原子层沉积装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种原子层沉积装置及方法，该原子层沉积装置包括：反应腔室，分别经由第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路通入第一前驱体和第二前驱体；供给气缸和回收气缸，两气缸分别连接至第二前驱体传输管路，并且经由连通管路彼此连接；其中，通过对所述供给气缸与所述回收气缸的容积进行控制，从而经由所述回收气缸回收至少部分所述第二前驱体并通过连通管路将其导回至供给气缸中。通过对第二前驱体的回收利用，减少了第二前驱体的浪费，也防止了其与第一前驱体在真空泵中发生反应，延长了真空泵的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
原子层沉积装置及方法
本专利技术涉及半导体制造
，更具体地，涉及一种原子层沉积装置及方法。
技术介绍
随着集成电路技术的不断提高，电子元器件逐渐向着小型化、集成化及精细化的方向发展，这就对电子元器件相关的制备技术提出了更高的要求，尤其是薄膜沉积技术。而传统的薄膜沉积技术，例如：物理气相沉积技术(PVD，PhysicalVaporDeposition)、化学气相沉积技术(CVD，ChemicalVaporDeposition)等，均很难满足三维立体结构器件中台阶覆盖率的要求，因此，人们纷纷需求新的薄膜制备技术。原子层沉积技术是一种以单原子层形式逐层吸附在衬底上的薄膜制备技术。其最大特点是具有自限制性，即衬底上的活性位点反应完成后将不再发生反应，这就决定了采用原子层沉积技术制备的薄膜具有厚度高度可控、均匀性优异、台阶覆盖率高等众多优点，可完全满足三维立体结构器件的薄膜制备要求。原子层沉积是通过将反应前驱体脉冲交替地通入反应腔室并在衬底上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当反应前驱体到达衬底表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。现有的原子层沉积装置具有以下技术问题：以TiCl4和NH3为反应源制备TiN薄膜为例，当工艺气体NH3不参与反应时，为了实现反应源的连续性以及气路之间快速切换，工艺气体NH3被直接排入真空泵，导致工艺气体浪费，增加生产成本。同时，过剩的反应前驱体经过反应腔室排入真空泵与NH3相遇，发生CVD反应，产生大量颗粒，影响真空泵的寿命。因此，亟需对现有的设计进行进一步改进，以解决工艺气体大量浪费，以及两种反应源直接在真空泵相遇，发生CVD反应，导致真空泵寿命受损的问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种原子层沉积装置，其采用了双气缸设计，在原有设备基础上，通过两个气缸实现了对工艺气体的回收及再利用，在提高工艺气体的利用率的同时，也避免将工艺气体直接排入真空泵，延长了真空泵的使用寿命，降低了工业化大生产的成本。根据本专利技术的一方面，提供一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：反应腔室，其通过排气管路连接真空泵；第一前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端与载气管路的一端对接，所述载气管路与第一前驱体传输管路接口的两端之间还并联设有用于装载第一前驱体的源瓶；其中，所述源瓶通过源瓶进口管路接入载气管路，并通过源瓶出口管路接入第一前驱体传输管路；载气管路，其一端分别连接第一前驱体传输管路和源瓶，另一端连接载气气源；第二前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端分别连接供给管路和回收管路；供给管路，其一端连接供给气缸，所述供给气缸用于为所述反应腔室提供第二前驱体，另一端连接第二前驱体传输管路；回收管路，其一端连接回收气缸，另一端连接第二前驱体传输管路；连通管路，其一端连接供给气缸，另一端连接回收气缸；其中，所述供给管路、回收管路、连通管路和第二前驱体传输管路的开启和关闭分别受控于第一至第四阀门，所述供给气缸和回收气缸的容积分别通过其各自的活塞进行控制；所述第二前驱体传输管路关闭时，所述供给气缸和所述回收气缸经供给管路和回收管路相连通，所述回收气缸对所述供给气缸提供的第二前驱体进行回收，并将回收的第二前驱体经由连通管路导回至供给气缸。优选地，还包括：补气管路，其一端连接第二前驱体气源，另一端经供给管路连接至供给气缸，所述补气管路的两端之间设置有阀门，所述补气管路为所述供给气缸补充第二前驱体。优选地，还包括：第一压力表，与供给气缸相连接，以检测第一气压；第二压力表，与回收气缸相连接，以检测第二气压；第三压力表，与供给管路相连接，以检测第三气压。优选地，还包括：第一质量流量控制器，位于供给管路上，用于控制第二前驱体的流量。优选地，还包括：第一稀释气体管路，其一端与第一稀释气体气源连接，另一端接入第一前驱体传输管路连接至反应腔室；第二稀释气体管路，其一端与第二稀释气体气源连接，另一端接入第二前驱体传输管路连接至反应腔室。优选地，还包括：第二稀释气体支路，其一端连接至第二稀释气体管路，另一端接入排气管路连接至真空泵。根据本专利技术的另一方面，还提供一种原子层沉积方法，其特征在于，包括：在反应腔室中通入第一前驱体，第一前驱体的基团吸附于基片表面；对反应腔室进行第一次净化，以去除第一前驱体；在反应腔室中通入第二前驱体，第二前驱体与基片表面的基团反应形成沉积材料；以及对反应腔室进行第二次净化，以去除第二前驱体，其中，采用供给气缸供给第二前驱体，采用回收气缸回收至少部分所述第二前驱体。优选地，通过供给气缸和回收气缸的活塞移动控制供给气缸和回收气缸的容积变化，以实现第一至第四工作状态，在第一工作状态中，第二前驱体从第二前驱体气源导入供给气缸中，在第二工作状态中，第二前驱体从供给气缸导入至回收气缸中，在第三工作状态中，第二前驱体从供给气缸导入反应腔室中，在第四工作状态中，第二前驱体从回收气缸导入供给气缸中。优选地，在通入第一前驱体的步骤之前，供给气缸和回收气缸为第一工作状态；在通入第一前驱体的步骤中，供给气缸和回收气缸为第二工作状态；在第一次净化步骤中，供给气缸和回收气缸为第二工作状态；在通入第二前驱体的步骤中，供给气缸和回收气缸为第三工作状态；在第二次净化步骤中，供给气缸和回收气缸为第四工作状态。优选地，在第一次净化步骤中，供给气缸和回收气缸为第二工作状态；在通入第二前驱体的步骤中，供给气缸和回收气缸为第三工作状态；根据供给气缸和回收气缸的状态，在通入第一前驱体的步骤之前、通入第一前驱体的步骤中、第二次净化步骤中，供给气缸和回收气缸执行第一工作状态或第四工作状态。本专利技术的一实施例具有以下优点或有益效果：本专利技术提供的原子层沉积装置采用了双气缸设计，通过两个气缸之间的连接及活塞运动的相互配合，在保证第二前驱体连续性，不影响原子层沉积质量的情况下，实现了第二前驱体的供给和回收利用，且补气方式灵活，可在将回收气缸内的第二前驱体导入供给气缸后立即对供给气缸进行补气，也可在多次循环使用后，再对供给气缸进行一次补气操作，从而减少补气操作的频次，极大程度的提高了第二前驱体的利用率，避免了将第二前驱体直接排入真空泵造成的浪费，也防止了第二前驱体与过剩的第一前驱体在真空泵中相遇，发生反应产生大量颗粒，进而影响真空泵的寿命。本专利技术的另一优选实施例具有以下优点或有益效果：本专利技术提供的原子层沉积装置可在原有设备的基础上，通过改造获得，其改造方便快捷成本不高，具有很强的实用性，本专利技术提供的原子层沉积装置在生产同样薄膜时，第二前驱体的消耗量较现有技术显著减少，避免了不必要的浪费，节约了生产成本，还防止了第二前驱体与第一前驱体在真空泵中反应产生大量颗粒，延长了真空泵的使用寿命，且该原子层沉积装置中各部分均采用电气控制，可实现自动化生产，减少了对人工的依赖，可实现长时间连续生产，减少了补气频次，提高了设备利用率，进一步降低了工业化大规模生产的成本。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出了现有技术的原子层沉积装置的结构示意图；图2示出了现有技术的原子层沉积装置的工艺流程图；图3示出了本专利技术实施例的原子层沉积装置的结构示意图；图4示出了本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：反应腔室，其通过排气管路连接真空泵；第一前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端与载气管路的一端对接，所述载气管路与第一前驱体传输管路接口的两端之间还并联设有用于装载第一前驱体的源瓶；其中，所述源瓶通过源瓶进口管路接入载气管路，并通过源瓶出口管路接入第一前驱体传输管路；载气管路，其一端分别连接第一前驱体传输管路和源瓶，另一端连接载气气源；第二前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端分别连接供给管路和回收管路；供给管路，其一端连接供给气缸，所述供给气缸用于为所述反应腔室提供第二前驱体，另一端连接第二前驱体传输管路；回收管路，其一端连接回收气缸，另一端连接第二前驱体传输管路；连通管路，其一端连接供给气缸，另一端连接回收气缸；其中，所述供给管路、回收管路、连通管路和第二前驱体传输管路的开启和关闭分别受控于第一至第四阀门，所述供给气缸和回收气缸的容积分别通过其各自的活塞进行控制；所述第二前驱体传输管路关闭时，所述供给气缸和所述回收气缸经供给管路和回收管路相连通，所述回收气缸对所述供给气缸提供的第二前驱体进行回收，并将回收的第二前驱体经由连通管路导回至供给气缸。...

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：反应腔室，其通过排气管路连接真空泵；第一前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端与载气管路的一端对接，所述载气管路与第一前驱体传输管路接口的两端之间还并联设有用于装载第一前驱体的源瓶；其中，所述源瓶通过源瓶进口管路接入载气管路，并通过源瓶出口管路接入第一前驱体传输管路；载气管路，其一端分别连接第一前驱体传输管路和源瓶，另一端连接载气气源；第二前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端分别连接供给管路和回收管路；供给管路，其一端连接供给气缸，所述供给气缸用于为所述反应腔室提供第二前驱体，另一端连接第二前驱体传输管路；回收管路，其一端连接回收气缸，另一端连接第二前驱体传输管路；连通管路，其一端连接供给气缸，另一端连接回收气缸；其中，所述供给管路、回收管路、连通管路和第二前驱体传输管路的开启和关闭分别受控于第一至第四阀门，所述供给气缸和回收气缸的容积分别通过其各自的活塞进行控制；所述第二前驱体传输管路关闭时，所述供给气缸和所述回收气缸经供给管路和回收管路相连通，所述回收气缸对所述供给气缸提供的第二前驱体进行回收，并将回收的第二前驱体经由连通管路导回至供给气缸。2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：补气管路，其一端连接第二前驱体气源，另一端经供给管路连接至供给气缸，所述补气管路的两端之间设置有阀门，所述补气管路为所述供给气缸补充第二前驱体。3.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：第一压力表，与供给气缸相连接，以检测第一气压；第二压力表，与回收气缸相连接，以检测第二气压；第三压力表，与供给管路相连接，以检测第三气压。4.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：第一质量流量控制器，位于供给管路上，用于控制第二前驱体的流量。5.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：第一稀释气体管路，其一端与第一稀释气体气源连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷超，史小平，兰云峰，秦海丰，纪红，张文强，
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