[發明專利]一種原子層沉積系統及方法

有效

• 申請號: 201710638808.6
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109321897B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 秦海豐;李春雷;趙雷超;紀紅;蘭云峰;張芳;王勇飛;王洪彪;張瑤;儲芾坪
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 陶金龍;張磊

本發明提供了一種原子層沉積系統，具有反應腔室，與反應腔室相連接的前驅體傳輸管路，第一惰性氣體傳輸管路與反應腔室連接，用于向反應腔室傳輸惰性氣體，以維持反應腔室壓力平穩；第二惰性氣體傳輸管路與反應腔室連接，用于向反應腔室輸送惰性氣體，對反應腔室內進行吹掃，以及與反應腔室連接的真空管路和真空泵，用于抽出反應腔室內多余的氣體，從而避免了復雜的氣體清潔過程，減少了前驅體反應源的浪費；同時，確保了反應腔室的壓強和氣流場的穩定，避免氣路擾動引起的雜質，從而獲得致密性好、雜質含量低的薄膜。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種原子層沉積系統及方法。

背景技術

隨著集成電路產業的發展，組件的特征尺寸(device critical dimension)逐漸降低，深寬比(aspect ratio)逐漸增加，這種技術發展對于沉積工藝，尤其是高深寬比的襯底上沉積出共形性好的膜層提出了嚴峻挑戰。原子層沉積(Atomic layer deposition,ALD)就是為了應對這種挑戰而提出的一種新的薄膜沉積方法。原子層沉積是通過將反應前驅體獨立通入到反應器，反應通過基底表面的催化實現。第一種前驅體物質以脈沖方式進入反應器后吸附在襯底表面，隨后多余的前驅體物質從反應器中吹掃出，完成第一個半反應(half reactions)；接著是第二種前驅體物質脈沖進入到反應器并和吸附在襯底表面的第一種前驅體物質反應，并在襯底上形成分子層，通過吹掃將多余物質從反應器中吹掃出，這樣完成了第二個半反應。通過兩個半反應的不斷重復直到獲得期望的厚度值，因此，反應腔室的壓強頻繁變動，給ALD反應帶來不良影響。

ALD工藝的變量包括多種前驅體以及可能采用的化學反應路徑(chemicalpathways)。其中，氧化物路徑即采用金屬烷基前驅體和氧化劑，這種化學反應方法被廣泛用于沉積氧化物層。其它工藝變量包括在反應物脈沖之間反應腔室抽氣到高真空，或者當反應物通過反應空間時采用惰性氣體持續凈化反應腔室。

ALD反應比較難以控制。理想的ALD反應是前驅體在襯底表面而不是襯底上的腔室內空間反應。因此，在第二種前驅體脈沖注入到腔室前，第一種前驅體必須完全從腔室去除。滯留在傳輸管路和腔室尤其是腔室空間的痕量前驅體發生反應后在腔室上形成化合物，對襯底表面就會帶來污染并引入雜質。一些前驅體和腔室材料之間吸附性好，將它們從腔室排空比較困難且費時。并且，吹掃時，前驅體不進入反應腔室，而是被真空泵直接抽走，浪費前驅體，特別是有機金屬前驅源，通常價格比較昂貴。此外，前驅體或者吹掃氣體材料中的濕氣和氧雜質在ALD工藝中尤其不受歡迎，都會嚴重影響工藝結果，并給工藝控制帶來更多挑戰。

因此，需要對ALD工藝和腔室吹掃系統優化以應對這些挑戰。

發明內容

為了克服以上問題，本發明旨在提供一種原子層沉積系統及方法，從而簡化工藝，提高原子層沉積的薄膜的致密性和純度。

為了達到上述目的，本發明提供了一種原子層沉積系統，所述沉積系統包括

一反應腔室；

前驅體傳輸管路，與反應腔室連接，用于向反應腔室傳輸前驅體；

第一惰性氣體傳輸管路，與反應腔室相連接，用于向反應腔室傳輸惰性氣體，以維持反應腔室壓力平穩；

第二惰性氣體傳輸管路，與反應腔室連接，用于向反應腔室輸送惰性氣體，對反應腔室內進行吹掃；

以及真空管路和真空泵，與反應腔室連接，用于抽出反應腔室內多余的氣體。

其中，所述第二惰性氣體傳輸管路還與真空管路連接。所述第二惰性氣體傳輸管路具有一個主路以及從主路分開的兩個支路，第一支路連接到反應腔室，第二支路連接到真空管路上。所述第一惰性氣體傳輸管路、第二惰性氣體傳輸管路的第一支路和第二支路以及前驅體傳輸管路上還分別設置有氣動閥和質量流量控制器，用于控制各自管路的開閉。

反應腔室的載物臺上安裝有襯底；