[发明专利]用于气相沉积的紧凑头部和紧凑系统

说明书

一种化学气相沉积头部(TD)，特别适于环境压力下的空间原子层沉积，其通过叠层制造以单件生产、通过在单件中形成空腔来形成分配导管网。一种通过这种沉积头部沉积至少一个薄层的方法。一种气相沉积系统，包括这样的头部(TD)和承载所述头部并允许其在基底上移动的支架(CM)。优选地，该支架还承载一个或多个也通过叠层制造来生产的前体储存器(BI1、BI2、BI3)。

背景技术

本发明涉及一种薄层气相沉积头部，更具体地涉及一种适于实现SALD空间原子层沉积技术的沉积头部。本发明还涉及包括这种头部的薄层沉积系统。

发明内容

原子层沉积(ALD)是20世纪60-70年代开发的化学气相沉积(CVD)技术，即使在存在具有显著纵横比的步骤的情况下，其特有地提供了下述的可能性：在低温下沉积高质量的薄层、厚度控制精确、均匀性优异且覆盖率优异。这是由于ALD生长的自发自限制性质，在顺序暴露由惰性气体流(通常为N₂或Ar)输送的不同前体时，在样品表面上直接和选择性地进行ALD生长。因此，尽管在传统化学气相沉积技术中，同时注射前体且通过热或等离子体活化在基底上反应，但在ALD的情况下，通过在时间上分离的连续脉冲注射前体，因此允许该技术的表面选择性和自发分解性质。

从20世纪90年代以来，ALD已成为半导体工业和生产大屏幕工业的首选技术。纳米科学和纳米技术的后来出现拓宽了研究实验室对ALD的使用。

尽管ALD具有其独特的优点，但ALD确实具有限制其工业应用的两个主要缺点：沉积缓慢和需要在真空中操作。因此，目前ALD仅用于其中没有其他技术可用的工业中。

空间ALD(SALD)为“常规”ALD的缓慢问题提供了解决方案。最初由T.S.Suntola等人在专利US 4,389,973中提出这种技术，包括在空间而不是在时间上分离前体。因此，在SALD中，前体被恒定地输送以对应于由惰性气体区隔开的基底表面的不同部分，同时样品通过穿过惰性气体区而从一种前体的位置移位到另一种前体的位置。这使得可以将沉积速率增加高达两个数量级。此外，已经证明，通过将SALD沉积头部布置成与沉积表面紧邻(100μm或更小)并且通过为其配备吸气孔口，可以在环境压力下操作，并且因此在真空室外部操作。这被称为环境压力SALD(AP-SALD)。参见例如US 2009/0217878和US 2009/081886。

图1是AP-SALD原理的示意图。导管CI穿过沉积头部TD，该导管CI输送惰性气体I，诸如氮气N₂或氩气Ar；导管CP1，其输送充有第一前体的气体，第一前体例如为诸如水蒸气(H₂O)的氧化剂O；导管(实际上，图1中仅有一个)CP2输送充有第二前体的气体，第二前体例如为有机金属化合物M，诸如Al(CH₃)₃，并且排放导管CE连接到泵。不同的导管暴露于形成在沉积头部表面中的相应缝隙(第一前体的FP1、第二前体的FP2、惰性气体的PI、排放的FE)。这些缝隙被形成为使得：

-连接至导管CI的一个缝隙介于连接至输送不同前体的导管CP1、CP2的两个缝隙之间，并且插在这些缝隙与该头部的每个侧向边缘之间；

-连接到排放导管的一个缝隙介于连接到其他导管的两个缝隙之间。

用箭头部表示气体的流动。可以看出，惰性气体形成将含有前体的气体流彼此分开和与环境空气分开的“屏障”。由支撑件或板PS承载的基底SUB被布置成面向这些缝隙并且与这些缝隙相距距离短(100μm，例如为50μm)，该板由平行于承载这些缝隙的头部表面的振荡运动来驱动。两种前体的分子彼此之间以及与基底表面之间的连续反应导致薄沉积层CD的形成。在前体为H₂O和Al(CH₃)₃的情况下，层CD为Al₂O₃。

变体是可能的，例如前体的数量可以大于2。