TWI440738B

TWI440738B - 與原子層沈積反應器有關的配置

Info

Publication number: TWI440738B
Application number: TW98132459A
Authority: TW
Inventors: Mika Jauhiainen; Pekka Soininen
Original assignee: Beneq Oy
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2014-06-11
Also published as: TW201111546A

Description

與原子層沈積反應器有關的配置

本發明係有關於一種與原子層沈積反應器有關的配置，原子層沈積反應器包括一反應室，配置包括了用於將一反應氣體進給至反應室且用於反吸反應氣體之複數配件及用於進給一阻塞氣體之複數配件。

一反應室係為一原子層沈積反應器之一主要零件，並且所欲處理之複數基底係被放置於反應室之中。一原子層沈積製程是基於間歇且飽合表面反應，藉由表面以控制一薄膜之成長，並且其中之各反應零件係個別地被傳送而接觸於此表面。於反應室中，複數反應氣體脈衝與沖刷氣體脈衝之間係被依序地導引通過複數基底之上。

如何在原子層沈積反應器之設計過程中可達到理想流體動力及精準脈衝是相當重要的。藉由所謂的鈍氣閥調是可達到脈衝之加重且有時僅是為了達到阻塞之目的，其中，在藉由適當鈍氣的進給與流動之下，於反應室中之反應氣體流動至一基底之情況是可以被避免的。

藉由儘可能靠近於反應室之方式而執行上述功能之下，由一進給管路或一進給通道之後阻長度所可能造成之一反應零件脈衝尾部是可被避免的，亦即，於前後脈衝進行混合時之所經由表面所釋放之分子將會造成化學氣相沈積(CVD)之成長。由於當時在表面控制下之原子層沈積中之不會再次出現沈積，因脈衝尾部所造成之基底之化學氣相沈積的成長係會造成所沈積薄膜性質的改變且是不被允許的。

最早期之玻璃阻塞管路係經由所謂的唇管而製成，阻塞流係可藉由複數同軸管路配件而導引至一所需位置。然而，這些大型且昂貴之玻璃阻塞管路是容易脆裂的。一後期方式是將複數溝槽設置於複數板件之中，藉由複數板件之間自上方之推疊方式下而形成複數立體管路系統。較佳的方式是將這些溝槽直接形成於反應室之壁面之中，此多為習知技術中所採取的一般方式。然而，數個啟始材料係因複數阻塞溝槽、收容於阻塞溝槽中之阻塞進給而會造成對稱性且一致性吸收的問題，並且在此封裝下更會造成板件之數量及尺寸的增加。當欲在一小型或平坦空間中進行具有阻塞之一反應室之推疊時，則上述之採用板件推疊的方式便無法適用。此外，在具有數個氣體源之例子中，經耦接之複數氣體配件是具有大型體積且其無法容易地在一大型區域中進行操作，並且受污染氣體溝槽之長度亦可能會快速的增加。於習知技術中是利用所一保存空間(例如：位於裝置之下)而解決此問題，其中係藉由對於原管路之長度進行折疊形成之一所需流路而達成。上述方式係為需要空間之一功能性方式，由於無法觀察經折疊管路之內部及進行所需之存取作業，因而無法對於折疊管路之內部進行清洗作業。

於PCT publication WO 2006/000643、US patent publication 4 413 022、FI patent applications 20055612與20055613中係已對於一般原子層沈積製程、上述鈍氣閥調原理及原子層沈積反應器提出相關說明，這些案件以參考方式做為習知技術之例子。

本發明之目的在於提供一種配置，藉由本發明之配置可達到消除習知技術中之各項缺失之目的。根據本發明之配置，其特徵在於：用於進給反應氣體且反吸反應氣體之複數配件與用於進給阻塞氣體之複數配件包括一中間元件、一第一倒流元件與一第二倒流元件，其中，中間元件包括複數平行通道，複數通道係延伸通過中間元件，第一倒流元件與第二倒流元件設置於中間元件之複數端部之上，複數通道係開設於中間元件之中，所設置之第一倒流元件與第二倒流元件係用以結合位於中間元件之中之複數通道，藉此以提供一通道間流。

本發明之優點主要在於可提供理想流體動力與精準脈衝，於前後脈衝進行混合時之脈衝尾部所可能造成化學氣相沈積之成長之上述習知技術中的問題便可被解決。此外，在將氣體通道導入反應室之前，本發明之一有利方式係可將氣體通道進行結合，如此使得化學氣相沈積之成長可被形成於進給通道之中而非位於基底之表面上。根據本發明之解決方式中，本發明之一有利方式係可將來自於不同氣體源之氣非體進行混合下而儘可能的成為一均質流。非均質性係會造成基底之一非均勻劑量的產生，在交替作用下將會導致緩慢、不良的材料效率及不均勻薄膜。本發明之另一優點在於可對於所有啟始氣體而採用具一致性形狀及設置之複數阻塞通道，藉此方式是可達到標準化。本發明之結構是可採一有利方式而製成，如此可達到通道之容易清洗與潔淨程度之容易檢查之目的。於本發明之結構中之角落及內表面之數量是可被最小化的，並且反吸力與惰性阻塞氣體係可在一有利方式下而採取可調整方式之控制。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

第1至6圖表示根據本發明之一配置之一示意圖。第1表示一實施例之一示意圖，其中，一原子層沈積反應器包括一低壓室1與一欠壓反應室2，此反應室2係設置於低壓室1之中。於原子層沈積反應器中，所欲處理之基底係放置於反應室2與製程之中，複數反應氣體與位於複數反應氣體之間的惰性氣體係間歇且依序地導引至所欲處理之基底之一表面。於第1圖之第一實施例中，反應室2係設置於低壓室1之中，但低壓室1亦可同時做為一反應室之使用。

低壓室1之結構與功能、與一原子層沈積反應器有關之反應室、上述氣體之進給等係屬於熟習此技藝人士所知悉之一般操作，於本文中便不再予以詳盡說明。上述所提出之本說明書中之參考符號係與習知技術之說明有關。

根據本發明之配置中，配置包括一第一裝置與一第二裝置。舉例而言，第一裝置係為用以形成流路而可間歇地將至少一反應氣體進給至反應室2且可用於反吸反應氣體之複數配件，並且第二裝置係為用以形成流路而可將阻塞氣體進給加入於複數反應氣體進給循環之間之複數配件。本發明之上述配件中是必須包括一中間元件3、一第一倒流元件8與一第二倒流元件9。中間元件3包括複數平行通道4、5、6、7，複數通道4、5、6、7係延伸通過該中間元件3。該第一倒流元件8與該第二倒流元件9設置於該中間元件3之複數端部之上，複數通道4、5、6、7係開設於該中間元件3之中，所設置之該第一倒流元件8與該第二倒流元件9係用以結合位於該中間元件3之中之複數通道4、5、6、7，藉此以提供一通道間流。

中間元件3係由一厚實件所形成為佳，並且複數通道4、5、6、7係藉由對於厚實件進行鑽孔而形成。由一厚實材料所形成之厚實件係為一條狀材料所製成之一工件為佳，中間元件3於實質上係為外型具有一柱狀元件之元件。

如圖所示，第一倒流元件8與該第二倒流元件9於實質上係由複數凸緣狀元件所形成，這些凸緣狀元件之尺寸係相符於中間元件3。

根據本發明之第1、2圖之方法，複數氣體，亦即，反應氣體與惰性氣體(例如：氮氣)係經由一凸緣結構10而被輸送低壓室1且進而被輸送反應室2。在凸緣結構10之頂表面的作用下，第一倒流元件8之底表面係可與凸緣結構10之頂表面彼此相互面對的方式而緊密地位於凸緣結構10之頂表面之中。凸緣結構10之複數氣體配件11、12與第一倒流元件8之配件亦即，貫穿孔洞13、14係形成複數均勻流路。在基於均勻流路之一般性延伸下，均勻流路更可具有複數平行通道4、5、6、7，這些複數平行通道4、5、6、7係設置於中間元件3之中。必要時，於上述之第一裝置與第二裝置之兩零件之間之位於通道、配件及通道之間之所有連接、位於凸緣結構10與第一倒流元件8之間之所有連接均是可被密封的。

如第1圖所示及上述所揭露內容可知，中間元件3係設置於第一倒流元件8之頂部。朝向第一倒流元件8之中間元件3之一端部之一表面上係具有複數第一溝槽15，這些第一溝槽15與中間元件3之表面係可於孔洞14與中間元件3之通道之間形成了複數流路。以第1圖為例，溝槽15係於孔洞14與一通道5之間形成了一流連接。

於圖式所示之實施例中，通道5係用以做為一反吸通道。換言之，在通道5的作用下便可形成一側配件，如此以提供各反應劑氣體配件以進行反吸程序。反吸配件係藉由溝槽15、略為斜向於反應劑配件之方式而進行連接。中間元件3係具有一特定通道，藉由特定通道對於反應劑進行進給且對於反應劑進行反吸程序。此一配置係提供給各反應劑之使用。如第1圖所示，通道4係做為一反應劑所使用之一進給通道，並且通道4係做為一反吸通道。第2圖表示根據第1圖之配置之一立體圖，於此實施例中係利用六氣體配件12提供給反應氣體之使用，並且一氣體配件11提供給阻塞氣體之使用。這些數字係可根據需求而進行變更。

較佳的方式係藉由將一調整元件16或一減速裝置設置於反吸通道5之中而對於反吸力大小進行調整，藉此可對於流量進行調整。調整元件16係可由一阻流螺絲所形成，亦即，調整元件16係可由具有一通道之一螺絲元件所形成，如此便可在所鑽孔內產生一所需阻流效果。減速裝置係可藉由將通道局部地變窄而獲得，如此便可得到一所需阻流效果。藉由氮氣係可形成一阻塞流。藉由連接於一共同排放配件23之一泵裝置係可提供一反吸力。

一第二倒流元件9設置於該中間元件3之頂部，如此便可利用設置於中間元件3中之第二溝槽17對於氣體流進行倒流下而流回至下游。第二溝槽17更具有一第二孔洞18，此第二孔洞18之功能在於將惰性阻塞氣體輸送至通道系統，如此便可周期性地防止反應氣體流至反應室2。

阻塞氣體係進給至配置而經由氣體配件11至第一倒流元件8之第一貫穿孔洞13，並且更進一步自第一倒流元件8之第一貫穿孔洞13進給至中間元件3之通道6，並且更進一步自中間元件3之通道6而經由第二倒流元件9之一配件19而進給至形成於背向該中間元件3之該第二倒流元件9之一表面上之一溝槽20。一蓋元件21係被放置於該第二倒流元件9之頂部，蓋元件21之底表面與溝槽20係形成了可提供阻塞氣體所使用之一流路。由溝槽20與蓋元件21所形成之流路係可將阻塞氣體導引至第二孔洞18，此第二孔洞18係將阻塞氣體導引至第二溝槽17(如上述說明)。孔洞18係可具有一調整元件22或一減速裝置，藉此以提供流阻。調整元件22係可為一阻氣螺絲，亦即，具有一通道之一螺絲元件，如此便可在所鑽孔內產生一所需阻流效果。減速裝置係可藉由將通道局部地變窄而獲得，如此便可得到一所需阻流效果。溝槽20係連接至於配置中之所有調整元件22所接收之進給流體，亦即，於配置中之所有通道18係流連接配件19，則由配件19所流出之阻塞氣體便可被允許流動至配置中之所有通道18。複數調整元件22(例如：阻氣螺絲)係以具有相同尺寸為佳，藉此可於配置中之所有通道18之間對於阻塞氣體進行均分。如果不同量之阻塞流是需要不同反應氣體時，則阻氣螺絲之尺寸便自然地會有不同的選擇，如此便可達到所需最終結果。

藉由第二倒流元件9所向下倒流之反應氣體流係被輸送回至第一倒流元件8，於此位置之反應氣體流係經由轉彎至一連接通道7(位在中間元件3之中間位置)而交會於一溝槽24，並且反應氣體係更沿著上述反應室2之進給開口而運行。反應氣體之所有進給路線係具有對應的孔洞與溝槽，並且較佳的方式是將這些對應的孔洞與溝槽係以對稱圍繞於收集通道進行設置。在反應氣體抵達收集通道之後，藉由收集通道之結構可對於來自不同氣體配件12之氣體係可充分地相互混合。然而，收集通道之形狀與氣體被引進收集通道時之角度係會對於這些氣體之混合造成影響。

至反應室之連接是可藉由一平表面、球體或一對應結構所完成。此外，藉由配置之複數結構之使用(例如：藉由於配置中所具有之複數溝槽、藉由可進行覆蓋之元件所形成之流路配件)或直接藉由管路裝置之作用下，反吸力是可被直接耦接至泵送線路。根據圖式中所示之解決方式可知，藉由位於第二倒流元件9中之一溝槽25係可於一共同排放配件23之中對於所有反吸通道5進行連接，其原理是類似於經由溝槽20與通道18所共同執行之與一進給配置之連接。

根據具有本發明之一配置之一反應器可知，對於反應器進行驅動下係可使得一阻塞氣體(例如：氮氣)可經由上述配件11而進行連續進給。經由通道5所進行之反吸程序仍是處於持續地進行狀態。當來自於反應氣體配件12之流動被中斷時，僅有擴散流可由反應氣體配件12而流出，由阻塞氣體流所產生之阻塞便開始運作，如此可使得尾部的反應氣體被輸送至反吸力之中。在利用一載氣體之協助下或不具載氣體之下而使得反應氣體脈衝導引通過配置時，部分的反應氣體係被獻出而回到反吸力之中，但約90%之大部分的反應氣體係繼續直接運行至反應室且與做為阻塞氣體之氮氣之間進行混合。當反應氣體流與可提升流動之載氣體之進給被中斷時，配置便自動地回復至反應氣體流處於被關閉之一狀態。

當欲達到操作之提升且減少反吸力損失，阻塞氣體(例如：氮氣)之進給與反應氣體進給之脈衝是可同步產生的(如下文所述)。於反應氣體進給之脈衝期間，被進給至配件5之一阻塞氮氣之數量係採用至少為阻塞流之數量來進行，如此將不會造成反應氣體之損失。阻塞氮氣流是可被縮減至足以防止反應劑流進入氮氣進給通道之程度。

因此，上述之附加性質是完全可被實行的，而在一簡單實施中所使用之一連續阻塞劑流是可達到一極佳最終結果。

在根據本發明之配置之作用下，反應氣體與阻塞氣體之進給是可經由少數實體之實施下而完成，這些實體係可經由簡易方法而進行分解，如此以達到清洗與檢查之目的。這些實體之結構為小型且對稱，所有氣體均可採相同方式進行處理，並且在必要時是可對於可置換之受污染管路進行分離。一般而言，受阻塞位置係為反吸力會合之處。

根據本發明之結構中，反吸力係可採用一個別有利方式而傳輸至一後反應室空間或稱之為一吸收盒26，藉此可降低所需之維修。此外，本發明之結構中之中間空間是可容易地經由一密封件27而採不同密封方式而進行密封，此密封件係可藉由一彈性體(例如：o型環)或是在各凸緣對之邊緣表面上設置一密封溝槽而達成，此密封溝槽係可經由複數孔洞而連接至反吸力或可對應地連接至氮氣進給。於具有低壓之密封溝槽之一第一例子中，在不需考量這些可能洩漏氣體是源自於結構之內側管路或結構之外側之情況下，在對於這些可能洩漏氣體進行吸收後被予以排放。同樣地，於第二例子之密封溝槽中，氣體係同時由結構之內、外側而洩漏。

根據本發明之配置可知，本發明之配置係可採有利方式而一體成型於該反應器之低壓室及/或欠壓反應室之其它導入部之中，如此以儘可能地就所關切之整體位置提供一最佳解決方式。於上述實際例子中係存在導入部所造成之結構最小化問題等。

根據本發明之配置之熱管理而言是特別有利的。本發明之配置係可如同部分的所附加熱方式而通過一冷室。本發明之配置除了可由一金屬材料之外，本發明之配置係更可採用特異材料、甚至玻璃或陶瓷材料所製成。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．凸緣結構

11、12．．．氣體配件

13．．．孔洞(配件)

14．．．孔洞

15．．．溝槽

16．．．調整元件

17．．．溝槽

18．．．孔洞(通道)

19．．．配件

2．．．反應室

20．．．溝槽

21．．．蓋元件

22．．．調整元件

23．．．配件

24．．．溝槽

25．．．溝槽

26．．．吸收盒

27．．．密封件

3．．．中間元件

Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ．．．箭頭

4．．．通道

5．．．通道

6．．．通道

7．．．通道

8．．．第一倒流元件

9．．．第二倒流元件

第1圖表示根據本發明之一配置之一示意剖面圖；

第2圖表示根據第1圖之配置之一立體圖；

第3圖表示根據第1圖中之箭頭Ⅲ-Ⅲ圖之一剖面圖；

第4圖表示根據第1圖中之箭頭Ⅳ-Ⅳ圖之一剖面圖；

第5圖表示根據第1圖中之箭頭Ⅴ-Ⅴ圖之一剖面圖；

第6圖表示根據第1圖中之箭頭Ⅵ-Ⅵ圖之一剖面圖；