[发明专利]一种原子层沉积设备及气体传输方法

说明书

本发明公开了一种原子层沉积设备及气体传输方法。该设备包括旁通管路和冷却管路，所述冷却管路用于冷凝且存储至少一种前驱体，其中，所述旁通管路和所述冷却管路并联后连接在前驱体输入端和前驱体输出端之间，且所述前驱体输入端选择性地与所述旁通管路或所述冷却管路连通。本发明通过设置冷却管路以冷凝流经管路的前驱体，并将其存储在该段管路中，以防止多种前驱体同时进入真空泵，减少了真空泵中因多种前驱体的反应而产生粉末，降低了真空泵因粉末累积而发生卡死的风险，从而提高了真空泵运行的可靠性和寿命。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体地，涉及一种原子层沉积设备及气体传输方法。

背景技术

原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子，即单原子层沉积,又称原子层外延(atomic layer epitaxy)。起初由于这一工艺沉积速度低，限制了其应用，但随着微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，原子层沉积技术沉积速率慢的劣势逐渐被淡化，而优势逐渐体现出来。ALD工艺方法的优势主要包括：厚度高度可控及优异的均匀性，优良的台阶覆盖率(保形性)，优异的薄膜质量以及低热量消耗。

ALD工艺过程的一个特征是多种前驱体不是同时通入腔室，而是依次通入腔室，并且是在前一种前驱体停止通入并对腔室和管路进行充分的吹扫和抽气后，才开始后一种前驱体的通入。ALD的典型工艺流程如图1所示。当腔室环境就绪，即真空度、基座温度、腔室壁温度、管路温度等适宜时，第一前驱体通入腔室，附着在晶圆(wafer)上；然后，第一前驱体停止通入，通过吹扫(purge)气体(通常为高纯氮气)对腔室和管路进行吹扫，并通过真空泵抽走这些吹扫气体和多余的前驱体；当吹扫充分后，通入另一种第二前驱体；然后，第二前驱体停止通入，通过吹扫气体(通常为高纯氮气)对腔室和管路进行吹扫，并通过真空泵抽走这些吹扫气体和多余的前驱体。在此过程中，晶圆表面的第一前驱体和第二前驱体发生反应，在晶圆表面生成所需要的薄膜。通过循环执行上述过程，直到得到满足制成要求厚度的薄膜。

HKMG(high-k绝缘层+金属栅极)原子层沉积工艺主要是用于沉积28-14nm技术代的HKMGAl2O3/HfO2金属氧化物薄膜沉积。第一前驱体为TMA或TDMAHf，第二前驱体为H2O。工艺过程为：将腔室升至反应温度，基座升至工艺位后，通过快速切换气动阀，使TMA/TDMAHf或H2O交替的通入反应腔室，在晶片上沉积HKMGAl2O3/HfO2金属氧化物薄膜。

图2示出现有技术中典型的HKMG原子层沉积设备的示意图。第一前驱体和第二前驱体通过同一条管路进入真空泵，虽然工艺中第一前驱体和第二前驱体是交替通入，但由于交替间隔时间短，导致真空泵中会同时存在第一前驱体和第二前驱体。在此情况下，第一前驱体和第二前驱体在干泵中相遇并发生反应，生成Al2O3或HfO2，生成的Al2O3或HfO2会以粉末形式沉积在真空泵转子上，当粉末累积到一定量时，会导致真空泵卡死。严重情况下，真空泵无法再次启动，需更换真空泵。

因此，有必要提出一种能够避免多种前驱体同时进入真空泵的原子层沉积设备及气体传输方法。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种原子层沉积设备及气体传输方法，以解决现有技术中多种前驱体前驱体在真空泵中发生反应生成粉末，造成真空泵卡死的问题。

根据本发明的一方面，提出一种原子层沉积设备，

包括旁通管路和冷却管路，所述冷却管路用于冷凝且存储至少一种前驱体，其中，