原子层沉积设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n, ALD),更具体地，涉及原子层沉积设备。
【背景技术】
[0002]原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基材上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当前驱体达到沉积基材表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。原子层沉积的表面反应具有自限制性(self-limiting)，不断重复这种自限制反应就形成所需要的薄膜。根据沉积前驱体和基材材料的不同，原子层沉积有两种不同的自限制机制，即化学吸附自限制(CS)和顺次反应自限制(RS)过程。化学反应一般在精准控温(50-60(TC)下进行，也可能再添加射频功率产生的等离子体来提高反应速率。
[0003]化学吸附自限制沉积过程中，第一种反应前驱体输入到基材材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)保持在表面。当第二种前驱体通入反应器，起就会与已吸附于基材材料表面的第一前驱体发生反应。两个前驱体之间会发生置换反应并产生相应的副产物，直到表面的第一前驱体完全消耗，反应会自动停止并形成需要的原子层。该反应过程可以由下面的公式(1)表示，其中ML2表示第一种前驱体，AN2表示第二种前驱体，MA表示所生成的原子层
[0004]ML2+AN2—MA+2LN (1)
[0005]与化学吸附自限制过程不同，顺次反应自限制原子层沉积过程是通过活性前驱体物质与活性基材材料表面化学反应来驱动的。这样得到的沉积薄膜是由于前驱体与基材材料间的化学反应形成的。对于顺次反应自限制过程首先是活化剂(AN)活化基材材料表面；然后注入的第一种前驱体ML2在活化的基材材料表面反应形成吸附中间体AML，这可以用反应方程式⑵表示。反应⑵着活化剂AN的反应消耗而自动终止，具有自限制性。当沉积反应第二种前驱体AN2注入反应器后，就会与上述的吸附中间体反应并生成沉积原子层，这可以用反应方程式(3)表示。
[0006]AN+ML2AML+NL (2)
[0007]AML+AN2MAN+NL (3)
[0008]对于顺次反应自限制过程，一方面基材材料表面必须先经过表面活化，另一方面，这种沉积反应实际是半反应(2)和(3)的组合。
【发明内容】
[0009]现有的原子层沉积设备仍有待进一步改进。
[0010]在本发明的一个实施例中，揭了一种原子层沉积设备，该原子层沉积设备包括:传送室；分别与所述传送室连通的预清洗室、热处理室、加载闭锁室、以及多个反应室；与所述加载闭锁室连通的前端模块；其中，在所述多个反应室中经由工艺气体的反应将原子层沉积于基材的表面；所述传送室中配备有机械手臂用于在所述传送室和预清洗室、热处理室、加载闭锁室、以及多个反应室之间传递基材；所述前端模块经配置为自动地与所述加载闭锁室之间传递基材。
[0011]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室和多个反应室各自独立地可封闭。
[0012]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述机械手臂是多层双臂机械手。
[0013]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室分别能够同时沉积3-6片基材。
[0014]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室中分别配备有平行移动装置或旋转移动装置用于移动基材。
[0015]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室与所述多个反应室之间的连通接口允许一次传递一片或两片基材。
[0016]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室与加载闭锁室之间的连通接口允许一次传递两片基材。
[0017]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室经配置为错开彼此的工作周期。
[0018]在上述原子层沉积设备的一个实施例中,所述基材为晶圆。
[0019]由于原子层沉积反应速度慢、耗时长，造成产能的瓶颈主要在反应室。传送室、预清洗室、热处理室、加载闭锁室等的处理效率均远超过反应室。通过一组传送室、预清洗室、热处理室、加载闭锁室与多个反应室的组合，可以在提高产能的同时降低设备成本。根据本发明的某些实施例，通过错开各反应室的工作周期，可以在一个反应室的反应周期内执行另一反应室的装载或卸载，从而节约了等待时间、进一步提高了生产效率。
【附图说明】
[0020]结合附图，以下关于本发明的优选实施例的详细说明将更易于理解。本发明以举例的方式予以说明，并非受限于附图，附图中类似的附图标记指示相似的元件。
[0021]图1为一个实施例的原子层沉积设备100的平面排布示意图；
[0022]图2为一个实施例的原子层沉积设备200的平面排布示意图；
[0023]图3为一个实施例的原子层沉积设备300的平面排布示意图；
[0024]图4为一个实施例的原子层沉积设备400的平面排布示意图；
[0025]图5为一个实施例的原子层沉积设备500的平面排布示意图；
[0026]图6为一个实施例的原子层沉积设备600的平面排布示意图。
【具体实施方式】
[0027]附图的详细说明意在作为本发明的当前优选实施例的说明，而非意在代表本发明能够得以实现的仅有形式。应理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本发明的精神和范围之内的不同实施例完成。
[0028]图1为一个实施例的原子层沉积设备100的平面排布示意图。如图所示，该设备100大体上以传送室110为中心向四周扩散排布。传送室110中配备有机械手臂115，用于在传送室110和与其连通的各腔室之间传递例如晶圆的基材。该机械手臂115例如但不限于是多层双臂机械手，以支持在多个腔室之间同时传送多片基材。
[0029]三个反应室121、122和123分别与传送室连通，且各自独立地可封闭。在反应室中，经由工艺气体的反应将所需的原子层沉积于基材，例如晶圆，的表面。该沉积过程通常在真空环境下进行。三个反应室121、122和123分别能够同时沉积6片基材。各反应室与传送室110的连通接口容许一次装载或卸载两片基材。基材在反应室内通过平行移动装置来向内或者向着连通接口方向移动。传送室通常也在真空环境下工作。
[0030]传送室110还与预清洗室134、热处理室138相连通。预清洗室134用于对准备进行原子层沉积的基材进行与清洗处理。热处理室138用于对准备进行原子层沉积的基材或已经沉积了原子层的基材进行热处理，例如预加热或者散热降温。
[0031]传送室110还与加载闭锁室140连通，加载闭锁室140与前端模块150连通，基材因而能够经由加载闭锁室140而在传送室110和前端模块150之间传递。加载闭锁室140中配备有传送装置和抽气装置。传送装置可为，例如但不限于，旋转型机械手或滑动轨道。当加载闭锁室140需要与传送室110连通时，通过抽气装置将加载闭锁室140中转变为与传送室110近似的真空环境。而加载闭锁室140与前端模块150之间的基材传递在大气环境下进行。加载闭锁室140与传送室110、前端模块150之间的连通接口允许一次传递两片基材。
[0032]图1中还示出了前端模块150中配备用来移动基材的机械手以及用来存放基材的堆栈。前端模块150中的机械手自动地在前端模块150和加载闭锁室140之间传递基材。前端模块150还可以连接至基材的生产线。
[0033]由于原子层沉积反应速度慢、耗时长，造成产能的瓶颈主要在反