[发明专利]基于可伸缩腔室的原子层沉积设备及其使用方法

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种基于可伸缩腔室的原子层沉积设备及其使用方法。

背景技术

传统的原子层沉积设备中，为了在任何给定的反应温度下均能使原子层沉积设备反应达到自行终止所需用的时间最小化，进入沉积室的化学试剂的流量必须达到最大化，因而需要在惰性气体的稀释作用最小和高的压力的条件下将分子前体导入沉积室。短的沉积周期时间则要求这些分子前体必须快速从沉积室中去除，即要求沉积室中的气体停留时间最小化。气体停留时间                                               与沉积室容积和反应室中的压力成正比，与流量成反比，即。从该公式可以看出，降低压力有利于降低气体停留时间以及增大化学试剂前体的清理速度。使沉积室反应时间最小化要求通过反应室的流量最大化，气体停留时间和化学试剂的利用效率与流量成反比。因此，虽然降低流量可增大化学试剂的利用率，但又会增大气体停留时间，进而增大沉积反应周期时间。降低沉积室容积亦可有效的减少气体停留时间，且由于容积变小，化学试剂的密度就会变大，进而能够有效提高化学试剂的利用率，减少废气排放，降低污染。

图1为传统沉积腔室在沉积周期的四个阶段的状态图，图中，一次沉积反应周期一般包括四个阶段：第一化学反应气体反应、第一清理气体清理、第二化学反应气体反应和第二清理气体清理，因而针对这四个阶段，给出各自阶段下的沉积腔室的状态。传统的沉积腔室在沉积周期的四个阶段中都保持容积不变的状态，根据公式，可见此时影响气体停留时间的因素主要取决于腔室内的压力以及气体流量的大小，而影响腔室压力的因素众多，且诸多因素中往往具有耦合关系，很难从改变压力的方向出发去调节气体停留时间，气体流量的大小不受外界影响，只和源瓶输出快慢有关系，从公式可以发现流量越大，气体停留时间越短，但这样也造成了化学试剂利用率低下的情况，所以仅从流量控制着手，也要合理的衡量气体停留时间和化学试剂利用率之间的关系。在缩短反应时间和提高化学试剂利用率以及清理气体停留时间和化学试剂去除时间最小化这两方面的折中平衡问题，传统的原子层沉积设备无法很好解决。因而能够实现短的反应时间和良好的化学试剂利用率，且能够使清理气体停留时间和化学试剂去除时间最小化，是现在原子层沉积设备发展的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可伸缩腔室的原子层沉积设备，提高了原子层沉积设备的化学试剂的利用率，减少清理气体停留时间和化学试剂的去除时间，进而降低沉积反应周期时间。

本发明的另一目的在于提供一种基于可伸缩腔室的原子层沉积设备的使用方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于可伸缩腔室的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件、控制部件和沉积室；所述沉积室包括第一容积和第二容积；当所述沉积室在通气状态时，所述沉积室的容积为第一容积，当通气结束后，所述沉积室的容积为第二容积；所述第一容积大于所述第二容积。

上述方案中，所述控制部件包括计算机和数据处理模块；所述计算机与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块分别与所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接；

其中，所述计算机，用于显示系统操作界面、接收外部命令、显示系统各部件运行中的参数，向数据处理模块发送运行指令和数据和对设备其它部件进行控制，并从数据处理模块接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析；所述数据处理模块，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理。

上述方案中，所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述数据处理模块连接。

上述方案中，所述真空部件中的压力传感器和真空计分别通过RS232和RS485串口与所述数据处理模块连接。

上述方案中，所述数据处理模块和所述真空部件中的电压电流放大模块连接，所述电压电流放大模块和继电器连接，所述继电器下端为泵组电源。

上述方案中，所述数据处理模块与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。

上述方案中，所述数据处理模块与所述气路部件中的质量流量控制器以及各个电磁阀相连。

一种基于可伸缩腔室的原子层沉积设备的使用方法，包括如下步骤：

将沉积室的容积调整为第一容积，然后向所述沉积室通入气体；

通气结束后，将所述沉积室的容积调整为第二容积，所述第二容积小于第一容积。

上述方案中，所述气体为反应气体或清理气体。