本发明专利技术涉及一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺，它包括一个反应组合气体交替脉冲气源、一个低压反应炉管、一个加热炉组、一个垂直于气流密集装片组和一个衬底片支架。该低压密集装片原子层淀积设备和工艺利用低压气体的涡流和原子层淀积的自限制生长，可实现低廉的大批量、均匀原子层淀积薄膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种原子层薄膜淀积设备和工艺，特别涉及一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺，属于薄膜淀积和应用领域。
技术介绍
常规的原子层淀积(Atomic Layer Deposition,简称ALD)设备和工艺,是一种通过气固反应淀积薄膜的技术。其中每一步淀积薄膜的生长过程都是自限制的。它的最大特点是每个步骤仅生长或吸附一个单原子层。因此原子层淀积设备和工艺在控制薄膜的均匀性、厚度以及薄膜组分等方面均有明显的优势。但是原子层淀积的生产批量小和成本高，成为实际使用中的最大障碍。常规的低压热壁密集装片化学气相淀积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,简称LPCVD)设备和工艺,也是一种通过气固反应淀积薄膜的技术。它的特点是采用低压热壁密集装片达到低成本和高产量的优点。但是在控制薄膜的均匀性、 厚度以及薄膜组分等方面没有自限制单原子层的特点，达不到日益增长的集成电路工艺的一些高要求。随着超大规模集成电路的快速发展，特别是进入深亚微米技术后，传统的薄膜设备和工艺出现了一系列的新问题，诸如深沟道比的填充，反应副产物的及时清除等。低压热壁密集装片的原子层淀积设备和工艺具有低成本、生产批量大、均匀性好、深沟道比的填充，及反应副产物的及时清除等，它可成为在工业生产中使用的一种新的薄膜设备和工艺。参考文献T. Suntola, J. Anston, Method for producing compound thin films， US Patents,4058430,1977-11-15.R. Chruma, P. G. Hilton, System and process for deposition of polycrystalline si I icon with si lane in vaccum, US Patents,3 900 597, 1975-08-19.R. S. Rosier, Solid State Technology 1977,20(4) 63.J. E. J. Schmitz, Chemical Vapor Deposition of Tungsten and Tungsten Silicides for VLSI/USLI Applications, Park Ridge, NJ, Noyes Publications, 1991。
技术实现思路
为了改善现有的薄膜淀积设备和工艺，本专利技术的目的在于提出一种低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺。本专利技术提出的低压热壁密集装片原子层淀积设备，包括脉冲气源101、陪片102、 衬底片103、反应管105、加热炉组106和衬底片密集支架107，所述反应管105位于加热炉组106内，反应管105采用热壁加热低压的反应炉管，加热炉组106为环形结构，可以是一段或多段控温以达到合理的温度分布；位于反应管105内的衬底片103采用密集装片的方式布置，各衬底片103平面相互平行放置于衬底片密集支架107上，相邻衬底片103之间的间隔为1-30毫米，各衬底片103的平面方向和反应气流的方向基本保持垂直；反应管105 靠近气流入口处以及最远离气流入口处设有陪片102，所述陪片102位于衬底片密集支架 107上；反应管105内壁和衬底片103的四周设有2-40毫米宽度的气体通道104 ;反应管 105 一端为脉冲气源101的入口端，所述脉冲气源101入口端连接阀门；所述脉冲气源采用组合气体，通过依次打开不同的阀门，使组合气体以交替脉冲的方式进入反应管中。本专利技术中，所述加热炉组106连接电源。本专利技术中，所述反应管105 —端为脉冲气源101的入口端，而另一端连接抽气系统。本专利技术中，所述反应管105的材质是用石英、玻璃、陶瓷、碳化硅或金属。本专利技术中，所述每个衬底片密集支架107上的衬底片103的数量为3-500片。本专利技术中，反应气体在低压中密集装片的反应管中流动时形成气流的涡流模式， 以此来达到密集装片的衬底表面有均匀的气体环境。陪片不是真正的生产用的衬底片，它的目的就是保证其他生产用的衬底片都处于均匀的气体环境中，并得到均匀的薄膜淀积。本专利技术提出的一种低压热壁密集装片原子层淀积设备的操作工艺，具体步骤如下(1)开启加热炉组的电源，使加热炉组的一段或多段达到所要求的温度分布；(2)在衬底片密集支架上安装需要淀积薄膜的衬底片，在衬底片密集支架的两端安装非生产用的陪片；(3)把装好衬底片的衬底片密集支架放入反应管中，反应管和加热炉组可以是水平方向或垂直于地面的直立方向等；(4)关闭好反应管的炉门，连接真空泵的抽气系统，使反应管内的压强降低，通过依次打开不同的阀门，使组合气体以交替脉冲的方式进入反应管中，若需要淀积的薄膜是由AB 两种原子组成，或是由A和B两种气体反应生成，反应气体依次是A种成分气体、惰性气体、 B种成分气体、惰性气体，四步一个循环来实现A和B的原子层淀积，或A和B两种成分反应的原子层淀积，而其中每一步都必须使垂直于气流密集装片的多量衬底片得到均匀的淀积覆盖；(5)完成一定循环次数的原子层淀积后取出衬底片密集支架上的衬底片，结束一次工艺流程。本专利技术中，所述反应管内的压力为几帕到几千帕。利用本专利技术工艺方法得到的薄膜淀积的片内均匀性达到土(O. 1_10)%。(片内均匀性即片内的厚度偏差)。本专利技术中，所述惰性气体为氮气或氩气等。本专利技术中，所述反应气体在A和B组合气源的基础上，可以增加反应组合气体源A’ 和B’，以交替脉冲的方式进入反应管，以形成复合的原子层淀积薄膜。本低压热壁密集装片的原子层薄膜淀积设备和工艺，利用低压密集装片、形成气流的涡流模式、和单原子层吸附自限制的优点，实现大批量、低成本和高度的均匀性薄膜淀积。附图说明图I为低压热壁密集装片密集装片原子层淀积反应区的综合示意图。图2为低压热壁密集装片密集装片原子层淀积反应区的截面示意图。图3为低压热壁密集装片密集装片原子层淀积气流涡流模式示意图。图4为反应组合气体交替脉冲气流的时间序列示意图。图中标号101为脉冲气源，102为非生产用的陪片，103为衬底片，104为炉管内壁和衬底片间的气体通道，105为反应管，106为加热炉组，107为衬底片密集支架。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。在图中，为了方便说明，放大或缩小了不同部分的尺寸或时间的长短，所示大小并不代表实际尺寸或时间的长短，也不反映尺寸或时间的比例关系。参考图是本专利技术的实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示部件的特定形状，比如自动装片的支架下方需要增加悬臂引起的偏心。但在本专利技术实施例的截面示意图中，以同心圆表示，但这不应该被认为是限制本专利技术的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底片可以理解为圆形的硅片，对其它类型的衬底片需作相应的变化。实施例I :氧化铝(Al3O2)的低压热壁密集装片原子层淀积设备和工艺如图I，提供一个低压热壁密集装片密集装片原子层淀积反应区的综合示意图。它包括一个反应组合气体交替脉冲气源101、一个低压反应管105、一个加热炉组106、垂直于气流方向的衬底片103，一个衬底片密集支架107 ;所述的反应组合气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低压热壁密集装片原子层淀积设备，其特征在于包括脉冲气源(101)、陪片(102)、衬底片(103)、反应管(105)、加热炉组(106)和衬底片密集支架(107)，所述反应管(105)位于加热炉组(106)内，反应管(105)采用热壁加热低压的反应炉管，加热炉组(106)为环形结构，可以是一段或多段控温以达到合理的温度分布；位于反应管(105)内的衬底片(103)采用密集装片的方式布置，各衬底片(103)平面相互平行放置于衬底片密集支架(107)上，相邻衬底片(103)之间的间隔为1？30毫米，各衬底片(103)的平面方向和反应气流的方向基本保持垂直；反应管(105)靠近气流入口处以及最远离气流入口处设有陪片(102)，所述陪片(102)位于衬底片密集支架(107)上；反应管(105)内壁和衬底片(103)的四周设有2？40毫米宽度的气体通道(104)；反应管(105)一端为脉冲气源(101)的入口端，所述脉冲气源(101)入口端连接阀门；所述脉冲气源采用组合气体，通过依次打开不同的阀门，使组合气体以交替脉冲的方式进入反应管中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王季陶，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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