[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，通过增加氢气尾气处理装置或添加氢气替换管路两种方式，在不需要水反应的循环步骤，改变氢气的流向或进行氢气替代，使水汽发生器不能生成水，从而可有效避免因两种前驱物在真空管路或真空泵相遇而发生CVD反应，因此可延长真空泵维护周期、提高高纯水的利用率，节约成本，同时也有利于设备颗粒数量的控制。

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

随着集成电路逐渐向28nm、18nm、12nm，甚至7nm、5nm等更高技术代发展，电子元器件的工艺制程不断地缩小，进而对集成电路制备中各工序技术提出了更高的要求，首当其冲的便是薄膜沉积技术。而传统的化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)、物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)技术在薄膜厚度精准控制、台阶覆盖率等方面的劣势将逐渐显现，越来越不能满足技术代的发展要求。原子层沉积(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)技术在薄膜沉积方面具有精准厚度控制、优良的台阶覆盖率、化学成分均匀，杂质少等众多优点，有效地弥补了CVD和PVD技术的缺点，被认为是最具潜力的薄膜沉积技术之一。

原子层沉积技术主要分为两个半反应：1)在一定的沉积温度下，向腔室通入第一种反应前驱物，待第一种反应前驱物分子饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体将第一种反应前驱物及其副产物吹扫干净；2)向腔室通入第二种反应前驱物，待第二种反应前驱物分子饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体将第二种反应前驱物及其副产物吹扫干净。两个半反应完成后，即在衬底表面沉积了一个分子层。通过控制原子层沉积循环的次数，可以精准地控制沉积薄膜的厚度，且沉积薄膜具有优良的保形性。

在原子层沉积技术中，常常用水作为沉积氧化物型薄膜的反应源(例：氧化铝、氧化铪、氧化锆等)，为了获得高纯度的水汽，往往通过水汽发生器(WVG，Water VaporGenerator)催化氢气和氧气反应生成高纯水，避免了杂质混入，适用于高质量薄膜要求的场合。在薄膜沉积过程中，为了实现两种前驱物的快速切换，WVG内部需要保持持续的气体流通，因此，WVG中会持续生成水。而在原子层沉积工艺中，通过WVG生成的水在不通入腔室时，就需直接通往真空泵。

请参阅图1，图1是现有的一种原子层沉积设备部分气路系统示意图。如图1所示，现有的原子层沉积(原子层沉积)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；真空泵5用于将反应腔室内的废水和废气排出和回收；水汽发生器(WVG，Water Vapor Generator)6用于催化氢气和氧气反应，生成高纯水。

现仅以原子层沉积技术中的其中一个半反应进行说明，该半反应为：将水汽通入腔室，饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体去除残留水汽及反应副产物。在薄膜沉积过程中，具体的水汽通入腔室过程如下：

经过质量流量控制器12的一定流量的氧气8，流经氧气管路24和气动阀17后，进入WVG 6；

与此同时，通过质量流量控制器13的一定流量的氢气10，流经氢气管路25和气动阀18后，进入WVG 6，与氧气8反应生成水；通过质量流量控制器14，通入一定流量的携载气体9(一般为氮气、氩气等惰性气体)，经载气管路26，进入WVG 6，携带生成的水，流经气动阀19后，到达腔室上方；

同时，流经质量流量控制器15的一定流量的稀释气体7(一般与携载气体相同)，经稀释管路27和气动阀20后，在反应腔室1上方与WVG 6生成的水及其携载气体9相遇，得到稀释后，进入反应腔室1；腔室中未参与反应的部分水汽经真空管路29，进入真空泵5；此时，通过质量流量控制器16的补偿气体11(一般与携载气体相同)，经补偿管路28与气动阀21后，直接连接真空管路29，进入真空泵5。