專利名稱：：Ald裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及原子層沉積(“ALD”)領(lǐng)域，特別地講，涉及用于以高產(chǎn)量和低成本實施ALD的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)體裝置和其他許多實用裝置的制作過程中，通常需要進行薄膜沉積。眾所周知的化學氣相沉積(“CVD”)技術(shù)通過使用在反應(yīng)室中起反應(yīng)的化學活性分子在基板上沉積出預(yù)期的膜?？捎糜贑VD應(yīng)用場合的分子前體包括即將沉積出的膜的元素(原子)成分和典型附加元素。CVD前體是實際上能夠以氣相形式傳輸以在基板上發(fā)生反應(yīng)的揮發(fā)性分子。傳統(tǒng)的CVD在現(xiàn)有技術(shù)中通過多種技術(shù)實施。預(yù)期的薄膜特性和低成本的操作參數(shù)會影響到裝置、前體成分、壓力范圍、溫度和其他變量的選擇。有許多不同的裝置和方法已經(jīng)得到了成功地實現(xiàn)。絕大部分的CVD技術(shù)的共同之處是使一種或多種分子前體以可被良好控制的流量進入CVD反應(yīng)器中?；逶诹己每刂频膲毫l件下被保持在良好控制的溫度下，以促進分子前體之間的化學反應(yīng)同時又能高效率地解吸副產(chǎn)物。所述化學反應(yīng)可繼續(xù)進行，從而可沉積出具有預(yù)期膜厚的預(yù)期薄膜。最佳的CVD性能與在整個處理過程中實現(xiàn)和保持流量、溫度和壓力的穩(wěn)態(tài)條件的能力直接相關(guān)，所述穩(wěn)態(tài)條件就是在所述處理過程中，不可避免的瞬變可得到抑制或最小化。CVD已經(jīng)可以提供具有可重復(fù)厚度和極好質(zhì)量的均勻和形狀順應(yīng)涂層。然而，隨著集成電路裝置中的元件密度的增大和元件幾何形狀變得更為復(fù)雜，對具有優(yōu)良的形狀順應(yīng)涂層特性的薄膜的需要已經(jīng)受到了傳統(tǒng)CVD技術(shù)的限制，因此需要采用新技術(shù)。作為CVD的新出現(xiàn)的改型，原子層沉積(“ALD”)可為高級薄膜沉積提供良好的厚度控制和形狀順應(yīng)性。ALD通過將傳統(tǒng)的薄膜沉積過程分成可自行終止的單原子層沉積步驟實施，并且可在進行至或超過自行終止暴露時間時精確地沉積出一層原子層。一層原子層通常等于單分子層的大約0.1-0.5。原子層的沉積是活性分子前體和基板之間發(fā)生化學反應(yīng)的結(jié)果。在每個單獨的ALD反應(yīng)沉積步驟中，凈反應(yīng)沉積出預(yù)期的原子層，并將最初包含在分子前體中的“額外的”原子去除。在ALD應(yīng)用中，在單獨階段中通常有兩種分子前體被導(dǎo)入所述ALD反應(yīng)器中。例如，金屬前體分子MLx包括金屬元素M(例如，M=Al、W、Ta、Si等)，所述金屬元素與原子或分子配位體L結(jié)合。所述金屬前體與所述基板反應(yīng)。這種ALD反應(yīng)僅在基板表面被準備好可直接與分子前體反應(yīng)的情況下才發(fā)生。例如，所述基板表面通常被準備好包含含氫的配位體AH，所述配位體AH可與所述金屬前體發(fā)生反應(yīng)。氣體前體分子可有效地與所述基板表面上的所有配位體發(fā)生反應(yīng)，從而可沉積出金屬原子層基板_AH+MLX—基板-AMLn+HL，其中，HL為反應(yīng)副產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中，表面上的初始配位體AH會被消耗掉，并且該表面會變得覆蓋著L配位體，所述L配位體不能進一步與金屬前體MLx反應(yīng)。因此，當表面上的所有初始的AH配位體被替換成AMLjri物時，反應(yīng)會自行終止。上述反應(yīng)階段之后通常緊跟著一個惰性氣體清理階段，所述惰性氣體清理階段在另一前體單獨導(dǎo)入反應(yīng)室中之前將金屬前體從反應(yīng)室中去除。然后，使用第二分子前體用于恢復(fù)基板表面對金屬前體的活性。這種任務(wù)例如可通過將L配位體去除和再沉積AH配位體實現(xiàn)。在這種情況下，第二分子前體通常包括預(yù)期(通常為非金屬)的元素A(即，0、N和S)和氫(即，H20、NH3和H2S)。以下反應(yīng)可將基板表面變回到覆蓋著AH的狀態(tài)基板-ML+AHy—基板-M-AH+HL(在此，為了簡單起見，化學反應(yīng)沒有被平衡)。預(yù)期的附加元素A包含在膜中，而不為預(yù)期的配位體L被作為揮發(fā)性副產(chǎn)物去除。上述反應(yīng)會再次消耗反應(yīng)活性部位(這時為L終止部位)和當基板上的反應(yīng)活性部位被全部耗完時反應(yīng)會自行終止。然后，通過在第二清理階段中流入惰性清理氣體將第二分子前體從沉積室中去除。表面反應(yīng)和將基板表面恢復(fù)到其初始反應(yīng)狀態(tài)的前體去除的順序步驟是典型的ALD沉積周期?；寤謴?fù)到其初始狀態(tài)是ALD的關(guān)鍵方面。這意味著，膜能夠按均衡計量的順序步驟層疊，所述順序步驟在化學動力學、每周期的沉積、成分和厚度方面均相同。自飽和表面反應(yīng)可使ALD對傳輸非均勻性不敏感。這種傳輸非均勻性可能與流動系統(tǒng)的制造工藝和局限性有關(guān)，或者也可能與表面形貌特征(即，沉積到三維且長寬比較大的結(jié)構(gòu)中)有關(guān)?；瘜W試劑的非均勻流量只會導(dǎo)致不同區(qū)域的完成時間不同。然而，如果每次反應(yīng)允許在整個基板表面上完成，不同的化學動力學過程的完成不會受到補償。這是由于首先完成反應(yīng)的區(qū)域可自行終止反應(yīng)，而表面上的其余區(qū)域也能夠完成反應(yīng)和自行終止并基本上可追上先完成的反應(yīng)。ALD的高效實施需要一種能夠突然和快速地改變從的化學試劑的流量的裝置。而且，所述裝置必須能夠高效和可靠地多次循環(huán)執(zhí)行這種順序步驟，以有利于低成本地實現(xiàn)許多基板的涂層。通常，對于每個ALD周期來說，ALD處理可沉積出厚度為大約0.Inm的膜。對于絕大部分的半導(dǎo)體應(yīng)用場合來說，可用的和經(jīng)濟上可行的周期時間必須要能提供厚度介于大約3nm-30nm的膜，并且對于其他應(yīng)用場合來說甚至要能提供更厚的膜。工業(yè)產(chǎn)量標準規(guī)定基板應(yīng)在2分鐘至3分鐘的時間范圍內(nèi)處理完，這就意味著ALD周期時間必須在大約0.6秒至6秒的時間范圍內(nèi)。到目前為止，已有多種技術(shù)困難制約著用于制造半導(dǎo)體裝置和其他裝置的ALD系統(tǒng)和方法的低成本的實現(xiàn)。一般而言，ALD處理需要順次改變化學試劑至基板的流量。如上所述，典型的ALD處理需要四個不同的操作階段LMLx反應(yīng)；2.MLx清理；3.AHy反應(yīng)；以及4.AHy清理。假設(shè)需要短的周期時間，適用于ALD的化學試劑輸送系統(tǒng)必須能夠在亞秒級的響應(yīng)時間內(nèi)改變要進入的分子前體的流量。而且，如果存在相當大的流量非均勻性，則這些非均勻性可通過將反應(yīng)階段時間增至承受最小流量的區(qū)域所要求的時間依靠化學反應(yīng)的自行終止特性克服。然而，由于周期時間相應(yīng)地增大而會必然導(dǎo)致產(chǎn)量下降。為了在任何給定的反應(yīng)溫度下均能使ALD反應(yīng)達到自行終止所需要的時間最小化，化學試劑進入ALD反應(yīng)器的流量必須要被最大化。為了使化學試劑進入ALD反應(yīng)器的流量最大化，在惰性氣體的稀釋作用最小和高的壓力下將分子前體導(dǎo)入ALD反應(yīng)器中非常有禾U。另一方面，對實現(xiàn)短的周期時間的需要要求這些分子前體必須快速地從ALD反應(yīng)器中去除。快速去除又會要求ALD反應(yīng)器中的氣體停留時間應(yīng)被最小化。氣體停留時間τ與反應(yīng)器容積V和ALD反應(yīng)器中的壓力P成正比，與流量Q成反比，S卩τ=VP/Q。因此，ALD反應(yīng)器中壓力(P)的降低有利于降低氣體停留時間和增大將化學試劑前體從ALD反應(yīng)器中去除(清理)的速度。相比而言，使ALD反應(yīng)時間最小化要求通過在ALD反應(yīng)器內(nèi)使用高壓使化學試劑前體進入ALD反應(yīng)器中的流量最大化。此外，氣體停留時間和化學試劑的利用效率與流量成反比。因而，盡管降低流量可增大利用效率，但是又會增大氣體停留時間。現(xiàn)有ALD裝置已經(jīng)在努力地解決下面兩者之間的折衷平衡問題，即對縮短反應(yīng)時間和提高化學試劑利用效率的要求與對使清理氣體停留時間和化學試劑去除時間最小化的要求?，F(xiàn)有技術(shù)的某些ALD系統(tǒng)包含使用了多個閥的同步致動的化學試劑輸送支管。在這些系統(tǒng)中，由于閥本身實際上不可能實現(xiàn)同步極好的致動，因此，不可能令人滿意地消除流量偏移。這樣，不可避免的流量偏移因可產(chǎn)生使化學試劑不利地混合的氣體回流而變得極其不受歡迎。因此，需要這樣一種ALD裝置，即能夠?qū)崿F(xiàn)短的反應(yīng)時間和良好的化學試劑利用效率，并且能夠使清理氣體停留時間和化學試劑去除時間最小化，同時又能防止產(chǎn)生回流。當使用傳統(tǒng)的ALD裝置時，“存儲”效應(yīng)可降低ALD反應(yīng)器的效率。這種記憶效應(yīng)是由于化學試劑具有以下傾向引起的，即化學試劑吸附在ALD反應(yīng)器的壁上并且必然會在隨后的一段時間內(nèi)逐漸地從ALD反應(yīng)器的壁上釋放，所述時間段的長短取決于反應(yīng)器的壁的吸附能和溫度。這種現(xiàn)象往往會增大ALD反應(yīng)器中的痕量化學試劑的停留時間。這樣，記憶效應(yīng)就會增大去除化學試劑所需的清理時間。因此，迫切需要一種能夠使記憶效應(yīng)最小化的ALD裝置。在傳統(tǒng)的ALD裝置中的暴露給化學試劑的所有區(qū)域上均會生長出膜。特別地講，膜的生長發(fā)生在接觸化學試劑的反應(yīng)室壁及基板上。在反應(yīng)室壁上的膜的生長會在以下方面損害ALD裝置的性能，即膜的生長會使ALD室的壁的表面積增大。膜在ALD室壁上的生長傾向性與反應(yīng)室壁的表面積成正比。而且，表面積的增大又會進一步延長ALD室的記憶效應(yīng)。表面積的增大是由劣質(zhì)多孔膜沉積物的生長引起的。產(chǎn)生了多孔沉積物的膜生長由于可在孔內(nèi)捕獲化學試劑分子而會延長ALD室的記憶效應(yīng)。因此，有必要構(gòu)造出一種具有如下功能的ALD裝置，即膜和沉積物的生長可被保持在最低水平上且任何確實要發(fā)生的膜的生長可被控制得只會沉積高質(zhì)量的膜，所述高質(zhì)量膜可有效地覆蓋著ALD室壁而不會增大表面積或生長出多孔結(jié)構(gòu)。因此，還需要這樣一種ALD裝置，即其能夠使膜的生長最小化并可為任何允許發(fā)生的膜的生長的控制作好準備。一種得到良好優(yōu)化的ALD裝置和方法被設(shè)計成這樣，即可使ALD前體在基板上發(fā)生ALD沉積的反應(yīng)空間中保持足夠最小的共存。相比而言，假如產(chǎn)量沒有顯著地降低，ALD前體的不利共存實際上總會在位于ALD反應(yīng)空間下游的系統(tǒng)空間中不可避免地存在。這種不利共存只有通過清理顯著更大容積才能得以避免，從而會顯著地降低ALD系統(tǒng)的產(chǎn)量。通常，共存于ALD室空間中的ALD前體趨向于產(chǎn)生劣質(zhì)膜。結(jié)果，產(chǎn)量最優(yōu)化的ALD系統(tǒng)具有這種傾向，即在與ALD反應(yīng)空間緊鄰著的下游空間中生長出劣質(zhì)固體沉積物的傾向。由于劣質(zhì)膜可使表面積增大，而表面積增大又會增加前體的共存，因此劣質(zhì)膜的生長會變得越來越厲害，從而會使問題變得更為嚴重。由于位于與ALD空間緊接著的下游處的一些化學試劑會(例如，通過擴散)返回至ALD反應(yīng)空間中，因此ALD性能會遭到損害。此外，還會導(dǎo)致在基板上沉積出為劣質(zhì)沉積物的顆粒。因此，以最大產(chǎn)量操作的傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)注定會遭受很快的污染和ALD性能的迅速下降。由于產(chǎn)量最優(yōu)化的ALD系統(tǒng)具有以下特征在與ALD反應(yīng)空間緊鄰著的下游處有前體共存，因此，為了能在長和低成本的維護周期過程中將這些ALD系統(tǒng)保持在最佳性能下，應(yīng)對不可避免的膜在下游的沉積進行主動控制，以使膜具有足夠好的質(zhì)量和優(yōu)選位置。在ALD反應(yīng)空間下游進行的定位前體去除還能顯著地降低下游構(gòu)件例如泵、閥和測量儀器的磨損。冷、熱捕集器已經(jīng)廣泛地用于在低于大氣壓的壓力范圍內(nèi)將不希望的成分從下游流出物中去除，并且它們對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說眾所周知。其他技術(shù)也可用于這個目的，例如等離子體去除裝置和停留時間延長捕集器。這些去除解決方法所用的裝置中的許多種作為“交鑰匙”設(shè)備可從商場上購買到，所述設(shè)備可適用于多種不同的系統(tǒng)。通常，這些去除裝置為了永久(例如，通過化學反應(yīng)沉積固體膜)或臨時地有效捕獲活性成分需要犧牲去除表面(abatementsurface)0這些捕集器中的多數(shù)原則上可用于ALD系統(tǒng)的下游中。然而，鑒于安全考慮和對將去除裝置無縫地集成在最優(yōu)化的ALD系統(tǒng)中的要求，又會在相當大的程度上限制絕大部分去除技術(shù)的實際可行性和成本效率。原則上，出于安全方面的考慮，不允許通過冷捕集器實施ALD前體的化學去除。采用有利于ALD前體之間的反應(yīng)的熱捕集器需要考慮周詳?shù)脑O(shè)計和控制條件，以防止劣質(zhì)膜的生長。典型的ALD前體組合物的某些特性會使熱捕集器處理條件的設(shè)計特殊且難以控制；例如，用于ALD沉積Al2O3膜的前體TMA*H20。由于在ALD條件下的去除操作會對產(chǎn)量造成不可接受的損害，因此去除空間中反應(yīng)物的共存是必然的。從而，很難避免劣質(zhì)Al(OH)3沉積物的生長。抑制Al(OH)3的生長以促進高質(zhì)量Al2O3沉積物的生長需要將H2O含量保持在非常低的水平上。由于H2O的低反應(yīng)性要求在高產(chǎn)量的處理中進行過量的劑量調(diào)配。溫度水平限制于低于350°C，以避免TMA高溫分解。TMA的高溫分解會促進碳化的和更不良氧化鋁沉積物生長。而且，對其他ALD前體系統(tǒng)的嚴格檢驗表明典型的AHy型前體必須要過量地供給，從而可產(chǎn)生會造成問題的劣質(zhì)沉積物，例如氯氧化物和胺鹽。因此，通常會不幸地觀察到ALD前體組合物雖然能夠沉積出質(zhì)量極好的ALD膜，但是如果可在CVD條件下和AHy前體的濃度非常高的典型排氣條件下發(fā)生反應(yīng)就會產(chǎn)生劣質(zhì)膜。一般而言，CVD沉積物的質(zhì)量可通過升高溫度和將AHy前體的濃度保持在非常低的水平上而得到改善。一般化的ALD去除方法應(yīng)適合于許多不同類型的ALD處理。美國專利申請公開文獻2002/0187084描述了一種用于將ALD反應(yīng)處理所排出的氣體中的物質(zhì)去除掉的方法，所述ALD反應(yīng)處理包括將過量的反應(yīng)物引導(dǎo)至犧牲材料，所述犧牲材料保持在與基板大致相同的反應(yīng)條件下。然而，如果要使最佳的ALD產(chǎn)量不會降低，就必須通過限定措施使去除空間中的條件與ALD空間中的條件不同。特別地講，當ALD空間被優(yōu)化成可生長出高質(zhì)量的ALD膜時，ALD前體在去除空間中的共存卻可促進劣質(zhì)膜的沉積。去除表面的實際去除能力要求去除表面應(yīng)由空隙度非常大的元件制成或者去除容積非常大。采用任何一種方法，產(chǎn)生的去除空間均會趨向于使產(chǎn)生的非固體ALD前體積聚，這是由于在產(chǎn)量最優(yōu)化的ALD處理中這些前體總是過量很多地使用。例如，用于由TMA和H2O沉積出Al2O3的ALD處理中的H2O前體可在去除空間中積聚得具有相當大的局部壓力，從而會促進劣質(zhì)膜的沉積。如果劣質(zhì)膜的沉積得過多，H2O的這種潛在的積聚就會加劇，并且積聚的H2O返回反應(yīng)空間的擴散可導(dǎo)致?lián)p害ALD性能。因此，如果沒有提供可控制通常必須過量使用的ALD前體的積聚的裝置，熱捕集器，例如一種描述于美國專利申請公開文獻2002/0187084中的熱捕集器，并不是用于ALD去除的很好選擇。對一般化的去除方法來說，還有必要提供這樣一種一般化的去除裝置，即其能夠在多種條件下產(chǎn)生高質(zhì)量膜的沉積。在現(xiàn)有的CVD、PECVD和ALD系統(tǒng)中，反應(yīng)室中的氣體滯留和氣流擾動以及基板表面上產(chǎn)生的氣流和氣壓的非均勻性通常會導(dǎo)致沉積出的薄膜的厚度和其他特性具有不利的非均勻性。在ALD中，假如具有適當長的劑量調(diào)配時間，在化學試劑劑量調(diào)配的過程中的氣流和氣壓的非均勻性不會必然導(dǎo)致薄膜具有非均勻性。然而，氣體滯留和氣流擾動通常會嚴重和不利地影響清理步驟的效力。例如，在晶片處理的現(xiàn)有技術(shù)例如CVD、蝕刻、ALD和PVD中，與單個晶片處理室的壁中的晶片傳輸通道相關(guān)的“盲管段”空間是一個公知的問題。特別地講，該空間的有效ALD清理通常是不可能的。單晶片沉積的現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)為上述問題找到了多種補救方法。例如，于1996年9月24日授予Zhao等人的美國專利No.5558717提出可有利地使用一種環(huán)形節(jié)流孔和環(huán)形抽氣通道。這種環(huán)形設(shè)計需要相對較寬的處理室設(shè)計。在另一個實例中，于2001年1月16日授予Doering等人的美國專利No.6174377描述了這樣一種ALD室，即其被設(shè)計成將晶片裝載在低的卡盤位置上，而晶片處理在高的卡盤位置上進行，從而可留出晶片傳輸通道，并且可使與晶片傳輸通道相關(guān)的流動擾動顯著低于晶片要求的標準。這些現(xiàn)有技術(shù)的解決方法和其他現(xiàn)有技術(shù)的解決方法均不是很好地適合于解決ALD系統(tǒng)中的與基板傳輸機構(gòu)相關(guān)的問題。因此，在化學試劑沉積處理中特別是在ALD技術(shù)中迫切需要一種這樣的裝置，即其能夠向基板表面提供流量均勻和對稱的化學試劑，并且可提供無盲管段晶片裝載腔的光滑的流路結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的實施例有助于解決上述問題中的一些問題。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法在化學處理中特別是在原子層沉積處理和系統(tǒng)中提供了流入流量和抽出流量的同步調(diào)節(jié)(“SMFD”)。原子層沉積(“ALD”)優(yōu)選在以下條件下進行，即在清理過程中使用最大可能的通過沉積室的流量，在化學試劑的劑量調(diào)配過程中使用最小可能的流量。因此，根據(jù)本發(fā)明的ALD系統(tǒng)要在ALD周期中產(chǎn)生和提供相當大的流量調(diào)節(jié)。處理氣體(惰性清理氣體或化學反應(yīng)氣體)進入處理室(或ALD室或沉積室)的流量在此稱為“流入流量”;氣體排出處理室的流量在此稱為“抽出流量”。在穩(wěn)態(tài)情況下，抽出流量通常與流入流量相匹配。在瞬態(tài)流動情況下，流入流量和抽出流量“失配”。根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個重要方面是，其解決了傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)在以下方面的協(xié)調(diào)問題，即在沉積室的清理過程中要求高流量和在化學試劑劑量調(diào)配過程中要求低流量之間的矛盾。根據(jù)本發(fā)明的SMFD具有以下能力，即可以低壓力和高清理氣體流量清理處理室，可隨后以高壓力和低的化學反應(yīng)氣體流量在處理室中執(zhí)行化學試劑劑量調(diào)配，以及可使用很快的響應(yīng)時間調(diào)節(jié)壓力和氣體流量。在一個方面，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下周期進行第一化學試劑劑量調(diào)配的步驟，所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段包括使第一化學反應(yīng)氣體以選定的第一劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第一劑量調(diào)配壓力流過一個沉積室；隨后，通過使第一清理氣體以選定的第一清理流量和以獨立選定的第一清理壓力流過所述沉積室進行第一清理的步驟；然后，進行第二化學試劑劑量調(diào)配的步驟，所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段包括使第二化學反應(yīng)氣體以選定的第二劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第二劑量調(diào)配壓力流過所述沉積室；再后，通過使第二清理氣體以選定的第二清理流量和以獨立選定的第二清理壓力流過所述沉積室進行第二清理的步驟。通常，所述第一清理氣體與所述第二清理氣體相同，并且由一個公用清理氣體源供給。根據(jù)本發(fā)明的方法的固有特性是所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段、所述第一清理階段、所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段以及所述第二清理階段的執(zhí)行均持續(xù)一段選定的且可控制的時間期限，所述時間期限在每個重復(fù)周期中保持相同。典型的四階段周期通常被重復(fù)幾十或幾百次，以在ALD處理中沉積出單層薄膜。根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個重要益處是周期中的每個階段的持續(xù)時間通常比傳統(tǒng)的ALD處理和系統(tǒng)中的實際可行的時間短很多，并且因此一個周期總的持續(xù)時間也比傳統(tǒng)的ALD處理和系統(tǒng)中的實際可行的時間短很多。從而，順次執(zhí)行所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段、所述第一清理階段、所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段以及所述第二清理階段所需的時間通常小于3秒，優(yōu)選小于1秒，更優(yōu)選小于0.5秒。例如，通過周期時間僅為450毫秒(“毫秒”)的根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)沉積出了極好的Al2O3的ALD薄膜。為了在保持良好的薄膜質(zhì)量的前提下使產(chǎn)量最大化，所述四個階段中的每個階段的持續(xù)時間通常與其他階段的持續(xù)時間不同。而且，周期中每個階段的流量通常與其他階段的流量不同。一般而言，所述第一清理流量大于所述第一劑量調(diào)配流量，并且所述第一清理流量與所述第一劑量調(diào)配流量之比一般大于1.5，通常大于20，優(yōu)選大于100。相似地，所述第二清理流量通常大于所述第二劑量調(diào)配流量，并且所述第二清理流量與所述第二劑量調(diào)配流量之比一般大于1.5，通常大于20，優(yōu)選大于100。另一方面，開始所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段包括起始使所述第一化學反應(yīng)氣體以第一瞬態(tài)流量流動，所述第一瞬態(tài)流量起始時顯著大于所述第一劑量調(diào)配流量。又一方面，開始所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段包括起始使所述第二化學反應(yīng)氣體以第二瞬態(tài)流量流動，所述第二瞬態(tài)流量起始時顯著大于所述第二劑量調(diào)配流量。另一方面，所述使第一化學反應(yīng)氣體以選定的第一劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第一劑量調(diào)配壓力流動包括控制所述第一化學反應(yīng)氣體進入所述沉積室的所述第一劑量調(diào)配流量和獨立地使所述第一化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的第一化學試劑抽出流量與所述第一劑量調(diào)配流量大致匹配。又一方面，所述獨立地使所述第一化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的所述第一化學試劑抽出流量大致匹配包括在所述沉積室的下游控制第一劑量調(diào)配抽取壓力。還一方面，所述控制所述第一劑量調(diào)配抽取壓力包括使抽取氣體(drawgas)以第一劑量調(diào)配抽取氣體流量流過一個抽取控制室和控制所述第一劑量調(diào)配抽取氣體流量以獲得所述第一劑量調(diào)配抽取壓力，所述抽取控制室位于所述沉積室的下游。又一方面，所述使第一清理氣體以所述選定的第一清理流量和以所述獨立選定的第一清理壓力流過所述沉積室包括控制所述第一清理氣體進入所述沉積室的所述第一清理流量和獨立地使所述第一清理氣體排出所述沉積室的第一清理抽出流量與所述第一清理流量大致匹配。另一方面，所述獨立地使所述第一清理氣體排出所述沉積室的所述第一清理抽出流量大致匹配包括在所述沉積室的下游控制第一清理抽取壓力。還一方面，所述控制所述第一清理抽取壓力包括使抽取氣體以第一清理抽取氣體流量流過所述抽取控制室和控制所述第一清理抽取氣體流量以獲得所述第一清理抽取壓力。另一方面，所述使第二化學反應(yīng)氣體以選定的第二劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第二劑量調(diào)配壓力流動包括控制所述第二化學反應(yīng)氣體進入所述沉積室的所述第二劑量調(diào)配流量和獨立地使所述第二化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的第二化學試劑抽出流量與所述第二劑量調(diào)配流量大致匹配。又一方面，所述獨立地使所述第二化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的所述第二化學試劑抽出流量大致匹配包括在所述沉積室的下游控制第二劑量調(diào)配抽取壓力。還一方面，所述控制所述第二劑量調(diào)配抽取壓力包括使抽取氣體以第二劑量調(diào)配抽取氣體流量流過所述抽取控制室和控制所述第二劑量調(diào)配抽取氣體流量以獲得所述第二劑量調(diào)配抽取壓力。又一方面，所述使第二清理氣體以所述選定的第二清理流量和以所述獨立選定的第二清理壓力流過所述沉積室包括控制所述第二清理氣體進入所述沉積室的所述第二清理流量和獨立地使所述第二清理氣體排出所述沉積室的第二清理抽出流量與所述第二清理流量大致匹配。另一方面，所述獨立地使所述第二清理氣體排出所述沉積室的所述第二清理抽出流量大致匹配包括在所述沉積室的下游控制第二清理抽取壓力。還一方面，所述控制所述第二清理抽取壓力包括使抽取氣體以第二清理抽取氣體流量流過所述抽取控制室和控制所述第二清理抽取氣體流量以獲得所述第二清理抽取壓力，所述抽取控制室位于所述沉積室的下游。另一方面，所述使第一化學反應(yīng)氣體以選定的第一劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第一劑量調(diào)配壓力流動包括控制所述第一化學反應(yīng)氣體進入所述沉積室的所述第一劑量調(diào)配流量和通過在所述沉積室的下游控制抽取壓力獨立且有意地使所述第一劑量調(diào)配流量和所述第一化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的第一化學試劑抽出流量失配，而所述沉積室中的所述第一劑量調(diào)配壓力在壓力轉(zhuǎn)變期間發(fā)生顯著變化以顯著降低所述失配，從而使所述第一化學試劑抽出流量與所述第一劑量調(diào)配流量大致匹配。又一方面，所述使第二化學反應(yīng)氣體以選定的第二劑量調(diào)配流量和以獨立選定的第二劑量調(diào)配壓力流動包括控制所述第二化學反應(yīng)氣體進入所述沉積室的所述第二劑量調(diào)配流量和通過在所述沉積室的下游控制抽取壓力獨立且有意地使所述第二劑量調(diào)配流量和所述第二化學反應(yīng)氣體排出所述沉積室的第二化學試劑抽出流量失配，而所述沉積室中的所述第二劑量調(diào)配壓力在壓力轉(zhuǎn)變期間發(fā)生顯著變化以顯著降低所述失配，從而使所述第二化學試劑抽出流量與所述第二劑量調(diào)配流量大致匹配。另一方面，所述使第一化學反應(yīng)氣體流過所述沉積室包括提供一個具有已知第一源壓力的第一反應(yīng)氣體源和使所述第一化學反應(yīng)氣體從所述第一反應(yīng)氣體源通過第一源節(jié)流元件(“FRE”)流入所述沉積室。又一方面，所述使第二化學反應(yīng)氣體流過所述沉積室包括提供一個具有已知第二源壓力的第二反應(yīng)氣體源和使所述第二化學反應(yīng)氣體從所述第二反應(yīng)氣體源通過第二源FRE流入所述沉積室。還一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選還包括在除所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段之外的時間期限中使所述第一化學反應(yīng)氣體以大致所述已知第一源壓力充滿第一增壓室(firstboosterchamber)，所述第一增壓室位于所述第一源FRE的下游和所述沉積室的上游；以及通過打開第一化學試劑劑量調(diào)配截止閥開始所述第一化學試劑劑量調(diào)配階段，所述第一化學試劑劑量調(diào)配截止閥以流體連通的方式串聯(lián)在所述第一增壓室與所述沉積室之間，從而起始時可使所述第一化學反應(yīng)氣體以第一瞬態(tài)流量流動，所述第一瞬態(tài)流量起始時顯著大于所述第一劑量調(diào)配流量。又一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選還包括在除所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段之外的時間期限中使所述第二化學反應(yīng)氣體以大致所述已知第二源壓力充滿第二增壓室(secondboosterchamber)，所述第二增壓室位于所述第二源FRE的下游和所述沉積室的上游；以及通過打開第二化學試劑劑量調(diào)配截止閥開始所述第二化學試劑劑量調(diào)配階段，所述第二化學試劑劑量調(diào)配截止閥以流體連通的方式串聯(lián)在所述第二增壓室與所述沉積室之間，從而起始時可使所述第二化學反應(yīng)氣體以第二瞬態(tài)流量流動，所述第二瞬態(tài)流量起始時顯著大于所述第二劑量調(diào)配流量。在一個方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠同步調(diào)節(jié)處理室中的氣體的流入流量、抽出流量及壓力。“同步”在此意思是指在快速且可控制的情況下連續(xù)順次地和以短的響應(yīng)時間以及在可使壓力或氣體流量的不可控制的偏移最小的情況下執(zhí)行調(diào)節(jié)操作。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含一個這樣的裝置，即其能夠調(diào)節(jié)氣體進入處理室(“PC”)的流入流量，并且能夠在顯著地調(diào)節(jié)PC中的氣體的所述流入流量和停留時間的情況下同時和獨立地使所述氣體排出所述處理室的抽出流量與所述流入流量大致匹配，以在整個沉積過程中保持著大致穩(wěn)定的壓力。提供大的流入流量調(diào)節(jié)可使清理和劑量調(diào)配階段獲得獨立優(yōu)化，并且是利用SMFD的重要益處。然而，在某些實施例中，除了所述流入流量調(diào)節(jié)以外，還進行了一些有限的有意壓力調(diào)節(jié)，特別是在化學試劑劑量調(diào)配的過程中預(yù)期壓力增加。如果與流入流量調(diào)節(jié)同步進行的抽出流量調(diào)節(jié)有些預(yù)定的失配，則這種壓力調(diào)節(jié)可以得到實現(xiàn)。在設(shè)計良好的SMFD裝置和方法中不會產(chǎn)生回流的所述失配可使PC中的壓力在壓力轉(zhuǎn)變期間發(fā)生變化，以達到流入流量與抽出流量的匹配，從而實現(xiàn)同步壓力調(diào)節(jié)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置包含一個處理室；一個處理氣體導(dǎo)管，其連接著所述處理室，并且用于控制進入所述處理室的氣體的流量；一個抽取控制室(“DC”)，其被構(gòu)造成用于抽取氣體流；一個處理室節(jié)流元件(“FRE”)，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述處理室與所述抽取控制室之間；一個抽取排氣管，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取控制室；以及一個抽取控制FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取排氣管。一般而言，F(xiàn)RE被設(shè)計成在氣體流路中提供某一傳導(dǎo)率(或相反，流阻)。又一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個抽取源截止閥，其用于控制抽取氣體通過所述抽取控制室的流動。還一方面，SMFD系統(tǒng)包含一個抽取源FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取源截止閥和所述抽取控制室。另一方面，SMFD系統(tǒng)還包含多個處理氣體截止閥，它們以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理氣體導(dǎo)管，并且每個所述處理氣體截止閥分別被構(gòu)造成用于控制處理氣體進入所述處理室的流入。還一方面，一個相應(yīng)的處理氣體截止閥包括一個清理源截止閥，所述清理源截止閥以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理室，用于控制清理氣體至所述處理室的流動。另一方面，SMFD系統(tǒng)還包含一個清理源FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述清理源截止閥。又一方面，SMFD系統(tǒng)還包含多個處理氣體FRE，每個所述處理氣體FRE分別以流體連通的方式串聯(lián)著一個相應(yīng)的處理氣體截止閥。另一方面，SMFD系統(tǒng)還包含多個增壓室，每個所述增壓室分別以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理氣體導(dǎo)管，并且每個所述增壓室分別位于一個相應(yīng)的處理氣體截止閥的上游和一個相應(yīng)的處理氣體FRE的下游。還一方面，SMFD系統(tǒng)還包含多個增壓室FRE，每個所述增壓室FRE分別位于一個相應(yīng)的增壓室的下游。另一方面，SMFD系統(tǒng)還包含一個氣體分配室，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述處理氣體截止閥與所述處理室之間，并且以流體連通的方式串聯(lián)在所述清理源截止閥與所述處理室之間；以及一個氣體分配FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述氣體分配室與所述處理室之間。又一方面，所述氣體分配FRE包括一個噴嘴陣列。另一方面，所述噴嘴陣列包括多個長寬比不小于1.5的噴嘴。又一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個清理排氣管，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述氣體分配室；以及一個清理排氣截止閥，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述氣體分配室與所述清理排氣管之間。另一方面，SMFD系統(tǒng)還包含一個清理排氣FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述清理排氣截止閥。還一方面，一些所述處理氣體截止閥包括一個具有多個非公共端口和多個公共端口的多通閥，每個所述非公共端口分別以流體連通的方式串聯(lián)著一個處理氣體源，多個所述公共端口以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理室，并且至少一個相應(yīng)的公共端口以流體連通的方式串聯(lián)著一個清理源截止閥。在一些優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置還包含一個抽取氣體導(dǎo)入室(“DGIC”)，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述處理室與所述抽取控制室之間；一個抽取源截止閥，其用于控制抽取氣體進入所述DGIC的流動；一個處理室FRE，其位于所述處理室與所述DGIC之間；一個DGIC-FRE，其位于所述DGIC與所述抽取控制室之間；另一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個抽取源FRE，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取源截止閥和所述DGIC；另一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個去除表面，其位于所述抽取控制室中。又一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個活性氣體入口，其用于將活性氣體導(dǎo)入所述抽取控制室中以增強化學試劑去除效果。另一方面，所述活性氣體入口包括一個與所述抽取控制室接近的活性氣體增壓腔。還一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個去除室(abatementchamber)，其位于所述抽取控制室的下游。又一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包含一個壓力控制室，其位于所述抽取控制室的下游，并且以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取控制室和所述抽取排氣管。另一方面，所述處理室是一個原子層沉積室(“ALDC”)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含一個反應(yīng)器容器，其具有反應(yīng)器容器壁和容器內(nèi)部，并且所述沉積室、所述DGIC和所述抽取控制室均被封入所述容器內(nèi)部中。還一方面，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含一個含有一個周邊狹槽閥(“PSV”)的反應(yīng)器容器，其中，所述周邊狹槽閥包含一個穿過所述反應(yīng)器容器壁的基板傳輸狹槽、一個位于所述反應(yīng)器容器壁內(nèi)的連續(xù)周邊腔、一個連續(xù)周邊密封提升頭以及一個用于在打開位置與關(guān)閉位置之間移動所述密封提升頭的致動器，其中所述密封提升頭當處于所述關(guān)閉位置上時移入所述周邊腔中，當處于所述打開位置上時移出所述周邊腔，所述基板傳輸狹槽與所述基板保持器的基板支承面大致共面，所述周邊腔與所述基板傳輸狹槽大致共面，所述基板傳輸狹槽當所述密封提升頭處于所述打開位置上時限定了一條穿過所述反應(yīng)器容器壁直至所述基板保持器的基板傳輸通道，并且所述密封提升頭在其處于所述關(guān)閉位置上時將所述基板傳輸狹槽與所述容器內(nèi)部隔開。在一些實施例中，處理室(或ALD室)中的壓力在同步的流入流量-抽出流量調(diào)節(jié)的過程中保持大致恒定。在根據(jù)本發(fā)明的其他實施例中，產(chǎn)量和材料利用率通過以較高的壓力執(zhí)行一個或多個化學試劑劑量調(diào)配階段可得到進一步地提高。例如，在一些實施例中，在清理階段中的壓力保持在大約30mTorr-100mTorr的范圍內(nèi)，而在化學試劑劑量調(diào)配的過程中ALD壓力保持在200mTorr-1000mTorr的范圍內(nèi)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的實施例通過使處理氣體流入處理室和使抽取控制氣體流入抽取控制室來控制處理室中的壓力，其中所述抽取控制室以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理室并且位于所述處理室的下游，從而可在所述處理室的下游控制抽取壓力。又一方面，使抽取控制氣體流入所述抽取控制室包括使活性氣體流入以增強所述抽取控制室中的化學試劑去除效果。還一方面，抽取壓力被控制小于1個大氣壓，通常小于5Τοπ·。通過參照附圖可更完全地理解本發(fā)明，附圖包括圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的同步調(diào)節(jié)流入流量抽出流量(“SMFD”)型ALD系統(tǒng)的基本實施例的流路圖；圖2以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD反應(yīng)器容器的剖視圖；圖3示出了當噴頭采用孔眼型和優(yōu)選管型噴嘴陣列設(shè)計時的噴嘴壓力的計算值與化學試劑劑量調(diào)配流量之間關(guān)系的曲線圖。圖4示出了以下兩種情況下的噴頭和沉積室的相對化學試劑劑量調(diào)配(用化學反應(yīng)氣體替換惰性清理氣體)與化學試劑劑量調(diào)配時間之間關(guān)系的曲線圖，即在化學試劑劑量階段的起始時具有和沒有增壓室產(chǎn)生的化學試劑瞬態(tài)脈沖，圖中顯示出了增壓室對化學試劑劑量調(diào)配效率的作用；圖5示出了一個曲線圖，圖中比較了根據(jù)本發(fā)明的ALD的實施例中的實際的化學試劑使用與現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)連續(xù)流動處理；圖6以示意形式示出了通過根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)的各種氣流；圖7以曲線圖的形式示出了當Q3設(shè)定為llOOsccm時Ql、Q2和Q4與時間之間的計算關(guān)系曲線(參看圖6)；圖8示出了當(圖6中的)Q3為llOOsccm時沉積室壓力、抽取控制室壓力以及它們之間的壓力差ΔΡ與時間之間的關(guān)系曲線；圖9以示意形式示出了一種根據(jù)本發(fā)明的示例的化學試劑去除元件的設(shè)計；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的ALD系統(tǒng)的流路圖，所述ALD系統(tǒng)在所述抽取控制室的下游包括一個單獨的去除室；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的ALD系統(tǒng)的流路圖，所述ALD系統(tǒng)包括一個主動壓力控制室；圖12以示意形式示出了一種根據(jù)本發(fā)明的包括一個DGIC的示例SMFD型ALD系統(tǒng)；圖13示出了一種根據(jù)本發(fā)明使用的多端口氣體導(dǎo)入閥；圖14為一個三維圖，示出了在使用根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD裝置和方法沉積出了Al2O3的200毫米的晶片基板上的薄膜厚度與晶片位置之間的關(guān)系；圖15以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的包含一個DGIC和一個PSV(處于關(guān)閉位置)的ALD反應(yīng)器容器的優(yōu)選實施例的剖視圖；圖16示出了圖15中的所述反應(yīng)器容器，其中PSV處于打開位置；以及圖17以示意形式示出了一種被設(shè)計用于處理室中為非中心對稱流動的根據(jù)本發(fā)明的SMFD系統(tǒng)。具體實施例方式下面，參看圖1-17描述本發(fā)明。為了清楚起見，在不同附圖中使用相同的附圖標記表示相似或相同的構(gòu)件。應(yīng)當理解，在圖1-17中以示意形式示出的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)起著說明目的，而不是對根據(jù)本發(fā)明的實際結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的精確描述。而且，在此描述的實施例是示例性的，而不是用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。下面，主要參照用于在單個200毫米的晶片基板上進行原子層沉積的系統(tǒng)和方法來描述根據(jù)本發(fā)明的實施例。可以理解，本發(fā)明可用于較大或較小尺寸的晶片基板，并且以下描述的尺寸和操作變量能夠適當?shù)卦龃蠡驕p小。原子層沉積(“ALD”)優(yōu)選在以下條件下進行，即在清理過程中使用最大可能的通過沉積室的流量，在化學試劑的劑量調(diào)配過程中使用最小可能的流量。因此，高效的ALD系統(tǒng)能夠產(chǎn)生和提供相當大的流量調(diào)節(jié)。在穩(wěn)態(tài)情況下，處理氣體(惰性清理氣體或化學反應(yīng)氣體)進入沉積室的流量與處理氣體排出沉積室的流量相匹配，其中，前者在此稱為“流入流量”，后者在此稱為“抽出流量”。為了提供相當大的流量調(diào)節(jié)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠大致地匹配流入流量和抽出流量。例如，典型的ALD周期包含以下順序步驟氣體流量分別為10SCCm、1000SCCm、5SCCm和lOOOsccm的化學試劑A的劑量調(diào)配、化學試劑A清理、化學試劑B的劑量調(diào)配和化學試劑B清理。如果抽出流量可被控制成以大致相同的流量進行同步調(diào)節(jié)，處理壓力就可保持大致穩(wěn)定。當抽出流量調(diào)節(jié)不與流入流量調(diào)節(jié)大致匹配時，所述系統(tǒng)不能保持處理壓力。實際上，所述系統(tǒng)會不可避免地瞬間變化到顯著不同的壓力，該壓力可使流入流量和抽出流量匹配。進入沉積室或其他類型的處理室的流入流量通常使用上游支管進行控制，與處理壓力大致無關(guān)。抽出流量通常由處理室出口的傳導(dǎo)率Cpc和出口兩側(cè)的壓力差ΔΡ=Prc-Pteaw決定。因此，抽出流量=CrcAP。一般而言，抽出流量調(diào)節(jié)能夠通過調(diào)節(jié)傳導(dǎo)率Cre或壓力差ΔΡ或調(diào)節(jié)兩者來實現(xiàn)。在處理室之外調(diào)節(jié)傳導(dǎo)率通常用于使用稱為節(jié)流閥的機械裝置的處理流系統(tǒng)例如CVD、PVD和蝕刻系統(tǒng)的
技術(shù)領(lǐng)域：
中。盡管節(jié)流閥在上述系統(tǒng)中已經(jīng)能夠充分地用于控制穩(wěn)態(tài)壓力，但是它們普通太慢而不能提供SMFD系統(tǒng)中所要求的快速響應(yīng)時間。此外，節(jié)流閥可引起不良的流動擾動和產(chǎn)生顆粒。為了消除流動擾動和顆粒產(chǎn)生問題，節(jié)流閥通常傳統(tǒng)上在距處理區(qū)相當遠的下游位置處使用。然而，一種優(yōu)選的ALD系統(tǒng)設(shè)計通過強制使抽出流量控制器的位置接近基板而能使ALD沉積室的容積最小化。其他用于調(diào)節(jié)傳導(dǎo)率的方法例如改變處理室出口的溫度在范圍上受到很大限制并且非常慢。最后，抽出流量調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)真空泵的抽氣速率實現(xiàn)。然而，相當大的抽氣速率調(diào)節(jié)響應(yīng)緩慢，并且如果試圖獲得預(yù)期的切換速率還會顯著地磨損泵。因此，最適合于抽出流量調(diào)節(jié)的根據(jù)本發(fā)明的方法是ΔΡ調(diào)節(jié)。在將處理室壓力Prc保持大致恒定的前提下的ΔΡ調(diào)節(jié)是通過根據(jù)本發(fā)明調(diào)節(jié)Pteaw實施的。例如，抽取控制室(DC)位于處理室的下游，并且所述抽取控制室具有一個傳導(dǎo)率為Cdmw的出口。通過對氣體進入和通過所述抽取控制室時的流動進行控制，Pdmw能夠在獨立于上游的處理室或沉積室中的壓力Prc的情況下得到控制。進入所述抽取控制室的氣體流量是從所述處理室抽出的氣體流量與直接介入的抽取氣體流量之和。由于抽出流量是ΔΡ的函數(shù)，因此ΔΡ的獨立控制可使抽出流量在獨立于流入流量的情況下與流入流量匹配。由于原則上所述抽取控制室能夠做得非常小，因此在某些實施例中的ΔΡ調(diào)節(jié)可以亞毫秒的速度執(zhí)行。本發(fā)明的某些實施例能夠有利地使用小容積DC室實施，以有利于實現(xiàn)具有非常短的瞬態(tài)時間的處理條件。其他實施例有利地犧牲抽取控制速度，以提供顯著較大的抽取控制室。容積為幾升的抽取控制室可用于捕獲或去除化學試劑。這樣，就會使典型的200毫米的晶片沉積系統(tǒng)中的抽取控制響應(yīng)時間介于10毫秒-20毫秒的范圍內(nèi)，但可使其具有大約3升的可用抽取控制室空間所帶來的利處。盡管這種“較慢的”抽取控制響應(yīng)時間通常會使沉積室中的壓力在化學試劑的劑量調(diào)配階段的結(jié)束之際發(fā)生大約5%-15%的變化，但模擬和實際操作結(jié)果均表明這些壓力變化對ALD性能的影響微乎其微。不可避免的處理壓力變化與以下因素有關(guān)，即ALD室在大的清理流量開始時的通常較短(例如，2毫秒-4毫秒)的響應(yīng)時間與所述抽取控制室的較長(例如，10毫秒-20毫秒)的響應(yīng)時間之間存在差別。在某些實施例中，通過使用這樣一種小抽取控制室(例如，40毫升)，即在其下游設(shè)有一個單獨的附加去除室，可同時提供快速響應(yīng)抽取控制室和大容積去除室。在這種情況下，由于抽取控制室FRE上的壓力下降可以優(yōu)選很大，因此附加去除室中的停留時間可通過使用大容積去除室而被保持得足夠長。例如，如果在抽取控制室FRE上壓力下降了10倍，去除室就必須變大10倍，以提供相似的有效去除效果，這時去除室的容積通常要取10升-50升而不是1升_5升。這種尺寸對比說明了降低理想SMFD性能帶來的益處，從而可認為在絕大部分情況下足以實現(xiàn)在抽取控制室中捕獲或去除化學試劑。另外，當抽取控制室只用作抽取控制的目的(意思是說它們非常小)時，應(yīng)當注意將ALD清理階段延長到可清理抽取控制室，以保證在抽取控制室中不會生長出劣質(zhì)膜。由于這些室能夠做成具有30cc-70cc的容積來用于典型的200毫米的晶片系統(tǒng)，并且這些室由于大的抽出流量在化學試劑的劑量調(diào)配過程中能夠顯著地稀釋化學試劑而還會承受非常小的局部的化學試劑壓力，因此上述情況對產(chǎn)量的影響微乎其微(假如抽取控制室流路設(shè)計得非常合理并且抽取控制室壁被控制在合適的溫度下)。ΔP調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間與PDe調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間直接相關(guān)，并且取決于DC容積、DC出口的傳導(dǎo)率和流入流量。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的同步調(diào)節(jié)流入流量抽出流量(“SMFD”)的ALD系統(tǒng)100的基本實施例的流路圖。ALD系統(tǒng)100包括一個壓力穩(wěn)定的惰性清理氣體源101。清理氣體通過清理源截止閥102和清理源節(jié)流元件(“FRE”)103供給氣體分配室104，所述氣體分配室104通常為一個傳統(tǒng)噴頭。如圖1所示，清理源截止閥102和清理源FRE103在清理氣體源101與氣體分配室104之間提供了連續(xù)流體連通。在這里，節(jié)流元件(FRE)可在氣體流經(jīng)它們時使氣體壓力降低。一種化學反應(yīng)物前體在多個化學氣體源105、105’處被以良好控制的壓力提供，所述化學反應(yīng)物前體采用下述形式純化學氣體，源于液體或固體化學試劑的蒸氣，或者蒸氣或氣體化學試劑與惰性氣體的混合物?；瘜W氣體源105通過化學試劑源FRE106以流體連通的方式串聯(lián)著增壓室107。增壓室107通過化學試劑劑量調(diào)配截止閥110和增壓室FRE109以流體連通的方式串聯(lián)著氣體分配室(噴頭)104。氣體分配室104通過增壓室FRE109、清理排氣截止閥108和清理排氣FRE111以流體連通的方式串聯(lián)著清理排氣管112。如圖1所示，化學試劑劑量調(diào)配截止閥110和清理排氣截止閥108在系統(tǒng)100的氣體支管系統(tǒng)的并聯(lián)支路中均包括一個普通的二通閥，所述并聯(lián)支路從接點123分叉。如圖1所示，第二化學氣體源105’通過使用與參照化學氣體源105描述的裝置相同的裝置與噴頭104和清理排氣管112連接。氣體分配FRE113在氣體分配室104與原子層沉積室(“沉積室”)114之間提供連續(xù)流體連通。在氣體分配室104是一個噴頭裝置的優(yōu)選實施例中，氣體分配FRE113通常為噴嘴陣列113。噴嘴陣列用于從氣體分配室104向沉積室114提供限制的和均勻的流動，其中，所述沉積室114含有一個正被處理的基板。沉積室114通過沉積室FRE115以流體連通的方式串聯(lián)著抽取控制室116。抽取控制室116包括一個抽取控制出口124，其通過抽取控制FRE117和真空管118以流體連通的方式串聯(lián)著真空泵125。抽取氣體源101通過抽取氣體管119、抽取源截止閥120和抽取源FRE121以流體連通的方式串聯(lián)著抽取控制室116。在典型的ALD操作過程中，系統(tǒng)100基本上是在兩種靜態(tài)模式即一種清理模式和一種化學試劑劑量調(diào)配模式之間進行切換的。ALD操作的兩種基本模式的代表性的閥設(shè)置如表1所示。表1模式~~閥102~~閥120~~閥110~~~~閥108~1*1ff^^ff化學試劑劑量調(diào)配關(guān)ffff^為了清楚起見，以穩(wěn)定壓力處理的情況來描述用于操作SMFD系統(tǒng)的方法。如前部分所述，這種模式通?？稍陉P(guān)鍵應(yīng)用場合中產(chǎn)生很好的結(jié)果。而且，如上所述，可以理解，ALD處理通常包括一個具有至少四個不同階段的周期，所述周期順次重復(fù)執(zhí)行多次，以沉積出預(yù)期的薄膜。參看表1和圖1描述的上述兩種模式是典型的四階段周期中的化學試劑劑量調(diào)配階段和清理階段的代表。在清理模式中，在清理氣體源101的已知清理源壓力下，F(xiàn)RE103和113被設(shè)計用于從清理氣體源101向氣體分配室104輸送預(yù)期流量Qpurge的清理氣體；然后清理氣體通過氣體分配室104、沉積室114和抽取控制室116進入抽取控制出口124；隨后在噴頭壓力PpmgeSH和ALD沉積室壓力P114保持不變的情況下通過FRE109和清理排氣截止閥108到達清理排氣管112。在化學試劑劑量調(diào)配模式中，在化學氣體源105的已知壓力下，F(xiàn)RE106和109被設(shè)計成將化學反應(yīng)氣體通常以化學試劑劑量調(diào)配流量Qm輸送到氣體分配室(噴頭)104，其中，Qm優(yōu)選顯著小于Qpurge。這種較低流量同時還伴隨著較低的噴頭壓力Pcdsh。由于沉積室114和氣體分配室104中對應(yīng)的壓力P114、P1Q4(通常以mTorr的單位測量)均顯著地低于化學氣體源105的壓力(通常以Torr的單位測量)，因此FRE106、109通常被設(shè)計成這樣，即化學試劑劑量調(diào)配流量Qcd實際上與壓力P114和Pltl4獨立。在化學試劑劑量調(diào)配模式中，在已知抽取氣體源壓力下的抽取氣體源101通過FRE121將抽取氣體以預(yù)期的抽取氣體流量供給抽取控制室116。根據(jù)本發(fā)明，抽取氣體源101的抽取氣體源壓力和FRE121決定了通過抽取控制室116的抽取氣體流量。這種抽取氣體流量和FRE117在抽取控制室116中建立了化學試劑劑量調(diào)配抽取壓力。所述抽取壓力隨著抽取氣體流量增加而增加。沉積室114與抽取控制室116之間的壓力差以及FRE115的傳導(dǎo)率共同決定從沉積室114排出的處理氣體的抽出流量，所述處理氣體包括未反應(yīng)的化學試劑前體。從沉積室114進入并通過抽取控制室116的處理氣體的抽出流量還會稍微地增大通過抽取控制室116的氣體總流量，因此會增大抽取壓力。抽取控制室116中的化學試劑劑量調(diào)配的抽取壓力的增大會降低從沉積室114進入并通過抽取控制室116的抽出流量。相反，抽取控制室116中的化學試劑劑量調(diào)配的抽取壓力的降低會增大從沉積室114進入并通過抽取控制室116的抽出流量。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，除了所述兩種靜態(tài)模式即清理模式和穩(wěn)態(tài)化學試劑劑量調(diào)配模式以外，還在化學試劑劑量調(diào)配的起始動作中設(shè)計了一種重要的瞬態(tài)(過渡)模式。起始瞬態(tài)流量由來自增壓室107的化學氣體流產(chǎn)生。在截止閥110關(guān)閉后的指定時間內(nèi)可達到平衡，增壓室107中的壓力等于化學氣體源105的壓力，即/^re=P105。當截止閥110打開時，在穩(wěn)態(tài)條件下，增壓室107中的穩(wěn)態(tài)壓力P1Q7SS由于FRE106上的壓力梯度而會小于P1Q5。當截止閥110被致動打開時，增壓室107中的起始壓力WPltl5瞬間降低到穩(wěn)態(tài)壓力P1OTSS?；瘜W反應(yīng)氣體在化學試劑劑量調(diào)配的過程中進入氣體分配室104的流入流量由增壓室107的壓力和FRE109的傳導(dǎo)率決定。增壓室107的壓力瞬變可引起氣體分配室104的壓力瞬變。這樣，在增壓室107的壓力瞬變過程中，化學反應(yīng)氣體進入沉積室114的相應(yīng)的流入流量為逐漸降至穩(wěn)態(tài)流量的起始脈沖式流量。同時，抽取控制室116中的抽取壓力為瞬間下降的起始脈沖式壓力。瞬態(tài)時間由抽取控制室116的容積、抽出流量和FRE117的傳導(dǎo)率共同決定。在抽取控制室116的壓力瞬變過程中，沉積室114的抽出流量也會跟隨著發(fā)生下降瞬變。通過對FRE106、109和117中的每個FRE、抽取控制流量以及增壓室107和抽取控制室116的容積進行選擇性設(shè)計，使瞬態(tài)流入流量和瞬態(tài)抽出流量相互匹配，以使沉積室114中的壓力偏移最小化。然而，本發(fā)明的一個重要方面是，即使在瞬態(tài)時間常數(shù)不能很好地匹配并且各個不同閥的動作不能很好地同步的情況下也可通過SMFD系統(tǒng)(特別是在穩(wěn)定壓力下操作時)固有地抑制壓力偏移。事實上，本發(fā)明的一些實施例中所講述的使用SMFD的主要優(yōu)點是能夠在非常便利和低成本的情況下使性能對裝置和處理過程的缺陷不敏感。優(yōu)選地，劑量調(diào)配步驟被設(shè)計用于使化學試劑流量最大化和使化學試劑的使用量最小化。例如一個極端實例，一種用于處理200毫米的晶片的典型的300cc-400cc的ALD室在200mTorr的化學試劑劑量調(diào)配壓力下實際上不會損耗化學試劑。因此，在200mTorr的壓力下執(zhí)行100%的化學試劑劑量調(diào)配除了增壓室的作用以外通常只需要非常小的另外的化學試劑劑量調(diào)配流量。實際上，我們已發(fā)現(xiàn)，在200mTorr的壓力下執(zhí)行未稀釋前體的劑量調(diào)配的條件下，除了用于在300°C下進行Al2O3的ALD的三甲基鋁(“TMA”)的增壓室劑量調(diào)配以外的另外的劑量調(diào)配的影響作用小于2%。因此，使用典型的小于IOsccm的TMA穩(wěn)態(tài)流量足以實現(xiàn)最優(yōu)化的ALD性能。在化學試劑劑量調(diào)配階段中的穩(wěn)態(tài)流量通常是清理階段中的清理氣體流量的1/10-1/100。因此，用于建立化學試劑劑量調(diào)配的穩(wěn)態(tài)的時間會長得不可接受。為了避免上述情況對產(chǎn)量的不良影響，根據(jù)本發(fā)明的實施例的有效化學試劑劑量調(diào)配步驟可用于在化學試劑劑量調(diào)配步驟的起始階段提供起始非常大的化學試劑流量。因此，起始流量的瞬變可顯著地降低化學試劑劑量調(diào)配階段的響應(yīng)時間。這種響應(yīng)時間的降低對于提高ALD處理的效率和產(chǎn)量非常重要。在化學試劑劑量調(diào)配階段的起始瞬態(tài)部分中，氣體分配室104和沉積室114的容積會被處于起始高壓力和相應(yīng)的起始高瞬態(tài)流量下的化學氣體脈沖很快地充滿。在化學試劑劑量調(diào)配過程中的起始瞬態(tài)流量通常被調(diào)節(jié)成與之前的清理階段中的惰性清理氣體流的清理流量匹配。因此，可保持流動的連續(xù)性。由于化學氣體在起始高的化學試劑劑量調(diào)配流量的作用下流過氣體分配室104和沉積室114時的停留時間非常短，因此氣體分配室104和沉積室114會很快地充滿化學氣體。增壓室容積和增壓室FRE被選擇性設(shè)計成在化學試劑劑量調(diào)配的起始階段與抽取控制室的壓力的增加大致匹配。增壓室容積還被設(shè)計成可提供大小為ALD室在劑量調(diào)配過程中的容積與壓力乘積的1-2倍的增壓室總接觸量。例如，如果沉積室容積為400cc和劑量調(diào)配壓力為200mTorr，則增壓室容積被設(shè)計成可提供0.OSLXTorr-O.16LXTorr的增壓室總接觸量。當ALD系統(tǒng)100從化學試劑劑量調(diào)配模式切換到清理模式時，瞬變通常會較不重要。氣體分配室104的相對較小的容積再加上FRE103的相對較大的傳導(dǎo)率可使氣體分配室104的壓力快速地達到PpurgeSH。當使用小容積的抽取控制室時，抽取控制室116中的壓力從化學試劑劑量調(diào)配抽取壓力降至清理抽取壓力的時間遠小于清理停留時間，并且從劑量調(diào)配切換到清理的操作需要幾毫秒的時間。然而，當抽取控制室的容積較大時，抽取控制室的壓力下降的響應(yīng)時間比處理室中的清理停留時間長。例如，在用于200毫米的晶片上的ALD的典型處理中，處理室中的氣體停留時間為3毫秒。在化學試劑劑量調(diào)配與清理之間的抽取壓力調(diào)節(jié)范圍為總抽取壓力的10%-20%。通常，容積為1升_5升的抽取控制室便于將去除能力集成到所述系統(tǒng)中(見以下描述)。因此，抽取控制室壓力調(diào)節(jié)之后緊跟著長為10毫秒-20毫秒的典型時間。這樣，在劑量調(diào)配步驟結(jié)束時處理室的一些壓力偏移就不可避免。然而，這些壓力調(diào)節(jié)不會導(dǎo)致對可測量性能的損害。而且，在例如化學試劑劑量調(diào)配階段的起始脈沖的情況下不會有意地產(chǎn)生瞬變。因此，與終止化學試劑劑量調(diào)配階段相關(guān)的瞬變影響較小。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)可解決在清理過程中對高流量(和低壓力)的要求(以便能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和短時間清理)與在化學試劑劑量調(diào)配過程中對低流量(和高壓力)的要求(以便能夠?qū)崿F(xiàn)快速反應(yīng)和高化學試劑利用率)之間的傳統(tǒng)協(xié)調(diào)問題。在穩(wěn)定壓力的實施例中，所述系統(tǒng)能夠保持大致恒定的處理壓力，同時又可使流量的調(diào)節(jié)幅度超過10倍。事實上，根據(jù)本發(fā)明的處理硬件和方法已經(jīng)成功地用于在穩(wěn)定壓力下產(chǎn)生調(diào)節(jié)幅度超過100倍的流入流量和抽出流量調(diào)節(jié)。作為一種替代性方法，壓力和流量均能夠得到調(diào)節(jié)，以使清理階段和化學試劑劑量調(diào)配階段具有甚至更高的效率而且實際上不需要進行任何折衷協(xié)調(diào)。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法通過同步地調(diào)節(jié)(氣體排出沉積室的)抽出流量和氣體進入沉積室的流入流量實現(xiàn)了上述預(yù)期能力。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一個優(yōu)點是用于實施本發(fā)明的一些結(jié)構(gòu)和技術(shù)可通過新穎組合的方式使用商品部件，從而可使本發(fā)明的實施例能夠低成本地設(shè)計和使用。例如，某些實施例包含一個處于已知壓力下的惰性氣體的集中單個供給點，其氣體在所述系統(tǒng)內(nèi)以可選擇性控制的方式分配通過節(jié)流元件。惰性氣體源的一個實例是市場上可獲得的壓力控制器(例如，MKS640A系列)和氣體容器。另一個實例是普通的壓力調(diào)節(jié)器。在根據(jù)本發(fā)明的某些實施例中，大約100毫秒的持續(xù)時間是化學試劑劑量調(diào)配階段和清理階段中的每個階段的實際目標。相應(yīng)系統(tǒng)的氣體動力學通常是以系統(tǒng)響應(yīng)時間小于5毫秒的目標設(shè)計的。因此，為了避免在閥102、120、108和110之間以及與其他化學試劑源相關(guān)的閥中產(chǎn)生不理想的瞬態(tài)條件、壓力不穩(wěn)定和波動(不可控制和不可重復(fù)的延遲)，優(yōu)選使用能夠以小于5毫秒的速度啟動的閥。閥108和110是用于一個化學試劑源的一組閥。在圖1中所示的特殊實施例中，所述ALD系統(tǒng)包括兩組這樣的閥，分別用于每個化學試劑源。ALD系統(tǒng)通常需要至少兩個不同的化學氣體源。5毫秒和更快的啟動速度比UHP隔膜閥的典型啟動速度快。然而，幾種商業(yè)產(chǎn)品可實現(xiàn)這樣的啟動速度，所述商業(yè)產(chǎn)品包括UHP電磁閥(例如，ParkerGeneralValve系列99，F(xiàn)ujikinECV系列)、壓電閥、電子燃料噴射器、比例閥和快速MFC(例如，MachOneofAE-EMCO)。根據(jù)本發(fā)明的實施例使用了FRE。例如，F(xiàn)RE可以是可調(diào)節(jié)構(gòu)件(例如，計量閥、比例閥、熱節(jié)流孔和快速MFC)或被動構(gòu)件(節(jié)流孔、導(dǎo)流體、毛細管和多孔介質(zhì))。被動FRE通常比可調(diào)節(jié)FRE便宜和堅固。然而，可調(diào)節(jié)FRE通常更適合于進行最優(yōu)化調(diào)節(jié)。在氣體流路上的未包含截止閥的部分中，所要求的FRE傳導(dǎo)率優(yōu)選被設(shè)計為所述流路的傳導(dǎo)率。在氣體流路上的包含截止閥和FRE的部分中，優(yōu)選這樣設(shè)計，即將所述FRE與所述截止閥結(jié)合成一體。在結(jié)合成一體的閥-FRE中，優(yōu)選將所述截止閥設(shè)計成在其完全打開時可具有必需的傳導(dǎo)率。作為一種替代性的方法，例如比例閥和一個馬赫數(shù)的快速MFC的裝置能夠打開到具有預(yù)期的傳導(dǎo)率。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的最優(yōu)化中，F(xiàn)RE103、106、109、111和121的調(diào)節(jié)能力可使靜態(tài)清理模式、靜態(tài)化學試劑劑量調(diào)配模式和化學試劑劑量調(diào)配瞬態(tài)性能得到高效和獨立地最優(yōu)化?；瘜W氣體源105的壓力優(yōu)選大于lTorr，以便高到足以方便使用。此外，化學氣體源105必須能夠在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中保持壓力不變。術(shù)語“室”和相關(guān)術(shù)語是指一種具有相對大致封閉的容積V且設(shè)有至少一個入口和一個出口的構(gòu)件，其中，在可用流量Q的范圍內(nèi)，通過所述室(例如，在入口與出口之間)的壓力梯度ΔΡ顯著小于所述室中的平均壓力P。一般而言，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，當V大約為IOOOcc和通過室的流量Q大約為IOOOsccm或更小時，室的比值ΔΡ/Ρ小于0.1。而且，在這里，氣體在室內(nèi)的停留時間相當大，所述停留時間由τ=VP/Q定義。一般而言，在這里，氣體在室中的停留時間τ通常為50微秒或更長。另一方面，術(shù)語“節(jié)流元件”(“FRE”)是指一種具有非常小的容積且通常僅具有一個入口和一個出口的構(gòu)件，其中，在可用流量Q的范圍內(nèi)，壓力梯度ΔP與FRE的所述入口和所述出口之間的平均壓力P相比相對較大。一般而言，在這種規(guī)格的FRE中，當通過FRE的流量Q大約為IOOOsccm或更小時，比值ΔΡ/Ρ大于0.1。而且，在這里，氣體在FRE中的停留時間τ相對較短，通常小于50微秒。與具有基本無源元件例如電阻器、電容器和感應(yīng)器的電路非常相似，壓力梯度ΔP=0(非FRE特性)的室和V=O的FRE實際中并不存在。然而，與電路規(guī)則相似，含有室和FRE的ALD和其他流體流網(wǎng)絡(luò)實際上能夠通過使基本元件具有純粹元件特性得到說明和設(shè)計。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解使用了室和FRE的理想化特性的流動系統(tǒng)的描述和設(shè)計。例如，術(shù)語“處理室”意味著在處理空間中壓力梯度通常被最小化，盡管清楚地知道在流動系統(tǒng)中只要存在流動就會存在壓力梯度。事實上，在根據(jù)本發(fā)明的SMFD的某些實施例中，設(shè)計了一個加長的處理室，所述處理室的兩側(cè)之間具有壓力梯度。FRE通常被設(shè)計和理想化成具有零或最小的容積，盡管對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說實際中根本無法實現(xiàn)V=FRE。也可以理解，如果不是特別規(guī)定，處理就可非常有利地在ΔP非常小的室中進行。另一方面，在某些情況下，具有非常小的V的(或τ)的FRE是不切實際的。然而，使用具有相當大的容積的FRE通常并不會對性能造成損害。具有相當大的容積的FRE的特性實際上是通過組合一個純室V和一個純FRE進行描述和設(shè)計的，這一點與對通過“等效電路”描述的電路元件例如具有電阻的感應(yīng)器的電描述十分相似。FRE的容積可通過增加與其最近的室的“有效”容積而被包含在設(shè)計中。室的節(jié)流特性能夠通過將該室的殘留傳導(dǎo)率加在下游FRE的傳導(dǎo)率上以獲得“有效FRE”傳導(dǎo)率Ceff而得以實現(xiàn)，其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>實際具有幾個處于串聯(lián)和并聯(lián)的FRE的系統(tǒng)可用有效FRE表示，以便于對系統(tǒng)進行描述。例如，含有均為FRE的毛細管和閥的管可用單個有效FRE表示。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，流阻特性可被設(shè)計包含在閥的結(jié)構(gòu)中。圖2以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD反應(yīng)器容器200的剖視圖。為了清楚起見，裝置200中的在現(xiàn)有技術(shù)中為標準形式的幾個構(gòu)件沒有包含在圖2中，這些構(gòu)件例如有晶片裝載端口、晶片升降銷和電饋入結(jié)構(gòu)。氣體分配室(噴頭)201具有100毫米的內(nèi)徑，其內(nèi)部空間為3毫米高。所述噴頭不必覆蓋著所有晶片基板表面區(qū)域。因此，所述噴頭的容積為23.6cm3。噴嘴陣列(FRE)202將氣體分配室201的底部與沉積室203分隔開。一個200毫米的半導(dǎo)體晶片204位于熱基板保持器205上，所述熱基板保持器205由熱傳導(dǎo)金屬(例如，W、Mo、Al和Ni)或現(xiàn)有技術(shù)中通常用于熱基座和卡盤的其他材料制成。所述熱基板保持器的周邊通過良好的熱觸點(或作為一個部件加工)連接在FRE206上。FRE206被成形為一系列的徑向狹槽。圖2的右側(cè)示出了沒有狹槽的橫截面的部分207。在操作過程中，氣體通過沉積室FRE206從沉積室203流入抽取控制室208中。氣體通過可控制抽取的FRE209從抽取控制室208流到真空端口210。抽取氣體通過抽取氣體管211、抽取源截止閥212和抽取源FRE213進入抽取控制室208中，以控制抽取控制室208中的抽取壓力。在典型的ALD操作過程中，抽取氣體進入抽取控制室208的流量可被選擇性地控制，以在不同階段實現(xiàn)不同的壓力，即在第一化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中實現(xiàn)第一劑量調(diào)配抽取壓力，在清理階段的過程中實現(xiàn)清理抽取壓力，在第二化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中實現(xiàn)第二劑量調(diào)配抽取壓力。正常地，相對于清理階段過程中的流量，抽取氣體進入抽取控制室208的流量在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中增大，以增加抽取控制室208中的壓力(劑量調(diào)配抽取壓力)，從而可降低處理氣體(包含化學反應(yīng)物前體)排出沉積室203的抽出流量，進而可使化學試劑的浪費最小化，并且如果需要可增大沉積室203中的化學試劑的壓力和流量。在清理階段中，抽取氣體進入抽取控制室208的流量通常會降回到較低流量，以降低抽取控制室208中的壓力(清理抽取壓力)，從而可增大清理氣體排出沉積室203的抽出流量，以提供更高的清理氣體流量和如果需要提供較低的清理壓力。圖2中還示出了化學試劑源管214、化學試劑源FRE215、增壓室216、化學試劑劑量調(diào)配截止閥217、清理排氣截止閥218和增壓室FRE219。圖中還示出了熱障220，其被構(gòu)造用于防止反應(yīng)器容器壁221與反應(yīng)器容器頂部222之間發(fā)生熱傳導(dǎo)。所述熱障在以下實施例中非常有用，即其中反應(yīng)器容器壁221與噴頭(氣體分配室)201在不同的可控溫度下操作?；瘜W試劑的利用率和化學試劑的去除速度隨著沉積室203的容積的降低而提高。各種技術(shù)中所使用的基板尺寸，例如通常用于半導(dǎo)體裝置制作中的200毫米和300毫米的圓形硅晶片，決定了沉積室的尺寸。例如，用于處理一個200毫米的圓形晶片的沉積室必須具有直徑至少為200毫米的圓形區(qū)域。氣體流動動力學要求所述沉積室的高度應(yīng)具有幾毫米。因此，這種200毫米的沉積室的容積通常為至少150cm3，更通常為300cm3或更大。通常預(yù)期的0.6秒的周期時間將化學試劑去除清理階段的最大許可時間限制在大約0.1秒至0.2秒的范圍內(nèi)。在所述時間內(nèi)，通常希望沉積室中的化學試劑前體反應(yīng)物的濃度降至其初始值的以下。更精確地講，化學試劑的去除程度由化學試劑的具體化學性質(zhì)和對沉積膜質(zhì)量的具體要求確定。在ALD周期的清理階段的過程中，沉積室中的化學試劑的濃度與exp(-t/τ)成正比，其中，t是化學試劑的去除時間。因此，為了達到小于的程度，t需要等于或長于4.6τ。為了使4.6τ<0.2秒，VP/Q的值大約為0.044秒。如果V被通常限制在大于大約300cm3的范圍內(nèi)，P/Q就會限制在小于0.145sec/L的范圍內(nèi)。例如，如果Q為500sccm(6.33LXTorr/sec)，則處理壓力應(yīng)等于或小于0.92Torr。作為另一個實例，如果需要將化學試劑的去除程度降至0.0001%，則沉積室在清理過程中的壓力應(yīng)限制在低于300mTorr的范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的一個代表性實施例中，所述噴頭(氣體分配室)具有Vsh=23.6cm3的容積。噴頭壓力為mTorr。ALD空間的容積大約為400cm3。處理沉積室的穩(wěn)定壓力為P114=IOOmTorr0在清理階段中清理氣體通過所述噴頭進入所述沉積室的流入流量被控制為Qpmrge=lOOOsccm。從而，在清理階段中，氣體在所述噴頭和所述沉積室中的停留時間τ=VP/Q分別為1毫秒和3毫秒。所述ALD系統(tǒng)和處理操作被設(shè)計成在400毫秒-500毫秒的周期時間下實施ALD。每個周期通常包括第一化學試劑劑量調(diào)配階段、緊接在第一化學試劑劑量調(diào)配階段之后的清理階段、隨后的第二化學試劑劑量調(diào)配階段以及緊接在第二化學試劑劑量調(diào)配階段之后的另一清理階段。從而，每個階段的目標持續(xù)時間為大約100毫秒。如果使用這些示例設(shè)計尺寸和操作條件，在清理階段中，所述示例ALD系統(tǒng)可提供100次的噴頭容積吹掃和多于30次的沉積室容積吹掃。所述容積吹掃次數(shù)遠遠大于使用傳統(tǒng)的ALD技術(shù)通常能夠達到的吹掃次數(shù)(例如，在1秒_5秒的清理時間內(nèi)通常僅能進行3次-10次的沉積室容積吹掃)。SMFD裝置和方法在以下方面優(yōu)于傳統(tǒng)的ALD方法和裝置，即SMFD裝置和方法的清理性能得到了顯著地改進，清理時間得到了降低，并且化學試劑的利用率得到了提高。因此，在清理階段中的噴頭傳導(dǎo)率可計算和設(shè)計為C7=QpurgeI(Pir-Pw)=31.7L/sec。在根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)的優(yōu)選設(shè)計中，噴頭流量對噴頭壓力具有高的靈敏度。因此，噴嘴陣列FRE中的噴嘴被設(shè)計成具有實際中盡可能大的長寬比。例如，在直徑為100毫米的噴嘴陣列板上設(shè)有600個噴嘴的密集模式中，每個噴嘴在清理階段中的氣體流量大約1.67sCCm。在厚度為3.125毫米(1/8英寸)的噴嘴陣列板中，管型噴嘴具有大約3毫米的長度。噴嘴直徑的估計值可使用以下Poiseuille公式進行計算，即公式(1)(1)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>如.<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>其中，清理氣體的粘度被理想化為250°C下N2的粘度，即η=270μpoise。相應(yīng)的氣體流量可由公式(2)計算(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>作為比較，可以考慮使用這樣一種根據(jù)典型的噴頭設(shè)計的噴頭設(shè)計，即在直徑為100毫米的噴嘴陣列板中設(shè)有300個孔眼型噴嘴，所述噴嘴具有非常小的孔眼長度。每個噴嘴的傳導(dǎo)率(C=Q/ΔΡ)為105.6cm7sec。噴嘴的面積可由公式(3)計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>其中，PSHpur"和P114分別為噴頭壓力和沉積室壓力(Torr)，y=CV/CP為氣體熱容比，對于250°C下的N2來說該熱容比為大約1.4。Tl是噴頭溫度(假定該溫度也是氣體溫度)，其取250°C=523°K。M是氣體的分子量(理想化為=28gm/mole)。如果使用這些變量的值，通過公式(3)計算的噴頭噴嘴的面積大約為A=4.4X10_3Cm2。因此，噴嘴直徑為大約750μm。清理氣體流量由下面公式(4)計算(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>圖3示出了上述孔眼型和優(yōu)選管型噴嘴陣列設(shè)計中的Psh的計算值與Qai之間關(guān)系的曲線圖。圖3顯示出噴頭的管型噴嘴陣列設(shè)計提供了優(yōu)選的流量-壓力的關(guān)系曲線。通過設(shè)計使兩條P-Q曲線大約相交于0.5Torr-1000sccm點。然而，管型噴嘴陣列可通過調(diào)節(jié)壓力提供小到IOsccm以下的穩(wěn)定流量控制，而孔眼型設(shè)計在流量低于大約400sCCm時只能提供非常有限的控制。在化學試劑劑量調(diào)配階段的穩(wěn)態(tài)部分的過程中，噴頭壓力降至己7。所述噴頭壓力的降低可使進入ALD沉積室的流入流量降低，所述流入流量的降低根據(jù)本發(fā)明可通過排出所述沉積室的抽出流量的降低得到補償。在純化學反應(yīng)物前體氣體的壓力為IOOmTorr的各種情況下，化學試劑在250°C下的濃度大約為2XIO15分子數(shù)/cm3。在400cm3的沉積室容積中的化學反應(yīng)物前體的分子總數(shù)為8X1017。所述沉積室估計具有IOOOcm2的包括非基板面積在內(nèi)的總表面積。在典型的中間ALD表面上的反應(yīng)活性部位的數(shù)量密度估計介于大約1XIO14個反應(yīng)活性部位/cm2-7XIO14個反應(yīng)活性部位/cm2的范圍內(nèi)，或者介于IXIO17個反應(yīng)活性部位/沉積室面積-7XIO17個反應(yīng)活性部位/沉積室面積(在晶片和其他暴露表面上)。根據(jù)上述估計，化學試劑在滯流(回填)ALD沉積室中完全反應(yīng)之后的消耗程度在大約10%-90%的范圍內(nèi)。如果供給純濃度小于100%的化學試劑，消耗作用將會相對更為顯著?；瘜W試劑的消耗延長了ALD反應(yīng)的完成時間。如果化學反應(yīng)物前體分子的部分壓力因消耗而降低，則碰撞分子的通量會相應(yīng)地降低。因此，盡管許多ALD處理操作在化學試劑的滯流(回填)壓力下可得到良好地執(zhí)行，但一些處理操作需要通過使有限流量的化學反應(yīng)氣體流入所述沉積室來補充化學試劑。實際中，一些系統(tǒng)要求化學試劑使用惰性載氣稀釋，以有利于化學試劑的輸送。此外，具有高密度的大表面積裝置特征的晶片例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的制造通常會引起更顯著的消耗作用。在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中，每當純化學反應(yīng)物在250°C下具有l(wèi)OOmTorr的壓力時，到達表面上的分子的通量為大約Φ=3.513XIO22(P/[MT]172)1.5Χ1019分子數(shù)/cm2/sec(Μ為化學反應(yīng)物前體的分子量，為了一般的保守估計，在此理想化為IOOgm/mole)。因此，在100毫秒的脈沖過程中，表面承受1.5XIO18碰撞量/cm2。經(jīng)驗上，ALD反應(yīng)在IXIO16碰撞量/cm2-3X1017碰撞量/cm2的外露接觸化學反應(yīng)氣體分子的接觸量的范圍內(nèi)會接近飽和(>99%已起反應(yīng))。因此，IOOmTorr的處理壓力通常已足夠。盡管ALD化學試劑劑量調(diào)配階段的時限相對較短(例如，100毫秒)，但所要求的接觸量相對較小。飽和接觸量的大小取決于特殊反應(yīng)的具體的反應(yīng)粘附系數(shù)οκ。反應(yīng)粘附系數(shù)是根據(jù)以下公式由成功的表面反應(yīng)與實際通量之比定義的(5)an/at=-kn似及(6)n(t)=n0exp-(kt)=n0exp-(σRφt/n0)其中，η為每cm2的反應(yīng)活性部位的數(shù)量密度，k為反應(yīng)率。例如，金屬前體三甲基鋁通常需要大約為3XIO19分子數(shù)/cm2的接觸量，以在大約300°C下進行Al2O3的ALD的過程中使中間AL-OH表面發(fā)生反應(yīng)和能夠飽和。ALD反應(yīng)可表示如下(7)BULK-0H+A1(CH3)3—BULK-O-Al(CH3)2+CH4；以及(8)BULK-A1-CH3+H20—BULK—A1_0H+CH4其中，BULK表示中間基板。反應(yīng)活性部位的數(shù)量密度估計為3.9X1014。因此，反應(yīng)粘附系數(shù)為σκ=5Χ3.9Χ1014/接觸量0.064，其中exp(-5)=exp[-接觸量Xσκ/(3.9XIO14)]6.7Χ10_3被作為飽和度的定義(S卩，反應(yīng)進行得超過了99%的反應(yīng)活性部位)。絕大部分的金屬ALD前體的值介于0.006-0.08的范圍內(nèi)。典型的非金屬前體例如吐0、順3、!^等的活性較小，因此它們的σ!^值通常介于大約0.001-0.005的范圍內(nèi)。具有這樣低的反應(yīng)粘附系數(shù)意味著與化學試劑在氣體溫度超過10(TC和處理壓力低于ITorr的情況下通過擴散的傳輸相比，化學試劑在接近晶片的區(qū)域上的消耗非常小。因此，過渡層的存在和有限擴散傳輸通常不是所關(guān)心的。然而，在晶片上存在高密度的大表面積特征的一些應(yīng)用場合中，例如在DRAM晶片的情況下，過渡層的作用能夠在基板的區(qū)域上產(chǎn)生局部消耗。因此，比典型的光滑表面的接觸量高二至四倍的接觸量可用于抑制這些局部消耗作用。作為一個實例，在化學試劑劑量調(diào)配階段中50sCCm的流入流量假定可防止耗盡。因此，ALD沉積室在100毫秒的化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中可被吹掃兩次，從而可對消耗作用產(chǎn)生3次抑制。在50sCCm下，所述噴頭和ALD容積的響應(yīng)時間分別為20毫秒和60毫秒。在流入流量小于IOsccm的穩(wěn)態(tài)劑量調(diào)配下，劑量調(diào)配在低的穩(wěn)態(tài)流入流量的條件下的響應(yīng)時間甚至更長，所述流入流量在300°C下的Al2O3的ALD的過程中可充分地維持TMA的劑量調(diào)配。這些響應(yīng)時間比100毫秒的預(yù)期的化學試劑劑量調(diào)配時間長。因此，在100毫秒的化學試劑劑量調(diào)配的過程中的化學試劑的接觸量由于以下原因而會降至當使用50sccm的化學試劑劑量調(diào)配流量時的接觸量的大約50%，即需要時間將ALD沉積室中的氣體從為100%的惰性清理氣體變化成100%的化學反應(yīng)氣體。在優(yōu)選實施例中，如上所述，上述潛在問題可通過化學反應(yīng)氣體的瞬間增壓得到校正。圖4示出了以下兩種情況下的相對化學試劑劑量調(diào)配(用化學反應(yīng)氣體替換惰性清理氣體)與噴頭和沉積室的化學試劑劑量調(diào)配時間之間關(guān)系的曲線圖，即在化學試劑劑量調(diào)配階段的起始時具有和沒有增壓室產(chǎn)生的化學試劑的瞬態(tài)脈沖。曲線清楚地顯示出在化學試劑劑量調(diào)配階段的前沿部分發(fā)生瞬變的優(yōu)點。在50毫秒-100毫秒可用短的劑量調(diào)配時間的范圍內(nèi)的累積接觸量在使用了增壓室瞬變的情況下比沒有瞬變的情況高2倍或更多倍。如上所述，具有增壓室脈沖的化學試劑劑量調(diào)配階段的起始部分能夠有效地降低殘留化學試劑的去除過程中的不利沉積作用。在化學試劑劑量調(diào)配階段的開始，化學反應(yīng)氣體的流入流量起始時相對較高(與隨后的穩(wěn)態(tài)化學試劑劑量調(diào)配流量相比)，從而，可在(從先前供給的化學試劑中)去除剩余化學試劑氣體的過程中提供更高程度的起始稀釋。同時，去除氣體源通常與主要化學試劑發(fā)生反應(yīng)，所述主要化學試劑用于在裂縫和其他去除氣體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生膜。當產(chǎn)生的膜不是多孔的時(通常是在如果沒有非常大的化學試劑濃度殘留的情況下)，由滴定處理形成的膜在去除氣體源基本上正在被滴掉的情況下對基板沉積產(chǎn)生不太顯著的負面影響。根據(jù)這種機理，在瞬態(tài)流量已顯著降低時，去除氣體操作也通常會降至無效的程度。具有高濃度的短的化學試劑劑量調(diào)配階段也能有效地降低殘留化學試劑的去除過程中的寄生沉積。圖5示出了一個曲線圖，圖中將如上所述的根據(jù)本發(fā)明的ALD實施例中的實際的化學試劑使用與現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)連續(xù)流動處理進行了對比。每個化學試劑劑量調(diào)配階段中的材料使用包含在隨后的清理步驟的過程中被清理出所述噴頭和ALD空間之外的化學試齊U。對于流量為50sCCm的穩(wěn)態(tài)劑量調(diào)配的這種情況來說，根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD的材料使用量比傳統(tǒng)ALD中的材料使用量少5倍以上。除了化學試劑的使用量大大降低以外，根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD還能實現(xiàn)與傳統(tǒng)的ALD所獲得的相似的通量大小和接觸量。在傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)中的連續(xù)流的lOOOsccm的流量可使傳統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的上述化學試劑清理性能，但是要以非常大的化學試劑利用率為代價。然而，執(zhí)行這種高的化學試劑劑量調(diào)配流量對沉積系統(tǒng)有害，因此根據(jù)對清理最優(yōu)化和劑量調(diào)配最優(yōu)化的權(quán)衡考慮，傳統(tǒng)的ALD裝置和方法被迫降低清理效率而以較低流量進行操作。當較低的更為典型的流量用于傳統(tǒng)的ALD時，化學試劑的利用率得到了提高，但是清理性能會得到顯著地損害。實現(xiàn)高效率ALD的困難源于對高效率清理和高效率化學試劑劑量調(diào)配之間的相互矛盾的要求。這些重要模式均不能在實現(xiàn)高的總效率與實際低的維護費用之間得到很好地協(xié)調(diào)?；瘜W試劑劑量調(diào)配階段應(yīng)盡可能地短，同時應(yīng)具有最大化的前體流量。化學試劑的濃度和流量越高，劑量調(diào)配步驟就會越短。而且，殘留化學試劑的寄生源借助于正在供給的較高流量的主要化學試劑而能得到較好地處理。許多ALD前體具有相對較低的蒸氣壓力，從而會使以高化學試劑流量輸送化學試劑變得非常困難。從這個方面講，根據(jù)本發(fā)明的實施例提高了輸送未稀釋化學試劑的能力?；瘜W試劑的高效率利用有助于使化學試劑去除和沉積室維護的解決方法變得更不復(fù)雜和更為實際。優(yōu)選地，ALD系統(tǒng)被設(shè)計成可去除至少一種化學反應(yīng)前體，例如MLx前體。從可獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得知，在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的TMA的利用率目前大約大于20%(對于在晶片上形成薄膜的材料)。因此，在任何條件下絕大部分的化學試劑均會被浪費掉。ALD沉積室內(nèi)的熱暴露區(qū)域通常會覆蓋著ALD膜。估計有多于30%的化學試劑在所述沉積室中沉積在非晶片表面上。因此，在當前的優(yōu)選實施例中，有小于50%的進入沉積室中的化學反應(yīng)物前體氣體以抽出流量離開所述沉積室。相比而言，在傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)中，大約比根據(jù)本發(fā)明的ALD系統(tǒng)大約大十倍或更多倍的化學反應(yīng)氣體離開沉積室。在沒有提供流入流量和抽出流量的同步調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)ALD系統(tǒng)中，流入流量調(diào)節(jié)非常不利。由于流入流量的增大會導(dǎo)致壓力的增加，壓力的增加又會大大地限制停留時間的降低，因此清理效率不能夠通過增加清理流量而得到提高。例如，增大為原來100倍的清理流量所能獲得的最大停留時間降低量與沉積室出口傳導(dǎo)率的最大理論增加量10倍系數(shù)相關(guān)，并且與增大的沉積室壓力10倍系數(shù)相關(guān)。在例如小100倍的流入流量下的化學試劑劑量調(diào)配將會導(dǎo)致劑量調(diào)配壓力不利地降低至少10倍。從而，在IOsccm的流入流量和lOOmTorr的劑量調(diào)配壓力下進行化學試劑劑量調(diào)配的傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)如果試圖以lOOOsccm的流量進行清理就必須達到ITorr(至少)的壓力。為了至少理論上能夠與SMFD的清理性能相匹配，傳統(tǒng)系統(tǒng)中的清理流量就必須設(shè)為理論最小值lOOOOOsccm。理論上，清理壓力將達到(并且實際上超過UOTorr。在上述這些流動條件下，并且如果是在用于在相當小的基板例如200毫米的晶片上沉積的ALD室的典型幾何形狀下進行，雷諾數(shù)將會非常高并會導(dǎo)致不可接受的湍流。而且，在這些高流量下的抽氣費用將會高得驚人。由于多種原因會在ALD和其他系統(tǒng)中不希望地出現(xiàn)相當大的壓力偏移。所述壓力偏移會產(chǎn)生非常多的顆粒，并且在ALD的情況下可引起回流瞬變。在對圖1的描述中，來自于化學氣體源105的化學反應(yīng)氣體流過化學試劑源FRE106、增壓室107和增壓室FRE109。化學氣體源105的典型壓力為lOTorr。從而，增壓室107中的壓力在相繼的化學試劑劑量調(diào)配操作之間可被理想化為達到與Pltl5相等的壓力，即Piw=P105=IOTorr。在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中，P107從Pltl5向下降低瞬變，直到建立穩(wěn)態(tài)流量。在具有包括以下周期順序步驟的典型處理過程中，即包括100毫秒的第一化學試劑劑量調(diào)配階段、100毫秒的清理階段、來自于另一化學試劑源的100毫秒的第二化學試劑劑量調(diào)配階段以及100毫秒的第二清理階段，從一個特殊的化學試劑源進行的相繼的化學試劑劑量調(diào)配之間的時間為300毫秒，所述時間也是增壓室107的恢復(fù)時間。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的設(shè)計中，考慮到以下情況非常重要，即化學試劑源FRE106、增壓室107和增壓室FRE109的組合流動傳導(dǎo)率的降低可使化學試劑劑量調(diào)配流量相應(yīng)地降低，并且會使增壓室107中的穩(wěn)態(tài)壓力降低，而且還會使響應(yīng)時間增大，在所述響應(yīng)時間內(nèi)增壓室107在300毫秒的恢復(fù)期內(nèi)可大致再次增壓。在化學試劑劑量調(diào)配流量為50sCCm的根據(jù)本發(fā)明的典型實施例中，增壓室107中的穩(wěn)態(tài)壓力為2.24ΤΟΠ·。從增壓室至所述噴頭的化學試劑的流量可通過G。7=0.127(ifD7-i^)計算。通過使用Poiseuille公式，可估算出FRE109的幾何特征D4,(10)—=7.77cm/poise對于Icm長的FRE來說，其直徑(對于250°C下的N2來說η=270μpoise)大約為0.2cm。當設(shè)計直徑為0.3125cm(l/8”)時，長度為5.3cm。實際上，化學試劑劑量調(diào)配截止閥110(圖1)可對流動產(chǎn)生一些阻抗。因此，F(xiàn)RE109僅需要為另外的節(jié)流作準備。通過采用相似的方式，F(xiàn)RE106的幾何特征可從下面求出(11)——=0.41cm3/poise因此，F(xiàn)RE106可由長度和直徑分別為86cm和0.3125cm(l/8”)的管制成。然而由于極為可能優(yōu)選使化學試劑輸送管做得更短，因此FRE106能夠通過增加一個與較短的管串聯(lián)的較細的毛細管來實現(xiàn)。在清理過程中，F(xiàn)RE109被清理至清理排氣管112。所述清理操作在閥108打開時立即開始。所述清理排氣管中的流量受FRE109和FRE111的組合傳導(dǎo)率的影響。由于需要清理的容積非常小(例如，lcm3-2cm3)，因此能夠使用非常小的流量獲得高效率清理。例如，20sCCm足以獲得2毫秒-4毫秒的響應(yīng)時間。因此，在該通道中的流量對噴頭壓力和清理氣體進入沉積室114的流量的影響較小。ALD通常使用兩種(或更多種)化學試劑前體執(zhí)行。在使用一種前體A的劑量調(diào)配階段的過程中，第二種前體B的支管中的從噴頭104至閥108’的管段表現(xiàn)為一個受壓的盲管段。從而，會有一些前體A滲透進入前體B的支管中的上述盲管段內(nèi)。因此，對所有化學反應(yīng)氣體支管的清理操作優(yōu)選在緊跟在每個化學試劑劑量調(diào)配階段之后的清理階段的過程中進行。例如，當ALD沉積室114中的壓力為IOOmTorr時，通過沉積室114和通過FRE117(圖1)的清理氣體的典型流量為lOOOsccm。在清理過程中抽氣路徑的傳導(dǎo)率Cpp=(1/C115+l/C117)―1=Q/(P114-Ppump)，其中，P114=IOOmTorr,Ppump為泵壓力。泵壓力取決于所選擇的泵和抽氣速率。例如，具有1000L/Sec-2000L/Sec的抽氣速率的渦輪分子泵可在泵壓力低于大約700mTorr的情況下提供足夠大的流量控制。具有200L/sec-400L/sec的抽氣速率的分子拖曳泵可在大約60mTorr以上的范圍內(nèi)的壓力下控制流量。用于操縱高流量的泵，例如BOCEdwarcK原來的SeiKoSeiki)STPA1303C或AlcatelATH1600M或ATH2300M，優(yōu)選用于根據(jù)本發(fā)明的實施例。在本典型計算中，假定使用的是2000L/Sec的渦輪泵和6.3mTorr的泵壓力。因此，可計算出Cpp的值為135L/sec。當FRE115的傳導(dǎo)率在流入流量和相應(yīng)的抽出流量均為lOOOsccm的情況下大約1000L/sec時，抽取控制室116的壓力P116可這樣計算，即P116=0.1_Q/C115=87.5mTorr0FRE117的傳導(dǎo)率可這樣計算，即C117=(l/Cpp-lAW-1=156L/sec。在如圖2所示的示例裝置中，基板保持器205具有大約220毫米的直徑。FRE115被成形為彎曲細長狹槽。這些狹槽之一用于晶片裝載。三個相同的狹槽在220毫米的直徑上沿著周邊布置，并且所述狹槽具有梯形隔板，所述隔板在220毫米的直徑上為Icm寬。每個狹槽的寬度為大約22cm。所述狹槽的長度認為是lcm。單個狹槽的傳導(dǎo)率大約為333L/sec。所述傳導(dǎo)率可通過下面的用于矩形橫截面的Heinze公式近似地計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>其中，a為矩形的短邊尺寸，b為矩形的長邊尺寸，Ψ根據(jù)a/b通過Williams等人的曲線給出。η為隊在523°K的溫度下的粘度，取270μpoise。假設(shè)a/b為0.04，Ψ估計為0.97。所述狹槽的高度a可通過下面公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>所述狹槽很窄，但足以容納一個晶片裝載末端執(zhí)行器和一個晶片，以用于對晶片進行處理。所述狹槽的尺寸比a/b=0.037，Ψ=0.97，它們與假設(shè)值一致(除了其他誤差因素以外)。對于直徑為大約22cm和高度為大約Icm的沉積室203的示例尺寸來說，Vald=400cm3。例如，沉積室203的高度從晶片區(qū)域的Icm平滑過渡到狹槽處的0.82cm。圖2中的FRE209的傳導(dǎo)率受插塊207與反應(yīng)器容器壁221之間的縫隙影響。在另一個實施例中，插塊207與反應(yīng)器容器壁221之間的縫隙被設(shè)計成非常小，插塊207的底部上的其他開口為FRE117提供主要傳導(dǎo)路徑。傳導(dǎo)路徑的面積可使用下面公式(14)估算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>=12.45cm2在FRE117的情況下，孔眼型傳導(dǎo)路徑可使傳導(dǎo)率實際上與Ppump無關(guān)。從而，如果Pp卿/P116小于0.LC117實際上與壓力無關(guān)，并且可這樣計算，即C117≌12.53A≌156L/sec,其中，A是孔眼的總面積。FRE117的上述特征可使根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)的性能對抽氣速率漂移相對較不敏感，并且可使不必在典型實施例中進行主動泵壓力控制。在化學試劑劑量調(diào)配階段的穩(wěn)態(tài)期中，抽取控制氣體通過抽取源截止閥120流入抽取控制室116(圖1)。因此，抽取控制室116中的抽取壓力可升高，以降低化學反應(yīng)氣體排出沉積室114的抽出流量，從而，可獨立地使化學反應(yīng)氣體的抽出流量與化學反應(yīng)氣體進入沉積室114的流入流量相匹配。當化學反應(yīng)氣體進入沉積室114的穩(wěn)態(tài)流入流量為50sccm時，抽取控制室116中的化學試劑劑量調(diào)配抽取壓力必須升至<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>通過閥120的流量必須要使抽取控制室116中能夠保持著所述壓力。從抽取控制室116至泵的氣體流量為Q120=C117(P116-Ppump)=156X(0.0994-0.0063)=14.5LXTorr/sec^1150sccm。上述流量之中，50sccm為來自沉積室114的抽出流量，IlOOsccm為流過截止閥120的抽取氣體的流量。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計良好的SMFD型ALD系統(tǒng)的性能不是十分依賴于氣體流量和壓力的精確控制。從而，設(shè)計良好的SMFD型ALD裝置對零件加工的標準和常規(guī)公差以及市場上可獲得的裝置和構(gòu)件不敏感。例如，抽取控制室116中的化學試劑劑量調(diào)配抽取壓力的增加量可以變化5%-10%，而不會顯著地影響?yīng)毩⒌厥钩槌隽髁颗c流入流量大致匹配和化學試劑劑量調(diào)配特性。在化學試劑劑量調(diào)配的過程中的化學試劑的穩(wěn)態(tài)流量對所述沉積室中的壓力不敏感。穩(wěn)態(tài)流量的波動或漂移均不產(chǎn)生嚴重問題。當通過閥120進入抽取控制室116的抽取氣體的流量發(fā)生變化或漂移時，抽取控制室116中的抽取壓力和沉積室114中的壓力會同時平穩(wěn)地漂移，以便僅通過較小和不太顯著的處理壓力漂移就能夠補償進入抽取控制室116的抽取氣體流量的任何顯著的漂移。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的所述重要的“自校正”特性通過參照圖6進行說明。圖6以示意形式示出了通過根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)的各種氣流。進入沉積室114的化學試劑的流量Ql由上游支管(源101、FRE103、源105、FRE106、增壓室107、FRE109和FRE113)決定，并且對沉積室114中的壓力P114極不敏感。從沉積室114進入抽取控制室116的抽出流量Q2由FRE115的傳導(dǎo)率和壓力P114和P116決定。通過閥120進入抽取控制室116的抽取氣體的流量Q3對抽取控制室116中的壓力P116極不敏感，并且主要由FRE121和FRE121之后的壓力決定。排出抽取控制室116的氣體的流量Q4由FRE117的傳導(dǎo)率(156L/sec)和壓力P116和Pp_決定。所述系統(tǒng)在化學試劑劑量調(diào)配的過程中的所有壓力和流量隨著時間變化的情況可使用以下簡化公式模擬(16)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage28</formula>(17)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage28</formula>);以及(<formula>formulaseeoriginaldocumentpage28</formula>而且，沉積室114的容積為0.4升，抽取控制室116的容積為3升?？墒褂脠D6中所示的模型和公式(16)、(17)和(18)進行計算。圖7以曲線圖的形式示出了當Q3設(shè)定為llOOsccm時Q、Q2和Q4與時間之間的計算關(guān)系曲線，由所述關(guān)系曲線求出的值與根據(jù)前面計算的最優(yōu)值接近。Q4在化學試劑劑量調(diào)配階段的起始瞬態(tài)部分的過程中超過了穩(wěn)態(tài)值。這種過調(diào)是由于在我們的實例中所設(shè)置的瞬態(tài)Q1和P116之間存在失配引起的。瞬態(tài)可變值可具有相當大的失配，但對所述系統(tǒng)的重要參數(shù)(S卩，Ρ114、ΔΡ=P114-P116,Ql和Q2)只具有較小的影響。圖8示出了P114、P116禾口ΔΡ=P114-P116與時間之間的關(guān)系曲線。由于瞬態(tài)失配，因此在瞬態(tài)區(qū)間(從IOOmTorr至105mTorr)中P114稍微增大。這種不太顯著的壓力上升是平穩(wěn)的，并且對系統(tǒng)性能沒有影響。所述壓力上升可通過將P116的瞬態(tài)值調(diào)節(jié)得較低些而得到校正。然而，如果對系統(tǒng)性能的影響不大，實際上不需要進行最優(yōu)化。更重要地，圖8示出了沉積室中的壓力穩(wěn)定在lOlmTorr下和AP=P114-P116始終大于零。這種重要的特性意味著，所述系統(tǒng)可抑制從抽取控制室116到沉積室114的回流。如在大的變化范圍內(nèi)所進行的模擬和試驗，這種對回流的抑制作用非常可靠，并且對Q3的大的漂移和閥的異步啟動不敏感。另外還計算模擬了在以下五種不同的Q3值的情況下P114與時間之間的關(guān)系，即，Q3=900、1000、1100、1200以及1300sccm。P114的計算值在很小的范圍內(nèi)變化。例如，P114以IOOmTorr的初值開始，當Q3=1300sccm時，P114在100毫秒之后穩(wěn)定于大約118mTorr，當Q3=900sccm時，則穩(wěn)定在84mTorr下。更為重要地，當Q3為900與1300sccm之間的任何值時，AP=P114-P116的計算值始終為正。八？在時間為0時開始于12.51^0燈，20毫秒之后其計算值在大約5mT0rr-7mT0rr的范圍內(nèi)。因此，盡管Q3發(fā)生了40%的變化，沉積室中的壓力也只是在相對較小的范圍內(nèi)平穩(wěn)地漂移。此外，壓力差ΔΡ=P114-P116從未變?yōu)樨撝担@表明系統(tǒng)可非常有效地自動適應(yīng)以防止發(fā)生從抽取控制室116至沉積室114的回流。模擬結(jié)果表明，即使在Q3發(fā)生了極端和非實際的漂移的情況下，對系統(tǒng)性能的影響也是微不足道的。如果使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的方法和裝置，Q3能夠保持在1100士50sCCm下，從而，可非常容易地使P114在100士5mT0rr的范圍內(nèi)波動。如以下實例1中所述，從根據(jù)本發(fā)明的代表性實施例的操作得到的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)證實了模擬結(jié)果。事實上，是在400SCCm-1500SCCm的范圍內(nèi)對SMFD型ALD系統(tǒng)進行試驗的，以便在將劑量調(diào)配壓力控制在100mTorr-500mTorr的范圍內(nèi)的情況下能夠適當?shù)貓?zhí)行。系統(tǒng)魯棒性體現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的實施例的所有關(guān)鍵方面。例如，執(zhí)行模擬模型的計算，以測試P114對抽取控制室116的容積的敏感性。抽取控制室116的容積V116在1.5升-12升的范圍內(nèi)變化。抽取氣體流量Q3(見圖6)設(shè)為llOOsccm。P114在時間為O時開始于IOOmTorr,然后其保持在95mTorr-115mTorr的范圍內(nèi)。對ΔΡ=P114-P116所作的相應(yīng)計算實際上表明了ΔΡ與V116沒有依賴關(guān)系。對Q3=1200SCCm和Q3=900sccm的情況所作的相似計算表明了P114和ΔΡ對V116的敏感性同樣較小。這些計算表明了根據(jù)本發(fā)明的SMFD系統(tǒng)能夠承受很大范圍內(nèi)的瞬態(tài)失配。上述模擬計算使用了化學試劑劑量調(diào)配流量Ql的穩(wěn)態(tài)值50sCCm。利用模擬模型所作的進一步計算將Ql的值設(shè)為25sCCm和lOOsccm。對于這些模擬計算來說，V116=3升，__t_t對于25sccm的情況0=o.315+12.355e~^，對于IOOsccm的情況ρι=126+1141e~0M5。抽取氣體流量Q3在被設(shè)為900SCCm、1100SCCm(“理想情況”)和1300sCCm的情況下模擬。在各種模擬條件下產(chǎn)生的P114的計算值均位于大約80mTorr-120mTorr的范圍內(nèi)，從而說明了所述系統(tǒng)是穩(wěn)定的并且其性能是可靠的。所述模擬計算還表明了由于閥110和121的異步啟動所產(chǎn)生的系統(tǒng)的不穩(wěn)定性還會被所述系統(tǒng)很好地吸收而只會引起較小的P114的波動。士5毫秒的同步失配在Q3值介于900SCCm-1300SCCm的范圍內(nèi)時均可被所述系統(tǒng)很好地處理。P114的偏移量能夠被控制在設(shè)計值的10%之內(nèi)。在這種水平上，這些壓力瞬變不會對系統(tǒng)性能造成任何顯著的損害。在10%之內(nèi)的較小的壓力增加在清理過程中可產(chǎn)生較小的氣體停留時間增加。然而，鑒于大約為IO14X的清理效率，清理效率的輕微下降(在試驗?zāi)M條件下，在最壞的情況下被模擬為大約6x)無關(guān)緊要。因此，由于化學試劑劑量調(diào)配截止閥110、110’的關(guān)閉引起的P114的瞬變并不是設(shè)計所關(guān)心的主要問題。然而，這些瞬變?nèi)绻枰軌蛲ㄟ^以下措施中的一種措施或組合使用這些措施得到高效地校正(1)將清理氣體輸送管線101、102和103(圖1)分成兩條，所述兩條管線將lOOOsccm的惰性清理氣體分成相等或不同的流量，但流量總和仍為lOOOsccm；啟動一條清理氣體管線同時關(guān)閉所述化學試劑劑量調(diào)配截止閥；然后延遲一會再啟動第二條清理氣體管線；(2)降低抽取控制室116的容積；(3)增加氣體分配室(噴頭)104的容積；以及(4)在關(guān)閉抽取源截止閥120與隨后打開清理源截止閥102之間使用長為幾毫秒的可良好控制的延遲。例如，在化學試劑劑量調(diào)配步驟開始時的化學試劑劑量調(diào)配截止閥110、110’與抽取源截止閥120(圖12)之間的同步可通過引入大小在0毫秒-10毫秒范圍內(nèi)的延遲而得到改變。被最優(yōu)化成可使用500毫秒以下的周期時間沉積Al2O3的TMA和H2O的劑量調(diào)配步驟均得到了試驗。在試驗了的范圍內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)閥的這種較大的異步基本上不會產(chǎn)生影響。在根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例中，壓力調(diào)節(jié)與流量調(diào)節(jié)同步進行。例如，在化學試劑劑量調(diào)配的過程中壓力的增加通過增大進入抽取控制室116的流量Q3(圖6)來實現(xiàn)。例如，模擬計算表明沉積室壓力P114與Q3之間存在半線性的關(guān)系。因此，P114OnT0rr)可用公式7.5+0.085XQ3近似得到。H2O劑量調(diào)配的反應(yīng)率可在以下條件下進行的Al2O3沉積的過程中測試，即TMA處于飽和狀態(tài)和H2O處于70%的飽和度下。性質(zhì)上，H2O的反應(yīng)率在較高的劑量調(diào)配壓力下可得到提高。較高的壓力在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中是有益的，其能夠增加通量和加速反應(yīng)。然而，絕大部分的ALD處理在壓力處于100mTOrr-200mTOrr的范圍內(nèi)可在10毫秒-50毫秒內(nèi)達到飽和。因此，壓力調(diào)節(jié)通常不是必須的。另外，在不同化學試劑的不同的化學試劑劑量調(diào)配階段中使用不同壓力進行流量和壓力的同步調(diào)節(jié)非常重要，并且需要與120和121并聯(lián)布置的另外的抽取源截止閥和抽取源FRE，以利于抽取氣體例如以三種(可選擇的)不同的抽取氣體流量進入抽取控制室116。具有并聯(lián)布置的另外的截止閥和抽取源FRE的實例示于圖10所示的ALD系統(tǒng)500中。系統(tǒng)500包括與120和121并聯(lián)布置的抽取源截止閥530和抽取源532。通過設(shè)計ALD化學反應(yīng)可產(chǎn)生固體膜。這些膜如果沉積在泵、閥和測量儀的內(nèi)部就會加快對下游支管的損害。實際情況和成本因素將溫度限制成這樣，即在下游支管處可保持低于200°C，但通常保持在大約100°C和更低。因此，下游支管的壁易于顯著地吸收ALD型化學試劑，并且易于多孔和疏松的沉積物的生長。這些劣質(zhì)沉積物會很快地阻塞下游支管，并且還會在系統(tǒng)中造成嚴重的顆粒污染。此外，維護操作通常需要將下游支管完全拆開，并且清潔處理工作非常令人厭煩和昂貴。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例可去除化學試劑，從而可減少和避免與化學試劑沉積在非基板表面上有關(guān)的問題。有效的化學試劑去除可將在離開沉積室的(要抽出的)處理氣流中存在的未反應(yīng)的化學試劑除掉，從而不需要維護下游支管，并且可延長泵、閥和測量儀的使用壽命。因此，可降低主要成本和延長正常運行時間。可在不影響ALD系統(tǒng)的性能或效率的情況下通過多種設(shè)計方法實現(xiàn)一種集成式去除系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)和方法中流出沉積室的(抽出的)處理氣流所含有的未反應(yīng)的化學反應(yīng)氣體量為傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)中的大致1/10。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例特別非常適合于實現(xiàn)幾乎完全的化學試劑去除。而且，圖1中的抽取控制室116非常適合于去除化學試劑，這是由于其具有以下特征，即其對回流具有非常強的抑制作用，并且具有與沉積室中的停留時間無關(guān)且可顯著延長的停留時間，而且最為重要的是其在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中可流入高流量的氣體，所述氣體可以是惰性的或活性的，并且其能夠促使以相當大的效率在很容易拆除的表面或能夠很容易地在抽取控制室內(nèi)原地清潔的表面上沉積出高質(zhì)量的膜。根據(jù)本發(fā)明的集成式化學試劑去除系統(tǒng)的目的是提供一種界限分明的場所和界限分明且可低成本維護的表面，用于以從ALD沉積室中抽取的方式將活性化學試劑從處理氣體中去除掉，從而可防止在更下游的位置上沉積出不良固體沉積物。因此，希望與沉積室盡可能近地執(zhí)行化學試劑的去除，這是由于在流路中沒有沉積物生長的情況下于更下游的位置上排出活性化學試劑非常復(fù)雜、昂貴，并且通常是不可能的。集成式去除系統(tǒng)的另一個目的是將化學試劑在相對大的表面上轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的膜，所述表面可增加去除裝置的去除容量和延長所需要的維護之間的間隔時間。目前公知的絕大部分的ALD處理均是使用兩種不同的化學試劑例如MLx和AHy執(zhí)行的。這些化學試劑之一的MLx(含有金屬或半導(dǎo)體原子的前體)通常比另一種前體的活性強很多。當活性較強的前體例如MLx被大致去除而只有活性較弱的前體例如AHy殘留在排出物出口中時，化學試劑的去除就會有效地完成。便利地，固體產(chǎn)生的前體MLxW去除可有效地使排出氣體的剩余物失去活性和易于揮發(fā)。這樣，由于所選定的良好的ALD前體穩(wěn)定并且不會起反應(yīng)或獨自分解，因此固體沉積物的生長可得到有效地抑制。通過去除金屬前體MLx，可以防止固體材料在下游支管中積聚。然后，可采用傳統(tǒng)公知的化學試劑去除技術(shù)在泵的上游或下游去除活性較弱的化學試劑前體、反應(yīng)副產(chǎn)物以及其他揮發(fā)性化合物。通常，僅有一種ALD前體即含有前體MLx(例如，三甲基鋁)的金屬(或半導(dǎo)體)形成固體沉積物。通常，另一種前體AHy(例如，H2O)優(yōu)選高壓供給，以加快較慢的化學反應(yīng)。如果需要，SMFD能夠甚至以100%的濃度進行AHy的劑量調(diào)配。因此，去除處理會消耗掉所有MLx或絕大部分MLX，但通常僅消耗很小一部分的AHy。不論是傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)還是根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)，任何實際的ALD系統(tǒng)均可高效率地操作以僅提供最短的清理時間來將ALD前體清理出沉積室。盡管MLx前體能夠通過去除處理去除掉，但AHy前體趨向于積聚在去除空間中。此外，去除室必須具有相當大的容積，并且還需要包含大面積的表面，從而會使去除室甚至更難清理和更易于使AHy前體積聚。在最優(yōu)化的高流量ALD處理的過程中AHy在去除室中的有限局部壓力的積聚通常無法得到避免。去除膜(沉積物)的質(zhì)量反比于AHy的局部壓力。AHy的局部壓力越大，膜的質(zhì)量越差。去除操作的目的是促進高質(zhì)量膜沉積物的生長。SMFD通過以下方法有效地降低了AHy在所述去除空間中的局部壓力，即在化學試劑劑量調(diào)配的過程中提供高度稀釋的通過抽取控制(去除)室的抽取氣體和在清理階段的過程中提供較高流量的清理氣體。因此，SMFD可固有地提供一種用于提高去除膜的質(zhì)量的機制。在傳統(tǒng)的ALD系統(tǒng)中，AHy的局部壓力的積聚會使AHy不利地反向擴散，即從所述去除室向上游回流到所述沉積室中。這樣，AHy就會在所述沉積室中產(chǎn)生不利的CVD特征。相比而言，根據(jù)本發(fā)明的SMFD通過降低AHy的積聚的局部壓力和提供可阻止擴散的相當強的前向流動能有效地抑制從所述抽取控制(去除)室發(fā)生的可能擴散。具有集成式化學試劑去除系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的SMFD的某些實施例使用ALD化學試劑來促進在位于所述抽取控制室內(nèi)的大表面積的去除元件上的CVD和ALD反應(yīng)。例如，抽取控制室208的熱內(nèi)壁225(圖2)使用可增大表面積的多孔金屬或陶瓷制造，所述熱內(nèi)壁225可保持在熱板溫度下或作為一種替代性方法也可保持在可單獨控制的高溫下。抽取控制室208中的大的表面積和相對較長的停留時間被設(shè)計用于高效率且?guī)缀?00%地消耗掉絕大部分的活性化學試劑。從而，下游的固體沉積物的絕大部分是位于可拆卸插塊上的高度定位的高質(zhì)量膜，所述插塊能夠拆下來清潔，或可在抽取控制室208內(nèi)原地清潔。當原地清潔不可行時，抽取控制室208的外壁221(圖2)可通過可拆卸襯墊保護。去除元件的設(shè)計和材料成分以及孔隙度取決于ALD處理的特殊的化學反應(yīng)物和SMFD反應(yīng)器容器的設(shè)計。一種示例的化學試劑去除元件400的設(shè)計以示意形式示于圖9中。去除元件400包括具有50%的孔隙度的活性鎢，孔的尺寸為大約50μπι和1/8”厚。去除元件400通過使用凸緣401連接在熱基板保持器205的底部上。兩個去除元件400連接在保持器205上以形成一個徑向元件。所述兩個去除元件被設(shè)計成可通過配合臺階405相互鎖定起來。內(nèi)壁402形成環(huán)形抽取控制室208(圖2)的內(nèi)壁225。去除元件400由兩個互補部件組裝而成，所述兩個互補部件更適合于在維護過程中快速組裝和拆卸。外環(huán)403(圖2中未示出)使面積再次得到了增加，并且其與抽取控制室208的外壁221十分接近。環(huán)402和403通過幾個翅片404互相連接起來，所述翅片404由多孔W類似地制成。一對組裝好的去除元件400可提供大約1000cm2-2000cm2的宏觀面積(平面鎢的面積)和大約15000cm2-30000cm2的實際面積。所述一對組裝好的去除元件400適合于2升的抽取控制室，并且被設(shè)計成這樣，即在通常用于生長出高質(zhì)量的Al2O3膜的TMA-H2OALD處理的過程中可從所述沉積室排出的抽取氣流中捕獲大約99.9%的三甲基鋁(TMA)。使用了根據(jù)本發(fā)明的SMFD裝置和方法的Al2O3的ALD沉積證明了可高效率地將TMA從廢氣流中去除。由于SMFD具有非常高的化學試劑利用效率并且與傳統(tǒng)的ALD裝置相比SMFD通過使惰性氣體始終以高流量流過所述去除空間可固有地將AHy保持在較低的水平上，因此可在位于所述抽取控制室中的去除表面上生長出質(zhì)量良好的Al2O3膜。在稍高于飽和狀態(tài)的高的H2O劑量的條件下，可觀察到在所述去除元件的一些區(qū)域上生長出一些劣質(zhì)膜。高質(zhì)量的去除膜是透明的并且具有良好的干涉圖樣。相比而言，劣質(zhì)膜通常具有白色的粉末狀外觀。因此，所述去除裝置和方法可通過增大抽取氣體的流量以進一步增大H2O的利用率而得到改進，并且同時可使H2O在所述抽取控制室中被再次稀釋。此外，TMA去除通過在TMA劑量調(diào)配步驟的過程中和TMA劑量調(diào)配步驟完成之后不久向所述抽取控制/去除室注入緩慢的臭氧流而能得到更顯著的改善。以下將描述的這種臭氧注入與ALD處理同步進行。當抽取控制室具有小的容積(例如，1升或更小)時，或者當ALD前體在去除元件400所保持的溫度下不能足夠快地反應(yīng)時，或者當希望較小面積的去除元件(通過抑制抽取控制室的存儲)來降低AHy的積聚效應(yīng)或降低成本時，根據(jù)本發(fā)明的實施例可在不犧牲ALD性能的前提下通過以下措施中的一種或幾種被修改得可增加去除效率。在MLx化學試劑的化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中通過向抽取控制室116通入取代惰性氣體的活性去除氣體或者同時通入這兩種氣體可增強化學試劑的去除效果。添加選定的活性氣體可提供一種活性CVD途徑，以在所述去除元件的面積上產(chǎn)生高質(zhì)量固體膜的沉積，從而可將化學試劑從處理氣流中去除。例如，在TMA的化學試劑劑量調(diào)配的過程中向抽取控制室116中添加臭氧可使Al2O3的CVD膜以非常高的效率沉積在去除表面上。臭氧的去除處理可有益地對抗和控制支配ALD前體之間的所不希望的CVD反應(yīng)，并同時使得能夠使用顯著較小面積的表面進行高效率的去除。這種方法對于絕大部分的ALD處理非常容易實施，以將絕大部分的活性(例如，金屬)前體從廢氣物中去除。臭氧容易產(chǎn)生，并且從市場上可獲得各種合適的臭氧發(fā)生器，例如MKSASTeXAX8400。在不會不利地影響抽取控制室116的氣體動力學或停留時間的前提下通過使用可提供具有較大容積的去除空間的第二單獨的去除室能夠提高化學試劑的去除效果。圖10以示意形式示出了包括單獨的去除室502的根據(jù)本發(fā)明的SMFD型ALD系統(tǒng)500，其提供了大面積的去除表面和非常大的氣體停留時間。含有未反應(yīng)的化學試劑前體的氣體通過抽取控制FRE117流出抽取控制室116。在去除室502中的化學反應(yīng)之后，氣體通過去除室FRE504流至真空泵125。在某些實施例中，一個截流閘閥以流體連通的方式串聯(lián)在去除室502與抽取控制室116之間，以便在不需要破壞沉積室處的真空的情況下就能夠?qū)λ鋈コ疫M行維護。而且，如上所述，活性氣體有助于進一步提高去除室502的去除效率和沉積物的質(zhì)量。在某些實施例中，惰性氣體保護管能夠用于防止在抽取控制室116與去除室502之間的管段中生長出沉積物。這種類型的管的設(shè)計描述于于1998年10月27日授予YoufanGu的美國專利No.5827370中，所述專利結(jié)合在此作為參考。在去除室502內(nèi)產(chǎn)生等離子體可進一步提高化學試劑的去除效果。等離子體形成氣體例如Ar有助于改善等離子體的特性，并且可被作為抽取控制氣體的一部分或整個抽取控制氣體提供。圖10中的系統(tǒng)500還包括一個臭氧發(fā)生器。氧氣由氧氣源510供給臭氧發(fā)生器512，在此，所述氧氣連續(xù)不斷且部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞?。Q2/03的混合物通過臭氧真空閥514和臭氧真空FRE516流到真空泵125。當在一種前體例如MLx的化學試劑劑量調(diào)配的過程中需要去除操作時，Q2/03的混合物通過關(guān)閉真空閥514和打開臭氧源閥520可通向去除室502，從而臭氧混合物可通過臭氧源FRE522流入去除室502中。根據(jù)本發(fā)明的SMFD系統(tǒng)的維護程序根據(jù)應(yīng)用場合不同而不同。一般而言，優(yōu)選原地維護。抽取控制室116和/或去除室502的原地維護優(yōu)選利用所述系統(tǒng)的回流抑制特性進行，以便能對室116、502進行劇烈有效的清潔，否則就會損壞沉積室114。例如，硅或鎢的化合物能夠使用NF3、CIF3和其他氟源去除。最初，沉積室114和抽取控制室116中的沉積物使用溫和程序清潔，以防止可能對所述沉積室內(nèi)的敏感元件例如晶片保持器、晶片升降銷等造成損壞。一旦所述沉積室被清潔了時，所述沉積室就可得到通過所述氣體分配室的緩慢流動的惰性氣體保護。然后，抽取控制室116和去除室502內(nèi)的更顯著多的沉積物使用顯著更劇烈有效的清潔方法清潔，同時回流抑制作用可防止大量的氟和其他高能物質(zhì)影響所述沉積室。在其他通常情況下，可用的ALD膜例如A1203、HfO2等不能原地清潔。在這些情況下，將可拆卸的插塊從所述沉積室上拆下，然后更換為一個清潔的插塊。如上所述，集成式去除系統(tǒng)可延長維護計劃，并且能有效地抑制性能的損害。沉積物局限于高質(zhì)量膜，所述高質(zhì)量膜的厚度在絕大部分的情況下可生長到大于100μm而且不會發(fā)生脫落。因此，大量的晶片甚至在所述系統(tǒng)不能原地清潔時也可在沒有維護中斷的情況下處理。此外，維護程序所需的時間可降低到這樣的工業(yè)標準，即用于更換很少的部件和重新達到工作要求的停機時間為幾個小時。而且，所述去除系統(tǒng)可將固體沉積物從下游管和構(gòu)件中去除。一般而言，不必對壓力執(zhí)行任何主動控制。如參照圖6和公式(16)、(17)和(18)所述，SMFD型ALD室中的壓力由多個FRE和氣體源例如抽取氣體源101、清理氣體源101和化學氣體源105(圖1)的可控壓力決定。還知道抽氣速率漂移只對沉積室壓力P114和氣體流入流量和抽出流量產(chǎn)生較小的影響。因此，通常不必在泵處例如FRE117的出口(圖1)處對壓力進行主動控制。然而，當必要或希望時，可通過傳統(tǒng)技術(shù)例如控制機械(渦輪分子泵、干泵和羅茨風機等)泵的速率或通過使用普通節(jié)流裝置在真空泵處對壓力進行主動控制。作為一種替代性方法，如圖11所示，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)550包括一個壓力控制室560，其位于抽取控制室116的下游并介于抽取控制FRE117與真空泵125之間。壓力控制FRE562位于壓力控制室560與真空泵125之間。惰性氣體(例如，來自抽取氣體源101)通過比例閥564和FRE566進入壓力控制室560。所述壓力可通過一個合適的壓力計例如電容壓力計568測量。通過在抽取控制FRE117的下游提供良好控制的壓力可提供另外的穩(wěn)定作用來抵制泵漂移。反饋控制可補償相對較慢的變化，任何快速變化例如快于10秒的變化均通過電子方法過濾掉。根據(jù)本發(fā)明的流入流量和抽出流量的同步調(diào)節(jié)可使以非常低的流量進行化學試劑劑量調(diào)配。一般而言，所述抽取控制室優(yōu)選較小容積而不是較大容積。首先，小容積的抽取控制室可在系統(tǒng)中提供快速的抽取控制響應(yīng)。其次，在清理階段的過程中小容積能夠比大容積更有效地清理。例如，具有大約400cc的容積且被設(shè)計得足能處理200毫米的硅晶片的沉積室使用具有IOOcc或更小容積的抽取控制室就可良好地操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征在于，化學試劑劑量調(diào)配的流入流量和抽出流量相對較低。在傳統(tǒng)的ALD裝置中，大小為幾百sccm的典型的化學試劑劑量調(diào)配流量通過相對較大的氣體排量可對擴散產(chǎn)生顯著抑制作用。相比而言，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，化學試劑劑量調(diào)配流量設(shè)計得較小(例如，小于50sCCm)。在清理步驟的過程中小的抽取控制室容積可得到有效地清理，從而可將殘留的化學試劑抑制在非常低的水平。此外，在化學試劑劑量調(diào)配階段的過程中通常較大的抽取氣體流量可進一步稀釋殘留化學試劑的濃度。因此，擴散可得到有效地抑制。然而，經(jīng)常希望使用一種能夠執(zhí)行去除操作的大容積抽取控制室。此外，抽取控制室中的去除元件可顯著地增大化學試劑在抽取控制室中的有效停留時間。如圖1所示，在系統(tǒng)100中，當使用了大容積的抽取控制室時，在化學試劑劑量調(diào)配的過程中所保持的從所述沉積室抽取的小抽出流量不必提供足夠大的氣體排量，以便能夠抑制材料通過擴散向上游傳送至所述沉積室中。例如，在3001下N2中的H2O在N2處于200mTorr的壓力下時具有大約3000cm2/sec的擴散常數(shù)。因此，H2O從抽取控制室116向上游進入沉積室114中的擴散在某些情況下會向沉積室114中傳輸相當大流量的H20。因此，在某些優(yōu)選實施例中，回流擴散的有效抑制可通過在所述沉積室與所述抽取控制室之間設(shè)置一個小容積的抽取氣體導(dǎo)入室(DrawGasIntroductionChamber,“DGIC”)得到實現(xiàn)。從DGIC向上游回流到所述沉積室中的擴散實際上微不足道。從大容積(并且設(shè)計得具有長存儲時間)的抽取控制(去除)室進入DGIC隨后再進入所述沉積室中的擴散會受到從DGIC進入所述抽取控制室中的大流量的抽取氣體抑制。圖12以示意形式示出了一種示例SMFD型ALD氣體支管系統(tǒng)600，其包括一個DGIC并且根據(jù)本發(fā)明操作以提供高質(zhì)量的ALD薄膜。系統(tǒng)600包括一個穩(wěn)壓惰性氣體導(dǎo)管602，惰性清理氣體和惰性抽取氣體均從所述穩(wěn)壓惰性氣體導(dǎo)管流出。惰性氣體罐604通過一個現(xiàn)有技術(shù)中公知的氣壓調(diào)節(jié)器連接著壓力控制器606。MKS640A型壓力控制器例如適合。質(zhì)量流量計608在穩(wěn)態(tài)流的條件下可非常便利地限定和測量流量。導(dǎo)管602處的壓力波動可被氣體預(yù)熱容器610限制在合適的水平上，例如低于0.1%。選擇氣體預(yù)熱容器610的容積例如1.5升來抑制壓力波動和為惰性氣體提供足夠大的停留時間，以使惰性氣體基本達到ALD氣體支管的溫度或其他任何選定的溫度。惰性氣體流在導(dǎo)管602處被分成兩股分別流入包括清理源FRE103的ALD清理管612和抽取控制管119中。另一個實施例(未示出)包含單獨的壓力控制器和加熱容器，以分別用于支管的清理和抽取部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，清理氣體輸送和抽取氣體輸送的許多不同的結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)本發(fā)明實施，所述不同的結(jié)構(gòu)包括支管的完全分離、不同和單獨的氣體源的使用以及用于清理和抽取控制的不同的氣體溫度。增壓的氣體導(dǎo)管602通過清理源FRE103和清理源截止閥102以連續(xù)流體連通的方式與氣體分配室104連接。在一個優(yōu)選實施例中，清理源FRE103的功能被設(shè)計和包含在清理源截止閥102的結(jié)構(gòu)中，以創(chuàng)建一個單獨裝置和使由閥102與FRE103之間的容積引起的壓力尖峰最小化。清理氣體通過清理源截止閥102和清理源節(jié)流元件(“FRE”)103供入氣體分配室104中，所述氣體分配室104通常是一個噴頭。如圖12所示，清理源截止閥102和清理源FRE103在清理氣體源101與氣體分配室104之間提供連續(xù)流體連通。一種化學反應(yīng)物前體在多個化學氣體源105、105’處被以良好控制的壓力提供，所述化學反應(yīng)物前體采用下述形式純化學氣體，源于液體或固體化學試劑的蒸氣，或者蒸氣或氣體化學試劑與惰性氣體的混合物?；瘜W氣體源105通過化學試劑源FRE106以連續(xù)流體連通的方式與增壓室107連接。增壓室107通過化學試劑劑量調(diào)配截止閥110和增壓室FRE109以流體連通的方式串聯(lián)著氣體分配室(噴頭)104。如圖12所示，化學試劑劑量調(diào)配截止閥110和清理排氣截止閥108在系統(tǒng)100的氣體支管系統(tǒng)的并聯(lián)支路中均包括一個普通的二通閥，所述并聯(lián)支路從接點123分叉。如圖12所示，第二化學氣體源105’使用與參照化學氣體源105描述的那些裝置相同的裝置與噴頭104連接。在優(yōu)選實施例中，F(xiàn)RE109的功能被設(shè)計和包含在化學試劑劑量調(diào)配截止閥110的結(jié)構(gòu)中，以創(chuàng)建一個單獨裝置和使由FRE109與閥110之間的容積引起的壓力尖峰最小化。相似地，另外的化學試劑源例如化學氣體源105’通過相應(yīng)的支管元件106’、107’、109’和110’與氣體分配室104連接。氣體分配FRE113在氣體分配室104與原子層沉積室(“ALDC”或“沉積室”)114之間提供了連續(xù)流體連通。在氣體分配室104為一個噴頭裝置的優(yōu)選實施例中，氣體分配FRE113通常為一個噴嘴陣列113。噴嘴陣列可從氣體分配室104向沉積室114提供受限制且均勻的流入流量，其中，所述沉積室114含有一個熱基板保持器620。沉積室114通過沉積室FRE115以流體連通的方式串聯(lián)著一個小容積的抽取氣體導(dǎo)入室(“DGIC”)630。惰性抽取氣體源604通過抽取氣體管119、抽取源截止閥120以及抽取源FRE121以流體連通的方式串聯(lián)著DGIC630。抽取氣體導(dǎo)入室630通過DGIC-FRE632以流體連通的方式串聯(lián)著抽取控制室(“DC”)116?；瘜W試劑去除元件634安置在抽取控制室116內(nèi)。抽取控制室116通過抽取控制出口124和抽取控制FRE117以流體連通的方式串聯(lián)著泵室636。壓力計638連接著抽取控制室116。壓力計638例如MKSBaratron628型通過例如抽取控制室116中的平均壓力監(jiān)測處理。相似地，其他處理監(jiān)測裝置(未示出)例如氣體分析儀能夠便利地連接著抽取控制室116。低壓力計644例如HPSI-Mag冷陰極計連接在泵室636上，以在停機時間過程中監(jiān)測室壓。渦輪分子泵640通過抽氣間閥642連接著泵室636，以有利于在停機時間過程中實現(xiàn)高真空和在ALD操作過程中實現(xiàn)高流量的流動。例如，從BOC-EdwardsSTPA系列中選擇的泵是合適的。在200毫米的硅晶片上進行ALD沉積的良好性能可通過使用STPA1303C泵獲得。渦輪分子泵640使用前級泵642抽空。例如，BOCQDP40或等價物可很好地用作前級泵642。在根據(jù)本發(fā)明的其他實施例中，如現(xiàn)有技術(shù)所知，較高抽氣速率的泵的結(jié)構(gòu)例如來自于BOCEdwards的QMB系列有利于使干泵放置在遠處。在某些優(yōu)選實施例中，向抽取控制室116中添加活性氣體，以增強化學試劑去除效果。因此，系統(tǒng)600包括一個臭氧供給支管。氧氣或氧氣與氮氣的混合物從氣罐650供給。質(zhì)量流量控制器652對進入市場上有售的臭氧發(fā)生器654中的氣體流量進行控制。例如，MKSAstexAX8407系列的臭氧發(fā)生器在SMFD系統(tǒng)600中可良好地運行。臭氧發(fā)生器654的輸出量可通過臭氧監(jiān)測器656監(jiān)測，從而可通過反饋控制使臭氧濃度保持穩(wěn)定。壓力控制器658例如MKS640A型可使臭氧發(fā)生器654內(nèi)保持著所選定的恒定壓力。為了在保持臭氧發(fā)生器654的正確操作所必需的控制流量和壓力的前提下將臭氧以脈沖方式輸送到DC116中，臭氧儲備箱660可選擇具有這樣的容積，即該容積可抑制臭氧的脈沖式輸送對臭氧發(fā)生器654內(nèi)的壓力產(chǎn)生的影響。從而，可在使臭氧發(fā)生器654保持著預(yù)期流入流量和壓力的情況下使活性臭氧以脈沖方式輸送到抽取控制室116中。壓力控制器662控制臭氧儲備箱660中的壓力。通過將臭氧供給支管保持在大致室溫下和使臭氧發(fā)生器654與DC116之間的滯流體積最小化可使系統(tǒng)600支管中的臭氧降解最小化。例如，滯流體積在圖12中由閥664與接點668之間的盲管段示意性地示出。臭氧通過雙壁管的內(nèi)管供到臭氧截止閥664和臭氧源FRE666，并且通過內(nèi)、外管之間的回流供到壓力控制器662的入口。通過采用這種方式，滯流空間中的臭氧消耗的影響可通過將閥664與接點668之間的盲管段的容積降至小于Icc而得到最小化。優(yōu)選地，臭氧去除催化轉(zhuǎn)化器670安置在泵642的出口處，以防止臭氧排放到周圍環(huán)境中。在優(yōu)選實施例中，如圖13所示，化學試劑劑量調(diào)配截止閥110、110’的功能被集成在多端口化學試劑導(dǎo)入閥700中。閥700包含一條從入口701至出口702的清理氣體路徑?；瘜W試劑管使用現(xiàn)有技術(shù)中所公知的標準連接件例如VCR或C型密封件連接起來，其中，所述標準連接件例如可為VCR2連接器(1/8”標準面密封件)706?；瘜W試劑通過流路716供給。所述閥通過正常情況下關(guān)閉的致動器708密封，所述致動器708的外部使用密封件712密封在閥體718上。當致動器708未被供能啟動時，節(jié)流孔714由彈性體710動態(tài)密封。當所述致動器被供能啟動時，例如當致動器709處于圖中所示的狀態(tài)時，所述流路打開。由于節(jié)流孔714的容積能夠保持為1-5X10_4cc，因此這種設(shè)計可使與閥支管相關(guān)的盲管段最小化。響應(yīng)時間在毫秒和亞毫秒范圍內(nèi)的電動閥最適合于用作致動器。例如，由ParkerHannifin公司的GeneralValveDivision生產(chǎn)的99系列隨轉(zhuǎn)閥使用時具有可靠的性能。具有長度和直徑均為2毫米(容積為0.0004cc)的節(jié)流孔714的設(shè)計閥700在以下條件下得到了充分試驗和運行，即清理氣體的流量介于500SCCm-1200SCCm的范圍內(nèi)且壓力為2ΤΟπ·-10ΤΟπ·?；瘜W試劑導(dǎo)入閥700由于不再需要閥盲管段清理排氣管例如圖1中的管112而簡化了ALD支管的設(shè)計。另外的簡化可通過取消化學試劑清理排氣閥例如圖1中的清理排氣截止閥108來實現(xiàn)。實例1一種與圖12的系統(tǒng)600對應(yīng)的示例SMFD型ALD系統(tǒng)被設(shè)計和構(gòu)造成根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行SMFD型ALD，以便使用反應(yīng)氣體三甲基鋁(“TMA”)和H2O沉積出A1203。對所述示例系統(tǒng)的使用圖12中的附圖標記表示的各種構(gòu)件的描述包含在下面的表2中，表中列出了合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸和功能特點。在所述示例系統(tǒng)的操作過程中的處理參數(shù)設(shè)定的、測量的或計算的優(yōu)選值列于表3中。列于表3之下的定義和附注在表2和3中通過數(shù)字(1)至(11)注明。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>表2和表3的定義和注解1.MFM-質(zhì)量流量計2.N2在2OOmTorr和3OOV下3.然而，SMFD可實現(xiàn)線性流動設(shè)計或其他任何設(shè)計，特別是可實現(xiàn)用于涂覆非圓形基板的設(shè)計。4.N2在25OTorr和140°C下5.H2O在20Torr禾Π140°C下6.TMA在12Torr和140°C下7.N2在25OTorr和35°C下8.O2在250Torr和30V下9.在140°C下，N2的等價物10.基于Epichem數(shù)據(jù)11.計算的在所述示例SMFD型ALD系統(tǒng)中，如圖13所示，化學試劑劑量調(diào)配截止閥110、110’的功能被集成在多端口化學試劑導(dǎo)入閥700中。使用化學反應(yīng)氣體三甲基鋁(“TMA”)和H2O進行的Al2O3的SMFD型ALD沉積可根據(jù)使用了表2和3中給出的裝置和操作參數(shù)的本發(fā)明執(zhí)行。閥102、700和120根據(jù)本發(fā)明動作，以實現(xiàn)包括以下階段的ALD周期TMA劑量調(diào)配、TMA清理、H2O劑量調(diào)配和H2O清理。劑量調(diào)配和清理時間可以變化，然后對變化結(jié)果進行研究確定了如下所列的最短的劑量調(diào)配和清理時間三甲基鋁劑量調(diào)配，到達飽和的最短時間20毫秒；H2O劑量調(diào)配。到達飽和的最短時間70毫秒；三甲基鋁清理100毫秒；以及H2O清理150毫秒。在優(yōu)選操作條件下，薄膜和氣體成分的測量結(jié)果如下在晶片厚度的均勻性方面最大-最小<3%，σ<1%。晶片與晶片之間的厚度重復(fù)性(140nm的累計厚度)對于總范圍來說<0.6%(對于σ來說<0.2%)。三甲基鋁利用率>20%。三甲基鋁增壓室效果在10毫秒時>98%。此外，臭氧由于可將TMA從廢氣流中去除并且可在去除元件634(圖12)上產(chǎn)生高質(zhì)量的沉積物而有利于實現(xiàn)有效去除。特別地，面積僅為3000cm2的由表面粗糙的鋁制成的去除元件可用于表3所述的處理之中。臭氧直接供給根據(jù)圖12所示的所述裝置的抽取控制室中。介于150SCCm-250SCCm的范圍內(nèi)的流量可有效地執(zhí)行去除操作。SMFD可使在標準半導(dǎo)體晶片上的ALD具有亞秒級的周期時間。例如，200毫米的晶片使用240個周期時間為450毫秒的周期就可被涂覆得具有異常好的均勻性和重復(fù)性。圖14示出了使用表2和3列出的系統(tǒng)和操作參數(shù)沉積出的Al2O3薄膜的晶片均勻性圖?；寮訜崞髟O(shè)在300°C下。WoollamM-44橢率計用于測量薄膜。所述均勻性圖包括34個測量點，所述測量點是沿著十字交叉方向并且在具有3.5毫米的邊緣排除區(qū)域的情況下測量的。晶片切口的方向被標示出。在周期時間為450毫秒的條件下的晶片與晶片之間的重復(fù)度比在1400A的累計厚度上測試的(I。)的0.2%要好。1400A用作晶片與晶片之間的重復(fù)度的標準，以與一批次生產(chǎn)的具有50A的厚度(總厚度為1250A)的典型的25晶片進行對比。在沉積出了幾微米的累計厚度之后，SMFD型ALD裝置仍能保持著足夠好的性能而不會出現(xiàn)性能下降，并且不需要進行室的維護。SMFD可用于在尺寸范圍非常大的基板上沉積膜，所述基板面積可從用作研究目的的<Icm2至巨大的>lm2?；宓奈锢沓叽缦薅薃LD室的形狀和容積，并且還限定了絕大部分的設(shè)計數(shù)據(jù)和處理參數(shù)的大小。本說明書特別是實例1中描述的本發(fā)明的實施例被設(shè)計得主要用于處200毫米的半導(dǎo)體晶片。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠改變根據(jù)本發(fā)明的SMFD系統(tǒng)和處理參數(shù)，以適應(yīng)半導(dǎo)體技術(shù)和其他應(yīng)用領(lǐng)域中的不同尺寸的基板和不同的生產(chǎn)要求。此外，絕大部分的裝置和處理設(shè)計參數(shù)要與真空泵的特性相匹配。因此，系統(tǒng)性能和裝置設(shè)計與真空泵的選擇緊密相關(guān)。具體地講，表2和3中所示例的實施例由BOCEdwards-Seiko-SeikeSTPA1303C所能充分使用的最大流量即大約1500sccm限定。圖15和16以示意形式示出了優(yōu)選ALD反應(yīng)器容器800的橫截面。如圖15所示，反應(yīng)器容器800包括反應(yīng)器容器壁802、反應(yīng)器容器頂部804以及反應(yīng)器容器底部806，它們限定了容器內(nèi)部808。反應(yīng)器容器800包含氣體分配室(噴頭)201。在反應(yīng)器容器頂部804上的噴頭入809用作化學反應(yīng)氣體和清理氣體進入噴頭201的入口。噴嘴陣列(FRE)202將氣體分配室201的底部與ALD沉積室(處理室)203分隔開?；?04支承在熱晶片卡盤(基板保持器)205上，所述熱晶片卡盤205由熱傳導(dǎo)金屬(例如，W、Mo、Al和Ni)或通常用于熱基座或卡盤技術(shù)中的其他材料制成。晶片卡盤205包含一個晶片升降銷機構(gòu)810。如現(xiàn)有技術(shù)中所知，晶片的傳送借助于升降銷812(僅示出了三個升降銷中的一個)完成。使用致動器814和懸臂816致動晶片升降銷812，以將晶片基板204升起在晶片卡盤205的上表面的上方。沉積室203由沉積室FRE206限制。抽取氣體導(dǎo)入室(“DGIC”)820位于沉積室203的下游，并且介于FRE206與DGIC-FRE822之間。抽取控制室(“DC”)208位于DGIC的下游，并且由DGIC-FRE822和抽取控制FRE209限制?；瘜W試劑去除元件824安置在抽取控制室208內(nèi)。隔板826可使化學試劑去除元件824和抽取控制FRE209與熱晶片卡盤205形成直接熱接觸。抽取氣體入口830在抽取氣體支管(未示出)和抽取氣體增壓腔832之間提供連續(xù)流體流通。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將抽取氣體增壓腔832構(gòu)造成眾多不同的結(jié)構(gòu)，并且圖15和16所示的實施例為非排他性實例。如圖15所示，抽取氣體入口830以流體連通的方式串聯(lián)著徑向抽取氣體增壓腔832，所述抽取氣體增壓腔832又通過一組徑向布置的噴嘴(未示出)與DGIC820連通，所述噴嘴被適當?shù)胤珠_和設(shè)計成可使氣體沿著徑向均勻地流動分配到DGIC820中和引導(dǎo)抽取氣體進入DGIC820的上游部分中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可意識到使抽取氣體和活性去除氣體足夠均勻地流動以與沉積系統(tǒng)的對稱相一致的重要性，例如，圖15和16中所示的系統(tǒng)為徑向?qū)ΨQ?；钚詺怏w可選擇性地通過管840從活性氣體支管(未示出)輸送至活性氣體增壓腔842中。活性氣體增壓腔842用于使活性去除氣體均勻地沿著徑向流動分配到抽取控制室208中。例如，活性氣體輸送到徑向狹槽中，所述徑向狹槽通過多個被適當?shù)馗糸_和設(shè)計的水平噴嘴與抽取控制室208連通。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可意識到活性氣體增壓腔842可根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成許多不同的結(jié)構(gòu)。在ALD處理過程中，清理階段中的清理氣體和化學試劑劑量調(diào)配階段中的化學反應(yīng)氣體沿著處理氣體流路朝著下游方向流過反應(yīng)器容器內(nèi)部808，即從噴頭入口809開始，依次通過噴頭201、沉積室203、DGIC820和抽取控制室208，最后再通過真空端口210排出反應(yīng)器容器800。相似地，被導(dǎo)入到DGIC820的抽取氣體沿著下游方向從DGIC820流入抽取控制室208中，然后再通過真空端口210排出。術(shù)語“下游”和“上游”在此使用的是它們的通常意思。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例的技術(shù)特征是氣體的回流即氣體沿著“上游”方向的流動決不會出現(xiàn)。然而，術(shù)語“上游”在本說明書中是用于指明系統(tǒng)中的構(gòu)件與部件之間的相對位置。反應(yīng)器容器800還包含一個周邊狹槽閥(“PSV”)850。如圖15和16所示，PSV850包括一個穿過反應(yīng)器容器壁802的基板傳輸狹槽852、一個位于反應(yīng)器容器壁802之內(nèi)的連續(xù)周邊腔854(圖16)、一個連續(xù)周邊密封提升頭856以及一個用于將密封提升頭856在打開位置(圖16)與關(guān)閉位置(圖15)之間移動的致動器858。密封提升頭856在處于關(guān)閉位置(圖15)時移入周邊腔854，在處于打開位置(圖16)時移出周邊腔854。基板傳輸狹槽852與基板保持器205的基板支承面大致共面。周邊腔854與基板傳輸狹槽852大致共面。當密封提升頭856處于打開位置(圖16)上時，基板傳輸狹槽852限定了一條通過反應(yīng)器容器壁802直至基板保持器205的基板傳輸通道，并且密封提升頭856當其處于關(guān)閉位置(圖15)上時將基板傳輸狹槽852與反應(yīng)器容器內(nèi)部808分隔開來。如圖16所示，反應(yīng)器容器壁802在其內(nèi)部形成了容器周邊860，并且密封提升頭856當處于關(guān)閉位置(圖15)上時與容器周邊860—致。周邊腔854這樣連續(xù)，即其連續(xù)地環(huán)繞著沉積室203和DGIC820。密封提升頭856這樣連續(xù)，即其處于關(guān)閉位置上時連續(xù)地填充在環(huán)繞著沉積室203和DGIC820的周邊腔854中，從而可連續(xù)地將反應(yīng)器容器內(nèi)部808與基板傳輸狹槽852和反應(yīng)器容器800的外部相隔離而密封起來。如圖15和16所示，反應(yīng)器容器壁802具有大致徑向?qū)ΨQ的形狀，并且密封提升頭856具有大致徑向?qū)ΨQ的形狀?？梢岳斫猓鶕?jù)本發(fā)明的反應(yīng)器容器800和PSV850的其他實施例也可以具有其他幾何形狀。如圖15所示，密封提升頭856當處于關(guān)閉位置上時在反應(yīng)器容器內(nèi)部808中形成了處理氣體流路的內(nèi)密封壁862。內(nèi)密封壁862具有徑向?qū)ΨQ的形狀，所述對稱形狀可促使氣體沿著所述處理氣體流路徑向?qū)ΨQ地流動，因此可促進均勻沉積和降低固體沉積物的形成。在圖15所示的反應(yīng)器容器800的特殊實施例中，內(nèi)密封壁862的一部分構(gòu)成了DGIC820的一部分。如圖16所示，PSV850包括一個固定上側(cè)密封面870、一個與固定上側(cè)密封面870對應(yīng)的上提升頭密封面872、一個上側(cè)外圍密封件873、一個固定下側(cè)密封面874、一個與固定下側(cè)密封面874對應(yīng)的下提升頭密封面876以及一個下側(cè)外圍密封件877。上側(cè)密封面870、872和下側(cè)密封面874、876以及外圍密封件873、877被構(gòu)造成這樣，即當密封提升頭856處于關(guān)閉位置(圖15)上時可將所述反應(yīng)器容器內(nèi)部密封起來。如圖16所示，上側(cè)外圍密封件873和下側(cè)外圍密封件877分別組裝在提升頭密封面872和876上。而且，密封件873和877均被構(gòu)造成0形密封圈。顯然，也可使用不同類型的密封件例如平密封墊片，并且密封件873和877也可不組裝在提升頭密封面872和876上，而是組裝在固定密封面870和874上。適合于密封件873和877的合適材料包含由Viton,Kalrez,Chemraz或等價物制成的彈性材料。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠以許多不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造周邊狹槽閥850。當PSV850關(guān)閉時，基板傳輸狹槽852和與基板傳輸狹槽852連通的相關(guān)晶片傳輸系統(tǒng)與反應(yīng)器容器內(nèi)部808中的ALD處理系統(tǒng)完全隔離。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的操作顯示出在化學試劑劑量調(diào)配的過程中惰性氣體以高流量進入DFIC820的前沿可很好地防止在徑向裂縫中可能形成膜，所述徑向裂縫形成在804和856之間和856和802之間。因此，PSV的構(gòu)建可使不會對維護周期產(chǎn)生負面影響。圖17以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的SMFD系統(tǒng)900，其被設(shè)計用于在處理室中為非中心對稱流動的情況。盡管根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例主要是依照中心對稱的流動系統(tǒng)描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解SMFD設(shè)計適用于其他流動設(shè)計。通常地，沉積室和流路的設(shè)計應(yīng)被最優(yōu)化，以適合于基板的形狀和所選擇的用于控制基板溫度的方法。例如，沉積趨向于在基板例如半導(dǎo)體晶片的一側(cè)上進行的圓形薄基板最適合于使用具有底部支承的可加熱卡盤的中心對稱系統(tǒng)。然而，中心對稱系統(tǒng)最不適用于極其不圓的基板。例如，圖17中的SMFD系統(tǒng)900被設(shè)計用于在桿形或管形基板905上進行高效沉積。所述基板安置在細長室904中，所述細長室904優(yōu)選具有(與基板905)大致相似的幾何形狀。例如，沉積室904可由比基板905寬10毫米的玻璃管制成。基板905支承在卡盤914的末端上。加熱操作可通過例如感應(yīng)線圈或通過將沉積室904放置在傳統(tǒng)的爐式加熱套內(nèi)實現(xiàn)。氣體從901供給到氣體分配室902中，然后再由噴嘴陣列903分配。沉積室904通過FRE906連接著DGIC907。DGIC907根據(jù)SMFD方法的原理被供給抽取控制氣體916。DGIC907通過FRE908還連接著DC909。去除元件915位于DC909中?；钚詺怏w入口917連接著DC909，以便于實現(xiàn)高效去除。DC909通過FRE910還連接著泵室911。泵室911由泵913通過前級真空管912抽空。優(yōu)選地，抽氣操作通過使用BOCEdwardsiQMB1200F或BOCEdwardsIPX500A或等同替換泵實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計和操作的系統(tǒng)、裝置和方法特別適用于ALD技術(shù)中。然而，流入流量和抽出流量的同步調(diào)節(jié)SMFD也可用于范圍相當大的各種不同情況和應(yīng)用場合。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)可在不脫離本發(fā)明思想的前提下對描述的特殊實施例加以多種利用和修改。還顯然，所述步驟在一些情況下可以不同順序執(zhí)行；或者可用等效結(jié)構(gòu)和處理操作來代替所述的結(jié)構(gòu)和處理操作。由于在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下可以對上述系統(tǒng)和方法作出某些改變，因此在以上描述中包含的或附圖中示出的所有部分均應(yīng)被認為是說明性的而非是限制性的。因此，本發(fā)明將被看作是包含權(quán)利要求書中描述的系統(tǒng)、裝置和方法中所提出的或這些系統(tǒng)、裝置和方法及它們的等同替換所固有的每個和每一新穎特征以及這些特征的新穎組合。權(quán)利要求一種設(shè)于具有反應(yīng)器容器壁的反應(yīng)器容器中的周邊狹槽閥，包括一個基板傳輸狹槽，其穿過所述反應(yīng)器容器壁；一個連續(xù)周邊腔，其位于所述反應(yīng)器容器壁內(nèi)；一個連續(xù)周邊密封提升頭；以及一個致動器，其用于在打開位置和關(guān)閉位置之間移動所述密封提升頭；其中，所述密封提升頭當處于所述關(guān)閉位置上時移入所述周邊腔，當處于所述打開位置上時移出所述周邊腔，所述基板傳輸狹槽與所述基板保持器的基板支承面大致共面，所述周邊腔與所述基板傳輸狹槽大致共面，所述基板傳輸狹槽在所述密封提升頭處于所述打開位置上時限定一條穿過所述反應(yīng)器容器壁直至所述基板保持器的基板傳輸通道，并且所述密封提升頭在其處于所述關(guān)閉位置上時將所述基板傳輸狹槽與所述反應(yīng)器容器內(nèi)部隔離開來。2.如權(quán)利要求1所述的周邊狹槽閥，其特征在于，所述反應(yīng)器容器壁在所述反應(yīng)器容器內(nèi)形成了一個容器周邊，并且所述密封提升頭當處于所述關(guān)閉位置上時與所述容器周邊一致。3.如權(quán)利要求1所述的周邊狹槽閥，其特征在于，所述反應(yīng)器容器壁具有大致徑向?qū)ΨQ的形狀，并且所述密封提升頭具有大致徑向?qū)ΨQ的形狀。4.如權(quán)利要求1所述的周邊狹槽閥，其特征在于，所述密封提升頭當處于所述關(guān)閉位置上時在所述反應(yīng)器容器內(nèi)部形成處理氣體流路的內(nèi)密封壁。5.如權(quán)利要求4所述的周邊狹槽閥，其特征在于，所述內(nèi)密封壁具有徑向?qū)ΨQ的形狀。6.如權(quán)利要求1所述的周邊狹槽閥，其特征在于，所述周邊狹槽閥包括一個固定上側(cè)周邊密封面；一個上側(cè)提升頭周邊密封面，其與所述固定上側(cè)周邊密封面對應(yīng)；一個上側(cè)外圍密封件；一個固定下側(cè)周邊密封面；一個下側(cè)提升頭周邊密封面，其與所述固定下側(cè)周邊密封面對應(yīng)；以及一個下側(cè)外圍密封件；其中，所述上側(cè)密封面、所述下側(cè)密封面以及所述外圍密封件被構(gòu)造成可在所述密封提升頭處于所述關(guān)閉位置上時將所述反應(yīng)器容器內(nèi)部密封起來。7.一種用于調(diào)節(jié)處理室(114)中的氣體的流入流量、抽出流量及壓力的裝置，包括一個處理氣體導(dǎo)管(110)，其連接著所述處理室，并且被構(gòu)造成用于控制進入所述處理室的氣體的流量；以及一個抽取排氣管(118)；所述裝置的特征在于，還包括一個抽取控制室(116)；一個處理室節(jié)流元件(115)，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述處理室與所述抽取控制室之間；所述抽取排氣管以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取控制室；以及一個抽取控制節(jié)流元件(117)，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述所述抽取控制室與所述抽取排氣管之間。8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括一個抽取氣體導(dǎo)入室(630)，其以流體連通的方式串聯(lián)在所述處理室(114)與所述抽取控制室(116)之間；一個抽取源截止閥(120)，其用于控制抽取氣體進入所述抽取氣體導(dǎo)入室的流動；一個處理室節(jié)流元件(115)，其位于所述處理室與所述抽取氣體導(dǎo)入室之間；一個抽取氣體導(dǎo)入室節(jié)流元件(632)，其位于所述抽取氣體導(dǎo)入室與所述抽取控制室之間；一個抽取源節(jié)流元件(121)，其以流體連通的方式串聯(lián)著所述抽取源截止閥和所述抽取氣體導(dǎo)入室；以及一個抽取氣體增壓腔(832)，其與所述抽取氣體導(dǎo)入室接近。9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括一個去除表面(634)，其位于所述抽取控制室中；以及一個活性氣體入(840)，其用于將活性氣體導(dǎo)入所述抽取控制室中以增強去除效果。10.一種用于控制處理室中的壓力的方法，包括使處理氣體流入一個處理室中；以及使抽取控制氣體流入一個抽取控制室中，所述抽取控制室以流體連通的方式串聯(lián)著所述處理室，從而可在所述處理室的下游控制抽取壓力。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述使抽取控制氣體流入包括使活性氣體流入以增強所述抽取控制室中的化學試劑去除效果。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制所述抽取壓力包括將所述抽取壓力控制為小于1個大氣壓。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制所述抽取壓力包括將所述抽取壓力控制為小于5Torr。14.一種氣體分配裝置，包括一個噴嘴陣列，其包括多個長寬比不小于1.5的噴嘴。全文摘要本發(fā)明提供了ALD裝置和方法，其中，一種設(shè)于具有反應(yīng)器容器壁的反應(yīng)器容器中的周邊狹槽閥包括基板傳輸狹槽，其穿過反應(yīng)器容器壁；連續(xù)周邊腔，其位于反應(yīng)器容器壁內(nèi)；連續(xù)周邊密封提升頭；以及致動器，其用于在打開位置和關(guān)閉位置之間移動密封提升頭；密封提升頭當處于關(guān)閉位置上時移入周邊腔，當處于打開位置上時移出周邊腔，基板傳輸狹槽與基板保持器的基板支承面大致共面，周邊腔與基板傳輸狹槽大致共面，基板傳輸狹槽在密封提升頭處于打開位置上時限定一條穿過反應(yīng)器容器壁直至基板保持器的基板傳輸通道，并且密封提升頭在其處于關(guān)閉位置上時將基板傳輸狹槽與反應(yīng)器容器內(nèi)部隔離開來。文檔編號H01L21/00GK101818334SQ201010154378公開日2010年9月1日申請日期2003年1月17日優(yōu)先權(quán)日2002年1月17日發(fā)明者奧弗·斯內(nèi)申請人:松德沃技術(shù)公司