顺序渗透合成设备的制作方法

本公开大体上涉及用于制造电子装置的设备和方法。更具体地说，本公开涉及用渗透设备在衬底上形成结构。

背景技术：

随着半导体装置的尺寸变得越来越小的趋势，不同图案化技术已经出现。这些技术包含间隔物界定的四重图案化、极紫外光刻(EUV)和EUV组合间隔物界定的双重图案化。另外，导向自组装(DSA)已经被视为未来光刻应用的选项。DSA涉及使用嵌段共聚物界定用于自组装的图案。所使用的嵌段共聚物可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯或聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)。其它嵌段共聚物可包括新兴的“高χ”聚合物，其可能可实现小尺寸。

上文所描述的图案化技术可以利用安置在衬底上的可渗透材料，如EUV聚合物或DSA嵌段共聚物抗蚀剂，以实现对衬底的高分辨率图案化。为了满足高分辨率和线边缘粗糙度两方面的要求，聚合物抗蚀剂通常可以是薄层。然而，此类薄聚合物抗蚀剂层可能具有若干缺点。具体来说，高分辨率聚合物抗蚀剂可具有低蚀刻抗性并且可能受高线边缘粗糙度困扰。这种低蚀刻抗性和高线边缘粗糙度可能会使得适当图案化向底层的转移更加困难。

因此，可能有利的是渗透可渗透材料，例如图案化材料抗蚀剂，以改变可渗透材料的特性。为了对图案化材料进行渗透，可能有利的是具有优化的渗透设备。

技术实现要素：

根据本发明的至少一个实施例，提供一种顺序渗透设备，其包括：

反应室，所述反应室设置有衬底固持器以固持至少一个衬底；

前体分配和去除系统，所述系统包括一个或多个反应室阀门以向所述反应室提供并且从所述反应室去除气态第一和/或第二前体；和

顺序控制器，所述顺序控制器可操作地连接到所述一个或多个反应室阀门并且被编程以使得能够在所述反应室中用所述气态第一和第二前体顺序渗透所述衬底上提供的可渗透材料。

所述设备可以设置有加热系统，所述加热系统被构造和布置成控制从所述反应室直到至少一个所述反应室阀门的温度以避免冷凝。所述加热系统可以包括加热元件以加热所述反应室和在所述反应室与所述反应室阀门之间的至少一个管道以控制从所述反应室直到至少一个所述腔室阀门的温度。可以将温度控制到在所述反应室中的所述第一或第二前体的所述压力下所述第一或第二前体的至少一沸腾温度。

如果使用第一或第二前体与混合气体(如惰性气体)的混合物，那么反应室中的第一或第二前体的压力可以是前体的分压力。分压力可以是在渗透第一和/或第二前体期间可以达到的所需最高压力。

渗透过程的速度可以随前体的(分)压力增加。在较高压力下处理因此可以有利地使吞吐量最大化，但会增加反应室和反应室与反应室阀门之间的任何管道的非加热部分上冷凝的风险。通过控制反应室直到反应室阀门中的气态第一或第二前体的温度，可以使反应室中的冷凝风险最小化。

加热系统可以被构造和布置成将反应室和从反应室到至少一个反应室阀门的管道的温度控制在20与450℃之间，优选50与150℃之间，更优选60与110之间，并且最优选65与95℃之间。顺序控制器可以被构造和布置成在渗透期间使反应室中的第一或第二前体的(分)压力达到和/或维持在0.001与1000托之间，优选0.1与400托之间，更优选1与100托之间，并且最优选2与50托之间。

根据另一实施例，提供一种顺序渗透设备，其包括：

反应室，所述反应室设置有衬底固持器以固持至少一个衬底；

前体分配和去除系统，所述系统包括一个或多个反应室阀门以向所述反应室提供并且从所述反应室去除气态第一或第二前体；和

顺序控制器，所述顺序控制器可操作地连接到所述一个或多个反应室阀门并且被编程以使得能够在所述反应室中用所述气态第一和第二前体顺序渗透所述衬底上提供的可渗透材料。所述设备可以包括设置在所述前体分配和去除系统中的缓冲槽。

所述缓冲槽可以定位在所述反应室上游以储存第一或第二前体。所述缓冲槽的体积可以在所述反应室的体积的0.1与15倍之间，优选0.3与3倍之间，并且甚至更优选0.5与2倍之间。缓冲槽可以填充有第一或第二前体，以便当反应室可以填充有所述前体时，其更快地填充，从而增加工具的吞吐量。

根据又另一实施例，提供一种顺序渗透合成设备，其包括：

反应室，所述反应室设置有衬底固持器以固持至少一个衬底；

前体分配和去除系统，所述系统包括一个或多个反应室阀门以向所述反应室提供并且从所述反应室去除气态第一或第二前体；和

顺序控制器，所述顺序控制器可操作地连接到所述一个或多个阀门并且被编程以使得能够在所述反应室中用所述气态第一和第二前体顺序渗透所述衬底上提供的可渗透材料，其中所述设备包括至少两个反应室，每个腔室被构造和布置成容纳单个衬底，并且所述前体分配和去除系统是部分共用前体分配以同时向所述至少两个反应室提供并且从所述至少两个反应室去除所述第一或第二前体。

通过具有至少两个反应室，可以增加设备的吞吐量。通过由前体分配和去除系统提供部分共用第一或第二前体流动路径和部分共用去除流动路径，可以简化并且更高效地使用设备中的硬件。

出于概述本发明和优于现有技术而实现的优势的目的，上文中描述了本发明的某些目标和优势。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可以根据本发明的任何特定实施例来实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，本发明可以按实现或优化如本文中所传授或建议的一种优势或一组优势，但不一定实现如本文中可能传授或建议的其它目标或优势的方式来实施或进行。

所有这些实施例都意图在本文中所公开的本发明的范围内。对于所属领域的技术人员来说，这些和其它实施例将从参考附图的某些实施例的以下详细描述变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定实施例。

附图说明

应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而说明，且不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大，以便改进对本公开的所说明实施例的理解。

图1描绘根据一实施例的顺序渗透合成设备。

图2a和图2b说明用于顺序渗透合成设备的根据本发明的至少一个实施例的渗透方法。

图3描绘根据一实施例的顺序渗透设备的反应室。

图4描绘根据另一实施例的顺序渗透设备的反应室。

图5描绘包括分批反应器的根据一实施例的顺序渗透设备的反应室。

图6、图7、图8、图9、图10a、图10b和图10c描绘顺序渗透合成设备的不同配置。

具体实施方式

尽管下文公开了某些实施例和实例，但所属领域的技术人员将理解，本发明延伸超出了本发明具体公开的实施例和/或用途以及显而易见的修改和其等效物。因此，希望本发明所公开的范围不应受下文所描述的特定公开实施例的限制。

图1描绘根据一实施例的顺序渗透合成设备。设备包括由合适材料(如钢、铝或石英)制成的反应室2。顶部提供有可渗透材料的衬底12可以由衬底处置器经由衬底开口(未展示)放置在反应室2中衬底固持器10上。反应室2形成在一端由凸缘封闭的腔室，气体通过所述凸缘经由设置有用于控制所述开口的打开和关闭的至少一个(分配)反应室阀门19的一个或多个开口引入。

分配反应室阀门19提供前体分配和去除系统的流体分配部分对反应室2的接入。前体分配和去除系统可以经由分配反应室阀门19向反应室提供第一前体28或第二前体29。第一前体28可以通过由第一前体加热器32蒸发含于容器30中的液体或固体以提供充足蒸气压力以便递送到腔室2中而以气体形式引入腔室2中。第一前体加热器32可以向容器30中的第一前体提供热量。同样，第二前体29可以通过由第二前体加热器33蒸发含于容器31中的液体或固体以提供充足蒸气压力以便递送到反应室2中而以气体形式引入腔室2中。

分配缓冲槽18可以设置于气体分配和去除系统中在反应室阀门19上游以储存气体。缓冲槽的体积可以在反应室2的体积的0.1与15倍之间，优选0.3与3倍之间，并且甚至更优选0.5与2倍之间。缓冲槽可以填充有第一或第二前体，以便当反应室应填充有所述前体时，其更快地填充，从而增加设备的吞吐量。可以加热分配缓冲槽18。

如所描绘，流动路径和缓冲槽对于第一和第二前体可以是部分共用的，然而其还可以是单独的。单独的流动路径以及单独的缓冲槽使得有可能独立地装载两个缓冲槽，从而增加设备的吞吐量并且提供高效的前体使用。在单独流动路径的情况下，每个流动路径可以设置有单独分配反应室阀门19。

前体分配和去除系统可以包括吹扫系统以经由吹扫阀门24和分配反应室阀门19向反应室2提供吹扫气体34。如所描绘，流动路径对于吹扫气体、第一和第二前体可以是部分共用的，然而其还可以是部分或完全单独的。在单独流动路径的情况下，每个流动路径可以设置有单独分配反应室阀门19。

吹扫气体可以是惰性气体，如氮气，并且可以用于吹扫反应室2。吹扫气体还可以用于吹扫缓冲槽18。任选地，缓冲槽18与分配反应室阀门19之间的单独排气口(未描绘)可以连接到泵39以在分配反应室阀门19关闭时更有效地吹扫缓冲槽18。

或者或另外，吹扫系统可以被构造和布置成经由吹扫反应室阀门(未展示)将吹扫气体直接提供到反应室2中，所述阀门在反应室2中直接提供吹扫气体。通过直接在反应室中提供吹扫气体，变得有可能在吹扫反应室时使用前体分配和去除系统装载前体。以这种方式，变得有可能增加吞吐量。吹扫系统可以设置有吹扫气体缓冲室以更有效地推动。

反应室在另一端由凸缘封闭，所述凸缘经由设置有一个或多个反应室阀门36(如闸阀)的一个或多个开口连接到前体分配和去除系统的气体去除部分。气体去除泵39和任选地去除缓冲槽38可以是前体分配和去除系统的气体去除部分的一部分。

去除缓冲槽38可以设置在气体去除系统中闸阀36下游。去除缓冲槽38的体积可以在反应室体积的1与30倍之间，并且优选在5与15倍之间，以当反应室阀门36打开时在去除缓冲槽中抽吸气体。用于直径为300mm的衬底的反应室2的体积对于单个衬底反应室可以是0.5-1升体积，对于在衬底上方具有喷头的单个衬底反应室可以是3至5升，并且对于25至250个衬底的分批反应器室可以是50-200升。

反应室2可以设置有开口(未展示)以向衬底固持器10提供衬底。门可以被设置成关闭和打开开口以提供由衬底处置器对衬底固持器12的接入。衬底固持器还可以形成反应室壁的一部分并且可移动以提供对衬底固持器10的接入。

第一前体28可以是具有待在衬底12上的可渗透材料中形成的渗透材料的元素的化合物。第一前体28可以通过第一前体阀门20、缓冲槽18和分配反应室阀门19提供到反应室2中。图1说明具有两个容器30和31的系统，每个容器分别含有第一前体28和第二前体29。然而，待形成的渗透材料的类型将决定前体和容器的数目。举例来说，如果期望三元渗透材料，那么设备可以包含三个容器和三个前体阀门。

此外，容器30和31在需要时可以替换为其它合适前体储存构件。举例来说，如果前体之一可以是固体，那么可以设置专门适应的容器以加速固体前体的升华。容器30、31之一还可以提供有气态前体以便不需要加热。

顺序控制器40，例如微控制器可以可操作地连接到一个或多个反应室阀门19、36、前体阀门20、22和吹扫阀门24。顺序控制器40可以包括存储器M以存储程序，所述程序被编程以使得设备能够在反应室2中用第一前体28和第二前体29执行衬底12上提供的可渗透材料的渗透。压力和/或温度传感器26可以监测腔室压力和温度，并且可以在操作期间与顺序控制器40可操作地连接以优化渗透的工艺条件。存储于顺序控制器40的存储器M中的程序可以被编程以在适当时间按顺序进行阀门19、20、22、24和36的打开和关闭以对反应室2提供和去除第一和第二前体。可以加热前体阀门20、22。

设备可以设置有加热系统，所述加热系统包括第一加热元件14(例如加热电阻线)和可操作地连接到温度传感器26的加热控制器16。温度传感器26中的一个或多个还可以设置有压力传感器。加热控制器16可以可操作地连接到顺序控制器40。温度传感器26可以用于测量反应室2中的温度并且向加热控制器16提供关于这个温度的反馈以调节加热元件14的温度以调节反应室2的温度。

加热系统16可以控制从反应室2直到至少一个反应室阀门19或36的温度。第一加热元件14因此可以沿着反应室2延伸直到所述至少一个反应室阀门19或36以加热反应室2。第一加热元件14可以加热反应室2和反应室2与所述至少一个反应室阀门19或36之间的至少一个管道。第一加热元件还可以加热反应室阀门19、36之一以避免所述阀门上的冷凝。

(分配)反应室阀门19与反应室2之间的前体流入管道可以设置有第一加热元件14的一部分。第一加热元件14沿着前体流入管道的这一部分可以用在流入管道中延伸的温度传感器26和加热控制器16独立地控制以调节前体流入管道的温度。

反应室2与(去除)反应室阀门36之间的前体去除流动管道可以设置有第一加热元件14的一部分。第一加热元件14沿着前体去除流动管道的这一部分可以用在前体去除流动管道中延伸的温度传感器26和加热控制器16独立地控制。

以这种方式，可以避免冷点，所述冷点可能会在反应室2、前体流入管道和前体去除流动管道中引起冷凝。前体的冷凝可能会导致前体无法有效地从反应室中及时去除，并且因此冷凝物可能会与后续前体反应成可能会污染反应室和衬底12的颗粒。特别是递送前体的流入管道中的颗粒可能会引起许多问题。

温度可以设定为优化的工艺温度。渗透过程的速度可以随压力增加。在较高压力下处理因此有利地使吞吐量最大化，但会增加冷凝的风险。在反应室2中的第一或第二前体的最高压力下第一或第二前体的沸腾温度应低于所需优化的工艺温度以避免冷凝。通过控制从反应室2直到反应室阀门19、36中的至少一个的温度，可以使冷凝风险最小化。还可能有利的是控制从容器30和31直到反应室阀门36的整个流动路径中的温度。

举例来说，如果第一或第二前体是三甲基铝(TMA)，那么蒸气压力是：

20℃～9托

40℃～25托

60℃～64托

80℃～149托

100℃～313托

128℃～760托

如从这些值可以看出，处理压力可以基本上通过升高反应室中的温度而升高。然而，如果在设备中存在与前体接触并且具有略低温度的一小部分，那么存在前体冷凝的立即风险，这是不希望的。

前体(例如TMA)与可渗透材料的相互作用主要可以是通过吸附和扩散。温度可以对渗透具有显著效果，因为吸附和扩散的速率和吸附反应中的平衡可受温度变化影响。

对于TMA，渗透过程在90℃下可能最佳，而在120℃和150℃下渗透不太好。对于基于吸附的过程，这是可预期的。在较高温度下，吸附反应的平衡可以朝单独TMA和聚合物物质偏移。在20与400℃之间、优选50与150℃之间、更优选60与110℃之间并且最优选65与95℃之间的工艺温度因此是优选的。

加热系统因此可以被构造和布置成将反应室和从反应室直到至少其对应反应室阀门的管道的温度控制在20与450℃之间，优选50与150℃之间，更优选60与110之间，并且最优选65与95℃之间。顺序控制器中的存储器M可以用程序编程用于设备以在渗透期间使反应室中的第一或第二前体的压力达到和/或维持在0.001与1000托之间，优选0.1与400托之间，更优选1与100托之间，并且最优选2与50托之间，以避免冷凝。以这种方式，我们产生足够的安全裕度以避免设备中的冷凝，同时具有关于使用前体TMA的最优工艺温度和压力。

设备可以包括直接液体喷射器(DLI)，包括液体流动控制器和蒸发器。液体流动控制器可以控制进入用于蒸发第一或第二前体的蒸发器的液体流。可能不需要加热流动控制器与蒸发器之间的液体流。可以加热蒸发器以蒸发第一或第二前体。加热系统可以被构造和布置成将从反应室2直到蒸发器的温度控制到在反应室2中的第一或第二前体的压力下第一或第二前体的至少一沸腾温度以避免冷凝。蒸发器可以被构造和布置在反应室中以在反应室中直接提供蒸发的前体。蒸发器还可以被构造和布置在设备的前体分配和去除系统中。

设备的前体分配和去除系统可以包括设置在前体分配和去除系统中的至少一个缓冲槽18、38。缓冲槽可以是定位在反应室2上游以储存气态第一前体28或第二前体29的分配缓冲槽18并且体积在反应室2的体积的0.1与10倍之间，优选0.3与3倍之间，并且甚至更优选0.5与2倍之间。用于直径为300mm的衬底的反应室2的体积对于单个衬底反应室可以是0.5-1升体积，对于在衬底上方具有喷头的单个衬底反应室可以是3至5升，并且对于25至250个衬底的分批反应器室可以是50-200升。

分配缓冲槽18可以设置有直接液体喷射器(DLI)蒸发器以在缓冲槽中直接喷射气态前体。分配缓冲槽18可以包括柔性波纹管以适应缓冲槽中的不同体积。分配缓冲槽18可以设置在反应室2的顶部或顶部附近以具有到反应室2的短递送线路并且同时其可以通过反应室加热。

设备可以包括第二加热元件17以控制前体分配和去除系统的流体分配部分中的前体缓冲槽18和/或管道的温度。可以将这些部分的温度控制到比反应室2的温度高0至50℃，更优选0.1至20℃，甚至最优选0.2至10℃。第二加热元件17可以由加热控制器16控制。第二温度/压力传感器(未描绘)可以设置到流体分配部分中的前体缓冲槽18和或和/或管道并且可操作地连接到加热控制器16以增强控制。通过使缓冲槽18处于高于反应器室2的温度下，变得有可能维持缓冲槽18中的较高蒸气压力用于前体，以便在打开分配反应室阀门19之后在短时间跨度内较小尺寸的缓冲槽需要填充反应器室2。

第一加热元件和第二加热元件14和17可以是卷绕在设备的相关部分周围的电阻线。在良好温度绝缘和约90℃的相对低工作温度下，此类实施例可以起作用。第一和第二加热元件14、17可以是具有多个温度传感器的多区加热元件以更精确地控制工具的每一部分中的温度。

前体分配和去除系统可以包括用于提供前体的鼓泡器。鼓泡器可以提供非连续前体流，所述前体流具有0.1至200秒、优选1至3秒的第一前体的脉冲、与持续0.01至2秒、优选0.3至1秒的混合气体的脉冲相间。

前体分配和去除系统可以设置有直接液体喷射器(DLI)蒸发器以在反应室2中、在分配缓冲槽18中或在前体分配和去除系统的在分配反应室阀门19上游的其它管道中直接喷射气态前体。

前体分配和去除系统可以将去除缓冲槽38设置在前体分配和去除系统中在反应室下游在去除反应室阀门36之后但在去除泵39之前。去除缓冲槽的体积可以在反应室体积的1与20倍之间，并且优选在5与15倍之间，以当去除反应室阀门36打开时在缓冲槽中抽吸气体。

参考图1，在典型操作期间，通过暴露于来自容器30的呈蒸气相的第一前体28，第一前体28渗透于衬底上的可渗透材料中。第一前体28可以与衬底上的可渗透材料反应并且变为渗透于衬底上的可渗透材料中的化学吸附或物理吸附的衍生物。随后，通过暴露于来自容器31的呈蒸气相的第二前体29，第二前体29渗透于衬底上的可渗透材料中。第二前体29可以与渗透于衬底上的可渗透材料中的第一前体28的化学吸附或物理吸附的衍生物反应以变为最终渗透材料。

用于储存第一或第二前体的容器30、31被构造和布置成储存选自由以下组成的群组的铝的烷基化合物：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)和氢化二甲基铝(DMAH)。

容器30、31可以被构造和布置成储存第一或第二前体，如氯化钛(IV)(TiCl)、氯化钽(V)(TaCl5)和/或氯化铌(NbCl5)。

为了渗透锆或铪，容器30、31可以被构造和布置成储存Zr或Hf前体。Zr或Hf前体可以包括金属有机、有机金属或卤化物前体。在一些实施例中，前体是卤化物。在一些其它实施例中，前体是Hf或Zr的烷基胺化合物，如TEMAZ或TEMAH。

容器30、31可以被构造和布置成储存第一或第二前体，如选自包括以下的群组的氧化剂：水、臭氧、过氧化氢、氨和肼。

设备可以包括用于容纳第一或第二前体的第一容器31，所述第一或第二前体如铝或硼烃化合物，优选选自由以下组成的群组：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)、氢化二甲基铝(DMAH)、二甲基乙胺铝烷(DMEAA)、三甲基胺铝烷(TEAA)、N-甲基吡咯烷铝烷(MPA)、三异丁基铝(TIBA)、三叔丁基铝(TTBA)、三甲基硼和三乙基硼；和用于容纳第一和第二前体中的另一种的第二容器31，所述第一和第二前体中的另一种如金属卤化物，优选来自由以下组成的群组：氯化钛(IV)(TiCl)、氯化钽(V)(TaCl5)和氯化铌(NbCl5)。对于渗透金属碳化物材料，后者可能是优选的。

图2a和b说明用于图1的设备的根据本发明的至少一个实施例的渗透方法。所述方法包含用衬底处置器向反应室中提供衬底的第一步骤50，所述衬底在衬底上具有至少一种可渗透材料。

可渗透材料可以是多孔的。孔隙度可以通过测量可渗透材料中的空隙空间作为可渗透材料的总体积的分数来测量并且值可以在0与1之间。如果空隙空间相对于总体积的分数大于0.1、大于0.2或甚至大于0.3，那么可渗透材料可以被限定为多孔的。

可渗透材料可以是硬掩模材料，例如，包括旋涂玻璃或旋涂碳层、氮化硅层、抗反射涂层或非晶碳膜。旋涂玻璃或旋涂碳层可以通过在衬底上旋涂玻璃或碳层来提供，以提供硬掩模材料。此外，硬掩模材料可以包括SiCOH或SiOC。

在一实施例中，可渗透材料可以是图案化层，例如图案化(光)抗蚀剂层。可以对抗蚀剂层进行退火。退火步骤可以具有以下目的：使湿气或其它污染物从抗蚀剂脱气、硬化抗蚀剂、从衬底表面选择性烧掉抗蚀剂部分或产生所需孔隙度。

在一实施例中，图案化层可以通过具有嵌段共聚物膜并且促进嵌段共聚物膜的导向自组装以形成图案化层来设置。渗透此类图案化层可以改进此类图案化层的品质。嵌段共聚物膜可以例如具有低蚀刻抗性，并且通过渗透共聚物中的图案，可以改进图案的蚀刻抗性。

在一实施例中，图案化层可以通过用光刻设备暴露光致抗蚀剂来设置。渗透此类图案化层可以改进此类图案化层的品质。图案化光致抗蚀剂层可以例如具有低蚀刻抗性，并且通过渗透图案化光致抗蚀剂，可以改进图案的蚀刻抗性。

在图2中的步骤50期间将衬底定位在图1中的反应室2中之后，可以通过抽空反应室2的去除泵39来清洁反应室和衬底。任选地，可以用吹扫系统提供吹扫气体34以经由吹扫阀门24和分配反应室阀门19冲洗反应室2。可以加热反应室2以增强除气。

存储器M中的程序可以被编程以在开始渗透之前激活前体分配和去除系统以从反应室2去除气体并且用吹扫系统提供吹扫气体以吹扫反应室1至4000秒、优选100至2000秒。存储器M中的程序可以被编程以激活加热器系统16以将反应室2加热到20与450℃之间、优选50与150℃之间并且最优选70与100℃之间的温度以增强污染物的除气。

随后，所述方法包括渗透方法51，其中可渗透材料可以在一个或多个渗透循环期间用渗透材料渗透。每个渗透循环可以包括以下步骤：

步骤52包括在反应室中向衬底上的渗透材料提供第一前体持续第一时段T1。顺序控制器40的存储器M可以设置有程序，所述程序当在顺序控制器40的处理器上执行时使得渗透设备关闭吹扫阀门24和分配反应室阀门19，并且通过打开第一前体阀门20并且通过激活第一前体温度控制器32以加热容器32蒸发来自第一容器30的第一前体28来使第一前体积聚在前体分配和去除系统的在分配反应室阀门19上游的管道中。第一前体可以储存于缓冲槽18中。加热元件17可以通过加热控制器16控制以充分加热管道以在管道和缓冲槽18中保持第一前体的高蒸气浓度。

然后顺序控制器40的存储器M中的程序可以被编程以短时间段执行阀门20的打开以将第一前体28递送到反应器室2。这可以在去除反应室阀门36打开并且去除泵激活下进行持续冲洗时段FP以冲洗具有第一前体的反应室2。还可以省略冲洗时段FP。当反应室2被构造和布置成容纳单个衬底时，存储器中的程序可以被编程以激活第一前体流动控制器持续1至60秒之间、优选2与30秒之间的冲洗时段FP。当反应室被构造和布置成容纳2至25个衬底时，存储器中的程序可以被编程以具有1至100秒之间、优选2与50秒之间的冲洗时段。当反应室被构造和布置成容纳26至200个衬底时，并且存储器中的程序被编程以具有1至100秒之间、优选5与50秒之间的冲洗时段FP。

还可以用前体分配和去除系统向反应器室2提供第一前体同时通过由安装于顺序控制器40的存储器M中的程序关闭去除反应室阀门36而不用去除泵39去除任何前体持续载荷时段LP。这导致反应室2中的第一前体的压力积聚。当反应室2中的第一或第二前体的压力达到最高所需渗透压力时，可以通过顺序控制器40终止这种累积。或者，可存在压力释放阀门，所述阀门当反应室中的压力升高到高于预定最大值时打开，其还可以结束压力载荷时段LP。

随后，可以使第一前体维持静止存在于反应室2中，同时使前体分配和去除系统不提供或去除任何前体持续浸泡时段SP。这可以通过序列控制器40根据存储于存储器M中的程序关闭反应室阀门19和36来进行。当反应室12被构造和布置成容纳单个衬底时，存储器M中的程序可以被编程以激活第一前体流动控制器持续1至3000秒之间、优选3与1000秒之间、更优选5至500秒之间的载荷时段LP；和10至9000秒之间、优选50与5000秒之间并且更优选100与1000秒之间的浸泡时段SP。当反应室12被构造和布置成容纳2至25个衬底时，顺序控制器的存储器中的程序可以被编程以具有1至3000秒之间、优选3与1000秒之间、更优选5至500秒之间的载荷时段LP；和10至12000秒之间、优选15与6000秒之间并且更优选20与1000秒之间的浸泡时段SP。当反应室12被构造和布置成容纳26至200个衬底时，存储器M中的程序可以被编程以具有1至3000秒之间、优选3与1000秒之间、更优选5至500秒的载荷时段LP；和10至14000秒之间、优选50与9000秒之间、更优选100与5000秒之间并且最优选100与800秒之间的浸泡时段SP。

第一时段T1因此可以包括冲洗时段FP、载荷时段LP和/或浸泡时段SP。在整个时段T1期间，第一前体可以渗透并且吸收于可渗透材料中。

顺序控制器40的存储器M可以用程序编程，所述程序当在顺序控制器的处理器上执行时使渗透设备在步骤52中提供第一前体持续1至20000秒之间、优选20至6000秒之间、更优选50与4000秒之间、并且最优选100与2000秒之间的第一时段T1。以这种方式，可以确保可渗透材料中第一前体的深度渗透。

在步骤53中，去除第一前体的一部分持续第二时段T2。顺序控制器40可以打开去除反应室阀门36以用真空泵38从反应室2去除第一前体。另外，可以通过用顺序控制器40打开吹扫阀门24和分配反应室阀门19用吹扫系统提供吹扫气体34以冲洗反应室2。缓冲槽18可以通过在缓冲槽中储存吹扫气体用于在反应室2中更快地提供吹扫气体。

顺序流动控制器40的存储器M中的程序可以用程序编程，所述程序当在顺序控制器40的处理器上执行时将使渗透设备控制去除第一前体的一部分的第二持续时间T2。存储器M中的程序可以被编程以具有1至20000秒之间、优选20至6000秒之间、更优选50与4000秒之间、并且最优选100与2000秒之间的第二时段T2。

在步骤54中，通过顺序控制器40激活前体分配和去除系统在反应室2中提供第二前体以在反应室中提供并且维持第二前体持续第三持续时间T3。顺序控制器40的存储器M可以被编程以关闭吹扫阀门24和分配反应室阀门19，并且通过打开第二前体阀门22并且通过激活第二前体温度控制器33以加热第二容器31蒸发来自第二容器31的第二前体29来使第二前体积聚在前体分配和去除系统的在分配反应室阀门19上游的管道中。第二前体可以储存于缓冲槽28中。加热元件17可以通过加热控制器16控制以充分加热管道以在管道和缓冲槽18中保持高蒸气浓度。然后顺序控制器40的存储器M可以被编程以短时间段打开阀门20以将第二前体28递送到反应器室2。

冲洗时段FP、载荷时段LP和浸泡时段SP已经结合第一前体进行描述。顺序控制器的存储器M可以设置有程序，所述程序当在顺序控制器40的处理器上执行时将使渗透设备对第二前体运行具有冲洗时段FP、载荷时段LP和/或浸泡时段SP的第三时段54，如图2b中所解释。在整个第三时段T3期间，第二前体可以渗透可渗透材料并且与可渗透材料中吸收的第一前体衍生物反应。导致与吸收的第一前体衍生物反应，导致用渗透的材料增强可渗透材料。

任选地，渗透循环可以具有步骤55，在所述步骤中，可以去除第二前体的一部分持续第四时段T4。顺序控制器40可以打开去除反应室阀门36以用真空泵38从反应室2去除第一前体。另外，可以通过用顺序控制器40打开吹扫阀门24和分配反应室阀门19用吹扫系统提供吹扫气体34以冲洗反应室2。

顺序控制器的存储器M可以被编程，以便当程序在渗透设备的顺序控制器40的处理器上执行时，可以重复渗透顺序N次，其中N在1至20之间、优选3至15并且最优选6至12之间。可以选择前体28和29，以便前体在可渗透材料中形成金属或介电渗透材料。

第一前体和第二前体可以一起在图1的设备中用于根据图2a和2b的程序用氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧氮化硅(SiON)、碳氮化硅(SiCN)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨(W)、钴(Co)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)或二氧化铪(HfO2)渗透可渗透材料。

任选地，渗透材料，如金属或电介质同样可以用渗透设备沉积在可渗透材料的整个体积的顶部。这可以例如在可渗透材料图案化的情况下进行，以使图案更宽且蚀刻抗性更大。

图3描绘根据另一实施例的顺序渗透设备。反应室2在衬底固持器10上设置有衬底12。前体分配和去除系统经由入口端66从反应室2的一侧向衬底12提供第一或第二前体。入口端66可以设置有缓冲槽18并且可用阀门19关闭。出口端67被设置到分配和去除系统以在另一侧从反应室2去除前体。在这种配置中，反应室2将是错流反应室，其中前体在衬底上方横向流动。

用于固持衬底12的衬底固持器10可上下移动。衬底固持器10可在反应室2的顶部部分的边缘68下面移动以允许衬底处置器(未描绘)提供衬底或从衬底固持器10去除衬底。通过使其向上移动，可以再次封闭反应室。衬底固持器10可以包括用于加热衬底12的第三加热元件。

根据图3的实施例的一优势是，反应室2对于单个衬底反应室2可以具有0.5-1升的小体积。小体积使得有可能具有低前体使用。衬底与反应室顶部之间的空间因此可以小于1厘米，优选小于5mm，并且最优选小于3mm。

图4描绘根据另一实施例的顺序渗透设备。反应室2包括喷头69。喷头69可以设置于反应室2的顶部部分中。喷头61可以与前体分配和去除系统连接以直接向衬底12的表面提供第一前体28或第二前体29。前体分配和去除系统可以通过开口67去除第一前体28或第二前体29。吹扫系统也可以连接到喷头69以吹扫反应室2。

喷头69还可以与前体分配和去除系统连接以从反应室2去除第一或第二前体。在此类情况下，开口67可以连接到吹扫系统以吹扫反应室2。

用于固持衬底12的衬底固持器10可上下移动。衬底固持器10可以包括用于加热衬底12的第三加热元件。这个实施例的一优势是，喷头快速提供前体和从衬底表面去除前体，同时体积仍可接受，在2至5升、优选3至4升之间。

图5、6、7、8和10a-10c展示顺序渗透合成设备的不同配置。根据图5、6、7、8和10的顺序渗透合成设备可以使用如结合图1和2所解释的相同前体分配和去除系统。

图5描绘根据另一实施例的顺序渗透设备。设备包括体积为50-200升的用于25至250个衬底的分批反应器室70。衬底可以装载在船71中，所述船设置有衬底固持器以用衬底处置器容纳25至250个衬底。具有衬底的船71可以在反应室70中从下面一次移动。船70的底部部分71A可以密封反应室70。加热元件40可以被设置成控制反应室70的温度。第一和第二前体可以用入口72提供并且可以经由前体分配和去除系统的出口73去除。阀门可以用于控制气体流，并且应注意确保将蒸发的前体保持在高于其在反应室70中的沸腾温度的温度下。这可以通过使加热元件控制入口72和出口73以及直到阀门(例如，反应室阀门36)中的温度来进行。

在设备设置有包括液体流动控制器和蒸发器的直接液体喷射器(DLI)的情况下，液体流动控制器可以控制进入蒸发第一或第二前体的蒸发器的液体流。可能不需要加热流动控制器与蒸发器之间的液体流。可以直接加热蒸发器以蒸发第一或第二前体。

蒸发器可以设置于分批反应器室中以在腔室中直接提供第一或第二前体。分批反应器使得有可能同时渗透许多衬底，从而改进设备的吞吐量。

图6、7、8和10a-10c展示顺序渗透合成设备的不同配置。根据图6、7和8的顺序渗透合成设备可以使用如结合图3或4所描述的反应室2。

展示了用于装载具有多个衬底的盒(例如，前开式统集盒(Front Opening Unified Pod)，即FOUP)的盒装载站74。第一衬底处置器75用于使衬底从盒移动到中间装载站76。随后，第二衬底处置器77用于使衬底从中间装载站76移动到设置有衬底固持器10的处理站。在图6中，单个衬底固持器12可由第二衬底固持器77接入用于单个衬底，可以在反应室2中处理所述单个衬底。在图6的实施例中，可以同时处理四个衬底。

部分共用前体分配和去除系统被设置成向至少两个反应室提供并且从至少两个反应室去除第一或第二前体。部分共用前体分配和去除系统可以共享反应室阀门。反应室阀门对于每个反应室还可以是单独的。前体分配和去除系统的共用部分可以进一步设置在(分配)反应室阀门19下游和(去除)反应室阀门36下游，如结合图1所解释。以这种方式，可以经济地使用前体分配和去除系统。

加热元件可以被设置成加热反应室2、衬底固持器10和/或前体分配和去除系统直到任何反应室阀门中的管道。至少一个缓冲槽可以设置于前体分配和去除系统中。

在图7和8的实施例中，处理站设置有多个衬底固持器10并且设置有可移动(例如，可旋转)主体78(或者，可以使用旋转衬底支撑框架)，并且通过旋转这一主体78(或支撑框架)，所有衬底固持器10都可以通过第二衬底处置器77设置有衬底。衬底固持器10可以向上移动以封闭并且形成反应室2。或者或另外，门80可以被设置成封闭反应室的空间。

在图7的实施例中，可能有八个衬底固持器形成八个反应室，所述反应室处理单个衬底；或可能有八个衬底固持器形成两个共有反应室，每个共有反应室处理四个衬底。

在图7的实施例中，有可能将盒装载站74上的特定FOUP中的衬底(通常25个)专用于特定主体78，以便在同一主体78和反应室(与其相关)上处理FOUP中的所有衬底。优势是，如果在处理一个FOUP时发现错误，那么知道其在渗透设备的哪一部分中发生。在图7的实施例中，可以同时处理二乘四个衬底。

在图8的实施例中，第一和第二衬底处置器75、77可以设置有双衬底支撑件以同时处置两个衬底以增加吞吐量。可移动主体78可以围绕轴82旋转以提供第二衬底处置器78对不同衬底固持器10的接入。在图8的实施例中，可能有十六个衬底固持器10形成十六个反应室，所述反应室处理单个衬底；或可能有十六个衬底固持器10形成四个共有反应室，每个共有反应室处理四个衬底。在图8的实施例中，可以同时处理四乘四个衬底，为设备提供高生产率。

图9公开图7和8的实施例的处理站的横截面。可移动主体78被设置用于固持两个或更多个(例如，3、4、5或6个)衬底12。可移动主体78可以相对于密封件81向上移动以封闭并且产生两个或更多个反应室2。可移动主体78可以围绕轴82旋转以提供第二衬底处置器78对衬底固持器10上的不同衬底12的接入。

部分共用前体分配和去除系统被设置成向至少两个反应室2提供并且从所述至少两个反应室去除第一或第二前体。部分共用前体分配和去除系统共享反应室阀门19和36。前体分配和去除系统的共用部分进一步设置在(分配)反应室阀门19上游和(去除)反应室阀门36下游，如结合图1所解释。以这种方式，可以经济地使用前体分配和去除系统。

加热元件可以被设置成加热反应室2、衬底固持器10和/或前体分配和去除系统直到任何反应室阀门19、36中的管道。至少一个缓冲槽可以设置于前体分配和去除系统中。

在未展示的一实施例中，各自具有五个衬底固持器的五个处理站可以被设置成同时处理具有25个衬底的完整FOUP，从而保证完整FOUP的短处理时间。

图10a、10b和10c描绘根据本发明的另一实施例。在这个实施例中，处理站90设置有狭缝91，所述狭缝可以充当衬底固持器10(参见图10c，其展示穿过狭缝91的横截面)。盒装载站74被设置用于装载具有多个衬底的盒(例如，前开式统集盒，即FOUP)。第一衬底处置器(未展示，但类似于图6和7中的第一衬底处置器75)可以用于使衬底从盒移动到中间装载站(未展示，但类似于图6和7中的中间装载站76)。第二衬底处置器(未展示，但类似于图6和7中的第二衬底处置器77)可以从中间装载站向狭缝91提供衬底。门可以封闭狭缝91以产生反应室，并且可以在处理站90处理衬底。

部分共用前体分配和去除系统93可以被设置成同时向狭缝91中的所有衬底提供并且从所有衬底去除第一或第二前体。可以在处理站90中同时处理五个衬底，这具有以下优势：可以在五个处理站90处理在盒站74具有25个衬底的完整FOUP。因为设备具有八个处理站90，所以有可能同时处理四十个衬底，从而保证完整FOUP的短处理时间。

第一加热元件可以被设置成加热处理站90中的狭缝91中的反应室和/或前体分配和去除系统93中的管道。有利地，这可以对直到前体分配和去除系统93中的任何反应室阀门进行。至少一个缓冲槽可以设置于前体分配和去除系统93中。

所示出和描述的特定实施方案是对本发明和其最佳模式的说明，而无意以任何方式限制各方面和实施方案的范围。事实上，为了简洁起见，系统的常规制造、连接、准备和其它功能方面可能未详细描述。此外，各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。许多替代的或附加的功能关系或物理连接可能存在于实际的系统中，和/或在一些实施例中可能不存在。

应理解，本文所述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或实例不被视为限制性的，因为许多变化是可能的。本文所述的具体例程或方法可表示多种处理策略中的一个或多个。因此，所说明的各种动作可以按照所说明的顺序、其它顺序执行或者在一些情况下可以省略。

本公开的主题包含本文公开的各种工艺、设备、系统和配置以及其它特征、功能、动作和/或特性以及其任何和所有等效物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。