能夠如參照圖1所述經由輸送總成150傳遞進入延伸噴射輸出通道152及延伸排氣通道154內。(術語"重疊"具有其習知含義，其中元件以使得一元件之諸部分與另一者之對應部分對準且其周邊通常重合之方式而彼此疊置或抵靠。)
回到圖9B，僅展示輸送總成150之一部分。此部分之板結構可使用先前指派之字母縮寫來表示，亦即：S-P-S-E-S-R-S-E-S
(其中此序列中之最後的隔板未展示於圖9A或9B中。)如此序列所示，隔板160(S)藉由形成側壁來界定各通道。提供用於典型ALD沈積之兩種反應性氣體以及必要之淨化氣體及排氣通道的最低限度的輸送總成150將使用完全縮寫序列來表示：S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S-E2-S-R2-S-E2-S-P-S-E1-S-R1-S-E1-S-P-S
其中R1及R2表示用於所使用之兩種不同反應性氣體的處於不同取向中之反應物板166，且E1及E2相應地表示處於不同取向中之排氣板164。
延伸排氣通道154無需為習知意義上之真空孔口，而可僅僅經提供以便抽取其相應輸出通道12中之流，因此促成通道內之均一流動模式。僅僅稍微小於鄰近延伸噴射通道152處之氣體壓力之負值的負抽提力可有助於促成有序流 動。負抽提力可例如與源極(例如真空泵)處之介於0.2與1.0大氣壓之間的抽提壓力一起運作，而典型真空例如為低於0.1大氣壓。
輸送頭10所提供之流動模式之使用提供若干與單獨脈衝輸送氣體至沈積腔室之習知方法(諸如先前在背景部分中所提及之彼等方法)相比的優點。沈積設備之移動力改良，且本發明之裝置適於其中基板尺寸超過沈積頭之大小的高容量沈積應用。流體動力學相比先前方法亦有所改良。
用於本發明中之流動配置允許如展示於圖1中之輸送頭10與基板20之間的極小距離D，較佳小於1mm。輸出面36可經定位極其接近於基板表面達1密耳(大約0.025mm)以內。接近定位由反應性氣流所產生之氣體壓力促成。相比而言，CVD設備需要顯著更大之間距。諸如在先前引述之頒予Yudovsky之美國專利第6,821,563號中所描述之方法的先前方法受限於與基板表面的0.5mm或更大之距離，而本發明之實施例可在小於0.5mm、例如小於0.450mm處實施。事實上，將輸送頭10更接近於基板表面定位在本發明中為較佳的。在尤其較佳實施例中，距基板表面之距離D可為0.20mm或更小，較佳小於100μm。
當在堆疊板實施例中組裝大量板時，希望輸送至基板之氣流在所有輸送氣流(I、M或O材料)之通道中為均一的。此可藉由適當設計有孔板來實現，諸如在各板之流動模式之某部分中具有經精確機械加工以向各延伸噴射輸出或排 氣通道提供可重現的壓降之扼流圈。在一實施例中，輸出通道12沿開口長度展現不超過10%偏差以內之大體上相等的壓力。可提供甚至更高的容差，諸如允許不超過5%或甚至低至2%的偏差。
儘管使用堆疊有孔板之方法為構建輸送頭之尤其適用方式，但是在替代實施例中存在若干用於建立該等可適用之結構的其他方法。例如，該設備可藉由對金屬塊或若干黏著在一起之金屬塊直接進行機械加工來構建。此外，如熟習此項技術者所瞭解，可使用涉及內模特征之模製技術。該設備亦可使用若干立體微影技術中之任一者來構建。
在本發明之一實施例中，本發明之輸送頭10可藉由使用浮動系統而保持其輸出面36與基板20表面之間的適當間距D(圖1)。圖14展示關於使用自輸送頭10噴射之氣流之壓力來保持距離D之某些考量因素。
在圖14中，展示代表性數目之輸出通道12及排氣通道22。自一或多個輸出通道12噴射之氣體之壓力產生如此圖中之向下箭頭所示之力。為了使此力向輸送頭10提供適用緩衝或"空氣"支承(氣體流體支承)效應，應存在足夠承載面積，亦即沿輸出面36的可與基板緊密接觸之實表面積(solid surface area)。承載面積之百分比對應於輸出面36的允許氣體壓力在其下積聚之有效面積之相對量。最簡單而言，承載面積可計算為輸出面36之總面積減去輸出通道12及排氣通道22之總表面積。此意謂排除具有寬度w1之輸出通道12或具有寬度w2之排氣通道22之氣體流動面積的總表 面積應儘可能達到最大。在一實施例中提供95%之承載面積。其他實施例可使用諸如85%或75%之較小承載面積值。氣體流率之調節亦可用於變更分離或緩衝力且因此相應地改變距離D。
可瞭解提供氣體流體支承以使得輸送頭10大體上維持在基板20上方之距離D處將存在優點。此舉將允許輸送頭10使用任何合適類型之傳輸機構的基本上無摩擦的運動。隨後在輸送頭10於材料沈積期間往復傳送，掃掠過基板20表面時，可使輸送頭10"盤旋"在基板20表面上方。
如圖14中所示，輸送頭10可能太重，以使得向下氣體力並不足以保持所需間隔。在此情況下，諸如彈簧170、磁鐵或其他裝置之輔助提昇組件可用於補充提昇力。在其它情況下，氣流量可能足夠高以致導致相反問題，以使得除非施加額外力，否則將迫使輸送頭10與基板20之表面分開太大的距離。在此情況下，彈簧170可為壓縮彈簧，其用以提供保持距離D之額外所需力(相對於圖14之配置向下)。或者，彈簧170可為補充向下力之磁鐵、彈性體彈簧或某種其他裝置。
或者，輸送頭10可以相對於基板20之某種其他取向定位。例如，基板20可由氣體流體支承效應支撐，從而對抗重力，以使得基板20可在沈積期間沿輸送頭10移動。圖20中展示使用氣體流體支承效應以在基板20上進行沈積的一個實施例，其中基板20在輸送頭10上方得到緩衝。基板20穿過輸送頭10之輸出面36在沿如所示之雙向箭頭之方向上 移動。
圖21之替代實施例展示諸如腹板載體或滾筒之基板載體74上之基板20，基板載體74在輸送頭10與氣體流體支承98之間在方向K上移動。在此種狀況下，可單獨使用空氣或另一惰性氣體。在此實施例中，輸送頭10具有空氣支承效應且與氣體流體支承98協作以便保持輸出面36與基板20之間的所需距離D。氣體流體支承98可使用惰性氣體或空氣或某種其他氣態材料之流F4來引導壓力。應注意在本發明之沈積系統中，基板載體或固持器可在沈積期間與基板接觸，該基板載體可為傳送基板之構件，例如滾筒。因此，所處理之基板之絕熱並非本發明系統之必要條件。
如尤其參照圖3A及3B所描述，輸送頭10需要相對於基板20表面移動以便執行其沈積功能。此相對移動可以包括移動輸送頭10及基板20中之任一者或兩者的許多方式(諸如藉由移動提供基板載體之設備)來獲得。視所需沈積循環數目而定，移動可振盪或往復或可為連續移動。儘管連續製程較佳，但是尤其在分批製程中，亦可使用基板之旋轉。致動器可與諸如以機械方式連接之輸送頭之本體耦接。可替代地使用諸如改變磁力場之交變力。
ALD通常需要多個沈積循環，從而用各循環建立受控薄膜深度。藉由使用先前給定之氣態材料類型之命名，例如在簡單設計中，單循環可提供第一反應性氣態材料O之一次塗覆及第二反應性氣態材料M之一次塗覆。
O及M反應性氣態材料之輸出通道之間的距離決定完成 各循環之往復移動的所需距離。舉例而言，圖4之輸送頭10在反應性氣體通道出口與相鄰淨化通道出口之間可具有在寬度方向上0.1吋(2.54mm)之標稱通道寬度。因此，為使往復運動(如本文中所用沿y軸)允許同一表面之所有區域經歷全部ALD循環，將需要至少0.4吋(10.2mm)之行程。對於此實例而言，在經此距離移動之情況下，基板20之區域將暴露於第一反應性氣態材料O及第二反應性氣態材料M中。或者，輸送頭對於其行程而言可移動更大的距離，甚至自基板之一端移動至另一端。在此種狀況下生長薄膜可在其生長時期內暴露於周圍條件中，從而在諸多使用環境中不導致有害作用。在某些情況下，對均一性之考量可能需要對各循環中之往復運動量採取無規措施，以便減低邊緣效應或沿往復運動動程之末端的積聚作用。
輸送頭10可具有僅足以提供單循環的輸出通道12。或者，輸送頭10可具有多循環之配置，使其能夠覆蓋更大沈積區域或使其能夠在往復運動距離之一次行進中在允許進行兩個或兩個以上沈積循環的距離上完成其往復運動。
例如，在一特定應用中，發現各O-M循環在¼之經處理表面上形成一個原子直徑之層。因此，在此種狀況下，需要四個循環以在經處理表面上形成1個原子直徑之均一層。類似地，在此種狀況下，為形成10個原子直徑之均一層，則需要40個循環。
用於本發明之輸送頭10之往復運動之優點為其允許在面積超過輸出面36之面積的基板20上進行沈積。圖15示意地 展示使用沿如藉由箭頭A所示之y軸之往復運動以及相對於x軸與往復運動成直角或呈橫向的移動，如何實現此更廣面積覆蓋。應再次強調如圖15中所示之在x或y方向上之運動可藉由輸送頭10之移動或藉由具備提供移動之基板載體74之基板20的移動或者藉由輸送頭10及基板20兩者之移動來實現。
在圖15中，可包含分配歧管之輸送頭與基板之相對運動方向彼此垂直。亦可能使此相對運動相平行。在此種狀況下，相對運動需要具有表示振盪之非零頻率分量及表示基板位移之零頻率分量。此組合可藉由以下達成：振盪與固定基板上之輸送頭位移的組合；振盪與相對於固定基板輸送頭之基板位移的組合；或其中振盪及固定運動由輸送頭及基板兩者之移動來提供的任何組合。
有利的是，輸送頭10可以比諸多類型沈積頭可能達成之尺寸小的尺寸來製造。例如，在一實施例中，輸出通道12具有0.005吋(0.127mm)之寬度w1且長度延伸至3吋(75mm)。
在一較佳實施例中，ALD可在大氣壓下或接近大氣壓下及廣泛範圍之周圍及基板溫度下、較佳在低於300℃之溫度下執行。較佳需要相對潔淨環境以將污染之可能性減至最低程度；然而，當使用本發明之設備之較佳實施例時，不需要為了獲得良好效能而使用完全"潔淨室"條件或充有惰性氣體的封閉場所。
圖16展示具有用於提供相對良好控制及無污染物環境之 腔室50的原子層沈積(ALD)系統60。氣體供應物28a、28b及28c經由補給線32將第一、第二及第三氣態材料提供至輸送頭10。可撓性補給線32之可選使用促成輸送頭10移動之簡易性。為簡單起見，可選真空蒸氣回收設備及其他載體組件並未展示於圖16中但亦可使用。傳輸子系統54提供沿輸送頭10之輸出面36傳送基板20之基板載體，其使用本揭示案中所用之座標軸系統在x方向上提供移動。運動控制以及閥門及其他支撐組件之全面控制可由諸如電腦或專用微型處理器總成之控制邏輯處理器56來提供。在圖16之配置中，控制邏輯處理器56控制提供輸送頭10之往復運動的致動器30以及控制傳輸子系統54之傳輸馬達52。致動器30可為適合於導致輸送頭10沿移動基板20(或替代地沿固定基板20)往復運動之若干裝置中之任一者。
圖17展示於腹板基板66上進行薄膜沈積之原子層沈積(ALD)系統70之替代實施例，腹板基板66係沿充當基板載體之腹板傳送機62傳送經過輸送頭10。腹板自身可為所處理之基板或可提供對於基板(另一腹板或單獨基板，例如晶圓)之支撐。輸送頭傳輸機64在與腹板行進方向呈橫向之方向上將輸送頭10傳送橫穿腹板基板66之表面。在一實施例中，以氣體壓力所提供之完全分離力來推動輸送頭10往復橫穿腹板基板66之表面。在另一實施例中，輸送頭傳輸機64使用橫越腹板基板66寬度之導螺桿或類似機構。在另一實施例中，在沿腹板傳送機62之合適位置處使用多個輸送頭10。
圖18展示腹板配置中之另一原子層沈積(ALD)系統70，其使用其中流動模式經定向與圖17之組態成直角的固定輸送頭10。在此配置中，腹板傳送機62本身之運動提供ALD沈積所需要之移動。往復運動亦可用於此環境中。參照圖19，展示輸送頭10之一部分之實施例，其中輸出面36具有一定量之曲率，其對於某些腹板塗佈應用可為有利的。可提供凸曲率或凹曲率。
在可能尤其適用於腹板製造之另一實施例中，ALD系統70可具有多個輸送頭10或雙輸送頭10，其中腹板基板66之每一側安置有一個輸送裝置。可替代地提供可撓性輸送頭10。此將提供展現至少某種對於沈積表面之順應性的沈積設備。
在另一實施例中，輸送頭10之一或多個輸出通道12可使用橫向氣流配置，該配置揭示於先前引用之由Levy等人於2006年3月29日申請且名稱為"APPARATUS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION,"之美國專利申請案第11/392,006號中。在該實施例中，支持輸送頭10與基板20之間分離的氣體壓力可由若干輸出通道12加以維持，諸如由噴射淨化氣體之彼等通道(圖2-3B中標記為I之通道)維持。橫向流接著可用於一或多個噴射反應性氣體之輸出通道12(圖2-3B中標記為O或M之通道)。
本發明之設備之優點在於其在廣泛範圍之溫度(包括在某些實施例中之室溫或接近室溫)下於基板上執行沈積的能力。本發明之設備可在真空環境中運作，但尤其很適合 於在大氣壓下或在接近於大氣壓下運作。
具有根據本發明方法製造之半導體薄膜之薄膜電晶體可展現大於0.01cm2 /Vs之場效應電子移動力，較佳至少0.1cm2 /Vs，更佳大於0.2cm2 /Vs。另外，具有根據本發明製造之半導體薄膜的n通道薄膜電晶體能夠提供至少104 、有利地至少105 之開/關比率。開/關比率經量測為當表示可用於顯示器之閘極線上之相關電壓的閘極電壓由一個值迅速變成另一值時汲極電流之最大值/最小值。在汲極電壓維持在30V之情況下，典型數值組為-10V至40V。
雖然空氣支承效應可用以至少部分地使輸送頭10與基板20表面分離，但是本發明之設備可替代地用以自輸送頭10之輸出表面36提昇或抬起基板20。可替代地使用其他類型之基板固持器，包括例如壓板。
實例1
構建根據圖8D之實施例之機械氣體擴散元件。在此元件中，130微米厚度之噴嘴板含有間隔1000微米之50微米孔。混合腔室係由另一130微米厚度之板組成，其中存在460微米之腔室開口。最後，使氣體經由其中切割有100微米出口狹槽之另一130微米厚度之板而退出。
將擴散器板安裝於夾具上以使得可將流呈遞至噴嘴配置。此設置中之由退出狹槽之間的面積所界定之累積流動面積為9.03×10-4 m2 。使總體積流量為5.46×10-5 m3 /s之氮(密度=1.14kg/m3 )流經該裝置，導致0.06m/s之氣體速度。由於此氣體速度，量測到遍及擴散器之2760Pa之壓 降。用市售之數位壓力轉導器/計量器(自Omega獲得)量測壓力。因為摩擦係數之定義使其與流動對於氣體擴散器所施加之力有關，所以所量測之壓降係根據力/面積，而不直接為力。摩擦係數f經計算為1.3×106 。
根據本發明，使用根據圖4之實施例之包含此機械氣體擴散元件的APALD裝置，在矽晶圓上生長Al2 O3 薄膜。APALD裝置經組態以具有如下組態中之11個輸出通道：通道1：淨化氣體
通道2：含氧化劑氣體
通道3：淨化氣體
通道4：含金屬前驅體之氣體
通道5：淨化氣體
通道6：含氧化劑氣體
通道7：淨化氣體
通道8：含金屬前驅體之氣體
通道9：淨化氣體
通道10：含氧化劑氣體
通道11：淨化氣體
薄膜在150℃之基板溫度下生長。輸送至APALD塗佈頭之氣流如下：(i)以3000sccm之總流率將氮惰性淨化氣體供應至通道1、3、5、7、9及11。
(ii)將含有三甲基鋁之以氮為基礎之氣流供應至通道4及8。此氣流係藉由在室溫下混合約400sccm之純氮氣流與 3.5sccm之充滿TMA之氮氣流來產生。
(iii)將含有水蒸氣之以氮為基礎之氣流供應至通道2、6及10。此氣流係藉由在室溫下混合約350sccm之純氮氣流與20sccm之充滿水蒸氣之氮氣流來產生。
使具有上述氣體供應流之塗佈頭接近基板且隨後釋放，以使得其以如先前描述之氣流為基礎而浮在基板上方。此時，使塗佈頭橫穿基板振盪300個循環以產生大約900Å厚度之Al2 O3 薄膜。
藉由在鋁蒸鍍期間使用遮蔽罩將鋁接觸墊塗佈在Al2 O3 層上來形成漏電測試結構。此製程導致在Al2 O3 上形成大約500A厚度及500微米×200微米之面積的鋁接觸墊。
藉由在給定鋁接觸墊至矽晶圓之間施加20V電勢且以HP-4155C®參數分析器量測電流量來量測矽晶圓至A1接觸面之漏電。在20V電勢下，通過Al2 O3 介電質之漏電為1.3×10-11 A。如可由此測試數據所見，此實例之塗佈頭產生具有顯著較低漏電之薄膜，其為製造適用介電薄膜所需要。
實例2
替代實例1之機械氣體擴散元件，可使用0.2微米孔隙之多孔氧化鋁膜。市售之含有0.2微米孔隙之氧化鋁多孔膜購自Whatman Incorporated。膜之有效面積以直徑計為19mm且安裝在壓力過濾器固持器上，在室溫下使氮氣穿過該壓力過濾器固持器。此設置中之由19mm直徑環之面積所界定的累積流動面積為2.83×10-4 m2 。使總體積流量為1.82×105 m3 /s之氮(密度=1.14kg/m3 )流經該裝置，導致 0.06m/s之氣體速度。由於此氣體速度，量測到遍及擴散器之22690Pa之壓降。摩擦係數f經計算為9.6×106 。
實例3
替代實例1之機械氣體擴散元件，可使用0.02微米孔隙之多孔氧化鋁膜。市售之含有0.02微米孔隙之氧化鋁多孔膜購自Whatman Incorporated。膜之有效面積以直徑計為19mm且安裝在壓力過濾器固持器上，在室溫下使氣體穿過該壓力過濾器固持器。此設置中之由19mm直徑環之面積所界定的累積流動面積為2.83×10-4 m2 。使總體積流量為1.82×105 m3 /s之氮(密度=1.14kg/m3 )流經該裝置，導致0.06m/s之氣體速度。由於此氣體速度，量測到遍及板上之54830Pa之壓降。摩擦係數f經計算為2.3×107 。
比較實例4
替代實例1之機械氣體擴散元件，測定具有150微米穿孔之金屬濾網之摩擦係數。市售之金屬濾網自McMaster Carr公司獲得。濾網厚度為250微米，具有150微米之圓形穿孔。穿孔呈六角形圖案，於中心處以300微米間隔。此濾網代表市售之金屬濾網之相當小孔徑。
一塊濾網安裝在固持器上，使氣體穿過濾網之量測為1.5mm×2.3mm之方形橫截面。使總體積流量為1.82×10-5 m3 /s之氮(密度=1.14kg/m3 )流經該裝置，導致5.27m/s之氣體速度。由於此氣體速度，量測到遍及濾網之480Pa之壓降。摩擦係數f經計算為3.0×101 。
更大速度之氣流用於此量測，此歸因於此濾網具有極低 摩擦係數且需要高氣體速度以便產生可量測之壓降。儘管此濾網具有應提供某種抗流動性之設計，但此濾網所產生之低摩擦係數表明此濾網自身不能提供大於1×102 之摩擦係數。
10‧‧‧輸送頭
12‧‧‧輸出通道
14、16、18‧‧‧進氣導管
20‧‧‧基板
22‧‧‧排氣通道
24‧‧‧排氣導管
28a、28b、28c‧‧‧氣體供應物
30‧‧‧致動器
32‧‧‧補給線
36‧‧‧輸出面
50‧‧‧腔室
52‧‧‧傳輸機馬達
54‧‧‧傳輸機子系統
56‧‧‧控制邏輯處理器
60‧‧‧原子層沈積(ALD)系統
62‧‧‧腹板傳送機
64‧‧‧輸送頭傳輸機
66‧‧‧腹板基板
70‧‧‧原子層沈積(ALD)系統
74‧‧‧基板載體
90‧‧‧前驅體材料之引導通道
91‧‧‧排氣引導通道
92‧‧‧淨化氣體引導通道
96‧‧‧基板載體
98‧‧‧氣體支承
100‧‧‧連接板
102‧‧‧引導腔室
104‧‧‧輸入口
110‧‧‧氣體腔室板
112、113、115‧‧‧供應腔室
114、116‧‧‧排氣腔室
120‧‧‧氣體引導板
122‧‧‧前驅體材料之引導通道
123‧‧‧排氣引導通道
130‧‧‧底板
132‧‧‧延伸噴射通道
134‧‧‧延伸排氣通道
140‧‧‧氣體擴散器單元
142‧‧‧噴嘴板
143、147、149‧‧‧第一、第二、第三擴散器通路
146‧‧‧氣體擴散器板
148‧‧‧面板
150‧‧‧輸送總成
152‧‧‧延伸噴射通道
154‧‧‧延伸排氣通道
160‧‧‧隔板
162‧‧‧淨化板
164‧‧‧排氣板
166、166'‧‧‧反應物板
168‧‧‧孔隙
170‧‧‧彈簧
180‧‧‧順次第一排氣狹槽
182‧‧‧順次第二排氣狹槽
184‧‧‧順次第三排氣狹槽
A‧‧‧箭頭
D‧‧‧距離
E‧‧‧排氣板
F1、F2、F3、F4‧‧‧氣流
I‧‧‧第三惰性氣態材料
K‧‧‧方向
M‧‧‧第二反應性氣態材料
O‧‧‧第一反應性氣態材料
P‧‧‧淨化板
R‧‧‧反應物板
S‧‧‧隔板
w1、w2‧‧‧通道寬度
X‧‧‧箭頭
圖1為根據本發明用於原子層沈積之分配歧管之一個實施例的橫截面側視圖；圖2為輸送頭之一個實施例之橫截面側視圖，其展示提供至經受薄膜沈積之基板之氣態材料的一個例示性配置；圖3A及3B為分配歧管之一個實施例之橫截面側視圖，其示意地展示伴隨發生之沈積運作；圖4為根據本發明之一個實施例在沈積系統中之包括擴散器單元之輸送頭的透視分解圖；圖5A為圖4之輸送頭之連接板的透視圖；圖5B為圖4之輸送頭之氣體腔室板的平面圖；圖5C為圖4之輸送頭之氣體引導板的平面圖；圖5D為圖4之輸送頭之底板的平面圖；圖6為展示一實施例中之輸送頭上之底板的透視圖；圖7為根據一個實施例之氣體擴散器單元之分解圖；圖8A為圖7之氣體擴散器單元之噴嘴板的平面圖；圖8B為圖7之氣體擴散器單元之氣體擴散器板的平面圖；圖8C為圖7之氣體擴散器單元之面板的平面圖；圖8D為圖7之氣體擴散器單元內之氣體混合的透視圖； 圖8E為使用圖7之氣體擴散器單元之氣體通風路徑的透視圖；圖9A為使用垂直堆疊板之實施例中之輸送頭的一部分的透視圖；圖9B為展示於圖9A中之輸送頭之組件的分解圖；圖9C為展示使用堆疊板形成之輸送總成之平面圖；圖10A及10B分別為用於圖9A之垂直板實施例中之隔板的平面圖及透視圖；圖11A及11B分別為用於圖9A之垂直板實施例中之淨化板的平面圖及透視圖；圖12A及12B分別為用於圖9A之垂直板實施例中之排氣板的平面圖及透視圖；圖13A及13B分別為用於圖9A之垂直板實施例中之反應物板的平面圖及透視圖；圖13C為處於替代取向中之反應物板之平面圖；圖14為包含浮動輸送頭且展示相關距離尺寸及力方向之沈積系統之一個實施例的側視圖；圖15為展示與基板傳輸系統一起使用之分配頭之透視圖；圖16為展示使用本發明之輸送頭之沈積系統的透視圖；圖17為展示應用於移動腹板之沈積系統之一個實施例的透視圖；圖18為展示應用於移動腹板之沈積系統之另一實施例的透視圖； 圖19為具有具備曲率之輸出面之輸送頭的一個實施例的橫截面側視圖；圖20為使用氣體緩衝來將輸送頭與基板分離之實施例之透視圖；及圖21為展示包含與移動基板一起使用之氣體流體支承之沈積系統的實施例的側視圖。
10‧‧‧輸送頭
12‧‧‧輸出通道
14、16、18‧‧‧進氣導管
20‧‧‧基板
22‧‧‧排氣通道
24‧‧‧排氣導管
36‧‧‧輸出面
96‧‧‧基板載體
A‧‧‧箭頭
D‧‧‧距離
X‧‧‧箭頭

Claims (64)

  1. 一種在一基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置，其包含：(a)複數個進氣口，其包含能夠分別接收一第一氣態材料、一第二氣態材料及一第三氣態材料之一共同供應物的至少一第一進氣口、一第二進氣口及一第三進氣口；(b)至少一個能夠接收來自薄膜材料沈積之排氣的排氣口及至少兩個延伸排氣通道，該等延伸排氣通道中之每一者能夠與該至少一個排氣口氣態流體連通；(c)至少三組延伸噴射通道，(i)第一組包含一或多個第一延伸噴射通道，(ii)第二組包含一或多個第二延伸噴射通道，及(iii)第三組包含至少兩個第三延伸噴射通道，該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者能夠分別與相應第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口中之一者氣態流體連通；其中該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者與該等延伸排氣通道中之每一者大體上相平行地在一長度方向上延長；其中各第一延伸噴射通道在其至少一個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與一最鄰近的第二延伸噴射通道分開；其中各第一延伸噴射通道及各第二延伸噴射通道位於相對較近之延伸排氣通道之間及相對較遠之延伸噴射通道之間； (d)一氣體擴散器，其與該三組延伸噴射通道中之至少一組關聯，以使得該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之至少一者分別能夠在該基板上之薄膜材料沈積期間自該輸送裝置輸送至該基板之前穿過該氣體擴散器，且其中該氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之該至少一者在該至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離；其中假定一代表性氣體為25℃下之氮且穿過該氣體擴散器之氣態材料之一代表性平均速度在0.01與0.5m/sec之間，該氣體擴散器能夠提供一大於1×102 之摩擦係數。
  2. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器與該三組延伸噴射通道中之每一者關聯，以使得該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之每一者分別能夠獨立地在該基板上之薄膜材料沈積期間自該輸送裝置傳遞至該基板，且其中該氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之每一者在該三組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離。
  3. 如請求項2之輸送裝置，其中該氣體擴散器為一機械總成，其用於安放與該等第一延伸噴射通道中之每一者相關之獨立流動路徑、與該等第二延伸噴射通道中之每一者相關之獨立流動路徑及與該等第三延伸噴射通道中之每一者相關之獨立流動路徑。
  4. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器佔據該三組延伸噴射通道中之至少一組中之各個別延伸噴射通道的 至少一部分。
  5. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器元件能夠提供一介於1×104 至1×108 之間的摩擦係數。
  6. 如請求項1之輸送裝置，其中存在至少兩個第二延伸噴射通道且其中各第一延伸噴射通道在其兩個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與最鄰近的第二延伸噴射通道分開。
  7. 如請求項1之輸送裝置，其中存在複數個第二延伸噴射通道及複數個第一延伸噴射通道；其中各第一延伸噴射通道在其兩個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與最鄰近的第二延伸噴射通道分開；且其中各第二延伸噴射通道在其兩個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與最鄰近的第一延伸噴射通道分開。
  8. 如請求項7之輸送裝置，其中該輸送裝置在該輸送頭之兩個末端中之每一者處包含另一第一或第二延伸噴射通道，該輸送頭分別在其一側、在最接近該輸送裝置之一輸出面的一邊緣之側並不具有一第二或第一延伸噴射通道。
  9. 如請求項2之輸送裝置，其中該氣體擴散器為一經設計以便可與一構成該輸送裝置之其餘部分之輸送總成分離的單元，且其大體上覆蓋該輸送總成的用於該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料之大多數下游 流動通路。
  10. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器經設計為該輸送裝置之一不可分離的部分。
  11. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器包含一以機械方式形成之總成，其包含至少兩個元件中之互連開口，藉此提供所需摩擦係數。
  12. 如請求項11之輸送裝置，其中該至少兩個元件為鋼，且該等互連開口藉由模製、機械加工或雷射或微影技術來形成。
  13. 如請求項2之輸送裝置，其中對於各個別第一、第二及第三延伸噴射通道而言，該氣體擴散器包含分別處於至少兩個垂直配置之氣體擴散器板中之至少兩個垂直疊置通路，其以組合方式提供氣態材料之一流動路徑，該流動路徑包含由一大體上水平流動路徑分開之兩個大體上垂直流動路徑，其中該大體上垂直流動路徑由在一平行於相應延伸噴射通道之延伸方向上延長之通路或通路組件提供，且其中該大體上水平流動路徑由平行氣體擴散器板中之平行表面區域之間的一相對較窄空間提供，其中垂直係指相對於該輸送裝置之一輸出面的正交方向。
  14. 如請求項13之輸送裝置，其中該至少兩個垂直配置之氣體擴散器板在每一側具有大體上水平延長表面且形成大體上平坦之堆疊有孔板。
  15. 如請求項13之輸送裝置，其中該氣體擴散器包含分別處於至少三個垂直配置之氣體擴散器板中之至少三組垂直 疊置通路，其中該相對窄空間由一位於兩個大體上平行氣體擴散器板之間的中央氣體擴散器板之厚度界定。
  16. 如請求項1之輸送裝置，其中該氣體擴散器為一多級系統，其包含一系列至少三個大體上水平延長之氣體擴散器板，其具有在相對於該輸送裝置之一輸出面之一正交方向上彼此面對的大體上平行表面，該等氣體擴散器板中之每一者具有複數個流動通路，其各自與該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之一個別延伸噴射通道氣體連通；其中該等氣體擴散器板中之至少兩者順次第一及第三擴散器板中之該複數個通路在一延伸方向上延長，且其中該第一氣體擴散器板中之該複數個通路中之每一者相對於該第三擴散器板中之該複數個通路中之與其氣態流體連通的每一通路在一垂直於該延伸方向之長度的方向上水平偏移；其中一順次定位在該第一與該第三擴散器板之間的第二氣體擴散器板包含複數個延伸中心開口，其各自與該等第一及第三擴散器板中之每一者中的與其流體連通之相應通路之寬度相比相對較寬，以使得各延伸中心開口由兩個延伸側界定且自垂直方向檢視時將該第一擴散器組件及該第三擴散器板之與其流體連通的經水平偏移之通路包含在其邊界以內；且由此該氣體擴散器能夠將穿過其之氣態材料流大體上偏轉。
  17. 如請求項11之輸送裝置，其中該氣體擴散器單元能夠以45至135度之一角度使流動偏轉，以使得將正交流動改變成相對於該輸送裝置之一輸出面之一表面的一平行流動。
  18. 如請求項11之輸送裝置，其中該氣體擴散器順次提供(i)氣態材料穿過該至少兩個元件中之該一或多個通路或通路組件的大體上垂直流動，及(ii)氣態材料在該至少兩個元件之大體上平行表面區域之間形成的一窄空間中之大體上水平流動，其中垂直橫截面中之該窄空間形成平行於一相關延伸噴射通道之一延伸通道，其中垂直意謂相對於該輸送裝置之一輸出面成直角且水平意謂相對於該輸送裝置之該輸出面平行。
  19. 如請求項16之輸送裝置，其中該第一氣體擴散器板中之該等通路包含沿一延伸線路延長之複數個個別組之穿孔，其中各個別組之穿孔與該第二氣體擴散器板中之該等通路中之一者氣態流體連通。
  20. 如請求項1之輸送裝置，其中該三組延伸噴射通道中之至少一組中之各延伸噴射通道經設計以將該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之至少一者在穿過一位於以下位置中之多孔材料之後間接提供至該基板：(i)該至少一組延伸噴射通道中之各個別噴射延伸通道內；及/或(ii)該至少一組延伸噴射通道中之各個別噴射延伸通道之上游。
  21. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料包含藉由一化 學轉變而形成或存在於一天然產生之多孔材料中之孔隙。
  22. 如請求項21之輸送裝置，其中該多孔材料包含平均直徑小於10,000nm之孔隙，其容積大體上可用於氣態材料之流動。
  23. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料包含由顆粒之間的間隙形成的孔隙或為一固體材料中由一成洞劑形成之互連空隙的孔隙。
  24. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料由微纖維形成。
  25. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料包含一隔離性非連接孔隙結構，其中孔隙大體上垂直於該表面。
  26. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料為一由陽極化鋁形成之氧化鋁材料。
  27. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料包含一或多層不同多孔材料或由一穿孔薄片支撐之一多孔材料層，該等層視情況由間隔元件分離。
  28. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料包含一厚度為5至1000微米之層。
  29. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料由藉由黏結而結合在一起之無機或有機顆粒之間的間隙形成。
  30. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料藉由處理一聚合物薄膜以產生孔隙度來獲得。
  31. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料呈至少一個覆 蓋該輸送裝置之該端面之水平安置層的形式。
  32. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料形成一連續層，其視情況具有以機械方式形成於其中之通路。
  33. 如請求項32之輸送裝置，其中該等以機械方式形成之開口為延伸通道，其用於排出氣態材料相對無妨礙地穿過該輸送裝置回流。
  34. 如請求項20之輸送裝置，其中該多孔材料層呈一堆板中之一大體上連續板之形式。
  35. 如請求項20之輸送裝置，其中該氣體擴散器為一元件總成，其中多孔材料保持在獨立封閉區中。
  36. 如請求項20之輸送裝置，其中將該多孔材料引入或形成於延伸通道內，其中該等延伸通道至少部分地填有該多孔材料。
  37. 如請求項36之輸送裝置，其中該等延伸通道為一鋼板中之延伸通道，將顆粒引入其中且隨後燒結以形成一氣體擴散器元件或其部分。
  38. 一種在一基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置，其包含：(a)複數個進氣口，其包含能夠分別接收一第一氣態材料、一第二氣態材料及一第三氣態材料之一共同供應物的至少一第一進氣口、一第二進氣口及一第三進氣口；(b)至少一個能夠接收來自薄膜材料沈積之排氣的排氣口及至少兩個延伸排氣通道，該等延伸排氣通道中之每一者能夠與該至少一個排氣口氣態流體連通； (c)至少三組延伸噴射通道，(i)第一組包含一或多個第一延伸噴射通道，(ii)第二組包含一或多個第二延伸噴射通道，及(iii)第三組包含至少兩個第三延伸噴射通道，該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者能夠與相應第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口中之一者氣態流體連通；其中該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者與該等延伸排氣通道中之每一者大體上平行地在一長度方向上延長；其中各第一延伸噴射通道在其至少一個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與一最鄰近的第二延伸噴射通道分開；其中各第一延伸噴射通道及各第二延伸噴射通道位於相對較近之延伸排氣通道之間及相對較遠之延伸噴射通道之間；(d)一氣體擴散器，其與該三組延伸噴射通道中之至少一組關聯，以使得該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之至少一者分別能夠在該基板上之薄膜材料沈積期間自該輸送裝置輸送至該基板之前穿過該氣體擴散器，且其中該氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之該至少一者在該至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離；其中該氣體擴散器包含一多孔材料，該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之該至少一者 穿過該多孔材料。
  39. 一種在一基板上進行薄膜材料沈積之輸送裝置，其包含：(a)複數個進氣口，其包含能夠分別接收一第一氣態材料、一第二氣態材料及一第三氣態材料之一共同供應物的至少一第一進氣口、一第二進氣口及一第三進氣口；(b)至少一個能夠接收來自薄膜材料沈積之排氣的排氣口及至少兩個延伸排氣通道，該等延伸排氣通道中之每一者能夠與該至少一個排氣口氣態流體連通；(c)至少三組延伸噴射通道，(i)第一組包含一或多個第一延伸噴射通道，(ii)第二組包含一或多個第二延伸噴射通道，及(iii)第三組包含至少兩個第三延伸噴射通道，該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者能夠與相應第一進氣口、第二進氣口及第三進氣口中之一者氣態流體連通；其中該等第一、第二及第三延伸噴射通道中之每一者與該等延伸排氣通道中之每一者大體上平行地在一長度方向上延長；其中各第一延伸噴射通道在其至少一個延伸側由一相對較近之延伸排氣通道及一相對較遠之第三延伸噴射通道與最鄰近的第二延伸噴射通道分開；其中各第一延伸噴射通道及各第二延伸噴射通道位於相對較近之延伸排氣通道之間及相對較遠之延伸噴射通道之間； (d)一氣體擴散器，其與該三組延伸噴射通道中之至少一組關聯，以使得該第一氣態材料、該第二氣態材料及該第三氣態材料中之至少一者分別能夠在該基板上之薄膜材料沈積期間自該輸送裝置輸送至該基板之前穿過該氣體擴散器，且其中該氣體擴散器維持第一、第二及第三氣態材料中之該至少一者在該至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道下游之流分離；其中該氣體擴散器包含一以機械方式形成之總成，其包含一系列至少兩個元件，各元件包含一彼此面對之大體上平行表面區域；其中至少一個元件包含在一延伸方向上延長之複數個穿孔，其中各複數個穿孔與來自該至少一組延伸噴射通道中之各延伸噴射通道中之一者的流相關；且其中該氣體擴散器使自該複數個穿孔中之每一者傳遞至該兩個元件中之該等平行表面區域之間的一窄空間中的氣態材料偏轉。
  40. 一種沈積系統，其中如請求項1之輸送裝置能夠在一系統中提供一固體材料於一基板上之薄膜沈積，其中在薄膜沈積期間在該輸送頭之一輸出面與該基板表面之間保持一大體上均一距離。
  41. 如請求項40之沈積系統，其中歸因於該等氣態材料中之一或多者自該輸送頭流動至該基板表面以進行薄膜沈積所產生之壓力提供使該輸送頭之該輸出面與該基板之該表面分離的力的至少一部分。
  42. 如請求項40之沈積系統，其中一基板載體為一移動腹板及/或該基板為一移動腹板。
  43. 如請求項40之沈積系統，其中該基板載體將該基板表面維持在與該輸送頭之該輸出面間隔0.4mm以內之一間距處。
  44. 如請求項42之沈積系統，其中該腹板的由該傳輸設備所提供之移動為連續的，視情況為往復的。
  45. 如請求項40之沈積系統，其中該基板及該輸送頭暴露於大氣中。
  46. 如請求項40之沈積系統，其中氣流經由該輸送頭之該輸出面上之大體上平行延伸開口來提供，該等開口為大體上筆直的或大體上同心的。
  47. 如請求項40之沈積系統，其中該保持在該輸送頭之該輸出面與該基板之間的大體上均一距離小於1mm。
  48. 一種在一基板上沈積一薄膜材料之方法，其包含同時將一系列氣流自一輸送頭之一輸出面朝向一基板之表面進行引導，且其中該系列氣流包含至少一第一反應性氣態材料、一惰性淨化氣體及一第二反應性氣態材料，其中該第一反應性氣態材料能夠與一經該第二反應性氣態材料處理之基板表面反應；其中該輸送頭包含一氣體擴散器元件，經由其傳遞該第一反應性氣態材料、該惰性淨化氣體及該第二反應性氣態材料中之至少一者，同時保持該至少一種氣態材料之流分離； 其中在該基板上之薄膜材料沈積期間，該氣體擴散器對於穿過其之氣態材料提供一大於1×102 之摩擦係數。
  49. 如請求項48之方法，其中該氣體擴散器包含一以機械方式形成之總成，其包含一系列至少兩個元件，各元件包含一彼此面對之大體上平行表面區域；各元件包含相應互連通路，各互連通路與該至少一組延伸噴射通道中之一個別延伸噴射通道流體連通；其中該氣體擴散器藉由提供由用於氣態材料之一大體上水平流動路徑分離的兩個用於氣態材料之大體上垂直流動路徑來使穿過其之氣態材料偏轉；其中各大體上垂直流動路徑由在一平行於該輸送裝置之該輸出面且平行於該等延伸噴射通道之延伸方向上延長之一或多個互連通路或組件通路來提供；及其中各大體上水平流動路徑由該兩個元件中之該等平行表面區域之間的一窄空間來提供，其中垂直係指相對於該輸送裝置之該輸出面的正交方向且水平係指相對於該輸送裝置之該輸出面的平行方向。
  50. 如請求項48之方法，其中該第一反應性氣態材料及該第二反應性氣態材料之流大體上至少由該惰性淨化氣體及一排氣出口/構件在空間上分開。
  51. 如請求項48之方法，其中氣流中之一或多者提供一至少促成該基板之該表面與該輸送頭之該端面分離的壓力。
  52. 如請求項48之方法，其中氣流自與該基板緊密鄰近定位的一系列大體上平行之開放延伸輸出通道提供，該輸送 頭之該輸出面與經受沈積之該基板之該表面間隔1mm以內。
  53. 如請求項48之方法，其中該基板之一給定區域暴露於該第一反應性氣態材料之氣流下每次歷時小於500毫秒。
  54. 如請求項48之方法，其另外包含提供該輸送頭與該基板之間的相對運動。
  55. 如請求項48之方法，其中該等反應性氣態材料中之至少一者之氣體流量為至少1sccm。
  56. 如請求項48之方法，其中在沈積期間該基板之溫度低於300℃。
  57. 如請求項48之方法，其中該第一反應性氣態材料為一含金屬化合物且該第二反應性氣態材料為一非金屬化合物。
  58. 如請求項57之方法，其中該含金屬化合物為一週期表之第II、III、IV、V或VI族元素。
  59. 如請求項57之方法，其中該含金屬化合物為一可在低於300℃之溫度下氣化之有機金屬化合物。
  60. 如請求項57之方法，其中該含金屬化合物與該第二反應性氣態材料反應以形成一選自由以下材料組成之群的氧化物或硫化物材料：五氧化二鉭、氧化鋁、氧化鈦、五氧化二鈮、氧化鋯、二氧化鉿、氧化鋅、氧化鑭、氧化釔、二氧化鈰、氧化釩、氧化鉬、氧化錳、氧化錫、氧化銦、氧化鎢、二氧化矽、硫化鋅、硫化鍶、硫化鈣、硫化鉛及其混合物。
  61. 如請求項48之方法，其中該方法用於在一基板上製造一用於一電晶體中的半導體或介電薄膜，其中該薄膜包含一以金屬氧化物為基礎之材料，該方法包含在一300℃或更低之溫度下在一基板上形成至少一層一以金屬氧化物為基礎之材料，其中該以金屬氧化物為基礎之材料為至少兩種反應性氣體之反應產物，一第一反應性氣體包含一有機金屬前驅體化合物且一第二反應性氣體包含一反應性含氧氣態材料。
  62. 如請求項48之方法，其中退離該等延伸開口之氣態材料沿該等開口之長度具有不超過10%偏差以內之大體上相等的壓力。
  63. 一種在一基板上沈積一薄膜材料之方法，其包含同時將一系列氣流自一輸送頭之一輸出面朝向一基板之表面進行引導，且其中該系列氣流包含至少一第一反應性氣態材料、一惰性淨化氣體及一第二反應性氣態材料，其中該第一反應性氣態材料能夠與一經該第二反應性氣態材料處理之基板表面反應；其中一氣體擴散器包含一多孔材料，該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性淨化氣體中之至少一者穿過該多孔材料，藉此提供反壓力且在該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性淨化氣體中之該至少一者之流退出該輸送裝置之處促進壓力平衡。
  64. 如請求項63之方法，其中該氣體擴散器包含一多孔材 料，在保持流分離的同時該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性淨化氣體穿過該多孔材料，藉此提供反壓力且促進與該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性淨化氣體中之該至少一者之退出氣流相關的壓力平衡。
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