[发明专利]一种原子层沉积设备

说明书

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种原子层沉积设备。

背景技术

在微电子加工技术领域，原子层沉积设备（ALD）是一种将物质以单原子膜的形式一层一层沉积在基底表面的设备。由于其沉积材料的多样性和沉积厚度的精准性已经得到越来越广泛的应用。

ALD是一种基于有序，表面自饱和反应的化学气相沉积（CVD）方法。不同于其他CVD成膜的方式（比如PECVD），参与ALD反应的两种或两种以上的气体源（源A、源B、源C等）不是同时通入反应腔中，而是以脉冲的方式依次通入，并且为了防止不同源之间的互相影响，在不同源的脉冲之间必须要以不参与反应的其他气体（如Ar）进行吹扫（Purge）。

图1为现有的一种原子层沉积设备的结构简图。图2为原子层沉积过程的流程图。请一并参阅图1和图2，原子层沉积设备包括并行设置的装卸腔室13和反应腔室14，以及设置在二者之间且用于连通或封闭二者的门阀17。其中，在反应腔室14的顶部设置有气体分配板18，用以向反应腔室14内输送反应所需的工艺气体；在反应腔室14的底部，且与气体分配板18相对应的位置处设置有下电极板19，用以承载基片16，并在进行工艺之前将基片16加热至工艺所需的温度；并且，在装卸腔室13内设置有机械手15，机械手15用于将基片16自装卸腔室13内经由门阀17传送至反应腔室14内的下电极板19上，以及自上电极板19经由门阀17传送至装卸腔室13内。

采用上述原子层沉积设备进行工艺具体包括以下步骤：如图2所示，步骤1，开启门阀17，机械手15将待加工的基片16经由门阀17传送至反应腔室14内的下电极板19上，空载的机械手15返回装卸腔室13内，关闭门阀17；下电极板19将待加工的基片16加热至工艺所需的温度。步骤2，向反应腔室14内输送定量的由反应源A提供的气体，该气体会与待加工的基片16表面的基团发生吸附直至达到饱和，从而在基片16表面上形成了只有一个原子层厚度的源A薄膜。步骤3，向反应腔室14内输送不与来自反应源A和反应源B的气体反应的吹扫气体，例如氩气，用以清除残留在反应腔室14内的来自反应源A的气体。步骤4，向反应腔室14内输送定量的由反应源B提供的气体，该气体会与沉积在基片16表面上的源A薄膜发生反应，从而在基片16表面上形成一个原子层厚度的薄膜，该薄膜即为工艺所需的薄膜。步骤5，再次向反应腔室14内输送上述吹扫气体，用以清除残留在反应腔室14内的来自反应源B的气体。步骤6，重复上述步骤2-5，以在基片16上重复沉积薄膜，直至该薄膜达到工艺所需的厚度（多个原子层厚度的叠加）。步骤7，打开门阀17，机械手15经由门阀17进入反应腔室14内，并将已加工的基片16移出反应腔室14；然后冷却已加工的基片16，并将其放置在基片盒内。

上述原子层沉积设备在实际应用中不可避免的存在以下问题：

其一，由于来自两种反应源的气体之间的反应具有自抑制性（即，二者无法持续发生反应），导致原子层的沉积速率很慢，从而完成上述所有工艺步骤需要耗费大量的时间，例如，沉积厚度为20nm的氧化铝薄膜至少需要300～400s的时间，这使得原子层沉积设备的产能很低，很难满足规模化生产的需要。

其二，在进行步骤4之前，即，在向反应腔室14内通入下一种气体之前，均需要进行借助吹扫气体清除残留在反应腔室14内的气体的步骤，这使得完成整个工艺的一大部分时间均消耗在该步骤上，从而进一步导致原子层沉积设备的产能降低。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种原子层沉积设备，其可以实现单次工艺同时加工多个基片，从而可以提高工艺效率，进而可以提高产能。

本发明提供一种原子层沉积设备，包括反应腔室，所述反应腔室包括多个子腔室和驱动单元，其中在所述反应腔室内的同一水平面上设置有多个工艺位，所述多个工艺位沿所述反应腔室的周向间隔设置，且按工序的先后顺序依次均匀排列；所述子腔室的数量和位置与所述工艺位的数量和位置一一对应，并且每个所述子腔室用于对置于其内的基片完成单次工艺中的其中一个工序；所述驱动单元用于实现使每个所述基片按工序的先后顺序被依次置于各个所述工艺位所在位置处的子腔室内完成相应工序。