[发明专利]一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种原子层薄膜淀积设备和工艺，特别涉及一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺，属于薄膜淀积和应用领域。

背景技术

常规的原子层淀积(Atomic Layer Deposition，简称ALD) 设备和工艺，是一种通过气固反应淀积薄膜的技术。其中每一步淀积薄膜的生长过程都是自限制的。它的最大特点是每个步骤仅生长或吸附一个单原子层[1]。因此原子层淀积设备和工艺在控制薄膜的均匀性、厚度以及薄膜组分等方面均有明显的优势。但是原子层淀积的生产批量小和成本高，成为实际使用中的最大障碍。

常规的低压热壁密集装片化学气相淀积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，简称LPCVD) 设备和工艺，也是一种通过气固反应淀积薄膜的技术。它的特点是采用低压热壁密集装片达到低成本和高产量的优点[2－3]。但是在控制薄膜的均匀性、厚度以及薄膜组分等方面没有自限制单原子层的特点，达不到日益增长的集成电路工艺的一些高要求。

随着超大规模集成电路的快速发展，特别是进入深亚微米技术后，传统的薄膜设备和工艺出现了一系列的新问题，诸如深沟道比的填充，反应副产物的及时清除等。低压热壁密集装片的原子层淀积设备和工艺具有低成本、生产批量大、均匀性好、深沟道比的填充，及反应副产物的及时清除等[4]，它可成为在工业生产中使用的一种新的薄膜设备和工艺。

参考文献

[1] T. Suntola，J. Anston，Method for producing compound thin films[P]，US Patents，4058430，1977-11-15.

[2] R. Chruma，P.G. Hilton，System and process for deposition of polycrystalline silicon with silane in vaccum[P]，US Patents，3 900 597，1975-08-19. 

[3] R.S. Rosler，Solid State Technology[J] 1977，20(4) 63.

[4] J.E.J. Schmitz，Chemical Vapor Deposition of Tungsten and Tungsten Silicides for VLSI/USLI Applications，Park Ridge，NJ，Noyes Publications，1991。

发明内容

为了改善现有的薄膜淀积设备和工艺，本发明的目的在于提出一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺。

本发明提出的低压热壁密集装片原子层淀积设备，包括脉冲气源101、陪片102、衬底片103、反应管105、加热炉组106和衬底片密集支架107，所述反应管105位于加热炉组106内，反应管105采用热壁加热低压的反应炉管，加热炉组106为环形结构，可以是一段或多段控温以达到合理的温度分布；位于反应管105内的衬底片103采用密集装片的方式布置，各衬底片103平面相互平行放置于衬底片密集支架107上，相邻衬底片103之间的间隔为1-30毫米，各衬底片103的平面方向和反应气流的方向基本保持垂直；反应管105靠近气流入口处以及最远离气流入口处设有陪片102，所述陪片102位于衬底片密集支架107上；反应管105内壁和衬底片103的四周设有2-40毫米宽度的气体通道104；反应管105一端为脉冲气源101的入口端，所述脉冲气源101入口端连接阀门；所述脉冲气源采用组合气体，通过依次打开不同的阀门，使组合气体以交替脉冲的方式进入反应管中。

本发明中，所述加热炉组106连接电源。

本发明中，所述反应管105一端为脉冲气源101的入口端, 而另一端连接抽气系统。

本发明中，所述反应管105的材质是用石英、玻璃、陶瓷、碳化硅或金属。

本发明中，所述每个衬底片密集支架107上的衬底片103的数量为3-500片。

本发明中，反应气体在低压中密集装片的反应管中流动时形成气流的涡流模式，以此来达到密集装片的衬底表面有均匀的气体环境。陪片不是真正的生产用的衬底片，它的目的就是保证其他生产用的衬底片都处于均匀的气体环境中，并得到均匀的薄膜淀积。

本发明提出的一种低压热壁密集装片原子层淀积设备的操作工艺，具体步骤如下：

(1)开启加热炉组的电源，使加热炉组的一段或多段达到所要求的温度分布；