[發明專利]一種脈沖調制射頻等離子體增強原子層沉積裝置及方法

無效

• 申請號: 201110041566.5
• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN102127756A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 石建軍;劉新坤;黃曉江;梅永豐
• 申請（專利權）人: 東華大學;無錫邁納德微納技術有限公司
• 主分類號: C23C16/505
• 分類號: C23C16/505
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種脈沖調制射頻等離子體增強原子層沉積裝置及方法，具體地說是一種通過在原子層沉積腔內的單層沉積過程中加入脈沖調制射頻等離子體輔助，從而增強前軀體的活性，降低沉積過程所需的溫度以達到對溫度敏感的高聚物基片等的沉積，且保證沉積薄膜的均勻性，屬于等離子體對材料改性的技術領域。

背景技術

原子層沉積(Atomic?Layer?Deposition，ALD)技術，最初稱為原子層外延（Atomic?Layer?Epitaxy，ALE），也稱為原子層化學氣相沉積（Atomic?Layer?Chemical?Vapor?Deposition）。最初是在20世紀70年代由芬蘭科學家提出并用于多晶熒光材料ZnS:Mn以及非晶Al₂O₃的研制。早期，ALE主要沉積多晶???????????????????????????????????????????????-族化合物以及非晶氧化膜。1985年以后，-族和-族化合物的外延生長引起了人們的關注，但是由于其復雜的表面化學反應，這方面的研究并沒有取得實際性突破，而且由于ALD的生長速率慢，限制了它在實際工業中的應用。直到90年代中期，硅半導體技術的發展，掀起了人們對ALD研究的熱潮。隨著集成電路尺寸向納米量級的發展，以及集成度的提高，ALD自身存在沉積速率慢的缺點，已逐步得到解決，在目前的原子層沉積技術中，基于原子層沉積過程的自限制反應過程，所沉積的薄膜可以達到單層原子厚度，因為原子層沉積工藝在每個循環周期內精確地沉積一個原子層，所以能夠在納米尺度上對沉積工藝進行完全控制，操作過程簡易，與目前的其它鍍膜方法相比，具有一定的優越性。沉積薄膜與基底結合強度好，膜層厚度一致，成分均勻性好，是先進的納米表面處理技術。另外ALD是在低于350℃的溫度下進行的，提供了一種能沉積更復雜材料且又不產生交叉污染或內擴散的熱沉積工藝。一個基本的原子層沉積過程包括4個步驟：脈沖第一前軀體1，清洗第一前軀體1，脈沖第二前軀體2，清洗第二前軀體2。沉積循環不斷重復直至所需的薄膜厚度。原子層沉積的兩個限定性特征：自約束的原子逐層生長和高度保形鍍膜，為半導體工藝、微機電系統和其他納米技術應用提供了較多優勢。

目前國際上不少國家對ALD都開展了技術研究，美國真空學會已經召開了數屆關于ALD的國際學術會議，對ALD在半導體以及薄膜器件制造中的應用，進行了廣泛深入地探討。原子層沉積作為90?nm?IC芯片和電子存儲器件生產的關鍵技術正越來越在世界范圍內被接受。AIXTRON、Applied?Materials、ASM?International、Aviza?Technology、Oxford?Instruments等世界領先的半導體設備供貨商，都先后推出了不同類型的原子層沉積設備，最新水平的設備亦也進入原子級。HBT、PHEMT、MESFET、LED、探測器和VCSEL等產品的生產都應用了原子層沉積技術，其生產的元件被廣泛應用于光纖通信系統、無線和移動電話應用程序、光纖存儲裝置、照明、信號和照明設備以及其它廣泛的先進系統上。隨著半導體向45?nm工藝的深入發展，銅工藝技術不可避免地要發生一些變化。TaN擴散阻障層物理氣相沉積（Physical?Vapor?Deposition:?PVD）技術可能將被ALD技術所取代，其發展狀況將取決于研究結果的進展程度。

ALD的主要缺點是沉積速率太低。在一些高深寬比的溝槽或堆棧電容的量產上，由于其優異的階梯覆蓋及相對較低的熱耗散，的確能提供沉積技術換代的驅動力，然而其過低的沉積速率卻成為量產過程上最大的障礙。也有很多因素會影響沉積膜層的質量和生產效率，如基底溫度，薄膜結構，脈沖時間，沖洗時間，環境條件等。而對于一種薄膜的沉積，前軀體的質量和基底的溫度對于不同的基片有著決定性的影響。此外對于不同的基底會對反應過程的溫度有著不同的要求，例如對于高聚物基底，如果反應溫度過高的話，高聚物會產生玻璃化現象，這樣高溫就損壞了基底，失去了原子層沉積的意義。因此我們發明的脈沖調制射頻等離子體增強原子層沉積的方法解決了ALD對溫度敏感基底的使用限制，把射頻等離子體在恰當的脈沖時間加入到反應過程中，既可以降低整個沉積過程的溫度要求，又可以加大前軀體粒子的接枝活性。以往PEALD在薄膜沉積過程中等離子體（Plasma）一直開啟，一方面等離子體中產生的離子會轟擊沉積薄膜，影響沉積薄膜的質量，另一方面，等離子體一直開啟會加熱整個反應腔體，限制了對溫度敏感襯底材料的使用。

發明內容