汽相沉积系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽相沉积系统，具体地，涉及一种化学束薄膜沉积设备及薄膜沉积的方法。本发明提供了一种用于对多种种类进行真空沉积的喷嘴，所述喷嘴被分成多个四分部，每个四分部包含至少一个用于所述种类的出口，所述四分部中的每一个定义位于下方的隔间的壁，该隔间包含至少一个种类，其中两个相邻的隔间包含不同种类。
【专利说明】汽相沉积系统
[0001] 本申请是申请日为2009年10月8日、申请号为200980140045. 6、发明名称为"汽 相沉积系统"的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及在真空条件下运行的薄膜汽相沉积系统。
【背景技术】
[0003] 目前，小型化和新材料特性的开发是现有的工业生产模式的主要瓶颈，而作为突 破上述瓶颈的途径，薄膜沉积是众多快速发展的领域之一。微电子领域的应用和设备是最 广为人知的例子，但越来越多的基于同样原理的应用被应用到其他领域，例如：集成光学、 光电、膜分离、催化表面、或生物相容且相互表面，此处仅列举了一些实例。对于这些领域来 说，不管是新兴的还是存在很久的，需要越来越复杂的材料以满足所需设备的规格。通过控 制材料化学成分和/或其在微级或亚微级的结构、以及设备的整体构造来调整这些材料的 性质的可能性处于雏形阶段，而且仍未达到真正惊人的潜在可能性。
[0004] 化学束沉积技术[42](化学束外延CBE，有机金属分子束外延Μ0ΜΒΕ，和气态源分 子束外延GSMBE)是各种汽相薄膜沉积技术。其源于MBE (分子束外延）和CVD (化学汽相 沉积）的出现。这些技术从MBE吸纳了视线轨迹和超高真空（UHV)中逸出分子的定向束性 质，并从CVD中吸纳了在基板上的前体化学分解法。
[0005] 于1980-1990发展起来的这些技术[27,43]集中于其主要在III-V半导体薄膜 [15,18, 29,1，25]上的成因，并显示出父代技术的若干优势，例如高薄膜质量、高生长率 (每小时数μπι)、高重现性、高沉积均匀性（百分之几）、前体的有效利用以及可沉积为四 元素膜[1，28, 24]。
[0006] 针对多晶片系统[3, 28, 20, 24]和单晶片系统[14]提出了一些设计。一般来说， 仅使用几个蒸发源，并且需要基板旋转以实现沉积均匀性。化学束沉积技术的优势在于：前 体分子经历从隙流源到基板的视线轨迹，这使得容易计算基板上的流型。
[0007] 但是，即使多毛细管气源（高于余弦流）的方案已被广泛的研究[7,23,4，13]， 在优化源的方面做了很少的工作，即在一些准备工作[7,33,34,23]中的基板上的前体流 均匀性和发出的前体到达基板的比率方面。在毛细管阵列的替代中，已经提出了与理想孔 相似且像Knudsen源（每个立体角[37]全方向的余弦隙途）的小孔的分布、或低于余弦 (sub-cosine)的发射体[5,6](参见图1)。为了确保基板上的单个前体的流量的均匀性， 源的一种有趣的配置是为了将相同的小孔布置在环上(见图2)。这种配置（已经出现在文 献[23])在均匀性或前体使用效率（如果源N的数量足够大）方面等同于旋转基板[10]。
[0008] 分布在预备室的顶面上的理想小孔的同心圆将仅由预备室压力控制的流平均化， 该压力由单个测量仪测量，由此避免基板旋转，同心圆还具有中心孔，以允许束粒子通过， 这种技术也已经被提出[5]。这种已获得专利的方案用于在生长时达到与粒子束辐射的兼 容性。根据Ben Venuti[5]的表明隙流源原理的方案在里1中示出，反应器的基本形状在里 2中示出。
[0009] 上述发明的反应器可表示允许基板利用束（通常是激光束或电子束）辐射的容 器。由于基板未被旋转，直接写入或光罩投影图像可被轻易地实现，以通过粒子束辐射局部 地诱发膜生长变化。可选地，可以辐射整个基板以利用粒子束辐射诱发均一的优势。
[0010] 计算基板上前体分子碰撞率分布的基本数学方程可在文献[17,16,4, 37,11，40， 41，12]中找到或从中导出。我们提出了改进的方程并将其用于计算从单个源到基板上的任 何点的表面流，该方程如下（根据盟！中的标记）：
【权利要求】
1. 一种化学束薄膜沉积设备，其特征在于，该设备利用化学前体分子的视线传播在高 真空或超高真空条件下操作，该化学束薄膜沉积设备具有多个前体隙流源和位于前体隙流 源中的多个相同或不同的前体； 该化学束薄膜沉积设备使用束阴影效应以准确并可预测的方式改变前体分子在基板 上的碰撞率分布，从而获得厚度的梯度或局部图形、化学沉积或微米或纳米级的材料特性 并获得薄膜的直接的3D图形。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述薄膜中的3D图形能够通过部分遮挡 一些部分的喷射前体分子到基板上获得，其中化学前体分解以提供薄膜增长。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述薄膜中的3D图形也能够通过控制相 同或不同元素种类的不同化学前体的流动叠加获得，以提升、阻止或调整选定的化学前体， 导致不同化学元素比或改变前体的分解的可能性，其中通过前体提供多达总生长抑制程度 的相对流的调制，另一前体的活性能量改变，使得沟道或空腔中的沉积自图案化。
4. 根据权利要求2或权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备能够在不同前体在 基板上流动的过程中快速调整，打开或关断隙流源并使用来自不同源的阴影效应产生沿生 长方向的梯度，甚至可以不移动基板，以叠加不同性质的不同层。
5. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备能够利用粒子束或光束控制可 用于基板上的能量的局部调整，从而提高局部选择的或调整的前体分解。
6. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备能够控制分子种类和粒子数在 基板上的碰撞率分布，并可能地降低或完全避免气相分子/粒子的相互作用，这些相互作 用导致不良的可预测和可控制的效果。
7. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多个前体隙流源位于与基板平面平行且 相距一定距离的源平面上，所述源分布在同心环上，其旋转轴是基板的旋转轴。
8. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述化学束薄膜沉积设备在表面上提供 宏分级流（不由额外的阴影效应获得），以将薄膜性质调整为在单次沉积表面中的位置的 函数。
9. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设定的制约化学前体流可用于避免以给 定的方向沉积在表面上。
10. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，单个步骤中的3D嵌入式结构的沉积避免 了第二步图形化和后续层的相继共形沉积。
11. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备能够利用汽相沉积技术以受控且 可再现的双重或三重薄膜或更复杂的材料/薄膜的方式，最终在粒子束的辅助下实现薄膜 沉积/蚀刻。
12. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括特别设计的冷却面 板，其确保隙透的前体分子可仅被气源发出或被基板反向散射。
13. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，前体隙流源具有挡板，其允许突然停止 化学前体的隙透，所述挡板与粒子束辐射兼容，而且也使化学前体束产生脉动和实现暂时 受控的分布，所述挡板也允许暂时的改变强度和/或分布，挡板按如下方式建立：其被冷却 以避免或至少尽可能地降低从其表面直接重新将分子发射到基板上或发射到预备室表面。
14. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还具有原位监测装置，所述原位监测装 置需要超高真空（UHV)条件以在生长时通过扫描沉积区域来测量薄膜材料性质的变化、和 /或结构、和/或晶相、和/或形态，原位监测装置能够借由在隙流源上有一个主中心孔或若 干小孔安装。
15. -种使用权利要求1-14中任一项所述的设备进行薄膜沉积的方法。
【文档编号】C23C16/48GK104328391SQ201410352919
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2009年10月8日 优先权日:2008年10月8日
【发明者】G·本韦努蒂, E·阿拉里瓦格纳, C·派特 申请人:Abcd技术有限公司