汽相沉積系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽相沉積系統(tǒng)，具體地，涉及一種化學束薄膜沉積設(shè)備及薄膜沉積的方法。本發(fā)明提供了一種用于對多種種類進行真空沉積的噴嘴，所述噴嘴被分成多個四分部，每個四分部包含至少一個用于所述種類的出口，所述四分部中的每一個定義位于下方的隔間的壁，該隔間包含至少一個種類，其中兩個相鄰的隔間包含不同種類。
【專利說明】汽相沉積系統(tǒng)
[0001] 本申請是申請日為2009年10月8日、申請?zhí)枮?00980140045. 6、發(fā)明名稱為"汽 相沉積系統(tǒng)"的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及在真空條件下運行的薄膜汽相沉積系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003] 目前，小型化和新材料特性的開發(fā)是現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)模式的主要瓶頸，而作為突 破上述瓶頸的途徑，薄膜沉積是眾多快速發(fā)展的領(lǐng)域之一。微電子領(lǐng)域的應(yīng)用和設(shè)備是最 廣為人知的例子，但越來越多的基于同樣原理的應(yīng)用被應(yīng)用到其他領(lǐng)域，例如：集成光學、 光電、膜分離、催化表面、或生物相容且相互表面，此處僅列舉了一些實例。對于這些領(lǐng)域來 說，不管是新興的還是存在很久的，需要越來越復雜的材料以滿足所需設(shè)備的規(guī)格。通過控 制材料化學成分和/或其在微級或亞微級的結(jié)構(gòu)、以及設(shè)備的整體構(gòu)造來調(diào)整這些材料的 性質(zhì)的可能性處于雛形階段，而且仍未達到真正驚人的潛在可能性。
[0004] 化學束沉積技術(shù)[42](化學束外延CBE，有機金屬分子束外延Μ0ΜΒΕ，和氣態(tài)源分 子束外延GSMBE)是各種汽相薄膜沉積技術(shù)。其源于MBE (分子束外延）和CVD (化學汽相 沉積）的出現(xiàn)。這些技術(shù)從MBE吸納了視線軌跡和超高真空（UHV)中逸出分子的定向束性 質(zhì)，并從CVD中吸納了在基板上的前體化學分解法。
[0005] 于1980-1990發(fā)展起來的這些技術(shù)[27,43]集中于其主要在III-V半導體薄膜 [15,18, 29,1，25]上的成因，并顯示出父代技術(shù)的若干優(yōu)勢，例如高薄膜質(zhì)量、高生長率 (每小時數(shù)μπι)、高重現(xiàn)性、高沉積均勻性（百分之幾）、前體的有效利用以及可沉積為四 元素膜[1，28, 24]。
[0006] 針對多晶片系統(tǒng)[3, 28, 20, 24]和單晶片系統(tǒng)[14]提出了一些設(shè)計。一般來說， 僅使用幾個蒸發(fā)源，并且需要基板旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)沉積均勻性。化學束沉積技術(shù)的優(yōu)勢在于：前 體分子經(jīng)歷從隙流源到基板的視線軌跡，這使得容易計算基板上的流型。
[0007] 但是，即使多毛細管氣源（高于余弦流）的方案已被廣泛的研究[7,23,4，13]， 在優(yōu)化源的方面做了很少的工作，即在一些準備工作[7,33,34,23]中的基板上的前體流 均勻性和發(fā)出的前體到達基板的比率方面。在毛細管陣列的替代中，已經(jīng)提出了與理想孔 相似且像Knudsen源（每個立體角[37]全方向的余弦隙途）的小孔的分布、或低于余弦 (sub-cosine)的發(fā)射體[5,6](參見圖1)。為了確?；迳系膯蝹€前體的流量的均勻性， 源的一種有趣的配置是為了將相同的小孔布置在環(huán)上(見圖2)。這種配置（已經(jīng)出現(xiàn)在文 獻[23])在均勻性或前體使用效率（如果源N的數(shù)量足夠大）方面等同于旋轉(zhuǎn)基板[10]。
[0008] 分布在預(yù)備室的頂面上的理想小孔的同心圓將僅由預(yù)備室壓力控制的流平均化， 該壓力由單個測量儀測量，由此避免基板旋轉(zhuǎn)，同心圓還具有中心孔，以允許束粒子通過， 這種技術(shù)也已經(jīng)被提出[5]。這種已獲得專利的方案用于在生長時達到與粒子束輻射的兼 容性。根據(jù)Ben Venuti[5]的表明隙流源原理的方案在里1中示出，反應(yīng)器的基本形狀在里 2中示出。
[0009] 上述發(fā)明的反應(yīng)器可表示允許基板利用束（通常是激光束或電子束）輻射的容 器。由于基板未被旋轉(zhuǎn)，直接寫入或光罩投影圖像可被輕易地實現(xiàn)，以通過粒子束輻射局部 地誘發(fā)膜生長變化?？蛇x地，可以輻射整個基板以利用粒子束輻射誘發(fā)均一的優(yōu)勢。
[0010] 計算基板上前體分子碰撞率分布的基本數(shù)學方程可在文獻[17,16,4, 37,11，40， 41，12]中找到或從中導出。我們提出了改進的方程并將其用于計算從單個源到基板上的任 何點的表面流，該方程如下（根據(jù)盟！中的標記）：

【權(quán)利要求】
1. 一種化學束薄膜沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備利用化學前體分子的視線傳播在高 真空或超高真空條件下操作，該化學束薄膜沉積設(shè)備具有多個前體隙流源和位于前體隙流 源中的多個相同或不同的前體； 該化學束薄膜沉積設(shè)備使用束陰影效應(yīng)以準確并可預(yù)測的方式改變前體分子在基板 上的碰撞率分布，從而獲得厚度的梯度或局部圖形、化學沉積或微米或納米級的材料特性 并獲得薄膜的直接的3D圖形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述薄膜中的3D圖形能夠通過部分遮擋 一些部分的噴射前體分子到基板上獲得，其中化學前體分解以提供薄膜增長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述薄膜中的3D圖形也能夠通過控制相 同或不同元素種類的不同化學前體的流動疊加獲得，以提升、阻止或調(diào)整選定的化學前體， 導致不同化學元素比或改變前體的分解的可能性，其中通過前體提供多達總生長抑制程度 的相對流的調(diào)制，另一前體的活性能量改變，使得溝道或空腔中的沉積自圖案化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備能夠在不同前體在 基板上流動的過程中快速調(diào)整，打開或關(guān)斷隙流源并使用來自不同源的陰影效應(yīng)產(chǎn)生沿生 長方向的梯度，甚至可以不移動基板，以疊加不同性質(zhì)的不同層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備能夠利用粒子束或光束控制可 用于基板上的能量的局部調(diào)整，從而提高局部選擇的或調(diào)整的前體分解。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備能夠控制分子種類和粒子數(shù)在 基板上的碰撞率分布，并可能地降低或完全避免氣相分子/粒子的相互作用，這些相互作 用導致不良的可預(yù)測和可控制的效果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，多個前體隙流源位于與基板平面平行且 相距一定距離的源平面上，所述源分布在同心環(huán)上，其旋轉(zhuǎn)軸是基板的旋轉(zhuǎn)軸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述化學束薄膜沉積設(shè)備在表面上提供 宏分級流（不由額外的陰影效應(yīng)獲得），以將薄膜性質(zhì)調(diào)整為在單次沉積表面中的位置的 函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)定的制約化學前體流可用于避免以給 定的方向沉積在表面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，單個步驟中的3D嵌入式結(jié)構(gòu)的沉積避免 了第二步圖形化和后續(xù)層的相繼共形沉積。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備能夠利用汽相沉積技術(shù)以受控且 可再現(xiàn)的雙重或三重薄膜或更復雜的材料/薄膜的方式，最終在粒子束的輔助下實現(xiàn)薄膜 沉積/蝕刻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備進一步包括特別設(shè)計的冷卻面 板，其確保隙透的前體分子可僅被氣源發(fā)出或被基板反向散射。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，前體隙流源具有擋板，其允許突然停止 化學前體的隙透，所述擋板與粒子束輻射兼容，而且也使化學前體束產(chǎn)生脈動和實現(xiàn)暫時 受控的分布，所述擋板也允許暫時的改變強度和/或分布，擋板按如下方式建立：其被冷卻 以避免或至少盡可能地降低從其表面直接重新將分子發(fā)射到基板上或發(fā)射到預(yù)備室表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還具有原位監(jiān)測裝置，所述原位監(jiān)測裝 置需要超高真空（UHV)條件以在生長時通過掃描沉積區(qū)域來測量薄膜材料性質(zhì)的變化、和 /或結(jié)構(gòu)、和/或晶相、和/或形態(tài)，原位監(jiān)測裝置能夠借由在隙流源上有一個主中心孔或若 干小孔安裝。
15. -種使用權(quán)利要求1-14中任一項所述的設(shè)備進行薄膜沉積的方法。
【文檔編號】C23C16/48GK104328391SQ201410352919
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2009年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月8日
【發(fā)明者】G·本韋努蒂, E·阿拉里瓦格納, C·派特 申請人:Abcd技術(shù)有限公司