[發(fā)明專利]一種用于ALD工藝的氣體傳輸裝置及其進氣方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710638370.1
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109321895B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)紅;李春雷;趙磊超;秦海豐
• 申請（專利權(quán)）人: 北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 周永強

本發(fā)明公開了一種用于ALD工藝的氣體傳輸裝置，在傳輸前驅(qū)體A的過程中，攜帶氣體通過所述攜帶流量計A和三通脈沖閥A進入儲存器A，并攜帶前驅(qū)體A經(jīng)過供應(yīng)管路A進入ALD反應(yīng)腔室，攜帶氣體通過所述攜帶流量計B、三通脈沖閥B、旁路B和供應(yīng)管路B進入ALD反應(yīng)腔室，在傳輸前驅(qū)體B的過程中，攜帶氣體通過所述攜帶流量計B和三通脈沖閥B進入儲存器B，并攜帶前驅(qū)體B經(jīng)過供應(yīng)管路B進入ALD反應(yīng)腔室，攜帶氣體通過所述攜帶流量計A、三通脈沖閥A、旁路A和供應(yīng)管路A進入ALD反應(yīng)腔室。本發(fā)明公開的一種用于ALD工藝的氣體傳輸裝置及其進氣方法，具有前驅(qū)體利用率高、充分?jǐn)U散、腔室氣體總流量波動小，氣流平穩(wěn)的優(yōu)良特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及進氣傳輸裝置，具體涉及一種用于ALD工藝的氣體傳輸裝置及其進氣方法。

背景技術(shù)

原子層沉積(Atomic?layer?deposition)是通過將氣相前驅(qū)體交替地通入反應(yīng)器并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成沉積膜的一種技術(shù)，該技術(shù)可以將物質(zhì)以單原子層形式一層一層地鍍在基底表面。當(dāng)前驅(qū)體到達沉積基體表面，它們會化學(xué)吸附在基體表面。在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對反應(yīng)器進行吹掃，以清除未吸附在基體表面的過剩前驅(qū)體，以保證化學(xué)反應(yīng)只在基體表面發(fā)生。

在ALD工藝生長過程中，氣體傳輸系統(tǒng)將一種或是多種前驅(qū)體提供給反應(yīng)腔室。前驅(qū)體源分為：氣態(tài)源、固態(tài)源或是液態(tài)源。氣態(tài)源則由氣體管路加脈沖閥直接連接反應(yīng)腔室。固態(tài)源和液態(tài)源將主要通過惰性氣體載入源瓶，并將前驅(qū)體以氣態(tài)形式攜帶進入反應(yīng)腔室，參與ALD工藝。不同前驅(qū)體交替進入反應(yīng)腔室的ALD工藝，主要通過氣體傳輸系統(tǒng)中脈沖閥的開啟和關(guān)閉實現(xiàn)。在常規(guī)的ALD裝置中，由于前驅(qū)體交替地進入反應(yīng)腔室，因此氣流的改變導(dǎo)致工藝腔室氣流的穩(wěn)定性被打亂，最終影響薄膜生長的均勻性，并且增加吹掃時間。在此基礎(chǔ)上，業(yè)內(nèi)人士使得前軀體傳輸除了進反應(yīng)腔室，其它步驟也通過排氣裝置輸送至尾氣處理裝置，從而保證反應(yīng)腔室內(nèi)的氣流保持穩(wěn)定，但是這樣的工藝延長了ALD的工藝時間。

現(xiàn)有技術(shù)ALD裝置采用圖一所示，包括第一前驅(qū)體源110、第二前驅(qū)體源120、吹掃氣體源130和排氣裝置140。第一前驅(qū)體源110存儲第一前驅(qū)體A，第一前驅(qū)體110連接到腔室噴淋頭100。第二前驅(qū)體源120存儲第二前驅(qū)體B，第二前驅(qū)體120連接到腔室噴淋頭100。兩種前驅(qū)體進入腔室的管路無交匯。反應(yīng)腔室150被吹掃氣體凈化之后，排氣裝置140排出反應(yīng)室150中的剩余材料。為此，排氣裝置140設(shè)有泵。

根據(jù)ALD工藝原理，一個循環(huán)周期分以下四步：

第一步：當(dāng)注入第一前驅(qū)體時，第二前驅(qū)體被轉(zhuǎn)向通過排氣裝置140。閥門103關(guān)閉，104開啟，吹掃氣體130進入腔室；

第二步：前驅(qū)體注入結(jié)束后，為凈化腔室內(nèi)前驅(qū)體A，閥門103，104開啟，吹掃氣體130經(jīng)噴淋頭100進入腔室；

第三步：當(dāng)注入第二前驅(qū)體時，第一前驅(qū)體被轉(zhuǎn)向通過排氣裝置140。閥門103開啟，104關(guān)閉，吹掃氣體130進入腔室；

第四步：前驅(qū)體注入結(jié)束后，為凈化腔室內(nèi)前驅(qū)體B，閥門103，104開啟，吹掃氣體130經(jīng)噴淋頭100進入腔室；

以上為現(xiàn)技術(shù)一個ALD循環(huán)周期，實現(xiàn)兩種前驅(qū)體交替進入反應(yīng)腔室。現(xiàn)有技術(shù)的進氣方法具有如下缺陷：(1)在ALD工藝循環(huán)中，前軀體只有兩種傳輸路徑，一種參與反應(yīng)進入腔室，另一種連接排氣裝置，所以前軀體在工藝循環(huán)中一直處于開啟狀態(tài)，導(dǎo)致前軀體利用率低。(2)在ALD工藝循環(huán)步驟中，兩種前軀體進腔室的間隔有一個腔室吹掃步驟，也就是步驟二和步驟四，此時兩種前軀體都被轉(zhuǎn)向排氣裝置-真空泵。導(dǎo)致不同前軀體之間的CVD反應(yīng)，生成物一般為固態(tài)粉末，這一生成物將增加排氣裝置的負擔(dān)，影響其正常工作。(3)在前軀體通入腔室的脈沖時間，為了迅速充分地擴散到整個腔室，需要提高前軀體通入腔室總量(流速×脈沖時間)，導(dǎo)致腔室內(nèi)部前軀體濃度高，腔室凈化吹掃耗時長。(4)如前軀體通入腔室總量減少，將導(dǎo)致前軀體腔室內(nèi)部擴散不充分，生長薄膜的均勻性差。

發(fā)明內(nèi)容