一种原子层沉积系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种原子层沉积系统，具有反应腔室，与反应腔室相连接的前驱体传输管路，第一惰性气体传输管路与反应腔室连接，用于向反应腔室传输惰性气体，以维持反应腔室压力平稳；第二惰性气体传输管路与反应腔室连接，用于向反应腔室输送惰性气体，对反应腔室内进行吹扫，以及与反应腔室连接的真空管路和真空泵，用于抽出反应腔室内多余的气体，从而避免了复杂的气体清洁过程，减少了前驱体反应源的浪费；同时，确保了反应腔室的压强和气流场的稳定，避免气路扰动引起的杂质，从而获得致密性好、杂质含量低的薄膜。

An Atomic Layer Deposition System and Method

The invention provides an atomic layer deposition system with a reaction chamber, a precursor transmission pipeline connected with the reaction chamber, a first inert gas transmission pipeline connected with the reaction chamber for transmitting inert gas to the reaction chamber to maintain a stable pressure of the reaction chamber, and a second inert gas transmission pipeline connected with the reaction chamber for transmitting inert gas to the reaction chamber. The vacuum pipeline and pump connected with the reaction chamber are used to extract the excess gas in the reaction chamber, thus avoiding the complex gas cleaning process and reducing the waste of the precursor reaction source. At the same time, the pressure of the reaction chamber and the stability of the airflow field are ensured, and the impurities caused by the disturbance of the gas path are avoided, so as to obtain good compactness and impurities. Thin films with low mass content.

【技术实现步骤摘要】
一种原子层沉积系统及方法
本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及一种原子层沉积系统及方法。
技术介绍
随着集成电路产业的发展，组件的特征尺寸(devicecriticaldimension)逐渐降低，深宽比(aspectratio)逐渐增加，这种技术发展对于沉积工艺，尤其是高深宽比的衬底上沉积出共形性好的膜层提出了严峻挑战。原子层沉积(Atomiclayerdeposition,ALD)就是为了应对这种挑战而提出的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积是通过将反应前驱体独立通入到反应器，反应通过基底表面的催化实现。第一种前驱体物质以脉冲方式进入反应器后吸附在衬底表面，随后多余的前驱体物质从反应器中吹扫出，完成第一个半反应(halfreactions)；接着是第二种前驱体物质脉冲进入到反应器并和吸附在衬底表面的第一种前驱体物质反应，并在衬底上形成分子层，通过吹扫将多余物质从反应器中吹扫出，这样完成了第二个半反应。通过两个半反应的不断重复直到获得期望的厚度值，因此，反应腔室的压强频繁变动，给ALD反应带来不良影响。ALD工艺的变量包括多种前驱体以及可能采用的化学反应路径(chemicalpathways)。其中，氧化物路径即采用金属烷基前驱体和氧化剂，这种化学反应方法被广泛用于沉积氧化物层。其它工艺变量包括在反应物脉冲之间反应腔室抽气到高真空，或者当反应物通过反应空间时采用惰性气体持续净化反应腔室。ALD反应比较难以控制。理想的ALD反应是前驱体在衬底表面而不是衬底上的腔室内空间反应。因此，在第二种前驱体脉冲注入到腔室前，第一种前驱体必须完全从腔室去除。滞留在传输管路和腔室尤其是腔室空间的痕量前驱体发生反应后在腔室上形成化合物，对衬底表面就会带来污染并引入杂质。一些前驱体和腔室材料之间吸附性好，将它们从腔室排空比较困难且费时。并且，吹扫时，前驱体不进入反应腔室，而是被真空泵直接抽走，浪费前驱体，特别是有机金属前驱源，通常价格比较昂贵。此外，前驱体或者吹扫气体材料中的湿气和氧杂质在ALD工艺中尤其不受欢迎，都会严重影响工艺结果，并给工艺控制带来更多挑战。因此，需要对ALD工艺和腔室吹扫系统优化以应对这些挑战。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种原子层沉积系统及方法，从而简化工艺，提高原子层沉积的薄膜的致密性和纯度。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种原子层沉积系统，所述沉积系统包括一反应腔室；前驱体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室传输前驱体；第一惰性气体传输管路，与反应腔室相连接，用于向反应腔室传输惰性气体，以维持反应腔室压力平稳；第二惰性气体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室输送惰性气体，对反应腔室内进行吹扫；以及真空管路和真空泵，与反应腔室连接，用于抽出反应腔室内多余的气体。在一实施例中，所述第二惰性气体传输管路还与真空管路连接。在一实施例中，所述第二惰性气体传输管路具有一个主路以及从主路分开的两个支路，第一支路连接到反应腔室，第二支路连接到真空管路上。在一实施例中，所述第一惰性气体传输管路、第二惰性气体传输管路的第一支路和第二支路以及前驱体传输管路上还分别设置有气动阀和质量流量控制器，用于控制各自管路的开闭。在一实施例中，反应腔室的载物台上安装有衬底；进行反应时，真空泵开启，第二惰性气体管路关闭，前驱体传输管路开启，第一惰性气体传输管路开启，前驱体和第一惰性气体进入反应腔室，前驱体吸附在衬底上；进行吹扫时，真空泵开启，保持第一惰性气体传输管路开启，第二惰性气体管路开启，前驱体传输管路关闭，第二惰性气体经第一支路进入反应腔室进行吹扫，第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种采用上述的原子层沉积系统进行的原子层沉积方法，所述前驱体传输管路包括第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路，进行原子层沉积工艺时，真空泵始终处于开启状态，步骤01：关闭第二惰性气体传输管路，打开第一前驱体传输管路，打开第一惰性气体传输管路，第一前驱体经第一前驱体传输管路进入反应腔室，并且吸附在衬底上，第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；步骤02：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室，关闭第一前驱体传输管路，打开第二惰性气体传输管路，第二惰性气体经第二惰性气体传输管路进入反应腔室进行吹扫工艺；步骤03：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室，关闭第二惰性气体传输管路，打开第二前驱体传输管路，第二前驱体经第二前驱体传输管路进入反应腔室，并且与衬底上的第一前躯体反应生成薄膜；步骤04：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室，关闭第二前驱体传输管路，打开第二惰性气体传输管路，第二惰性气体经第二惰性气体传输管路进入反应腔室进行吹扫工艺；步骤05：重复循环步骤01～04，完成所需薄膜的制备。在一实施例中，所述第二惰性气体传输管路具有一个主路以及从主路分开的两个支路，第一支路连接到反应腔室，第二支路连接到反应腔室真空管路上；步骤01具体包括：关闭第一支路，开启第二支路，打开真空泵，打开第一前驱体传输管路，打开第一惰性气体传输管路；第一前驱体经第一前驱体传输管路进入反应腔室，并且吸附在衬底上；第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；第二惰性气体经所述主路进入第二支路，再经过真空管被真空泵抽出；步骤02具体包括：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；关闭第一前驱体传输管路、关闭第二支路，打开第一支路，第二惰性气体经主路进入第一支路，再进入反应腔室进行吹扫工艺；步骤03具体包括：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；关闭第一支路，打开第二支路，打开第二前驱体传输管路，第二前驱体经第二前驱体传输管路进入反应腔室，并且与衬底上的第一前躯体反应生成薄膜；步骤04具体包括：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；关闭第二前驱体传输管路，关闭第二支路，打开第一支路，第二惰性气体经第二惰性气体传输管路进入反应腔室进行吹扫工艺。在一实施例中，在步骤01之前，还包括：采用惰性气体对第一前驱体管路和第二前驱体管路进行充气流通。在一实施例中，在所述步骤04之后和所述步骤05之前还包括：判断薄膜是否达到所需厚度；若是，则结束原子层薄膜沉积工艺；若否，则执行步骤05。本专利技术的原子层沉积系统及方法，避免了复杂的气体清洁过程，减少了前驱体反应源的浪费；同时，确保了反应腔室的压强和气流场的稳定，避免气路扰动引起的杂质，从而获得致密性好、杂质含量低的薄膜。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的原子层沉积系统的结构示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的原子层沉积方法的流程示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术的原子层沉积系统，与反应腔室相连通的第一前驱体传输管路、第二前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子层沉积系统，其特征在于，所述沉积系统包括一反应腔室；前驱体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室传输前驱体；第一惰性气体传输管路，与反应腔室相连接，用于向反应腔室传输惰性气体，以维持反应腔室压力平稳；第二惰性气体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室输送惰性气体，对反应腔室内进行吹扫；以及真空管路和真空泵，与反应腔室连接，用于抽出反应腔室内多余的气体。

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积系统，其特征在于，所述沉积系统包括一反应腔室；前驱体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室传输前驱体；第一惰性气体传输管路，与反应腔室相连接，用于向反应腔室传输惰性气体，以维持反应腔室压力平稳；第二惰性气体传输管路，与反应腔室连接，用于向反应腔室输送惰性气体，对反应腔室内进行吹扫；以及真空管路和真空泵，与反应腔室连接，用于抽出反应腔室内多余的气体。2.根据权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于，所述第二惰性气体传输管路还与真空管路连接。3.根据权利要求2所述的原子层沉积系统，其特征在于，所述第二惰性气体传输管路具有一个主路以及从主路分开的两个支路，第一支路连接到反应腔室，第二支路连接到真空管路上。4.根据权利要求3所述的原子层沉积系统，其特征在于，所述第一惰性气体传输管路、第二惰性气体传输管路的第一支路和第二支路以及前驱体传输管路上还分别设置有气动阀和质量流量控制器，用于控制各自管路的开闭。5.根据权利要求4所述的原子层沉积系统，其特征在于，反应腔室的载物台上安装有衬底；进行反应时，真空泵开启，第二惰性气体管路关闭，前驱体传输管路开启，第一惰性气体传输管路开启，前驱体和第一惰性气体进入反应腔室，前驱体吸附在衬底上；进行吹扫时，真空泵开启，保持第一惰性气体传输管路开启，第二惰性气体管路开启，前驱体传输管路关闭，第二惰性气体经第一支路进入反应腔室进行吹扫，第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室。6.一种采用权利要求1所述的原子层沉积系统进行的原子层沉积方法，其特征在于，所述前驱体传输管路包括第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路，进行原子层沉积工艺时，真空泵始终处于开启状态，步骤01：关闭第二惰性气体传输管路，打开第一前驱体传输管路，打开第一惰性气体传输管路，第一前驱体经第一前驱体传输管路进入反应腔室，并且吸附在衬底上，第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室；步骤02：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持第一惰性气体经第一惰性气体传输管路进入反应腔室，关闭第一前驱体传输管路，打开第二惰性气体传输管路，第二惰性气体经第二惰性气体传输管路进入反应腔室进行吹扫工艺；步骤03：保持第一惰性气体传输管路的开启，保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海丰，李春雷，赵雷超，纪红，兰云峰，张芳，王勇飞，王洪彪，张瑶，储芾坪，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11