[发明专利]一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法，通过增加1至2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A或/和B，以避免两种前躯体在真空管路中相遇而产生大量颗粒，从而延长了真空泵的使用寿命，降低了设备维护成本；还可通过增加2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A和B，以进一步避免反应源旁路管路通过真空管路与腔室直接连通，从而降低了腔室被污染的概率，维护了腔室的洁净环境。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，电子元器件的尺寸不断缩小，性能也不断得到提高。这对集成电路制备的各工序均提出了更高的要求，尤其是针对薄膜沉积技术。

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)与物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)技术由于具有较高的沉积速率、众多的薄膜种类及简单的工艺过程等优点，被广泛应用；而原子层沉积(AtomicLayer Deposition，ALD)技术由于沉积速率慢，无法满足大生产中的产能要求，在一开始被摒弃。但随着器件特征尺寸的逐渐减小，化学气相沉积和物理气相沉积技术在薄膜厚度控制，尤其是台阶覆盖率等方面的劣势越来越显著。而原子层沉积技术由于在精准的厚度控制和优良的台阶覆盖率等方面具有的优势，重新回到人们的视野。

原子层沉积技术通常分为以下四步：

1)向腔室中通入第一种反应前躯体，使其与衬底表面发生充分的化学反应或饱和吸附，多余的反应前躯体将不再发生反应或吸附；

2)向腔室中通入吹扫气体(往往为惰性气体或氮气)，将残留的第一种反应前躯体及其副产物吹扫干净；

3)向腔室中通入第二种反应前躯体，待前驱物分子饱和吸附在衬底表面，多余的前驱体将不再参与反应；

4)向腔室中通入吹扫气体，将残留的第二种反应前躯体及其副产物吹扫干净。

通过以上四步可以发现，原子层沉积技术具有严格的自限制性，即完成以上四步后，将在衬底表面沉积一个单分子层。因此，通过控制沉积的循环次数，即可精确地控制沉积薄膜的厚度，并且具有优良的保形性。

原子层沉积技术的特点决定了两种反应前躯体不能相遇，否则将发生CVD反应，影响薄膜质量。而在原子层沉积设备中，为了保持反应前躯体良好的流通性，防止憋压造成反应前躯体通入量的波动，在反应前躯体不通入腔室时，往往直接被通入真空泵。此时，两种反应前躯体(即第一种反应前躯体和第二种反应前躯体)将有机会直接在真空泵中相遇，发生CVD反应，而产生大量的颗粒。这些颗粒主要存在以下两种危害：

一方面，大量颗粒汇集在真空泵中，将很容易导致真空泵卡死；

另一方面，由于真空泵和腔室是连通系统，将增加腔室被污染的概率，影响沉积薄膜质量。

请参阅图1，图1是现有的一种原子层沉积设备结构示意图。如图1所示，现有的原子层沉积(ALD)设备设有反应腔室1，在反应腔室内的上方设有喷淋头(Showerhead)2，用于喷射反应前驱物及其载气、吹扫气体等，在反应腔室内喷淋头的下方设有基座(Stageheater)3，基座用于放置待沉积薄膜衬底4；源瓶5和6分别用于存放反应前躯体A和B；惰性气体14、15和16分别沿不同的管路进行传输；真空泵30用于将反应腔室内的残留物排出和回收。

采用上述原子层沉积设备进行薄膜沉积时的过程，主要分为以下4步：