Устройство для реактора послойного атомного осаждения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАКТОРА ПОСЛОЙНОГО АТОМНОГО ОСАЖДЕНИЯ Настоящее изобретение относится к устройству для реактора послойного атомного осаждения,содержащего реакционную камеру, причем устройство содержит патрубки для подачи реакционного газа в реакционную камеру (2) и его отвода из реакционной камеры и патрубки для подачи барьерного газа. Патрубки для подачи и отвода реакционного газа и патрубки для подачи барьерного газа содержат средний элемент (3), имеющий множество параллельных каналов (4-7),проходящих через этот элемент, и первый и второй реверсивные элементы (8, 9), установленные на концах среднего элемента (3), в которые открываются каналы (4-7), причем реверсивные элементы(8, 9) выполнены таким образом, что объединяют каналы в среднем элементе (3) для получения потока между каналами. Настоящее изобретение относится к устройству для реактора послойного атомного осаждения, содержащего реакционную камеру, причем устройство содержит патрубки для подачи реакционного газа в реакционную камеру и его отвода из реакционной камеры и патрубки для подачи барьерного газа. Реакционная камера является основной частью реактора ALD (от англ. "Atomic Layer Deposition" послойное атомное осаждение), в которую помещают подложки, подлежащие обработке. В основе метода ALD лежат прерывистые реакции насыщения поверхности, при которых поверхность контролирует рост пленки. При этом каждый из компонентов реакции отдельно приводят в контакт с поверхностью. Таким образом, в реакционной камере реакционные газы и промывочный газ, подаваемый между импульсами подачи реакционных газов, последовательно пропускают над подложками. При проектировании реакторов ALD необходимо получить хорошую газовую динамику и импульсы с крутым фронтом. Для заострения импульса и иногда также в качестве единственного барьера применяют принцип, называемый клапанным управлением с помощью инертного газа, при котором подачу потока реакционного газа к подложке в реакционной камере прерывают путем соответствующей подачи потока инертного газа. Эту подачу промывочного (барьерного) газа следует осуществлять как можно ближе к реакционной камере, чтобы в подающей трубе или подающем канале за местом подачи барьерного газа не оставался хвост импульса реакционного компонента, т.е. молекул, высвобожденных из поверхности, которые при смешивании со следующим импульсом подачи вызывают рост из-за химического осаждения из паровой фазы (далее - CVD рост). Этот CVD рост, вызванный хвостом импульса, абсолютно недопустим на подложке, поскольку в этом случае осаждение уже не осуществляется по методу ALD, контролируемому поверхностью, в результате чего свойства осажденной тонкой пленки изменяются. В первых трубопроводах для подачи барьерного газа, изготовленных из стекла посредством так называемого выдувания, барьерные потоки переносились в надлежащее место с помощью коаксиальных патрубков. Такие конструкции являлись громоздкими, дорогостоящими и хрупкими. Позднее стали применять канавки в пластинах, которые при укладывании таких пластин друг на друга образуют трехмерные системы труб. Предпочтительным является изготовление таких канавок непосредственно в стенках реакционной камеры; такой вариант осуществления является наиболее обычным для предшествующего уровня техники. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить симметричное и одинаковое для различных исходных материалов расположение множества канавок и находящихся в них каналов для подачи и отвода барьерного газа. Такое устройство приводит к увеличению количества и/или размера пластин. При необходимости размещения реакционной камеры с барьерными средствами в маленьком или плоском пространстве проектирование пластины становится трудноосуществимым. Кроме того, при наличии нескольких источников необходимо соединить большое количество газовых патрубков, что трудно осуществить на большой площади. Длина канавок для газообразных примесей также увеличивается. Попытка решения этих проблем в соответствии с предшествующим уровнем техники состояла в обеспечении запасного пространства, например, под устройством, в котором необходимые пути потока формировали путем складывания обычной трубы по длине таким образом, чтобы получить желаемое решение. Такое решение является функциональным, но требует дополнительного пространства, и, кроме того, сложенные трубы невозможно осмотреть для оценки степени загрязнения. Метод ALD в целом и вышеупомянутый принцип клапанного управления с помощью инертного газа и реакторы ALD описаны в РСТ публикации WO 2006/000643, патентной публикации US 4413022 и заявках на патент FI 20055612 и FI 20055613, включенных в настоящий документ путем ссылки в качестве примеров из предшествующего уровня техники. Задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего устранить недостатки предшествующего уровня техники. Решение этой задачи достигается с помощью устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что патрубки для подачи и отвода реакционного газа и для подачи барьерного газа содержат средний элемент, имеющий множество параллельных каналов, проходящих через этот элемент, и первый и второй реверсивные элементы, установленные на концах среднего элемента, в которые открываются каналы, причем реверсивные элементы выполнены таким образом, что объединяют каналы в среднем элементе для получения потока между каналами. Преимущество настоящего изобретения главным образом состоит в том, что оно позволяет получить хорошую газовую динамику и импульсы с крутым фронтом. Это позволяет исключить нежелательные хвосты импульсов, которые при смешивании со следующим импульсом подачи вызывают CVD рост. Изобретение также предпочтительно позволяет объединить газовые каналы перед входом в реакционную камеру, благодаря чему возможный CVD рост осуществляется в подающем канале, а не на поверхности подложки. В соответствии с настоящим изобретением газы, исходящие из разных источников, предпочтительно могут быть смешаны в как можно более однородный поток. Вследствие неоднородности потока на подложку поступают неравномерные дозы, что, в свою очередь, приводит к замедленности, низкому качеству материала и получению неоднородной пленки. Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно обеспечивает наиболее одинаковое формирование и размещение каналов для барьерного газа для всех исходных материалов, что позволяет стандартизировать их поведение. Кроме того, конструкция предпочтительно может быть изготовлена таким образом, чтобы обеспечить возможность простой очистки каналов и оценки степени их загрязнения. Изобретение позволяет минимизировать количество углов и внутренних поверхностей и предпочтительно регулировать подачу и отвод барьерного инертного газа. Ниже настоящее изобретение будет описано подробно с помощью предпочтительного варианта осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 схематически представлен разрез устройства в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 - общий вид устройства по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по плоскости, указанной стрелками III-III по фиг. 1; на фиг. 4 - разрез плоскости, указанной стрелками IV-IV по фиг. 1; на фиг. 5 - разрез по плоскости, указанной стрелками V-V по фиг. 1; на фиг. 6 - разрез по плоскости, указанной стрелками VI- VI по фиг. 1. На фиг. 1-6 схематически представлено устройство в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 схематически представлен вариант осуществления настоящего изобретения, в соответствии с которым реактор послойного атомного осаждения содержит камеру 1 низкого давления и реакционную камеру 2, в которой создается низкое давление, расположенную внутри камеры 1 низкого давления. В процессе послойного атомного осаждения подложки, подлежащие обработке, помещают в реакционную камеру 2, реакционные газы и инертный газ, подаваемый между импульсами подачи реакционных газов,прерывисто последовательно подают на поверхность подложки, подлежащей обработке, как описано выше. В соответствии с примером по фиг. 1 реакционная камера находится внутри камеры низкого давления, но возможен вариант, при котором камера низкого давления одновременно является реакционной камерой. Конструкция и работа камеры 1 низкого давления и реакционной камеры в реакторе послойного атомного осаждения, а также подача указанных газов, хорошо известны специалисту в данной области техники и не требуют подробного описания в контексте настоящего документа. В настоящем документе имеются ссылки на перечисленные выше публикации в связи с описанием предшествующего уровня техники. Таким образом, устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит первые средства,например патрубки, образующие каналы потока для прерывистой подачи по меньшей мере одного реакционного газа в реакционную камеру 2 и для отвода реакционного газа, и вторые средства, например патрубки, образующие каналы потока для импульсов подачи барьерного газа между циклами подачи реакционного газа. Отличием настоящего изобретения является то, что эти патрубки содержат средний элемент 3, имеющий несколько параллельных каналов 4-7, проходящих через этот элемент, а также первый и второй реверсивные элементы 8, 9, установленные на концах среднего элемента, в которые открываются каналы 4-7, причем реверсивные элементы выполнены с возможностью объединения каналов 4-7 в элементе таким образом, чтобы получить поток между каналами. Предпочтительно средний элемент 3 изготовлен из цельного куска, в котором просверлены каналы 4-7. Кусок из цельного материала предпочтительно может являться материалом, имеющим форму бруска, вследствие чего средний элемент имеет, по существу, цилиндрическую форму. Первый и второй реверсивные элементы могут быть изготовлены из элементов, имеющих, по существу, форму фланца, размеры которых сравнимы с размерами среднего элемента, как показано на чертежах. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 1 и 2 газы, т.е. реакционные газы и барьерные инертные газы, например азот, поступают через одну фланцевую конструкцию 10 в камеру 1 низкого давления и далее в реакционную камеру 2. Верхняя поверхность фланцевой конструкции 10 сформирована таким образом, что нижняя поверхность первого реверсивного элемента 8 плотно установлена на ней, и эти поверхности обращены друг к другу. Газовые патрубки 11, 12 фланцевой конструкции и патрубки первого реверсивного элемента 8, например сквозные высверленные каналы 13, 14, образуют одинаковые каналы потока, имеющие на общем протяжении также каналы 4-7, находящиеся в среднем элементе. При необходимости все соединения между каналами, патрубками и высверленными каналами, а также между фланцевой конструкцией 10 и первым реверсивным элементом 8 могут быть герметизированы. Как можно видеть, например, на фиг. 1 и как описано выше, средний элемент 3 установлен на первом реверсивном элементе 8. Поверхность первого реверсивного элемента 8, обращенная к среднему элементу, имеет первые канавки 15, которые совместно с поверхностью среднего элемента 3 формируют пути потока между сквозными высверленными каналами 14 и каналами среднего элемента. Например, на фиг. 1 можно видеть, что канавка 15 соединяет сквозной высверленный канал 14 с каналом 5. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, представленным на чертежах,канал 5 является отводящим каналом, иными словами, с помощью канавки 15 для каждого из патрубков реакционного газа сформирован боковой отводящий патрубок. Этот отводящий патрубок соединен несколько сбоку от патрубка реакционного вещества с помощью канавки 15. Средняя часть содержит отдельные каналы для подачи и отвода реакционного вещества. Такое устройство имеется для каждого из реакционных веществ. Канал 4 по фиг. 1 является подающим каналом для одного реакционного вещест-2 018887 ва, а канал 5, соответственно, является отводящим каналом. На фиг. 2 представлен общий вид устройства по фиг. 1, на котором видно, что в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения имеется шесть газовых патрубков 12 для реакционных газов и один газовый патрубок 11 для барьерного газа. Понятно, что количество может изменяться в соответствии с необходимостью. Величину отводящего потока предпочтительно можно регулировать путем установки в отводящем канале 5 регулировочного элемента 16 или путем сужения поперечного сечения этого канала для регулирования потока. Регулировочный элемент 16 может быть образован, например, из дроссельного винта,т.е. винтового элемента, содержащего просверленный канал для обеспечения желаемого отводящего действия. Сужение поперечного сечения может быть обеспечено, например, путем локального сужения канала для достижения желаемого отводящего действия. Барьерный поток может быть образован, например, с помощью газообразного азота. Отвод обеспечивается с помощью насосных средств, соединенных с выпускным патрубком 23. В верхней части среднего элемента 3 предусмотрен второй реверсивный элемент 9, таким образом,что имеющиеся в нем вторые канавки 17 применяются для поворота потока газа вниз. Кроме того, вторая канавка 17 содержит второй высверленный канал 18, предназначенный для переноса барьерного инертного газа в систему каналов и, таким образом, периодического прекращения поступления реакционного газа в реакционную камеру. Барьерный газ подают в устройство через газовый патрубок 11 в первый высверленный канал 13 первого реверсивного элемента и оттуда далее в канал 6 среднего элемента 3 и далее через патрубок 19,например высверленный канал, второго реверсивного элемента в канавку 20 на поверхности второго реверсивного элемента 9, обращенной в сторону, противоположную от среднего элемента. На втором реверсивном элементе 9 установлен закрывающий элемент 21, нижняя поверхность которого совместно с канавкой 20 образует канал потока для барьерного газа. По каналу потока, образованному канавкой 20 и закрывающим элементом 21, барьерный газ поступает во второй высверленный канал 18, через который проходит во вторую канавку 17, как описано выше. Высверленный канал 18 может содержать регулировочный элемент 22 или сужение поперечного сечения для дросселирования потока. Регулировочный элемент 22 может являться, например, дроссельным винтом, т.е. винтовым элементом, содержащим просверленный канал для обеспечения желаемого дросселирующего эффекта. Сужение поперечного сечения может быть обеспечено, например, путем локального сужения канала для достижения необходимого дросселирующего эффекта. Канавка 20 соединяет каналы, подающие барьерный газ ко всем регулировочным элементам 22 устройства, т.е. все каналы 18 устройства соединены с патрубком 19, так что барьерный газ, выходящий из этого патрубка, может проходить по всем каналам 18 устройства. Регулировочные элементы 22, например дроссельные винты, предпочтительно имеют одинаковый размер, вследствие чего барьерный поток равномерно распределяется между всеми каналами 18 устройства. Если для разных реакционных газов требуются барьерные потоки разной величины, для получения желаемого результата могут быть выбраны разные размеры дроссельных винтов. Поток реакционного газа, направленный вниз с помощью второго реверсивного элемента 9, переходит обратно в первый реверсивный элемент 8, где он попадает в канавку 24, через которую проходит в коллекторный канал 7, расположенный в середине среднего элемента 3, по которому газ проходит далее в расположенное над ним впускное отверстие реакционной камеры 2. Все каналы подачи реакционных газов содержат соответствующие высверленные каналы и канавки и предпочтительно расположены симметрично вокруг коллекторного канала. Коллекторный канал сконструирован таким образом, что при попадании в него газы, исходящие из разных газовых патрубков 12, смешиваются. На смешивание может влиять форма нижней части канала, а также угол, под которым газы проходят в коллекторный канал. Соединение с реакционной камерой осуществляется с помощью плоской поверхности, сферической или соответствующей конструкции. Отводы могут также присоединяться непосредственно к насосной линии или с применением конструкций устройства, например с помощью имеющихся в устройстве канавок и патрубков, образованных закрывающими элементами, или непосредственно с помощью труб. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, представленным на чертежах, отводящие каналы 5 соединены с выпускным патрубком 23 с помощью канавки 25 во втором реверсивном элементе 9 с применением принципа, подобного применяемому для подающего устройства, осуществленного путем взаимодействия канавки 20 и каналов 18. В реакторе, оборудованном устройством в соответствии с настоящим изобретением, барьерный газ,например азот, непрерывно подают через патрубок 11, как описано выше. Отвод через канал 5 осуществляется постоянно. Когда поток реакционного газа из патрубка 12 прерывается, из этого патрубка выходит только диффузионный поток, поток барьерного газа создает барьер, и, таким образом, хвост импульса подачи реакционного газа переносится в отводящий канал. Когда импульс подачи реакционного газа с помощью газа-носителя или без него проходит через устройство, часть его уходит в отводящие каналы,но основная его часть, по существу, приблизительно 90%, продолжает путь непосредственно в реакционную камеру. Азот, действующий в качестве барьерного газа, также смешивается с этим потоком газа. Когда поток реакционного газа и подача возможного улучшающего поток газа-носителя заканчивается,устройство автоматически возвращается в состояние, запирающее поток реакционного газа. При необходимости улучшения работы и уменьшения потерь на отвод подача барьерного газа, например азота, может быть синхронизирована с импульсной подачей реакционного газа следующим образом. В процессе импульса подачи барьерный азот подают в патрубок 5 в количестве, по меньшей мере,равном величине барьерного потока, что исключает потери реакционного вещества. Таким же образом,поток барьерного азота может быть уменьшен до уровня, позволяющего предотвратить попадание реакционного вещества в канал подачи азота. Таким образом, вышеописанное дополнительное действие является возможным, но простое осуществление, при котором применяют непрерывный поток барьерного вещества, дает предпочтительный конечный результат. Устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет осуществлять подачу реакционных и барьерного газов через несколько частей, которые можно просто разъединить для очистки и осмотра. Конструкция является маленькой и симметричной. Все газы при необходимости проходят одинаковую обработку, и при необходимости в конструкции могут применяться отдельные сменные трубы,которые можно заменять при загрязнении. Обычно закупорка происходит в месте соединения отводящих линий. В конструкции в соответствии с настоящим изобретением отведенные газы предпочтительно поступают отдельно в пространство за реакционной камерой, которое может являться, например, приемной коробкой 26, благодаря чему снижается необходимость в техническом обслуживании. Конструкцию также легко герметизировать по отношению к промежуточному пространству различными способами с помощью одного уплотнения 27. Такую герметизацию можно осуществлять, например, с помощью эластомеров, таких как уплотнительные кольца, или путем создания канавки уплотнения на граничной поверхности каждой из фланцевых пар, причем канавка соединена высверленными отверстиями с линией отвода или, соответственно, подачи азота. В первом случае канавка уплотнения находится под низким давлением, благодаря чему газы отводятся в независимости от того, где произошла утечка - в трубах внутри конструкции или за ее пределами. Соответственно, во втором случае газы выходят из канавки уплотнения и наружу, и внутрь. Устройство в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно может быть встроено в другие входы камеры низкого давления реактора и/или реакционной камеры низкого давления, что является предпочтительным для ситуации в целом. Например, это позволяет минимизировать структурные проблемы, связанные с вводами, и т.д. Управление нагревом устройства в соответствии с настоящим изобретением является особенно предпочтительным. Устройство может работать также как элемент сопутствующего нагрева, осуществляемого через низкотемпературную камеру. Помимо металлического материала для изготовления устройства в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно также применять более экзотические материалы, даже стеклянные или керамические материалы. Изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными примерами и могут меняться без отклонения от сущности настоящего изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения. Так, размеры, количество патрубков, размещение, способ управления устройством в соответствии с настоящим изобретением и т.д. можно изменять в соответствии с необходимостью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для реактора послойного атомного осаждения, включающего реакционную камеру,средний элемент, два реверсивных элемента, патрубки для подачи реакционного газа и его отвода и патрубки для подачи барьерного газа, при этом патрубки для подачи и отвода реакционного газа и подачи барьерного газа содержат средний элемент (3), имеющий множество параллельных каналов (4 и 6), проходящих через этот элемент, и первый и второй реверсивные элементы (8, 9), установленные на концах среднего элемента (3), в которые открываются каналы (4-7), где каналы (4-7) среднего элемента соединены с патрубками для подачи и отвода реакционного газа и подачи барьерного газа через соответствующие каналы, выполненные в реверсивных элементах, причем реверсивные элементы (8, 9) выполнены таким образом, что объединяют каналы в среднем элементе (3) для получения потока между каналами, а средний элемент содержит коллекторный канал (7) для подачи реакционного газа или барьерного газа в реакционную камеру. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности реверсивных элементов (8, 9), обращенные к среднему элементу (3), имеют канавки (15, 24, 17), которые совместно с поверхностью среднего элемента (3) образуют каналы потока, соединяющие вышеупомянутые каналы. 3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что оба реверсивных элемента (8, 9) содержат каналы (13, 19) для подачи барьерного газа. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхность второго реверсивного элемента (9), обращенная в сторону, противоположную от среднего элемента (3), содержит канавки (20), которые совместно с закрывающим элементом (21), расположенным на втором реверсивном элементе (9), образуют канал потока для барьерного газа. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что второй реверсивный элемент (9) содержит вторые высверленные каналы (18), предназначенные для соединения каналов подачи барьерного газа из канавки(20) на поверхности, обращенной в сторону, противоположную от среднего элемента, с канавками (17) на поверхности, обращенной к поверхности среднего элемента. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что регулировочный элемент (22) или сужение поперечного сечения выполнены во втором высверленном отверстии (18) для обеспечения дросселирования потока. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулировочный элемент (16) или сужение поперечного сечения выполнены по меньшей мере в одном канале (5), проходящем через средний элемент (3), для обеспечения дросселирования потока. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллекторный канал (7) проходит в середине среднего элемента (3), и при этом другие каналы (4, 5, 6) расположены вокруг этого канала радиально и симметрично, вследствие чего каждый из каналов соединен с соседним каналом и далее с коллекторным каналом. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средний элемент (3) изготовлен из цельного куска материала и каналы (4-7) получены путем высверливания в этом цельном куске. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть, сформированная средним элементом (3) и первым и вторым реверсивными элементами (8, 9), соединена с помощью одной фланцевой структуры (10) с источниками газа, вследствие чего газовые патрубки (11, 12) фланцевой структуры и высверленные каналы (13, 14, 19) первого реверсивного элемента образуют одинаковые каналы потока от источников газа через средний элемент (3) в реакционную камеру (2). 11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что канал/каналы (5) выполнены с возможностью соединения с общим выпускным патрубком (23) с помощью канавки (25), образованной во втором реверсивном элементе (9). 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что общая уплотнительная конструкция (27), герметизирующая устройство в целом, соединена с фланцевой структурой (10). 13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что выполнено с возможностью работы в качестве элемента, обеспечивающего сопутствующий нагрев реактора.