專利名稱：用于原子層沉積的裝置和方法
用于原子層沉積的裝置和方法 本發(fā)明涉及一種用于在襯底表面上進行原子層沉積的裝置。本發(fā)明還涉及一種用于在襯底表面上進行原子層沉積的方法。原子層沉積被認為是用于沉積單層靶材的方法。原子層沉積與諸如化學氣相沉積的不同之處在于，原子層沉積具有至少兩個工藝步驟。這些工藝步驟中的第一個包括在襯底表面上施加前驅體氣體。這些工藝步驟中的第二個包括使前驅體材料反應以形成單層靶材。原子層沉積具有能很好地控制層厚度的優(yōu)點。但是，已知的原子層沉積方法表現出對前驅體氣體的相當低效率的使用。典型地，超過一半的前驅體氣體被浪費掉。由于前驅體氣體通常很貴，因此這是成問題的。本發(fā)明的目的是提供一種用于原子層沉積的裝置和方法，其具有對前驅體氣體的提高使用。因此，本發(fā)明提供了一種用于在襯底表面上進行原子層沉積的裝置，該裝置包括前驅體注入頭，該前驅體注入頭包括前驅體供給源和在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定的沉積空間，其中前驅體注入頭設置為可將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間以與襯底表面接觸，該裝置設置為可在沉積空間和襯底表面之間在襯底表面的平面內提供相對運動，并且該裝置具有限制結構，其設置為將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中。這樣便可將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中。這種限制減小了前驅體氣體的使用量。將前驅體氣體限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中也減少了由于所不希望的前驅體沉積在裝置上和/或襯底的與上述襯底表面相反的背面上而造成的裝置污染。這避免了用于除去污染的清潔步驟。被限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中的前驅體氣體優(yōu)選意味著前驅體氣體被限制在襯底表面的有限距離中。此有限距離例如最多為襯底表面的最大尺寸和最小尺寸中的一個，但也可為襯底的厚度。此尺寸可為襯底表面的直徑或寬度。備選地，該有限距離例如最多為最大尺寸和最小尺寸中的一個的一部分，該部分例如等于0. 1,0. 2,0. 3,0. 5 或0. 8。備選地，該有限距離例如大于最大尺寸和最小尺寸中的一個，例如最多為其的1. 2、 1. 5,1. 8、2、2. 5、3或10倍。作為替代或附加，限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中的前驅體氣體可意味著前驅體氣體被限制在沿襯底表面的平面的大致狹長的、如平面狀的空間中。這里，襯底表面可包括此表面在襯底臺或其它襯底支撐工具中的面狀延伸部分，因此注入頭能自由地在襯底上運動超出邊緣。作為替代或附加，限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中的前驅體氣體可意味著前驅體氣體在使用中不會穿過沿襯底表面的虛擬面。作為替代或附加，限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中的前驅體氣體可意味著沉積空間不會在沿襯底表面的平面的方向上遠離襯底而延伸。將前驅體氣體限制在沉積空間中使得能控制沉積空間內的壓力，例如沉積空間內的前驅體氣體壓力或沉積空間內的總壓力。裝置可包括沉積空間壓力控制器?？煽刂瞥练e空間內的壓力以使之獨立于和/或不同于沉積空間外的壓力。這樣便可設定沉積空間內的預定壓力，以優(yōu)選地優(yōu)化原子層沉積工藝。在該裝置的使用中，沉積空間由襯底表面來界定?？梢郧宄赃@種方式襯底可有助于限制前驅體氣體。通過襯底的這種限制優(yōu)選保證了能顯著地阻止前驅體氣體流過沿襯底表面的虛擬面。在沉積空間和襯底之間的襯底表面的平面中的相對運動與將所注入的前驅體氣體限制在沉積空間中的組合進一步促成了前驅體氣體的很高效率的使用。這樣，在被注入到沉積空間之后，可將一定量的前驅體氣體有效地分布在襯底表面上，由此提高了前驅體氣體分子與襯底表面接觸的幾率。該裝置設置為可在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動。在一個實施例中，沉積空間在使用中在襯底表面的平面中是靜止的，而襯底是運動的。在另一實施例中，沉積空間在使用中在襯底表面的平面中是運動的，而襯底是靜止的。在另外一個實施例中，沉積空間和襯底這兩者在使用中襯底表面的平面中都是運動的。可以清楚，該限制結構可由前驅體注入頭的一個或多個凸起部分形成。在一個實施例中，在使用中沉積空間優(yōu)選地僅由前驅體注入頭、限制結構和襯底表面來界定。這進一步增強了前驅體氣體的使用效率。US2007/0218702描述了一種用于原子層沉積的帶有旋轉基座的半導體加工裝置。US2007/0218702的目的是解決在原子層沉積中的長清冼時間的問題，但沒有解決前驅體氣體的低使用效率的問題。在US2007/0218702的半導體加工裝置中，前驅體氣體填充了承載半導體襯底的基座周圍的相對大的空間。該半導體加工裝置設置為可遠離半導體襯底地排放前驅體氣體。并且，排放和注入發(fā)生于半導體襯底的不同側面處。結果，在 US2007/0218702的半導體加工裝置的使用中，沒有將前驅體氣體限制在半導體襯底表面的附近。在一個實施例中，該裝置還設置為可在前驅體注入頭和襯底之間在襯底表面之外的平面中提供相對運動，前驅體注入頭還包括用于將氣體注入到前驅體注入頭和襯底表面之間的氣體注入器，氣體因而形成了氣體支承層。作為替代或附加，氣體注入器適于將氣體注入到前驅體注入頭和與襯底機械式相連的襯底架之間，氣體因而形成了氣體支承層。在襯底表面之外的平面中的運動有助于限制注入的前驅體氣體。氣體支承層允許前驅體注入頭緊密地靠近襯底表面和/或襯底架，例如在50微米或15微米之內，比如3到 10微米的范圍中，如5微米。由于前驅體氣體因該緊密靠近而很難從沉積空間逸出，因此前驅體注入頭與襯底表面和/或襯底架的這種緊密靠近能將前驅體氣體限制在沉積空間中。 在使用中界定了沉積空間的襯底表面可使前驅體注入頭緊密靠近襯底表面。襯底表面在使用中優(yōu)選不與前驅體注入頭機械接觸。這種接觸容易損壞襯底?？蛇x地，前驅體供給源形成了氣體注入器。然而在一個實施例中，氣體注入器由用于形成氣體支承層的支承氣體注入器形成，該支承氣體注入器與前驅體供給源是分開的。 設置這種分開的用于支承氣體的注入器能夠與其它氣體壓力、如沉積空間中的前驅體氣體壓力分開來地控制氣體支承層中的壓力。例如在使用中，前驅體氣體壓力可低于氣體支承層的壓力?？蛇x地，前驅體氣體壓力低于大氣壓，例如在0.01到100毫巴的范圍中，可選地在0. 1到1毫巴的范圍中。發(fā)明人進行的數值模擬顯示，在后一范圍中可獲得快速的沉積工藝。例如當化學動力學方面相對較快時，對于平坦襯底來說沉積時間可典型地為10微秒， 對于帶溝槽的襯底來說為20微秒。沉積空間中的總氣體壓力典型地為10毫巴。前驅體氣體壓力可基于前驅體的性質、如前驅體的揮發(fā)性來選擇。低于大氣壓、特別是在0. 01到100毫巴范圍中的前驅體氣體壓力導致能夠使用較寬范圍內的前驅體，特別是具有較寬范圍揮發(fā)性的前驅體。由于前驅體注入頭朝向襯底表面的緊密靠近，氣體支承層在使用中典型地表現出氣體支承層中的壓力激增。例如在使用中，若其它條件不變，當前驅體注入頭運動成兩倍地靠近襯底，例如從距離襯底表面50微米的位置運動到距離襯底表面25微米的位置時，氣體支承層中的壓力至少會成為兩倍，例如典型地增加到八倍。優(yōu)選地，在使用中，氣體支承層的剛度在IO3和IOltl牛頓每毫米之間，但也可在該范圍之外。在一個實施例中，該裝置設置為可在前驅體注入頭上施加朝向襯底表面的預應力。氣體注入器可設置為通過控制氣體支承層中的壓力來抵消此預應力。在使用中，該預應力提高了氣體支承層的剛度。此提高的剛度減小了所不希望的處于襯底表面的平面之外的運動。結果，可以操作前驅體注入頭以更加靠近襯底表面，而不接觸襯底表面。在一個實施例中，前驅體注入頭設有凸起部分，在使用中氣體支承層形成在凸起部分和襯底之間，和/或形成在凸起部分和襯底架的襯底支撐面之間。結果，沿襯底表面之外的平面測量，氣體支承層的厚度小于沉積空間的厚度。這種前驅體注入頭被認為是高效的。在此實施例中，此效率例如源自于在原子層沉積期間使前驅體氣體與其它所用的可能具反應性的氣體更好地分開的可能性。作為此效率的另一例子，在使用中本實施例具有在沉積空間中的位于注入器頭和襯底之間的距離，其與在氣體支承層中的位于注入器頭和襯底之間的距離不同。這例如能使前驅體氣體分子在沉積空間中有更長的停留時間，以便提高在襯底上沉積的幾率。這可導致前驅體氣體的更有效的使用。發(fā)明人的計算和實驗表明， 在該實施例中，氣體支承層的厚度可在3到7微米的范圍中，典型地為5微米。在一個實施例中，凸起部分具有支承氣體供給源，并可能具有包括該支承氣體供給源的支承氣體注入器。這樣，氣體支承層可形成在凸起部分和襯底之間，和/或在突起部分和襯底架的襯底支撐面之間。優(yōu)選地在使用中，支承氣體供給源朝向襯底表面和/或襯底架的襯底支撐面。優(yōu)選地，該裝置包括用于控制氣體支承層中的支承氣體體壓力的氣體支承層壓力控制器，以及設置為通過設定可抵消支承氣體壓力的預壓應力來施加預應力的預壓應力控制器。在一個實施例中，該裝置包括用于控制沉積空間中的總壓力的沉積空間壓力控制器，以及用于控制氣體支承層中的壓力的氣體支承層壓力控制器，其中氣體注入器由與前驅體供給源分開的支承氣體注入器形成，其中沉積空間壓力控制器設置為通過設定沉積空間中的總壓力來施加預應力，并且氣體支承層壓力控制器設置為可在氣體支承層中施加高于沉積空間中的總壓力的壓力。預應力可由低于前驅體注入頭的外部環(huán)境壓力的沉積空間內的總氣體壓力形成。如發(fā)明人所進行的數值模擬所確定的，此實施例可與用于前驅體氣體壓力和沉積空間內的總氣體壓力的有利值很好地結合。作為替代或附加，預應力可通過磁力方式來形成，和/或通過將重物加到用于產生預應力的前驅體注入頭中以重力方式來形成。作為替代或附如，預應力可由彈簧或其它彈性元件形成。作為替代或附加，可通過與沉積空間中的壓力分開地在前驅體注入頭和襯底之間形成低于在驅體注入器頭的外部環(huán)境壓力中的氣體壓力、例如真空來施加預應力。相應地，可通過設定與支承氣體壓力相抵消的預壓應力來旋加預壓應力，以提供該預應力。
在一個實施例中，前驅體供給源設置為使得前驅體氣體沿橫向于沉積空間的縱向的方向而流動。在一個實施例中，前驅體供給源由至少一個前驅體供給縫隙形成，其中沉積空間的縱向定向成沿著該至少一個前驅體供給縫隙。優(yōu)選地，前驅體注入頭設置為使得前驅體氣體沿橫向于該至少一個前驅體供給縫隙的縱向的方向流動。這能使前驅體氣體的濃度沿該供給縫隙大體上恒定，這是因為不會源于前驅體氣體吸附到襯底表面上而建立起濃度梯度。優(yōu)選地，前驅體氣體的濃度選擇為稍高于原子層沉積所需的最低濃度。這加強了前驅體氣體的有效使用。優(yōu)選地，在襯底表面的平面中的沉積空間和襯底之間的相對運動橫向于該至少一個前驅體供給縫隙的縱向。在一個實施例中，限制結構由沿著外部流動路徑的前驅體氣體的流動障礙形成， 該外部流動路徑設置成在使用中在前驅體注入頭和襯底表面之間通向外部環(huán)境，以便與所注入的前驅體氣體的體積流速相比顯著地阻止前驅體氣體沿外部流動路徑的體積流速。流動障礙優(yōu)選通過前驅體注入頭與襯底表面和/或襯底架的緊密靠近而獲得，其由氣體支承層來實現。盡管限制結構的變體不限于流動障礙，但流動障礙形成了限制結構的一有效變體。外部環(huán)境可為前驅體注入頭之外的環(huán)境，此處前驅體注入頭的邊界偏離了襯底表面的平面，但是它也可位于沉積空間之外，處于前驅體注入頭和襯底的平面之間。在此實施例的使用中，與所注入的前驅體氣體的體積流速相比，流動障礙顯著地阻止了前驅體氣體沿外部流動路徑的體積流速。例如在用前驅體氣體來填充沉積空間的期間，與所注入的前驅體氣體的體積流速相比，此阻擋可明顯降低前驅體氣體沿外部流動路徑的體積流速。此外，該阻擋使得在填充后的穩(wěn)態(tài)操作期間能夠操作具有提高的前驅體氣體壓力和/或提高的沉積空間內總氣體壓力的裝置。此提高的氣體壓力例如可在1. 2到20 巴的范圍中，特別是在3到8巴的范圍中。通常來說，更強的流動障礙導致更高的提高壓力。 提高的前驅體氣體壓力增大了前驅體氣體在襯底表面上的沉積速度。由于前驅體氣體的沉積經常形成原子層沉積的重要的速度限制工藝步驟，因此本實施例允許提高原子層沉積的速度。例如在實踐中經常會發(fā)生的將該裝置用于建立包括多個原子層的結構的情況下，工藝的速度是重要的。速度的提高提升了可以成本效益合算的方式通過原子層沉積所實施的結構的最大層厚，例如從10納米到高于10納米的值，例如在從20到50納米的范圍中，或者甚至典型地為100納米。因此，該裝置使得原子層沉積能用于新的應用。在一個實施例中，氣體支承層形成了限制結構，特別是流動障礙。在本實施例中， 外部流動路徑可至少部分地與氣體支承層相通。由于氣體支承層形成了一種相當有效的限制結構和/或流動障礙的形式，因此可以阻止前驅體氣體經外部流動路徑的損失。在一個實施例中，流動障礙由限制氣體幕和/或外部流動路徑中的限制氣體壓力形成。它們形成了用于形成流動障礙的可靠且多用的選擇。形成限制氣體幕和/或壓力的氣體也可形成氣體支承層的至少一部分。作為替代或附加，流動障礙由與前驅體注入頭相連的流體結構形成。此流體結構優(yōu)選由可保持高達80°c、200°c、40(rc和600°C中的一個溫度的流體構成。這種流體是本領域的技術人員已知的。在一個實施例中，流動障礙由前驅體注入頭和襯底表面之間的、和/或前驅體注入頭和從襯底表面中沿襯底表面的平面伸出的表面之間的流動間隙形成，其中流動間隙沿著外部流動路徑的厚度和長度適于與所注入的前驅體氣體的體積流速相比顯著地阻擋前驅體氣體沿外部流動路徑的體積流速。優(yōu)選地，此流動間隙同時形成了外部流動路徑的至少一部分。優(yōu)選地，流動間隙的厚度由氣體支承層決定。盡管在本實施例中少量的前驅體氣體會沿著外部流動路徑從沉積空間中流出，但是其實現了相當簡單但是有效的用于形成流動障礙的選擇。在一個實施例中，沉積空間在襯底表面的平面中具有狹長的形狀。沉積空間橫向于襯底表面的尺寸可顯著地、例如至少5倍或至少50倍地小于沉積空間在襯底表面的平面中的一個或多個尺寸。該狹長形狀可為平的或彎的。此狹長形狀減小了需注入到沉積空間中的前驅體氣體的體積，因此提高了注入氣體的效率。這也使得能在更短時間內填充和排空沉積空間，因此提高了整個原子層沉積工藝的速度。在一個實施例中，裝置的沉積空間由襯底表面和前驅體注入頭之間的沉積間隙形成，其優(yōu)選地具有小于50微米、更優(yōu)選地小于15微米且例如在3微米左右的最小厚度。流動間隙可具有類似的尺寸。最小厚度小于50微米的沉積空間實現了相當窄的間隙，導致了前驅體氣體的相當有效的使用，同時避免了對沉積系統(tǒng)在襯底表面以外的平面中的偏差 (其建立了沉積空間和襯底之間的在襯底表面的平面中的相對運動)施加嚴格的條件。這樣，沉積系統(tǒng)的成本可以更低。沉積間隙的小于15微米的最小厚度進一步提高了前驅體氣體的使用效率。氣體支承層能使流動間隙和/或沉積間隙相對較小，例如具有小于50微米或小于 15微米的最小厚度，例如在10微米左右，或甚至接近3微米。在一個實施例中，前驅體注入頭還包括前驅體排放管道，并設置為將前驅體氣體從前驅體供給源經沉積空間注入到前驅體排放管道。前驅體排放管道的存在提供了經沉積空間的連續(xù)流的可能性。在連續(xù)流中可省略用于調節(jié)前驅體氣體的流動的高速閥。優(yōu)選地在裝置的使用期間，從前驅體排放管道到前驅體供給源的距離是固定的。優(yōu)選地在使用中， 前驅體排放管道和前驅體供給源都朝向襯底表面。前驅體排放管道和/或前驅體供給源可分別由前驅體排放管道開口和/或前驅體供給源開口形成。在一個實施例中，裝置具有源自前驅體排放管道的排放流動路徑，其中在使用中， 流動障礙和沿著排放流動路徑的流動阻力和/或氣體壓力設置為與前驅體氣體沿著外部流動路徑的體積流速相比明顯地促進了前驅體氣體沿著排放流動路徑的體積流速。這會降低逸散到外部環(huán)境的前驅體氣體的損失。經排放管道流出沉積空間的前驅體氣體可被收集起來和重新使用。在一個實施例中，裝置設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供至少一種反應劑氣體，例如氧化氣體、等離子體、激光致輻射和紫外輻射，以便使前驅體與反應劑氣體進行反應，例如氧化，以在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層。反應空間可與沉積空間重合，但優(yōu)選與沉積空間分開。此分開的反應空間能很好地控制所沉積的前驅體的反應，并阻止在沉積空間中由所反應的前驅體氣體形成的不希望有的顆粒的產生。應注意的是，使用等離子體來使所沉積的前驅體反應能在相對低的溫度下進行反應。這對于塑性的、可能為柔性的襯底來說是重要的。此外，等離子體可在較寬的壓力范圍中產生。結果，使用等離子體來使所沉積的前驅體反應提高了裝置的工藝窗口。例如，氣體支承層中的壓力和/或沉積空間中的前驅體氣體壓力可從更大的壓力范圍中選擇。這是可理解的，例如當等離子體的壓力、前驅體氣體壓力和氣體支承層中的壓力全部都影響前驅體注入器向襯底表面和/或襯底架的靠近時實現。因此在一個實施例中，裝置設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供等離子體，以使前驅體與反應劑氣體反應如氧化，以在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層，該實施例可與另一實施例結合地很好，在該另一實施例中，裝置還設置為可在前驅體注入頭和襯底之間在襯底表面之外的平面中提供相對運動，該前驅體注入頭還包括用于將氣體注入到前驅體注入頭和襯底表面之間的氣體注入器，氣體因而形成了氣體支承層。根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在襯底表面上進行原子層沉積的裝置，該裝置包括前驅體注入頭，該前驅體注入頭包括前驅體供給源以及在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定的沉積空間，其中前驅體注入頭設置為將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間中以與襯底表面接觸，該裝置設置為可在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動，并且設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面的一部分上之后在反應空間中提供等離子體，以使前驅體和反應劑氣體反應、例如氧化，以在襯底表面的該部分上獲得原子層。根據此第一方面的裝置優(yōu)選地包括反應空間。它可用于在前驅體氣體沉積在襯底表面的一部分上之后在反應空間中提供等離子體，以使前驅體與反應氣體反應，從而在襯底表面的該部分上獲得原子層。 這樣，通過使用該裝置就能以可控的方式形成原子層。更具體地說，根據此第一方面的裝置可實現在襯底上的準確的原子層沉積。更具體地，可以清楚，由于反應空間和襯底之間的相對運動以及在某一時刻僅有部分表面會進行反應，因此可獲得相當均勻的沉積層。這樣，可在很大程度上阻止關于等離子體在整個襯底表面上不均勻的常見問題。還應注意，根據此第一方面，盡管限制結構可以存在，但也可省略。還可清楚，反應空間在使用中優(yōu)選由前驅體注入頭和襯底表面來界定。相對于現有技術應注意，用于原子層沉積的具有反應空間且設置為經擴散器如多孔材料來給反應空間提供反應氣體的任意已知設備都不能用于給反應空間提供等離子體，這是由于該擴散器會顯著地降低等離子體的質量，例如等離子體的反應性，如等離子體余輝的反應性。為了克服該問題，更一般地，裝置優(yōu)選具有反應劑供給源，其對于經反應劑供給源注入的等離子體來說基本上無障礙。此障礙會與等離子體起反應。這樣，可通過連續(xù)量的等離子體來將等離子體提供到反應空間中。下述或上述實施例涉及根據本發(fā)明的具有限制結構的裝置，并且涉及根據第一方面的裝置。在一個實施例中，裝置具有包括前驅體供給源、反應劑供給源、沉積空間和反應空間的原子層沉積頭，該裝置設置為可在原子層沉積頭和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動。此原子層沉積頭使前驅體的施加和反應、例如氧化或氫化形成一體。在本實施例中，通過原子層沉積頭和襯底之間的相對運動可建立沉積空間和襯底之間的相對運動。在一個實施例中，裝置設置為可在沉積空間的附近提供緩沖氣體幕，其中緩沖氣體相對于前驅體氣體是大致惰性的，并且緩沖氣體幕的流速大小、流向和位置設置為可顯著阻止前驅體氣體與除緩沖氣體之外的其它氣體的混合。此緩沖氣體幕有助于阻止不希望有的會沉積在襯底表面上的顆粒的形成。優(yōu)選地，緩沖氣體幕設置為形成了限制結構。形成緩沖氣體幕的氣體也可形成氣體支承層的至少一部分。在一個實施例中，前驅體排放管道由至少一個前驅體排放縫隙形成。該至少一個前驅體排放縫隙和/或至少一個前驅體供給縫隙可包括多個開口，或可包括至少一個狹縫。使用縫隙能夠實現在相對大的襯底表面上的有效的原子層沉積，或同時在多個襯底上的原子層沉積，因此提高了裝置的生產能力。優(yōu)選地，從至少一個前驅體排放縫隙到至少一個前驅體供給縫隙的距離顯著地小于、例如五倍以上地小于前驅體供給縫隙和/或前驅體排放縫隙的長度。這有助于前驅體氣體的濃度沿沉積空間大體上穩(wěn)定。在一個實施例中，通過包括設置為可在襯底表面的平面中移動襯底的對卷式系統(tǒng)，該裝置設置為可在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動。本實施例具有該裝置的一般優(yōu)點，即可以省略掉在前驅體注入頭的周圍的用以在其中形成真空的封閉殼體，以及可選地還可省略掉用以使襯底進入該封閉殼體而不破壞其中的真空的負載鎖。優(yōu)選地，該對卷式系統(tǒng)形成了定位系統(tǒng)。優(yōu)選地，前驅體注入頭具有凸起部分，其中在使用中氣體支承層形成在凸起部分和襯底和/或襯底架的襯底支撐面之間。優(yōu)選地，凸起部分之一的寬度在1到30毫米的范圍中。在一個實施例中，在襯底表面之外的平面中測量，氣體支承層的厚度小于沉積空間的厚度。在一個實施例中，氣體支承層的厚度在3到15微米的范圍中，和/或沉積空間的在襯底平面之外的厚度在3到100微米的范圍中。優(yōu)選地，前驅體供給源由具有波浪形狀的縫隙形成。在一個實施例中，襯底為脆性的或柔性的襯底。在一個實施例中，在使用中襯底并不支撐在前驅體注入頭的附近。在一個實施例中，裝置設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供等離子體，以使前驅體和反應劑氣體反應、如氧化，以在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層。根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于在襯底表面上進行原子層沉積的裝置， 該裝置包括前驅體注入頭，該前驅體注入頭包括前驅體供給源以及在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定的沉積空間，前驅體注入頭設置為用于將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間中以與襯底表面接觸，該裝置設置為可在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動，前驅體供給源由具有波浪形狀的縫隙形成。此形狀允許襯底表面上的壓力分布的優(yōu)化。此優(yōu)化對于脆性或柔性的襯底來說是重要的，特別是在此襯底沒有被支撐在前驅體注入頭的附近時。例如，通過使用波浪狀縫隙，可阻止在柔性襯底上的會促使柔性襯底按其固有模式變形的壓力模式。因此，使用直的縫隙會更容易導致柔性襯底中的變形。可以清楚，根據本發(fā)明的第二方面的裝置可與上文或下文中描述的一個或多個實施例相結合。本發(fā)明還提供了一種使用包括前驅體注入頭的裝置在襯底表面上進行原子層沉積的方法，該前驅體注入頭包括前驅體供給源和沉積空間，其中沉積空間在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定，所述方法包括步驟a)將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間中以與襯底表面接觸；b)在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中建立相對運動；以及c)將所注入的前驅體氣體限制在襯底表面附近的沉積空間中，以提供在使用中由驅體注入器頭和襯底表面來界定的沉積空間。本方法導致了前驅體氣體的相對有效的使用。在一個實施例中，該裝置包括反應空間，該方法包括步驟d)在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供反應劑氣體、等離子體、激光致輻射和紫外線中的至少一個，以使前驅體氣體與反應劑氣體反應，以在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層。這樣，通過使用該裝置就可以可控的方式形成原子層。在一個實施例中，該方法包括在前驅體注入頭和襯底表面之間的間隙中提供氣體支承層。這能夠達到在前驅體注入頭和襯底表面之間的相對小的、例如小于15微米的間隙。下面將參考附圖并以非限制性的方式來對本發(fā)明進行描述，其中圖IA顯示了根據本發(fā)明的第一實施例中的用于在襯底表面進行原子層沉積的裝置；圖IB顯示了前驅體注入頭的在使用中朝向襯底表面的側面的例子；圖IC和ID顯示了用于前驅體供給縫隙和前驅體排放縫隙的波浪形狀的例子；圖2顯示了前驅體注入頭的在使用中朝向襯底表面的側面；圖3顯示了根據本發(fā)明的第三實施例中的裝置；圖4顯示了根據本發(fā)明裝置的第四實施例中的前驅體注入頭；圖5顯示了根據本發(fā)明的第五實施例中的裝置；圖6顯示了根據本發(fā)明的第六實施例中的裝置；圖7顯示了根據本發(fā)明的第七實施例中的裝置；圖8A以穿過前驅體注入頭的透視圖的方式顯示了靠近前驅體注入頭的在使用中朝向襯底表面的側面的前驅體注入頭；圖8B顯示了前驅體注入頭的橫截面圖；圖8C顯示了根據本發(fā)明的第九實施例中的前驅體注入頭；圖9A顯示了襯底和前驅體注入頭之間的相對平動運動；圖9B顯示了襯底相對于前驅體注入器的旋轉運動；圖9C顯示了多個襯底相對于多個前驅體注入頭的組合式轉動-平動運動；和

圖10顯示了根據本發(fā)明的第五實施例中的裝置。除非另有說明，在所有的圖中相同的附圖標記涉及相似的部件。圖IA顯示了根據本發(fā)明的第一實施例中的裝置2，其用于在襯底6的表面4上進行原子層沉積。表面4可包括槽8，特別是在襯底6用于制備DRAM芯片的情況下，然而該槽也可以不存在。槽8例如具有5到15微米之間的深度，以及100到300納米之間、例如 200nm的寬度。槽密度可典型地為每平方米IO12個槽。通過槽可達到典型地在5到10范圍內的表面倍增因數。襯底6例如可為由硅或其它半導體材料制成的半導體襯底。裝置2 包括前驅體注入頭10。前驅體注入頭10包括前驅體供給源12和沉積空間14。沉積空間 14在使用中由前驅體注入頭10和襯底表面4來界定。前驅體注入頭10設置為將前驅體氣體從前驅體供給源12注入到沉積空間14中， 以與襯底表面4接觸。前驅體氣體例如可包括氯化鉿(HfCl4),但也可包括另一種類型的前驅體材料，例如四_(乙基-甲基氨基)鉿或三甲基鋁(Al (CH3)3)?？蓪⑶膀岓w氣體與載氣、例如氮氣或氬氣一起注入。前驅體氣體在載氣中的濃度可典型地在0. 01到體積的范圍中。在使用中，沉積空間14中的前驅體氣體壓力可典型地在0. 1到1毫巴的范圍中， 但是也可接近大氣壓，或甚至明顯高于大氣壓。前驅體注入頭可具有加熱器，用于在沉積空間14中建立高溫，例如接近220°C。裝置2設置為可在沉積空間14和襯底6之間在襯底表面4的平面中提供相對運動。裝置2可設置為可在前驅體供給源12和襯底6之間在襯底表面4的平面中提供相對運動。對于在襯底表面的平面中的相對運動來說，所述裝置通?？砂ǘㄎ幌到y(tǒng)，其設置為以平動和/或轉動的形式相對于沉積空間或襯底中的另一個來移動沉積空間和襯底中的至少一個。圖9A、9B、9C和/或10顯示了定位系統(tǒng)的例子和襯底平面中的相對運動的多個例子。在第一實施例中，在使用中前驅體注入頭10在襯底表面4的平面中基本不動，而定位系統(tǒng)設置為按箭頭15所示方向移動襯底6。為了施加堆疊的層，定位系統(tǒng)設置為沿與箭頭15相反的方向移回襯底6。然而顯然的是，在其它實施例中該裝置可以沒有定位系統(tǒng)。—般來說，定位系統(tǒng)可包括用于襯底6的襯底架16，其設置為用來支撐襯底6。如圖IA所示，襯底架16可與襯底一起移動。在這種情況中，定位系統(tǒng)可設置為相對于前驅體供給源12和襯底架16中的另一個來移動前驅體供給源12和襯底架16中的至少一個。在第一實施例中，襯底架16可具有凹陷18以裝載襯底6。襯底架16的襯底支撐面20可在幾微米的范圍內與襯底表面4齊平。作為替代，襯底表面4可相對于襯底支撐面20下凹。第一實施例中的裝置2具有限制結構，其設置為將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面4相鄰的沉積空間14中。在使用中，前驅體氣體不會穿過沿著襯底表面4和襯底支撐面20的虛擬面21。限制結構可由沿外部流動路徑的前驅體氣體的流動障礙來形成。 在本例中，外部流動路徑由箭頭22表示。外部流動路徑22設置成在使用中在前驅體注入頭10和襯底表面4之間與例如位于沉積空間14之外和/或前驅體注入頭10之外的外部環(huán)境M相通。作為替代或附加，外部流動路徑22設置成在使用中處在前驅體注入頭10和從襯底表面4中沿襯底表面4的平面伸出的襯底支撐面20之間。在該例中，流動障礙由前驅體注入頭10和襯底表面4之間的流動間隙沈形成。作為替代或附加，流動障礙由前驅體注入頭10和從襯底表面4中沿襯底表面4的平面伸出的襯底支撐面20形成。這樣，例如在沉積空間14的填充期間或穩(wěn)態(tài)操作期間，與通過前驅體供給源12所注入的前驅體氣體的體積流速相比，前驅體氣體沿外部流動路徑22的體積流速顯著地被阻擋。以這種方式達到的沉積空間14中的前驅體氣體壓力提高了前驅體氣體在襯底表面上的沉積速度。盡管這形成了一般性的優(yōu)點，但是其對于在槽8中的原子層沉積來說特別有價值，這是因為在該槽中的沉積比在完全平坦的襯底上的沉積需要更多的時間。沿著外部流動路徑的流動間隙沈的厚度和長度可適合于與所注入的前驅體氣體的體積流速相比顯著地阻擋前驅體氣體沿外部流動路徑22的體積流速。流動間隙的典型厚度在3到50微米的范圍中，優(yōu)選為小于15微米。在使用中，沉積空間14在襯底表面4的平面中具有狹長的形狀。這意味著沉積空間14在橫向于襯底表面方向上的延伸程度顯著小于、例如至少10倍或至少100倍地小于沉積空間14在襯底表面的平面中的延伸程度。在使用中，裝置的沉積空間可由在襯底表面 4和前驅體注入頭10之間的沉積間隙觀形成。優(yōu)選地，沉積間隙具有小于50微米、更優(yōu)選地小于15微米的最小厚度?？赏ㄟ^另外參考圖4-8來說明的氣體支承層的形成來達到流動間隙和/或沉積間隙的這些值。通常在使用中，沉積空間14在相對運動方向(在第一實施例中由箭頭15所示)上沿襯底表面的尺寸明顯小于襯底表面4沿相對運動方向在襯底表面4的平面中的尺寸。 沉積空間的尺寸例如可至少二倍、五倍和/或十倍地小于襯底的尺寸。這能使前驅體氣體沉積在襯底表面上的分開的區(qū)域上。在第一實施例中的裝置2中，前驅體注入頭10還包括前驅體排放管道30，在此例中為兩個前驅體排放管道30。前驅體注入頭10可設置為用于將前驅體氣體從前驅體供給源12經沉積空間14注入到前驅體排放管道30中。該裝置可具有由箭頭32所示的源自前驅體排放管道的排放流動路徑，在此例中為兩個排放流動路徑32。在使用中，流動障礙沈和沿著排放流動路徑32的流動阻力和/或氣體壓力設置為與前驅體氣體沿著外部流動路徑22的體積流速相比顯著地促進前驅體氣體沿著排放流動路徑32的體積流速。前驅體排放管道的一般性優(yōu)點為，其可用于收集未使用的前驅體氣體以供重新使用。此外，前驅體排放管道的存在能夠更好地控制前驅體氣體流出沉積空間14。在使用中，前驅體氣體沿著外部流動路徑22的體積流速的典型值可在500到3000sCCm(標準立方厘米每分鐘)的范圍中?！銇碚f，裝置2可設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面4的至少一部分上之后在反應空間36中提供反應劑氣體、等離子體、激光致輻射和紫外輻射中的至少一個，以便使前驅體發(fā)生反應。這樣例如就可實現等離子增強的原子層沉積。等離子增強的原子層沉積特別適用于沉積高質量的低_k氧化鋁(Al2O3)層，例如用于制造半導體產品如芯片和太陽能電池。反應劑氣體例如包括氧化劑氣體，比如氧氣(O2)、臭氧(O3)和/或水(H2O)。在反應后可在襯底表面4的至少一部分上獲得原子層37。在第一實施例中，前驅體注入頭10具有反應劑供給源38。前驅體注入頭10可設置為將反應劑氣體從反應劑供給源38注入到反應空間36中以與襯底表面4接觸。此外，前驅體注入頭10還包括反應劑排放管道40，在該例中為兩個反應劑排放管道40。前驅體注入頭10可設置為將前驅體氣體從反應劑供給源38經反應空間36注入到反應劑排放管道40。這樣描述的前驅體注入頭10形成了原子層沉積頭41或其一部分的例子。在該例子中，原子層沉積頭包括前驅體供給源12、反應劑供給源38、沉積空間14和反應空間36。 裝置2可包括該原子層沉積頭41，并可設置為在原子層沉積頭41和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動。圖IB顯示了前驅體注入頭10的在使用中朝向襯底表面4的側面(在圖IA中由附圖標記42指示)的例子。圖IB顯示了前驅體供給源12、前驅體排放管道30、反應劑供給源38和反應劑排放管道40。在該例中，前驅體供給源12和前驅體排放管道30由縱向狹縫形成，其分別為前驅體供給縫隙12和前驅體排放縫隙30的例子。作為替代，前驅體供給縫隙12和前驅體排放縫隙30也可具有可能互連的孔的陣列的形式。類似地，在該例中前驅體排放管道30和反應劑排放管道40由縱向狹縫形成。在原子層沉積工藝的例子中可區(qū)分出不同的階段。在第一階段中，襯底表面暴露在前驅體氣體如四氯化鉿中。如果襯底表面4由前驅體分子完全占據，通常就停止前驅體氣體的沉積。在第二階段中使用吹掃氣體求吹掃沉積空間14，和/或使用真空來排凈沉積空間14。這樣便可除去過量的前驅體分子。吹掃氣體優(yōu)選相對于前驅體氣體呈惰性。在第三階段中，前驅體分子暴露在反應劑氣體中，例如氧化劑如水蒸氣(H2O)。通過反應劑與所沉積的前驅體分子的反應形成了原子層，例如氧化鉿(HfO2)。該材料可在新一代晶體管中用作柵氧化層。在第四階段中，吹掃反應空間36以除去過量的反應劑分子。第一實施例中的裝置2設置為執(zhí)行第一和第三階段。一般來說可以清楚，由于采用分開的空間用于沉積和反應，它們可在裝置的使用期間保持充滿，例如當多個襯底具有原子層或當在一個或多個襯底上沉積多個原子層時。這樣，與一個小室形成沉積空間和反應空間這兩者的情況相比，可以更精確地設定諸如溫度、前驅體氣體壓力和/或表面暴露在前驅體氣體中的時間的條件?？梢詼p小前驅體氣體壓力的瞬時發(fā)生。此外，可以省略掉對沉積空間的吹掃以用反應劑氣體置換前驅體氣體。這顯著提高了原子層沉積工藝的速度。圖IB顯示了具有相當直的形狀的前驅體供給縫隙12和前驅體排放縫隙30。然而應清楚的是，一般來說，作為這些相當直的形狀的替代或附加，這些縫隙和其它縫隙中的一個或多個可具有波浪狀的形狀。圖IC和ID顯示了用于前驅體供給縫隙12和前驅體排放縫隙30的波浪形狀的例子。這些變體使得襯底表面4上的壓力分布優(yōu)化。此優(yōu)化對于易碎或柔性的襯底、特別是如果沒有將這種襯底支撐在前驅體注入頭10的附近來說是重要的。圖2顯示了在相據本發(fā)明裝置的第二實施例中的前驅體注入頭10的在使用中朝向襯底表面4的側面42。在該第二實施例中，前驅體注入頭10具有前驅體供給源12、前驅體排放管道30、反應劑供給源38和反應劑排放管道40。此外，第二實施例中的前驅體注入頭10具有至少一個、在該例中為N+3個額外的前驅體供給源44。在此N+3個額外的前驅體供給源中，在圖2中繪出了三個額外的前驅體供給源，而N個額外的前驅體供給源由雙向箭頭45指示。該額外的前驅體供給源44與前驅體供給源12相似。N可等于包括0在內的任何整數，例如1、5、10或50。類似地，前驅體注入頭10可具有至少一個額外的前驅體排放管道46和/或至少一個額外的沉積空間，它們分別與前驅體排放管道12和/或沉積空間14 相似。一般來說，具有至少一個額外的前驅體供給源、至少一個額外的前驅體排放管道和/或至少一個額外的沉積空間(分別與前驅體供給源、前驅體排放管道和/或沉積空間相似)的前驅體注入頭提供了沉積至少兩個原子層而不必改變在沉積空間和襯底之間的在襯底表面的平面中的相對運動的方向的可能性。此外，對于平動和轉動來說，該至少一個額外的前驅體供給源與可能的至少一個額外的前驅體排放管道和至少一個額外的沉積空間提高了使用裝置來進行原子層的圖案化沉積的可能性。例如，可將不同的前驅體材料按一定圖案施加在襯底表面的平面中或襯底表面的平面之外。后一種情況例如涉及多種不同組成的堆疊單層。圖3顯示了根據本發(fā)明的第三實施例中的裝置2。在此實施例中，流動障礙由外部流動路徑22中的限制氣體幕48形成。在此例中，限制氣體幕由流出限制氣體供給源50的氣體構成，并且通過限制氣體排放管道52排放，其中限制氣體供給源50位于限制氣體排放管道52之間。作為替代，可采用僅僅一個限制氣體排放管道52與限制氣體供給源50 —起工作。限制氣體幕的流向由箭頭53示出。作為氣體幕的替代或附加，流動障礙可由限制氣體壓力來提供。限制氣體壓力可由限制氣體幕提供，但是也可由被迫使在沉積空間14的方向上沿著流動間隙26流動的氣體提供?？傊?，裝置2設置為可相對于前驅體供給源12中的總氣體壓力來調節(jié)限制氣體供給源50中的限制氣體壓力，例如將這些壓力設置為彼此相等。那樣，可顯著地阻止前驅體氣體經由限制氣體排放管道52的排放。總氣體壓力可通過前驅體氣體壓力和載氣壓力來形成。
通過在限制氣體幕48中供給緩沖氣體如氮氣(N2)，圖3所示裝置2便設置為可在沉積空間14的附近提供緩沖氣體幕，其中緩沖氣體優(yōu)選相對于前驅體氣體是基本上惰性的。緩沖氣體幕48的流速大小、流向和位置設置為能顯著地阻止前驅體氣體與除緩沖氣體之外的其它氣體相混合。因此，限制氣體幕在沉積空間14和反應空間36之間形成了緩沖空間討。然而在沉積空間14和反應空間36之間也可以沒有此緩沖功能，并且氣體幕48可僅有對前驅體氣體的限制作用。特別是在反應通過其它方式而非通過使用反應劑氣體、例如通過使用激光致輻射和/或紫外輻射而發(fā)生的情況下，這具有重要意義。一般來說，通過應用限制氣體幕和/或緩沖氣體幕，可除去過量的前驅體氣體和/ 或反應劑氣體。圖4顯示了根據本發(fā)明的裝置2的第四實施例中的前驅體注入頭10。該第四實施例構成了裝置2的一種基礎變體。在此變體中的前驅體注入頭10包括前驅體供給源12和沉積空間14。流動障礙和限制結構可由流動間隙沈形成。流動間隙沈的厚度D典型地等于10微米。從前驅體供給源到外部環(huán)境M的長度L1典型地可在1到10毫米的范圍中。第四實施例中的裝置2還設置為能在前驅體注入頭10和襯底6之間在襯底表面 4之外的平面中、例如橫向于襯底表面4地提供相對運動。在使用中，在襯底表面之外的平面中的相對運動可取決于襯底表面4和前驅體注入頭10之間、和/或前驅體注入頭10和與襯底6機械式相連的襯底架16之間的氣體的壓力，因此氣體形成了氣體支承層55。襯底架16可例如通過輕度真空或重力與襯底6機械式相連。前驅體注入頭10可包括用于將氣體注入到前驅體注入頭和襯底表面之間的氣體注入器，因此氣體形成了氣體支承層55。在此實施例中，氣體注入器包括前驅體供給源12。 在此例中，支承氣體由前驅體氣體和載氣形成。一般來說，此氣體支承層55適于達到小于 50微米、優(yōu)選小于15微米的流動間隙沈的厚度D值。在使用中通過氣體支承層或其它方式獲得的最小厚度小于15微米的流動間隙使得能形成用于前驅體氣體的良好限制結構。 通常由于氣體支承層的存在，前驅體注入頭10可在橫向于襯底表面4的方向上浮動。一般來說，氣體支承層55具有令人驚訝的效果，即可將所注入的前驅體氣體基本上限制在沉積空間中，而不需要用于前驅體氣體的由從前驅體注入頭的側面42沿橫向于該側面42的方向延伸的壁而形成的隔室。盡管不是必要的，但是此壁也可存在于前驅體注入頭10中。然而應注意的是，此壁是有缺點的，因為它們增加了需要被注入以填充沉積空間的前驅體氣體的量。此外，該壁阻礙了側面42的其余部分緊密地靠近襯底表面4，例如在 50微米的距離內，因此阻礙了氣體支承層的形成。在W02007/U6585中得知了具有這種壁的裝置的例子，其中該裝置還缺乏在使用中用于將前驅體氣體限制在鄰近襯底表面的沉積空間中的設置。圖5顯示了根據本發(fā)明的第五實施例中的裝置2，其具有前驅體注入頭10。在此實施例中，前驅體注入頭10包括前驅體供給源12、前驅體排放管道30和沉積空間14。所注入的前驅體氣體部分地沿排放流動路徑32的流動由箭頭56示出。前驅體注入頭10還可包括用于形成氣體支承層陽的氣體注入器，在本例中為支承氣體注入器。支承氣體注入器可與前驅體供給源12分開，并可設有支承氣體供給源57，在本例中為兩個支承氣體供給源57。在本例中，支承氣體在使用中流向外部環(huán)境M，或流向并經過前驅體排放管道30。 支承氣體的流動由箭頭59示出。
一般來說，在使用中通過氣體支承層55中的支承氣體施加在前驅體注入頭10的側面42上的作用力的反作用力可通過前驅體注入頭10的重量來提供。然而，該裝置可設置為在使用中在橫向于側面42的方向上給前驅體注入頭10施加額外的作用力。該額外的作用力可指向襯底表面。在此情況下，該額外的作用力形成了氣體支承層上的預應力。作為替代，此額外的作用力可離開襯底表面地指向?？墒褂美缤ㄟ^彈性元件如彈簧與前驅體注入頭10機械式連接的框架來施加該額外的作用力。前驅體注入頭10可具有凸起部分60。例如，在使用中氣體支承層形成在凸起部分 60和襯底6和/或襯底架16的襯底支撐面20之間。前驅體排放管道30之間的距離C1典型地可在1到10毫米的范圍中，其也是沉積空間14在襯底6的平面中的典型長度。由D1 示出的氣體支承層的典型厚度可在3到15微米的范圍中。凸起部分60的典型寬度C2可在 1到30毫米的范圍中。沉積空間14在襯底6的平面之外的典型厚度D2可在3到100微米的范圍中。所有這些都認為是有效率的值。此效率例如源自將沉積空間的厚度D2設置為與氣體支承層的厚度D1F同的可能性。這能夠實現更有效的工藝設置。結果，例如從供給源 12注入到沉積空間14的前驅體的體積流速比氣體支承層中的支承氣體的體積流速更高， 同時注入前驅體氣體所需的壓力比將支承氣體注入到氣體支承層中所需的壓力更低。因此可以理解，如圖5、6和7清楚地示出，沿襯底表面之外的平面中測量，氣體支承層的厚度D1 一般小于沉積空間14的厚度D2。更一般地，考慮到此效率，發(fā)明人認識到歸因于在具有通道厚度D。、長度L和寬度 W的通道中流動的層流氣體(具有密度P和粘度μ)而產生的壓降Δρ由下式給出
權利要求
1.用于在襯底的表面上進行原子層沉積的裝置，該裝置包括前驅體注入頭，所述前驅體注入頭包括前驅體供給源以及在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定的沉積空間， 其中所述前驅體注入頭設置為將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間中以與襯底表面接觸，所述裝置設置為能在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平面中提供相對運動， 并且所述裝置具有設置為將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中的限制結構。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還設置為能在前驅體注入頭和襯底之間在襯底表面之外的平面中提供相對運動，所述前驅體注入頭還包括用于在前驅體注入頭和襯底表面之間注入氣體的氣體注入器，所述氣體因而形成了氣體支承層，其中所述氣體注入器由用于形成氣體支承層的支承氣體注入器形成，所述支承氣體注入器與前驅體供給源相分離。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置設置為在所述前驅體注入頭上施加指向襯底表面的預應力，其中所述氣體注入器設置為通過控制氣體支承層中的壓力來抵消所述預應力。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述限制結構由沿著外部流動路徑的前驅體氣體的流動障礙形成，所述外部流動路徑設置成在使用中處于前驅體注入頭和襯底表面之間且通向外部環(huán)境，以便與所注入的前驅體氣體的體積流速相比顯著地阻止前驅體氣體沿所述外部流動路徑的體積流速。
5.根據權利要求2和4所述的裝置，其特征在于，所述氣體支承層形成了所述流動障礙。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述流動障礙由所述外部流動路徑中的限制氣體幕和/或限制氣體壓力形成。
7.根據權利要求4-6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述流動障礙由前驅體注入頭和襯底表面之間的、和/或前驅體注入頭和從襯底表面中沿襯底表面的平面延伸出的表面之間的流動間隙形成，其中所述流動間隙沿外部流動路徑的厚度和長度適于與所注入的前驅體氣體的體積流速相比顯著地阻止前驅體氣體沿著外部流動路徑的體積流速。
8.根據權利要求2-7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述前驅體注入頭具有凸起部分，其中在使用中所述氣體支承層形成在凸起部分和襯底和/或襯底架的襯底支撐面之間。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，當沿襯底表面之外的平面進行測量時，氣體支承層的厚度小于沉積空間的厚度。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，氣體支承層的厚度在3到15微米的范圍，和/或沉積空間在襯底平面之外的厚度在3到100微米的范圍中。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的裝置，其特征在于，前驅體供給源由具有波浪狀的縫隙形成。
12.根據權利要求1-11中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置設置為在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供等離子體，以使前驅體與反應劑氣體發(fā)生反應、例如氧化，從而在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層。
13.一種使用包括前驅體注入頭的裝置在襯底表面上進行原子層沉積的方法，所述前驅體注入頭包括前驅體供給源和沉積空間，其中所述沉積空間在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定，該方法包括以下步驟a)將前驅體氣體從前驅體供給源注入到沉積空間中以與襯底表面接觸；b)在沉積空間和襯底之間在襯底表面的平中建立相對運動；和c)將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面相鄰的沉積空間中，以提供在使用中由前驅體注入頭和襯底表面來界定的沉積空間。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述裝置包括反應空間，所述方法包括以下步驟d)在前驅體氣體沉積在襯底表面的至少一部分上之后在反應空間中提供反應劑氣體、 等離子體、激光致輻射和紫外輻射中的至少一個，用于使前驅體與反應劑氣體反應，以在襯底表面的該至少一部分上獲得原子層。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特征在于，包括在前驅體注入頭和襯底表面之間的間隙中提供氣體支承層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在襯底(6)的表面(4)上進行原子層沉積的裝置(2)。該裝置(2)包括前驅體注入頭(10)，該前驅體注入頭(10)包括前驅體供給源(12)和在使用中由前驅體注入頭(10)和襯底表面(1)來界定的沉積空間(14)。前驅體注入頭(10)設置為可將前驅體氣體從前驅體供給源(12)注入到沉積空間(14)中以與襯底表面(4)接觸。該裝置(2)設置為可在沉積空間(14)和襯底(6)之間在襯底表面(4)的平面中提供相對運動。該裝置(2)具有限制結構(26)，其設置為可將所注入的前驅體氣體限制在與襯底表面(4)相鄰的沉積空間(14)中。
文檔編號C23C16/455GK102197157SQ200980142914
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權日2008年8月27日
發(fā)明者卡羅勒斯·艾達·瑪麗亞·安東尼烏斯·斯佩, 安東尼·埃勒特·杜伊斯特溫克爾, 迪德瑞克·簡·馬斯, 阿克賽爾·塞巴斯蒂安·萊克斯蒙德, 阿德里亞努斯·約翰內斯·柏圖斯·瑪麗亞·維梅爾, 鮑勃·凡·索美倫 申請人:荷蘭應用自然科學研究組織Tno