用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法，其中的进气系统包括：连通匀流腔与反应腔体的第三管路，用于在吹扫阶段将匀流腔中的第一反应前驱物或第二反应前驱物经由反应腔体输送入前级真空管线。本发明专利技术的用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法，能够有效地隔离两种不同反应前驱物且实现快速交替切换，可以稳定控制反应前驱物的流量，能够稳定控制反应腔体内部的工艺压力，可以有效地降低工艺过程中因压力或流量波动造成的颗粒的产生，能够正向提高ALD成膜的均匀性，提高成膜良率。

【技术实现步骤摘要】
用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法。
技术介绍
原子层沉积ALD(atomiclayerdeposition)技术是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，其生长过程具有周期性，一个制备周期(Cycle)一般包括两个自限制反应(Self-limitreaction)。在一定温度条件下，通过向反应腔室中通入第一种反应前驱物(Precursor)使前驱物分子吸附(以化学吸附为主)在衬底表面上形成活性剂(Species)；当前驱物的吸附达到饱和状态时，化学吸附反应结束，实现了第一种前驱物同衬底表面反应的自限制控制(第一个自限制反应)；在第一个自限制反应结束后，通过一定方法吹扫(Purge)反应腔室中的第一种前驱物(一般还包括第一种前驱物同衬底表面反应的副产物)，并通入第二种反应前驱物；第二种前驱物与已吸附在衬底表面的活性剂(第一种前驱物)发生化学反应，在衬底表面生成所要制备的薄膜的单分子层，并释放气态的副产物。如图1所示，两种前驱物分别为SiH4和WF6，SiH4MFC(MassFlowController，气体质量流量控制器)和WF6MFC分别将SiH4和WF6通过快速切换阀交替送入反应腔体，反应腔体的上方设有匀流腔，匀流腔的底部设置匀流盘(Showerhead)，前驱物先进入反应腔体上方的匀流腔进行初步的匀气，再经过匀流盘进行进一步的匀气进入反应腔体内到达衬底表面，制备W成核层，残气或副产物经与反应腔体连通的前级真空管线排除。现有的用于原子层沉积工艺的进气系统，通过交替控制ALD阀的通断，实现两种前驱物交替且快速的进入腔体(Chamber)，完成ALD薄膜的制备。如果直接关闭ALD阀，虽然前驱物不会进入腔体中，但会在进气管路端憋压，当下一次开启ALD阀时，前驱物会以极不稳定的压力和流量进入到腔体，同时也不利用前端MFC对反应源的控制。在前驱物的进气端设立一支前级真空管线(Foreline)旁路且配置了ALD阀门，由MFC控制反应源的进气流量，由ALD阀控制前驱物的去向，通过前级真空管线旁路和MFC的控制能够稳定流量。因为前驱物在一段时间内通入了前级真空管线中，进入腔体的气体总量减少，故而腔体内部的工艺压力会不稳定，对于腔体内部的总进气流量和工艺压力很难精准的稳定和控制，且由于Cycle的时间非常短也不利用前级真空管线旁路上的ADL阀的控压。而对于ALD工艺来说，工艺温度窗口较宽，前驱物进气的流量变化足以影响腔体内部的压力变化，会造成颗粒的增加，也会影响工艺效果，尤其成膜的均匀性。因此，需要一种新型的进气装置。用于原子层沉积工艺的进气系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法。根据本专利技术实施例的一个方面，提供一种用于原子层沉积工艺的进气系统，包括：连通匀流腔与反应腔体的第三管路，用于在吹扫阶段将所述匀流腔中的第一反应前驱物或第二反应前驱物经由所述反应腔体输送入前级真空管线。可选地，包括：与所述匀流腔相连通的第一管路，用于在第一沉积阶段将第一反应前驱物输送入匀流腔；与所述匀流腔相连通的第二管路，用于在第二沉积阶段将第二反应前驱物输送入所述匀流腔。可选地，在所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路中分别设置有第一阀门、第二阀门和第三阀门。可选地，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门为电磁阀。可选地，在所述第一管路和所述第二管路中设置有反应前驱物缓冲装置，所述反应前驱物缓冲装置分别设置在所述第一阀门和所述第二阀门的上游。可选地，所述反应前驱物缓冲装置包括：空腔管路；其中，所述空腔管路的直径大于此空腔管路所在的所述第一管路或所述第二管路的直径。可选地，所述第一反应前驱物、所述第二反应前驱物分别通过第一气体质量流量控制器、第二气体质量流量控制器输入所述第一管路、所述第二管路。可选地，所述第一反应前驱物包括：SiH4；所述第二反应前驱物包括：WF6。根据本专利技术的另一方面，提供一种如上的用于原子层沉积工艺的进气系统的控制方法，包括：通过控制第一阀门、第二阀门和第三阀门的开启和关闭，用以进行原子层沉积工艺的制备周期操作，包括：在第一沉积阶段中通过第一管路将第一反应前驱物输入匀流腔、在第二沉积阶段中通过第二管路将第二反应前驱物输入所述匀流腔、在吹扫阶段中通过第三管路将所述匀流腔中的所述第一反应前驱物或所述第二反应前驱物经由所述反应腔体输送入前级真空管线。可选地，所述通过控制第一阀门、第二阀门和第三阀门的开启和关闭包括：在所述第一沉积阶段中，控制所述第一阀门开启并控制所述第二阀门和所述第三阀门关闭；在所述第二沉积阶段中，控制所述第二阀门开启并控制所述第一阀门和所述第三阀门关闭；在处于所述第一沉积阶段和所述第二沉积阶段之间以及在所述第二沉积阶段之后的所述吹扫阶段中，控制所述第三阀门开启并控制所述第一阀门和所述第二阀门关闭。本专利技术的用于原子层沉积工艺的进气系统和控制方法，能够有效地隔离两种不同反应前驱物且实现快速交替切换，可以稳定控制反应前驱物的流量，能够稳定控制反应腔体内部的工艺压力，可以有效地降低工艺过程中因压力或流量波动造成的颗粒的产生，能够正向提高ALD成膜的均匀性，提高成膜良率。本专利技术实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：图1为现有技术ALDW工艺进气示意图；图2为根据本专利技术的用于原子层沉积工艺的进气系统的示意图；图3为根据本专利技术的用于原子层沉积工艺的进气系统的控制方法中的一个原子层沉积工艺的制备周期的操作示意图；其中,1-第一管线、2-第二管线、3-第一阀门、4-第三管线、5-第二阀门、7-匀流腔、8-反应腔体(Chamber)、9-前级真空管线(Foreline)、10-第三阀门、11-第一反应前驱物缓冲装置、12-第二反应前驱物缓冲装置。具体实施方式下面参照附图对本专利技术进行更全面的描述，其中说明本专利技术的示例性实施例。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合图和实施例对本专利技术的技术方案进行多方面的描述。下文为了叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致。下文中的“第一”、“第二”等，仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。如图2所示，本专利技术提供一种用于原子层沉积工艺的进气系统，包括：连通匀流腔7与反应腔体8的第三管路4，第三管路4用于在吹扫阶段将匀流腔7中的第一反应前驱物或第二反应前驱物经由反应腔体(Chamber)8输送入前级真空管线(Foreline)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于原子层沉积工艺的进气系统，其特征在于，包括：连通匀流腔与反应腔体的第三管路，用于在吹扫阶段将所述匀流腔中的第一反应前驱物或第二反应前驱物经由所述反应腔体输送入前级真空管线。

【技术特征摘要】
1.一种用于原子层沉积工艺的进气系统，其特征在于，包括：连通匀流腔与反应腔体的第三管路，用于在吹扫阶段将所述匀流腔中的第一反应前驱物或第二反应前驱物经由所述反应腔体输送入前级真空管线。2.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，还包括：与所述匀流腔相连通的第一管路，用于在第一沉积阶段将第一反应前驱物输送入匀流腔；与所述匀流腔相连通的第二管路，用于在第二沉积阶段将第二反应前驱物输送入所述匀流腔。3.如权利要求2所述的进气系统，其特征在于，在所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路中分别设置有第一阀门、第二阀门和第三阀门。4.如权利要求3所述的进气系统，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门为电磁阀。5.如权利要求3所述的进气系统，其特征在于，在所述第一管路和所述第二管路中设置有反应前驱物缓冲装置，所述反应前驱物缓冲装置分别设置在所述第一阀门和所述第二阀门的上游。6.如权利要求5所述的进气系统，其特征在于，所述反应前驱物缓冲装置包括：空腔管路；其中，所述空腔管路的直径大于此空腔管路所在的所述第一管路或所述第二管路的直径。7.如权利要求3所述的进气系统，其特征在于，所述第一反应前驱物、所述第二反应前...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏景峰，傅新宇，荣延栋，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11