反应室、原子层沉积装置及方法与流程

本发明涉及一种反应室，更具体地，涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于原子层沉积的反应室。本发明还涉及一种原子层沉积装置，更具体地，涉及一种根据权利要求12的前序部分所述的原子层沉积装置。本发明还涉及一种用于将衬底装载到用于原子层沉积的反应室中的方法，更具体地，涉及一种根据权利要求17的前序部分所述的方法。

背景技术：

1、在现有技术中，衬底(特别是半导体晶片等平面衬底)是在原子层沉积反应器中成批处理的。为了进行处理，需要将衬底装载到反应室中。在装载过程中，需要破坏原子层沉积装置的真空条件。通常，反应室设有衬底支架，使每个独立衬底可分别装载，以便将衬底装载到反应室内部。此外，在卸载期间，真空条件再次被破坏，每个衬底再次从反应室单独卸载。

2、与现有技术相关的一个问题是，将衬底分别装载到反应室中以及从反应室卸载衬底会耗费大量时间，而且真空会被破坏相当长的时间。当真空被破坏时，处理过程就会中断，装置的整体效率就会降低。通过增大衬底支架的尺寸，使批量增大，装置的整体效率可略有提高。然而，增大反应室和衬底支架的尺寸会影响反应室内部的流动动力学，从而影响工艺质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种反应室、原子层沉积装置及方法，从而可以解决或至少减轻现有技术的缺点。

2、本发明的目的通过一种反应室来实现，所述反应室的特征如独立权利要求1所述。本发明的目的还通过一种原子层沉积装置来实现，所述原子层沉积装置的特征如独立权利要求12所述。本发明的目的还通过一种用于将衬底装载到反应室中的方法来实现，所述方法的特征如独立权利要求17所述。

3、本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

4、本发明基于提供一种用于原子层沉积的反应室的想法，所述反应室具有位于所述反应室内部的反应空间，并且被设置成在所述反应室的所述反应空间中在批处理中同时处理多个衬底。

5、根据本发明，所述反应室包括：进气口，所述进气口被设置成向所述反应室的所述反应空间供应气体；出气口，所述出气口被设置成从所述反应室的所述反应空间排放气体，所述出气口被设置成与所述进气口间隔开；以及两个或更多个衬底支架。所述衬底支架中的每个衬底支架被设置成支撑两个或更多个独立衬底，从而形成成批衬底。所述两个或更多个衬底支架设置在所述进气口和所述出气口之间的所述反应室的所述反应空间内部，并且所述两个或更多个衬底支架设置在所述进气口和所述出气口之间的一排组件中。

6、所述一排组件是指所述两个或更多个衬底支架连续设置在所述进气口和所述出气口之间。

7、所述进气口和所述出气口之间的所述衬底支架的所述一排组件使得能够处理大量衬底，同时在所述反应室内部实现不受影响的流动动力学。所述进气口和所述出气口之间的所述反应室的横截面积可以保持较小，因此对于大量处理过的衬底，流体动力学仍然不会受到影响。

8、在一些实施例中，所述反应室包括沿所述进气口和所述出气口之间的方向延伸的反应室方向，并且所述两个或更多个衬底支架沿所述进气口和所述出气口之间的所述反应室方向设置在所述一排组件中。

9、因此，所述两个或更多个衬底支架沿所述进气口和所述出气口之间的所述反应室方向连续设置。

10、因此，所述两个或更多个衬底支架沿形成所述气体从所述进气口到所述出气口的流动方向的所述反应室方向设置在所述一排组件中。这提供了高效的流动动力学，并使连续衬底支架中的所有衬底都能受到所述气体的作用。

11、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架被设置成彼此接触，并且设置在所述进气口和所述出气口之间的所述一排组件中。因此，所述两个或更多个衬底支架在所述一排组件中彼此相对设置，从而实现了紧凑的组装和反应室内部空间的利用。

12、在一些实施例中，所述衬底支架包括敞开前壁、与所述敞开前壁相对的敞开后壁、封闭第一侧壁以及与所述封闭第一侧壁相对的封闭第二侧壁。所述封闭第一侧壁和所述封闭第二侧壁在所述敞开前壁和所述敞开后壁之间延伸，使得所述敞开前壁和所述敞开后壁之间形成穿过所述衬底支架的流道。因此，所述敞开前壁、所述敞开后壁以及所述封闭第一侧壁和所述封闭第二侧壁为所述气体形成从所述进气口到所述出气口穿过所述衬底支架的流动通道，使得所述衬底受到所述气体的作用。

13、在一些其他实施例中，所述衬底支架包括敞开前壁、与所述敞开前壁相对的敞开后壁、封闭第一侧壁、与所述封闭第一侧壁相对的封闭第二侧壁以及封闭顶壁。所述封闭第一侧壁、所述封闭第二侧壁和所述封闭顶壁在所述敞开前壁和所述敞开后壁之间延伸，使得所述敞开前壁和所述敞开后壁之间形成穿过所述衬底支架的流道。因此，所述敞开前壁、所述敞开后壁、所述封闭第一侧壁、所述封闭第二侧壁和所述封闭顶壁为所述气体形成从所述进气口到所述出气口穿过所述衬底支架的流动隧道，使得所述衬底受到所述气体的作用。因此，所述流动隧道由所述衬底支架在所述反应室内部形成，并且所述两个或更多个衬底设置在所述流动隧道内部。

14、在另一些实施例中，所述衬底支架包括敞开前壁、与所述敞开前壁相对的敞开后壁、封闭第一侧壁、与所述封闭第一侧壁相对的封闭第二侧壁、封闭顶壁以及与所述封闭顶壁相对的封闭底壁，所述封闭第一侧壁、所述封闭第二侧壁、所述封闭顶壁和所述封闭底壁在所述敞开前壁和所述敞开后壁之间延伸，使得所述敞开前壁和所述敞开后壁之间形成穿过所述衬底支架的流道。因此，所述敞开前壁、所述敞开后壁、所述封闭第一侧壁、所述封闭第二侧壁、所述封闭顶壁和所述封闭底壁为所述气体形成从所述进气口到所述出气口穿过所述衬底支架的流动通道，使得所述衬底受到所述气体的作用。因此，所述流动通道由所述衬底支架在所述反应室内部形成，并且所述两个或更多个衬底设置在所述流动通道内部。

15、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架设置在所述一排组件中，使得衬底支架的所述敞开后壁朝向所述一排组件中的连续衬底支架的所述敞开前壁，从而形成穿过所述两个或更多个衬底支架的流道。因此，所述气体可以流经所述反应室内部的所述连续衬底支架，并且所述连续衬底支架中的所述衬底可高效地受到所述气体的作用。

16、在一些其他实施例中，所述两个或更多个衬底支架设置在所述一排组件中，使得衬底支架的所述敞开后壁抵靠所述一排组件中的连续衬底支架的所述敞开前壁，从而形成穿过所述两个或更多个衬底支架的连续流道。所述连续流道提供了良好的流动动力学，并使所述连续衬底支架中的所述衬底高效地受到所述气体的作用。

17、在一些实施例中，所述衬底支架的所述敞开前壁被设置成朝向所述反应室的所述反应空间中的所述进气口，并且所述衬底支架的所述敞开后壁被设置成朝向所述反应室的所述反应空间中的所述出气口。因此，气体可以从所述进气口直接进入由所述衬底支架提供的所述流道，而过量气体则从由所述衬底支架提供的所述流道直接排放到所述出气口。

18、在一些其他实施例中，所述衬底支架的所述敞开前壁被设置成朝向所述反应室的所述反应空间中的所述进气口，并且所述衬底支架的所述敞开后壁被设置成朝向所述反应室的所述反应空间中的所述出气口，使得穿过所述衬底支架的所述流道被设置成沿所述反应室的所述反应室方向延伸。因此，由所述衬底支架提供的所述流道被设置成沿所述进气口和所述出气口之间的方向延伸，以实现所述反应室内部的高效气体流动。

19、在一些实施例中，所述一排组件中的所述两个或更多个衬底支架彼此互连，或者所述一排组件中的连续衬底支架通过连接元件直接相互连接。将所述衬底支架彼此互连或相互连接可使将所述衬底支架一起装载到所述反应室中以及从所述反应室中卸载所述衬底支架的操作更加简便。此外，将所述衬底支架彼此互连或相互连接能够提供穿过所述两个或更多个衬底支架的所述连续流道。

20、因此，所述两个或更多个衬底支架沿所述进气口和所述出气口之间的所述反应室方向连续设置，使得穿过所述两个或更多个衬底支架的所述流道被设置成沿所述反应室方向延伸。

21、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架支撑在共用支架支撑件上。所述支架支撑件被设置成相对于所述反应室可移动。因此，可以移动所述支架支撑件，以便将所述两个或更多个衬底支架装载到所述反应室中以及从所述反应室中卸载所述两个或更多个衬底支架，并形成所述反应室。此外，在移动过程中，所述衬底支架的相对位置不会改变，并且所述两个或更多个衬底支架不会相对于彼此移动。

22、在一些其他实施例中，所述两个或更多个衬底支架支撑在共用支架支撑件上。所述支架支撑件被设置成相对于所述反应室可移动。所述两个或更多个衬底支架通过所述共用支架支撑件彼此互连。因此，所述共用衬底支架将所述两个或更多个衬底支架互连在一起，使得所述两个或更多个衬底支架可以通过移动所述支架支撑件而一起移动。

23、在另一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架支撑在共用支架支撑件上。所述支架支撑件被设置成相对于所述反应室可移动。所述两个或更多个衬底支架中的每个衬底支架通过锁定元件锁定到所述共用支架支撑件。因此，所述支架支撑件用于将所述两个或更多个衬底支架相对于彼此锁定，以便将它们一起移动，并形成穿过所述两个或更多个衬底支架的所述流道。

24、在一些实施例中，所述衬底支架包括衬底支撑件，所述衬底支撑件被设置成支撑所述封闭第一侧壁和所述封闭第二侧壁之间的两个或更多个衬底。因此，所述衬底可以设置在所述衬底支架的所述流道上。

25、在一些其他实施例中，所述衬底支架包括衬底支撑件，所述衬底支撑件被设置成以叠加设置的方式支撑所述封闭第一侧壁和所述封闭第二侧壁之间的两个或更多个衬底，从而形成衬底叠层。因此，两个或更多个衬底可以以叠加的方式支撑在所述衬底支架的所述流道中。

26、在另一些实施例中，所述衬底支架包括衬底支撑件，所述衬底支撑件被设置成以叠加设置的方式支撑所述封闭第一侧壁和所述封闭第二侧壁之间以及所述封闭顶壁和所述封闭底壁之间的两个或更多个衬底，从而形成衬底叠层。因此，两个或更多个衬底可以以叠加设置的方式设置在由所述衬底支架形成的所述流动通道中。

27、在一些实施例中，所述反应室包括：支撑部，所述支撑部被设置成支撑两个或更多个成批衬底，每个成批衬底包括两个或更多个独立衬底的叠层；以及盖部，所述盖部被设置成形成环绕支撑在所述支撑部上的所述两个或更多个成批衬底的外壳。所述支撑部和所述盖部被设置成形成所述反应室，所述支撑部和所述盖部被设置成在所述反应室的打开位置和所述反应室的关闭位置之间相对于彼此可移动，在所述反应室的所述打开位置，所述支撑部和所述盖部彼此间隔开，在所述反应室的所述关闭位置，所述支撑部和所述盖部连接在一起，以在所述反应室内部形成密闭反应空间。

28、因此，所述支撑部被设置成形成所述反应室的底壁。所述盖部被设置成形成所述反应室的顶壁和侧壁/侧壁和端壁。

29、通过使所述支撑部和所述盖部相对于彼此移动，可以以一次线性移动打开和关闭所述反应室。

30、在一些实施例中，所述反应室包括第一端、与所述第一端相对的第二端以及所述第一端和所述第二端之间的长度。所述反应室还包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的第一侧壁、与所述第一侧壁相对并且在所述第一端和所述第二端之间延伸的第二侧壁以及所述第一侧壁和所述第二侧壁之间的宽度。所述反应室具有从所述第一端到所述第二端的第一增大宽度区域，并且所述反应室具有从所述第二端到所述第一端的第二增大宽度区域。所述反应室具有位于所述第一增大宽度区域和所述第二增大宽度区域之间的支架支撑区域，并且所述两个或更多个衬底支架设置在所述进气口和所述出气口之间的所述反应室的所述反应空间内部，并且设置在所述支架支撑区域。

31、在另一实施例中，所述盖部包括第一端、与所述第一端相对的第二端以及所述第一端和所述第二端之间的长度，所述盖部还包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的第一侧壁、与所述第一侧壁相对并且在所述第一端和所述第二端之间延伸的第二侧壁以及所述第一侧壁和所述第二侧壁之间的宽度。所述盖部具有从所述第一端到所述第二端的第一增大宽度区域，并且所述盖部具有从所述第二端到所述第一端的第二增大宽度区域。所述盖部具有位于所述第一增大宽度区域和所述第二增大宽度区域之间的支架支撑区域，并且所述两个或更多个衬底支架设置在所述进气口和所述出气口之间的所述反应室的所述反应空间内部，并且设置在所述支架支撑区域。

32、增大和减小宽度使得能够提供均匀的气流，并且使得能够在所述进气口和所述衬底之间在所述第一端和所述第二端的方向形成足够的距离，从而使前体气体分子在遇到所述衬底之前有足够的时间和空间进行扩散。

33、在一些实施例中，所述反应室包括用于支撑所述两个或更多个衬底支架的底部，并且所述底部设置有用于加热所述反应室内部的所述反应空间的加热元件。

34、在一些其他实施例中，所述反应室的所述支撑部设置有用于加热所述反应室内部的所述反应空间的加热元件。

35、因此，可以高效地加热所述衬底和所述反应室，并且可以经由所述底部或所述支撑部通过传导向所述反应室提供热量。

36、所述反应室的上述不同实施例可以在不脱离本发明的情况下以任何可行的方式组合。

37、本发明还基于提供一种原子层沉积装置的想法，所述原子层沉积装置被设置成在批处理中同时处理多个衬底。所述原子层沉积装置具有设置在真空室内部的反应室。所述原子层沉积装置还包括：装载室，所述装载室通过装载连接件连接到所述真空室；以及装载装置，所述装载装置被设置成通过所述装载连接件在所述装载室和所述真空室内部的所述反应室之间移动两个或更多个衬底支架。所述两个或更多个衬底支架中的每个衬底支架被设置成支撑两个或更多个衬底。

38、所述反应室包括：支撑部，所述支撑部形成对所述两个或更多个衬底支架的支撑；以及盖部，所述盖部形成环绕设置在所述支撑部上的所述两个或更多个衬底支架的外壳。所述支撑部和所述盖部一起形成所述反应室，使得所述盖部相对于所述支撑部可移动地设置在所述反应室的打开位置和所述反应室的关闭位置之间。在所述反应室的所述打开位置，所述支撑部和所述盖部彼此间隔开，在所述反应室的所述关闭位置，所述支撑部和所述盖部连接在一起以形成关闭反应室。所述装载装置被设置成在所述反应室的所述打开位置通过所述装载连接件在所述装载室和所述真空室内部的所述反应室之间以装载运动一起移动所述两个或更多个衬底支架。

39、本发明的所述装置使得能够以一次装载运动和卸载运动将大量衬底装载到所述反应室中以及从所述反应室中卸载大量衬底。所述两个或更多个衬底支架使得能够在不显著增大所述装载连接件的尺寸的情况下设置大量衬底。

40、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架设置在一排组件中，并且所述装载装置被设置成在所述反应室的所述打开位置通过所述装载连接件在所述装载室和所述真空室内部的所述反应室之间以所述装载运动一起移动所述一排组件中的所述两个或更多个衬底支架。

41、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架以彼此接触或互连的方式设置在一排组件中，从而形成穿过所述两个或更多个衬底支架的流道，并且所述装载装置被设置成在所述反应室的所述打开位置通过所述装载连接件在所述装载室和所述真空室内部的所述反应室之间以所述装载运动一起移动所述一排组件中的所述两个或更多个衬底支架。

42、所述两个或更多个衬底支架的所述一排组件使得所述两个或更多个衬底支架在装载和卸载过程中的横截面积减至最小，因此也可以使所述装载连接件的尺寸减至最小。将所述两个或更多个衬底设置成彼此接触或互连可使支架组件紧凑，并且所述衬底支架设置在所述组件中，在所述组件中，所述衬底支架在所述反应室中进行处理。

43、在一些实施例中，所述两个或更多个衬底支架支撑在所述一排组件中的共用支架支撑件上；并且所述装载装置被设置成在所述反应室的所述打开位置通过所述装载连接件在所述装载室和所述真空室内部的所述反应室之间以所述装载运动移动所述共用支架支撑件。所述共用支架支撑件提供了用于将所述两个或更多个衬底支架连接或互连在一起的简单结构。此外，所述共用支架支撑件使所述两个或更多个衬底支架能够一起装载和卸载，并在所述反应室和所述装载室中支撑所述两个或更多个衬底支架。因此，在装载、卸载和处理过程中，所述两个或更多个衬底支架不需要相对于彼此移动。

44、在一些实施例中，所述盖部被设置成可沿第一方向移动，所述装载装置被设置成沿第二方向移动所述两个或更多个衬底支架，其中所述第二方向横向于所述第一方向。因此，整个装载和卸载可以通过两次线性运动来进行。

45、在一些优选实施例中，所述第二方向(即装载方向)平行于所述反应室方向。此外，优选地，所述衬底支架的流道方向也平行于所述第二方向和所述反应室方向。这使得装载高效、简单，同时还使所述反应室中的流动动力学得到改善。

46、在一些实施例中，所述原子层沉积装置还包括升降装置，所述升降装置连接到所述反应室，并且被设置成在所述反应室的所述打开位置和所述关闭位置之间移动所述盖部。

47、在一些实施例中，所述升降装置连接到所述反应室的所述盖部，并且被设置成相对于所述反应室的所述支撑部沿垂直方向移动所述盖部，其中所述支撑部固定设置在所述真空室内部。

48、在一些实施例中，所述升降装置连接到所述反应室的所述盖部，并且被设置成相对于所述反应室的所述支撑部沿水平方向移动所述盖部，其中所述支撑部固定设置在所述真空室内部。

49、在一些实施例中，所述升降装置包括设置在所述真空室外部的升降装置电机。

50、在一些实施例中，所述原子层沉积装置还包括热反射器，所述热反射器设置在所述真空室内部，以环绕所述反应室的所述盖部的至少一部分并与所述盖部一起移动。

51、在一些实施例中，所述原子层沉积装置还包括热反射器，所述热反射器可移动地设置在所述真空室内部，使得当所述反应室处于所述关闭位置时，所述热反射器设置在所述装载连接件和所述反应室之间的空间内，当所述反应室处于所述打开位置时，所述热反射器远离所述装载连接件，以在所述装载连接件和所述打开的反应室之间提供开放路径。

52、在一些实施例中，所述热反射器连接到所述反应室的所述盖部，使得所述热反射器可与所述盖部一起移动。

53、在一些替代实施例中，所述热反射器连接到所述升降装置，使得所述热反射器可与所述升降装置一起移动。

54、所述原子层沉积装置还包括真空系统，所述真空系统被设置成为所述装载室和所述真空室提供真空条件。

55、在优选实施例中，所述原子层沉积装置的所述反应室是如上所述的反应室。

56、本发明还基于以下想法：提供一种用于将衬底装载到原子层沉积装置的反应室中的方法，以便根据原子层沉积方法的原理处理所述衬底。

57、所述方法包括以下步骤：

58、-将两个或更多个衬底支架设置到装载室中，所述两个或更多个衬底支架中的每个衬底支架包括两个或更多个衬底；

59、-打开所述装载室和真空室之间的装载连接件；

60、-将所述两个或更多个衬底支架一起从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室，所述反应室处于打开位置时，所述反应室的支撑部与所述反应室的盖部间隔开；以及

61、-通过使所述盖部相对于所述支撑部移动，将所述反应室从所述打开位置移动到关闭位置，在所述反应室的所述关闭位置，所述支撑部和所述盖部连接在一起，以在所述反应室内部形成密闭反应空间。

62、因此，将包括两个或更多个衬底的所述两个或更多个衬底支架设置在所述装载室中，然后以一次装载运动将所述两个或更多个衬底支架一起从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室。因此，可以一次性将大量衬底装载到所述反应室中，从而缩短所述装置的停机时间。

63、在一些实施例中，将所述反应室从所述打开位置移动到所述关闭位置的所述步骤还包括：使用连接到所述盖部的升降装置沿垂直方向移动所述盖部；以及将所述盖部连接到所述支撑部以关闭所述反应室。

64、在一些实施例中，将所述两个或更多个衬底支架设置到装载室中的所述步骤包括：以彼此接触或互连的方式将所述两个或更多个衬底支架设置在所述装载室中的一排组件中，从而形成穿过所述两个或更多个衬底支架的流道。此外，将所述两个或更多个衬底支架一起从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室的所述步骤包括：将所述一排组件中的所述两个或更多个衬底支架一起从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室。

65、所述两个或更多个衬底支架的所述一排组件使得装载室和所述真空室之间能够使用紧凑型装载连接件。此外，在处理过程中，设置在所述装载室中的所述一排组件可以在所述反应室中使用，以实现高效的流动动力学。因此，在装载到所述反应室中的过程中或之后，所述两个或更多个衬底支架不需要相对于彼此移动。

66、在一些其他实施例中，将所述两个或更多个衬底支架设置到装载室中的所述步骤包括：将所述两个或更多个衬底支架设置在所述装载室中的一排组件中的共用支架支撑件上，从而形成穿过所述两个或更多个衬底支架的流道。此外，将所述两个或更多个衬底支架一起从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室的所述步骤包括：将所述共用支架支撑件从所述装载室移动到所述真空室内部的所述反应室，所述两个或更多个衬底支架支撑在所述一排组件中的所述共用支架支撑件上。

67、在装载和卸载过程中以及在所述反应室中进行处理的过程中，所述共用支架支撑件为所述两个或更多个衬底支架提供底座。因此，所述共用支架支撑件使所述两个或更多个支架支撑件的操作简单、高效。

68、在一个优选实施例中，所述方法由如上所公开的原子层沉积装置来执行。

69、在另一替代实施例中，所述方法由如上所公开的原子层沉积装置和反应室来执行。

70、本发明的优点在于，本发明能够使用标准化衬底叠层。例如，标准化半导体晶片叠层包括25个晶片。因此，本发明能够一次性使用所述两个或更多个衬底支架来处理两个或更多个标准化晶片叠层。这使得在原子层沉积处理之前和之后高效地处理晶片。此外，将所述两个或更多个衬底支架设置在一排组件中，能够通过紧凑型装载连接件沿所述一排组件的方向实现高效装载和卸载。当所述一排组件沿气流方向设置时，所述两个或更多个衬底支架的所述一排组件还能够在所述反应室内部实现高效的流动动力学。