多区反应器、包括该反应器的系统和使用该反应器的方法
【专利摘要】本发明涉及多区反应器、包括该反应器的系统和使用该反应器的方法。示例性多区反应器包括可移动的感受器组件和可移动的板。可移动的感受器组件和可移动的板能在反应器的反应区之间竖直地移动，以使基底暴露于多个过程或多种反应物。
【专利说明】
多区反应器、包括该反应器的系统和使用该反应器的方法
技术领域
[0001]本公开整体涉及气相反应器和系统。更具体地讲，本公开涉及适用于例如空间加工的多区气相反应器，涉及包括该反应器的系统，并且涉及使用该反应器的方法。
【背景技术】
[0002]诸如化学气相沉积(CVD)、等离子增强的CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)等的气相过程常常用来将材料沉积到基底的表面上、蚀刻来自基底的表面的材料和/或清洁或处理基底的表面。例如，气相过程可用来沉积或蚀刻基底上的层，以形成半导体装置、平板显示器装置、光伏装置、微机电系统(MEMS)等。
[0003]通常，多个气相过程用来形成这样的装置。常常，每个过程在其自己的反应室中进行，该反应室可以是独立式反应室，或者该反应室可以是群集工具的一部分。使反应室专用于每个过程是所需的，以防止或减轻所使用的反应物或在反应室内形成的产物的交叉污染。然而，使用专用反应室需要相当多的资本成本，并且增加与制造这些装置相关联的运营成本。此外，在不同的反应室中加工基底常常需要真空和/或气闸以从一个反应室移除基底并将基底放入另一个反应室。
[0004]就ALD和ALE过程而言，多种前体通常单独地且顺序地引入反应室中。净化和/或排放步骤通常用来在引入另一种前体之前净化一种前体。换句话讲，前体在不同的时间引入到反应室中，以防止前体的有害的混合。这被称为时域加工(temporal processing)。虽然在这样的过程中不同的前体的引入通过时间来分开，但前体仍可能不期望地混合和/或反应，导致反应室内的有害的沉积和/或非所需的颗粒形成。
[0005]为了解决这些问题，开发了空间气相反应器。典型的空间气相反应器包括两个或更多个加工区域，这些区域沿着水平方向联接在一起，使得基底可从一个加工区域沿着水平平面(例如，沿着输送机或转盘)移动至另一个区域。虽然这些系统解决了与在多个反应室中加工基底和/或在一个反应室内使用多种前体相关联的一些问题，但系统仍存在缺点。
[0006]水平输送系统需要用于每个加工区域的显著量的空间，特别是地面空间。此外，这样的系统的总过程体积是相对较大的，导致高的净化气体要求、长的净化时间以及缓慢的基底移动以保持所需的气体间距。另外，相对较大的加工区域体积可导致前体气体的有害混合。
[0007]此外，水平输送系统的前体或反应物递送方案是相对复杂的。而且，这些系统的构型是相对不灵活的，至少部分地是由于相对于基底移动的速度来说对于每个加工区域的前体或净化气体的时间要求。此外，这些系统的力学可能是相对复杂的，因此这样的系统可能是相对不可靠且维护费用高昂的。
[0008]因此，需要用于实现多个气相过程的改进的气相反应器、系统和方法。
【发明内容】
[0009]本公开的各种实施例涉及多区气相反应器，涉及包括该反应器的系统，并且涉及使用该反应器和系统的方法。虽然下文更详细地描述了本公开的多区气相反应器、系统和方法解决现有反应器、系统和方法的缺点的方式，但一般来说，根据本公开的示例性的多区气相反应器、系统和方法包括在竖直叠堆中的多个反应区，相比用来进行相同或类似过程的类似的现有空间反应器和系统，竖直叠堆允许反应器和系统以独特的方式运行，允许相对快速的吞吐，采用相对不复杂的反应器设计，使用相对较小的体积，使用相对少量的空间，和/或提供相对可靠的反应器系统。例如，示例性的反应器和系统可用于空间加工，例如空间ALD和ALE加工。
[0010]根据本公开的示例性实施例，多区气相反应器包括多个竖直叠置的反应区。每个反应区可包括一个或多个气体入口和/或一个或多个排放出口。包括一个或多个反应区的加工区域可用于气相加工和/或净化。例如，反应区可用于ALD过程中的步骤，用于净化，和/或用于其它气相过程。加载/卸载区域可以是一个区。相邻区的气体入口和出口可以是彼此错开的(例如，错开30、60、90、120、135、180度等)，例如，以增加过程均匀性和/或减小反应器体积。根据这些实施例的示例性方面，在多区气相反应器内的加工区域的顶部表面包括可移动的顶板的底部表面，并且加工区域的底部表面包括可移动的底板的顶部表面。顶板可包括例如加热器、喷头，和/或可形成等离子系统的一部分。底板可包括感受器组件的一部分，并且可以被加热、冷却和/或形成等离子单元的一部分。顶板和底板中的任一者或两者可在任何反应区和/或加载/卸载区域中(连续地或以转位的方式)旋转。顶板和底板可独立地移动(旋转地和/或竖直地一例如，沿着轴线)一例如，任一者或两者的移动可以是连续的或转位的。由于板可独立地移动，加工区域的体积可被动态地改变。因此，加工区域可包括一个或多个反应区，并且可以在过程之间或在加工期间变化。例如，加工区域可被扩大以用于净化或清洁过程，并且被缩小以用于沉积或蚀刻过程。备选地，加工区域可被扩大以用于例如ALD或ALE过程，并且被缩小以用于净化过程。加工区域可以错流方式被构造和/或可包括喷头气体分布系统，以用于一种或多种气体朝基底的初始竖直的流动。加工区域可被构造成加工单个或多个基底。此外，一个或多个反应区可联接到一个或多个远程等离子单元，该等离子单元将活性种提供至加工区域。为了隔离一个或多个加工区域，惰性气体流可单独地或与排气结合被供应至加工区域的一侧或多侧(顶部和/或底部)上，例如邻近每个反应区。反应器可用于多种过程，包括基底和/或室处理(例如，等离子处理、除气、氯洗涤)、沉积(包括等离子增强沉积)、蚀刻和/或清洁过程。
[0011]根据本公开的另外的示例性实施例，反应器系统包括本文所述的一个或多个多区气相反应器。反应器系统也可包括一个或多个真空源、一个或多个反应物/前体源、一个或多个惰性气体源、控制系统等。
[0012]根据本公开的另一些示例性实施例，一种方法(例如，一种用于空间基底加工的方法)包括使用具有多个竖直叠置的反应区的多区气相反应器。该方法可包括以下步骤:提供多区气相反应器;提供基底;将基底在竖直方向上移动至包括第一反应区的加工区域；以及使基底暴露于使用第一反应区的第一过程。第一过程可包括任何合适的过程，例如上文指出的过程。基底可被竖直地移动至多区气相反应器内包括一个或多个其它反应区的其它反应区域，以进行额外的加工。例如，在ALD或类似的过程中，基底可暴露于在包括第一反应区的第一加工区域中的第一前体，然后被移动至包括第二反应区的第二加工区域并暴露于第二前体。基底可在第一和第二反应区之间的(多个)反应区中暴露于净化气体。在这种情况下，基底可在第一和第二反应区(和任何净化反应区)之间移动，直到所需量的材料被沉积或移除。另外或备选地，基底可在包括第一反应区的加工区域中经历第一过程(例如，基底清洁、蚀刻、净化或处理)，然后被移动至包括第二反应区或其它区的加工区域，以进行进一步加工(例如，沉积、蚀刻或处理加工)，等等。在过程步骤中的一个或多个中可采用各种等离子设备。另外或备选地，在一个或多个过程期间，基底可被加热、冷却或保持在环境温度。此外，一个或多个基底一次可经历一个过程。所述一个或多个基底可在一过程之前、期间或之后被连续地移动或转位。气体和/或气体/真空帘幕可用来隔离加工区域(其包括一个或多个反应区)或反应区。惰性气体阀调可用来快速地净化气体(例如，前体)管线和/或提供对加工区域或反应区的隔离。各种过程可以错流和/或喷头构型操作。
[0013]惰性气体阀调可通过若干种方法实现。一种技术使用在反应区之间的动态密封，该密封利用例如惰性气体(如氮气)注射-真空抽出-惰性气体(如氮气)注射管件布置产生。该布置可通过联接气体入口、排气口和动态密封与带通道的屏障来进一步改进，该屏障允许任何堵塞水平的气体的主体在屏障周围容易地移动至排气口。另一种技术是脉冲回吸。根据本公开的示例性实施例，可采用各种其它惰性气体阀门布置以维持分离反应区的气体帘幕。
[0014]以上
【发明内容】
和以下【具体实施方式】仅仅是示例性和说明性的，而并不限制本公开或要求保护的发明。
【附图说明】
[0015]当结合下面的附图考虑时，通过参看【具体实施方式】和权利要求书，可以得到对本公开的示例性实施例的更完整的理解。
[0016]图1(a)和图1(b)示出了根据本公开的各种实施例的多区气相反应器的透视图。
[0017]图2(a)和图2(b)示出了根据本公开的各种实施例的多区气相反应器的剖视图，其具有包括第一反应区的加工区域。
[0018]图3(a)和图3(b)示出了根据本公开的各种实施例的多区气相反应器的剖视图，其具有处于加载/卸载位置的感受器组件。
[0019]图3(c)更详细地示出了根据本公开的各种实施例的多区气相反应器的一部分。
[0020]图3(d)更详细地示出了根据本公开的各种实施例的多区气相反应器的另一部分。[0021 ]图4示出了根据本公开的附加的示例性实施例的感受器组件。
[0022]图5(a)、图5(b)和图5(c)示出了根据本公开的另外的示例性实施例的多区气相反应器系统。
[0023]图6(a)、图6(b)、图7、图8(a)、图8(b)、图9(a)和图9(b)示出了根据本公开的另外的示例性实施例的适合加工多个基底的多区气相反应器。
[0024]图10示出了根据本公开的附加的示例性实施例的适合加工多个基底的感受器的顶部表面。
[0025]图11示出了根据本公开的附加的示例性实施例的适合加工多个基底的感受器的透视图。
[0026]图12(a)、图12(b)、图13(a)和图13(b)示出了根据本公开的另外的示例性实施例的另一个多区气相反应器。
[0027]图14和图15不出了根据本公开的不例性实施例的一体化的气体阀门系统。
[0028]图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22示出了根据本公开的另外的示例性实施例的示例性多区气相反应器的操作。
[0029]图23示出了根据本公开的附加的示例性实施例的另一个示例性多区气相反应器。
[0030]图24示出了根据本公开的附加的示例性实施例的示例性多区气相反应器，其具有跨越多个反应区的加工区域。
[0031]图25示出了根据本公开的另外的示例性实施例的包括喷头的多区气相反应器。
[0032]图26示出了根据本公开的附加的示例性实施例的包括气体/真空帘幕的多区气相反应器。
[0033]图27示出了根据本公开的又一些示例性实施例的包括气体帘幕的多区气相反应器。
[0034]图28示出了根据本公开的示例性实施例的另一个示例性多区气相反应器。
[0035]应当理解，附图中的元件为了简洁和清晰而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的元件中的一些的尺寸可能相对于其它元件被夸大，以帮助改善对本公开的图示实施例的理解。
【具体实施方式】
[0036]下文提供的示例性实施例的描述仅仅是示例性的，并且仅意图用于说明目的；以下描述并非意图限制本公开或权利要求的范围。此外，具有所述特征的多个实施例的叙述并非意图排除具有附加特征的其它实施例或并入所述特征的不同组合的其它实施例。
[0037]如下文更详细地阐述的，本公开的各种实施例涉及多区气相反应器和包括多区气相反应器的反应器系统，并且涉及使用多区气相反应器和系统的方法。多区气相反应器、系统和方法可用于多种气相过程，例如，沉积、蚀刻、清洁和/或处理过程。以举例的方式，多区气相反应器可被用于:ALD和/或ALE过程，其中基底暴露于第一反应区中的第一前体;净化过程(例如，在另一个反应区中)，其中基底暴露于第二反应区中的第二前体；以及另一个净化过程(例如，在又一个反应区中)。其它反应区可用来将基底暴露于净化气体。一个或多个过程可在相同的多区气相反应器中进行，而没有气闸或真空闸。如下文更详细地阐述的，示例性的反应器、系统和方法允许基底的相对快速的加工，需要基底的相对快速的加工，需要相对较小的占有面积，允许多种反应加工区域构型(例如，包括一个或多个反应区)，具有可被相对迅速地净化的加工区域和管线，相对可靠，和/或具有相对简单的前体和/或反应物供应方案。
[0038]图1(a)和图1(b)示出了根据本公开的示例性实施例的多区气相反应器100的外部，并且图2(a)至3(d)示出了多区气相反应器100的另外的视图。多区气相反应器100包括:一个或多个气体入口，在图示示例中，气体入口包括扩散器102-114; —个或多个排放出口，示出为收集器116-128;闸阀130，以用于加载和卸载基底;顶板202;感受器组件206，其包括感受器或板204;以及导管132、134，以用于例如将电线和/或气体管线提供至多区气相反应器100的部分。
[0039]多区气相反应器100示出为具有七个竖直叠置的反应区，其中每个反应区包括气体入口和排放出口。根据本公开的其它示例的多区气相反应器可包括任何合适数目的反应区。以举例的方式，多区气相反应器可包括2-20、2-15、2-13、或2-11个反应区。此外，虽然每个反应区示出为具有气体入口和气体出口，但在一些情况下，反应区可仅包括气体出口或气体入口。反应区的高度可根据所需反应变化。以一些示例为例，例如，就ALD或ALE加工而言，反应区的高度可以为从约0.1mm至约20、约0.2mm至约10mm、约0.2mm至约0.5mm，或者为约5mm至约10_。每个反应区内的流量、温度和操作压力也可根据所需反应变化，或者可包括通常用于加工基底的流量、压力和温度。以举例的方式，压力可在从约100毫托至约50托的范围内，温度可在从约100°C至约700°C的范围内，并且流量(例如，对于净化气体和/或前体气体来说)可在从约1sccm至约1slm的范围内。
[°04°] 可移动的加工区域208包括一个或多个反应区。在图示示例中，加工区域208包括顶板202的底部表面和感受器组件206的上表面(例如，板或感受器204的上表面)。图2(a)和图2(b)示出了在多区气相反应器100的上部区域中的加工区域208。在这种情况下，加工区域208包括气体入口 209、排放出口 210、板202的底部表面212和感受器204的顶部表面214。
[0041]顶板202(在本文中也称为可移动的板)可包括实心或可渗透的板。根据本公开的一些实施例，顶板202包括喷头。根据附加或备选的实施例，顶板202可包括直接等离子系统的一部分，例如，顶板202可形成直接等离子系统的电极的全部或一部分。根据这些实施例的各个方面，顶板202可被加热、冷却或处于环境温度，和/或在等温条件下运行。如在图2(b)和图3(b)中最清楚所示，多区气相反应器100可包括联接到顶板202的屏障216。屏障216帮助将加工区域208与多区气相反应器100内的其它区或区域隔离。根据其它示例性实施例，诸如本文所述多区气相反应器的反应器可包括引导件2802、2812和导向块2804和/或导向轴承2806，以引导屏障2808、2810，如图28所示。
[0042]底板204(在本文中也称为感受器204)可被加热、冷却或处于环境温度，和/或在等温条件下运行。另外或备选地，底板204可形成直接等离子系统的一部分，例如，底板202可形成等离子系统的电极的全部或一部分。多区气相反应器100也可包括联接到感受器204的屏障218，以帮助将加工区域208与多区气相反应器100内的其它区或区域隔离。
[0043]现在转到图3(a)和图3(b)，反应器100的一部分示出为具有处于加载/卸载位置的底板204。顶板202也可处于加载/卸载位置，以有利于更快的加载/卸载时间。在该构型中，多区气相反应器100可接纳基底，或者基底可从多区气相反应器100被卸载(例如从或至晶片转运站)，该晶片转运站可以适当地处于真空条件下。
[0044]图3(c)和图3(d)示出了一种用于将收集器(例如，收集器116-128)联接到多区气相反应器100的外部的示例性技术。相同或类似的技术可用来将扩散器102-114联接到多区气相反应器100的外部。在图示示例中，O形环302、304用来在收集器128和多区气相反应器100的外部310之间形成密封。外部310可包括O形环凹槽312、314以接纳O形环302、304。在O形环302、304之间的空间303可被真空栗吸以形成静态密封。
[0045]图4更详细地示出了感受器组件206。感受器组件206设计成在加工期间将基底(例如，半导体晶片)保持在位。感受器组件206包括感受器204和机械地联接到感受器204的构件402。构件402可以是导管，加热和/或冷却管线被插入穿过该导管。此外，构件402和感受器204可以被可旋转地联接，使得感受器204可在后续的加工和/或基底加载或卸载期间旋转(连续地或被转位)。
[0046]图5(a)至图5(c)示出了系统500，其包括多个多区气相反应器502、504和基底转运站506。出于图示目的，系统500示出为具有两个多区气相反应器502、504。然而，根据本公开的系统可包括任何合适数目的多区气相反应器。例如，晶片转运站506可联接到例如两个、四个、五个、六个或八个多区气相反应器以及一个或多个基底加载/卸载区域。基底可被同时加载到多区气相反应器502、504和/或其它这样的反应器的相应的加载/卸载区域中。
[0047]多区气相反应器502、504可以与多区气相反应器100或本文所述任何其它多区气相反应器相同或类似。在图示示例中，每个多区气相反应器502、504包括多个扩散器。多区气相反应器502包括扩散器508-520，并且多区气相反应器504包括扩散器522-534。类似地，每个多区气相反应器502、504包括多个收集器。多区气相反应器504的收集器536-548在图5(b)中示出。每个反应器也可包括闸阀加载区域550。
[0048]类似于多区气相反应器100，多区气相反应器502、504包括顶板552、554和底板556、558，顶板552、554可与顶板202相同或类似，底板556、558可与感受器204相同或类似。顶板552和554可一致地或彼此独立地和/或与它们相应的底板/感受器556、558独立地移动。
[0049]现在转到图6(a)至图9(b)，示出了适合同时加工多个基底的多区气相反应器600。多区气相反应器600可以与多区气相反应器100、502或504相同或类似，但多区气相反应器600可按比例调节以同时加工多个基底，例如，2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个基底。多区气相反应器600可以是独立的反应器或诸如系统500的系统的一部分。反应器600包括加载/卸载区域630，其被构造成允许将基底加载到反应器600中或从反应器600卸载。
[0050]类似于上述反应器，多区气相反应器600包括多个扩散器602-614和多个收集器616-628。扩散器602-614和收集器616-628可与本文所述其它扩散器和收集器相同或类似；然而，扩散器602-614和收集器616-628被按比例调节以在加工区域内同时加工多个基底。[0051 ]多区气相反应器600包括:顶板702，其具有与其相关联的屏障706;和底板/感受器704，其具有与其相关联的屏障708。相关联的屏障706、708随相应的板702、704移动并可联接到板702、704，以帮助隔离加工区域720。例如，如果多区气相反应器600包括η个反应区，那么屏障706、708在η-1个、η-2个、η-3个、η-4或类似数目个反应区上延伸。在图示示例中，屏障706、708在η-1个区上延伸。
[0052]多区气相反应器600包括凹部712、714以接纳屏障706、708。凹部712、714延伸以允许板到达底部位置(例如，加载/卸载位置)和顶部位置(例如，以用作在反应器600内的顶部反应区之内或之上的顶板)。多区气相反应器600也包括插件716、718。插件716、718可形成凹部712、714的一部分。插件716、718减小反应器600的内部体积，同时允许使用屏障706、708。减小反应器600内部体积是有益的，因为可以减少获得所需真空条件的抽气时间。
[0053]图7、图9(a)和图9(b)示出了在顶部反应区中的加工区域720。图8(a)和图8(b)示出了在底部反应区中的加工区域720。
[0054]图10和图11示出了包括感受器704的感受器组件1100，以用于加工多个基底。感受器组件1100可与感受器组件206相同或类似，不同的是感受器组件1100包括具有顶部表面1002的感受器704，顶部表面1002可在加工期间将两个或更多个基底保持在位。感受器组件1100也包括机械地联接到感受器1004的构件1102。构件1102可包括导管或者是实心构件，加热和/或冷却管线插入穿过该导管。构件1102和感受器704可以可旋转地联接到一起，使得感受器704可在基底加工和/或加载和卸载期间旋转。
[0055]图12(a)至图13(b)示出了另一个多区气相反应器1200。多区气相反应器1200类似于多区气相反应器100、502、504、600，不同的是多区气相反应器1200示出为具有11个反应区，每个反应区包括扩散器(例如，扩散器1202-1224中的一个)和收集器(例如，对应的收集器1226-1246中的一个)。类似于上述多区气相反应器，多区气相反应器1200包括顶板1302、底板1304、屏障1306、1308、以及加载/卸载区域1248。在图示情况中，屏障1306、1308在至少一个相邻的反应区上延伸。
[0056]现在转到图14和图15，示意性地示出了示例性的一体化闸阀(IGV)组件1400和1500。如上文所指出的，IGV组件可用来隔离加工区域或反应区与其它反应区和/或反应器内的其它区域。IGV组件可联接到扩散器的入口，例如，本文所述扩散器中的任一个。一般来讲，本文所述示例性IGV组件通过栗送和/或反吸流导和/或栗速度的选择在反应区或区域之间提供所需隔离。
[0057]IGV组件1400包括入口前体阀1402、排放前体阀1404(例如，连接到排放源的反吸阀)、以及惰性气体入口 1408和1410。如图所示，惰性气体入口 1408、1410可在朝反应区入口1412且朝排放阀1414、1416的方向上提供惰性气体(例如，氮气、氩气等)，排放阀可适当地包括反吸阀。这有利于净化前体管线1418并减少与其它前体管线1420、1422的混合。如图所示，组件1400可包括分别用于前体管线1420和1422的附加的惰性气体入口 1424、1426。
[0058]IGV组件1500包括前体入口阀、惰性气体阀1504-1510和排放阀1512。在IGV组件1500的操作期间，当前体被弓I入到反应区入口 1514时，前体阀1502和惰性气体阀1504、1508(例如，低流量阀)开启，以向附近的反应区等提供附加的阻隔。为了净化前体管线1516，阀1506和1510可打开，以提供额外的惰性气体流。根据这些实施例的一些方面，阀1502和1512可在加工期间保持开启或打开，因为反应区的主排放口可以是最高流导，因此当屏障(例如，屏障1306等)不阻挡前体进入反应区时，前体横跨基底流动，并且少量前体将流至排放口(例如，通过阀1512)。当入口被堵塞(例如，通过屏障)时，气体流动阻力足够高，使得全部或大部分前体将与来自上方和/或下方的净化气体一起直接流至排放口，而不流至反应室。
[0059]图26和图27示出了附加的示例性反应器，其包括气体帘幕以有利于反应区或加工区域与反应器的其它区或区域隔离。反应器2600包括前体入口 2602、2604(其对应于不同的反应区域)、惰性气体入口 2606-2612、可移动的板2614和感受器2616，感受器2616可以是感受器组件的一部分。在反应器2600的操作期间，惰性气体如由相应的箭头所指示的流动，以提供气体帘幕。惰性气体从入口 2606-2612朝排放口 2618流动。
[0060]反应器2700包括惰性气体入口 2702、2704。在图示示例中，惰性气体进入气体入口2702，流动通过联接到可移动的板2708的导管2706，并且在侧壁2712和屏障2710之间继续流至排放口 2714。类似地，惰性气体(其可与导管2706中的惰性气体相同或类似)从入口2704流过可联接到感受器2718的导管2716，并且继续在侧壁2720和屏障2722之间流至排放口 2724，排放口 2724可与排放口 2714相同。如由箭头所示的惰性气体流提供气体帘幕，以有利于在反应区和/或区域之间的隔离。
[0061]图29-33示出了用于隔离附近的反应区中的前体的另一种技术。在图示示例中，反应器2900包括多个反应区2902-2920、2921和2923。类似于本文所述的其它反应器，反应器2900包括顶板2922、底板2924和屏障2926、2928。虽然示出为前体反应区在每一侧上由两个前体反应区围绕，但示例性反应器不受此限制。其它反应器可包括邻近前体反应区的一个或多个净化反应区。
[0062]反应区2904、2910和2916可用来将基底暴露于前体，例如，在诸如ALD或ALE过程的CVD加工中使用的前体。一个或多个(例如，两个)净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920邻近每个前体反应区2904、2910和2916。利用一个或多个净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920，相邻的前体反应区2904、2910和2916提供一种或多种前体与在附近的反应区中使用的其它前体的隔离。通常希望将气体(特别是前体)分离，以防止气体的不期望的混合。例如在一个或多个净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920中的前体的混合可造成颗粒在这些区域中形成。
[0063]来自净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920的一些净化气体可漏入附近的前体反应前体反应区2904、2910和2916中。一般来讲，在净化气体压力最高的地方，例如在净化气体的入口附近，存在更多净化气体漏入前体反应区2904、2910和/或2916中的趋势。为了增加气体(例如，前体分离)，净化气体(例如，在净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920中)可以以从前体气体的引入角度错开的角度被引入。例如，前体气体的入口和对应的出口以及净化气体的入口和对应的出口可错开30、45、60、90、120、135、180度、或这样的角度或其它角度的任何组合。从另一个方向引入净化气体可以增加前体反应区2904、2910和/或2916内的前体的稀释，但大体上减小前体的不期望的混合的可能。为了提供附加的隔离，不在反应区中使用的前体可被关断。
[0064]以举例的方式，参照图29，基底2930暴露于反应区2910中的第一前体“B”。在这种情况下，前体“A”被关断(例如，阀关闭)，并且到净化反应区2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920的净化管线开启。备选地，到一个或多个相邻的净化反应区的净化管线开启，并且其它净化管线可以关闭。
[0065]参照图30，当顶板2922和底板2924向上移动时，屏障2928和来自区2912、2914、2906和2906的净化气体阻止前体“B”进入附近的反应区2904和/或2916。
[0066]当基底2930在反应器2900中继续向上移动时，基底2930暴露于反应区2912中的第一净化气体，如图31所示。在这种情况下，相邻的前体“A”和“B”可被关断，如图所示。基底2930可接着暴露于反应区2914中的第二净化气体，如图32所示。
[0067]基底2930可接着暴露于反应区2916中的前体“A”，同时前体“B”关闭，如图33所示。净化反应区2918、2920和2912、2914为例如反应区2910和2921提供额外的隔离。
[0068]在基底加工期间，顶板2922和底板2924可从加载/卸载区域至反应区2902-2923连续地移动通过反应器2900。板的加速度(在没有真空吸盘的情况下)可以为约0.67g。以特定示例为例，单位晶胞可被限定为净化反应区，第一前体反应区、两个相邻的净化反应区、第二前体反应区和另一个净化区高度可以为约80mm。在这种情况下，行进通过单位晶胞的时间可以为约280ms。利用真空吸盘和3g加速度，行进时间可以减少至约130ms。如果顶板2922和底板2924以转位方式移动，横贯单位晶胞的时间将大体上增加。
[0069]现在转到图16-22，示出了使用多区气相反应器的示例性方法。该方法利用反应器1600便利地示出，反应器1600包括可移动的感受器组件1602、可移动的板1604、闸阀开口1606、以及反应区1702、1802、1902、2002和2102。虽然在图16-22中未示出，但反应器1600可包括屏障和/或IGV组件，如别处描述和示出的。
[0070]在反应器1600的操作期间，基底1608被加载到感受器1612的顶部表面1610上。如图所示，基底1608可利用顶升销1614、1616加载到感受器1612上和/或从感受器1612移除，顶升销1614、1616穿过感受器1612的至少一部分。一旦基底1608被加载到感受器1612上，闸阀1606即关闭。
[0071]通过将感受器组件1602和可移动的板1604移动至反应区1702位置，基底1608可被移动至包括反应区1702的加工区域。如上文所指出的，感受器组件1602和可移动的板1604可一起移动或单独地移动至针对各个反应区的位置、加工区域和加载/卸载位置。
[0072]包括反应区1702的加工区域可用于各种过程，包括清洁或处理基底表面。例如，氢气和/或氨气可用来处理在包括反应区1702的加工区域中的基底的表面。反应物可从入口1704和/或从顶板1604进入。反应物可包括活性种和/或可暴露于等离子过程。
[0073]接着，基底1608被移动至包括反应区1802的加工区域。如图所示，感受器组件1602可在加工期间在包括反应区1802的加工区域(或反应器1600中的任何地方，包括加载/卸载区)中旋转。以举例的方式，ALD沉积过程的第一前体可在入口 1804处被引入。在包括反应区1902的加工区域处，第二前体可在入口 1904处被引入。第一和第二前体可用于例如ALD或ALE加工。
[0074]在包括反应区2002的加工区域处，基底1608暴露于第一前体(或另一种前体)。如图所示，前体可在反应器1600的相对侧被引入。在各个反应区的各种位置引入反应物或其它气体可有利于均匀的气相过程，例如，沉积、蚀刻、清洁和处理过程。在各种位置引入反应物也可有利于反应器设计(例如，具有较小体积的反应器)。如上文所指出的，反应器的入口和/或出口可错开例如30、45、60、90、120、135或180度。
[0075]基底1608在包括反应区2102的加工区域中暴露于来自气体入口 2104的另一种前体。前体可与在反应区1902中使用的前体相同或不同。
[0076]基底1608可在反应区1702-2102之间适当地移动所需次数，例如，直到所需量的材料被沉积或移除。感受器组件1602可接着被下降至图16中所示加载/卸载位置1620。
[0077]图22示出了处于低位置(例如，加载/卸载位置)的感受器1612和处于高位置(例如，反应区1702位置或以上)的可移动的板1604。当可移动的板1604和感受器1612在这些位置时，包括反应区1702-2102的加工区域2202可被清洁或处理。例如，区域2202可暴露于直接和/或远程的等离子清洁或处理过程。虽然区域2202示出为涵盖反应区1702-2102、感受器1612和可移动的板1604，但加工区域在这样的加工期间可涵盖一个或多个反应区1702-2102中的任一个。类似地，本文所述其它反应器的可移动的板和感受器可被移动至类似的位置，以形成这样的加工区域。
[0078]如本文所述的示例性多区气相反应器的另一个特征是能够将氧化铝或类似的涂层施加到反应器的区域，例如，施加到一个或多个反应区(例如，区1702-2102或其任何子集)。氧化铝可用作到反应器表面的阻挡层，以使潜在的金属污染最小化。氧化铝涂层也可用来包覆反应器壁上的任何非所需的薄膜形成物，以便提高反应器寿命。氧化铝涂层也可提高清洁和翻新反应器的能力。
[0079]图23-25示出了根据本公开的示例性反应器的附加的示例性构型。图23示出了多区气相反应器2300，其包括七个反应区2302-2314和加载/卸载区2330。
[0080]在多区气相反应器2300的操作期间，基底2316经由气体阀开口 2322加载到感受器组件2320的感受器2318上。基底2316可通过移动感受器组件2320和可移动的板2324而移动至包括一个或多个反应区2302-2314的各个加工区域。在图示示例中，基底2316暴露于在包括反应区2302的加工区域中的第一前体、在包括反应区2304的加工区域中的净化气体、在包括反应区2306的加工区域中的第二前体、在包括反应区2308的加工区域中的净化气体、在包括反应区2310的加工区域中的第一前体、在包括反应区2312的加工区域中的净化气体、以及在包括反应区2314的加工区域中的第二前体。基底2316可在包括反应区2302-2314的加工区域中被移动所需次数，例如，直到所需量的材料被沉积或从基底2316的表面被移除。
[0081 ]图24示出了另一个示例性的反应器构型。多区气相反应器2400包括反应区2402-2410。在图示示例中，反应加工区域2430包括在可移动的板2412和感受器2414之间的两个反应区2408、2410。在这种情况下，第一气体和第二气体可被引入可移动的板2412的底部表面2420和感受器2414的顶部表面2422之间。第一气体2416和第二气体2418可被同时或顺序地引入。例如，第一前体气体和第二前体气体可在CVD过程期间被同时引入。第一和第二气体中的一者或多者可包括惰性气体。虽然示出为具有两个气体入口，但如本文所述的多区气相反应器的反应区和/或加工区域可包括任何合适数目的气体入口，以用于反应物、载气和/或净化气体。
[0082]反应器2500示出为具有一个反应区2502、包括喷头气体分布设备2506的可移动的板2504、感受器组件2508和加载/卸载区2510。可移动的板和/或可移动的感受器组件2808允许反应区2502的可变的间隙控制。气体分布设备2506可形成直接等离子系统的一部分。在图示示例中，反应器2500允许气体的错流和竖直流动两者。这提供了备选的手段以使前体保持分离，以免混合和导致颗粒生成。具有最高所需程度的通量均匀性的前体可通过喷头气体分布设备2506分布，同时另一种前体可经由错流路径递送。
[0083]虽然示出为具有一个反应区2502，但根据其它示例性实施例的反应器可包括喷头气体分布设备和任何合适数目的反应区。
[0084]虽然本文阐述了本公开的示例性实施例，但应当理解，本公开不受其限制。例如，虽然反应器、反应器系统和方法结合各种具体构型进行描述，但本公开不一定限于这些示例。实际上，除非另外指明，本文所述各种反应器和系统的特征和部件可被互换。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行本文阐述的反应器、系统和方法的各种修改、变型和改进。
[0085]本公开的主题包括各种系统、组件、反应器、部件和构型的所有新颖和非显而易见的组合和子组合和本文所公开的其它特征、功能、动作和/或特性，以及其任何和全部等同形式。
【主权项】
1.一种多区气相反应器，包括: 多个竖直叠置的反应区，其中，每个反应区包括气体入口和排放出口中的一个或多个； 可移动的板，其包括底部表面；以及 可移动的感受器组件，其具有顶部表面， 其中，可移动的加工区域包括所述底部表面、所述顶部表面和一个或多个反应区。2.根据权利要求1所述的多区气相反应器，其中，所述加工区域包括错流加工区域。3.根据权利要求1所述的多区气相反应器，其中，所述感受器保持多个基底。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，还包括在所述反应区中的两个之间的气体帘幕。5.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，还包括联接到所述气体入口中的一个或多个的惰性气体阀门系统。6.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，区的数目选自由下列组成的组:2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12 和 13。7.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述感受器包括加热器。8.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述加工区域包括直接等呙子系统。9.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，还包括联接到所述反应区中的一个或多个的远程等离子单元。10.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述顶板包括加热器。11.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述顶板和所述感受器组件独立地移动。12.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述顶板被构造成连续地移动通过所述多区气相反应器。13.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述顶板的移动是被转位的。14.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述底板被构造成连续地移动通过所述多区气相反应器。15.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述底板的移动是被转位的。16.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述感受器组件的感受器旋转。17.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述顶板包括喷头气体分布系统。18.根据权利要求17所述的多区气相反应器，其中，所述喷头气体分布系统为等温气体分布系统。19.根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器，其中，所述多个竖直叠置的反应区包括前体反应区和净化反应区。20.根据权利要求19所述的多区气相反应器，其中，所述多个竖直叠置的反应区包括一前体反应区和各自在所述前体反应区的两侧中的一侧上的两个相邻的前体反应区。21.根据权利要求19所述的多区气相反应器，其中，所述前体反应区的入口和所述净化反应区的入口错开。22.—种多区气相反应器系统，包括: 根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器； 反应物气体源，其联接到所述多区气相反应器； 净化气体，其联接到所述多区气相反应器；以及 真空源，其联接到所述多区气相反应器。23.—种使用所述多区气相反应器的方法，所述方法包括以下步骤: 提供根据权利要求1-3中的任一项所述的多区气相反应器； 提供基底； 将所述基底在竖直方向上移动至包括第一反应区的加工区域；以及 使所述基底暴露于第一过程。24.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，还包括将所述基底竖直地移动至包括第二反应区的加工区域和使所述基底暴露于第二过程。25.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述第一过程选自由下列组成的组:沉积、蚀刻、清洁和处理。26.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述第二过程选自由下列组成的组:沉积、蚀刻、清洁和处理。27.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述加工区域包括多个反应区。28.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，包括单独地移动所述可移动的板和所述可移动的感受器的步骤。29.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述多区气相反应器包括在所述反应区中的两个之间的气体帘幕。30.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述基底在没有气闸的情况下在包括第一反应区的加工区域和包括第二反应区的加工区域之间移动。31.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述基底在没有真空闸的情况下在包括第一反应区的加工区域和包括第二反应区的加工区域之间移动。32.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述多个反应区中的至少一个包括原子层沉积反应区。33.根据权利要求23所述的使用多区气相反应器的方法，其中，所述加工区域包括喷头。
【文档编号】C23C16/455GK105970187SQ201610141027
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】C·L·怀特, M·维戈瑟, E·J·希罗, T·R·邓恩
【申请人】Asm Ip控股有限公司