[發(fā)明專利]多反應(yīng)腔原子層沉積裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810055628.6
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101215692A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴利人;劉志弘;劉朋;竇維治;韓冰
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備和加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多反應(yīng)腔原子層沉積裝置和方法。

背景技術(shù)

原子層沉積(Atomic?Layer?Deposition)簡稱ALD，是在一個加熱反應(yīng)腔體中進行兩相反應(yīng)的淀積技術(shù)。其中第一相反應(yīng)，主要是反應(yīng)氣相前驅(qū)體的吸附過程，該過程當(dāng)表面飽和時將自動終止，而第二相反應(yīng)，通過引入另外一種反應(yīng)前驅(qū)體，可以在襯底圓片的表面生成一原子層的特定材料。如此一層一層地生長上去，直至材料淀積達到所需的厚度。

當(dāng)前采用ALD技術(shù)可以沉積的材料包括：氧化物，氮化物，氟化物，金屬，碳化物，和硫化物，可以得到它們的納米薄層及其復(fù)合結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，ALD可用作晶體管柵介質(zhì)層(高k材料)淀積，集成電路后道工藝中的互連阻擋層，銅互連種子層等。

ALD的應(yīng)用限制主要是生長速率方面的問題(由于是一個原子層，一個原子層地生長)，隨著集成電路尺寸日益縮小，淀積薄膜的厚度也越來越薄，因此這一限制性的因素已不再是一個重要的問題。據(jù)預(yù)測，在集成電路制造的45nm技術(shù)節(jié)點及以后，ALD將有可能全面替代傳統(tǒng)的CVD等淀積技術(shù)，成為IC工藝應(yīng)用中的主流。

目前常規(guī)的ALD設(shè)備，均采用單腔配置，使用兩個質(zhì)量流量計及通斷控制裝置來控制腔室內(nèi)的氣氛，兩相反應(yīng)輪流進行，在每一相反應(yīng)結(jié)束時，腔室抽真空，然后通入另一種反應(yīng)物，進行另一相的反應(yīng)。由于反復(fù)的抽真空，會造成反應(yīng)源的浪費、操作時間加長，同時也會帶來環(huán)境隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多反應(yīng)腔的原子層沉積裝置和方法。其特征在于，

所述多反應(yīng)腔的原子層沉積裝置為A、B兩相反應(yīng)的反應(yīng)腔通過一個過渡腔并聯(lián)在一組真空泵組上；A、B兩反應(yīng)室各自通過通道閥門和過渡腔連通，反應(yīng)腔再通過真空閥、貯存室隔板和貯存室相通，在貯存室上部設(shè)置反應(yīng)物進氣閥。

所述多反應(yīng)腔的原子層沉積方法是在該裝置內(nèi)，集成電路的圓片在A、B反應(yīng)腔之間經(jīng)過通道閥門來回傳送，傳送至A反應(yīng)腔時將發(fā)生A相反應(yīng)，傳送至B反應(yīng)腔時將發(fā)生B相反應(yīng)，A、B兩相反應(yīng)交替進行，將在圓片表面逐原子層地生長出集成電路所要求厚度的納米薄層或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。

本發(fā)明的有益效果是，在多反應(yīng)腔的原子層沉積裝置內(nèi)的圓片通過一個過渡腔，在兩個反應(yīng)腔之間來回移動，可以實現(xiàn)更好的反應(yīng)控制。此外兩個腔均采用了反應(yīng)源復(fù)用的技術(shù)措施，可減少因抽真空造成反應(yīng)源的浪費和可能的環(huán)境危害。由于兩個反應(yīng)腔的使用，避免了單反應(yīng)腔裝置中，需要反復(fù)充不同的反應(yīng)源，反復(fù)抽空反應(yīng)腔室的過程；可以使反應(yīng)氣氛更為均勻，避免了常規(guī)的單腔ALD裝置的抽真空、反應(yīng)、排空的反復(fù)進行過程，也避免了不同反應(yīng)物殘余隨時間逐漸積累而造成的對反應(yīng)腔室的沾污，此類沾污將會影響ALD淀積的質(zhì)量。

多反應(yīng)腔的原子層沉積裝置在不同腔室之間用通、斷閥門對反應(yīng)源進行隔離，這樣可以大大地節(jié)省反應(yīng)源的用量；由于ALD淀積的反應(yīng)源多為金屬有機物，制備成本很高，對于反應(yīng)源的節(jié)省能夠大大地降低工藝成本。

更為重要的是，金屬有機物對于環(huán)境有不良的影響，在本發(fā)明中，由于反應(yīng)源絕大部分僅用于形成淀積薄膜，僅有極少量被真空泵組排出(將進行后續(xù)無害化處理)，相對于傳統(tǒng)的單腔設(shè)備而言，本發(fā)明提出的多腔設(shè)備，將對環(huán)境損害的危險程度降低到了最小的程度，是環(huán)保型的ALD設(shè)備。

附圖說明

圖1為多腔ALD反應(yīng)裝置的系統(tǒng)示意圖。

圖中符號說明：

①是A相反應(yīng)的源貯存室(本文中簡稱A貯存室)；

②是B相反應(yīng)的源貯存室(本文中簡稱B貯存室)；

③是A貯存室中的隔板；

④是B貯存室中的隔板；

⑤是A相反應(yīng)的反應(yīng)腔(本文中簡稱A反應(yīng)腔)；

⑥～⑩是閥門；

是B相反應(yīng)的反應(yīng)腔(本文中簡稱B反應(yīng)腔)；

是真空泵組；

是過渡腔；

是氣相反應(yīng)物A的進氣閥；

是氣相反應(yīng)物B的進氣閥。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種多反應(yīng)腔的原子層沉積裝置和方法。裝置的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中A反應(yīng)室和B反應(yīng)室的A反應(yīng)腔5、B反應(yīng)腔11分別通過A通道閥門7、B通道閥門9和過渡腔13連通，過渡腔13通過真空泵閥門8連通于一組真空泵組12上；A反應(yīng)室內(nèi)，A反應(yīng)腔5通過A貯存室真空閥6、A貯存室隔板3與A貯存室1相通；B反應(yīng)室內(nèi)，B反應(yīng)腔11通過B貯存室真空閥10、B貯存室隔板4與B貯存室2相通；在A貯存室1和B貯存室2的上部分別設(shè)置A反應(yīng)物進氣閥14，B反應(yīng)物進氣閥15。