原子层沉积设备及其方法与流程

本发明大体上涉及半导体领域，且更特定来说，涉及一种原子层沉积设备及其方法。

背景技术：

1、半导体领域中，通常使用沉积设备在半导体器件上实现所需薄膜层的生长。沉积设备可包括：原子层沉积设备、物理气象沉积以及等离子体增强化学气相沉积设备等。

2、半导体领域中，薄膜沉积是半导体制程中的一个非常重要的工艺步骤。薄膜沉积是在半导体材料上镀膜，此膜可包括所需的各种类型的材料，例如，氧化铝、二氧化硅、多晶硅及铜等。半导体设备是半导体生产流程的基础，半导体设备先进程度直接决定了半导体生产的质量和效率。半导体设备中的薄膜沉积设备是半导体制造工艺中的核心设备之一，其制造技术难度大，门槛高。沉积设备可包括，例如，原子层沉积(atomic layerdeposition)设备、物理气象沉积设备、等离子体增强化学气相沉积设备。在众多设备中，原子层沉积设备是通过腔体内交替引入气相反应物，通过交替的表面饱和反应，进行自限制薄膜沉积生长的技术。原子层沉积具有结合强度高、膜层均匀性好、成分均匀性好等优点，现已被广泛应用到光伏、微电子系统、存储器介电层、光学薄膜等诸多领域。在使用沉积设备在半导体器件上实现所需薄膜层的生长的工艺过程中，通常需要精确控制相关的工艺参数。在众多的工艺参数中，通入处理腔室的气相反应物的浓度及流量是常用的工艺参数之一。然而，目前的原子层沉积设备及其方法在操作过程中可能会导致处理腔室内的气相反应物分布不均匀、反应利用率低或是无法自处理腔室快速排出，这可能会对薄膜层生长的程序产生不利影响。因此，需要对现有技术的原子层沉积设备及其方法进行改进，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的之一在于提供一种原子层沉积设备及其方法，其解决了现有技术的原子层沉积设备及其方法中存在的处理腔室内的气相反应物分布不均匀、反应利用率低或是无法自处理腔室快速排出等问题。

2、本申请的一些实施例提供一种原子层沉积设备，包括：沉积腔室；第一气体源，其经配置以供应气相前躯体；第一输入管路，连接所述第一气体源与所述沉积腔室；输出管路，所述输出管路的一端连接到所述沉积腔室；真空源，连接到所述输出管路并经配置以在所述输出管路内产生真空；第二气体源，其经配置以供应补偿气体；以及支路，连接到所述第二气体源与所述输出管路之间；其中，当所述原子层沉积设备经操作在通源模式时，所述第一输入管路经配置以供应来自所述第一气体源用于制备膜层的所述气相前躯体到所述沉积腔室，且所述支路经配置以供应来自所述第二气体源的所述补偿气体到所述输出管路。

3、在本申请的一些实施例中，所述第一气体源进一步经配置以供应惰性气体；其中，当所述原子层沉积设备经操作在吹扫模式时，所述第一气体源停止供应所述气相前躯体并供应所述惰性气体进入所述沉积腔室。

4、在本申请的一些实施例中，所述原子层沉积设备进一步包括：第二输入管路，连接到所述第二气体源与所述沉积腔室之间，所述支路的一端连接到所述第二输入管路，且所述支路的另一端连接到所述输出管路；第一流体控制器，连接到所述第二输入管路，其中所述第一流体控制器位于所述第二输入管路与所述支路之交接点的下游；以及第二流体控制器，连接到所述支路；其中，当所述原子层沉积设备经操作在所述通源模式时，所述第一流体控制器关闭，且所述第二流体控制器开启，来自所述第二气体源之所述补偿气体经所述支路进入所述输出管路。

5、在本申请的一些实施例中，当所述原子层沉积设备经操作在所述吹扫模式时，所述第一流体控制器开启，且所述第二流体控制器关闭，来自所述第二气体源之所述补偿气体经所述沉积腔室进入所述输出管路。

6、在本申请的一些实施例中，所述沉积腔室包括第一端壁及相对所述第一端壁的第二端壁，所述第一输入管路与所述第二输入管路连接到所述第一端壁，且所述输出管路连接到所述第二端壁。

7、在本申请的一些实施例中，所述第一流体控制器与所述第二流体控制器分别包括质量流量控制器(mass flow controller,mfc)和开关阀。

8、在本申请的一些实施例中，所述原子层沉积设备进一步包括处理装置，所述处理装置设置于所述输出管路上并经配置以去除通过所述输出管路的气体中的部分物质。

9、在本申请的一些实施例中，所述支路位在所述沉积腔室之外。

10、在本申请的一些实施例中，所述真空源在所述通源模式与所述吹扫模式持续在所述输出管路产生真空。

11、在本申请的一些实施例中，所述原子层沉积设备经操作在所述通源模式及所述吹扫模式间交错运作。

12、在本申请的一些实施例中，所述第一气体源经配置以当所述原子层沉积设备经操作在通源模式时，同时供应所述气相前躯体与所述惰性气体。

13、本申请的另一些实施例提供一种原子层沉积方法，包括：使用如上方任一实施例中所述的原子层沉积设备进行原子层沉积，其中使用所述真空源在所述输出管路内产生真空；在所述通源模式中，将所述气相前躯体经由所述第一输入管路自所述第一气体源供应到所述沉积腔室，并将所述补偿气体经由所述支路自所述第二气体源供应到所述输出管路；在吹扫模式中，停止供应所述气相前躯体，并将所述补偿气体经由第二输入管路自所述第二气体源供应到所述沉积腔室以对所述沉积腔室进行吹扫，所述支路的一端连接到所述第二输入管路，且所述支路的另一端连接到所述输出管路；以及重复所述通源模式与所述吹扫模式。

14、在本申请的一些实施例中，在所述吹扫模式中，停止经由所述支路供应所述补偿气体到所述输出管路。

15、在本申请的一些实施例中，在所述通源模式中，将所述气相前躯体连同惰性气体经由所述第一输入管路自所述第一气体源供应到所述沉积腔室。

16、在本申请的一些实施例中，在所述吹扫模式中，持续经由所述第一输入管路自所述第一气体源供应所述惰性气体到所述沉积腔室。

17、应了解，本申请的广泛形式及其各自特征可以结合使用、可互换及/或独立使用，并且不用于限制参考单独的广泛形式。

18、与现有技术相比，本申请提供的一种原子层沉积设备及其方法，其通过对沉积设备的流场气体管路结构进行改进，提供了一种包括补偿气体支路的全新设计。通过上述改进，本申请提供的一种原子层沉积设备及其方法，不仅解决了腔室内的气相反应物分布不均匀、利用率低的问题，确保良好的薄膜均匀性，同时还可以有效加快原子层沉积设备执行一次薄膜层生长所需的时间，提高生产效率。

技术特征：

1.一种原子层沉积设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述第一气体源进一步经配置以供应惰性气体；

3.根据权利要求1或2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述原子层沉积设备进一步包括：

4.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其特征在于，当所述原子层沉积设备经操作在所述吹扫模式时，所述第一流体控制器开启，且所述第二流体控制器关闭，来自所述第二气体源之所述补偿气体经所述沉积腔室进入所述输出管路。

5.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述沉积腔室包括第一端壁及相对所述第一端壁的第二端壁，所述第一输入管路与所述第二输入管路连接到所述第一端壁，且所述输出管路连接到所述第二端壁。

6.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述第一流体控制器与所述第二流体控制器分别包括质量流量控制器和开关阀。

7.根据权利要求1或2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述原子层沉积设备进一步包括处理装置，所述处理装置设置在所述输出管路上并经配置以去除通过所述输出管路的气体中的部分物质。

8.根据权利要求1或2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述支路位在所述沉积腔室之外。

9.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述真空源在所述通源模式与所述吹扫模式持续在所述输出管路产生真空。

10.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述原子层沉积设备经操作在所述通源模式及所述吹扫模式间交错运作。

11.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述第一气体源经配置以当所述原子层沉积设备经操作在通源模式时，同时供应所述气相前躯体与所述惰性气体。

12.一种原子层沉积方法，其使用根据权利要求1所述的原子层沉积设备进行原子层沉积，所述方法包括：

13.根据权利要求12所述的原子层沉积方法，其特征在于，在所述吹扫模式中，停止经由所述支路供应所述补偿气体到所述输出管路。

14.根据权利要求12所述的原子层沉积方法，其特征在于，在所述通源模式中，将所述气相前躯体连同惰性气体经由所述第一输入管路自所述第一气体源供应到所述沉积腔室。

15.根据权利要求14所述的原子层沉积方法，其特征在于，在所述吹扫模式中，持续经由所述第一输入管路自所述第一气体源供应所述惰性气体到所述沉积腔室。

技术总结本申请实施例涉及一种原子层沉积设备及其方法。该原子层沉积设备包含：沉积腔室、第一气体源、连接到第一气体源与沉积腔室之间的第一输入管路、其一端连接沉积腔室的输出管路、对所述输出管路产生真空的真空源、连接到第二气体源与输出管路之间的支路。当所述原子层沉积设备在通源模式时，第一输入管路供应来自第一气体源用于制备膜层的气相前躯体到沉积腔室，且支路供应来自第二气体源的补偿气体到输出管路。与现有技术相比，本申请提供的一种原子层沉积设备及其方法，有效解决腔室内的气相前躯体分布不均、利用率低的问题，可提升产品质量，同时还也可提高生产效率。技术研发人员：纪亚,廖宝臣,杨柳受保护的技术使用者：江苏微导纳米科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2