[發明專利]一種原子層沉積設備及氣體傳輸方法

有效

• 申請號: 201810361982.5
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN110387537B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 徐寶崗
• 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;C23C16/52
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本發明公開了一種原子層沉積設備及氣體傳輸方法。該設備包括旁通管路和冷卻管路，所述冷卻管路用于冷凝且存儲至少一種前驅體，其中，所述旁通管路和所述冷卻管路并聯后連接在前驅體輸入端和前驅體輸出端之間，且所述前驅體輸入端選擇性地與所述旁通管路或所述冷卻管路連通。本發明通過設置冷卻管路以冷凝流經管路的前驅體，并將其存儲在該段管路中，以防止多種前驅體同時進入真空泵，減少了真空泵中因多種前驅體的反應而產生粉末，降低了真空泵因粉末累積而發生卡死的風險，從而提高了真空泵運行的可靠性和壽命。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，具體地，涉及一種原子層沉積設備及氣體傳輸方法。

背景技術

原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)技術是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層地鍍在基底表面的方法。在原子層沉積過程中，新一層原子膜的化學反應是直接與之前一層相關聯的，這種方式使每次反應只沉積一層原子，即單原子層沉積,又稱原子層外延(atomic layer epitaxy)。起初由于這一工藝沉積速度低，限制了其應用，但隨著微電子和深亞微米芯片技術的發展要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高寬比不斷增加，原子層沉積技術沉積速率慢的劣勢逐漸被淡化，而優勢逐漸體現出來。ALD工藝方法的優勢主要包括：厚度高度可控及優異的均勻性，優良的臺階覆蓋率(保形性)，優異的薄膜質量以及低熱量消耗。

ALD工藝過程的一個特征是多種前驅體不是同時通入腔室，而是依次通入腔室，并且是在前一種前驅體停止通入并對腔室和管路進行充分的吹掃和抽氣后，才開始后一種前驅體的通入。ALD的典型工藝流程如圖1所示。當腔室環境就緒，即真空度、基座溫度、腔室壁溫度、管路溫度等適宜時，第一前驅體通入腔室，附著在晶圓(wafer)上；然后，第一前驅體停止通入，通過吹掃(purge)氣體(通常為高純氮氣)對腔室和管路進行吹掃，并通過真空泵抽走這些吹掃氣體和多余的前驅體；當吹掃充分后，通入另一種第二前驅體；然后，第二前驅體停止通入，通過吹掃氣體(通常為高純氮氣)對腔室和管路進行吹掃，并通過真空泵抽走這些吹掃氣體和多余的前驅體。在此過程中，晶圓表面的第一前驅體和第二前驅體發生反應，在晶圓表面生成所需要的薄膜。通過循環執行上述過程，直到得到滿足制成要求厚度的薄膜。

HKMG(high-k絕緣層+金屬柵極)原子層沉積工藝主要是用于沉積28-14nm技術代的HKMGAl2O3/HfO2金屬氧化物薄膜沉積。第一前驅體為TMA或TDMAHf，第二前驅體為H2O。工藝過程為：將腔室升至反應溫度，基座升至工藝位后，通過快速切換氣動閥，使TMA/TDMAHf或H2O交替的通入反應腔室，在晶片上沉積HKMGAl2O3/HfO2金屬氧化物薄膜。

圖2示出現有技術中典型的HKMG原子層沉積設備的示意圖。第一前驅體和第二前驅體通過同一條管路進入真空泵，雖然工藝中第一前驅體和第二前驅體是交替通入，但由于交替間隔時間短，導致真空泵中會同時存在第一前驅體和第二前驅體。在此情況下，第一前驅體和第二前驅體在干泵中相遇并發生反應，生成Al2O3或HfO2，生成的Al2O3或HfO2會以粉末形式沉積在真空泵轉子上，當粉末累積到一定量時，會導致真空泵卡死。嚴重情況下，真空泵無法再次啟動，需更換真空泵。

因此，有必要提出一種能夠避免多種前驅體同時進入真空泵的原子層沉積設備及氣體傳輸方法。

公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種原子層沉積設備及氣體傳輸方法，以解決現有技術中多種前驅體前驅體在真空泵中發生反應生成粉末，造成真空泵卡死的問題。

根據本發明的一方面，提出一種原子層沉積設備，

包括旁通管路和冷卻管路，所述冷卻管路用于冷凝且存儲至少一種前驅體，其中，