[發(fā)明專利]集成傅里葉變換紅外原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原子層沉積裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110449876.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN102492939A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張峰;孫國(guó)勝;王雷;趙萬順;劉興昉;閆果果;曾一平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): C23C16/52
• 分類號(hào): C23C16/52
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜沉積技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成傅里葉變換紅外原位監(jiān)測(cè)的原子層沉積裝置。

背景技術(shù)

原子層沉積(Atomic?Layer?Deposition，ALD)，又稱原子層外延(Atomic?Layer?Epitaxy，ALE)，是基于襯底表面形成的基體，利用前驅(qū)體與氧化劑分步地、有次序地連續(xù)反應(yīng)，從而形成原子量級(jí)精度薄膜的一種化學(xué)氣相沉積(Chemical?Vapor?Deposition，CVD)。利用ALD技術(shù)不僅可以生長(zhǎng)氧化物，還可以沉積氮化物及金屬等，是非常重要的薄膜沉積技術(shù)。ALD技術(shù)的特點(diǎn)是不僅可在較低溫度下(50～500℃)各向同性地生長(zhǎng)薄膜，并可通過設(shè)計(jì)反應(yīng)前驅(qū)體的沉積次序來調(diào)控薄膜成分，生長(zhǎng)的薄膜具有非常好的均勻性、致密性、自限制性以及臺(tái)階覆蓋率。

與傳統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)的CVD不同，ALD是一種自限制的分步的單分子層或原子層化學(xué)反應(yīng)。以Al₂O₃的ALD生長(zhǎng)為例，分步生長(zhǎng)步驟如(1)、(2)式所示：

AlOH^*+Al(CH₃)₃→AlOAl(CH₃)₂^*+CH₄????(1)

AlCH₃^*+H₂O→AlOH^*+CH₄???????????????(2)

上述每個(gè)沉積步驟理論上均是反應(yīng)進(jìn)行至單原子層厚度達(dá)到飽和時(shí)自行終止，然后利用惰性氣體(如Ar，N₂)吹掃腔體將反應(yīng)的殘留物排出，以防殘留物與新通入的前驅(qū)體發(fā)生直接的CVD反應(yīng)造成薄膜的污染和不均勻。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請(qǐng)人意識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷：在實(shí)際的薄膜生長(zhǎng)過程中，由于反應(yīng)條件(如溫度、襯底表面等)的影響，可能并未發(fā)生如化學(xué)方程式(1)和(2)所示的ALD反應(yīng)，或反應(yīng)殘留物也并未吹掃干凈，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)的薄膜成分復(fù)雜并且厚度不均勻，而現(xiàn)有技術(shù)原子層沉積裝置中并沒有對(duì)上述條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)的手段。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種集成傅里葉變換紅外原位監(jiān)測(cè)的原子層沉積裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原子層沉積過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)程度及反應(yīng)殘留物的處理情況。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種原子層沉積裝置。該原子層沉積裝置包括：薄膜生長(zhǎng)室，在其相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)置第一紅外觀察窗口和第二紅外觀察窗口；傅里葉紅外光源，位于薄膜生長(zhǎng)室的一側(cè)，用于發(fā)射紅外光束，紅外光束通過第一紅外觀察窗口透射至位于薄膜生長(zhǎng)室內(nèi)部的樣品表面；紅外探測(cè)器，位于薄膜生長(zhǎng)室的另一側(cè)，用于收集經(jīng)過樣品表面后通過第二紅外觀察窗口射出的紅外光束；分析系統(tǒng)，與紅外探測(cè)器相連接，用于利用經(jīng)過樣品表面后通過第二紅外觀察窗口射出的紅外光束判斷原子層沉積的狀態(tài)和/或反應(yīng)物的殘留。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明原子層沉積裝置具有下列有益效果：

1)針對(duì)當(dāng)前原子層沉積反應(yīng)過程中易發(fā)生的反應(yīng)未進(jìn)行或進(jìn)行不完全，以及反應(yīng)殘余物未得到完全去除的問題，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)沉積物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以給出是否進(jìn)行了原子層沉積反應(yīng)，以及反應(yīng)殘余物是否去除干凈的準(zhǔn)確信息，從而有利于使用者掌握實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)進(jìn)展情況；

2)針對(duì)目前原子層沉積系統(tǒng)無原位監(jiān)測(cè)而易發(fā)生的薄膜污染和厚度不均勻的情況，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)原子層沉積反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以保證原子層沉積反應(yīng)的可重復(fù)性和完整性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置中傅里葉紅外原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的光路示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置加熱器的示意圖；

圖4a是本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置中樣品傳送組件的示意圖；

圖4b是本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置中樣品固定組件的示意圖；

圖5為采用本發(fā)明實(shí)施例原子層沉積裝置對(duì)Al₂O₃薄膜原子層沉積進(jìn)行原位FTIR監(jiān)測(cè)的結(jié)果。

具體實(shí)施方式