TWI473901B - 沈積之施配裝置 - Google Patents

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Description

沈積之施配裝置
此發明一般而言係關於擴散一氣態或液態材料之流，尤其係在薄膜材料之沈積期間且更特定言之係關於用於使用一將同時氣體流引導至一基板上之分配或施配頭來將原子層沈積於一基板上之設備。
在廣泛用於薄膜沈積之該等技術中，化學汽相沈積(CVD)使用能夠在一反應室內反應以在一基板上沈積一所需膜的化學反應性分子。用於CVD應用之分子先驅物包含欲沈積膜的元素(原子)組分並一般還包括額外元素。CVD先驅物係揮發性分子，其係在一氣相下施配至一室內以便在基板處反應，從而在其上形成薄膜。該化學反應沈積具有一所需膜厚度的一薄膜。
大多數CVD技術普遍需要施加一或多個分子先驅物之一良好控制通量至CVD反應器內。一基板係在受控制壓力條件下保持在一良好控制的溫度下以促進在該些分子先驅物之間的化學反應，同時有效率移除副產物。獲得最佳CVD效能要求在整個程序中獲得並維持氣體流、溫度及壓力之穩態條件之能力以及最小化或排除瞬態之能力。
尤其係在半導體、積體電路及其他電子裝置領域內，一直存在對具有出色保形塗布性質、超出傳統CVD技術之可達到限制之薄膜(尤其係更高品質、更密集膜)之需求，尤其係可在更低溫度下製造的薄膜。
原子層沈積(「ALD」)係一替代性膜沈積技術，與其CVD原有技術相比，其可提供改良的厚度解析度與保形能力。該等ALD程序將傳統CVD之傳統薄膜沈積程序分段成單一原子層沈積步驟。較有利的係，ALD步驟係自我終止的並可在進行直至或超過自我終止曝露時間時沈積一原子層。一原子層一般在從0.1至0.5個分子單層之範圍內變化，典型尺寸在不超過數埃之級數上。在ALD中，沈積一原子層係在一反應性分子先驅物與基板之間的一化學反應之結果。在每一單獨的ALD反應-沈積步驟中，淨反應沈積所需原子層並實質上排除最初包括於分子先驅物內的「額外」原子。在其最純的形式下，ALD涉及在缺少該反應之另一先驅物或多個先驅物時該等先驅物之每一者之吸附與反應。實務中，在任一系統中，均難以避免不同先驅物之某種直接反應，從而引起小量的化學汽相沈積反應。任一聲稱執行ALD之系統之目的係在認識到小量的CVD反應可以容忍的同時，獲得與一ALD系統相稱的裝置效能及屬性。
在ALD應用中，一般在單獨階段將兩個分子先驅物引入於ALD反應器內。例如，一金屬先驅物分子MLx 包含一金屬元素M，其係鍵結至一原子或分子配位基L。例如，M可能係(但不限於)Al、W、Ta、Si、Zn等。該金屬先驅物在基板表面準備直接與該分子先驅物反應時與基板反應。例如，基板表面一般準備以包括與該金屬先驅物反應的含氫配位基、AH等。硫(S)、氧(O)及氮(N)係一些典型A物種。該氣態金屬先驅物分子與基板表面上的所有配位基有效地反應，從而導致該金屬之一單一原子層之沈積：
基板-AH+MLx →基板-AMLx-1 +HL　(1)
其中HL係一反應副產物。在反應期間，消耗該等初始表面配位基AH，然後表面變成以L配位基所覆蓋，該等配位基無法與金屬先驅物MLx 進行進一步反應。因此，該反應在使用AMLx-1 物種取代基板上的所有初始AH配位基時自我終止。反應階段一般會跟隨一惰性氣體沖洗階段，其從室中排除過多金屬先驅物，之後單獨引入一第二反應物氣態先驅物材料。
接著使用該第二分子先驅物來朝該金屬先驅物回復基板之表面反應性。此係(例如)藉由移除該等L配位基並重新沈積AH配位基來完成。在此情況下，該第二先驅物一般包含所需(通常係非金屬)元素A(即，O、N、S)與氫(即，H2 O、NH3 、H2 S)。下一反應係如下：
基板-A-ML+AHY →基板-A-M-AH+HL　(2)
此將表面轉換回成其AH覆蓋狀態。(此處，簡化起見，該等化學反應係不平衡的。)將所需額外元素A併入於膜內並作為揮發性副產物來排除非所需的配位基L。再次，該反應消耗該等反應位置(此時該等L終止位置)並在完全耗盡基板上的該等反應位置時自我終止。接著藉由在一第二沖洗階段流動惰性沖洗氣體來從沈積室中移除該第二分子先驅物。
總而言之，則基本ALD程序要求依序交替化學品通量至基板。如上所論述，代表性ALD程序係具有四個不同操作階段的一循環：
1. MLx 反應；
2. MLx 沖洗；
3. AHy 反應；以及
4. AHy 沖洗，然後返回至階段1。
具有介入沖洗操作的此交替表面反應與回復基板表面至其初始反應狀態之先驅物移除之重複序列係一典型ALD沈積循環。ALD操作之一關鍵特徵係回復基板至其初始表面化學條件。使用此組重複步驟，可以相等計量層將一膜層疊於基板上，該等相等計量層在化學動力學、每循環沈積、組成物及厚度上均相同。
ALD可用作用於形成若干類型薄膜電子裝置之一製作步驟，包括半導體裝置及支援電子組件，諸如電阻器及電容器、絕緣物、匯流排線及其他傳導結構。ALD特別適用於在電子裝置之組件內形成金屬氧化物薄層。可使用ALD沈積的一般功能性材料種類包括導體、介電質或絕緣物及半導體。
導體可以係任何有用傳導材料。例如，該等導體可能包含透明材料，諸如氧化銦錫(ITO)、經摻雜之氧化鋅ZnO、SnO2 或In2 O3 。導體之厚度可能會有所不同，且依據特定範例，其可在從50至1000nm之範圍內變化。
有用的半導體材料之範例係化合物半導體，諸如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、本質氧化鋅及硫化鋅。
一介電材料電絕緣一圖案化電路之各種部分。一介電層還可稱為一絕緣物或絕緣層。用作介電質之材料之特定範例包括鍶酸鹽、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。此外，該些範例之合金、組合及多層可用作介電質。在該些材料中，氧化鋁係較佳。
一介電結構層可能包含具有不同介電常數的二或多個層。此類絕緣物係論述於本文所引述之美國專利第5,981,970號與共同待審美國公開案第2006/0214154號中。介電材料一般展現大於5eV的一帶隙。一有用介電層之厚度可能會有所不同，且依據特定範例，其可在從10至300nm之範圍內變化。
可使用以上所說明之功能層來製造若干裝置結構。一電阻器可藉由選擇具有適度至較差導電率的一傳導材料來加以製作。一電容器可藉由將一介電質放置於兩個導體之間來加以製造。一二極體可藉由將兩個互補載子型半導體放置於兩個傳導電極之間來加以製造。還可能在該等互補載子型半導體之間佈置一本質半導體區域，指示該區域具有較低數目的自由電荷載子。一二極體還可藉由在兩個導體之間放置一單一半導體來加以構造，其中該等導體/半導體介面之一者產生一肖特基(Schottky)阻障，其在一方向上強烈地阻止電流流動。一電晶體可藉由在一導體(閘極)上放置一絕緣層，隨後一半導體層來加以製造。若接觸該頂部半導體層來隔開放置二或多個額外導體電極(源極與汲極)，則可形成一電晶體。可以各種組態來建立以上裝置之任一者，只要建立必要介面即可。
在一薄膜電晶體之典型應用中，需要可控制電流流過該裝置的一開關。如此，期望在該開關開啟時，一較高電流可流過裝置。電流流動之程度係與半導體電荷載子遷移率相關。當該裝置關閉時，期望電流流動極小。此係與電荷載子濃度相關。而且，一般較佳的係，可見光很少或不會影響薄膜電晶體回應。為了使此點真實，半導體帶隙必須充分大(>3eV)，使得曝露於可見光不會引起一帶間躍遷。一能夠產生一高遷移率、低載子濃度及高帶隙之材料係ZnO。而且，為了大量製造於一移動腹板上，非常期望用於該程序之化學既便宜又低毒性，此點可藉由使用ZnO及其大多數先驅物來滿足。
自我飽和表面反應使ALD對於傳輸非均勻性相對地不敏感，否則可能由於工程容限與流動系統之該等限制或關於表面佈局(即，沈積至三維、高縱橫比結構內)而削弱表面均勻性。作為一一般規則，在一反應程序中的一不均勻化學品通量一般會導致在表面區域之不同部分上的不同完成時間。然而，使用ALD，允許該等反應之每一者在整個基板表面上完成。因而，完成動力學差異不強加任何損失或均勻性。此係因為先完成反應的區域自我終止反應；其他區域能夠繼續直至全部處理表面經歷預期反應。
一般而言，一ALD程序在一單一ALD循環中沈積0.1至0.2nm的一膜(如更早所列出，一個循環具有編號步驟1至4)。必須獲得一有用且經濟上可行的循環時間，以便為許多或大多數半導體應用提供在從3nm至30nm之一範圍的一均勻膜厚度，且甚至為其他應用提供更厚的膜。依據產業產量標準，較佳的係在2分鐘至3分鐘內處理基板，其意味著ALD循環時間必須在從0.6秒至6秒之一範圍內。
ALD為提供一受控制位準的高度均勻薄膜沈積呈現相當可觀的前景。然而，儘管其固有技術能力及優點，但仍存在若干技術障礙。一重要的考量係與所需循環之數目有關。因為其重複反應物與沖洗循環，有效地使用ALD一直要求一種能夠將化學品通量從MLx 突然變成AHy 以及快速執行沖洗循環的設備。傳統ALD系統係設計以按所需序列來快速循環不同氣態物質至基板上。然而，難以獲得一種用於以所需速度並無某種不必要混合地將所需系列氣態配方引入於一室內的可靠配置。而且，一ALD設備必須能夠為許多循環有效率且可靠地實行此快速序列化以便允許具成本效益地塗布許多基板。
為了努力最小化一ALD反應到達自我終止所需之時間，在任一給定反應溫度下，一方案曾係使用所謂的「脈動」系統來最大化流入ALD反應器內的化學品通量。為了最大化化學品通量至ALD反應器內，較有利的係最低限度地稀釋惰性氣體並在高壓下將該等分子先驅物引入ALD反應器內。然而，該些措施針對獲得較短循環時間與從ALD反應器中快速移除該些分子先驅物之需要而起作用。快速移除進而支配須最小化在ALD反應器內的氣體駐留時間。氣體駐留時間τ係與反應器之體積V、在ALD反應器內的壓力P以及流Q的倒數成比例，即：
τ=VP/Q　(3)
在一典型ALD室內，體積(V)與壓力(P)係由該等機械及抽運約束來獨立地支配，從而引起難以精確地控制該駐留時間為較低值。據此，降低ALD反應器內的壓力(P)促進較低氣體駐留時間並增加從ALD反應器移除(沖洗)化學先驅物之速度。對比之下，最小化ALD反應時間要求透過使用在ALD反應器內的一高壓來最大化化學品先驅物通量至ALD反應器內。此外，氣體駐留時間與化學品使用效率兩者係與該流成反比。因而，雖然降低流可增加效率，但其也會增加氣體駐留時間。
一直使用在縮短反應時間，改良化學利用效率之需要與另一方面最小化沖洗氣體駐留及化學品移除時間之需要之間的交換來折衷現有ALD方案。用以克服氣態材料之「脈動」施配之固有限制的一方案係連續地提供每一反應物氣體並相繼地移動基板穿過每一氣體。例如，授予Yudovsky的美國專利第6,821,563號，標題為「用於循環層沈積之氣體分配系統」說明一種處理室，在真空下，其具有用於先驅物與沖洗氣體的單獨氣體埠，使真空幫浦埠在每一氣體埠之間交替。每一氣體埠將其氣體串流之垂直向下引向一基板。該等單獨氣體流係藉由壁或隔板來加以分離，在每一氣體串流之兩側具有用於抽空氣體的真空幫浦。每一隔板之一下部部分靠近基板延伸，例如從基板表面0.5mm或更大。依此方式，該等隔板之下部部分與基板表面分離一距離，其足以允許該等氣體串流在該等氣體串流與基板表面反應之後在該等下部部分周圍流向該等真空埠。
提供一旋轉轉盤或其他傳輸裝置用於保持一或多個基板晶圓。使用此配置，將基板在不同氣體串流之下穿梭，藉此實現ALD沈積。在一具體實施例中，基板係在一線性路徑內移動穿過一室，在室內往返傳遞基板若干次。
使用連續氣體流之另一方案係顯示於授予Suntola等人的美國專利第4,413,022號，標題為「METHOD FOR PERFORMING GROWTH OF COMPOUND THIN FILMS(用於執行化合物薄膜生長之方法)」中。一氣體流陣列具備交替來源氣體開口、載體氣體開口及真空排放開口。再次，基板在該陣列上的往復運動實現ALD沈積，而不需要脈動操作。在圖13及14之具體實施例中，特定言之，在一基板表面與反應性蒸汽之間的循序相互作用係藉由基板在一固定來源開口陣列上的一往復運動來進行。擴散阻障係藉由在排放開口之間具有一載體氣體開口來加以形成。Suntola等人聲明，甚至在大氣壓力下仍可進行使用此一具體實施例之操作，但很少或不提供該程序之細節或範例。
雖然諸如在'563 Yudovsky與'022 Suntola等人專利中所說明之該等者的系統可避免脈動氣體量方案所固有的該等困難之一些者，但該些系統具有其他缺點。'563 Yudovsky專利之氣體流施配單元或'022 Suntola等人專利之氣體流陣列均無法用於比0.5mm更緊密地近接基板。'563 Yudovsky與'022 Suntola等人專利中所揭示之氣體流施配設備均不配置用於可與一移動腹板表面一起使用，諸如可用作用於形成(例如)電子電路、光感測器或顯示器之一撓性基板。'563 Yudovsky專利之氣體流施配單元與'022 Suntola等人專利之氣體流陣列兩者之複雜配置由於每一者提供氣體流與真空兩者，使得該些解決方案難以實施、比例縮放昂貴並將其潛在可用性限制於一有限尺寸之移動基板上的沈積應用。而且，將會極難以在一陣列內的不同點處維持一均勻真空並在互補壓力下維持同步氣體流與真空，從而折衷提供至基板表面之氣體通量之均勻性。
授予Selitser的美國專利公開案第2005/0084610號揭示一種大氣壓力原子層化學汽相沈積程序。Selitser聲明，藉由將操作壓力改變成大氣壓力獲得異常反應速率增加，其將涉及反應物濃度之數量級增加，結果提高表面反應物速率。Selitser之該等具體實施例涉及用於該程序之每一階段的單獨室，但在2005/0084610中的圖10顯示其中移除室壁的一具體實施例。一系列分離注射器係在一旋轉圓形基板支架軌道周圍間隔。每一注射器併入獨立操作的反應物、沖洗及排放氣體歧管及控制並在每一基板在該程序中在該處下面穿過時用作用於每一基板的一完整單層沈積及反應物沖洗循環。Selitser很少或沒有說明該等氣體注射器或歧管之特定細節，但其聲明，選擇該等注射器之間隔，使得藉由沖洗氣體流與併入每一注射器內的排放歧管來防止來自相鄰注射器之交叉污染。
一種用以提供相互反應性ALD氣體隔離之特別有用方法係以上所引述美國專利申請案第11/620,738號之氣體軸承ALD裝置。此裝置之效率由以下事實所引起：在該沈積頭與該基板之間的間隙內產生相對較高壓力，該等壓力在一良好定義路徑內迫使氣體從一來源區域至一排放區域，同時近接經歷沈積之基板。
在上述系統之所有者中，必須具有一種沿一線性開口擴散一氣體之有效方法。同樣地，極重要的係使該等排放通道從該塗布沈積區域均勻地拉引氣體。如此，所有該些系統均要求一擴散器元件，其可獲取最初在一狹窄供應線內流動的氣體並引起其以一極均勻方式在一較大線性退出區域上退出。還較重要的係運用一最低限度機械組件以一具成本效益的方式來完成該擴散器元件之構造。
本發明之目標
本發明之一目標係，當在一ALD塗布程序中緊密近接放置反應性氣體時以一相對精確方式施配氣體，在一施配頭之尺寸上具有較佳均勻性。
本發明之另一目標係擴散該等氣體，同時在同時氣體流期間仍維持通道分離。
另一目標係，在提供此均勻性中在一輸出通道之一伸長區域上產生一均勻背壓，從而擴散氣體流。
另一目標係提供具效率且易於裝配的擴散器系統用於一施配頭。
另一目標係允許一單一裝配程序產生一施配頭之該等內部供應線與該擴散器元件兩者。
另一目標係提供一種可與一連續程序一起使用並可提供超過更早期解決方案之改良氣體流分離的ALD沈積方法及設備。
另一目標係提供一種對在操作期間在程序條件或情形下的干擾或不規則性更強固的ALD沈積方法及設備。
本發明提供一種用於將一薄膜材料沈積於一基板上之設備及程序，其包含將一系列氣體流從一薄膜沈積系統之一施配裝置之輸出面同時引向一基板之表面，其中該系列氣體流包含至少一第一反應性氣態材料、一惰性沖洗氣體及一第二反應性氣態材料。該第一反應性氣態材料能夠與使用該第二反應性氣態材料處理的一基板表面反應。特定言之，本發明係關於一種具有一輸出面用於提供氣態材料以將薄膜材料沈積於一基板上的施配裝置，其包含：
(a)複數個入口埠，其包含至少一第一、一第二及一第三入口埠用於分別接收一第一、一第二及一第三氣態材料；以及
(b)一輸出面，其係與該基板分離一距離並包含複數個實質上平行伸長輸出開口，其中該施配頭係設計以將該第一、該第二及該第三氣態材料從在該輸出面內的該等伸長輸出開口同時施配至該基板；以及
(c)一互連供應室與引導通道網路，其用於將該等第一、第二及第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口；
其中由兩個相鄰板所形成的至少一氣體擴散通道係相關聯於該複數個實質上平行伸長輸出開口之至少一者，其中該兩個板之至少一者在該氣體擴散通道之區域內具有一凸版圖案。
因而，該施配裝置可包含一單一第一伸長輸出開口、一單一第二伸長輸出開口及一單一第三伸長輸出開口，但複數個(二或多個)每一者係較佳，如下所說明。據此，較佳的係該輸出面係與該基板分離一距離且包含第一、第二及第三複數個實質上平行伸長輸出開口，其係分別相關聯於該第一、第二及第三入口埠之每一者，其中該施配頭係設計以將該第一、該第二及該第三氣態材料從該輸出面內的該等伸長輸出開口同時施配至該基板。該互連供應室與引導通道網路將該等第一、第二及第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口，較佳的係透過對應伸長發出通道，如下面進一步所說明，其中在該施配頭之該面內的每一伸長輸出開口係相關聯於一伸長發出通道，其包含該伸長出口開口或在其之前。
在依據本發明之一程序之一具體實施例中，該等第一及第二氣態材料可以係相互反應性氣體，而該第三氣態材料可以係一沖洗氣體，諸如氮。在一具體實施例中，該等第一、第二及第三伸長發出通道可以係輸出通道，其能夠分別將該該第一氣態材料、第二氣態材料及第三氣態材料從該輸出面直接提供至該基板而沒有一中間擴散器元件。在一替代性具體實施例中，該個別伸長發出通道可在單獨穿過一氣體擴散器元件之後將該第一氣態材料、第二氣態材料及第三氣態材料間接提供至該基板以加以處理，該氣態擴散器元件包含在該施配裝置之該輸出面內的輸出通道。
依據本發明之另一態樣，一種用於將一薄膜材料沈積於一基板上之程序，其包含將一系列氣體流從一薄膜沈積系統之一施配頭之輸出面同時引向一基板之表面，其中該系列氣體流包含至少一第一反應性氣態材料、一惰性沖洗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使用該第二反應性氣態材料處理的一基板表面反應，其中該施配頭包含：
(a)至少一第一、一第二及一第三入口埠，其係用於分別接收該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性沖洗氣體；
(b)近接該基板表面的一輸出面，其包含複數個伸長開口，其中該等入口埠之每一者係分別獨立地連接至至少一第一、第二及第三伸長輸出開口用於供應該等個別氣態材料至該基板；以及
(c)一互連供應室與引導通道網路，其用於將該等第一、第二及第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口；其中由兩個相鄰板所形成的至少一氣體擴散通道係相關聯於該等實質上平行伸長輸出開口之至少一者，其中該兩個板之至少一者在該氣體擴散通道之區域內具有一凸版圖案。
本發明之另一態樣一般而言係關於一種用於裝配一將薄膜材料沈積於一基板上之施配頭之程序，其包含：
(a)製作一系列板，其至少一部分包含用於形成一擴散器元件之凸版圖案；以及
(b)依序將該等板彼此附接以便形成一供應線網路，該等供應線係連接至一或多個擴散器元件。
最後，本發明之另一態樣係關於一種流擴散器及對應方法，其包含(a)一第一板，其具有一凸版圖案部分；及(b)一第二板；其中該第一板與該第二板係裝配以形成一伸長輸出開口，一流擴散部分係由該凸版圖案部分來加以定義，其中流擴散部分能夠擴散一氣態或液態材料之流。該擴散一氣態或液態材料之流之對應方法包含使該氣態或液態材料穿過一流擴散部分，該流擴散部分係由該凸版圖案部分來加以定義，該凸版圖案部分係藉由裝配一具有一凸版圖案部分之第一板與一第二板來形成，其中該凸版圖案部分係在面板之間並連接一伸長入口開口與一伸長輸出開口用於該氣態或液態材料之流。較佳的係，該施配頭包含複數個第一伸長發出通道及/或複數個第二伸長發出通道用於各種應用。然而，作為一最低限度，一單階段施配頭可具有(例如)僅一金屬及或一氧化劑通道組合至少兩個沖洗通道。為了本發明之目的，將連接在一起或在薄膜沈積於一基板上期間同步傳輸或在一共同時間週期期間處理相同基板的複數個個別「施配頭子單元」視為一「施配頭」，即使單獨構造或在沈積之後可分離。
在一具體實施例中，該等孔徑板係實質上平行於該輸出面而佈置，且在該等孔徑板之至少一者上的孔徑形成該等第一、第二及第三伸長發出通道。在一替代性具體實施例中，該等孔徑板係相對於該輸出面而實質上垂直佈置。
在一具體實施例中，該等氣體流之一或多者提供一壓力，其至少貢獻於該基板之該表面與該施配裝置之該面之分離。
在另一具體實施例中，該系統提供在該分配頭與該基板之間的一相對振盪運動。在一較佳具體實施例中，可連續移動一正經歷薄膜沈積之基板來操作該系統，其中該系統能夠在一腹板上或作為一腹板來輸送該支撐物經過該分配頭，較佳的係在對處於一實質上大氣壓力的周邊環境未密封的一環境下。
本發明之一優點在於，其可提供一種用於原子層沈積於一基板上的緊密設備，其完全適用於若干不同類型的基板與沈積環境。
本發明之另一優點在於，在較佳具體實施例中，其允許在大氣壓力條件下操作。
本發明之又另一優點在於，其可適應於沈積在一腹板或其他移動基板上，包括沈積於一大面積基板上。
本發明之又另一優點在於，其可在大氣壓力下在較低溫度程序中運用，該程序可在向周邊環境大氣開放的一未密封環境內來實施。
結合其中顯示並說明本發明之一解說性具體實施例的該等圖式，在閱讀下列詳細說明之後，習知此項技術者將會清楚本發明之該些及其他目標、特徵及優點。
本說明書特定言之係關於擴散元件，其形成依據本發明施配一流體材料至一基板之一設備之部分或在其內協作。應明白未明確顯示或說明的元件可採用為習知此項技術者所熟知的各種形式。
更特定言之，此發明係關於一種從一來源通道擴散一氣體流使得其均勻地存在於一更長線性區域上之構件。雖然此方法可應用於一廣泛範圍的技術，但一重要應用係在空間相依ALD之領域內。
為了適當地擴散一氣體流，可想出一元件，其在一線性區域上提供均勻流背壓。為了提供一流限制，需要建立一通道，其中可用於流之開啟斷面係極小。為了提供適當背壓，用於流之開啟斷面應具有開口，其係小於100,000μm2 ，較佳的係小於10,000μm2 。
參考圖1A，若將兩個完美平直板200裝配在一起，則該些板將會彼此密封以形成裝配板單元215。若嘗試在一垂直於該圖式之方向上流動氣體，則裝配板單元215將不會允許一氣體穿過。
或者，該等板之一或兩者可能具有較小或微觀高度變動的區域，其中最大高度係具有該板之主要或一最初高度的位準。該高度變動區域可稱為一凸版圖案。當使用具有一凸版圖案之板來製造板裝配件時，形成微通道，其導致一流限制。
例如，在圖1B中，可將一單一平直板200匹配一板220，其在其表面之一部分內包含一凸版圖案。當組合該些兩個板以形成裝配板單元225時，藉由接觸該等板來形成一限制開口。圖1C及1D分別顯示兩個包含凸版圖案200之板或一在兩側具有凸版圖案之板230並裝配以產生各種擴散器圖案，諸如裝配板單元235與245。
該凸版圖案可由裝配時提供一所需流限制的任一結構所組成。一範例將會係一板之簡單粗糙化選定區域。該些可藉由非直接粗糙化方法(諸如砂磨、噴砂或設計以產生一粗糙光製的蝕刻程序)來加以產生。
或者，該等微通道之區域可藉由一產生良好定義或預定義特徵的程序來產生。此類程序包括藉由壓花或衝壓之圖案化。一較佳圖案化方法涉及光蝕刻其中可施加一光阻圖案之部分並接著蝕刻其中該光阻不存在之該等區域內的金屬。此程序可在一單一部分上進行數次以便提供不同深度的圖案以及將該部分從一更大金屬薄片中切斷。
該等部分還可由將材料沈積於一基板上來製造。在此一組成物中，一起始平直基板板可由任一適當材料製成。接著可藉由材料之圖案化沈積在此板上累積一圖案。該材料沈積可使用光學圖案化來進行，諸如藉由施加一光敏材料(類似於一光阻)之一均勻塗層並接著使用一以光為主方法與顯影來圖案化該等材料。用於凸版之材料還可藉由一附加性印刷方法(諸如噴墨、凹版印刷或網版印刷)來加以施加。
還可完成該等部分之直接模製。此技術特別適合於聚合物材料，其中可製造所需板之一模具並接著使用用於聚合物模製之熟知方法之任一者來產生部分。
本發明之該等板特徵之處在於，其係實質上平直結構，厚度上從0.001英吋至0.5英吋變動，凸版圖案存在於該等板之一或兩側內。
一典型板結構(以一透視圖形式)係顯示於圖2中，以及軸方向如圖中所指示。該金屬板之表面在z方向上具有一最高區域250。在氣體從該擴散器退出之情況下，該氣體將會以某方式到達一相對較深凹陷255內，從而允許該氣體在x方向上橫向流動，之後在y方向上穿過擴散器區域260。為了示範目的，在擴散器區域260內顯示數個不同圖案，包括圓柱265、方柱270及任意形狀275。在z方向上該等特徵265、270或275之高度應一般使得其頂部表面與板表面250之一相對平直區域之頂部表面相同，使得當一平直板重疊於圖2之板上時，在該等柱結構之頂部上形成接觸，迫使氣體僅在該等柱結構之間留下的該等區域內行進。該等圖案265、270及275係範例性的且可選取提供所需背壓的任一適當圖案。
圖2顯示在一單一板結構上的數個不同擴散器圖案。可能期望在一單一擴散器通道上具有數個不同結構以產生特定氣體退出圖案。或者，可能在其產生所需均勻流時僅具有一單一圖案。而且，可使用一單一圖案，其中該等特徵之大小或密度取決於該擴散器裝配件內的位置而變動。
為了下列說明，術語「氣體」或「氣態材料」在一廣泛意義上用以涵蓋一蒸發或氣態元素、化合物或材料範圍之任一者。本文所使用之其他術語，諸如：反應物、先驅物、真空及惰性氣體，均具有其為習知材料沈積技術者所清楚明白之傳統含義。所提供的該等圖式均未按比例繪製，但意在顯示本發明之一些具體實施例之整體功能與結構配置。
為了下列說明，重疊具有其傳統含義，其中以此一方式將元件放在另一者頂部或上面，使得一元件之部分對齊另一元件之對應部分且其周長一般係一致。
術語「上游」及「下游」具有其與氣體流之方向相關之傳統含義。
本發明特別適用於一形式的ALD，運用一種用於施配氣態材料至一基板表面之改良分配裝置，可調適以沈積於一更大且以腹板為主的基板上並能夠以改良產量速度來獲得一高度均勻薄膜沈積。本發明之設備及方法運用一連續(與脈動相反)氣態材料分配。本發明之設備允許在大氣壓力或接近大氣壓力下以及在真空下操作並能夠在一未密封或露天環境內操作。
參考圖3，顯示依據本發明一種用於將原子層沈積於一基板20上之施配頭10之一具體實施例之一斷面側視圖。施配頭10具有一氣體入口埠，其係連接至導管14用於接受一第一氣態材料；一氣體入口埠，其係連接至導管16用於接受一第二氣態材料；及一氣體入口埠，其係連接至導管18用於接受一第三氣態材料。該些氣體係經由具有隨後說明之一結構配置的輸出通道12在一輸出面36處發出。在圖3及隨後圖4至5B內的虛線箭頭係指從施配頭10至基板20的氣體施配。在圖3中，點線箭頭X還指示用於氣體排放之路徑(在此圖中顯示朝上)與排放通道22，其與連接至導管24的一排放埠連通。為了簡化說明，在圖4至5B中未指示氣體排放。因為該等排放氣體仍可能包含大量未反應先驅物，故允許主要包含一反應性物種的一排放流與主要包含另一物種的流混合可能不合需要。如此，應認識到，施配頭10可包含數個獨立排放埠。
在一具體實施例中，氣體入口導管14及16係調適以接受在該基板表面上循序反應以實現ALD沈積的第一及第二氣體，而氣體入口導管18接收一沖洗氣體，其相對於該第二及第二氣體為惰性。施配頭10係與基板20間隔一距離D，該基板可提供於一基板支撐物上，如隨後更詳細地說明。往復運動可藉由移動基板20、藉由移動施配頭10或藉由移動基板20與施配頭10兩者來在基板20與施配頭10之間提供。在圖3所示之特定具體實施例中，基板20係以往復方式由一基板支撐96來橫跨輸出面36移動，如箭頭A及圖3中在基板20之左邊及右邊的假想外形所指示。應注意，並不始終要求往復運動用於使用施配頭10的薄膜沈積。還可提供在基板20與施配頭10之間的其他類型相對運動，諸如在一或多個方向上移動基板20或施配頭10，如隨後更詳細所說明。
圖4之斷面圖顯示在施配頭10之輸出面36之一部分上所發出的氣體流(如更早所述省略排放路徑)。在此特定配置中，每一輸出通道12係與氣體入口導管14、16或18之一者氣態流連通，如圖3所示。每一輸出通道12一般施配一第一反應物氣態材料O或一第二反應物氣態材料M或一第三惰性氣態材料I。
圖4顯示一相對基本或簡單的氣體配置。構思可在一薄膜單一沈積中在各種埠處循序施配一非金屬沈積先驅物之複數個流(類似於材料O)或一含金屬先驅物材料之複數個流(類似於材料M)。替代性地，一反應物氣體混合物(例如金屬先驅物材料之一混合物或金屬與非金屬先驅物之一混合物)可在製造複雜薄膜材料(例如，具有交替金屬層或具有更少數量的摻雜物混合於一金屬氧化物材料內)時在一單一輸出通道處施加。應注意，用於一惰性氣體(又稱為一沖洗氣體)的一中間串流(標注為I)分離其中該等氣體可能彼此反應的任一反應物通道。第一及第二反應物氣態材料O與M彼此反應以實現ALD沈積，但反應物氣態材料O或M均不與惰性氣態材料I反應。圖4及下列中所使用的命名暗示著一些典型類型的反應物氣體。例如，第一反應物氣態材料O可能係一氧化氣態材料；第二反應物氣態材料M可能係一含金屬化合物，諸如一含鋅材料。惰性氣態材料I可能係氮、氬、氦或在ALD系統中常用作沖洗氣體的其他氣體。惰性氣態材料I相對於第一或第二反應物氣態材料O及M為惰性。在第一及第二反應物氣態材料之間的反應將會在一具體實施例中形成用於半導體的一金屬氧化物或其他二元化合物，諸如氧化鋅ZnO或ZnS。在兩個以上的反應物氣態材料之間的反應可能會形成一三元化合物，例如ZnAlO。
圖5A及5B之斷面圖以簡化示意形式顯示當施配反應物氣態材料O及M時隨著基板20沿施配頭10之輸出面36穿過來執行ALD塗布操作。在圖5A中，基板20之表面先接收從指定作為施配第一反應物氣態材料O之輸出通道12所連續發出的一氧化材料。該基板之表面現包含一部分反應形式的材料O，其易於與材料M反應。接著，隨著基板20穿過進入第二反應物氣態材料M之金屬化合物之路徑，發生與M之反應，從而形成一金屬氧化物或可由兩個反應物氣態材料形成的某種其他薄膜材料。不同於傳統解決方案，圖5A及5B所示之沈積序列係在用於一給定基板或其指定區域的沈積期間連續而不是脈動。即，當基板20穿過施配頭10之表面時或相反地當施配頭10沿基板20之表面穿過連續發出材料O及M。
如圖5A及5B所示，惰性氣態材料I係在第一及第二反應物氣態材料O及M之該等流之間提供於交替輸出通道12內。應注意，如圖3所示，存在排放通道22。僅需要提供一小量吸引的排放通道22來排出發出自施配頭10並用於處理之用盡氣體。
在一具體實施例中，如在上述共待審、共讓渡美國專利申請案第11/620,744號中所更詳細說明，逆著基板20來提供氣體壓力，使得藉由所施加壓力之作用力來至少部分地維持分離距離D。藉由在輸出面36與基板20之表面之間維持某數量的氣體壓力，本發明之設備提供一空氣軸承之至少某部分或更適當而言一氣體流體軸承，用於施配頭10自身或用於基板20。此配置有助於簡化用於施配頭10之傳輸要求，如隨後所說明。允許該施配裝置接近該基板使得其由氣體壓力來支撐之效應有助於提供該等氣體串流之間的隔離。藉由使該頭在該些串流上浮動，在該等反應性及沖洗流區域內設立壓力場，其引起將該等氣體從入口引導至排放而很少或不與其他氣體串流互混。在一此類具體實施例中，由於分離距離D相對較小，甚至一較小距離D變化(例如，甚至100微米)仍將會要求流動速率並因此提供分離距離D之氣體壓力的一明顯變化。例如，在一具體實施例中，加倍分離距離D(涉及小於1mm的一變化)將會必需將提供分離距離D之氣體之流動速率加兩倍以上，較佳的係四倍以上。
然而本發明不要求一浮動頭系統，且該施配裝置與該基板可如同在一傳統系統中處於一固定距離D處。例如，該施配裝置與該基板可彼此間機械固定在分離距離下，其中該頭回應流動速率變化不與該基板成關係地垂直機動且其中該基板係一垂直固定基板支撐物上。
在本發明之一具體實施例中，該施配裝置具有一輸出面用於提供氣態材料以將薄膜材料沈積於一基板上並包含：
(a)複數個入口埠，其包含至少一第一、一第二及一第三入口埠用於分別接收一第一、一第二及一第三氣態材料之一共同供應；以及
(b)第一複數個伸長發出通道、第二複數個伸長發出通道及第三複數個伸長發出通道，該等第一、第二及第三伸長發出通道之每一者允許與對應第一、第二及第三入口埠之一者氣態流體連通；
其中該等第一、第二及第三複數個伸長發出通道之每一者在一長度方向上延伸並實質上平行；其中每一第一伸長發出通道係在其每一一伸長側藉由一第三伸長發出通道與最近第二伸長發出通道分離；其中每一第一伸長發出通道與每一第二伸長發出通道係位於第三伸長發出通道之間；其中在該第一、第二及第三複數個伸長發出通道之至少一複數個內的該等伸長發出通道之每一者能夠相對於該施配裝置之該輸出面實質上正交地分別引導該第一氣態材料、第二氣態材料及該第三氣態材料之至少一者之一流，該氣態材料流能夠實質上正交於該基板之表面從在該至少複數個內的該等伸長發出通道之每一者直接或間接地提供；以及其中該施配裝置係形成為複數個孔徑板，其相對於該輸出面實質上平行地佈置，並重疊以定義一互連供應室與引導通道網路用於將該第一、第二及第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應複數個伸長發出通道。
針對在此一具體實施例中的整體裝配件之一小部分，圖6之分解圖顯示如何可由一組孔徑板構造施配頭10並顯示僅用於該等氣體之一者之一部分的一範例性氣體流動路徑。用於施配頭10的一連接板100具有一系列輸入埠104用於連接至氣體供應器，其係施配頭10之上游且在圖6中未顯示。每一輸入埠104係與一引導室102連通，該引導室引導所接收的氣體往下游至一氣體室板110。氣體室板110具有一供應室112，其係與在一氣體引導板120上的一個別引導通道122氣體流連通。從引導通道122，氣體流前進至在一基底板130上的一特定伸長排放通道134。一氣體擴散器單元140在其輸出面36處提供輸入氣體的擴散及最後施配。一擴散器系統尤其有利於以上所說明的一浮動頭系統，由於其可在該施配裝置內提供一背壓，其促進該頭之浮動。一範例性氣體流F1係順著穿過施配頭10之該等組件裝配件之每一者。
如圖6之範例所示，施配頭10之施配裝配件150係形成為一重疊孔徑板配置：連接板100、氣體室板110、氣體引導板120及基底板130。在此「水平」具體實施例中，該些板係實質上平行於輸出面36而佈置。
此發明之氣體擴散器單元140係由重疊孔徑板來形成，如隨後所說明。可瞭解到，圖6所示之該等板之任一者自身可由一重疊板堆疊來製成。例如，可能較有利的係由適當耦合在一起的四或五個堆疊孔徑板來形成連接板100。此類型配置可比用於形成引導室102與輸入埠104之加工或模製方法更簡單。
圖7A至7D顯示該等主要組件之每一者，該等主要組件係在圖6之具體實施例中組合在一起以形成施配頭10。圖7A係連接板100之一透視圖，顯示多個引導室102與輸入埠104。圖7B係氣體室板110之一平面圖。一供應室113係在一具體實施例中用於施配頭10之沖洗或惰性氣體(涉及在穩態操作期間在相同分子物種之間逐個分子地混合)。在一具體實施例中，一供應室115為一先驅物氣體(O)提供混合；一排放室116為此反應性氣體提供一排放路徑。類似地，一供應室112提供其他所需反應性氣體、第二反應物氣態材料(M)；一排放室114為此氣體提供一排放路徑。
圖7C係在此具體實施例中用於施配頭10之氣體引導板120之一平面圖。提供一第二反應物氣態材料(M)的多個引導通道122係以一圖案配置用於連接適當的供應室112(此視圖中未顯示)與基底板130。對應排放引導通道123係定位於引導通道122附近。引導通道90提供該第一反應物氣態材料(O)。引導通道92提供沖洗氣體(I)。再次，必須強調，圖6及7A至7D顯示一解說性具體實施例；許多其他具體實施例亦可行。
圖6之具體實施例之施配頭之該等元件係由數個上覆板所構成以便實現必要氣體流動路徑以在正確位置內施配氣體至此發明之該等擴散器。此方法係較有用，因為可藉由孔徑板之一簡單重疊來產生極複雜的內部途徑。或者，可使用目前加工或快速原型方法來加以一單一材料塊以包含適當的內部途徑來介接此發明之該等擴散器。例如，圖8顯示一單一加工塊300之一具體實施例。在此塊中，供應線305係由鑽孔通道穿過該塊來形成。該些線可在兩端退出(如所示)或在一端包覆或密封。在操作中，該些通道可藉由兩端來饋送或用作饋送槽至在一總系統內固定的後續塊。從該些供應線，較小通道310延伸至擴散器板裝配件140以便饋送引領該等伸長輸出面開口的各種通道。
圖9至12B詳細說明本發明之一水平佈置氣體擴散器板裝配件140之構造。擴散器板裝配件140較佳的係由兩個板315與320所構成，如圖9中透視分解圖所示。在圖10A(平面圖)及10B(透視圖)中更詳細地顯示此裝配件315之頂部板。該透視圖係作為在點線10B-10B上的一斷面獲取。顯示擴散器圖案325之區域。在圖11A(平面圖)及11B(透視圖)中更詳細地顯示此裝配件320之底部板。該透視圖係作為在點線11B-11B上的一斷面獲取。
該些板之組合操作係顯示於圖12A及12B中，其分別顯示該裝配結構與該等通道之一者之一放大。在該裝配板結構內，氣體供應器330進入該板內，並由於板315與板320之裝配件而被迫流過現在由精細通道所構造的擴散器區域325。在穿過該擴散器之後，擴散氣體335退出至該輸出面。
再次參考圖6，可聚集顯示為連接板100、氣體室板110、氣體引導板120及基底板130之組件之組合以提供一施配裝配件150。使用圖6之座標配置，替代性具體實施例也可用於施配裝配件150，包括由垂直而非水平孔徑板所形成者。
參考圖13，從一仰視圖(即，從氣體發出側檢視)來顯示此一替代性具體實施例。此一替代性配置可用於使用一重疊孔徑板堆疊的一施配裝配件，該等孔徑板係相對於該施配頭之輸出面垂直佈置。
不具有一擴散器區域的一典型板外形365係顯示於圖14中。供應孔360在重疊一系列板時形成該等供應通道。
再次參考圖13，兩個可選端板350位於此結構之該等末端處。此範例性結構之特定元件係：板370：經由一擴散器將供應線#2連接至輸出面；板375：經由一擴散器將供應線#5連接至輸出面；板380：經由一擴散器將供應線#4連接至輸出面；板385：經由一擴散器將供應線#10連接至輸出面；板390：經由一擴散器將供應線#7連接至輸出面；以及板395：經由一擴散器將供應線#8連接至輸出面。
應瞭解，藉由變動板類型及其在序列中的次序，可實現輸入通道至輸出面位置之任一組合及次序。
在圖13之特定具體實施例中，該等板具有僅在一單一側內蝕刻的圖案且後側(未顯示)較光滑，除了用於供應線及裝配或扣緊需要所需之孔(螺絲孔、對齊孔)外。考量在該序列內的任兩個板，在z方向上的下一板之背部同時用作針對前面板之平直密封板與在z方向上其面向前側用作用於該輸出面內下一伸長開口的該等通道與擴散器。
或者，可使板具有圖案蝕刻於兩側，並接著使用在其間的平直間隔物板來提供該等密封機構。
圖15A至15C顯示用於一垂直板裝配件內的一典型板之詳細視圖，在此情況下即一將第8個供應孔連接至該輸出面擴散器區域的板。圖15A顯示一平面圖，圖15B顯示一透視圖，而圖15C顯示以圖15B之點線15C-15C處截取的一透視圖。
在圖15C中，該板之一放大顯示施配通道405，其從指定供應線360獲取氣體並將其饋送至擴散器區域410，該擴散器區域具有一凸版圖案(未顯示)，如(例如)在更早圖2中所說明。
具有擴散器通道之板之一替代性類型係顯示於圖16A至16C中。在此具體實施例中，該板透過一離散擴散器圖案將第5個供應通道連接至該輸出區域，該離散擴散器圖案主要由具有離散凹陷430的凸起區域420構成，從而形成一凸版圖案，透過其氣體可在一裝配結構內穿過。在此情況下，當面向另一平直板來裝配該板時該等凸起區域420阻擋流且氣體必須透過該等離散凹陷流入，該等凹陷係以此一方式圖案化，使得該擴散通道之該等個別進入區域不互連。在其他具體實施例中，一實質上連續流動路徑網路係形成於擴散通道260內，如圖2所示，其中柱或其他突出物或微阻擋區域分離允許氣態材料流動的該等微通道。
用於此擴散器發明之ALD沈積設備應用要求在該輸出面上的相鄰伸長開口，其一些者供應氣體至該輸出面，同時其他者撤回氣體。此發明之該等擴散器可始終在兩個方向上工作，差異在於是否迫使氣體至該輸出面或從該處拉引。
該擴散器通道之輸出可與該輸出面之平面視線接觸。或者，可能需要進一步擴散從藉由一密封板接觸一具有一凸版圖案之板所建立之擴散器所退出之氣體。圖17A及17B顯示此一設計，其中一含凸版圖案板450接觸一密封板455，該密封板具有一額外特徵460，其引起退出該等擴散器區域465的氣體在到達輸出面36之前偏轉。
參考圖13，裝配件350顯示一任意板次序。為了簡化起見，給予每一類型孔徑板字母標記：沖洗S、反應物P、及排放E。將使用完整縮寫序列來代表用於提供兩個反應性氣體以及必要沖洗氣體之一最小施配裝配件350與用於典型ALD沈積之排放通道：
P-E1-R1-E1-P-E2-R2-E2-P-E1-R1-E1-P-E2-R2-E2-P-E1-R1-E1-P
其中對於所使用的兩個不同反應物氣體，R1與R2代表採取不同定向的反應物板，而E1與E2對應地代表採取不同定向的排放板。
現再次參考圖3，在傳統意義上，一伸長排放通道154不一定為一真空埠，但可僅提供以從其對應輸出通道12內吸引掉流，從而促進在該通道內的一均勻流圖案。一負吸引，剛好略微小於在相鄰伸長發出通道處氣體壓力之相對者，可有助於促進一有序流。該負吸收可(例如)使用在0.2與1.0個大氣之間的來源(例如，一真空幫浦)處的吸引壓力來操作，而一典型真空係(例如)低於0.1個大氣。
使用施配頭10所提供之流圖案提供超過個別脈動氣體至一沈積室的傳統方案之若干優點，諸如在先前技術章節中更早所述之該等者。改良該沈積設備之遷移率，且本發明之裝置適合於大量沈積應用，其中基板尺寸超過該沈積頭之大小。還超過更早期方案來改良流動力學。
用於本發明之流配置允許在施配頭10與基板20之間的一極小距離D，如圖3所示，較佳的係在1mm以下。可極緊密地定位輸出面36，至該基板表面之1密耳(大約0.025mm)內。藉由比較，諸如授予Yudovsky之美國專利第6,821,563號(更早引述)中所說明者的更早方案係限於至基板表面的0.5mm或更大距離，而本發明之具體實施例可在小於0.5mm(例如，小於0.450mm)下實作。事實上，更靠近該基板表面來定位施配頭10係在本發明中較佳。在一特佳具體實施例中，距該基板之表面的距離D可以係0.20mm或更小，較佳的係小於100μm。
在一具體實施例中，本發明之施配頭10可藉由使用一浮動系統在其輸出面36與該基板20之表面之間維持一適當分離距離D(圖3)。
發出自輸出通道12之一或多者的氣體之壓力產生一作用力。為了使此作用力為施配頭10提供一有用襯墊或「空氣」軸承(氣體流體軸承)效應，必須存在足夠著陸區域，即沿輸出面36之固體表面區域，可使該輸出面緊密接觸該基板。著陸區域之百分比對應於允許在其下累積氣體壓力之輸出表面36之固體區域之相對數量。簡而言之，該著陸區域可計算為輸出面36之總面積減去輸出通道12與排放通道22之總表面面積。此意味著必須儘可能最大化總表面面積(排除輸出通道12(具有一寬度w1)或排放通道22(具有一寬度w2)之氣體流區域)。在一具體實施例中提供一95%的著陸區域。其他具體實施例可使用更小的著陸區域值，諸如85%或75%。還可調整氣體流動速率以變更該分離或襯墊作用力並因而相應地改變距離D。
應瞭解，提供一氣體流體軸承使得施配頭10在基板20上方實質上維持一距離D處將會較有利。此將允許使用任一適當類型傳送機構之施配頭10之基本無摩擦運動。可接著引起施配頭10在其在材料沈積期間往返傳遞、掃掠過基板20之表面時在基板20之表面上「盤旋」。
一較佳具體實施例之該等沈積頭包含在一程序中所裝配的一系列板，不論水平佈置、垂直佈置或其一組合，一裝配程序之一範例係顯示於圖18中。
基本上，該裝配一用於將薄膜材料沈積於一基板上之施配頭之程序包含：(a)製作一系列板(圖18之步驟500)，其至少一部分包含用於形成一擴散器元件的凸版圖案；及(b)依序彼此附接該等板，以便形成連接至一或多個擴散器元件之供應線之一網路。此一程序視需要地涉及放置一不含任何凸版圖案的間隔物板，其係放置於至少一對板之間，每一板包含一凸版圖案。
在一具體實施例中，該裝配次序產生複數個流動路徑，其中在該輸出面內該第一氣態材料之複數個伸長輸出開口之每一者係藉由在該輸出面內該第三氣態材料之複數個伸長輸出開口之至少一者與該輸出面內該第二氣態材料之複數個伸長輸出開口之至少一者分離。在另一具體實施例中，該裝配次序產生複數個流動路徑，其中在該輸出面內該第一氣態材料之複數個伸長輸出開口之每一者係藉由在該輸出面內至少一伸長排放開口與該輸出面內該第二氣態材料之複數個伸長輸出開口之至少一者分離，該伸長排放開口係連接至一排放埠以便在沈積期間從該輸出面區域拉引氣態材料。
該些板可先由一簡單構件來製作，該構件涉及(但不限於)衝壓、壓花、模製、蝕刻、光蝕刻或磨蝕。
一密封劑或黏著劑材料可施加至該等板之表面以便將其附接在一起(圖18之步驟502)。由於該些板可能包含精細圖案化區域，較關鍵的係一黏著劑施加不施加過多的黏著劑，否則將會在裝配期間阻擋該頭之關鍵區域。或者，可以一圖案化形式來施加該黏著劑，以免介接內部結構之關鍵區域，同時仍提供足夠黏著以允許機械穩定性。該黏著劑還可以係該等程序步驟之一者之一副產品，諸如在一蝕刻程序之後在板表面上的殘餘光阻。
該黏著劑或密封劑可選擇自該種類之許多已知材料，諸如以環氧樹脂為主的黏著劑、以聚矽氧為主的黏著劑、以丙烯酸酯為主的黏著劑或潤滑脂。
該圖案化板可配置成適當序列以導致入口至輸出面伸長開口之所需關聯性。該等板一般裝配於某類對齊結構上(步驟504)。此對齊結構可以係任一受控制表面或表面組，該等板之某表面擱置於其上，使得所裝配的該等板將已處於一極佳對齊狀態下。一較佳對齊結構係使一基底部分具有對齊接針，該等接針有意介接存在於所有板上的特殊位置內的孔。較佳的係存在兩個對齊接針。較佳的係該些對齊孔之一者係圓形而另一者係一槽以免在裝配期間過於限制該等部分。
一旦在該對齊結構上裝配所有部分及其黏著劑，便施加一壓力板至該結構並施加壓力及或熱以固化該結構(步驟506)。
儘管來自上述接針之對齊已提供該結構之一極佳對齊，該等板之製程變動可能對於適當應用導致該輸出面表面不充分平直。在此類情況下，可能較有用的係研磨並拋光該輸出面作為一完整單元或次序來獲得所需表面光製(步驟508)。最後，可期望一清潔步驟以便准許該沈積頭之操作而不引起污染(步驟600)。
如習知此項技術者所應明白，諸如本文所說明之一流擴散器可在用以分配流體在一基板上的各種裝置上有用，其中該等基本特徵包含：(a)一第一板，其具有一凸版圖案部分；及(b)一第二板；其中該第一板與該第二板係裝配以形成一伸長輸出開口，一流擴散部分係由該凸版圖案部分來加以定義，其中流擴散部分能夠擴散一氣態或液態材料之流。使用此一流擴散器基本上包含擴散一氣態或液態材料之流穿過此一流擴散器，該使用方法包含使該氣態或液態材料穿過一流擴散部分，該流擴散部分係由該凸版圖案部分來加以定義，該凸版圖案部分係藉由裝配一具有一凸版圖案部分之第一板與一第二板來形成，其中該凸版圖案部分係在面板之間並連接用於該氣態或液態材料之流的一伸長入口開口與一伸長輸出開口。
本發明已特別參考其特定較佳具體實施例予以詳細說明，但應明白在如上所說明且如隨附申請專利範圍所述的本發明之範疇內由習知此項技術者可實現變更及修改而不脫離本發明之範疇。
10．．．施配頭
12．．．輸出通道
14、16、18．．．氣體入口導管
20．．．基板
22．．．排放通道
24．．．排放埠導管
36．．．輸出面
90．．．用於先驅物材料之引導通道
92．．．用於沖洗氣體之引導通道
96．．．基板支撐物
100．．．連接板
102．．．引導室
104．．．輸入埠
110．．．氣體室板
112、113、115．．．供應室
114、116．．．排放室
120．．．氣體引導板
122．．．用於先驅物材料之引導通道
123．．．排放引導通道
130．．．基底板
132．．．伸長發出通道
134．．．伸長排放通道
140．．．氣體擴散器板裝配件
150．．．施配裝配件
154．．．伸長排放通道
200．．．平直原型板
220．．．含凸版原型板
230．．．在兩側上包含凸版圖案之原型板
215．．．裝配板單元
225．．．裝配板單元
235．．．裝配板單元
245．．．裝配板單元
250．．．板之凸起平直區域
255．．．引導通道凹陷
260．．．板上的擴散器區域
265．．．圓柱
270．．．方柱
275．．．任意成形柱
300．．．加工塊
305．．．在加工塊內的供應線
310．．．通道
315．．．用於水平擴散器裝配件的第一板
320．．．用於水平擴散器裝配件的第二板
325．．．在水平板上的擴散器區域
330．．．氣體供應器
335．．．擴散氣體
350．．．垂直板裝配件端板
360．．．供應孔
365．．．典型板外形
370．．．用以將供應線#2連接至輸出面的垂直板
375．．．用以將供應線#5連接至輸出面的垂直板
380．．．用以將供應線#4連接至輸出面的垂直板
385．．．用以將供應線#10連接至輸出面的垂直板
390．．．用以將供應線#7連接至輸出面的垂直板
395．．．用以將供應線#8連接至輸出面的垂直板
405．．．板上用於施配通道的凹陷
410．．．板上的擴散器區域
420．．．在擴散器離散通道內的凸起區域
430．．．在擴散器離散通道內的槽
450．．．雙面凸版板
455．．．具有唇緣的密封板
460．．．在密封板上的唇緣
465．．．擴散器區域
500．．．製作板之步驟
502．．．施加黏著劑材料至匹配表面
504．．．在對齊結構上安裝板
506．．．施加壓力及熱來固化
508．．．研磨並拋光作用表面
600．．．清潔
A．．．箭頭
D．．．距離
E．．．排放板
F1、F2、F3、F4．．．氣體流
I．．．第三惰性氣態材料
M．．．第二反應物氣態材料
O．．．第一反應物氣態材料
P．．．沖洗板
R．．．反應物板
S．．．分隔板
X．．．箭頭
雖然本說明書使用特別指出並清楚聲明本發明之標的內容的申請專利範圍結束，但咸信結合附圖，根據以上說明已更清楚地明白本發明，其中：
圖1A至1D顯示包含凸版圖案以形成微通道擴散元件之板裝配件之概略描述；
圖2顯示數個範例性擴散器凸版圖案與用於一可變凸版圖案之可能性；
圖3係依據本發明之一種用於原子層沈積之施配裝置之一具體實施例之一斷面側視圖；
圖4係一施配裝置之一具體實施例之一斷面側視圖，其顯示提供氣態材料至一經歷薄膜沈積之基板的一範例性配置；
圖5A及5B係一施配裝置之一具體實施例之斷面側視圖，其示意性顯示伴隨沈積操作；
圖6係在依據一具體實施例之一沈積系統中一施配裝置之一透視分解圖，其包括一可選擴散器單元；
圖7A係用於圖6之施配裝置之一連接板之一透視圖；
圖7B係用於圖6之施配裝置之一氣體室板之一平面圖；
圖7C係用於圖6之施配裝置之一氣體引導板之一平面圖；
圖7D係用於圖6之施配裝置之一基底板之一平面圖；
圖8係由一單一件材料所加工之一施配裝置之一具體實施例之該等供應部分之一透視圖，在該件材料上可直接附接此發明之一擴散器元件；
圖9係顯示在一具體實施例中用於一施配裝置之一兩板擴散器裝配件的一透視圖；
圖10A及10B顯示在一水平板擴散器裝配件之一具體實施例中該兩個板之一者之一平面圖與一透視斷面圖；
圖11A及11B顯示在一水平板擴散器裝配件中相對於圖9之另一板之平面圖與一透視斷面圖；
圖12A及12B分別顯示一已裝配兩板擴散器裝配件之一斷面圖與一放大斷面圖；
圖13係在依據一具體實施例之一沈積系統中一施配裝置之一透視分解圖，其運用垂直於所得輸出面的板；
圖14係一間隔物板之一平面圖，其不包含用於一垂直板定向設計的任何凸版圖案；
圖15A至15C分別顯示一來源板之平面、透視及透視斷面圖，其包含用於一垂直板定向設計的凸版圖案；
圖16A至16C分別顯示一來源板之平面、透視及透視斷面圖，其包含用於一垂直板定向設計的粗糙凸版圖案；
圖17A及17B顯示一具有密封板之含凸版板，該等密封板包含一偏轉以便防止退出自擴散器之氣體直接撞擊在該基板上；以及
圖18顯示一種裝配此發明之施配裝置之方法的一流程圖。
200．．．平直原型板
215．．．裝配板單元
220．．．含凸版原型板
225．．．裝配板單元
230．．．在兩側上包含凸版圖案之原型板
235．．．裝配板單元
245．．．裝配板單元

Claims (21)

  1. 一種用於將一材料薄膜沈積於一基板上的施配頭，其包含：(a)複數個入口埠，其包含至少一第一、一第二及一第三入口埠用於分別接收一第一、一第二及一第三氣態材料；以及(b)一輸出面，其係與該基板分離一距離且包含第一、第二及第三複數個實質上平行伸長輸出開口，其係分別相關聯於該第一、該第二及該第三入口埠之每一者，其中該施配頭係設計以將該第一、該第二及該第三氣態材料從輸出面內的該等相關聯的伸長輸出開口同時且分別施配至該基板，每一伸長輸出開口具有一全長；以及(c)一互連供應室與引導通道網路，其用於將該第一、該第二及該第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口；其中對於一給定之伸長輸出開口，具有僅連接至該給定之伸長輸出開口之至少一氣體擴散通道，該氣體擴散通道係由兩個相鄰板所形成，其中該兩個相鄰板之至少一者具有該第一、該第二及該第三氣態材料之至少一者先於流過該輸出面中之該給定之伸長輸出開口而流過之一凸版圖案，該凸版圖案包含產生導致該第一、該第二及該第三氣態材料在該給定之伸長輸出開口之該全長均勻地流出之一氣體流背壓之結構。
  2. 如請求項1之施配頭，其中該凸版圖案係在該至少一氣體擴散通道之該區域內可變。
  3. 如請求項1之施配頭，其中該凸版圖案係藉由一模製、壓花、蝕刻、磨蝕、機械加工、雷射加工或微影蝕刻技術來形成。
  4. 如請求項1之施配頭，其中該凸版圖案係隨機或有序的且其中該凸版圖案形成由突出物所分離之微通道之一實質上連續網路或由突出物所分離的單獨微通道。
  5. 如請求項1之施配頭，其中該凸版圖案已從兩個相鄰板之該至少一者之一表面凹陷。
  6. 如請求項1之施配頭，其中該凸版圖案包含在該氣體擴散通道之該區域內的突出物。
  7. 如請求項1之施配頭，其中該至少一氣體擴散通道具有一輸出開口，其定義一相關聯伸長輸出開口。
  8. 如請求項7之施配頭，其中該至少一氣體擴散通道之該輸出開口具有用於氣體流之一開放區域，其小於該輸出開口之每線性英吋0.0025平方英吋。
  9. 如請求項1之施配頭，其中該兩個相鄰板之每一者在該至少一氣體擴散通道之一共同區域內具有一凸版圖案。
  10. 如請求項1之施配頭，其中該等供應室與引導通道也係由兩個相鄰板所形成。
  11. 如請求項1之施配頭，其中假定在25℃下一代表性氣體係氮且在0.01與0.5m/sec之間的穿過該氣體擴散器之一代表性平均速度，該至少一氣體擴散通道能夠提供大於 1x102 的一摩擦因數。
  12. 如請求項1之施配頭，其中複數個氣體擴散通道係藉由一單一對垂直上覆板來形成。
  13. 如請求項12之施配頭，其中該等供應室與引導通道係藉由一單獨結構來形成，該單獨結構係由包含一內部通道結構的一單一加工塊所構成。
  14. 如請求項12之施配頭，其中該等供應室與引導通道係藉由一單獨結構來形成，該單獨結構係由包含至少兩個孔徑垂直上覆板的一結構所構成。
  15. 如請求項1之施配頭，其中該氣體擴散通道係構造使得氣體流動路徑包含在該氣體擴散通道之一入口處與平均氣體流方向至少25度的一偏轉。
  16. 一種沈積系統，其中如請求項1之施配頭能夠在一系統中提供將一固體材料薄膜沈積於一基板上，其中在薄膜沈積期間在該施配頭之一輸出面與該基板表面之間維持一實質上均勻距離。
  17. 如請求項16之沈積系統，其中由於該等氣態材料之一或多者從該施配頭流動至該基板表面用於薄膜沈積所產生的壓力提供將該施配頭之該輸出面與該基板表面分離之作用力之至少一部分。
  18. 如請求項16之沈積系統，其中一基板支撐物將該基板表面維持在該施配頭之該輸出面之在0.4mm內的一分離距離。
  19. 如請求項16之沈積系統，其中該基板與該施配頭係向大 氣開放。
  20. 一種用於在一基板上沈積一薄膜材料之程序，其包含將一系列氣體流從一薄膜沈積系統之一施配頭之該輸出面同時引向一基板之一表面，且其中該系列氣體流包含至少一第一反應性氣態材料、一惰性沖洗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使用該第二反應性氣態材料處理的一基板表面反應，其中該施配頭包含：(a)至少一第一、一第二及一第三入口埠，其係用於分別接收該第一反應性氣態材料、該第二反應性氣態材料及該惰性沖洗氣體；(b)近接該基板之該表面的一輸出面，其包含複數個伸長輸出開口，其中該等入口埠之每一者係分別獨立地連接至至少一第一、第二及第三伸長輸出開口用於供應個別氣態材料至該基板；以及(c)一互連供應室與引導通道網路，其用於將該第一、該第二及該第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口；以及其中由兩個相鄰板所形成的至少一氣體擴散通道係僅連接至該等伸長輸出開口之一給定者，其中該兩個板之至少一者在該氣體擴散通道之該區域內具有一凸版圖案。
  21. 如請求項20之程序，其中該輸出面包含第一、第二及第三複數個伸長輸出開口，其係分別相關聯於該第一、該第二及該第三入口埠之每一者，其中該施配頭係設計以 將該第一、該第二及該第三氣態材料從在該輸出面內的該等伸長開口通道同時施配至該基板，其中該互連供應室與引導通道網路將該第一、該第二及第三氣態材料之每一者從其對應入口埠選路至其對應伸長輸出開口，且其中由兩個相鄰板所形成的一氣體擴散通道係相關聯於該等伸長輸出開口之至少一者，其中該兩個板之至少一者在該氣體擴散通道之該區域內具有一凸版圖案。
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