УСТРОЙСТВО И СПОСОБ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОДЛОЖКИ Российский патент 2019 года по МПК C23C16/48 C23C16/54 

Область техники

Изобретение относится к методам нанесения материалов на поверхность подложки.

Уровень техники

В данном разделе приводится полезная информация об известных технических решениях без идентификации какого-либо известного метода в качестве репрезентативного представителя уровня техники.

Атомно-слоевое осаждение (АСО) – это разновидность метода химического осаждения, основанный на последовательной подаче по меньшей мере двух различных прекурсоров по меньшей мере к одной подложке, находящейся в реакционном пространстве. Механизм роста слоя, формируемого АСО, основан на различии в силе связей между химической адсорбцией (хемосорбцией) и физической адсорбцией (физисорбцией). АСО использует в процессе осаждения хемосорбцию и устраняет физисорбцию. В процессе хемосорбции формируется сильная химическая связь между атомом (атомами) твердой фазы на поверхности и молекулой, поступающей из газовой фазы.

Цикл АСО состоит из четырех последовательных операций (стадий): импульса A, продувки A, импульса B и продувки B. Импульс А включает подачу (напуск) паров прекурсоров металла, а импульс B – подачу (напуск) паров прекурсоров неметалла. На операциях продувки А и В используют неактивный газ (такой как азот или аргон) и вакуумный насос, чтобы удалить из реакционного пространства газообразные побочные продукты реакции и остаточные молекулы реагента. Процесс осаждения включает по меньшей мере один цикл осаждения. Циклы осаждения повторяют до тех пор, пока их последовательность не приведет к образованию тонкой пленки желаемой толщины.

В типичном процессе АСО частицы прекурсора образуют, посредством хемосорбции, химическую связь с реакционноспособными участками поверхности подложки. За время подачи одного импульса прекурсора на поверхности формируется не более одного молекулярного монослоя материала в твердом состоянии. Следовательно, процесс нанесения является самоограниченным (насыщающимся). Например, первый прекурсор может содержать лиганды, которые остаются связанными с адсорбированными молекулами и насыщают поверхность, так что дальнейшая хемосорбция прекращается. В реакционном пространстве поддерживают температуру, которая выше, чем температуры конденсации, и ниже, чем температуры терморазложения используемых прекурсоров, так что молекулы прекурсора хемосорбируются на подложке (подложках), по существу, неизмененными. Это означает, что летучие лиганды могут отделяться от молекулы прекурсора в процессе хемосорбции молекул прекурсора на поверхность. Поверхность становится, по существу, насыщенной реакционноспособными участками первого типа, т.е. адсорбированными молекулами первого прекурсора. За этой стадией хемосорбции следует стадия первой продувки (продувки А), в процессе которой из реакционного пространства удаляют избыток первого прекурсора и возможные побочные продукты реакции. После этого в реакционное пространство вводят пары второго прекурсора. Молекулы второго прекурсора реагируют с адсорбированными молекулами первого прекурсора, и в результате формируется желательная тонкая пленка материала. Ее рост завершается после того, как прореагирует весь адсорбированный первый прекурсор и поверхность окажется, по существу, насыщенной реакционноспособными участками второго типа. Затем избыток второго прекурсора и возможные побочные продукты реакции удаляют из реакционного пространства на второй стадии продувки (при продувке В). Далее циклы повторяют до тех пор, пока не образуется тонкая пленка желаемой толщины.

Тонкие пленки, сформированные посредством АСО, отличаются большой плотностью, они свободны от точечных дефектов и имеют однородную толщину. Например, в экспериментальных условиях посредством АСО было осуществлено формирование из триметилалюминия (СН₃)₃Al (сокращенно именуемого ТМА) слоя оксида алюминия, в котором неоднородности занимают не более 1% площади поверхности подложки.

Одна проблема, связанная с технологией АСО, состоит в довольно низкой скорости роста осаждаемого слоя.

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа осаждения, обеспечивающего относительно высокую скорость роста осаждаемого слоя.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается способ осаждения, включающий следующие операции:

подают пары прекурсоров в канал, проходящий через устройство для осуществления осаждения, и

осаждают материал из паров прекурсоров на подложку при ее перемещении через указанное устройство, воздействуя на подложку внутри канала парами прекурсоров при чередовании периодов фотонного воздействия и затенения.

В некоторых вариантах канал ограничивает движение паров прекурсоров в вертикальном направлении. При этом реакционное пространство может быть задано верхней частью канала и подложкой. В определенных вариантах реакционное пространство имеет ограниченную высоту, ограничивающую вертикальное перемещение паров прекурсоров. В некоторых вариантах вертикальный размер реакционного пространства составляет менее 2 мм, в некоторых вариантах менее 5 мм или менее 10 мм, в других вариантах менее 5 см или менее 10 см.

В некоторых вариантах пары прекурсоров содержат первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора, выполняющий функцию газа-носителя для первого прекурсорного вещества. В определенных вариантах, второе прекурсорное вещество из газообразного источника второго прекурсора приводится в активное состояние в результате фотонного воздействия. При этом первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора (второе прекурсорное вещество) могут присутствовать в одном и том же объеме (в виде смеси). В определенных вариантах первое прекурсорное вещество является прекурсором металла, а второе прекурсорное вещество - прекурсором неметалла. В других вариантах оба прекурсора являются прекурсорами неметаллов. Примерами осажденных материалов служат, например, металлы, оксиды и нитриды.

В определенных вариантах, первое прекурсорное вещество вступает в реакцию с реакционноспособными участками на поверхности подложки в период затенения, тогда как в следующий затем период фотонного воздействия второе прекурсорное вещество реагирует с хемосорбированным первым прекурсорным веществом.

В некоторых вариантах способ включает обеспечение протекания реакции в период фотонного воздействия за счет восприятия фотонной энергии.

В определенных вариантах способ включает задание периодов фотонного воздействия и затенения путем затенения поверхности подложки таким образом, что область тени задает период затенения, а незатененная область - период фотонного воздействия.

В определенных вариантах реакции, имеющие место в течение периода затенения, являются самоограниченными поверхностными реакциями. В определенных вариантах в период затенения рост слоя покрытия может завершаться до начала последующего фотонного воздействия. При этом осаждение материала может быть основано на самоограниченном росте, при котором прирост материала прекращается в период затенения, когда прореагируют все реакционноспособные участки для первого прекурсора, имевшиеся на поверхности подложки.

В некоторых вариантах циклы осаждения проводятся без периодов продувки.

Цикл осаждения может рассматриваться как начинающийся с периода затенения или с периода фотонного воздействия. Первый цикл осаждения может начинаться с периода затенения, в течение которого первый прекурсор реагирует с поверхностью подложки. За периодом затенения немедленно следует период фотонного воздействия. Половина монослоя наносимого материала образуется в период фотонного воздействия, а другая половина этого монослоя - в период затенения. Таким образом, периоды фотонного воздействия и затенения совместно обеспечивают образование монослоя наносимого материала (материала покрытия).

Первое и второе прекурсорные вещества могут выбираться таким образом, чтобы в газовой фазе они были инертными по отношению одно к другому в нормальных условиях проведения процесса, т.е. при рабочей температуре, но без активирования (возбуждения). В определенных вариантах, второе прекурсорное вещество без активирования является инертным по отношению к адсорбированному первому прекурсорному веществу, тогда как первое прекурсорное вещество является реактивным, без какого-либо активирования, по отношению ко второму прекурсорному веществу, адсорбированному на поверхности.

В некоторых вариантах периоды фотонного воздействия и затенения чередуются, причем фотонное воздействие имеет место только в течение периода фотонного воздействия. Фотонное воздействие может осуществляться фотонами, излучаемыми источником фотонов, таким как ультрафиолетовая (УФ), светодиодная (СД) или ксеноновая лампа, источник рентгеновского излучения, лазерный или инфракрасный источник.

В некоторых вариантах количество прекурсоров может быть больше двух. В этих вариантах один из прекурсоров может реагировать с поверхностью без какого-либо возбуждения, тогда как другие прекурсоры в отсутствие возбуждения инертны в отношении поверхностных реакций.

Способ согласно первому аспекту изобретения и его варианты могут быть использованы во множестве различных приложений, например, для нанесения покрытия на любую подходящую движущуюся подложку. Подложкой может являться, например, объект в форме пластины, такой как кремниевая или стеклянная пластина или металлическая фольга. Подложка может представлять собой также полотно, ленту или полоску. В частности, приемлемой является тонкая и гибкая стеклянная подложка. Подложка может быть также полимерной или волоконной, например в виде бумаги, доски или наноцеллюлозы. Она может представлять собой солнечный элемент, светодиодный дисплей, компонент печатной платы или иной компонент электроники. Способ по изобретению может быть использован и для низкотемпературной пассивации в приложениях, чувствительных к температуре.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается устройство для осуществления осаждения, содержащее проходящий через устройство канал и по меньшей мере одну питающую линию для подачи в канал паров прекурсоров. При этом данное устройство сконфигурировано с возможностью осаждения материала из паров прекурсоров на подложку, при ее продвижении через указанное устройство, путем воздействия на подложку внутри канала парами прекурсоров и чередования периодов фотонного воздействия с периодами затенения.

В некоторых вариантах канал сконфигурирован ограничивающим движение паров прекурсоров в вертикальном направлении.

В определенных вариантах устройство по изобретению содержит входную щель для ввода подложки в указанный канал и выходную щель для выведения подложки из канала.

В некоторых вариантах пары прекурсоров содержат первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора, причем устройство сконфигурировано с возможностью использования газообразного источника второго прекурсора в качестве газа-носителя для первого прекурсорного вещества.

В определенных вариантах устройство сконфигурировано с возможностью обеспечения реакции первого прекурсорного вещества с реакционноспособными участками на поверхности подложки в период затенения и, в течение следующего за этим периода фотонного воздействия, реакции второго прекурсорного вещества с хемосорбированным первым прекурсорным веществом.

В некоторых вариантах устройство содержит источник фотонов, сконфигурированный с возможностью испускания фотонной энергии для обеспечения протекания реакции в период фотонного воздействия.

В определенных вариантах устройство содержит затенитель, находящийся между подложкой и источником фотонов и имеющий участки, проницаемые для фотонов, и участки, непроницаемые для фотонов, для задания периодов фотонного воздействия и периодов затенения путем затенения поверхности подложки таким образом, что область тени задает период затенения, а незатененная область - период фотонного воздействия.

В некоторых вариантах верхняя поверхность канала образована поверхностью плоского затенителя, у которого по меньшей мере нижняя поверхность является планарной.

Выше были рассмотрены различные неограничивающие аспекты и варианты изобретения. Эти варианты приведены только для пояснения различных аспектов или операций способа, которые могут быть использованы при осуществлении изобретения. Некоторые варианты описаны только в связи с определенными аспектами изобретения. Однако должно быть понятно, что соответствующие варианты применимы и к другим аспектам. Допустимы также и различные комбинации вариантов изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано, только в иллюстративных целях, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлен пример временной диаграммы способа согласно варианту изобретения.

На фиг. 2 представлен пример конструкции для осуществления способа согласно варианту изобретения.

На фиг. 3 представлен, на виде сбоку, пример устройства согласно варианту изобретения.

На фиг. 4 устройство согласно варианту изобретения представлено на виде

сверху.

На фиг. 5 иллюстрируется процесс подачи газа согласно варианту изобретения.

На фиг. 6 представлен пример затенителя согласно варианту изобретения.

На фиг. 7 представлена упрощенная блок-схема системы управления в устройстве для осаждения согласно варианту изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлен пример временной диаграммы способа согласно варианту изобретения. Последовательность операций по осаждению включает множество циклов осаждения, причем каждый цикл формирует монослой нанесенного материала. Цикл осаждения включает подачу в реакционное пространство, к поверхности подложки, первого прекурсорного вещества и второго прекурсорного вещества.

Способ осуществляют путем выполнения следующих операций: подают пары прекурсоров в канал, проходящий через устройство для осаждения, и осаждают материал из паров прекурсоров на подложку при ее перемещении через указанное устройство путем воздействия на подложку внутри канала парами прекурсоров при чередовании периодов фотонного воздействия и затенения. Способ может быть определен, как способ нанесения покрытия на поверхность с использованием фотонного воздействия.

В примере, проиллюстрированном фиг. 1, происходит чередование периода активации (от момента t₁ до момента t₂), в течение которого осуществляется фотонное воздействие, и периода регенерации (от момента t₂ до момента t₃), в течение которого фотонное воздействие не осуществляется. Таким образом, обозначенные на фиг. 1 периоды активации и регенерации - это периоды способа по изобретению, соответствующие фотонному воздействию и периоду затенения.

В период регенерации прекурсорное вещество, соответствующее первому рабочему газу (первое прекурсорное вещество), вступает, посредством хемосорбции, в реакцию с реакционноспособными участками на поверхности подложки. По завершении периода регенерации поверхность подложки будет покрыта удержанным на ней первым прекурсорным веществом. Второй рабочий газ (газообразный источник второго прекурсора) является инертным по отношению к поверхности в отсутствие фотонного воздействия. Соответственно, в конце периода регенерации, когда все участки, реакционноспособные в отношении первого прекурсорного материала, прореагировали, прирост материала покрытия прекращается, т.е. механизм роста материала является самоограниченным.

В течение периода активации прекурсорное вещество, соответствующее второму рабочему газу (второе прекурсорное вещество), реагирует, посредством хемосорбции, с первым прекурсорным веществом, связанным с поверхностью подложки. Это приводит к ситуации, в которой поверхность подложки становится покрытой вторым прекурсорным веществом, связанным с поверхностью подложки.

Данная реакция, имеющая место в период активации, происходит в области подложки, на которую воздействует фотонная энергия. Фотонное воздействие сообщает либо второму рабочему газу, либо связанному с поверхностью первому прекурсорному веществу дополнительную энергию, требуемую для того, чтобы стала возможной поверхностная реакция.

В первом случае фотонная энергия возбуждает второй рабочий газ для формирования свободных радикалов. Эти свободные радикалы (т.е. второе прекурсорное вещество) реагируют (реагирует) с реакционноспособными участками первого прекурсорного материала, связанного с поверхностью подложки. В результате поверхность подложки становится насыщенной вторым прекурсорным веществом.

Во втором случае фотонная энергия возбуждает связанное первое прекурсорное вещество. Это сообщает ему дополнительную энергию, необходимую для реакции между первым прекурсорным веществом, адсорбированным на поверхности подложки, и газообразным вторым прекурсорным веществом. Как результат, поверхность подложки становится насыщенной вторым прекурсорным веществом.

Желательная альтернатива может быть выбрана путем подбора длины волны оптического излучения (потока фотонов).

Цикл осаждения, состоящий из периода активации и сразу же следующего за ним периода регенерации (или, в определенных вариантах, из периода регенерации и сразу же следующего за ним периода активации), повторяют, чтобы получить покрытие желательной толщины. Цикл осаждения осуществляется без периодов продувки; следовательно, повышается скорость осаждения по сравнению с самоограниченными способами осаждения, в которых периоды продувки используются.

Подача первого и второго рабочих газов в реакционное пространство производится в течение всего цикла осаждения. В определенных вариантах второй рабочий газ используют в качестве газа-носителя для первого рабочего газа (первого прекурсорного вещества). В этих вариантах первый прекурсор и второй прекурсор могут присутствовать в реакционном пространстве одновременно.

Первый прекурсор может быть прекурсором металла, а второй прекурсор может не быть прекурсором металла. В других вариантах оба прекурсора не являются прекурсорами металлов. Примерами материалов покрытия являются, в частности, металлы, оксиды и нитриды. Прекурсорные вещества могут выбираться таким образом, чтобы в газовой фазе они были инертными по отношению одно к другому. В одном варианте в качестве прекурсора металла используют ТМА ((СН₃)₃Al), а в качестве второго рабочего газа - кислород (O₂). Затем, в течение периода фотонного воздействия, обеспечивают возбуждение кислорода с образованием свободных радикалов О^*, так что между свободными радикалами О^* и адсорбированным ТМА происходит поверхностная реакция с формированием желательного материала покрытия - оксида алюминия (Al₂O₃).

На фиг. 2 представлен пример конструкции для осуществления способа согласно варианту изобретения. У данной конструкции, помещенной в устройство для осаждения (например в реакторный модуль), имеется канал, проходящий через устройство для осаждения. В примере по фиг. 2 канал сформирован между нижней частью 255 и верхней частью 250 конструкции. Канал расположен горизонтально и ограничен по высоте. Пары прекурсоров подаются в канал, например, через газовое распределительное сопло 211, связанное с питающей линией. Верхняя и нижняя части 250, 255 являются пластинами или плоскими деталями (плоской является по меньшей мере обращенная к каналу сторона верхней части 250). Плоской может быть также обращенная к каналу сторона нижней части 255. Канал может быть открытым со своих боковых сторон.

Вдоль канала перемещают планарную подложку 201. В альтернативном варианте планарная подложка 201 представляет собой полотно, несущее по меньшей мере одну подложку или группу подложек (не изображены), движущуюся вместе с ней.

Источник 240 фотонов помещен над верхней частью 250. Этим источником может быть УФ лампа, ксеноновая лампа, СД лампа или, например, источник рентгеновского излучения, лазерный или ИК источник. Источник осуществляет фотонное воздействие, испуская фотоны 241.

Верхняя часть 250 может быть затенителем, содержащим секции 251, непроницаемые для фотонов, и секции (окна) 252, проницаемые для фотонов. Эти участки задают периоды фотонного воздействия и периоды затенения путем затенения поверхности подложки 201 под затенителем. Секции, проницаемые для фотонов, могут быть выполнены из стекла или из другого материала, сквозь который пары прекурсоров не могут проникнуть. При перемещении подложки область тени под затенителем задает период затенения, тогда как незатененная область 262 задает период фотонного воздействия. В одном варианте половина монослоя желательного материала покрытия формируется, когда подложка затенена, а половина монослоя - когда подложка не затенена. В этом варианте количества участков, непроницаемых для фотонов, и проницаемых участков определяют количество циклов и, таким образом, полученную толщину желательного покрытия.

Реакционное пространство задается верхней частью 250 конструкции и подложкой 201. Реакционное пространство имеет ограниченную высоту, ограничивающую вертикальное перемещение паров прекурсоров, так что главное направление движения паров является горизонтальным. В определенных вариантах вертикальный размер реакционного пространства (и, соответственно, канала) составляет менее 2 мм, в некоторых вариантах менее 5 мм или менее 10 мм, в других вариантах менее 5 см или менее 10 см.

Пары прекурсоров поступают в реакционное пространство по питающей линии, так что в реакционном пространстве постоянно находятся первое и второе прекурсорные вещества. Подача может осуществляться через сопло или сопла, расположенное (расположенные) на боковой стороне или, как будет описано далее, с верхней стороны подложки, т.е. через сопло (сопла) затенителя. Вакуумный насос, установленный в линии откачки (на фиг. 2 не изображена), поддерживает поток, который отводится из реакционной камеры.

Пары прекурсоров содержат первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора, выполняющий функцию газа-носителя для первого прекурсорного вещества. Однако в других вариантах подача первого прекурсорного вещества в реакционное пространство может производиться по своей питающей линии, отдельно от подачи второго прекурсорного вещества (для которого может иметься своя питающая линия).

На фиг. 3 представлен, на виде сбоку, пример устройства для осуществления осаждения согласно варианту изобретения. Таким устройством может быть реактор или реакторный модуль, пригодный для проведения непрерывного осаждения в составе производственной линии. Устройство содержит реакционную камеру 210, окруженную наружной камерой 220. В промежуточном пространстве между наружной камерой 220 и реакционной камерой 210 создается давление путем подачи в него неактивного защитного газа, так что давление в этом пространстве выше, чем внутри реакционной камеры 210.

К одной стороне наружной камеры 220 прикреплена первая камера 230 переноса, а к противоположной стороне наружной камеры - вторая камера 230' переноса. На первой стороне реакционной камеры 210, находящейся внутри наружной камеры, имеется входной порт 261, а на ее противоположной стороне - выходной порт 261'. Входной и выходной порты 261, 261' могут быть выполнены, как щели в соответствующей стенке реакционной камеры.

Подложка 201 в виде полотна, на которое наносится покрытие, приводится в непрерывное движение, проходя через первую камеру 230 переноса в наружную камеру 220, а из нее через входной порт 261 в реакционную камеру 210 для осуществления осаждения, затем через выходной порт 261' в противоположную часть наружной камеры 220 и через вторую камеру 230' переноса на следующий участок производственной линии. В альтернативном варианте подложка 201 является полотном, несущим комплект движущихся вместе с ней подложек 201' (на которые наносится покрытие). Еще в одном варианте подложка имеет форму ленты.

Устройство содержит конструкцию, представленную на фиг. 2. Соответственно, в устройстве имеются канал, сформированный верхней и нижней частями 250, 255 и проходящий через реакционную камеру 210, и источник 240 фотонов, находящийся над верхней частью 250. Устройство содержит также питающую линию для подачи (например, через сопла 211) паров прекурсоров в реакционное пространство, образованное между верхней частью 250 и подложкой 201.

Устройство дополнительно содержит линию 212 откачки и вакуумный насос 213, установленный в ней, чтобы поддерживать в реакционной камере вакуумное давление (если это представляется желательным), а также поддерживать поток, который отводится из реакционной камеры.

Устройство по изобретению функционирует аналогично тому, как было описано со ссылками на фиг. 1 и 2. Соответственно, когда подложка 201 или 201' движется вперед, ее различные области становятся открытыми для источника 240 фотонов. Область тени задает период затенения (период регенерации), а незатененная область - период фотонного воздействия (период активации). При этом реализуются циклы осаждения, описанные выше со ссылками на фиг. 1 и 2. В течение периода затенения первое прекурсорное вещество вступает в реакцию с реакционноспособными участками, образованными на поверхности подложки связанным вторым прекурсорным веществом, тогда как в течение периода фотонного воздействия второе прекурсорное вещество реагирует с первым прекурсорным веществом, связанным с поверхностью подложки. Точное управление ростом толщины материала достигается выбором соотношения между скоростью подложки и шириной незатененной области на уровне, при котором одна половина монослоя желательного материала покрытия формируется, когда подложка находится в затененной области, а оставшаяся половина монослоя формируется, когда подложка находится в незатененной области.

Некоторые варианты реализуются без каких-либо камер переноса для загрузки и/или разгрузки, а некоторые варианты - без использования наружной камеры, окружающей реакционную камеру. Кроме того, форма реакционной камеры может отличаться от формы ее варианта, представленного на чертежах. В определенных вариантах реакционную камеру образует проходящий через устройство канал. Соответственно, не существует никакой реакционной камеры вне канала. В некоторых вариантах подложка движется по каналу непрерывно, с постоянной скоростью. В других вариантах подложка перемещается по каналу периодически (т.е. с остановками).

На фиг. 4 устройство согласно варианту изобретения представлено на виде сверху. Для компонентов, аналогичных показанным на фиг. 2 и 3, использованы те же обозначения. Подача паров прекурсоров может производиться с одной стороны, а откачка газов - с противоположной стороны устройства. В варианте по фиг. 4 на первой стороне подложки 201 находится ряд сопел 211, подающих пары прекурсоров, подведенные по питающей линии, а на противоположной стороне находится вход 421 линии откачки.

На фиг. 5 иллюстрируется процесс подачи газа согласно варианту изобретения, в котором второй рабочий газ используют в качестве газа-носителя для первого рабочего газа. Применяемое для реализации этого процесса устройство может быть аналогичным представленным на фиг. 3 и 4. Устройство содержит источник 41 первого рабочего газа и источник 40 второго рабочего газа.

Источник 40 второго рабочего газа сообщается по текучей среде с входом клапана 50, установленного в линии газа-носителя и в линии защитного газа. Первый выход клапана 50 связан через линию 512 защитного газа с промежуточным пространством между наружной камерой 220 и реакционной камерой 210 устройства. Второй рабочий газ в качестве неактивного защитного газа напускается в промежуточное пространство через место 214 напуска газа. Второй выход клапана 50 сообщается по текучей среде с входом для газа-носителя во впускном клапане 54. Первый выход клапана 54 сообщается по текучей среде с входом для газа-носителя в источнике 41 первого рабочего газа. Второй выход клапана 54 сообщается по текучей среде со вторым входом клапана 51 в питающей линии паров прекурсоров. Источник 41 первого рабочего газа сообщается по текучей среде с первым впускным клапаном 51. С выходом клапана 51 соединена питающая линия 511, подающая пары прекурсоров к реакционной камере 210. Газ/пары, текущий (текущие) по питающей линии 511, выводится (выводятся) в канал, имеющийся в реакционной камере 210, через сопло 211. Пути от источника 40 второго рабочего газа к источнику 41 первого рабочего газа и от него к питающей линии 511 остаются открытыми в течение всего процесса осаждения.

Линия 512 защитного газа является открытой или закрытой в зависимости от конкретного выполнения устройства. В определенных вариантах линия 512 защитного газа является открытой в течение всей последовательности циклов осаждения, так что второй рабочий газ может входить, в качестве неактивного защитного газа, в промежуточное пространство через место 214 напуска газа.

На фиг. 6 представлен пример затенителя согласно варианту изобретения. Затенитель (или затенительное сопло) 850 можно использовать и как затенитель, и как сопло для подачи прекурсоров. Его можно использовать также в качестве верхней части 250. Затенитель 850 содержит раму 851 со сплошными секциями, через которые излучаемые фотоны не могут проходить, и прямоугольные, например стеклянные, окна 852, через которые могут проходить излучаемые фотоны (но через которые не могут проникнуть пары прекурсоров). Форма окон 852 зависит от конкретного выполнения. Питающая линия 811 подачи прекурсоров, которая подсоединена к затенителю 850, разветвляется на индивидуальные поперечные каналы 871, которые проходят через всю раму 851 затенителя вдоль ее сплошных секций. В нижних поверхностях каналов 871 выполнено множество отверстий (не изображены), чтобы направлять пары прекурсоров вниз, в сторону поверхности подложки.

В правой части фиг. 6 показана, в сечении, часть затенителя 850. Черные участки соответствуют секциям, непрозрачным для фотонов, а белые участки - окнам, прозрачным для фотонов. Каналы 871 интегрированы в раму 851 затенителя.

В варианте, в котором затенитель 850 используется, чтобы распределять пары прекурсоров по поверхности подложки, подавая их с ее верхней стороны, откачка газов в линию откачки может производиться с обеих боковых сторон подложки.

В некоторых модификациях данного варианта могут быть использованы питающая линия (питающие линии) для паров прекурсоров и управляющие элементы, описанные выше применительно к рассмотренным вариантам устройства.

Элементы, управляющие питающей линией, обеспечивают управление расходом и временными параметрами. В одном варианте управление временем подачи и расходом паров прекурсоров, подаваемых в реакционную камеру, обеспечивается посредством впускного клапана в питающей линии для паров прекурсоров и контроллером массового (или объемного) расхода, установленного в той же питающей линии. Аналогично, управление временем подачи и расходом газа-носителя и защитного газа обеспечивается посредством клапана и контроллера массового (или объемного) расхода, сообщающихся по текучей среде с источником второго рабочего газа.

В одном варианте элементы управления питающей линией образуют часть компьютерной системы управления. Компьютерная программа, записанная в память системы, содержит команды, выполнение которых по меньшей мере одним процессором системы обеспечивает функционирование устройства для осуществления осаждения или соответствующего реактора в соответствии с программой. Команды могут быть записаны в форме машиночитаемого программного кода. На фиг. 7 представлена упрощенная блок-схема системы 700 управления устройством для осаждения согласно варианту изобретения. В базовом варианте системы исходные параметры процесса записаны в соответствующей программе, команды которой выдаются с использованием терминала 706 человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) и загружаются по коммуникационной шине 704, например по шине Ethernet, в блок 702 управления. В одном варианте блок 702 управления использует универсальный программируемый логический контроллер. Блок 702 управления содержит: по меньшей мере один микропроцессор для выполнения программ, относящихся к этому блоку и содержащих записанный в его памяти программный код; блоки динамической и статической памяти; модули ввода/вывода, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и реле мощности. Блок 702 управления обеспечивает электропитание пневмоконтроллеров соответствующих клапанов и управляет контроллерами массового расхода в составе устройства, а также функционированием источника фотонов и вакуумного насоса. Данный блок управляет, кроме того, любыми приводными устройствами, требуемыми для перемещения подложки (подложек). Данный блок получает информацию от соответствующих датчиков и осуществляет общее управление функционированием устройства. Он может также измерять и передавать показания датчиков от устройства на ЧМИ 706. Пунктирная линия 716 соответствует линии раздела между реакторной частью устройства и блоком 702 управления.

Далее, без внесения каких-либо ограничений в объем и интерпретацию прилагаемой формулы изобретения, отмечаются некоторые технические результаты, достигнутые одним или более из рассмотренных вариантов. Один из результатов состоит в разработке способа, основанного на самоограниченном наращивании покрытия с повышенной скоростью осаждения. Другим техническим результатом является снижение требуемой рабочей температуры благодаря фотонному воздействию. Еще один результат заключается в упрощении использования химических веществ благодаря применению второго рабочего газа в качестве и прекурсора, и газа-носителя. Следующий технический результат состоит в обеспечении самоограниченного наращивания покрытия, несмотря на одновременное присутствие обоих прекурсоров.

Следует отметить, что некоторые рассмотренные функции или операции способа могут осуществляться в различном порядке и/или одновременно одна с другой. Кроме того, одна или более из описанных функций или операций могут быть опциями или могут комбинироваться.

Приведенное рассмотрение неограничивающих примеров конкретных вариантов и модификаций изобретения обеспечивает полное и информативное раскрытие лучшего способа осуществления изобретения, известного авторам на момент подготовки данного описания. Однако специалистам будет понятно, что изобретение не ограничено конкретными представленными вариантами, а может быть реализовано и в других вариантах с использованием эквивалентных средств, не выходящих за пределы изобретения. Следует отметить, что в определенных представленных вариантах в качестве примеров первого прекурсорного вещества использовались прекурсоры металлов, а в качестве примеров второго прекурсорного вещества - прекурсоры неметаллов. Однако такое использование не должно рассматриваться как ограничение. Как альтернатива, первый прекурсор может быть прекурсором неметалла. Соответственно, оба прекурсора могут быть прекурсорами неметаллов. Выбор прекурсоров зависит только от конкретного варианта изобретения и/или желательного материала покрытия.

Некоторые признаки рассмотренных вариантов изобретения могут быть эффективно использованы без использования других описанных признаков. Таким образом, представленное описание следует рассматривать просто как неограничивающую иллюстрацию принципов изобретения, объем которого определяется только прилагаемой формулой.

Изобретение относится к методу нанесения материалов на поверхность подложки и устройству для осуществления этого метода. Способ атомно-слоевого осаждения покрытия на поверхность подложки включает подачу паров прекурсоров в реакционную камеру устройства атомно-слоевого осаждения и осаждение материала из паров прекурсоров на подложку при ее перемещении внутри реакционной камеры при чередовании периодов фотонного воздействия и затенения. Периоды фотонного воздействия и периоды затенения задают посредством затенителя, расположенного между подложкой и источником фотонов и имеющего участки, проницаемые для фотонов, и участки, не проницаемые для фотонов. Область тени соответствует периоду затенения, а незатененная область соответствует периоду фотонного воздействия. Устройство для атомно-слоевого осаждения покрытия на поверхность подложки содержит реакционную камеру, по меньшей мере одну питающую линию для подачи в реакционную камеру паров прекурсоров и затенитель, расположенный между подложкой и источником фотонов. Указанное устройство выполнено с возможностью осаждения материала из паров прекурсоров на подложку при ее движении путем воздействия на подложку внутри реакционной камеры парами прекурсоров и чередования периодов фотонного воздействия с периодами затенения. Затенитель выполнен с участками, проницаемыми для фотонов, и участками, не проницаемыми для фотонов, и с возможностью задания периодов фотонного воздействия и периодов затенения, с обеспечением соответствия области тени периоду затенения, а незатененной области - периоду фотонного воздействия. Обеспечивается относительно высокая скорость роста осаждаемого покрытия и возможность самоограниченного наращивания упомянутого покрытия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ атомно-слоевого осаждения покрытия на поверхность подложки, включающий:

подачу паров прекурсоров в реакционную камеру устройства атомно-слоевого осаждения и

осаждение материала из паров прекурсоров на подложку при ее перемещении внутри реакционной камеры при чередовании периодов фотонного воздействия и затенения, при этом периоды фотонного воздействия и периоды затенения задают посредством затенителя, расположенного между подложкой и источником фотонов и имеющего участки, проницаемые для фотонов, и участки, не проницаемые для фотонов, при этом область тени соответствует периоду затенения, а незатененная область соответствует периоду фотонного воздействия.

2. Способ по п. 1, в котором используют реакционную камеру, выполненную с возможностью ограничения движения паров прекурсоров в вертикальном направлении.

3. Способ по п. 1, в котором пары прекурсоров содержат первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора, выполняющий функцию газа-носителя для первого прекурсорного вещества.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором в период затенения первое прекурсорное вещество вступает в реакцию с реакционноспособными участками на поверхности подложки, а в следующий за ним период фотонного воздействия второе прекурсорное вещество реагирует с хемосорбированным первым прекурсорным веществом.

5. Способ по п. 4, в котором обеспечивают осуществление реакции второго прекурсорного вещества с хемосорбированным первым прекурсорным веществом в период фотонного воздействия за счет восприятия фотонной энергии.

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором реакции, которые осуществляют в течение периода затенения, являются самоограниченными поверхностными реакциями.

7. Устройство для атомно-слоевого осаждения покрытия на поверхность подложки, содержащее реакционную камеру, по меньшей мере одну питающую линию для подачи в реакционную камеру паров прекурсоров и затенитель, расположенный между подложкой и источником фотонов, при этом указанное устройство выполнено с возможностью осаждения материала из паров прекурсоров на подложку при ее движении путем воздействия на подложку внутри реакционной камеры парами прекурсоров и чередования периодов фотонного воздействия с периодами затенения, при этом затенитель выполнен с участками, проницаемыми для фотонов, и участками, не проницаемыми для фотонов, и с возможностью задания периодов фотонного воздействия и периодов затенения, с обеспечением соответствия области тени периоду затенения, а незатененной области - периоду фотонного воздействия.

8. Устройство по п. 7, в котором реакционная камера выполнена с возможностью ограничения движения паров прекурсоров в вертикальном направлении.

9. Устройство по п. 7, в котором пары прекурсоров содержат первое прекурсорное вещество и газообразный источник второго прекурсора, причем устройство выполнено с возможностью использования газообразного источника второго прекурсора в качестве газа-носителя для первого прекурсорного вещества.

10. Устройство по любому из пп. 7-9, которое выполнено с возможностью обеспечения реакции первого прекурсорного вещества с реакционноспособными участками на поверхности подложки в период затенения и в течение следующего за этим периода фотонного воздействия реакции второго прекурсорного вещества с хемосорбированным первым прекурсорным веществом.

11. Устройство по п. 10, которое содержит источник фотонов, выполненный с возможностью испускания фотонной энергии для обеспечения реакции в период фотонного воздействия.